WO2019180192A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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WO2019180192A1
WO2019180192A1 PCT/EP2019/057203 EP2019057203W WO2019180192A1 WO 2019180192 A1 WO2019180192 A1 WO 2019180192A1 EP 2019057203 W EP2019057203 W EP 2019057203W WO 2019180192 A1 WO2019180192 A1 WO 2019180192A1
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WO
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region
recesses
semiconductor body
optoelectronic semiconductor
main
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PCT/EP2019/057203
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Christian Müller
Dominik Scholz
Joachim Hertkorn
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating

Definitions

  • the optoelectronic semiconductor component may in particular be a
  • electromagnetic radiation for example light, emitted.
  • An object to be solved is to specify an optoelectronic semiconductor component which has improved optical properties.
  • Another object to be solved is to provide a method for producing an optoelectronic
  • the optoelectronic component comprises
  • Semiconductor device a semiconductor body having a first region of an n-type conductivity, a second region of a p-type conductivity and an active region, which is suitable for generating electromagnetic radiation.
  • the active area is parallel between the first area and the second area in a plane
  • Main extension plane of the semiconductor body arranged and preferably comprises a pn junction, a Double heterostructure, a single quantum well structure (SQW) or, more preferably, one
  • MQW Multiple quantum well structure
  • Semiconductor body is transverse, preferably perpendicular to the stacking direction of the semiconductor body.
  • the areas of the semiconductor body are transverse, preferably perpendicular to the stacking direction of the semiconductor body.
  • Semiconductor bodies are preferably epitaxial
  • a p-conductivity type or an n-conductivity type is preferably carried out by means of a doping of the
  • Semiconductor material with a p-type material such as boron, indium, magnesium or aluminum
  • n-type material such as
  • silicon, magnesium, phosphorus, arsenic or antimony For example, silicon, magnesium, phosphorus, arsenic or antimony.
  • the semiconductor body is based on a nitride compound semiconductor.
  • a nitride compound semiconductor preferably Al n Ga m inn nm N, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but rather it may have one or more dopants as well as additional constituents which the
  • the Al n Ga m Ini_ nm N material substantially do not change.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), even if these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • a p-type conductivity is formed by doping with magnesium and / or an n-type conductivity by doping with silicon.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a marking layer, a first main side, a second main side, a plurality of emission regions and a plurality of recesses.
  • the marking layer is parallel to the
  • Main extension plane of the semiconductor body aligned and arranged in particular within the semiconductor body, for example, in the first region.
  • the marking layer is used in particular in an etching process for the exact determination of the etching depth. Upon reaching the marking layer, the etching behavior changes and / or there is a measurable signal, due to which the etching depth on the
  • Marking layer can be adjusted.
  • the emission areas are separated
  • controllable regions of the active region are arranged laterally spaced from each other.
  • the emission areas divide the chip into pixels. Each emission area can be electrically controlled separately.
  • the recesses bound the emission areas in the lateral direction and extend transversely, preferably perpendicular to the propagation direction of the main extension plane of the
  • the semiconductor body The interfaces of the recesses represent a refractive index jump for electromagnetic radiation within the semiconductor body and thus reduce the crosstalk of adjacent emission regions.
  • the first main side delimits the semiconductor body on the side of the first area facing away from the active area and is provided for coupling out electromagnetic radiation from the semiconductor body.
  • Auskoppeleffizienz the first main page, the first main page has a roughening or structuring.
  • This structuring can be carried out, for example, in the form of small pyramids. Due to the roughening or structuring of the surface of the first main surface
  • the waveguide effect is based on the total reflection of parallel transparent interfaces
  • the second main side delimits the semiconductor body on the side of the second area facing away from the active area and is preferably for the mounting of the optoelectronic semiconductor component on, for example, another one
  • the recesses adjoin the marking layer or penetrate the marking layer, preferably
  • the depth of the recesses to be produced must reach at least the marking layer or penetrate the marking layer.
  • Marking layer contains a material or a
  • Marking layer surrounding material is different.
  • the recesses are formed only in the first area or extend into the second area and penetrate the active area completely. In other words, the recesses can complete the active area
  • the optoelectronic component comprises
  • a semiconductor body comprising a first region
  • a first main page a second main page, a
  • Main extension plane of the semiconductor body is arranged
  • the emission regions are regions of the active region which can be controlled separately from one another and are arranged laterally spaced from one another, - The recesses the emission areas in lateral
  • the marking layer is aligned parallel to the main extension plane of the semiconductor body
  • the recesses extend from the first main side transversely to the main extension plane of the semiconductor body in the direction of the second main side and adjoin the marking layer or preferably completely penetrate the marking layer, and
  • the recesses are formed only in the first region or the recesses extend into the second region and the active area completely
  • Semiconductor component include the following:
  • the crosstalk of the emission areas causes a deterioration of the contrast.
  • the optoelectronic semiconductor component described here makes use, inter alia, of the idea, in addition to the
  • an optical isolator which is formed with a metal and / or a dielectric, and preferably a high one, is arranged in the recesses
  • the optical isolator serves to optically isolate adjacent emission regions from each other and to prevent the crosstalk of a
  • Emitting regions A high reflectivity of the optical isolator prevents the unwanted absorption of
  • the transparency the filling material of the optical isolator can be variably fixed, whereby the crosstalk of the
  • the optical isolator is formed or consists of one of the following materials: copper, nickel, gold, silver or aluminum. These materials are characterized above all by a high reflectivity for electromagnetic radiation.
  • the optical isolator is formed or consists of one of the following materials:
  • Silicon oxynitride or niobium oxide Silicon oxynitride or niobium oxide.
  • the optical isolator is as
  • a dielectric mirror is a sequence of dielectric layers having a defined optical thickness and different refractive indices. Due to the refractive index jumps at the interfaces of the different materials, the layer stack acts as a reflective layer for a wavelength for which the selected optical layer thicknesses are constructive
  • the optical isolator can thus also consist of several successive layers whose main direction of extension is transverse, preferably perpendicular to
  • Main extension plane of the semiconductor body is oriented.
  • the marking layer contains
  • the marking layer is based on aluminum indium gallium nitride.
  • marking layers show an advantageously strong signal, for example during the etching in one
  • Plasma etching This makes it possible to accurately determine the achievement of the marking layer in an etching process, which can be concluded with a known arrangement of the marking layer within the semiconductor body on the etching depth reached.
  • a plurality of mirror layers are arranged on the second main side, in each case between the recesses, which are parallel to the main extension plane of the
  • These mirror layers are formed, for example, with silver and have a high reflectivity for an average wavelength of an electromagnetic radiation emitted by the active region. As a result, the emission of electromagnetic radiation in the direction of the second main side can be prevented and the efficiency of the component is advantageously increased. From a direction perpendicular to
  • Seen main extension plane of the semiconductor body seen the mirror layers are each on a
  • Mirror layers are arranged such that in each case a gap results between two adjacent emission areas. This arrangement advantageously reduces this
  • the semiconductor body is provided with its second main side on a functional region comprising a plurality of circuit elements and / or
  • the functional area takes over the contacting and can also have circuit elements that allow the pixel-precise control of the
  • Emission ranges are provided. Thus, an electrically separate control of each emission range is possible.
  • mirror layers may be embedded in the functional region.
  • a semiconductor body comprising a first region of an n-type conductivity, a first main side, an active region suitable for generating electromagnetic radiation, a second region a p-type conductivity, a second main side and a marking layer, wherein the active region between the first region and the second region is arranged and the first main side on the side facing away from the active region of the first region
  • step B) by the introduction of a
  • Etching process preferably comprises a dry chemical
  • Etching process such as plasma etching, ion beam etching or electron beam etching.
  • the roughening of the first main side follows by means of a second etching process.
  • This second etching process can be wet-chemically, chemically, for example
  • step C) before the introduction of the recesses in accordance with section B) can take place.
  • an optical interface is formed between step B) and step C)
  • Insulator introduced in the recesses, which comprises a metal and / or a dielectric.
  • the metal can be any metal and / or a dielectric.
  • Dielectric can be introduced, for example, by means of a CVD method or a PECVD method.
  • the material of the optical isolator is chosen such that the second etching process exhibits a lower or equal removal rate in the material of the optical isolator, as in the case of FIG.
  • the material of the optical isolator preferably has a lower removal rate for the second
  • the dielectric is produced by means of an ALD method
  • ALD layers (ALD: atomic layer deposition) can be produced by means of an ALD deposition process in which a monolayer of atoms is deposited.
  • the deposition of the monolayer can by deposition of several submonolations, for example by means of a
  • organometallic precursors such as trimethylaluminum carried out.
  • the methyl groups prevent by means of
  • the formation of the dielectric as ALD layer is particularly advantageous if the etch depth of the recess goes further than the active area and the active area was thus violated.
  • the ALD layer acts as one
  • Moisture barrier that protects the active area from external environmental influences. According to at least one embodiment of a method for producing an optoelectronic semiconductor component, after the introduction of the optical isolator and before step C), excess material of the optical isolator is removed from the first main side such that the material of the optical isolator within the recesses
  • CMP Chemical Mechanical polishing
  • the removal rate of the semiconductor material is greater than or equal to the removal rate of the filling material of the optical isolator.
  • Figures 1 to 5 are schematic cross-sections through a
  • Optoelectronic semiconductor device according to a first embodiment in various stages of its manufacture
  • Figure 7 shows a schematic cross section through a
  • FIG. 1 shows an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment in a first step of a method for its production.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 comprises a semiconductor body 10 having a first region 101, a second region 102, an active region 103 and a marker layer 120.
  • the semiconductor body 10 is bounded on the side of the first region 101 facing away from the active region 103 by a first main side A. and on the side facing away from the active region 103 of the second region 102 bounded by a second main side B.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 is subdivided into a plurality of emission regions 130.
  • the semiconductor body 10 is applied to a functional region 30. Within the functional area 30 are both
  • the functional region 30 enables the electrically separate control of each emission region 130.
  • Area 30 is a plurality of mirror layers 20, which are formed in particular with silver or designed as dielectric mirror.
  • the mirror layers 20 have a high reflectivity for electromagnetic radiation.
  • the functional area 30 is mounted on a carrier 40.
  • the carrier 40 may comprise, for example, a semiconductor material and mechanical
  • FIG. 2 shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment.
  • the recesses 140 extend from the first main side A in the direction of the second main side B and pierce the marking layer 120 completely. However, the active region 103 remains untouched by the recesses 140.
  • the introduction of the recesses 140 takes place, for example, by means of a dry-chemical
  • Recesses 140 define the emission regions 130 in the lateral direction and divide the semiconductor body 10 into a plurality of optically separated pixels.
  • the refractive index jump at the interface between the material of the first region 101 and the recess 130 advantageously reduces the waveguide effect within the semiconductor body and thus also the crosstalk
  • FIG. 3 shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment.
  • the recesses 140 are filled with the material of an optical isolator 150, and the material of the optical isolator 150 covers the first major side A of the semiconductor body 10. This may be either a metal or a dielectric capable of absorbing the electromagnetic radiation present in the semiconductor body active region 103 is emitted to reflect well.
  • a layer of a dielectric may be introduced and then a layer of a metal or vice versa.
  • the metal may in particular comprise copper, nickel, gold, aluminum or silver or an alloy of the metals mentioned.
  • the dielectric is preferably formed with silicon oxide, titanium oxide, tantalum oxide, silicon nitride, niobium oxide or silicon oxynitride.
  • the object of the optical isolators 150 is to crosstalk adjacent emission regions 130, caused by
  • the emission regions 130 are advantageously optically even more separated from each other.
  • Passivation layer formed, which lines the recesses 140.
  • This passivation layer can be formed from an oxide, preferably a silicon oxide.
  • a metal for example, copper, nickel, gold, aluminum or silver or an alloy of said metals to form the optical isolators 150 is introduced into the recesses 140.
  • the passivation layer causes
  • FIG. 4 shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first embodiment.
  • the material of the optical isolator 150 is removed from the first main side A by means of a CMP process such that the
  • Material of the optical isolators 150 is retained in the recesses 140. By removing the material of the optical isolators 150
  • optical isolator 150 from the surface of the first
  • FIG. 5 shows a further step of a method for producing an optoelectronic semiconductor component 1 according to the first exemplary embodiment.
  • the first main page A is roughened by means of a wet-chemical method.
  • a roughening reduces the waveguide effect and thereby increases the
  • Isolators 150 does not or does not significantly attack.
  • the roughening preferably occurs in the material of the first region 101 in the region of the emission regions 130.
  • FIG. 6 shows a schematic cross section through an optoelectronic semiconductor component 1 according to a second exemplary embodiment.
  • the second embodiment
  • Main page A is by means of a dry chemical etching process provided with a structuring which reduces the waveguide effect within the semiconductor body 10.
  • the structuring comprises a regular structuring in the form of pyramids or truncated cones.
  • FIG. 7 shows a schematic cross section of a
  • Optoelectronic semiconductor device 1 according to a third embodiment.
  • the third embodiment is substantially similar to the first shown in FIG.
  • the recesses 140 extend from the first main side A through the first
  • Penetration of the active region 103 through the recesses 140 forms at the interfaces of the active region 103 and the recesses 140 locations that are more susceptible to harmful environmental influences.
  • the recesses 140 are filled with a metal which has a high reflectivity for generated in the active region 103 electromagnetic

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich eines n- Leitungstyps, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps, einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine Markierungsschicht, einer Mehrzahl von Emissionsbereichen und einer Mehrzahl von Aussparungen angegeben. Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereichin einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Emissionsbereiche sind getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs und lateral beabstandet zueinander angeordnet. Die Aussparungen begrenzen die Emissionsbereiche in lateraler Richtung. Die Markierungsschicht ist parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet. Die Aussparungen erstrecken sich ausgehend von der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs quer zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers in Richtung des zweiten Bereichs und grenzen an die Markierungsschicht an oder durchdringen die Markierungsschicht vollständig. Die Aussparungen sind nur im ersten Bereich ausgebildet oder die Aussparungen erstrecken sich bis in den zweiten Bereich und durchdringen den aktiven Bereich vollständig. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein
strahlungsemittierendes optoelektronisches
Halbleiterbauelement handeln, das im Betrieb
elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das verbesserte optische Eigenschaften aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements anzugeben, das eine vereinfachte
Herstellung ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem ersten Bereich eines n-Leitungstyps , einen zweiten Bereich eines p- Leitungstyps und einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist.
Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Ebene parallel zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet und umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur (SQW, single quantum well) oder, besonders bevorzugt, eine
MehrfachquantentopfStruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers verläuft quer, bevorzugt senkrecht zur Stapelrichtung des Halbleiterkörpers. Die Bereiche des
Halbleiterkörpers werden vorzugsweise epitaktisch
aufgewachsen .
Die Ausbildung eines p-Leitungstyps oder eines n-Leitungstyps erfolgt vorzugsweise mittels einer Dotierung des
Halbleitermaterials mit einem p-leitenden Material wie beispielsweise Bor, Indium, Magnesium oder Aluminium
beziehungsweise mit einem n-leitenden Material wie
beispielsweise Silizium, Magnesium, Phosphor, Arsen oder Antimon .
Vorzugsweise basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid- Verbindungshalbleiter. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlnGamIni-n-mN umfasst, wobei 0 < n < 1, 0 < m < 1 und n+m < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die
charakteristischen physikalischen Eigenschaften des AlnGamIni_ n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Weiter bevorzugt wird bei einem auf einem Nitrid- Verbindungshalbleiter basierenden Halbleiterkörper ein p- Leitungstyp durch Dotierung mit Magnesium und/oder ein n- Leitungstyp durch Dotierung mit Silizium ausgebildet.
Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Markierungsschicht, eine erste Hauptseite, eine zweite Hauptseite, eine Mehrzahl von Emissionsbereichen und eine Mehrzahl von Aussparungen.
Die Markierungsschicht ist parallel zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet und insbesondere innerhalb des Halbleiterkörpers beispielsweise im ersten Bereich angeordnet. Die Markierungsschicht dient insbesondere in einem Ätzverfahren zur exakten Bestimmung der Ätztiefe. Beim Erreichen der Markierungsschicht verändert sich das Ätzverhalten und/oder es ergibt sich ein messbares Signal, aufgrund dessen die Ätztiefe auf die
Markierungsschicht eingestellt werden kann.
Die Emissionsbereiche bezeichnen getrennt voneinander
ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs und sind lateral zueinander beabstandet angeordnet. Die Emissionsbereiche unterteilen den Chip in Pixel. Jeder Emissionsbereich ist separat elektrisch ansteuerbar.
Die Aussparungen begrenzen die Emissionsbereiche in lateraler Richtung und erstrecken sich quer, bevorzugt senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers. Die Grenzflächen der Aussparungen stellen einen Brechungsindexsprung für elektromagnetische Strahlung innerhalb des Halbleiterkörpers dar und vermindern so das Übersprechen von benachbarten Emissionsbereichen. Die erste Hauptseite begrenzt den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs und ist zur Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen. Zur Verbesserung der
Auskoppeleffizienz der ersten Hauptseite weist die erste Hauptseite eine Aufrauhung oder eine Strukturierung auf.
Diese Strukturierung kann beispielsweise in Form kleiner Pyramiden ausgeführt sein. Bedingt durch die Aufrauhung oder Strukturierung der Oberfläche der ersten Hauptfläche
vermindert sich der Wellenleitereffekt des Halbleiterkörpers, womit sich die Auskoppeleffizienz vorteilhaft erhöht. Der Wellenleitereffekt beruht auf der an parallelen transparenten Grenzflächen auftretenden Totalreflexion von
elektromagnetischer Strahlung.
Die zweite Hauptseite begrenzt den Halbleiterkörper auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs und ist vorzugsweise für die Montage des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf beispielsweise einem weiteren
Anschlussträger vorgesehen.
Die Aussparungen grenzen an die Markierungsschicht an oder durchdringen die Markierungsschicht, vorzugsweise
vollständig. Um die Markierungsschicht als Tiefenbegrenzung bei einem Ätzvorgang nutzen zu können, muss die Tiefe der zu erzeugenden Aussparungen mindestens die Markierungsschicht erreichen oder die Markierungsschicht durchdringen. Die
Markierungsschicht enthält ein Material oder eine
Materialzusammensetzung, die sich von dem die
Markierungsschicht umgebenden Material unterscheidet. Die Aussparungen sind nur im ersten Bereich ausgebildet oder erstrecken sich bis in den zweiten Bereich und durchdringen den aktiven Bereich vollständig. Mit anderen Worten, die Aussparungen können den aktiven Bereich vollständig
durchdringen und sich über den ersten und den zweiten Bereich erstrecken oder nur innerhalb des ersten Bereichs ausgebildet sein und den aktiven Bereich unberührt lassen. Das
vollständige Durchdringen des aktiven Bereichs ermöglicht vorteilhaft eine bessere optische Isolation der
Emissionsbereiche voneinander. Wird andererseits eine
Durchdringung des aktiven Bereichs vermieden, so ergeben sich vorteilhaft weniger Defektstellen innerhalb des aktiven
Bereichs, an denen unerwünschte nichtstrahlende Rekombination auftreten können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische
Halbleiterbauelement
- einen Halbleiterkörper umfassend einen ersten Bereich
eines n-Leitungstyps , einen zweiten Bereich eines p- Leitungstyps , einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine
MarkierungsSchicht,
- eine erste Hauptseite, eine zweite Hauptseite, eine
Mehrzahl von Emissionsbereichen und eine Mehrzahl von Aussparungen, wobei
- der aktive Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem
zweiten Bereich in einer Ebene parallel zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet ist,
- die Emissionsbereiche getrennt voneinander ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs sind und lateral beabstandet zueinander angeordnet sind, - die Aussparungen die Emissionsbereiche in lateraler
Richtung begrenzen,
- die erste Hauptseite den Halbleiterkörper auf der dem
aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs begrenzt und zur Auskopplung von elektromagnetischer
Strahlung aus dem Halbleiterkörper vorgesehen ist,
- die erste Hauptseite eine Aufrauhung oder eine
Strukturierung aufweist,
- die zweite Hauptseite den Halbleiterkörper auf der dem
aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs begrenzt,
- die Markierungsschicht parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ausgerichtet ist,
- sich die Aussparungen ausgehend von der ersten Hauptseite quer zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers in Richtung der zweiten Hauptseite erstrecken und an die Markierungsschicht angrenzen oder die Markierungsschicht vorzugsweise vollständig durchdringen, und wobei
- die Aussparungen nur im ersten Bereich ausgebildet sind oder sich die Aussparungen bis in den zweiten Bereich erstrecken und den aktiven Bereich vollständig
durchdringen .
Einem hier beschriebenen optoelektronischen
Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden
Überlegungen zugrunde. Für die Herstellung eines pixelierten optoelektronischen Halbleiterbauelements, also eines
Halbleiterbauelements mit einer Mehrzahl von
Emissionsbereichen, ist es nötig, die einzelnen
Emissionsbereiche voneinander getrennt ansteuerbar zu machen. Dazu ist es notwendig die Emissionsbereiche elektrisch voneinander zu isolieren. Durch die elektrisch getrennte Ansteuerung ist gewährleistet, dass einzelne Emissionsbereiche ohne Beeinflussung des jeweils benachbarten Emissionsbereichs leuchten können. Weitergehend entstehen jedoch auch in dem optischen Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements bedingt durch Wellenleitung und
Streuung des Lichtes ein Übersprechen von benachbarten
Emissionsbereichen. Das Übersprechen der Emissionsbereiche bewirkt eine Verschlechterung des Kontrastes.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, neben der
elektrischen Isolation der Emissionsbereiche voneinander auch eine optische Isolation der einzelnen Emissionsbereiche zu verwenden, um ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem verbesserten Kontrast zu erhalten. Dies geschieht beispielsweise durch das Einbringen von Aussparungen und weitergehend durch das Befüllen dieser Aussparungen mit vorzugsweise reflektivem Material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist in den Aussparungen ein optischer Isolator angeordnet, der mit einem Metall und/oder einem Dielektrikum gebildet ist und vorzugsweise eine hohe
Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement erzeugten und
insbesondere von dem aktiven Bereich emittierten
elektromagnetischen Strahlung aufweist. Der optische Isolator dient der optischen Isolation benachbarter Emissionsbereiche voneinander und verhindert das Übersprechen eines
Emissionsbereichs in einen der benachbarten
Emissionsbereiche. Eine hohe Reflektivität des optischen Isolators verhindert die unerwünschte Absorption von
elektromagnetischer Strahlung und somit einen unerwünschten Verlust von elektromagnetischer Strahlung. Die Transparenz des Füllmaterials des optischen Isolators ist variabel festlegbar, wodurch sich das Übersprechen der
Emissionsbereiche gezielt auf einen gewünschten Wert
einstellen lässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator mit einem der folgenden Materialien gebildet oder besteht daraus: Kupfer, Nickel, Gold, Silber oder Aluminium. Diese Materialien zeichnen sich vor allem durch eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung aus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator mit einem der folgenden Materialien gebildet oder besteht daraus:
Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid,
Siliziumoxinitrid oder Nioboxid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der optische Isolator als
dielektrischer Spiegel ausgeführt. Ein dielektrischer Spiegel ist eine Abfolge von dielektrischen Schichten mit definierter optischer Dicke und jeweils unterschiedlichem Brechungsindex. Bedingt durch die Brechungsindexsprünge an den Grenzflächen der unterschiedlichen Materialien wirkt der Schichtenstapel als reflektive Schicht für eine Wellenlänge für die die gewählten optischen Schichtdicken eine konstruktive
Interferenz ergeben. Der optische Isolator kann also auch aus mehreren aufeinander folgenden Schichten bestehen, deren Haupterstreckungsrichtung quer, bevorzugt senkrecht zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers orientiert ist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Markierungsschicht
Aluminium, Indium und/oder Stickstoff. Vorzugsweise basiert die Markierungsschicht auf Aluminiumindiumgalliumnitrid.
Derartige Markierungsschichten zeigen ein vorteilhaft starkes Signal beispielsweise bei der Ätzung in einem
Plasmaätzprozess. Dadurch ist es möglich, das Erreichen der Markierungsschicht bei einem Ätzprozess genau zu ermitteln, wodurch sich bei bekannter Anordnung der Markierungsschicht innerhalb des Halbleiterkörpers auf die erreichte Ätztiefe schließen lässt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf der zweiten Hauptseite jeweils zwischen den Aussparungen eine Mehrzahl von Spiegelschichten angeordnet, die parallel zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers ausgerichtet sind. Diese Spiegelschichten sind beispielsweise mit Silber gebildet und weisen eine hohe Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem aktiven Bereich emittierten elektromagnetischen Strahlung auf. Dadurch kann das Abstrahlen von elektromagnetischer Strahlung in Richtung der zweiten Hauptseite verhindert werden und die Effizienz des Bauteils wird vorteilhaft erhöht. Aus einer Richtung senkrecht zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers betrachtet gesehen sind die Spiegelschichten jeweils auf einen
Emissionsbereich ausgerichtet. Mit anderen Worten, die
Spiegelschichten sind derart angeordnet, dass sich zwischen zwei benachbarten Emissionsbereichen jeweils eine Lücke ergibt. Diese Anordnung vermindert vorteilhaft das
Übersprechen von benachbarten Emissionsbereichen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Halbleiterkörper mit seiner zweiten Hauptseite auf einem funktionellen Bereich umfassend eine Mehrzahl von Schaltungselementen und/oder
Kontaktstrukturen angeordnet. Der funktionelle Bereich übernimmt die Kontaktierung und kann auch Schaltungselemente aufweisen, die zur pixelgenauen Ansteuerung der
Emissionsbereiche vorgesehen sind. Damit ist eine elektrisch getrennte Ansteuerung jedes Emissionsbereichs möglich.
Weitergehend können beispielsweise Spiegelschichten in dem funktionellen Bereich eingebettet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zunächst in einem Schritt A) ein Halbleiterkörper bereitgestellt, umfassend einen ersten Bereich eines n- Leitungstyps , eine erste Hauptseite, einen aktiven Bereich der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, einen zweiten Bereich eines p-Leitungstyps , eine zweite Hauptseite und eine Markierungsschicht, wobei der aktive Bereich zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich angeordnet ist und sich die erste Hauptseite auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des ersten Bereichs
erstreckt und zur Auskopplung von elektromagnetischer
Strahlung vorgesehen ist. Das Einbringen der
Markierungsschicht in den Halbleiterkörper erfolgt
beispielsweise während der Epitaxie oder nachträglich mittels Implantation oder Diffusion.
Danach folgt in einem Schritt B) das Einbringen einer
Mehrzahl von Aussparungen ausgehend von der ersten Hauptseite in Richtung der zweiten Hauptseite zur Unterteilung des aktiven Bereichs in lateral voneinander beabstandete Emissionsbereiche. Dies geschieht mittels eines ersten
Ätzprozesses und einer Ätztiefe, die so groß ist, dass die Aussparungen an die Markierungsschicht angrenzen oder die Markierungsschicht vollständig durchdringen. Der erste
Ätzprozess umfasst vorzugsweise einen trockenchemischen
Ätzprozess wie beispielsweise Plasmaätzen, Ionenstrahlätzen oder Elektronenstrahlätzen.
Weiter folgt in einem Schritt C) das Aufrauen der ersten Hauptseite mittels eines zweiten Ätzprozesses. Dieser zweite Ätzprozess kann beispielsweise nasschemisch, chemisch
mechanisch oder trockenchemisch erfolgen. Die Aufrauhung vermindert den Wellenleitereffekt innerhalb des
Halbleiterkörpers und erhöht somit vorteilhaft die
Auskoppeleffizienz der ersten Hauptseite.
Bei einer Abwandlung dieser Ausführungsform kann die
Reihenfolge der Schritte auch vertauscht sein, wobei
insbesondere ein Aufrauen gemäß Schritt C) vor dem Einbringen der Aussparungen gemäß Schitt B) erfolgen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zwischen Schritt B) und Schritt C) ein optischer
Isolator in den Aussparungen eingebracht, der ein Metall und/oder ein Dielektrikum umfasst. Das Metall kann
beispielsweise mittels Sputtern eingebracht werden. Ein
Dielektrikum kann beispielsweise mittels eines CVD-Verfahrens oder eines PECVD-Verfahrens eingebracht werden. Bevorzugt ist das Material des optischen Isolators so gewählt, dass der zweite Ätzprozess eine geringere oder gleiche Abtragsrate bei dem Material des optischen Isolators zeigt, wie bei dem
Material des Halbleiterkörpers an der ersten Hauptseite. Mit anderen Worten, das Material des optischen Isolators weist bevorzugt eine geringere Abtragsrate für den zweiten
Ätzprozess in Schritt C) auf als das Material des ersten Bereichs des Halbleiterkörpers.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird das Dielektrikum mittels eines ALD-Verfahrens
abgeschieden. ALD-Schichten (ALD: atomic layer deposition) können mittels eines ALD-Abscheideverfahrens , bei dem eine Monolage von Atomen abgeschieden wird, hergestellt werden.
Die Abscheidung der Monolage kann durch Abscheidung von mehreren Submonolagen, beispielsweise mittels eines
metallorganischen Precursors, wie Trimethylaluminium, erfolgen. Dabei verhindern die Methylgruppen mittels
"sterischer Hinderung" der einzelnen Liganden eine
vollständige Monolage und bilden so zunächst eine Submonolage aus. Dieser Zyklus kann mehrere Male wiederholt werden, bis aus mehreren Submonolagen eine Monolage entsteht. Somit werden keine sich übereinanderstapelnde Atomlagen
ausgebildet, sondern es wird nur eine einatomare Schicht auf einer Fläche abgeschieden. Der Vorteil einer solchen Monolage in Abscheidung ist eine sehr gute Bedeckung der Oberfläche und die Überformung selbst kleinster Partikel und
Unebenheiten. Dadurch entsteht eine sehr dichte Schicht, die vorteilhaft eine gute Diffusionsbarriere darstellen kann. Die Ausbildung des Dielektrikums als ALD-Schicht ist insbesonders dann von Vorteil, wenn die Ätztiefe der Aussparung weiter geht als der aktive Bereich und der aktive Bereich somit verletzt wurde. Dabei wirkt die ALD-Schicht als eine
Feuchtigkeitsbarriere, die den aktiven Bereich vor äußeren Umwelteinflüssen schützt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird nach dem Einbringen des optischen Isolators und vor Schritt C) überschüssiges Material des optischen Isolators von der ersten Hauptseite derart entfernt, dass das Material des optischen Isolators innerhalb der Aussparungen
vollständig erhalten bleibt. Das Entfernen des überschüssigen Materials kann beispielsweise mittels eines CMP-Prozess (CMP: Chemical mechanical polishing) erfolgen. Dabei ist es
wichtig, dass die Abtragsrate des Halbleitermaterials größer oder gleich der Abtragsrate des Füllmaterials des optischen Isolators ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 5 schematische Querschnitte durch ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien seiner Herstellung,
Figur 6 einen schematischen Querschnitt durch ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
Figur 7 einen schematischen Querschnitt durch ein
optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Gleiche, gleichartige oder gleiche wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren
dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere
Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
Figur 1 zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in einem ersten Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10 mit einem ersten Bereich 101, einem zweiten Bereich 102, einem aktiven Bereich 103 und einer Markierungsschicht 120. Der Halbleiterkörper 10 ist auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des ersten Bereichs 101 durch eine erste Hauptseite A begrenzt und auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 durch eine zweite Hauptseite B begrenzt.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 ist in mehrere Emissionsbereiche 130 unterteilt. Der Halbleiterkörper 10 ist auf einem funktionellen Bereich 30 aufgebracht. Innerhalb des funktionellen Bereichs 30 befinden sich sowohl
Kontaktelemente als auch Schaltungselemente, die zur
Kontaktierung und/oder auch zur pixelgenauen Ansteuerung des jeweiligen Emissionsbereichs 130 der aktiven Schicht 103 bestimmt sind. Der funktionelle Bereich 30 ermöglicht die elektrisch getrennte Ansteuerung von jedem Emissionsbereich 130.
Zwischen dem Halbleiterkörper 10 und dem funktionellen
Bereich 30 befindet sich eine Mehrzahl von Spiegelschichten 20, die insbesondere mit Silber gebildet oder als dielektrische Spiegel ausgeführt sind. Die Spiegelschichten 20 weisen eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung auf. Der funktionelle Bereich 30 ist auf einem Träger 40 montiert. Der Träger 40 kann beispielsweise ein Halbleitermaterial umfassen und zur mechanischen
Stabilisierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 dienen .
Figur 2 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. In den Halbleiterkörper 10 ist eine Mehrzahl von Aussparungen 140 in dem ersten
Bereich 101 eingebracht. Die Aussparungen 140 erstrecken sich ausgehend von der ersten Hauptseite A in Richtung der zweiten Hauptseite B und durchstoßen die Markierungsschicht 120 vollständig. Der aktive Bereich 103 bleibt jedoch unberührt von den Aussparungen 140. Das Einbringen der Aussparungen 140 erfolgt beispielsweise mittels eines trockenchemischen
Ätzprozesses, wobei die Markierungsschicht 120 eine
verbesserte Kontrolle der Ätztiefe ermöglicht. Die
Aussparungen 140 begrenzen die Emissionsbereiche 130 in lateraler Richtung und unterteilen den Halbleiterkörper 10 in eine Mehrzahl von optisch voneinander getrennter Pixel. Durch den Brechungsindexsprung an der Grenzfläche zwischen dem Material des ersten Bereichs 101 und der Aussparung 130 vermindert sich vorteilhaft der Wellenleitereffekt innerhalb des Halbleiterkörpers und damit auch das Übersprechen
benachbarter Emissionsbereiche 130.
Figur 3 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Die Aussparungen 140 sind mit dem Material eines optischen Isolators 150 befüllt und das Material des optischen Isolators 150 bedeckt die erste Hauptseite A des Halbleiterkörpers 10. Dabei kann es sich entweder um ein Metall oder ein Dielektrikum handeln, das in der Lage ist, die elektromagnetische Strahlung, die im aktiven Bereich 103 emittiert wird, gut zu reflektieren.
Ebenso kann zunächst eine Schicht eines Dielektrikums eingebracht sein und anschließend eine Schicht eines Metalls oder umgekehrt. Dabei kann das Metall insbesondere Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder Silber oder eine Legierung der genannten Metalle umfassen. Das Dielektrikum ist vorzugsweise mit Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid, Nioboxid oder Siliziumoxinitrid gebildet. Die Aufgabe der optischen Isolatoren 150 besteht darin, ein Übersprechen benachbarter Emissionsbereiche 130, bedingt durch
Wellenleitung oder Streuprozesse innerhalb des
Halbleiterkörpers 10, weiter zu vermindern oder zu
unterbinden. So werden die Emissionsbereiche 130 vorteilhaft optisch noch stärker voneinander getrennt.
Vorzugsweise wird in den Aussparungen 140 zunächst eine
Passivierungsschicht ausgebildet, die die Aussparungen 140 auskleidet. Diese Passivierungsschicht kann aus einem Oxid, vorzugsweise einem Siliziumoxid gebildet sein. Nachfolgend wird ein Metall, zum Beispiel Kupfer, Nickel, Gold, Aluminium oder Silber oder eine Legierung der genannten Metalle zur Bildung der optischen Isolatoren 150 in die Aussparungen 140 eingebracht. Die Passivierungsschicht bewirkt
vorteilhafterweise eine Trennung der metallischen optischen Isolatoren 150 von dem Halbleiterkörper.
Figur 4 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das Material des optischen Isolators 150 wird von der ersten Hauptseite A mittels eines CMP-Prozesses derart entfernt, dass das
Material der optischen Isolatoren 150 in den Aussparungen 140 erhalten bleibt. Durch das Abtragen des Materials des
optischen Isolators 150 von der Oberfläche der ersten
Hauptseite A wird die Reflektivität der zur Auskopplung von in dem aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung vorgesehenen ersten Hauptseite A vorteilhaft vermindert .
Figur 5 zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Zur weiteren
Verbesserung der Auskoppelwahrscheinlichkeit an der ersten Hauptseite A wird mittels eines nasschemischen Verfahrens die erste Hauptseite A aufgeraut. Eine Aufrauhung vermindert den Wellenleitereffekt und erhöht dadurch die
Auskoppelwahrscheinlichkeit einer im aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Bei der Aufrauhung der ersten Hauptseite A ist es insbesondere vorteilhaft, ein Verfahren zu verwenden, das das Material der optischen
Isolatoren 150 nicht oder nicht wesentlich angreift. Dadurch entsteht die Aufrauhung vorzugsweise in dem Material des ersten Bereichs 101 im Bereich der Emissionsbereiche 130.
Figur 6 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das zweite Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in Figur 5 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel, unterscheidet sich jedoch in der Art der Aufrauhung der ersten Hauptfläche A. Die erste
Hauptseite A ist mittels eines trockenchemischen Ätzprozesses mit einer Strukturierung versehen, die den Wellenleitereffekt innerhalb des Halbleiterkörpers 10 vermindert. Beispielsweise umfasst die Strukturierung eine regelmäßige Strukturierung in der Form von Pyramiden oder Kegelstümpfen.
Figur 7 zeigt einen schematischen Querschnitt eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Das dritte Ausführungsbeispiel gleicht im Wesentlichen dem in Figur 4 gezeigten ersten
Ausführungsbeispiel. Jedoch unterscheiden sich die Lage der Markierungsschicht 120 und die Lage des aktiven Bereichs 103. In der dritten Ausführungsform des optoelektronischen
Halbleiterbauelements 1 erstrecken sich die Aussparungen 140 ausgehend von der ersten Hauptseite A durch den ersten
Bereich 101 bis in den zweiten Bereich 102. Dabei durchstoßen die Aussparungen 140 sowohl den aktiven Bereich 103 als auch die Markierungsschicht 120 vollständig. So entsteht
vorteilhaft eine noch bessere optische Trennung der
Emissionsbereiche 130 voneinander. Bedingt durch die
Durchdringung des aktiven Bereichs 103 durch die Aussparungen 140 bilden sich an den Grenzflächen des aktiven Bereichs 103 und der Aussparungen 140 Stellen, die anfälliger sind für schädliche Umgebungseinflüsse. Zur Vermeidung von
Umwelteinflüssen auf den aktiven Bereich 103 ist es von
Vorteil, die Aussparungen 140 zunächst mit einem Dielektrikum zu befüllen, das mittels eines ALD-Prozesses aufgebracht ist. Die Dichte der so erzeugten ALD-Schicht verhindert das
Eindringen von Feuchtigkeit und weiteren Umwelteinflüssen in den aktiven Bereich 103. Anschließend werden die Aussparungen 140 mit einem Metall befüllt, das eine hohe Reflektivität für in dem aktiven Bereich 103 erzeugte elektromagnetische
Strahlung aufweist. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Merkmalskombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102018106970.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
10 Halbleiterkörper
101 erster Bereich
102 zweiter Bereich
103 aktiver Bereich
A erste Hauptseite
B zweite Hauptseite
120 MarkierungsSchicht
130 Emissionsbereich
140 Aussparung
150 optischer Isolator
20 SpiegelSchicht
30 funktioneller Bereich
40 Träger

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit
- einem Halbleiterkörper (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines n-Leitungstyps , einen zweiten Bereich (102) eines p-Leitungstyps , einen aktiven Bereich (103), der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, eine Markierungsschicht (120),
- einer ersten Hauptseite (A) , einer zweiten Hauptseite (B) , einer Mehrzahl von Emissionsbereichen (130) und einer Mehrzahl von Aussparungen (140), wobei
- der aktive Bereich (103) zwischen dem ersten Bereich (101) und dem zweiten Bereich (102) in einer Ebene parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10)
angeordnet ist,
- die Emissionsbereiche (130) getrennt voneinander
ansteuerbare Bereiche des aktiven Bereichs (103) sind und lateral beabstandet zueinander angeordnet sind,
- die Aussparungen (140) die Emissionsbereiche (130) in
lateraler Richtung begrenzen,
- die erste Hauptseite (A) den Halbleiterkörper (10) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des ersten Bereichs (101) begrenzt und zur Auskopplung von
elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper (10) vorgesehen ist,
- die erste Hauptseite (A) eine Aufrauhung oder eine
Strukturierung aufweist,
- die zweite Hauptseite (B) den Halbleiterkörper (10) auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) begrenzt, - die Markierungsschicht (120) parallel zur
Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers (10)
ausgerichtet ist,
- sich die Aussparungen (140) ausgehend von der ersten
Hauptseite (A) quer zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers (10) in Richtung der zweiten Hauptseite (B) erstrecken und an die Markierungsschicht (120)
angrenzen oder die Markierungsschicht (120) durchdringen, und wobei
- die Aussparungen (140) nur im ersten Bereich (101)
ausgebildet sind oder sich die Aussparungen (140) bis in den zweiten Bereich (102) erstrecken und den aktiven
Bereich (103) vollständig durchdringen.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem
vorhergehenden Anspruch, wobei in den Aussparungen (140) ein optischer Isolator (150) angeordnet ist, der mit einem Metall und/oder einem Dielektrikum gebildet ist und vorzugsweise eine hohe Reflektivität für eine mittlere Wellenlänge einer von dem optoelektronischen
Halbleiterbauelement (1) erzeugten und insbesondere einer von dem aktiven Bereich (103) emittierten
elektromagnetischen Strahlung aufweist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem
vorhergehenden Anspruch, wobei der optische Isolator (150) mit einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet ist oder daraus besteht: Cu, Ni, Au, Ag, Al.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei der optische Isolator (150) mit einem oder mehreren der folgenden Materialien gebildet ist oder daraus besteht: Siliziumoxid, Titanoxid, Tantaloxid, Siliziumnitrid, Siliziumoxinitrid, Nioboxid.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß Anspruch 2, wobei der optische Isolator (150) als dielektrischer Spiegel ausgeführt ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Markierungsschicht (120) Stickstoff, Aluminium und/oder Indium enthält und vorzugsweise auf Aluminiumindiumgalliumnitrid basiert.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf der zweiten
Hauptseite (B) jeweils zwischen den Aussparungen (140) eine Mehrzahl von Spiegelschichten (20) angeordnet ist, die parallel zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers (10) ausgerichtet sind.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Halbleiterkörper (10) mit seiner zweiten Hauptseite (B) auf einem
funktionellen Bereich (30) umfassend eine Mehrzahl von Schaltungselementen und/oder Kontaktstrukturen angeordnet ist .
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden
Schritte :
A) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) umfassend einen ersten Bereich (101) eines n-Leitungstyps , eine erste Hauptseite (A) , einen aktiven Bereich (103) der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung geeignet ist, einen zweiten Bereich (102) eines p- Leitungstyps , eine zweite Hauptseite (B) und eine
Markierungsschicht (120), wobei
- der aktive Bereich (103) zwischen dem ersten Bereich (101) und dem zweiten Bereich (102) angeordnet ist,
- sich die erste Hauptseite (A) auf der dem aktiven
Bereich (103) abgewandten Seite des ersten Bereichs (101) erstreckt und zur Auskopplung von
elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist,
- sich die zweite Hauptseite (B) auf der dem aktiven
Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (B) erstreckt und
- sich die Markierungsschicht (120) in einer Ebene
parallel zur Haupterstreckungsebene des
Halbleiterkörpers (10) erstreckt,
B) Einbringen einer Mehrzahl von Aussparungen (140)
ausgehend von der ersten Hauptseite (A) in Richtung der zweiten Hauptseite (B) zur Unterteilung des aktiven Bereichs (103) in lateral voneinander beabstandete Emissionsbereiche (130) mittels eines ersten
Ätzprozesses mit einer Ätztiefe, die so gewählt wird, dass die Aussparungen (140) an die Markierungsschicht (120) angrenzen oder sie vollständig durchdringen, und
C) Aufrauen der ersten Hauptseite (A) mittels eines
zweiten Ätzprozesses.
10. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden
Anspruch, wobei zwischen Schritt B) und Schritt C) ein optischer Isolator (150) in den Aussparungen (140) eingebracht wird, der ein Metall und/oder ein Dielektrikum umfasst .
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden
Anspruch, wobei das Dielektrikum mittels eines ALD- Verfahrens abgeschieden wird.
12. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements (1) gemäß Anspruch 10, wobei nach dem Einbringen des optischen Isolators (150) und vor Schritt C) überschüssiges Material des optischen Isolators (150) von der ersten Hauptseite (A) derart entfernt wird, dass das Material des optischen Isolators (150) innerhalb der Aussparungen (140) vollständig erhalten bleibt.
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