WO2014048805A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2014048805A1
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layer
lateral
mask
optoelectronic component
growth
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Joachim Hertkorn
Jan-Philipp AHL
Lorenzo Zini
Matthias Peter
Tobias Meyer
Alexander Frey
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Definitions

  • the present invention relates to a method for
  • Droop Phenomenon
  • the barriers typically have a thickness between 3 nm and 5 nm. As thin as possible barriers are desirable, as they form smaller piezobarriers for vertically moving charge carriers and thus improved vertical charge carrier transport
  • Dislocation density is typically in the range between 20 x 10 7 cm 2 to 100 x 10 7 cm. 2
  • An object of the present invention is to provide an improved method for producing a
  • Object of the present invention is a
  • Component includes steps for providing a
  • Nitride semiconductor in a second growth step to
  • this method allows the production of an optoelectronic component with laterally varying defect density. Defective lateral sections of the
  • Optoelectronic device can then advantageously carry an increased vertical current flow.
  • Charge carriers from the defect-rich lateral sections can be provided.
  • the free spaces between the webs are formed in the shape of a truncated pyramid.
  • the lateral overgrowth of the webs in the second growth step causes a kinking of
  • defect density has a suitable size to be supplied by charge carriers diffusing from adjacent defect-rich portions.
  • the second growth step is performed at growth parameters that promote coalescence.
  • this takes place in the first growth step essentially a growth in the vertical direction, while during the second growth step primarily takes place a growth in the lateral direction.
  • a functional layer sequence after the second growth step, a functional layer sequence
  • V defects are formed in regions of the luminescent layer which are arranged above the defect-rich lateral sections than in the regions above the defect-poorer lateral sections.
  • the higher density of V defects allows increased current flow in vertical
  • apertures of the mask layer enter before the first growth step
  • Nitride semiconductor deposited followed by a
  • an epitaxial growth can be carried out on an aluminum-containing nucleation layer.
  • Mask layer two layers comprising silicon dioxide (Si0 2 ).
  • Si0 2 silicon dioxide
  • the silicon dioxide-containing layers of this mask layer may then be coated at a later stage of the process
  • Silicon nitride-containing layer are separated.
  • the layer structure arranged on the nucleation layer is detached, wherein parts of the mask layer arranged on the detached layer structure are used as a hard mask for producing structured coupling-out structures.
  • no additional mask structures must be created to generate the structured coupling-out structures.
  • An optoelectronic component has a layer structure which has a higher dislocation density in a lattice-shaped lateral region than in other lateral regions.
  • Optoelectronic device in the lateral regions with higher dislocation density flow an increased vertical current. This can be flowing charge carriers
  • a gas inclusion is arranged in an other lateral area bounded by the latticed, lateral area.
  • the gas inclusion indicates an otherwise complete increase of the lateral region with a lower dislocation density.
  • the layer structure has a light-active layer.
  • the luminescent layer has a higher density of V defects in the latticed lateral area than in the other lateral areas.
  • the V defects in the latticed lateral cause
  • a region with a higher dislocation density a reduction of the current flowing through vertical charge carriers to be overcome piezobarriers, which in the lattice lateral area can flow an increased current in the vertical direction through the light-active layer of the layer structure. Consequently, charge carriers can move from the lattice-shaped lateral area into the other lateral areas
  • the lattice-shaped lateral area forms a hexagonal grid.
  • a hexagonal grid represents a favorable lateral tiling, whereby the other lateral
  • the layer structure has a light-active layer.
  • the lattice-shaped lateral area is formed, a higher number of charge carriers per area in the
  • FIG. 1 shows a section through a layer structure in a first processing state.
  • FIG. 2 shows a section through the layer structure in a second processing state
  • 3 shows a section through the layer structure in a third processing state
  • 4 is a plan view of a mask layer of
  • Fig. 5 is a perspective view of a
  • Nitride semiconductor layer of the layer structure in the second processing state
  • FIG. 7 shows a plan view of a functional layer sequence of the layer structure
  • FIG. 8 shows a flowchart of a method for producing an optoelectronic component.
  • Fig. 1 shows a highly schematic representation of a
  • the layer structure 100 is part of an optoelectronic component, in particular of an LED chip of a light emitting diode.
  • the layer structure 100 comprises a structured one
  • Mask layer 200 having lateral mask areas 210 separated by mask openings 220.
  • Mask layer 200 may include, for example, silicon dioxide (Si0 2 ).
  • the layer structure 100 also includes a
  • Nitride semiconductor layer 300 has a first layer part 310, which is arranged in the region of the mask opening 220 between the lateral mask regions 210 of the mask layer 200.
  • the first layer portion 310 may include gallium nitride (GaN), for example.
  • the first layer part 310 could also be omitted.
  • the nitride semiconductor layer 300 further includes a second layer portion 320.
  • the second layer portion 320 is not yet fully available.
  • the first processing stage 10 shown in FIG. 1 shows the layer structure 100 during a performance of a first growth step 15 for growing the second layer part 320.
  • Layer part 320 is grown epitaxially during the first growth step 15.
  • the second growth step 15 Preferably, the second
  • Layer portion 320 also gallium nitride.
  • the growth conditions during the first growth step 15 are chosen so that a growth of the second
  • Nitride semiconductor layer 300 only a small growth takes place. As a result, the resulting second tapers
  • Layer part 320 with increasing vertical direction in the lateral direction.
  • Fig. 2 shows a schematic sectional view of
  • the second processing state 20 is reached after the first growth step 15 shown in FIG. 1 has been performed for a limited time.
  • Nitride semiconductor layer 300 has in the sectional view of Fig. 2 at least partially a trapezoidal
  • the growth of the second layer part 320 in the vertical growth direction 12 would continue until the side surfaces 302 of the nitride semiconductor layer 300 touch each other and the c-face 301 of the nitride semiconductor layer 300 disappears. Then, the resulting second layer portion 320 in the sectional view of Fig. 2 would have a triangular Cross-sectional area exhibited. However, the first growth step 15 has already been discontinued earlier.
  • Fig. 3 shows a schematic sectional view of
  • the second growth step 25 is also a
  • epitaxial growth step but is performed under different growth conditions than the first one
  • the second growth step 25 is performed under growth conditions that promote coalescence. During the second growth step 25, a third layer portion 330 of the nitride semiconductor layer 300 is grown. The third layer part 330 of the
  • Nitride semiconductor layer 300 preferably also has
  • Gallium nitride During the second growth step 25, mainly growth in the lateral growth direction 11 takes place due to the coalescent growth conditions.
  • the third layer part 330 thus deposits mainly on the side surfaces 302 of the
  • Nitride semiconductor layer 300 from. In vertical
  • Growth direction 12 takes place only a small growth. Thus, only a small part of the third layer part 330 is deposited on the c surface 301 of the nitride semiconductor layer 300.
  • the mask layer 200 is arranged on a nucleation layer 400, which is visible in the regions of the mask openings 220.
  • the nucleation layer 400 comprises aluminum (Al).
  • Al aluminum
  • Nucleation layer 400 aluminum nitride (A1N) on.
  • the lateral mask regions 210 of the mask layer 200 are formed as disks.
  • the lateral mask regions 210 of the mask layer 200 are formed as disks.
  • Each disc-shaped lateral Mask area 210 has a disk diameter 211.
  • the disk diameter 211 is preferably in the range between 0.5 ym and 3 ym. For example, the
  • the disc-shaped lateral mask regions 210 are spaced apart from each other by the mask openings 220.
  • each adjacent lateral mask areas 210 each have a disc spacing 221 from each other.
  • Disk spacing 221 is preferably between 0.5 ym and 2 ym.
  • the disc spacing 221 may be 1 ym.
  • the lateral mask areas 210 are arranged in a regular hexagonal grid 230.
  • the hexagonal grid 230 forms a honeycomb pattern.
  • Each lateral mask area 210 is in the center of a hexagon of the hexagonal grid 230
  • each lateral disk-shaped mask region 210 (except for lateral edge-shaped mask regions 210) has (as shown in FIG.
  • hexagonal grid 230 could also be
  • Rectangular grid or a triangular grid may be provided, in which the lateral mask areas 210 are arranged.
  • Fig. 5 shows a perspective view of
  • Nitride semiconductor layer 300 of the layer structure 100 in the second processing stage 20 has webs 340 which are arranged above the mask openings 220 of the mask layer 200.
  • the webs 340 form a lateral grid 360, which reproduces the hexagonal grid 230 of the mask openings 220.
  • Each web 340 has at its upper (from the
  • the web width 341 is preferably smaller than that Disk spacing 221 of the mask layer 200 and may be, for example, 500 nm.
  • the webs 340 of the second layer part 320 enclose truncated pyramid-shaped free spaces 350, which are located above the lateral disk-shaped mask areas 210 of FIG
  • Mask layer 200 are arranged. The
  • Truncated pyramid-shaped free spaces 350 expand with increasing distance from the mask layer 200
  • each truncated pyramid-shaped space 350 has an approximately hexagonal base.
  • Fig. 6 shows a schematic sectional view of
  • the fourth processing state 40 is reached after the completion of the second growth step 25.
  • Processing state 40 are the truncated pyramidal
  • Free spaces 350 are completely closed by the third layer part 330.
  • FIG. 6 also shows a substrate 500 (not shown in FIGS. 1, 2 and 3) and the nucleation layer 400 (not shown in FIGS. 1, 2 and 3)
  • the substrate 500 forms a support of the layer structure 100 and preferably comprises sapphire (Al 2 O 3 ).
  • the substrate 500 may include silicon (Si), silicon carbide (SiC), or gallium nitride (GaN).
  • the substrate 500 is preferably in the form of a wafer.
  • FIG. 6 further shows a plurality of defects 110 in the nucleation layer 400 and the nitride semiconductor layer 300.
  • the defects 110 may be, for example, dislocation defects due to a
  • defects 110 continue in the vertical direction through sections of the layer structure 100. Defects 110 formed below the lateral mask regions 210 of the mask layer 200 in the nucleation layer 400 terminate at the lateral mask regions 210. However, defects 110 formed below the mask openings 220 of the mask layer 200 in the nucleation layer 400 settle through the first layer part 310 and the second layer part 320 of FIG
  • Nitride semiconductor layer 300 in the vertical direction away.
  • Defects 110 which in the vertical direction abut one of the side surfaces 302 of the second layer part 320, buckle there and continue horizontally in the third layer part 330 as bent defects 111.
  • kinked defects 111 can cancel each other out and then do not reach the top of the layer structure 100.
  • defects 110 that continue in the vertical direction up to a c-surface 301 of the second layer part 320 do not buckle but settle as
  • Nitride semiconductor layer 300 two adjacent webs 340 of the second layer part 320 have a web distance 351 from each other.
  • the web distance 351 may be, for example, about 1 ym.
  • the luminescent layer of the functional layer sequence 600 comprises one or more quantum wells.
  • V defects V pits
  • side facets of such V defects have reduced piezoelectricity over c-facets.
  • fewer facets of such V defects are incorporated into indium and growth rates are reduced in these areas. It follows that V-defects have a lower vertical electrical resistance than defect-free c-surfaces of light-active layers.
  • FIG. 7 shows a top view of the top side of the functional layer sequence 600 of the layer structure 100, as they are
  • the functional layer sequence 600 can be recorded for example with a PL microscope. Crystal defects appear dark. It can be seen that the upper side of the functional layer sequence 600 has high defect density lateral regions 120 and low defect density lateral regions 130.
  • High defect density lateral regions 120 are located above the hexagonal lattice 230 of the mask openings 220 of the mask layer 200 and the lateral lattice 360 of the ridges 340 of the second layer portion 320 of the nitride semiconductor layer 300. Forming the low defect density lateral regions 130 the remaining portions of the top of the functional layer 600 of the layer structure 100.
  • Defect density 130 has a gas enclosure 131.
  • This gas enclosure 131 is referred to as void in technical terms.
  • Each gas enclosure 131 is in the middle of a
  • Gas inclusion 131 was the truncated pyramidal space 350 during the second growth step 25 last closed by the third layer portion 330.
  • the luminescent active layer of the functional layer sequence 600 has a higher density of V defects than in the low defect density lateral regions 130. Since the lateral regions 120 with high defect density due to
  • Droop can be one of the
  • Reduce layer structure 100 produced light-emitting diode. Because of the smaller bandgap of the quantum wells in the low defect density lateral regions 130, carriers from the lateral regions 120 can be high
  • the relative lateral dimensions of the high defect density lateral regions 120 and the low defect density lateral regions 130 are selected to allow sufficient vertical flow of current to achieve favorable high current linearity without involving non-radiative recombinations in the lateral regions 120 high defect density dominate.
  • FIG. 8 shows a summary of a schematic flow diagram of a method 700 for producing an optoelectronic component.
  • the substrate 500 is provided.
  • the substrate 500 is provided as a wafer.
  • a plurality of optoelectronic devices can be simultaneously produced in parallel on the wafer.
  • the substrate may be a sapphire substrate
  • Silicon substrate a silicon carbide substrate or a
  • Gallium nitride substrate Gallium nitride substrate.
  • a second method step 720 the nucleation layer 400 is applied to a surface of the substrate 500
  • the nucleation layer 400 may include, for example, aluminum nitride (A1N).
  • the nucleation layer 400 may, for example, have a thickness of 50 nm.
  • the nucleation layer 400 may be applied by sputtering, for example.
  • the mask layer 200 is applied and patterned.
  • the mask layer 200 may, for example, comprise a layer sequence of silicon dioxide (SiO 2 ), silicon nitride (SiN) and another layer
  • the layers of silicon dioxide for example, a thickness of about 100 nm and the layer of silicon nitride, a thickness of about 50 nm exhibit.
  • the mask layer 200 may be sputtered onto the nucleation layer 400.
  • the mask layer 200 is patterned, for example by a photolithographic process.
  • the lateral mask regions 210 spaced apart by the mask openings 220 are applied.
  • Mask areas 210 are preferably applied in the form of circular disks or approximately circular disks (for example octagonal).
  • Mask areas 210 may be, for example, between 0.5 ym and 3 ym, preferably about 2 ym.
  • the slice spacings 221 between adjacent lateral mask regions 210 may be, for example, between 0.5 ym and 2 ym, preferably about 1 ym.
  • the lateral mask regions 210 are arranged in a hexagonal grid.
  • Nitride semiconductor layer 300 may include, for example, gallium nitride (GaN) and having a thickness of about 90 nm
  • the deposition of the first layer part 310 can take place, for example, in an installation for metal-organic vapor deposition (MOVPE plant).
  • MOVPE plant metal-organic vapor deposition
  • the material of the first layer portion 310 is nominally undoped.
  • the first layer part 310 is etched back. This can be done, for example, by closing a TMGa source of the MOVPE plant and passing silane (SiH 4 ) into the reactor. Then there is an N 2 / H 2 / NH 3 environment in which gallium nitride is desorbed and silicon nitride (SiN) is grown. Both are processes
  • the fourth method step 740 can be dispensed with in a simplified variant of the method.
  • a fifth method step 750 is in the first
  • Nitride semiconductor layer 300 grown. The second
  • Layer portion 320 preferably comprises gallium nitride (GaN).
  • the growth conditions are selected so that the growth takes place predominantly in the vertical growth direction 12 and the webs 340 with trapezoidal
  • Ratio of less than 1000 of the group V semiconductor to the group III semiconductor prevail.
  • the temperature can be less than 1000 ° C.
  • the supply of silane (SiH 4 ) can be completed again.
  • the second method step 760 the second
  • Growth step 25 is performed to grow the third layer portion 330 of the nitride semiconductor layer 300.
  • the third layer part 330 preferably also has gallium nitride (GaN).
  • the second growth step 25 is under
  • the truncated pyramid-shaped free spaces 350 between the webs 340 applied in the preceding method step 750 are closed and coalesced.
  • the growth conditions during the second growth step 25 may include, for example, a high ratio between the Group V semiconductor and the Group III semiconductor and a high temperature of more than 1000 ° C.
  • a seventh method step 770 the functional layer sequence 600 on the surface of the
  • the functional layer sequence 600 comprises a light-active layer.
  • the functional layer sequence 600 is preferably an LED structure.
  • the method steps 780 to 810 show such a possibility by way of example.
  • the layer structure 100 is bonded against a carrier substrate.
  • the bonding takes place in such a way that the functional layer sequence 600 of the
  • the carrier substrate may be, for example, a
  • nucleation layer 400 for example, take place with a designated as a laser lift-off process. Indicates the nucleation layer 400
  • A1N Aluminum nitride (A1N), so the separation takes place because of the band edge of the aluminum nitride (A1N) only in the example Galliumnitrid (GaN) having
  • Nitride semiconductor layer 300 In the lateral mask regions 210 of the mask layer 200, the middle layer of silicon nitride (SiN) serves as the separation region. Thus, a part of silicon dioxide (SiO 2) of the lateral mask regions 210 of the mask layer 200 remains on the detached one
  • Nitride semiconductor layer 300 another part
  • the layer of silicon dioxide (SiO 2) remaining on the nitride semiconductor layer 300 may be formed in one tenth
  • Method step 800 as a hard mask for the production of
  • the layer of silicon dioxide (SiO 2 ) remaining on the nucleation layer 400 and the substrate 500 can be removed in an eleventh method step 810.
  • Nucleation layer 400 remains on substrate 500. Substrate 500 may then be reused to perform method 700.
  • the invention was based on the preferred embodiment

Landscapes

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements angegeben, das Schritte umfasst zum Bereitstellen eines Substrats, zum Aufbringen einer Nukleationsschicht auf einer Oberfläche des Substrats, zum Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht auf der Nukleationsschicht, zum Aufwachsen eines Nitridhalbleiters in einem ersten Wachstumsschritt, wobei Stege angelegt werden, die ein laterales Gitter bilden, wobei die Stege in Wachstumsrichtung abschnittsweise trapezförmige Querschnittsflächen aufweisen, und zum lateralen Überwachsen der Stege mit einem Nitridhalbleiter in einem zweiten Wachstumsschritt, um Freiräume zwischen den Stegen zu schließen.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum
Herstellen eines optoelektronischen Bauelements sowie ein optoelektronisches Bauelement. Bei auf Aluminium-Indium-Gallium-Nitrid (AlInGaN) basierenden Leuchtdioden ist bekannt, dass eine emittierte Lichtleistung bei steigender elektrischer Leistung weniger als linear mit der eingebrachten elektrischen Leistung wächst. Dieses
Phänomen wird als Droop bezeichnet.
Es ist bekannt, dass die Linearität solcher Leuchtdioden durch Verwendung aktiver Zonen mit mehreren Quantenfilmen erhöht werden kann. Dabei werden üblicherweise bis zu 30 Quantenfilme vorgesehen. Zwischen den einzelnen Quantenfilmen werden (AI) ( In) GaN-Barrieren angeordnet, um die
Kristallqualität in der Quantenfilmabfolge konstant zu halten. Die Barrieren weisen dabei typischerweise eine Dicke zwischen 3 nm und 5 nm auf. Möglichst dünne Barrieren sind wünschenswert, da sie geringere Piezobarrieren für sich in vertikale Richtung bewegende Ladungsträger bilden und damit einen verbesserten vertikalen Ladungsträgertransport
erlauben. Es ist bekannt, dass die Barrieren umso dünner ausgebildet werden können, je geringer eine Versetzungsdichte im Kristall in der Ebene der aktiven Zone ist. Die
Versetzungsdichte liegt typischerweise im Bereich zwischen 20 x 107 cm-2 bis 100 x 107 cm-2.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen eines
optoelektronischen Bauelements anzugeben. Eine weitere
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein
verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren beziehungsweise ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen der
unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen
Bauelements umfasst Schritte zum Bereitstellen eines
Substrats, zum Aufbringen einer Nukleationsschicht auf einer Oberfläche des Substrats, zum Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht auf der Nukleationsschicht, zum
Aufwachsen eines Nitridhalbleiters in einem ersten
Wachstumsschritt, wobei Stege angelegt werden, die ein laterales Gitter bilden, wobei die Stege in Wachstumsrichtung abschnittsweise trapezförmige Querschnittsflächen aufweisen, und zum lateralen Überwachsen der Stege mit einem
Nitridhalbleiter in einem zweiten Wachstumsschritt, um
Freiräume zwischen den Stegen zu schließen.
Vorteilhafterweise erlaubt dieses Verfahren die Herstellung eines optoelektronischen Bauelements mit lateral variierender Defektdichte. Defektreiche laterale Abschnitte des
optoelektronischen Bauelements können dann vorteilhafterweise einen erhöhten vertikalen Stromfluss tragen. Ladungsträger aus den defektreichen lateralen Abschnitten können
vorteilhafterweise in defektärmere laterale Bereiche
diffundieren und dort strahlend rekombinieren.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Freiräume zwischen den Stegen pyramidenstumpfförmig ausgebildet.
Vorteilhafterweise bewirkt das laterale Überwachsen der Stege im zweiten Wachstumsschritt ein Abknicken von
Versetzungsdefekten an den den pyramidenstumpfförmigen
Freiräumen zugewandten Facetten der Stege, wodurch sich in Bereichen oberhalb der pyramidenstumpfförmigen Freiräume eine reduzierte Defektdichte herausbildet.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden beim
Strukturieren der Maskenschicht scheibenförmige laterale Maskenbereiche angelegt. Vorteilhafterweise bilden sich dadurch während des ersten Wachstumsschritts die Freiräume oberhalb der scheibenförmigen lateralen Maskenbereiche heraus .
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die
scheibenförmigen Maskenbereiche in einem lateralen
Sechseckgitter angeordnet. Vorteilhafterweise ergibt
dadurch eine vollständige und gleichmäßige laterale
Kachelung .
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die
scheibenförmigen Maskenbereiche mit einem Durchmesser zwischen 0,5 ym und 3 ym angelegt. Vorteilhafterweise weisen die entstehenden lateralen Abschnitte mit reduzierter
Defektdichte dadurch eine geeignete Größe auf, um durch aus benachbarten defektreichen Abschnitten hineindiffundierende Ladungsträger versorgt zu werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens werden die
scheibenförmigen Maskenbereiche durch Bereiche mit einer Breite zwischen 0,5 ym und 2 ym voneinander getrennt
angelegt. Vorteilhafterweise weisen die entstehenden
lateralen Abschnitte erhöhter Defektdichte dadurch eine Groß auf, die einen günstigen Kompromiss aus einem ausreichenden vertikalen Stromfluss und einer Vermeidung nichtstrahlender Ladungsträgerrekombinationen gestattet .
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Wachstumsschritt bei Wachstumsparametern durchgeführt, die eine Koaleszenz fördern. Vorteilhafterweise wachsen im zweiten Wachstumsschritt dadurch im Wesentlichen die
Freiräume zwischen den Stegen zu, wodurch in den Bereichen der Freiräume laterale Abschnitte mit reduzierter
Defektdichte entstehen.
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird der erste
Wachstumsschritt bei einer niedrigeren Temperatur
durchgeführt als der zweite Wachstumsschritt.
Vorteilhafterweise findet dadurch im ersten Wachstumsschritt im Wesentlichen ein Wachstum in vertikaler Richtung statt, während während des zweiten Wachstumsschritts vorrangig ein Wachstum in laterale Richtung stattfindet. In einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem zweiten Wachstumsschritt eine funktionale Schichtenfolge
abgeschieden, die eine leuchtaktive Schicht aufweist.
Vorteilhafterweise bildet sich dadurch in oberhalb der defektreichen lateralen Abschnitte angeordneten Bereichen der leuchtaktiven Schicht eine größere Zahl an V-Defekten heraus, als in den Bereichen oberhalb der defektärmeren lateralen Abschnitte. Vorteilhafterweise ermöglicht die höhere Dichte an V-Defekten einen erhöhten Stromfluss in vertikale
Richtung .
In einer Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem ersten Wachstumsschritt in Öffnungen der Maskenschicht ein
Nitridhalbleiter abgeschieden, wobei anschließend ein
Rückätzen durchgeführt wird. Vorteilhafterweise reduzieren sich dadurch Verspannungen in der entstehenden
Schichtstruktur .
In einer Ausführungsform des Verfahrens weist die
Nukleationsschicht Aluminium (AI) auf. Vorteilhafterweise kann auf einer Aluminium aufweisenden Nukleationsschicht ein epitaktisches Wachstum durchgeführt werden.
In einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die
Maskenschicht zwei Schichten, die Silziumdioxid (Si02) aufweisen. Dabei sind die Siliziumdioxid-aufweisenden
Schichten der Maskenschicht durch eine Schicht getrennt, die Siliziumnitrid (SiN) aufweist. Vorteilhafterweise können die Siliziumdioxid-aufweisenden Schichten dieser Maskenschicht dann während eines späteren Verfahrensschritts an der
Siliziumnitrid-aufweisenden Schicht voneinander getrennt werden . In einer Ausführungsform des Verfahrens wird die auf der Nukleationsschicht angeordnete Schichtstruktur abgelöst, wobei an der abgelösten Schichtstruktur angeordnete Teile der Maskenschicht als Hartmaske zur Erzeugung von strukturierten Auskoppelstrukturen verwendet werden. Vorteilhafterweise müssen zur Erzeugung der strukturierten Auskoppelstrukturen dann keine zusätzlichen Maskenstrukturen angelegt werden. Vorteilhafterweise vereinfacht sich das Verfahren hierdurch. Ein optoelektronisches Bauelement weist eine Schichtstruktur auf, die in einem gitterförmigen lateralen Bereich eine höhere Versetzungsdichte aufweist, als in anderen lateralen Bereichen. Vorteilhafterweise kann bei diesem
optoelektronischen Bauelement in den lateralen Bereichen mit höherer Versetzungsdichte ein erhöhter vertikaler Strom fließen. Dabei können fließende Ladungsträger
vorteilhafterweise aus dem gitterförmigen lateralen Bereich mit höherer Versetzungsdichte in die benachbarten anderen lateralen Bereiche diffundieren und dort strahlend
rekombinieren. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine gute Hochstromlinearität des optoelektronischen Bauelements.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements ist in einem durch den gitterförmigen lateralen Bereich umgrenzten anderen lateralen Bereich ein Gaseinschluss angeordnet. Vorteilhafterweise weist der Gaseinschluss auf ein ansonsten vollständiges Zuwachsen des lateralen Bereichs mit niedrigerer Versetzungsdichte hin. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine leuchtaktive Schicht auf.
Dabei weist die leuchtaktive Schicht in dem gitterförmigen lateralen Bereich eine höhere Dichte an V-Defekten auf, als in den anderen lateralen Bereichen. Vorteilhafterweise bewirken die V-Defekte in dem gitterförmigen lateralen
Bereich mit höherer Versetzungsdichte eine Reduzierung der durch in vertikale Richtung fließende Ladungsträger zu überwindenden Piezobarrieren, wodurch in dem gitterförmigen lateralen Bereich ein erhöhter Strom in vertikaler Richtung durch die leuchtaktive Schicht der Schichtstruktur fließen kann. Folglich können Ladungsträger aus dem gitterförmigen lateralen Bereich in die anderen lateralen Bereiche
diffundieren und dort strahlend rekombinieren.
In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements bildet der gitterförmige laterale Bereich ein Sechseckgitter. Vorteilhafterweise stellt ein Sechseckgitter eine günstige laterale Kachelung dar, wodurch die anderen lateralen
Bereiche mit reduzierter Versetzungsdichte gleichmäßig zwischen den gitterförmigen lateralen Bereich mit höherer Versetzungsdichte verteilt sind. In einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements weist die Schichtstruktur eine leuchtaktive Schicht auf.
Dabei ist der gitterförmige laterale Bereich ausgebildet, eine höhere Zahl von Ladungsträgern pro Fläche in die
leuchtaktive Schicht zu injizieren, als der andere laterale Bereich. Vorteilhafterweise ergibt sich dadurch eine gute Hochstromlinearität des optoelektronischen Bauelements.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im
Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei zeigen in jeweils stark
schematisierter Darstellung
Fig. 1 einen Schnitt durch eine Schichtenstruktur in einem ersten Bearbeitungsstand;
Fig. 2 einen Schnitt durch die Schichtenstruktur in einem zweiten Bearbeitungsstand;
Fig. 3 einen Schnitt durch die Schichtenstruktur in einem dritten Bearbeitungsstand; Fig. 4 eine Aufsicht auf eine Maskenschicht der
Schichtenstruktur ;
Fig. 5 eine perspektivische Darstellung einer
Nitridhalbleiterschicht der Schichtenstruktur im zweiten Bearbeitungsstand;
Fig. 6 einen Schnitt durch die Schichtenstruktur in einem vierten Bearbeitungsstand;
Fig. 7 eine Aufsicht auf eine funktionale Schichtenfolge der Schichtenstruktur; und
Fig. 8 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements.
Fig. 1 zeigt in stark schematisierter Darstellung einen
Schnitt durch einen Teil einer Schichtenstruktur 100 in einem ersten Bearbeitungsstand 10. Die Schichtenstruktur 100 ist Teil eines optoelektronischen Bauelements, insbesondere eines LED-Chips einer Leuchtdiode.
Die Schichtenstruktur 100 umfasst eine strukturierte
Maskenschicht 200 mit lateralen Maskenbereichen 210, die durch Maskenöffnungen 220 voneinander getrennt sind. Die
Maskenschicht 200 kann beispielsweise Siliziumdioxid (Si02) aufweisen .
Die Schichtenstruktur 100 umfasst außerdem eine
Nitridhalbleiterschicht 300. Die Nitridhalbleiterschicht 300 weist einen ersten Schichtteil 310 auf, der im Bereich der Maskenöffnung 220 zwischen den lateralen Maskenbereichen 210 der Maskenschicht 200 angeordnet ist. Der erste Schichtteil 310 kann beispielsweise Galliumnitrid (GaN) aufweisen. Der erste Schichtteil 310 könnte auch entfallen.
Die Nitridhalbleiterschicht 300 umfasst ferner einen zweiten Schichtteil 320. Im in Fig. 1 gezeigten ersten Bearbeitungsstand 10 ist der zweite Schichtteil 320 noch nicht vollständig vorhanden. Der in Fig. 1 dargestellte erste Bearbeitungsstand 10 zeigt die Schichtenstruktur 100 während einer Durchführung eines ersten Wachstumsschritts 15 zum Aufwachsen des zweiten Schichtteils 320. Der zweite
Schichtteil 320 wird während des ersten Wachstumsschritts 15 epitaktisch aufgewachsen. Bevorzugt weist der zweite
Schichtteil 320 ebenfalls Galliumnitrid auf. Die Wachstumsbedingungen während des ersten Wachstumsschritts 15 sind so gewählt, dass ein Wachstum des zweiten
Schichtteils 320 hauptsächlich in eine vertikale
Wachstumsrichtung 12 an einer c-Fläche 301 der entstehenden Nitridhalbleiterschicht 300 stattfindet. In eine laterale Wachstumsrichtung 11 an { 1122 } -Flächen der entstehenden
Nitridhalbleiterschicht 300 findet nur ein geringes Wachstum statt. Hierdurch verjüngt sich der entstehende zweite
Schichtteil 320 mit zunehmender vertikaler Richtung in laterale Richtung.
Fig. 2 zeigt eine schematisierte Schnittdarstellung der
Schichtenstruktur 100 in einem zweiten Bearbeitungsstand 20. Der zweite Bearbeitungsstand 20 ist erreicht, nachdem der in Fig. 1 dargestellte erste Wachstumsschritt 15 für eine begrenzten Zeit durchgeführt wurde. Der im ersten
Wachstumsschritt 15 erzeugte zweite Schichtteil 320 der
Nitridhalbleiterschicht 300 weist in der Schnittdarstellung der Fig. 2 zumindest abschnittsweise eine trapezförmige
Querschnittsfläche 321 auf.
Wäre der erste Wachstumsschritt 15 länger fortgesetzt worden, so hätte sich das Wachstum des zweiten Schichtteils 320 in vertikale Wachstumsrichtung 12 so lange fortgesetzt, bis die Seitenflächen 302 der Nitridhalbleiterschicht 300 einander berühren und die c-Fläche 301 der Nitridhalbleiterschicht 300 verschwindet. Dann hätte der entstandene zweite Schichtteil 320 in der Schnittdarstellung der Fig. 2 eine dreieckige Querschnittsfläche aufgewiesen. Der erste Wachstumsschritt 15 wurde jedoch bereits zu einem früheren Zeitpunkt abgebrochen.
Fig. 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der
Schichtenstruktur 100 in einem dritten Bearbeitungsstand 30 während einer Durchführung eines zweiten Wachstumsschritts 25. Der zweite Wachstumsschritt 25 ist ebenfalls ein
epitaktischer Wachstumsschritt, wird jedoch unter anderen Wachstumsbedingungen durchgeführt als der erste
Wachstumsschritt 15. Der zweite Wachstumsschritt 25 wird unter Wachstumsbedingungen durchgeführt, die eine Koaleszenz fördern. Während des zweiten Wachstumsschritts 25 wird ein dritter Schichtteil 330 der Nitridhalbleiterschicht 300 aufgewachsen. Der dritte Schichtteil 330 der
Nitridhalbleiterschicht 300 weist bevorzugt ebenfalls
Galliumnitrid auf. Während des zweiten Wachstumsschritts 25 findet wegen der koaleszenzfordernden Wachstumsbedingungen hauptsächlich ein Wachstum in die laterale Wachstumsrichtung 11 statt. Der dritte Schichtteil 330 lagert sich somit hauptsächlich an den Seitenflächen 302 der
Nitridhalbleiterschicht 300 ab. In vertikale
Wachstumsrichtung 12 findet nur ein geringes Wachstum statt. An der c-Fläche 301 der Nitridhalbleiterschicht 300 lagert sich somit nur ein kleiner Teil des dritten Schichtteils 330 ab .
Fig. 4 zeigt eine Aufsicht auf einen Teil der Maskenschicht 200 der Schichtenstruktur 100. Die Maskenschicht 200 ist auf einer Nukleationsschicht 400 angeordnet, die in den Bereichen der Maskenöffnungen 220 sichtbar ist. Die Nukleationsschicht 400 weist Aluminium (AI) auf. Bevorzugt weist die
Nukleationsschicht 400 Aluminiumnitrid (A1N) auf.
Die lateralen Maskenbereiche 210 der Maskenschicht 200 sind als Scheiben ausgebildet. Bevorzugt weisen die
scheibenförmigen lateralen Maskenbereiche 210 eine
Kreisscheibenform auf, die jedoch auch durch ein Polygon angenähert sein kann. Jeder scheibenförmige laterale Maskenbereich 210 weist einen Scheibendurchmesser 211 auf. Der Scheibendurchmesser 211 liegt bevorzugt im Bereich zwischen 0,5 ym und 3 ym. Beispielsweise kann der
Scheibendurchmesser 211 2 ym betragen.
Die scheibenförmigen lateralen Maskenbereiche 210 sind durch die Maskenöffnungen 220 voneinander beabstandet. Zwei
einander benachbarte laterale Maskenbereiche 210 weisen dabei jeweils einen Scheibenabstand 221 voneinander auf. Der
Scheibenabstand 221 beträgt bevorzugt zwischen 0,5 ym und 2 ym. Beispielsweise kann der Scheibenabstand 221 1 ym betragen .
Die lateralen Maskenbereiche 210 sind in einem regelmäßigen Sechseckgitter 230 angeordnet. Das Sechseckgitter 230 bildet ein Bienenwabenmuster. Jeder laterale Maskenbereich 210 ist im Zentrum eines Sechsecks des Sechseckgitters 230
angeordnet. Hierdurch hat jeder laterale scheibenförmige Maskenbereich 210 (bis auf am Rand angeordnete laterale
Maskenbereiche 210) sechs nächste Nachbarn, die jeweils in den Scheibenabstand 221 von dem lateralen Maskenbereich 210 entfernt liegen.
Anstelle des Sechseckgitters 230 könnte auch ein
Rechteckgitter oder ein Dreieckgitter vorgesehen sein, in dem die lateralen Maskenbereiche 210 angeordnet sind.
Fig. 5 zeigt eine perspektivische Darstellung der
Nitridhalbleiterschicht 300 der Schichtenstruktur 100 im zweiten Bearbeitungsstand 20. Der zweite Schichtteil 320 der Nitridhalbleiterschicht 300 hat Stege 340 gebildet, die oberhalb der Maskenöffnungen 220 der Maskenschicht 200 angeordnet sind. Die Stege 340 bilden ein laterales Gitter 360, das das Sechseckgitter 230 der Maskenöffnungen 220 wiedergibt. Jeder Steg 340 weist an seinem oberen (von der
Maskenschicht 200 abgewandten) Ende eine Stegbreite 341 auf. Die Stegbreite 341 ist bevorzugt kleiner als der Scheibenabstand 221 der Maskenschicht 200 und kann beispielsweise 500 nm betragen.
Die Stege 340 des zweiten Schichtteils 320 umschließen pyramidenstumpfförmige Freiräume 350, die oberhalb der lateralen scheibenförmigen Maskenbereiche 210 der
Maskenschicht 200 angeordnet sind. Die
pyramidenstumpfförmigen Freiräume 350 weiten sich mit zunehmendem Abstand von der Maskenschicht 200
pyramidenstumpfförmig auf. Da die Stege 340 das laterale
Sechseckgitter 360 bilden, weist jeder pyramidenstumpfförmige Freiraum 350 eine etwa sechseckige Grundfläche auf.
Im zweiten Wachstumsschritt 25 werden die
pyramidenstumpfförmigen Freiräume 350 in laterale Richtung von den Seitenflächen 302 der Stege 340 ausgehend geschlossen bzw. koalesziert. Auch die c-Flächen 301 der Stege 340 werden dabei teilweise überwachsen. Fig. 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung der
Schichtenstruktur 100 in einem vierten Bearbeitungsstand 40. Der vierte Bearbeitungsstand 40 ist nach dem Vollenden des zweiten Wachstumsschritts 25 erreicht. Im vierten
Bearbeitungsstand 40 sind die pyramidenstumpfförmigen
Freiräume 350 vollständig durch den dritten Schichtteil 330 geschlossen .
In Fig. 6 sind außerdem ein in Figuren 1, 2 und 3 nicht dargestelltes Substrat 500 und die in Figuren 1, 2 und 3 nicht dargestellte Nukleationsschicht 400 der
Schichtenstruktur 100 gezeigt. Das Substrat 500 bildet einen Träger der Schichtenstruktur 100 und weist bevorzugt Saphir (AI2O3) auf. Alternativ kann das Substrat 500 Silizium (Si) , Siliziumcarbid (SiC) oder Galliumnitrid (GaN) aufweisen. Das Substrat 500 hat bevorzugt die Form eines Wafers.
Fig. 6 zeigt ferner eine Mehrzahl von Defekten 110 in der Nukleationsschicht 400 und der Nitridhalbleiterschicht 300. Bei den Defekten 110 kann es sich beispielsweise um Versetzungsdefekte handeln, die wegen einer
Gitterfehlanpassung zwischen der Nitridhalbleiterschicht 300, der Nukleationsschicht 400 und dem Substrat 500 bestehen.
Die Defekte 110 setzen sich in vertikaler Richtung durch Abschnitte der Schichtenstruktur 100 fort. Unterhalb der lateralen Maskenbereiche 210 der Maskenschicht 200 in der Nukleationsschicht 400 ausgebildete Defekte 110 enden an den lateralen Maskenbereichen 210. Unterhalb der Maskenöffnungen 220 der Maskenschicht 200 in der Nukleationsschicht 400 ausgebildete Defekte 110 setzen sich jedoch durch den ersten Schichtteil 310 und den zweiten Schichtteil 320 der
Nitridhalbleiterschicht 300 in vertikaler Richtung fort.
Defekte 110, die dabei in vertikaler Richtung an eine der Seitenflächen 302 des zweiten Schichtteils 320 stoßen, knicken dort ab und setzen sich im dritten Schichtteil 330 als abgeknickte Defekte 111 horizontal fort. Diese
abgeknickten Defekte 111 können einander auslöschen und erreichen dann nicht die Oberseite der Schichtenstruktur 100. Defekte 110, die sich in vertikale Richtung bis zu einer c- Fläche 301 des zweiten Schichtteils 320 fortsetzen, werden dagegen nicht abgeknickt, sondern setzen sich als
fortgesetzte Defekte 112 in vertikaler Richtung durch den dritten Schichtteil 330 fort, bis sie die Oberseite der
Schichtenstruktur 100 erreichen.
An der Oberseite der Schichtenstruktur 100 ergibt sich damit eine lateral variierende Dichte der Defekte 110. In lateralen Abschnitten oberhalb der Stege 340 des zweiten Schichtteils 320 ergibt sich eine erhöhte Defektdichte. In den übrigen lateralen Abschnitten ergibt sich dagegen eine reduzierte Defektdichte .
An der Grenze zwischen der Maskenschicht 200 und der
Nitridhalbleiterschicht 300 weisen zwei benachbarte Stege 340 des zweiten Schichtteils 320 einen Stegabstand 351 voneinander auf. Der Stegabstand 351 kann beispielsweise etwa 1 ym betragen.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt wird auf die
Oberseite der in Fig. 6 gezeigten Schichtenstruktur 100 eine funktionale Schichtenfolge 600 abgeschieden, die eine
leuchtaktive Schicht aufweist. Die leuchtaktive Schicht der funktionalen Schichtenfolge 600 umfasst einen oder mehrere Quantenfilme .
Es ist bekannt, dass sich während eines Wachstums einer leuchtaktiven Schicht oberhalb von Defekten 110 bevorzugt V- Defekte (V-Pits) ausbilden, sich also umso mehr V-Defekte ausbilden, je höher die Defektdichte in einer tieferliegenden Schicht ist. Ebenfalls bekannt ist, dass Seitenfacetten solcher V-Defekte eine reduzierte Piezoelektrizität gegenüber c-Facetten aufweisen. Ebenfalls bekannt ist, dass sich auf Facetten solcher V-Defekte weniger Indium einbaut und in diesen Bereichen eine Wachstumsrate reduziert ist. Hieraus ergibt sich, dass V-Defekte einen geringeren vertikalen elektrischen Widerstand aufweisen als defektfreie c-Flächen von leuchtaktiven Schichten. Allerdings finden
Rekombinationen von Löchern und Elektronen in V-Defekten vorwiegend nichtstrahlend statt.
Fig. 7 zeigt eine Aufsicht auf die Oberseite der funktionalen Schichtenfolge 600 der Schichtenstruktur 100, wie sie
beispielsweise mit einem PL-Mikroskop aufgenommen werden kann. Kristalldefekte erscheinen dabei dunkel. Erkennbar ist, dass die Oberseite der funktionalen Schichtenfolge 600 laterale Bereiche 120 mit hoher Defektdichte und laterale Bereiche 130 mit niedriger Defektdichte aufweist. Die
lateralen Bereiche 120 mit hoher Defektdichte befinden sich oberhalb des Sechseckgitters 230 der Maskenöffnungen 220 der Maskenschicht 200 und des lateralen Gitters 360 der Stege 340 des zweiten Schichtteils 320 der Nitridhalbleiterschicht 300. Die lateralen Bereiche mit niedriger Defektdichte 130 bilden die übrigen Abschnitte der Oberseite der funktionalen Schicht 600 der Schichtenstruktur 100.
Jeder oder fast jeder laterale Bereich mit niedriger
Defektdichte 130 weist einen Gaseinschluss 131 auf. Dieser Gaseinschluss 131 wird fachsprachlich als Void bezeichnet. Jeder Gaseinschluss 131 ist in der Mitte eines
pyramidenstumpfförmigen Freiraums 350 gebildet worden, der zwischen Stegen 340 angeordnet war. Im Bereich des
Gaseinschlusses 131 wurde der pyramidenstumpfförmige Freiraum 350 während des zweiten Wachstumsschritts 25 zuletzt durch den dritten Schichtteil 330 geschlossen.
In den lateralen Bereichen 120 mit hoher Defektdichte weist die leuchtaktive Schicht der funktionalen Schichtenfolge 600 eine höhere Dichte an V-Defekten auf als in den lateralen Bereichen 130 mit niedriger Defektdichte. Da die lateralen Bereiche 120 mit hoher Defektdichte aufgrund des
Vorhandenseins der V-Defekte einen geringeren vertikalen Widerstand aufweisen, kann ein elektrischer Strom in
vertikale Richtung durch die funktionale Schichtenfolge 600 hauptsächlich in den lateralen Bereichen 120 mit hoher
Defektdichte fließen. Durch den geringeren Serienwiderstand in vertikaler Richtung in den Bereichen 120 mit hoher
Defektdichte gelingt es, mehr Quantenfilme mit Ladungsträgern zu versorgen. Da die Stromdichte pro Quantenfilm somit geringer ist, lässt sich der Droop einer aus der
Schichtenstruktur 100 hergestellten Leuchtdiode reduzieren. Aufgrund der kleineren Bandlücke der Quantenfilme in den lateralen Bereichen 130 mit niedriger Defektdichte können Ladungsträger aus den lateralen Bereichen 120 mit hoher
Defektdichte in die lateralen Bereiche 130 mit niedriger Defektdichte diffundieren. In den lateralen Bereichen 130 mit niedriger Defektdichte können diese Ladungsträger strahlend rekombinieren. Folglich bewirken die lateralen Bereiche 120 mit hoher Defektdichte einen Stromfluss in vertikaler
Richtung und injizieren Ladungsträger in die lateralen Bereiche 130 mit niedriger Defektdichte, wo diese strahlend rekombinieren können.
Die relativen lateralen Abmessungen der lateralen Bereiche 120 mit hoher Defektdichte und der lateralen Bereiche 130 mit niedriger Defektdichte zueinander sind so gewählt, dass ein ausreichend großer vertikaler Stromfluss ermöglicht wird, um eine günstige Hochstromlinearität zu erzielen, ohne dass nichtstrahlende Rekombinationen in den lateralen Bereichen 120 mit hoher Defektdichte dominieren.
Fig. 8 zeigt zusammenfassend ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens 700 zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements .
In einem ersten Verfahrensschritt 710 wird das Substrat 500 bereitgestellt. Bevorzugt wird das Substrat 500 als Wafer bereitgestellt. Dann können eine Vielzahl optoelektronischer Bauelemente gleichzeitig parallel auf dem Wafer hergestellt werden. Das Substrat kann ein Saphirsubstrat, ein
Siliziumsubstrat, ein Siliziumcarbidsubstrat oder ein
Galliumnitridsubstrat sein.
In einem zweiten Verfahrensschritt 720 wird die Nukleations- schicht 400 auf eine Oberfläche des Substrats 500
aufgebracht. Die Nukleationsschicht 400 kann beispielsweise Aluminiumnitrid (A1N) aufweisen. Die Nukleationsschicht 400 kann beispielsweise eine Stärke von 50 nm aufweisen. Die Nukleationsschicht 400 kann beispielsweise durch Sputtern aufgebracht werden.
In einem dritten Verfahrensschritt 730 wird die Maskenschicht 200 aufgebracht und strukturiert. Die Maskenschicht 200 kann beispielsweise eine Schichtenfolge aus Siliziumdioxid (Si02) , Siliziumnitrid (SiN) und einer weiteren Schicht aus
Siliziumdioxid umfassen. Dabei können die Schichten aus Siliziumdioxid beispielsweise eine Stärke von etwa 100 nm und die Schicht aus Siliziumnitrid eine Stärke von etwa 50 nm aufweisen. Die Maskenschicht 200 kann beispielsweise auf die Nukleationsschicht 400 aufgesputtert werden.
Nach dem Aufbringen wird die Maskenschicht 200 strukturiert, beispielsweise durch ein fotolithografisches Verfahren. Dabei werden die durch die Maskenöffnungen 220 beabstandeten lateralen Maskenbereiche 210 angelegt. Die lateralen
Maskenbereiche 210 werden bevorzugt kreisscheibenförmig oder annähernd kreisscheibenförmig (beispielsweise achteckig) angelegt. Der Scheibendurchmesser 211 der lateralen
Maskenbereiche 210 kann beispielsweise zwischen 0,5 ym und 3 ym betragen, bevorzugt etwa 2 ym. Die Scheibenabstände 221 zwischen benachbarten lateralen Maskenbereichen 210 können beispielsweise zwischen 0,5 ym und 2 ym betragen, bevorzugt etwa 1 ym. Bevorzugt werden die lateralen Maskenbereiche 210 in einem Sechseckgitter angeordnet.
In einem vierten Verfahrensschritt 740 wird der erste
Schichtteil 310 der Nitridhalbleiterschicht 300 in den
Maskenöffnungen 220 der Maskenschicht 200 abgeschieden und anschließend rückgeätzt. Der erste Schichtteil 310 der
Nitridhalbleiterschicht 300 kann beispielsweise Galliumnitrid (GaN) aufweisen und mit einer Stärke von etwa 90 nm
abgeschieden werden. Das Abscheiden des ersten Schichtteils 310 kann beispielsweise in einer Anlage zur metallorganischen Gasphasenabscheidung (MOVPE-Anlage) erfolgen. Bevorzugt ist das Material des ersten Schichtteils 310 nominell undotiert. Nach dem Abscheiden des ersten Schichtteils 310 wird der erste Schichtteil 310 rückgeätzt. Dies kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass eine TMGa-Quelle der MOVPE-Anlage geschlossen und Silan (SiH4) in den Reaktor geleitet wird. Dann herrscht eine N2/H2/NH3-Umgebung, in der es zu einer Desorption von Galliumnitrid und zu einem Aufwachsen von Siliziumnitrid (SiN) kommt. Dabei sind beide Prozesse
konkurrierend. Das Rückätzen kann beispielsweise für 5
Minuten durchgeführt werden und dient zur Kontrolle von
Kristallverspannungen. Der vierte Verfahrensschritt 740 kann in einer vereinfachten Variante des Verfahrens entfallen. In einem fünften Verfahrensschritt 750 wird im ersten
Wachstumsschritt 15 der zweite Schichtteil 320 der
Nitridhalbleiterschicht 300 aufgewachsen. Der zweite
Schichtteil 320 weist bevorzugt Galliumnitrid (GaN) auf.
Dabei werden die Wachstumsbedingungen so gewählt, dass das Wachstum vorwiegend in die vertikale Wachstumsrichtung 12 erfolgt und sich die Stege 340 mit trapezförmiger
Querschnittsfläche 321 bilden. Bei diesen
Wachstumsbedingungen kann beispielsweise ein niedriges
Verhältnis von weniger als 1000 des Gruppe-V-Halbleiters zum Gruppe-III-Halbleiter herrschen. Die Temperatur kann bei weniger als 1000°C liegen. Die Zufuhr von Silan (SiH4) kann dabei wieder beendet sein. In einem sechsten Verfahrensschritt 760 wird der zweite
Wachstumsschritt 25 durchgeführt, um den dritten Schichtteil 330 der Nitridhalbleiterschicht 300 aufzuwachsen. Der dritte Schichtteil 330 weist bevorzugt ebenfalls Galliumnitrid (GaN) auf. Der zweite Wachstumsschritt 25 wird unter
Wachstumsparametern durchgeführt, die zu einem bevorzugten
Wachstum in die laterale Wachstumsrichtung 11 führen. Dadurch werden die pyramidenstumpfförmigen Freiräume 350 zwischen den im vorhergehenden Verfahrensschritt 750 angelegten Stegen 340 geschlossen und koalesziert. Die Wachstumsbedingungen während des zweiten Wachstumsschritts 25 können beispielsweise ein hohes Verhältnis zwischen dem Gruppe-V-Halbleiter und dem Gruppe-III-Halbleiter und eine hohe Temperatur von mehr als 1000°C umfassen. Nach dem sechsten Verfahrensschritt 760 liegt die Nitridhalbleiterschicht 300 folglich als
geschlossene Schicht mit lateral modulierter Dichte von
Defekten 110 vor.
In einem siebten Verfahrensschritt 770 wird die funktionale Schichtenfolge 600 auf der Oberfläche der
Nitridhalbleiterschicht 300 abgeschieden. Die funktionale Schichtenfolge 600 umfasst eine leuchtaktive Schicht. Die funktionale Schichtenfolge 600 ist bevorzugt eine LED- Struktur . In optionalen weiteren Verfahrensschritten kann die in den vorhergehenden Verfahrensschritten hergestellte
Schichtenstruktur 100 zu einem vollständigen
optoelektronischen Bauelement weiterverarbeitet werden. Die Verfahrensschritte 780 bis 810 zeigen eine solche Möglichkeit exemplarisch auf.
Im achten Verfahrensschritt 780 wird die Schichtenstruktur 100 gegen ein Trägersubstrat gebondet. Das Bonden erfolgt dabei derart, dass die funktionale Schichtenfolge 600 der
Schichtenstruktur 100 dem Trägersubstrat zugewandt ist. Bei dem Trägersubstrat kann es sich beispielsweise um ein
Siliziumsubstrat handeln. In einem neunten Verfahrensschritt 790 werden das Substrat
500 und die Nukleationsschicht 400 von den übrigen Teilen der Schichtenstruktur 100 abgelöst. Das Ablösen kann
beispielsweise mit einem als Laser-Lift-Off bezeichneten Prozess erfolgen. Weist die Nukleationsschicht 400
Aluminiumnitrid (A1N) auf, so erfolgt die Trennung dabei wegen der Bandkante des Aluminiumnitrids (A1N) erst in der beispielsweise Galliumnitrid (GaN) aufweisenden
Nitridhalbleiterschicht 300. In den lateralen Maskenbereichen 210 der Maskenschicht 200 dient die mittlere Schicht aus Siliziumnitrid (SiN) als Trennbereich. Somit verbleibt ein Teil aus Siliziumdioxid (Si02) der lateralen Maskenbereiche 210 der Maskenschicht 200 an der abgelösten
Nitridhalbleiterschicht 300, ein anderer Teil aus
Siliziumdioxid (Si02) der lateralen Maskenbereiche 210 der Maskenschicht 200 an der Nukleationsschicht 400 und dem
Substrat 500.
Die an der Nitridhalbleiterschicht 300 verbleibende Schicht aus Siliziumdioxid (Si02) kann in einem zehnten
Verfahrensschritt 800 als Hartmaske zur Erzeugung von
strukturierten Auskoppelstrukturen dienen. Die an der Nukleationsschicht 400 und dem Substrat 500 verbleibende Schicht aus Siliziumdioxid (Si02) kann in einem elften Verfahrensschritt 810 abgelöst werden. Die
Nukleationsschicht 400 verbleibt auf dem Substrat 500. Das Substrat 500 kann anschließend erneut zur Durchführung des Verfahrens 700 genutzt werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 217 644.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung wurde anhand der bevorzugten
Ausführungsbeispiele näher illustriert und beschrieben.
Dennoch ist die Erfindung nicht auf die offenbarten Beispiele eingeschränkt. Vielmehr können hieraus andere Variationen vom Fachmann abgeleitet werden, ohne den Schutzumfang der
Erfindung zu verlassen.
Bezugs zeichenliste
10 erster Bearbeitungsstand
11 laterale Wachstumsrichtung
12 vertikale Wachstumsrichtung
15 erster Wachstumsschritt
20 zweiter Bearbeitungsstand
25 zweiter Wachstumsschritt
30 dritter Bearbeitungsstand
40 vierter Bearbeitungsstand
100 Schichtenstruktur
110 Defekt
111 abgeknickter Defekt
112 fortgesetzter Defekt
120 lateraler Bereich mit hoher Defektdichte
130 lateraler Bereich mit niedriger Defektdichte
131 Loch 200 Maskenschicht
210 lateraler Maskenbereich
211 Scheibendurchmesser
220 Maskenöffnung
221 Scheibenabstand
230 Sechseckgitter
300 Nitridhalbleiterschicht
301 c-Fläche
302 Seitenfläche
310 erster Schichtteil
320 zweiter Schichtteil
321 trapezförmige Querschnittsfläche
330 dritter Schichtteil
340 Steg
341 Stegbreite
350 pyramidenförmiger Freiraum
351 Stegabstand
360 laterales Gitter 400 Nukleationsschicht
500 Substrat
600 funktionale Schichtenfolge 700 Verfahren
710 Bereitstellen des Substrats
720 Aufbringen der Nukleationsschicht
730 Aufbringen und Strukturieren der Maskenschicht 740 Aufbringen des ersten Nitridhalbleiterschichtteils und Rückätzen
750 Aufwachsen des zweiten Nitridhalbleiterschichtteils im ersten Wachstumsschritt
760 Aufwachsen des dritten Nitridhalbleiterschichtteils im zweiten Wachstumsschritt
770 Abscheiden der funktionalen Schichtenfolge
780 Bonden der Schichtstruktur an einen Träger
790 Ablösen der Schichtstruktur
800 Erzeugen von strukturierten Auskoppelstrukturen 810 Wiederverwenden des Substrats

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen
Bauelements
mit folgenden Schritten:
- Bereitstellen eines Substrats (500);
- Aufbringen einer Nukleationsschicht (400) auf einer Oberfläche des Substrats (500);
- Aufbringen und Strukturieren einer Maskenschicht (200) auf der Nukleationsschicht (400);
- Aufwachsen eines Nitridhalbleiters (320) in einem ersten Wachstumsschritt (15), wobei Stege (340) angelegt werden, die ein laterales Gitter (360) bilden, wobei die Stege (340) in Wachstumsrichtung
(12) abschnittsweise trapezförmige Querschnittsflächen
(321) aufweisen;
- Laterales Überwachsen der Stege (340) mit einem Nitridhalbleiter (330) in einem zweiten
Wachstumsschritt (25), um Freiräume (350) zwischen den Stegen (340) zu schließen.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei die Freiräume (350) zwischen den Stegen (340) pyramidenstumpfförmig ausgebildet werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei beim Strukturieren der Maskenschicht (200)
scheibenförmige laterale Maskenbereiche (210) angelegt werden .
4. Verfahren nach Anspruch 3,
wobei die scheibenförmigen Maskenbereiche (210) in einem lateralen Sechseckgitter (230) angeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei die scheibenförmigen Maskenbereiche (210) mit einem Durchmesser (211) zwischen 0,5 ym und 3 ym angelegt werden .
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5,
wobei die scheibenförmigen Maskenbereiche (210) durch Bereiche (220) mit einer Breite (221) zwischen 0,5 ym und 2 ym voneinander getrennt angelegt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der zweite Wachstumsschritt (25) bei
Wachstumsparametern durchgeführt wird, die eine
Koaleszenz fördern.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der erste Wachstumsschritt (15) bei einer
niedrigeren Temperatur durchgeführt wird als der zweite Wachstumsschritt (25) .
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei nach dem zweiten Wachstumsschritt (25) eine
funktionale Schichtenfolge (600) abgeschieden wird, die eine leuchtaktive Schicht aufweist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei vor dem ersten Wachstumsschritt (15) in Öffnungen (220) der Maskenschicht (200) ein Nitridhalbleiter (310) abgeschieden wird,
wobei anschließend ein Rückätzen durchgeführt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Nukleationsschicht (400) Aluminium aufweist.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Maskenschicht (200) zwei Schichten umfasst, die Silziumdioxid aufweisen,
wobei die Siliziumdioxid-aufweisenden Schichten der Maskenschicht (200) durch eine Schicht getrennt sind, die Siliziumnitrid aufweist.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die auf der Nukleationsschicht (400) angeordnete
Schichtstruktur (200, 300, 600) abgelöst wird,
wobei an der abgelösten Schichtstruktur (200, 300, 600) angeordnete Teile der Maskenschicht (200) als Hartmaske zur Erzeugung von strukturierten Auskoppelstrukturen verwendet werden.
14. Optoelektronisches Bauelement
mit einer Schichtstruktur (100), die in einem
gitterförmigen lateralen Bereich (120) eine höhere
Versetzungsdichte aufweist, als in anderen lateralen
Bereichen ( 130 ) .
15. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14,
wobei in einem durch den gitterförmigen lateralen Bereich (120) umgrenzten anderen lateralen Bereich (130) ein
Gaseinschluss (131) angeordnet ist.
16. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Anspruch 14 oder 15,
wobei die Schichtstruktur (100) eine leuchtaktive Schicht aufweist,
wobei die leuchtaktive Schicht in dem gitterförmigen lateralen Bereich (120) eine höhere Dichte an V-Defekten aufweist, als in den anderen lateralen Bereichen (130) .
17. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Anspruch 14 bis 16,
wobei der gitterförmige laterale Bereich (120) ein
Sechseckgitter bildet.
18. Optoelektronisches Bauelement nach einem der Anspruch 14 bis 17,
wobei die Schichtstruktur (100) eine leuchtaktive Schicht aufweist,
wobei der gitterförmigen lateralen Bereich (120)
ausgebildet ist, eine höhere Zahl von Ladungsträgern pro Fläche in die leuchtaktive Schicht zu injizieren, als der andere laterale Bereich (130) .
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