WO2016146457A1 - Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers Download PDF

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Andreas Rudolph
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Definitions

  • the plated-through hole extends through the entire semiconductor layer sequence, that is to say in particular that the second one also extends Layer can be completely penetrated by the via.
  • the bottom surface of the plated-through hole preferably terminates flush with a surface, for example the second main side, of the semiconductor layer sequence or projects beyond the semiconductor layer sequence in the direction away from the carrier.
  • Semiconductor wire from the semiconductor wire to remove, preferably completely remove.

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper (100) mit einem Träger (13) und einer auf dem Träger (13) aufgebrachten Halbleiterschichtenfolge (1) angegeben. Die Halbleiterschichtenfolge (1) weist eine erste Schicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps, eine zweite Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und eine zwischen der ersten (10) und der zweiten Schicht (12) angeordnete aktive Schicht (11) auf, wobei die erste Schicht (10) dem Träger (13) zugewandt ist und wobei die aktive Schicht (11) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Ferner weist der Halbleiterkörper (100) zumindest eine Durchkontaktierung (2) auf, die sich ausgehend vom Träger (13) vollständig durch die erste Schicht (10) und die aktive Schicht (11) erstreckt und sich zumindest teilweise durch die zweite Schicht (12) erstreckt. Im Betrieb des Halbleiterkörpers (100) werden zweite Ladungsträger über die Durchkontaktierung (2) in die zweite Schicht (12) injiziert. Die Durchkontaktierung (2) ist dabei im Bereich der aktiven Schicht (11) und der ersten Schicht (10) lateral vollständig von einer durchgehenden und zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht (11) und der ersten Schicht (10) umgeben. Ferner ist die Durchkontaktierung (2) aus einem Halbleitermaterial gebildet. Der Träger (13) ist das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge (1).

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 104 144.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen Halbleiterkörper mit Durchkontaktierungen anzugeben, bei dem es zu keiner oder einer verringerten Migration oder Eindiffusion von Metallen aus den Durchkontaktierungen in die Halbleiterschichtenfolge kommt. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein effizientes und kostengünstiges Verfahren zur Herstellung eines solchen Halbleiterkörpers anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte
Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterkörper einen Träger. Auf dem Träger ist eine Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten
Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten aktiven Schicht angeordnet. Dabei ist die erste Schicht dem Träger zugewandt, die zweite Schicht dem Träger abgewandt. Die aktive Schicht erzeugt oder absorbiert im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung. Bei der Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps handelt es sich beispielsweise um eine p-dotierte Schicht, die zum
Löchertransport eingerichtet ist. Die zweite Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps ist beispielsweise eine n-dotierte Schicht, die zum Transport von Elektronen eingerichtet ist. Die erste und die zweiten Schicht können jeweils n-dotiert oder p-dotiert sein.
Unter der ersten und/oder der zweiten Schicht kann dabei insbesondere auch jeweils eine Schichtenfolge aus mehreren einzelnen Schichten verstanden werden. Beispielsweise umfasst die erste Schicht alle Halbleiterschichten zwischen einer ersten Hauptseite der Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Schicht. Die zweite Schicht kann beispielsweise alle Schichten zwischen einer der ersten Hauptseite
gegenüberliegenden zweiten Hauptseite der
Halbleiterschichtenfolge und der aktiven Schicht umfassen.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial . Bei dem
Halbleitermaterial handelt es sich beispielsweise um ein Nitrid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungs-Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid-Verbindungs-
Halbleitermaterial , wie AlnIn]__n_mGamAs, wobei jeweils 0 -S n
< 1, 0 -S m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN oder AlInGaAs.
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder eine
Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi-Quantentopfstruktur, kurz MQW .
Eine von der aktiven Schicht im Betrieb erzeugte Strahlung liegt insbesondere im Spektralbereich zwischen einschließlich 400 nm und 940 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterkörper zumindest eine
Durchkontaktierung, die sich ausgehend vom Träger vollständig durch die erste Schicht und die aktive Schicht erstreckt. Ferner erstreckt sich die Durchkontaktierung zumindest teilweise durch die zweite Schicht. Insbesondere mündet die Durchkontaktierung in die zweite Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Betrieb des Halbleiterkörpers zweite Ladungsträger über die
Durchkontaktierung in die zweite Schicht injiziert. Die zweiten Ladungsträger entsprechen dabei dem Leitfähigkeitstyp der zweiten Schicht. Zwischen der Durchkontaktierung und der zweiten Schicht besteht insbesondere ein direkter
elektrischer Kontakt, sodass die zweiten Ladungsträger ohne Umwege direkt von der Durchkontaktierung in die zweite
Schicht gelangen können und vorher keine weiteren Schichten passieren müssen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Durchkontaktierung im Bereich der aktiven Schicht und der ersten Schicht lateral vollständig von einer durchgehenden und zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht und der ersten Schicht umgeben. Die laterale Richtung ist dabei eine
Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge. In Draufsicht auf die
Halbleiterschichtenfolge bei einer Schnittansicht entlang der aktiven Schicht ist die Durchkontaktierung also vollständig und unterbrechungsfrei von der aktiven Schicht umrandet, bei einer Schnittansicht parallel zur ersten Schicht ist die Durchkontaktierung vollständig und unterbrechungsfrei von der ersten Schicht umrandet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die
Durchkontaktierungen ein Halbleitermaterial auf oder sind daraus gebildet oder bestehen daraus. Die elektrische Leitung der Ladungsträger innerhalb der Durchkontaktierung findet also bevorzugt über ein Halbleitermaterial statt. Bei dem Halbleitermaterial kann es sich um eines der oben genannten Halbleitermaterialien, insbesondere um GaAs, handeln. Das Halbleitermaterial der Durchkontaktierung kann dotiert oder undotiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Träger, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, gleichzeitig das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge. Der Träger kann beispielsweise ebenfalls eines der oben genannten Halbleitermaterialien aufweisen oder daraus bestehen.
Insbesondere weist der Träger Silizium oder GaAs oder GaN oder Sic oder Saphir auf oder besteht daraus.
Alternativ ist es aber auch möglich, dass bei dem
Halbleiterkörper das Aufwachssubstrat abgelöst ist und der Träger ein im Nachhinein aufgebrachter, sich vom Aufwachssubstrat unterscheidender Hilfsträger ist, der beispielsweise ein Metall oder Halbleitermaterial aufweist oder daraus besteht.
In mindestens einer Ausführungsform weist der
optoelektronische Halbleiterkörper einen Träger und eine auf dem Träger aufgebrachte Halbleiterschichtenfolge mit einer ersten Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht und der zweiten Schicht angeordneten aktiven Schicht auf, wobei die erste Schicht dem Träger zugewandt ist und wobei die aktive Schicht im
bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Ferner weist der Halbleiterkörper zumindest eine Durchkontaktierung auf, die sich ausgehend vom Träger vollständig durch die erste Schicht und die aktive Schicht erstreckt und sich zumindest teilweise durch die zweite Schicht erstreckt. Im Betrieb des Halbleiterkörpers werden zweite Ladungsträger über die Durchkontaktierung in die zweite Schicht injiziert. Die Durchkontaktierung ist dabei im Bereich der aktiven Schicht und der ersten Schicht lateral vollständig von einer durchgehenden und
zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht und der ersten Schicht umgeben. Ferner ist die Durchkontaktierung aus einem Halbleitermaterial gebildet. Der Träger ist beispielsweise das Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge.
Der hier beschriebenen Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass bei üblichen Halbleiterchips mit Durchkontaktierungen, die Durchkontaktierungen metallisch sind. Dies kann dazu führen, dass das Metall aus den
Durchkontaktierungen in die Halbleiterschichtenfolge migriert oder eindiffundiert und dabei die Leitfähigkeit sowie die optischen Eigenschaften der Halbleiterschichtenfolge
verändert. Außerdem ist die Herstellung von Halbleiterkörpern mit metallischen Durchkontaktierungen mit einem
verhältnismäßig großen Aufwand verbunden, da in diesen Fällen das Aufwachssubstrat selbst nicht als Träger verwendet werden kann, sondern ein Hilfsträger nach Einbringen der
Durchkontaktierungen aufgebracht werden muss. Bei dem hier beschriebenen Halbleiterkörper sind die
Durchkontaktierungen aus einem Halbleitermaterial gebildet, wodurch es zu keinem oder einem verringerten Eindiffundieren von Metallen aus den Durchkontaktierungen in die
Halbleiterschichtenfolge kommt. Ferner kann, wie im Folgenden gezeigt, ein solcher Halbleiterkörper besonders effizient und kostengünstig hergestellt werden. Insbesondere ist ein
Ablösen des Aufwachssubstrats und das Verwenden eines
Hilfsträgers in diesem Fall nicht nötig. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Durchkontaktierung eine Mantelfläche auf, die quer zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verläuft. Die Durchkontaktierung kann dann zum Beispiel zylinderförmig oder stabförmig ausgeführt sein, wobei die Haupterstreckungsrichtung des Stabs oder die Symmetrieachse des Zylinders quer oder senkrecht zur
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verläuft . Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Mantelfläche im Bereich der ersten Schicht und der aktiven Schicht
vollständig und unterbrechungsfrei von einer
Passivierungsschicht umgeben. Die Passivierungsschicht dient dabei bevorzugt dazu, einen direkten Stromfluss zwischen der Durchkontaktierung und der ersten Schicht oder zwischen der Durchkontaktierung und der aktiven Schicht im Betrieb zu verhindern. Die Passivierungsschicht ist also insbesondere schlecht elektrisch leitend oder isolierend ausgebildet.
Schlecht leitend bedeutet hier und im Folgenden zum Beispiel, dass die Passivierungsschicht eine Leitfähigkeit aufweist, die mindestens 100-mal oder 10000-mal oder 1000000-mal geringer ist als die Leitfähigkeit innerhalb der
Durchkontaktierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist im Bereich der zweiten Schicht die Mantelfläche zumindest teilweise frei von der Passivierungsschicht. Insbesondere sind zumindest 50 % oder zumindest 60 % oder zumindest 70 % oder zumindest 99 % des Teils der Mantelfläche frei von der Passivierungsschicht, der im Bereich der zweiten Schicht angeordnet ist. Bevorzugt ist also neben einer Bodenfläche der Durchkontaktierung auch ein Teil der Mantelfläche frei von der Passivierungsschicht. Die Bodenfläche der Durchkontaktierung ist dabei eine dem Träger abgewandte, im Wesentlichen parallel zur
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verlaufende Grenzfläche der Durchkontaktierung. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Passivierungsschicht ein Halbleitermaterial, zum Beispiel eines der oben genannten Halbleitermaterialien, insbesondere ein undotiertes Halbleitermaterial wie undotiertes AlGaAs, auf oder besteht daraus oder ist daraus gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Durchkontaktierung durch die gesamte Halbleiterschichtenfolge hindurch, das heißt insbesondere, dass auch die zweite Schicht vollkommen von der Durchkontaktierung durchdrungen sein kann. Die Bodenfläche der Durchkontaktierung schließt dabei bevorzugt bündig mit einer Oberfläche, zum Beispiel der zweiten Hauptseite, der Halbleiterschichtenfolge ab oder überragt die Halbleiterschichtenfolge in Richtung weg von dem Träger .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform mündet die
Durchkontaktierung in die zweite Schicht und endet innerhalb der zweiten Schicht. Bevorzugt ist dabei die zweite Schicht eine hoch dotierte StromaufWeitungsschicht . Die hoch dotierte Stromaufweitungsschicht weist dabei insbesondere eine hohe laterale elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch
Ladungsträger, die in die Stromaufweitungsschicht über die Durchkontaktierung injiziert werden, effizient entlang der Halbleiterschichtenfolge verteilt werden. Die laterale elektrische Leitfähigkeit innerhalb der
Stromaufweitungsschicht beträgt beispielsweise zumindest 1000/ (Ω-m) oder 10000/ (Ω -m) oder 100000 / (Ω · m) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform trägt der Träger die Halbleiterschichtenfolge mechanisch und stabilisiert die Halbleiterschichtenfolge. Bevorzugt ist neben dem Träger, der besonders bevorzugt gleichzeitig das Aufwachssubstrat ist, kein weiterer Hilfsträger zur mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers nötig oder vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine dem Träger abgewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge eine
Strahlungsaustrittsfläche oder Strahlungseintrittsfläche des Halbleiterkörpers. Über die Strahlungsaustrittsfläche wird im Betrieb die in der aktiven Schicht erzeugte Strahlung aus dem Halbleiterkörper ausgekoppelt, über die Strahlungseintrittsfläche wird im Betrieb Strahlung in den Halbleiterkörper eingekoppelt und von der aktiven Schicht absorbiert und beispielsweise in ein elektronisches Signal umgewandelt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Durchkontaktierung in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem Träger und ist direkt elektrisch leitend mit dem Träger verbunden. Insbesondere befinden sich zwischen der Durchkontaktierung und dem Träger keine weiteren Schichten. Ladungsträger können beispielsweise direkt und ohne Umwege von dem Träger in die Durchkontaktierung gelangen, ohne zum Beispiel weitere Schichten passieren zu müssen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Betrieb die zweiten Ladungsträger über den Träger und über die
Durchkontaktierung in die zweite Schicht injiziert. An den Träger kann beispielsweise ein elektrischer Kontakt
angebracht sein, über den die zweiten Ladungsträger in den Träger injiziert werden und über den Träger in die
Durchkontaktierung weitergeleitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zwischen der ersten Schicht und dem Träger im Bereich lateral neben der
Durchkontaktierung eine Isolationsschicht angeordnet. In Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge ist die
Durchkontaktierung dann beispielsweise vollständig von einer zusammenhängenden Bahn der Isolationsschicht umgeben. Die Isolationsschicht ist insbesondere dazu eingerichtet, einen direkten elektrischen Kontakt zwischen der ersten Schicht und dem Träger zu verhindern. Dazu weist die Isolationsschicht bevorzugt eine schlechte Leitfähigkeit auf oder ist
isolierend ausgebildet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Isolationsschicht und die Passivierungsschicht aus demselben Material gebildet und bilden eine zusammenhängende und einstückige Schicht. Insbesondere sind die Isolationsschicht und die Passivierungsschicht also ein und dieselbe Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Träger eine gleiche Dotierungsart wie die Durchkontaktierung auf.
Beispielsweise ist die Durchkontaktierung wie auch der Träger n-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Durchkontaktierung eine Breite oder einen Durchmesser
gemessen parallel zur aktiven Schicht von zumindest 30 nm oder 50 nm oder 70 nm auf. Alternativ oder zusätzlich ist die Breite oder der Durchmesser der Durchkontaktierung höchstens 500 nm oder 400 nm oder 300 nm. Die axiale Länge der
Durchkontaktierungen quer zur Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beträgt beispielsweise zumindest 500 nm oder 1 ym oder 2 ym. Alternativ oder zusätzlich beträgt die axiale Länge der Durchkontaktierungen höchstens 7 ym oder 5 ym oder 4 ym.
Eine Flächenbelegungsdichte der Durchkontaktierungen
innerhalb der Halbleiterschichtenfolge beträgt zum Beispiel zumindest 0,0001 % oder 0,001 % oder 0,01 %. Alternativ oder zusätzlich ist die Flächenbelegungsdichte höchstens 2 % oder 1 % oder 0,1 %. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörpers. Das heißt, sämtliche in Verbindung mit dem optoelektronischen Halbleiterkörper offenbarten Merkmale sind auch für das
Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A, bei dem ein Aufwachssubstrat mit einer
Hauptseite bereitgestellt wird.
In einem darauffolgenden Schritt B wird ein oder, bevorzugt, mehrere Katalysetropfen auf die Hauptseite des
Aufwachssubstrats aufgebracht.
In einem darauffolgenden Schritt C wird ein erstes
Halbleitermaterial bei ersten Wachstumsbedingungen auf das Aufwachssubstrat aufgewachsen. Die ersten
Wachstumsbedingungen sind dabei bevorzugt so gewählt, dass im Bereich des Katalysetropfens ein stärkeres Schichtwachstum in Richtung weg von der Hauptseite stattfindet als im Bereich lateral neben dem Katalysetropfen und dadurch ein
Halbleiterdraht im Bereich des Katalysetropfens entsteht. Bei den ersten Wachstumsbedingungen wird beispielsweise die
Temperatur des Aufwachssubstrats zwischen einschließlich 400 °C und 620 °C gewählt. Ein Verfahren zum Wachstum von
Halbleiterdrähten mit Hilfe von Katalysetropfen ist zum
Beispiel aus der Druckschrift „Wurtzite to Zinc Blende Phase Transition in GaAs Nanowires Induced by Epitaxial Burying" von Gilles Patriarche et al . , Nano Letters Vol. 8, No . 6, 1638 - 1643, 2008 bekannt. In dieser Druckschrift ist ein Dampf-Flüssig-Fest-Wachstum, englisch: vapour liquid solid growth, kurz VLS, beschrieben. Dabei werden katalytisch wirkende flüssige Legierungstropfen verwendet. Bei Einführung der Reaktionsgase für die Bildung der
Halbleiterschichtenfolge werden diese an der Oberfläche des Katalysetropfens absorbiert und diffundieren durch die Oberfläche hindurch. Aufgrund einer Übersättigung an der Grenzfläche des flüssigen Tropfens mit dem darunterliegenden Untergrund und der zu strukturierenden Oberfläche kommt es zum beschleunigten Kristallwachstum, sodass Halbleiterdrähte entstehen.
In einem Schritt D wird eine Passivierungsschicht, bevorzugt in Form eines zweiten Halbleitermaterials, bei zweiten
Wachstumsbedingungen aufgewachsen, wobei bei den zweiten Wachstumsbedingungen ein Wachstum der Passivierungsschicht auf einer quer zur Hauptseite verlaufenden Mantelfläche des Halbleiterdrahts auftritt. Bevorzugt tritt in diesem Fall kein oder ein geringeres, insbesondere sehr viel geringeres Wachstum der Passivierungsschicht in axialer Richtung der Halbleiterdrähte auf. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass bei den zweiten Wachstumsbedingungen die Temperatur des Aufwachssubstrats erniedrigt wird, sodass der Katalysetropfen aushärtet. Dadurch können die für die Bildung der Passivierungsschicht einströmenden Reaktionsgase nicht mehr durch den Katalysetropfen hindurch diffundieren und ein Wachstum unterhalb des Katalysetropfens tritt nicht auf .
In einem Schritt E wird ein drittes Halbleitermaterial bei dritten Wachstumsbedingungen aufgewachsen, wobei bei den dritten Wachstumsbedingungen im Bereich des Katalysetropfens wiederum ein stärkeres Schichtwachstum in Richtung weg von der Hauptseite stattfindet als im Bereich lateral neben dem Katalysetropfen und dadurch der Halbleiterdraht verlängert wird, bis er eine vorbestimmte Ziellänge erreicht hat. Dabei ist bei den dritten Wachstumsbedingungen beispielsweise die Aufwachssubstrat-Temperatur wieder so gewählt, dass der Katalysetropfen flüssig ist und ein Durchdiffundieren der Reaktionsgase durch den Katalysetropfen möglich ist.
In einem Schritt F wird eine Halbleiterschichtenfolge auf die Hauptseite des Aufwachssubstrats unter vierten
Wachstumsbedingungen gewachsen, wobei nacheinander zuerst eine erste Schicht eines ersten Leitfähigkeitstyps,
anschließend eine aktive Schicht und danach eine zweite
Schicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufgewachsen wird. Dabei wächst die Halbleiterschichtenfolge bevorzugt im
Bereich neben dem Halbleiterdraht, sodass die erste Schicht wie auch die aktive Schicht den Halbleiterdraht lateral vollständig umrandet. Die vierten Wachstumsbedingungen sind dabei bevorzugt so gewählt, dass ein Wachstum der
Halbleiterschichtenfolge lateral neben dem Halbleiterdraht stärker ist als auf dem Halbleiterdraht. Dazu kann
beispielsweise die Temperatur des Aufwachssubstrats
entsprechend hoch eingestellt sein, beispielsweise beträgt die Temperatur des Aufwachssubstrats dann mehr als 600 °C.
Das Aufwachssubstrat , das erste, zweite und dritte
Halbleitermaterial sowie die Halbleiterschichtenfolge können beispielsweise eines der oben genannten Halbleitermaterialien sein oder aufweisen oder daraus bestehen.
Das Wachstum des Halbleiterdrahtes und der
Halbleiterschichtenfolge wird bevorzugt über metallorganische Gasphasenepitaxie, englisch: metal organic chemical vapour phase epitaxy, kurz MOVPE, in einer Reaktionskammer
ausgeführt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte A bis F unabhängig voneinander und nacheinander in der
angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Schritte C und E nacheinander und vor dem Schritt D ausgeführt. Der Halbleiterdraht wird also zunächst bis zu seiner
vollständigen Ziellänge gewachsen, ohne dass eine
Passivierungsschicht aufgebracht wird.
Im Schritt D wird dann die Passivierungsschicht bevorzugt auf der Mantelfläche des Halbleiterdrahts aufgebracht,
insbesondere auf der gesamten Mantelfläche des
Halbleiterdrahts, sodass der Halbleiterdraht lateral
vollständig und ringsum von der Passivierungsschicht umgeben ist .
Nach dem Schritt D und vor dem Schritt F wird dann
beispielsweise eine Schutzschicht auf die Hauptseite des Aufwachssubstrats aufgebracht, die den Halbleiterdraht bis zu einer vorgegebenen Höhe lateral bedeckt und umschließt. In einem anschließenden Schritt wird beispielsweise ein
Ätzverfahren verwendet, um die Passivierungsschicht in den nicht von der Schutzschicht bedeckten Bereichen des
Halbleiterdrahts von dem Halbleiterdraht zu entfernen, bevorzugt vollständig zu entfernen.
Anschließend kann beispielsweise die Schutzschicht wieder abgetragen werden. Übrig bleibt dann ein Halbleiterdraht, der bis zu der vorgegebenen Höhe, vom Substrat aus gesehen, vollständig von einer Passivierungsschicht ummantelt ist. Die vorgegebene Höhe ist dabei bevorzugt so gewählt, dass die später aufzubringende aktive Schicht die Passivierungsschicht in Richtung weg von dem Aufwachssubstrat nicht überragt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Katalysetropfen Au oder Ga oder eine Mischung daraus auf oder besteht daraus. Zur Aufbringung des Katalysetropfens kann beispielsweise im Schritt B ein Lithografieverfahren
verwendet werden. Beispielsweise kann im Schritt B auf das Aufwachssubstrat eine Maskenschicht, zum Beispiel eine S1O2- Schicht, aufgebracht werden und diese anschließend über ein Lithografieverfahren strukturiert werden, sodass Löcher in der Maskenschicht erzeugt werden, in denen das
Aufwachssubstrat freiliegt. Anschließend kann ein Wachstum der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise mit einem
Galliumüberschuss gestartet werden, aufgrund dessen sich
Galliumtröpfchen innerhalb der Löcher bilden, die dann als Katalysetropfen wirken. Bevorzugt wird die Si02_Schicht anschließend wieder entfernt. Wird Gold als Material für die Katalysetropfen verwendet, so kann zum Beispiel zunächst eine Goldschicht auf das
Aufwachssubstrat aufgebracht werden. Anschließend werden Bereiche der Goldschicht weggeätzt, sodass Goldpunkte auf dem Aufwachssubstrat übrig bleiben und diese Goldpunkte
anschließend aufgeheizt werden. Daraus bilden sich Au/Ga- Katalysetropfen, unter denen die Halbleiterdrähte wachsen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im Schritt D auch Bereiche auf der Hauptseite des Aufwachssubstrats lateral neben dem Halbleiterdraht von der
Passivierungsschicht bedeckt. Die Passivierungsschicht auf der Mantelfläche des Halbleiterdrahts und auf der Hauptfläche des Aufwachssubstrats bilden dann bevorzugt eine zusammenhängende, durchgehende und einstückige
Passivierungsschicht , die im Betrieb des Halbleiterkörpers einen direkten elektrischen Kontakt des Aufwachssubstrats und/oder des Halbleiterdrahts mit der ersten Schicht und/oder der aktiven Schicht verhindert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Erreichen der Ziellänge des Halbleiterdrahts im Schritt E der
Katalysetropfen entfernt. Dies kann beispielsweise durch ein nass- oder trockenchemisches Ätzverfahren erreicht werden. Werden Ga-Katalysetröpfchen verwendet, so ist ein Abschalten des Ga-Flusses plus ein erhöhter Arsendruck ausreichend, um die Katalysetropfen zu entfernen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt F die Halbleiterschichtenfolge so hoch aufgewachsen, dass die
Halbleiterschichtenfolge den Halbleiterdraht in Richtung weg von der Hauptseite des Aufwachssubstrats überragt und der Halbleiterdraht im Bereich der zweiten Schicht endet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die
Halbleiterschichtenfolge im Schritt F nur so hoch
aufgewachsen, dass der Halbleiterdraht die
Halbleiterschichtenfolge in Richtung weg von der Hauptseite des Aufwachssubstrats überragt. Beispielsweise wird dann erst anschließend der Katalysetropfen entfernt und ein über die Halbleiterschichtenfolge überstehender Rest des
Halbleiterdrahts abgetragen.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterkörper sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 und 2 Querschnittsansichten eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterkörp
Figuren 3A bis 4C Verfahrensschritte für die Herstellung
eines optoelektronischen Halbleiterkörpers in
Querschnittsansicht . Figur 1 zeigt einen optoelektronischen Halbleiterkörper 100 in Querschnittsansicht. Dabei ist auf einem Träger 13 eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer dem Träger 13
zugewandten ersten Schicht 10 eines ersten Leitfähigkeitstyps und einer dem Träger 13 abgewandten zweiten Schicht 12 eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufgebracht. Zwischen der ersten
Schicht 10 und der zweiten Schicht 12 ist eine aktive Schicht 11 angeordnet, die im bestimmungsgemäßen Betrieb des
Halbleiterkörpers 100 elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert. Die Halbleiterschichtenfolge 1 basiert vorliegend beispielsweise auf AlGaAs . Ferner ist hier der Träger 13 das Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 1 und ist dafür zum Beispiel aus GaAs oder Silizium gebildet. Die erste Schicht 10 ist beispielsweise eine p-dotierte
Schicht mit Löchern als Ladungsträger, die zweite Schicht 12 ist beispielsweise eine n-dotierte Schicht mit Elektronen als Ladungsträger. Der Träger 13 kann ebenfalls n-dotiert und elektrisch leitfähig sein. Alternativ ist aber auch möglich, dass die erste Schicht 10 n-dotiert ist und die zweite
Schicht 12 sowie der Träger 13 p-dotiert sind. Ausgehend von dem Träger 13 erstrecken sich
Durchkontaktierungen 2 durch die erste Schicht 10 und die aktive Schicht 11 und münden in der zweiten Schicht 12. Die Durchkontaktierungen 2 sind dabei in direktem mechanischem und elektrischem Kontakt mit dem Träger 13. Ladungsträger, zum Beispiel Elektronen, können über ein Kontaktelement 112 auf der Rückseite des Trägers 13 in den Träger 13 injiziert werden, von dem Träger 13 direkt und ohne Umwege in die
Durchkontaktierungen 2 fließen, und über die
Durchkontaktierungen 2 direkt in die zweite Schicht 12 injiziert werden.
Die Durchkontaktierungen 2 der Figur 1 weisen eine quer zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge verlaufende Mantelfläche 21 auf. Vorliegend sind die
Durchkontaktierungen 2 beispielsweise als Stäbe mit einer Haupterstreckungsrichtung senkrecht oder quer zur
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet. Die Mantelfläche 21 der Durchkontaktierung 2 ist dabei zumindest teilweise mit einer Passivierungsschicht 3 bedeckt. Die Passivierungsschicht 3 umschließt dabei die Mantelflächen 21 im Bereich der ersten Schicht 10 und der aktiven Schicht 11 vollständig, sodass Ladungsträger von der Durchkontaktierung 2 nicht direkt in die aktive Schicht 11 oder die erste Schicht 10 gelangen können. Die
Passivierungsschicht 3 bildet also eine Isolation für die Durchkontaktierungen 2. Im Bereich der zweiten Schicht 12 sind die Mantelflächen 21 der Durchkontaktierungen 2 zumindest teilweise, hier zu zumindest 50 %, frei von der Passivierungsschicht 3. In diesen freien Bereichen der Mantelflächen 21 können dann die Ladungsträger aus der Durchkontaktierung 2 direkt in die zweite Schicht 12 gelangen.
Vorliegend weisen die Durchkontaktierungen 2 ein
Halbleitermaterial, beispielsweise GaAs, auf oder bestehen daraus. Insbesondere sind die Durchkontaktierungen 2 mit der gleichen Dotierungsart versehen wie der Träger 13 und/oder die zweite Schicht 12. Die Breite der Durchkontaktierungen 2 parallel zur Haupterstreckungsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge 1 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 50 nm und 100 nm. Die Passivierungsschicht 3 basiert beispielsweise ebenfalls auf einem Halbleitermaterial wie AlGaAs und ist bevorzugt undotiert. Alternativ kann die Passivierungsschicht aber auch aus S1O2 bestehen. Zwischen der ersten Schicht 10 und dem Träger 13 im Bereich lateral neben den Durchkontaktierungen 2 ist außerdem eine Isolationsschicht 5 angebracht, die einen direkten
elektrischen Kontakt zwischen der ersten Schicht 10 und dem Träger 13 verhindert. Die Isolationsschicht 5 sorgt also dafür, dass in den Träger 13 eingespeiste Ladungsträger nicht direkt in die erste Schicht 10 eindringen können. Die
Isolationsschicht 5 und die Passivierungsschicht 3 sind bevorzugt durchgehend und einstückig ausgebildet und bestehen aus dem gleichen Material. Anders ausgedrückt sind die
Isolationsschicht 5 und die Passivierungsschicht 3 also ein und dieselbe Schicht, die beispielsweise in einem einzigen Verfahrensschritt in den Halbleiterkörper 100 eingebracht ist . In einem Randbereich des Halbleiterkörpers 100 sind die zweite Schicht 12 sowie die aktive Schicht 11 bereichsweise entfernt. In diesem Bereich ist auf eine dem Träger 13 abgewandte Teilfläche der ersten Schicht 10 ein weiteres Kontaktelement 110 aufgebracht, das zur elektrischen
Kontaktierung der ersten Schicht 10 dient.
Insgesamt können also zum Beispiel im Betrieb des
Halbleiterkörpers 100 erste Ladungsträger über das weitere Kontaktelement 110 in die erste Schicht 10 eingespeist werden und anschließend in die aktive Schicht 11 gelangen. Zweite Ladungsträger werden über das Kontaktelement 112 in den
Träger 13 eingebracht, fließen von da aus direkt in die
Durchkontaktierungen 2 und werden dann in die zweite Schicht 12 injiziert, von wo aus die zweiten Ladungsträger ebenfalls in die aktive Schicht 11 gelangen. In der aktiven Schicht 11 können dann die ersten Ladungsträger und die zweiten
Ladungsträger miteinander rekombinieren, wobei
elektromagnetische Strahlung, bevorzugt im sichtbaren
Bereich, erzeugt wird. Die erzeugte Strahlung kann dann über eine dem Träger 13 abgewandte Strahlungsaustrittsfläche 14 des Halbleiterkörpers 100 aus dem Halbleiterkörper 100 gelangen . Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist ein ähnlicher
Halbleiterkörper 100 wie in Figur 1 gezeigt. Im Unterschied zu Figur 1 erstrecken sich die Durchkontaktierungen 2 aber nun durch die gesamte Halbleiterschichtenfolge 1,
insbesondere auch durch die gesamte zweite Schicht 12. Die Durchkontaktierungen 2 schließen dabei an einer dem Träger 13 abgewandten Seite bündig mit der Halbleiterschichtenfolge 1 ab. Die Mantelflächen 21 der Durchkontaktierungen 2 im Bereich der zweiten Schicht 12 sind dabei zu zumindest 70 % frei von der Passivierungsschicht 3.
Das Ausführungsbeispiel der Figur 3A zeigt einen ersten Verfahrensschritt zur Herstellung des Halbleiterkörpers 100. Dabei sind auf einer Hauptseite eines Aufwachssubstrats 13 Katalysetropfen 4 aufgebracht. Die Katalysetropfen 4 weisen zum Beispiel Ga oder Au/Ga auf oder bestehen daraus.
Insbesondere können die Katalysetropfen 4 über ein
Lithografieverfahren auf das Aufwachssubstrat 13 aufgebracht sein. Die für das Lithografieverfahren nötige Maske ist im Ausführungsbeispiel der Figur 3A bereits entfernt.
In Figur 3B ist ein nächster Verfahrensschritt gezeigt, bei dem das Aufwachssubstrat 13 der Figur 3A beispielsweise in eine Reaktionskammer, zum Beispiel für metallorganische Gasphasenepitaxie, englisch: metal organic chemical vapour phase epitaxy, kurz MOVPE, eingebracht wurde und
Reaktionsgase, wie Gallium und Arsen, eingeleitet wurden. Durch das Einleiten der Reaktionsgase wächst unterhalb der Katalysetropfen 4 ein erstes Halbleitermaterial in Form von Halbleiterdrähte, die dann beispielsweise auf GaAs basieren. Dabei sind erste Wachstumsbedingungen so gewählt, dass ein Wachstum vorwiegend unterhalb der Katalysetropfen 4
stattfindet, lateral neben den Katalysetropfen 4 ist ein Wachstum des Halbleitermaterials stark unterdrückt.
Vorliegend wird beispielsweise bei einer Temperatur des Aufwachssubstrats 13 von zumindest 400 °C aufgewachsen. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3C ist ein nächster
Verfahrensschritt gezeigt, bei dem unter zweiten
Wachstumsbedingungen ein zweites Halbleitermaterial in Form einer Passivierungsschicht 3 auf die Mantelflächen 21 der Halbleiterdrähte 20 aufgewachsen wird. Die
Passivierungsschicht 3 bedeckt dabei die Mantelflächen 21 der Halbleiterdrähte 20 vollständig. Ferner wächst die
Passivierungsschicht 3 auf der Hauptseite des
Aufwachssubstrats 13 im Bereich lateral neben den
Halbleiterdrähten 20 auf und bedeckt die Hauptseite des
Aufwachssubstrats 13 in diesen Bereichen vollständig. Die zweiten Wachstumsbedingungen sind dabei so gewählt, dass ein Wachstum der Passivierungsschicht 3 unterhalb der
Katalysetropfen 4 auf den Halbleiterdrähten 20 stark
unterdrückt ist oder nicht stattfindet. Dazu kann die
Aufwachstemperatur des Aufwachssubstrats 13 beispielsweise reduziert sein, sodass die Katalysetropfen 4 aushärten und keine Diffusion der Reaktionsgase durch die Katalysetropfen 4 stattfindet.
Die Passivierungsschicht 3 im Ausführungsbeispiel der Figur 3C enthält zum Beispiel undotiertes AlGaAs und/oder S1O2 oder besteht daraus.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3D ist ein weiterer
Verfahrensschritt gezeigt, wobei ein drittes
Halbleitermaterial bei dritten Wachstumsbedingungen auf das Aufwachssubstrat 13 aufgewachsen wird. Dabei sind wiederum die Wachstumsbedingungen so gewählt, dass ein Aufwachsen des dritten Halbleitermaterials überwiegend im Bereich der
Katalysetropfen 4 stattfindet, wodurch die Halbleiterdrähte 20 verlängert werden, bis sie ihre Ziellänge erreichen. Dies kann wiederum dadurch erreicht werden, dass hohe
Aufwachstemperaturen gewählt werden. Ein Aufwachsen des dritten Halbleitermaterials im Bereich lateral neben den Halbleiterdrähten 20 ist in diesem Fall stark unterdrückt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3E sind die Katalysetropfen 4 beispielsweise über einen nasschemischen Ätzprozess oder durch Abschalten eines Galliumflusses bei erhöhtem Arsendruck entfernt. Nach dem Entfernen der Katalysetropfen 4 wird eine Halbleiterschichtenfolge 1 bei vierten Wachstumsbedingungen aufgebracht. Dabei wird zunächst eine erste Schicht 10 eines ersten Leitfähigkeitstyps auf die Hauptseite des
Aufwachssubstrats 13 aufgebracht, anschließend eine aktive Schicht 11 und daraufhin eine zweite Schicht 12 eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Nach dem Aufbringen der
Halbleiterschichtenfolge 1 sind die Halbleiterdrähte 20 lateral vollständig von der ersten Schicht 10, der aktiven Schicht 11 und der zweiten Schicht 12 umgeben. Ferner
erstrecken sich die Halbleiterdrähte 20 bis in die zweite Schicht 12 hinein und münden oder enden in der zweiten
Schicht 12. Für die vierten Aufwachsbedingungen wird zum Beispiel die Temperatur des Aufwachssubstrats auf über 600 °C gebracht, sodass ein verstärktes Wachstums der
Halbleiterschichtenfolge 1 im Bereich lateral neben den
Halbleiterdrähten 20 stattfindet, während auf den
Halbleiterdrähten 20 das Wachstum unterdrückt ist.
Das beschriebene Herstellungsverfahren kann auch am fertigen Bauteil nachgewiesen werden. Wie in der Druckschrift
„Wurtzite to Zinc Blende Phase Transition in GaAs Nanowires Induced by Epitaxial Burying" von Gilles Patriarche et al . , Nano Letters Vol. 8, No . 6, 1638 - 1643, 2008 gezeigt, können die Halbleiterdrähte 20, sobald sie von der
Halbleiterschichtenfolge 1 umgeben werden, die
Gitterstruktur, zum Beispiel Zinkblende-Struktur, der
Halbleiterschichtenfolge 1 annehmen. Bereiche der
Halbleiterdrähte 20, die nicht von der
Halbleiterschichtenfolge 1 umgeben sind, können dagegen andere Gitterstrukturen, zum Beispiel eine Wurtzit- Gitterstruktur, aufweisen. Durch das nachträgliche Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 1 lateral um die
Halbleiterdrähte 20 kann es also zu einer
Gitterstrukturanpassung der Halbleiterdrähte 20 kommen, die beispielsweise mit einem Transmissions-Elektronen-Mikroskop, kurz TEM, nachgewiesen werden kann.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 3F ist eine Alternative zur Figur 3E gezeigt. Dabei sind die Halbleiterdrähte 20 höher gewachsen als im Ausführungsbeispiel der Figur 3E, weisen also eine größere Ziellänge auf. Nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 1 überragen die Halbleiterdrähte 20 die Halbleiterschichtenfolge 1 in eine Richtung weg von dem Träger 13. Ferner befinden sich auf den Halbleiterdrähten 20 nach wie vor die Katalysetropfen 4. In einem nächsten Schritt können dann die überstehenden Halbleiterdrähte 20 sowie die Katalysetropfen 4 abgetragen werden, sodass die
Halbleiterdrähte 20 bündig mit der zweiten Schicht 12 in einer Richtung weg von dem Träger 13 abschließen.
In den Figuren 4A bis 4C ist eine Alternative zu dem oben beschriebenen Wachstum der Halbleiterdrähte 20 gezeigt. In Figur 4A sind die Halbleiterdrähte 20 bereits bis zu ihrer Ziellänge gewachsen. Nach dem Wachsen der Halbleiterdrähte 20 wird die Passivierungsschicht 3 auf die Mantelflächen 21 der Halbleiterdrähte 20 aufgebracht. Die Passivierungsschicht 3 bedeckt dabei wiederum die Mantelflächen 21 der
Halbleiterdrähte 20 vollständig.
Anschließend wird im Ausführungsbeispiel der Figur 4B eine Schutzschicht 30 bis zu einer vorgebbaren Höhe auf die Hauptseite des Aufwachssubstrats 13 aufgebracht. Die
Schutzschicht 30 wird dabei nur so hoch aufgebracht, dass die Halbleiterdrähte 20 die Schutzschicht 30 in Richtung weg von dem Träger 13 noch überragen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 4C wird dann beispielsweise ein nasschemisches oder trockenchemisches Ätzverfahren verwendet, um die Passivierungsschicht 3 auf den
Mantelflächen 21 der Halbleiterdrähte 20 in den nicht von der Schutzschicht 30 geschützten Bereichen der Halbleiterdrähte 20 zu entfernen. Dadurch werden die Mantelflächen 21 der Halbleiterdrähte 20 bereichsweise freigelegt. Im Bereich der Schutzschicht 30 verbleibt die Passivierungsschicht 3 bevorzugt vollständig auf den Mantelflächen 21 der
Halbleiterdrähte 20. Nach dem Ätzverfahren kann dann die
Schutzschicht 30 wiederum entfernt werden, sodass dieselbe oder eine ähnliche wie in Figur 3D gezeigte Struktur aus Halbleiterdrähten 20 bestehen bleibt. Von da an können die gleichen Verfahrensschritte wie im Zusammenhang mit Figur 3E beschrieben angewendet werden.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Durchkontaktierung
3 Passivierungsseh cht
4 Katalysetropfen
5 IsolationsSchicht
10 erste Schicht
11 aktive Schicht
12 zweite Schicht
13 Träger
14 Strahlungseintritts- oder Strahlungsaustrittsfläche
20 Halbleiterdraht
21 Mantelfläche
30 Schutzschicht
100 Halbleiterkörper

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100), aufweisend
- einen Träger (13),
- eine auf dem Träger (13) aufgebrachte
Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer ersten Schicht
(10) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer zwischen der ersten Schicht (10) und der zweiten Schicht (12) angeordneten aktiven Schicht
(11) , wobei die erste Schicht (10) dem Träger (13) zugewandt ist und die aktive Schicht (11) im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt oder absorbiert,
- zumindest eine Durchkontaktierung (2), die sich
ausgehend vom Träger (13) vollständig durch die erste Schicht (10) und die aktive Schicht (11) erstreckt und sich zumindest teilweise durch die zweite Schicht
(12) erstreckt, wobei
- im Betrieb zweite Ladungsträger über die
Durchkontaktierung (2) in die zweite Schicht (12) injiziert werden,
- die Durchkontaktierung (2) im Bereich der aktiven Schicht (11) und der ersten Schicht (10) lateral vollständig von einer durchgehenden und
zusammenhängenden Bahn der aktiven Schicht (11) und der ersten Schicht (10) umgeben ist,
- die Durchkontaktierung (2) aus einem
Halbleitermaterial gebildet ist,
- der Träger (13) das Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge (1) ist.
2. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach Anspruch 1,
wobei
- die Durchkontaktierung (2) eine Mantelfläche (21) aufweist, die quer zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge (1) verläuft,
- die Mantelfläche (21) im Bereich der ersten Schicht (10) und der aktiven Schicht (11) vollständig und unterbrechungsfrei von einer Passivierungsschicht (3) umgeben ist,
- die Passivierungsschicht (3) sowohl einen direkten Stromfluss zwischen der Durchkontaktierung (2) und der ersten Schicht (10) als auch zwischen der Durchkontaktierung (2) und der aktiven Schicht (11) im Betrieb verhindert,
- im Bereich der zweiten Schicht (12) die Mantelfläche (21) zumindest teilweise frei von der
Passivierungsschicht (3) ist,
- die Passivierungsschicht (3) aus einem
Halbleitermaterial gebildet ist.
3. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei sich die Durchkontaktierung (2) durch die gesamte Halbleiterschichtenfolge (1) hindurch erstreckt.
4. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach Anspruch 1 oder 2,
wobei
- die Durchkontaktierung (2) in die zweite Schicht (12) mündet,
- die zweite Schicht (12) eine hochdotierte Stromaufweitungsschicht ist.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach
der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- der Träger (13) die Halbleiterschichtenfolge
mechanisch trägt und stabilisiert,
- eine dem Träger (13) abgewandte Seite der
Halbleiterschichtenfolge (1) eine
Strahlungsaustritts- oder Strahlungseintrittsfläche (14) des Halbleiterkörpers (100) bildet.
Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Durchkontaktierung (2) und der Träger (13) direkt elektrisch leitend miteinander verbunden sind,
- wobei im Betrieb die zweiten Ladungsträger über den Träger (13) und über die Durchkontaktierung (2) in die zweite Schicht (12) injiziert werden.
7. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- zwischen der ersten Schicht (10) und dem Träger (13) im Bereich neben der Durchkontaktierung (2) eine Isolationsschicht (5) angeordnet ist,
- die Isolationsschicht (5) einen direkten elektrischen Kontakt zwischen der ersten Schicht (10) und dem Träger (13) verhindert,
- die Isolationsschicht (5) und die
Passivierungsschicht (3) aus demselben Material gebildet sind und eine zusammenhängende und einstückige Schicht ausbilden.
8. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Passivierungsschicht (3) aus einem undotierten Halbleitermaterial gebildet ist,
- der Träger (13) eine gleiche Dotierungsart wie die Durchkontaktierung (2) aufweist.
9. Optoelektronischer Halbleiterkörper (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei
- die Durchkontaktierung (2) eine Breite gemessen
parallel zur aktiven Schicht (11) zwischen
einschließlich 50 nm und 120 nm hat,
- die Durchkontaktierung (2) GaAs aufweist,
- der Träger (13) Silizium und/oder GaAs aufweist,
- die Passivierungsschicht (3) AlGaAs aufweist.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterkörpers (100), aufweisend folgende Schritte:
A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (13) mit einer Hauptseite ;
B) Aufbringen von zumindest einem Katalysetropfen (4) auf die Hauptseite des Aufwachssubstrats (13);
C) Aufwachsen eines ersten Halbleitermaterials bei ersten Wachstumsbedingungen, wobei bei den ersten
Wachstumsbedingungen im Bereich des Katalysetropfens
(4) ein stärkeres Schichtwachstum in Richtung weg von der Hauptseite stattfindet als im Bereich lateral neben dem Katalysetropfen (4) und dadurch Halbleiterdrähte
(20) entstehen; D) Aufwachsen einer Passivierungsschicht (3) bei zweiten Wachstumsbedingungen, wobei bei den zweiten Wachstumsbedingungen ein Wachstum der
Passivierungsschicht (3) auf einer quer zur Hauptseite verlaufenden Mantelfläche (21) des Halbleiterdrahts (20) auftritt;
E) Aufwachsen eines dritten Halbleitermaterials bei dritten Wachstumsbedingungen, wobei bei den dritten Wachstumsbedingungen im Bereich des Katalysetropfens
(4) ein stärkeres Schichtwachstum in Richtung weg von der Hauptseite stattfindet als im Bereich lateral neben dem Katalysetropfen (4) und dadurch der Halbleiterdraht
(20) verlängert wird;
F) Aufwachsen einer Halbleiterschichtenfolge (1) auf die Hauptseite des Aufwachssubstrats (13) unter vierten Wachstumsbedingungen, wobei nacheinander zuerst eine erste Schicht (10) eines ersten Leitfähigkeitstyps, anschließend eine aktive Schicht (11) und danach eine zweite Schicht (12) eines zweiten Leitfähigkeitstyps aufgewachsen wird, wobei die Halbleiterschichtenfolge
(I) im Bereich neben dem Halbleiterdraht (20) wächst und die erste Schicht (10) wie auch die aktive Schicht
(II) den Halbleiterdraht (20) lateral vollständig umrandet .
Verfahren nach Anspruch 10,
wobei die Schritte A) bis F) unabhängig voneinander und nacheinander ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 10,
wobei
- die Schritte C) und E) nacheinander und vor dem
Schritt D) ausgeführt werden, - im Schritt D) die Passivierungsschicht (3) auf der Mantelfläche (21) des Halbleiterdrahtes (20)
aufgebracht wird,
- nach dem Schritt D) und vor dem Schritt F) eine
Schutzschicht (30) auf die Hauptseite des
Aufwachssubstrates (13) aufgebracht wird, die den Halbleiterdraht (20) bis zu einer vorgegebenen Höhe lateral bedeckt und umschließt,
- anschließend über ein Ätzverfahren die
Passivierungsschicht (3) in dem nicht von der
Schutzschicht (30) bedeckten Bereich des
Halbleiterdrahtes (20) von dem Halbleiterdraht (20) entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12,
wobei
- der Katalysetropfen (4) Au oder Ga oder eine Mischung daraus aufweist,
- für das Aufbringen des Katalysetropfens (4) im
Schritt B) ein Lithographieverfahren verwendet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13,
wobei
- im Schritt D) auch Bereiche auf der Hauptseite des Aufwachssubstrats (13) lateral neben dem
Halbleiterdraht (20) von der Passivierungsschicht (3) bedeckt werden,
- die Passivierungsschicht (3) eine durchgehende, zusammenhängende und einstückige Schicht bildet, die im Betrieb des Halbleiterkörpers (100) einen direkten elektrischen Kontakt zwischen Aufwachssubstrat (13) und Halbleiterdraht (20) mit der ersten Schicht (10) und der aktiven Schicht (11) verhindert.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
wobei
- nach Erreichen einer Ziellänge des Halbleiterdrahts (20) im Schritt E) der Katalysetropfen (4) entfernt wird,
- anschließend im Schritt F) die
Halbleiterschichtenfolge (1) so hoch aufgewachsen wird, dass die Halbleiterschichtenfolge (1) den Halbleiterdraht (20) in Richtung weg von der Hauptseite des Aufwachssubstrats (13) überragt und der Halbleiterdraht (20) im Bereich der zweiten Schicht (12) endet.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14,
wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) im Schritt F) nur so hoch aufgewachsen wird, dass der Halbleiterdraht (20) die Halbleiterschichtenfolge (1) in Richtung weg von der Hauptseite des Aufwachssubstrats (13) überragt,
- anschließend der Katalysetropfen (4) entfernt wird und ein über die Halbleiterschichtenfolge (1) überstehender Rest des Halbleiterdrahts (20) abgetragen wird.
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