WO2020007920A1 - Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil Download PDF

Info

Publication number
WO2020007920A1
WO2020007920A1 PCT/EP2019/067863 EP2019067863W WO2020007920A1 WO 2020007920 A1 WO2020007920 A1 WO 2020007920A1 EP 2019067863 W EP2019067863 W EP 2019067863W WO 2020007920 A1 WO2020007920 A1 WO 2020007920A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
group
semiconductor columns
semiconductor
columns
growth substrate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/067863
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Alexander TONKIKH
Adrian Stefan Avramescu
Martin Rudolf Behringer
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of WO2020007920A1 publication Critical patent/WO2020007920A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/817—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous
    • H10H20/818—Bodies characterised by the crystal structures or orientations, e.g. polycrystalline, amorphous or porous within the light-emitting regions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0137—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/813—Bodies having a plurality of light-emitting regions, e.g. multi-junction LEDs or light-emitting devices having photoluminescent regions within the bodies
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/815—Bodies having stress relaxation structures, e.g. buffer layers
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/81—Bodies
    • H10H20/819—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates
    • H10H20/821—Bodies characterised by their shape, e.g. curved or truncated substrates of the light-emitting regions, e.g. non-planar junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H29/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one light-emitting semiconductor element covered by group H10H20/00
    • H10H29/10—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00
    • H10H29/14—Integrated devices comprising at least one light-emitting semiconductor component covered by group H10H20/00 comprising multiple light-emitting semiconductor components
    • H10H29/142—Two-dimensional arrangements, e.g. asymmetric LED layout
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/01—Manufacture or treatment
    • H10H20/011—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers
    • H10H20/013—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials
    • H10H20/0133—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials
    • H10H20/01335—Manufacture or treatment of bodies, e.g. forming semiconductor layers having light-emitting regions comprising only Group III-V materials with a substrate not being Group III-V materials the light-emitting regions comprising nitride materials

Definitions

  • a method for producing optoelectronic semiconductor components is specified.
  • An optoelectronic semiconductor component is also specified.
  • One task to be solved is to specify a method with which to efficiently emit red, green and blue
  • Semiconductor components can be produced.
  • semiconductor columns made of AlInGaN and AlInGaP are grown on the same growth substrate. This is made possible in particular by the fact that the semiconductor columns have small diameters, so that differences in crystallographic lattice parameters have little or no effect.
  • the method serves for the production of optoelectronic semiconductor components.
  • the finished semiconductor component is preferably a light-emitting diode, or LED for short. That in the operation of the finished semiconductor component
  • the method comprises the step of providing a growth substrate.
  • the growth substrate is made of GaN, sapphire or silicon, for example.
  • the method comprises the step of growing a plurality of
  • the semiconductor columns are preferably grown epitaxially.
  • the semiconductor columns are preferably each based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor layer sequence 0 ⁇ n ⁇ 0.7, 0.0 dm ⁇ 0.7 and 0.3 dn + m ⁇ 0.7.
  • it can also be an arsenide compound semiconductor material such as Al n In] __ nm Ga m As or Al n Ga m In] __ nm As P] _- k, where 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1.
  • the following preferably applies for at least one layer or for all layers of the semiconductor layer sequence 0 ⁇ n ⁇ 0.7,
  • the semiconductor layer sequence can include dopants and
  • Crystal lattice of the semiconductor layer sequence i.e. Al, As,
  • an average diameter of the semiconductor columns is at most 1 ⁇ m or 0.5 ⁇ m or 0.2 ⁇ m. the same can be done for a maximum
  • a first group and / or a second group of the semiconductor columns are grown on the growth substrate, these semiconductor columns being grown from a III-nitride material.
  • the semiconductor columns are made of InGaN, i.e. without aluminum.
  • All semiconductor columns of the first group preferably have the same material composition within the scope of the manufacturing tolerances. Likewise, preferably all semiconductor columns of the second group within the scope of
  • Semiconductor columns are based on the InGaN material system, but differ in their indium content in order to achieve the desired emission wavelength.
  • the method for producing optoelectronic semiconductor components is set up and comprises the following steps in the order given:
  • an average diameter of the semiconductor columns is at most 1 ym, a first group and / or a second group of
  • Semiconductor columns on the growth substrate is grown from a III-nitride material, and a third group of semiconductor columns on the growth substrate is grown from or with a III-phosphide material.
  • Crystallographic lattice structures result in structural defects in the case of flat growth and prevent integration of different semiconductor materials on the same growth substrate.
  • RGB emitters are created by producing red, green and blue separately from each other
  • emitting semiconductor chips are assembled on a carrier.
  • the challenges of such an approach increase drastically with the reduction in the size of the individual LED chips.
  • red-emitting LED chips based on InGaAlP are usually grown epitaxially on GaAs wafers.
  • Green and blue emitting LED chips are made from InGaN and in particular on sapphire wafers or
  • LEDs which comprise both flat InGaN layers and flat InGaAlP layers and which have been grown epitaxially on the same substrate have not yet been achieved.
  • the lateral sizes of both the InGaN layers and the InGaAlP layers for the epitaxy are restricted to at most 1 ⁇ m, so that semiconductor columns result.
  • the red, green and blue emitting epitaxial layers are accordingly grown on the same wafer by selective epitaxy on a correspondingly structured sapphire substrate or
  • Silicon substrate is applied.
  • Epitaxial layers become dislocation lines and
  • Epitaxial layers can be reached.
  • the red-emitting InGaAlP-3D structures can be operated electrically as LEDs or optically pumped by the green or blue-emitting InGaN structures.
  • 3D stands for three-dimensional and designates semiconductor columns in contrast to flat, essentially two-dimensional layers. The latter are also known as 2D layers.
  • the method described here makes it possible to produce semiconductor columns emitting in different colors on the same growth substrate.
  • a position of the semiconductor columns that emit in different colors is preferably determined by a lithography step with at least one mask.
  • This concept allows very small LED structures with dimensions in the submicron range to be achieved. The latter is for example by means of a Subsequent structures such as etching are difficult to achieve because there is an increased charge carrier combination on the etched side surfaces.
  • the concept described here thus enables different semiconductor materials with lattice parameters that are not matched to one another to be produced epitaxially close to one another.
  • the term directly on the growth substrate does not preclude that
  • Growth substrate is provided with a thin buffer layer.
  • Thin means in particular a thickness of at most 200 nm or 100 nm or 50 nm.
  • the growth substrate then contains semiconductor columns of the first group and / or the second group.
  • Semiconductor columns of the third group then only grow on the semiconductor columns of the first group and / or the second group and not directly on the growth substrate.
  • semiconductor columns have grown.
  • the semiconductor columns of the first and / or second group are preferably one
  • Electroluminescence grown directly on the growth substrate can be located between the semiconductor columns and the growth substrate, the buffer layer preferably being at most 200 nm or 100 nm or 50 nm thick. That is, in this embodiment, all of the semiconductor pillars for emitting light are over
  • Electroluminescence set up The semiconductor columns are electrically contacted accordingly. There are not any
  • Group a core-shell structure also referred to as a core shell.
  • the semiconductor columns of the first group and / or of the second group preferably have an active zone with or made of InGaN, which in the form of a jacket forms an n-type GaN core, for example.
  • a p-type GaN layer can be applied to the outside of the active zone.
  • the semiconductor columns of the third group optionally also have a core-shell structure.
  • the growth substrate is a silicon substrate.
  • a (0001) surface of a is preferred on a (111) silicon surface
  • a thickness of the aluminum nitride buffer layer is preferably at most 200 nm or 100 nm or 50 nm.
  • this comprises
  • a mixture of red, green or blue light can preferably be generated in an adjustable manner. Color images and / or color films can thus be reproduced with the finished semiconductor components.
  • the pixels of the finished semiconductor components each comprise at least one of the pixels of the finished semiconductor components
  • a plurality of semiconductor columns from the first, the second and the third group are preferably present in the pixels.
  • the number of semiconductor columns is the first, the second
  • the second, as well as the third group within the pixels each at least 9 or 16 or 25 or 100.
  • the number of semiconductor columns per color in the pixels is at most 10000 or 1000.
  • the semiconductor columns for the different colors can be combined in different numbers in the pixels.
  • the pixels comprise more
  • the first mask layer is made of, for example, a nitride
  • Silicon nitride or from an oxide such as silicon dioxide is Silicon nitride or from an oxide such as silicon dioxide. According to at least one embodiment, the first
  • the first mask layer preferably covers the growth substrate at all locations that are not set up to grow the semiconductor columns.
  • the first mask layer is preferably made of a material on which the
  • the first mask layer can also still be present in semiconductor components.
  • the first mask layer is removed after the semiconductor columns have grown, so that the
  • finished semiconductor components are free of the first mask layer.
  • a second and / or a third mask layer is used for the growth of the semiconductor columns of the first and / or the second group.
  • the second and / or the third mask layer is preferably applied to the first mask layer before the semiconductor columns are grown.
  • the second mask layer preferably covers all areas of the growth substrate that are not intended for the growth of the semiconductor columns of the first group.
  • the third mask layer preferably covers all areas of the growth substrate that are not for the growth of the
  • a fourth mask layer is applied to the first mask layer in order to grow the semiconductor columns of the third group, in particular
  • Mask layer is preferably made of a material on which the semiconductor material for the semiconductor columns of the third
  • the fourth mask layer covers the semiconductor columns of the first and / or the second group when the semiconductor columns of the third group are growing. After the growth of the semiconductor columns of the third group, the fourth mask layer is preferably completely or alternatively only partially removed.
  • passivation is generated on at least some of the semiconductor columns after the semiconductor columns of the third group have grown.
  • Passivation preferably extends to everyone
  • the passivation can be used as a separate layer or as
  • the passivation is formed by an InGaAlP layer with an aluminum content of at least 25%. This means that the passivation can be an aluminum-rich layer.
  • the passivation is carried out by a nitride layer and / or by a
  • the passivation is formed by an oxide layer, for example by an aluminum oxide or a silicon oxide.
  • an oxide layer is preferably produced by means of atomic layer deposition.
  • the passivation is thin. This means in particular that the passivation has a thickness or average thickness of at least 1 nm or 2 nm or 5 nm and / or at most 30 nm or 20 nm or 10 nm.
  • a diameter of the semiconductor columns lies on one of the growth substrates
  • the semiconductor columns are very thin close to the growth substrate. This applies in particular to the semiconductor columns of the first and the second group and optionally, but not necessarily, to the
  • semiconductor pillars of the first group then the semiconductor pillars of the second group and finally the semiconductor pillars of the third group.
  • semiconductor pillars of the first and second groups grow
  • An optoelectronic semiconductor component is also specified.
  • the semiconductor device is manufactured using a method as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the method are therefore also for the optoelectronic
  • this includes
  • optoelectronic semiconductor component a plurality of semiconductor columns of the first group, which are based on the III-nitride material and which are used to generate blue light
  • Electroluminescence are set up.
  • the semiconductor component comprises a plurality of semiconductor columns of the second
  • III-nitride material with a different material composition and which are set up to generate green light by means of electroluminescence.
  • semiconductor columns of the third group which are based on or comprise the III-phosphide material and which are set up to generate red light by means of electroluminescence or by means of photoluminescence.
  • An average diameter of the semiconductor columns is in each case at most 1 ⁇ m or 0.5 ⁇ m or 0.2 ⁇ m.
  • FIGS. 1 to 3 show schematic perspective representations of exemplary embodiments of optoelectronic semiconductor components described here
  • Figures 4A to 4C are schematic sectional views of
  • FIGS. 5 to 7 show schematic perspective representations of semiconductor columns for exemplary embodiments of the optoelectronic ones described here
  • Figure 9 is a schematic sectional view of a
  • Figure 10 shows an embodiment of one described here
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • the semiconductor component 1 comprises a plurality of semiconductor columns 1 different groups 31, 32, 33. To simplify the illustration, only one of the semiconductor columns 3 is drawn from each group 31, 32, 33. Many of the semiconductor columns 3 are preferably present per group 31, 32, 33.
  • the semiconductor columns 3 of the first group 31 are made of the material system InGaN with a comparatively small number
  • the semiconductor columns 3 of the second group 32 are also based on the material system InGaN, with one
  • Indium content is preferably higher, so that green light is generated during operation. It is possible for the semiconductor columns 3 of the first group 31 and the second group 32 to have a quantum well structure for generating light.
  • the semiconductor component comprises semiconductor columns 3 of a third group 33. These semiconductor columns 3 are based on the material system InGaAlP and are set up to generate red light, likewise via electroluminescence.
  • All three groups 31, 32, 33 of semiconductor columns 3 have grown epitaxially on a common growth substrate 2.
  • the growth substrate 2 is in particular a silicon substrate with a (111) surface.
  • a thin A1N: Si layer 21 with a (0001) surface is particularly preferably located on the growth substrate 2.
  • This layer 21 is preferably thin, for example with a thickness of around 30 nm.
  • the semiconductor columns 3 of the first group 31 and the second group 32 have grown from this layer 21, as is also possible for the semiconductor columns 3 of the third group 33.
  • the Semiconductor columns 3 of the third group 33 immediately
  • Electrical contacts of the semiconductor columns 3 are not shown in the figures. It is also not shown in the figures that the semiconductor columns 3 can be transferred from the growth substrate 2 to a replacement carrier. Such electrical contacts and such a transfer to a replacement carrier are described, for example, in the publications DE 10 2017 129 326 A1 and DE 10 2017 113 745 A1. The disclosure content of these documents with regard to the electrical circuitry and with regard to the transfer to a replacement carrier is included by reference.
  • the exemplary embodiment in FIG. 2 shows that the semiconductor columns of the third group 33 are on some of the
  • the semiconductor columns 3 of the third group 33 preferably work via photoluminescence.
  • the semiconductor columns 3 of the third group 33 can be any semiconductor columns 3 of the third group 33.
  • Semiconductor columns 3 of the third group 33 for generating red light are grown on some of the semiconductor columns 3 for generating green light. Photoluminescence is thus excited by the green light which is generated by the between the semiconductor columns 3 of the third group 33 and the
  • red light have the semiconductor columns 3, for example a diameter and / or a height between 50 nm and 300 nm and are in particular of zinc-blende In] __ nm Ga m Al n P n + m ⁇ 1, 0.3 ⁇ n, m ⁇ 0.7 or off
  • Semiconductor columns 3, in particular of the third group 33, can also achieve increased light decoupling. This is otherwise difficult due to the high refractive index of InGaAlP.
  • Lattice mismatch of a nitride material to a phosphide semiconductor material and the different crystal types of wurtzite versus zinc blende do not affect the crystal quality too much.
  • FIG. 4 shows an example of a manufacturing process
  • the growth substrate 2 is provided.
  • a first mask layer 51 is applied to the growth substrate 2.
  • the mask layer 51 has
  • Openings for the semiconductor columns 3 of the second and third groups 32, 33 are closed by a third mask layer 53.
  • a second mask layer 52 otherwise extends flatly and preferably directly and / or
  • the semiconductor columns 3 of the first group 31 are grown to emit blue light B. These semiconductor columns 3 preferably grow so that these semiconductor columns 3 protrude beyond the mask layers 51, 52, 53.
  • FIG. 4B illustrates that the second
  • Mask layer 52 a mask layer 52 "is applied, the previously applied mask layer 52 and the already grown semiconductor columns 3 of the first group 31
  • Group 32 cleared for generating green light G.
  • the semiconductor columns 3 of the third group 33 then grow.
  • the masks 52, 52 ", 53 are removed.
  • the first mask layer 51 remains. Thereupon, all regions except the openings for the
  • Semiconductor columns 3 of the third group 33 covered by a fourth mask layer 54.
  • the semiconductor columns 3 of the third group 33 then grow to produce red light R.
  • Temporary masks for the sequential growth of the semiconductor columns 3 can thus be used to implement adjacent patterns for the different types of semiconductor columns 3 at a distance of a few 100 nm.
  • a silicon oxide or a silicon nitride can serve as material for the mask layers 51, 52, 53, 54.
  • amorphous materials based on carbon can also be used for a high selectivity of a growth zone.
  • Such materials are, for example, high-purity polymers which are used for lithography and which are high before the epitaxial growth of the semiconductor columns 3
  • the mask layers 51, 52, 53, 54 are made of an organic material, for example
  • Photoresist like mr-NIL210 preferably in the range between and including 50 nm
  • FIGS. 5 to 7 illustrate various possibilities for growing semiconductor columns 3 from the different material systems. Due to the growth orientations shown and the small lateral ones
  • InGaAlP a hexagonal or a trigonal prism structure result.
  • the growth of InGaAlP takes place in zincblende- (001) on non-polar AlInGaN-Wurtzit- (10-10) or alternatively on AlInGaN-Wurtzit- (11-20).
  • FIG. 7 illustrates that growth with non-parallel directions of growth of an InGaAlP zincblende (001) structure on semipolar InGaN can take place, for example, with orientations (11-22) or (10-11).
  • FIG. 8A shows an electromicroscope image of a GaN column with a diameter of approximately 1 ⁇ m.
  • a GaN column with a diameter of approximately 1 ⁇ m.
  • a (111) InGaAlP layer is grown over this AlInGaN (0001) surface, as illustrated in FIG. 8B.
  • Optional mask layers on side surfaces of the GaN column are not present in FIG. 8B, so that irregular growth of InGaAlP can take place on regions of the GaN column other than on the AlInGaN (0001) surface.
  • FIG. 9 illustrates that the semiconductor columns 3 or at least some of the semiconductor columns 3 have one
  • Passivation 6 can be provided. Such a passivation 6 makes it possible to reduce surface states which can lead to electrical and optical losses.
  • Passivation 6 of the surfaces of the semiconductor columns 3 preferably has a material with a high band gap, such as aluminum-rich phosphides or nitrides or dielectric layers.
  • Aluminum rich refers in particular to an aluminum content of at least 25%.
  • Such a passivation 6 is preferably also present in all other exemplary embodiments.
  • the passivation 6 is therefore, in particular, an InGaAlP layer with an aluminum content of 25%.
  • the passivation 6 can be generated by nitrogen from NH3 or N2 plasma at temperatures above 500 ° C. Hydrogen passivation is also included
  • a dielectric material such as an aluminum oxide or a silicon oxide
  • ALD atomic layer deposition
  • step S1 the growth substrate is provided, in particular made of sapphire or GaN.
  • step S2 one is preferred two-dimensionally grown nitride layer as a growth layer or buffer layer. This layer is made of aluminum nitride, for example.
  • step S3 the masks and one are attached
  • step S3 Connected to step S3, shown in dashed lines, is attached
  • step S4 the InGaAlP-based, red-emitting semiconductor columns are selectively grown.
  • the subsequent step S5 generates the
  • step S6 the method is finalized in step S6, for example by generating electrical ones
  • both the blue-emitting areas and the green-emitting areas can be grown three-dimensionally, that is to say in the form of the semiconductor columns. It is therefore generally possible to design the blue emitters either as two-dimensional planes or three-dimensionally as semiconductor columns. The invention described here is not by

Abstract

In einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die Schritte: A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (2), und B) Wachsen einer Vielzahl von lichtemittierenden Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2), wobei - ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen (3) bei höchstens 1µm liegt, - eine erste Gruppe (31) und/oder eine zweite Gruppe (32) der Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2) aus einem III-Nitrid-Material gewachsen wird, und - eine dritte Gruppe (33) der Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2) aus oder mit einem III-Phosphid-Material gewachsen wird.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG VON OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUTEILEN UND OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL
Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein Verfahren anzugeben, mit dem effizient rot, grün und blau emittierende
Halbleiterbauteile herstellbar sind.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Bei den hier beschriebenen Verfahren werden Halbleitersäulen aus AlInGaN und AlInGaP auf demselben Aufwachssubstrat gewachsen. Dies wird insbesondere dadurch ermöglich, dass die Halbleitersäulen kleine Durchmesser aufweisen, sodass sich Unterschiede in kristallografischen Gitterparametern nicht oder nicht stark auswirken.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen. Bei dem fertigen Halbleiterbauteil handelt es sich bevorzugt um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das im Betrieb des
Halbleiterbauteils abgestrahlte Licht ist insbesondere inkohärentes sichtbares Licht. Das Halbleiterbauteil ist dann kein Halbleiterlaser. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens eines Aufwachssubstrats . Das Aufwachssubstrat ist beispielsweise aus GaN, Saphir oder Silizium.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Wachsens einer Vielzahl von
lichtemittierenden Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat . Die Halbleitersäulen werden bevorzugt epitaktisch gewachsen.
Die Halbleitersäulen basieren bevorzugt je auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP . Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine
Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,7, 0,0 d m < 0,7 und 0,3 d n + m < 0,7. Ferner kann es sich auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k handeln, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,7,
0 < m < 0,7 und 0,3 d n + m < 0,7 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie
zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des
Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As,
Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Vereinfachend werden diese Halbleitermaterialien nachfolgend lediglich ohne Indices verkürzt etwa als AlInGaN, InGaN oder AlInGaP bezeichnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen bei höchstens 1 ym oder 0,5 ym oder 0,2 ym. gleiches kann für einen maximalen
Durchmesser der Halbleitersäulen gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden eine erste Gruppe und/oder eine zweite Gruppe der Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat gewachsen, wobei diese Halbleitersäulen aus einem III-Nitrid-Material gewachsen werden. Insbesondere werden die Halbleitersäulen aus InGaN erzeugt, also ohne Aluminium.
Dabei weisen bevorzugt alle Halbleitersäulen der ersten Gruppe im Rahmen der Herstellungstoleranzen die gleiche Materialzusammensetzung auf. Ebenso weisen bevorzugt alle Halbleitersäulen der zweiten Gruppe im Rahmen der
Herstellungstoleranzen die gleiche Materialzusammensetzung auf. Beispielsweise sind die Halbleitersäulen der ersten Gruppe zur Erzeugung von blauem Licht und die
Halbleitersäulen der zweiten Gruppe zur Erzeugung von grünem Licht eingerichtet. Damit können beide Gruppen von
Halbleitersäulen auf dem Materialsystem InGaN basieren, unterscheiden sich jedoch in ihrem Indiumgehalt, um die gewünschte Emissionswellenlänge zu erreichen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird an dem
Aufwachssubstrat eine dritte Gruppe der Halbleitersäulen aus oder mit einem III-Phosphid-Material gewachsen. Insbesondere sind die Halbleitersäulen der dritten Gruppe aus AlInGaP und zur Erzeugung von rotem Licht eingerichtet. In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen eingerichtet und umfasst die folgenden Schritte in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats , und
B) Wachsen einer Vielzahl von lichtemittierenden
Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat, wobei ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen bei höchstens 1 ym liegt, eine erste Gruppe und/oder eine zweite Gruppe der
Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat aus einem III- Nitrid-Material gewachsen wird, und eine dritte Gruppe der Halbleitersäulen an dem Aufwachssubstrat aus oder mit einem III-Phosphid-Material gewachsen wird.
Eine Möglichkeit, rot, grün und blau (gleich RGB)
emittierende Leuchtdioden herzustellen liegt darin,
Halbleitermaterialien aus verschiedenen Materialklassen zu verwenden. Halbleitermaterialien aus unterschiedlichen
Materialklassen können jedoch nicht wie herkömmlich flächig zusammen auf dem gleichen Substrat aufgewachsen werden.
Unterschiede in Gitterparametern und in einer
kristallografischen Gitterstruktur resultieren bei einem flächigen Wachsen in strukturellen Defekten und verhindern eine Integration verschiedener Halbleitermaterialien auf dem gleichen Aufwachssubstrat .
Bei den hier beschriebenen Verfahren werden die Auswirkungen struktureller Defekte dadurch eliminiert, dass sequentiell die Halbleitersäulen mit Sub-Mikrometer-Durchmessern aus InGaN und InGaAlP gewachsen werden. Aufgrund der geringen lateralen Abmessungen der Halbleitersäulen wirken sich die Unterschiede in den Gitterparametern nicht oder nicht signifikant aus. Damit können RGB-Emitter auf dem gleichen Substrat gewachsen werden.
Herkömmliche RGB-Emitter werden dagegen dadurch erzeugt, dass separat voneinander hergestellte rot, grün und blau
emittierende Halbleiterchips an einem Träger zusammengestellt werden. Die Herausforderungen an einen solchen Ansatz erhöhen sich drastisch mit der Reduzierung der Größe der einzelnen LED-Chips .
Weiterhin werden rot emittierende LED-Chips auf Basis von InGaAlP in der Regel epitaktisch auf GaAs-Wafern gewachsen. Grün und blau emittierende LED-Chips werden dagegen aus InGaN hergestellt und insbesondere auf Saphirwafern oder
Siliziumwafern gewachsen. Die Verwendung unterschiedlicher Aufwachssubstrate bedeutet Probleme zum Beispiel hinsichtlich der Kristallgitter und unterschiedlicher thermischer
Ausdehnungskoeffizienten. Die Nutzung alternativer Substrate mit Gitterparametern zwischen denen von GaN und GaAs, wie Siliziumsubstrate, ist nicht von vorne herein einfach, da eine Gitterfehlanpassung zwischen rot emittierendem InGaAlP und Silizium, die ungefähr 4 % beträgt, in einer schlechten optischen Qualität planarer InGaAlP-Epitaxieschichten
resultiert. Daher wurden LEDs, die sowohl flächige InGaN- Schichten als auch flächige InGaAlP-Schichten umfassen und die epitaktisch auf dem gleichen Substrat gewachsen wurden, bislang noch nicht erzielt.
Bei den hier beschriebenen Verfahren werden die lateralen Größen sowohl der InGaN-Schichten als auch der InGaAlP- Schichten für die Epitaxie auf höchstens 1 ym eingeschränkt, sodass Halbleitersäulen resultieren. Die rot, grün und blau emittierenden Epitaxieschichten werden dementsprechend auf dem gleichen Wafer gewachsen, indem eine selektive Epitaxie auf einem demgemäß strukturierten Saphirsubstrat oder
Silikonsubstrat angewandt wird.
Durch die Limitierung der lateralen Größe der
Epitaxieschichten werden Versetzungslinien und
Gitterfehlstellen aufgrund der Unterschiede der
Kristallstrukturen und der Gitterparameter an Seitenwänden der Epitaxieschichten fixiert. Hierdurch wird ein innerhalb der Halbleitersäulen nahezu defektfreies epitaktisches
Wachstum ermöglicht, sodass sich eine hohe Kristallqualität und eine hohe optische Qualität der lichtemittierenden
Epitaxieschichten erreichen lässt.
Außerdem wird durch eine geeignete Wahl der
Oberflächenorientierung des Substrats das Wachstum von sowohl III-Phosphid-Materialien als auch von III-Nitrid-Materialien ermöglicht. Die rot emittierenden InGaAlP-3D-Strukturen können elektrisch als LED betrieben werden oder optisch von den grün oder blau emittierenden InGaN-Strukturen gepumpt werden. 3D steht dabei für dreidimensional und bezeichnet Halbleitersäulen im Unterschied zu flächigen, im Wesentlichen zweidimensionalen Schichten. Letztere werden auch als 2D- Schichten bezeichnet.
Durch das hier beschriebene Verfahren ist es also möglich, in unterschiedlichen Farben emittierende Halbleitersäulen auf dem gleichen Aufwachssubstrat zu erzeugen. Eine Position der Halbleitersäulen, die in unterschiedlichen Farben emittieren, wird bevorzugt durch einen Lithographieschritt mit zumindest einer Maske bestimmt. Dieses Konzept erlaubt es, sehr kleine LED-Strukturen mit Abmessungen im Submikrometerbereich zu erzielen. Letzteres ist beispielsweise mittels einem nachträglichen Strukturen wie Ätzen schwierig zu erzielen, da es zu einer verstärkten Ladungsträgerkombination an geätzten Seitenflächen kommt. Das hier beschriebene Konzept erlaubt es somit, verschiedene Halbleitermaterialen mit nicht aneinander angepassten Gitterparametern epitaktisch dicht beieinander zu erzeugen .
Das Wachstum von Halbleitersäulen ist beispielsweise in den Druckschriften S. Assali et al . , „Direct Band Gap Wurtzite Gallium Phosphide Nanowires" in Nano Lett. 2013, 13, Seiten 1559 bis 1563, dx . doi . org/10.1021 /nl304723c, oder in
Yoshinori Kohashi et al . , „Influence of growth temperature on growth of InGaAs nanowires in selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy" in Journal of Crystal Growth 2012, 338, Seiten 47 bis 51, oder in James A. Gott et al . , „Stable Step facets in III-V semiconducting nanowires" in Microscopy and Analysis, November/Dezember 2017, Seiten 12 bis 18,
beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich des Wachstums von Halbleitersäulen wird durch Rückbezug mit aufgenommen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Halbleitersäulen der ersten Gruppe zur Emission von blauem Licht und/oder die Halbleitersäulen der zweiten Gruppe zur Emission von grünem Licht jeweils mittels Elektrolumineszenz direkt an dem Aufwachssubstrat gewachsen. Der Begriff direkt am Aufwachssubstrat schließt nicht aus, dass das
Aufwachssubstrat mit einer dünnen Pufferschicht versehen ist. Dünn bedeutet insbesondere eine Dicke von höchstens 200 nm oder 100 nm oder 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Halbleitersäulen der dritten Gruppe zur Emission von rotem Licht mittels Fotolumineszenz auf einigen der
Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten
Gruppe gewachsen. Das heißt, zwischen dem InGaAlP- Halbleitermaterial der dritten Gruppe und dem
Aufwachssubstrat befinden sich dann Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe. Die
Halbleitersäulen der dritten Gruppen wachsen dann lediglich auf den Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe und nicht direkt auf dem Aufwachssubstrat .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Halbleitersäulen der dritten Gruppe mit einem Zinkblende- Gitter entlang einer <111>-Richtung auf einer InGaN- ( 0001 ) - Fläche der ersten und/oder der zweiten Gruppe von
Halbleitersäulen gewachsen. Die Halbleitersäulen der ersten und/oder zweiten Gruppe sind dabei bevorzugt mit einem
Wurtzit-Gitter erzeugt.
Gemäß zumindest einer anderen Ausführungsform werden die Halbleitersäulen der ersten Gruppe zur Emission von blauem Licht, die Halbleitersäulen der zweiten Gruppe zur Emission von grünem Licht sowie die Halbleitersäulen der dritten
Gruppe zur Emission von rotem Licht je mittels
Elektrolumineszenz direkt an dem Aufwachssubstrat gewachsen. Wiederum kann sich zwischen den Halbleitersäulen und dem Aufwachssubstrat eine dünne Pufferschicht befinden, wobei die Pufferschicht bevorzugt höchstens 200 nm oder 100 nm oder 50 nm dick ist. Das heißt, in dieser Ausführungsform sind alle Halbleitersäulen zur Emission von Licht über
Elektrolumineszenz eingerichtet. Die Halbleitersäulen sind entsprechend elektrisch kontaktiert. Es sind keine
Halbleitersäulen aus unterschiedlichen Materialien
übereinander gestapelt angeordnet. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten
Gruppe einen Kern-Schale-Aufbau auf, auch als Core-Shell bezeichnet. In diesem Fall verfügen die Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten Gruppe bevorzugt über eine aktive Zone mit oder aus InGaN, die in Form eines Mantels einen zum Beispiel n-leitenden GaN-Kern umformt. Außen auf die aktive Zone kann eine p-leitende GaN-Schicht aufgebracht sein. Optional weisen auch die Halbleitersäulen der dritten Gruppe einen Kern-Schale-Aufbau auf. Alternativ ist es möglich, dass die Halbleitersäulen je geschichtet aufgebaut sind, sodass mehrere Halbleiterschichten in Richtung weg von dem Aufwachssubstrat aufeinander folgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Halbleitersäulen der dritten Gruppe massiv aus AlInGaP gewachsen. Dies wird auch als als Bulk gewachsen bezeichnet. Damit können die Halbleitersäulen frei von einer inneren Struktur sein. Optional gilt dies auch für die
Halbleitersäulen der ersten und/oder der zweiten Gruppe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem Aufwachssubstrat um ein Silizium-Substrat. Bevorzugt ist auf einer (111) -Siliziumfläche eine ( 0001 ) -Fläche einer
Aluminiumnitrid-Pufferschicht gewachsen. Eine Dicke der Aluminiumnitrid-Pufferschicht liegt bevorzugt bei höchstens 200 nm oder 100 nm oder 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest die Halbleitersäulen der ersten Gruppe und/oder der zweiten
Gruppe direkt auf der Aluminiumnitrid-Pufferschicht erzeugt. Es ist möglich, dass die Halbleitersäulen der dritten Gruppe unmittelbar auf der (111) -Siliziumfläche gewachsen werden.
Das heißt, im Bereich der dritten Halbleitersäulen kann die Aluminiumnitrid-Pufferschicht entfernt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
herzustellende Halbleiterbauteil Bildpunkte. Über die
Bildpunkte kann bevorzugt einstellbar eine Mischung aus rotem, grünem oder blauem Licht erzeugt werden. Damit lassen sich mit den fertigen Halbleiterbauteilen Farbbilder und/oder Farbfilme wiedergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfassen die Bildpunkte der fertigen Halbleiterbauteile je mindestens eine der
Halbleitersäulen aus der ersten Gruppe, aus der zweiten
Gruppe sowie aus der dritten Gruppe. Bevorzugt sind je mehrere Halbleitersäulen aus der ersten, der zweiten und der dritten Gruppe in den Bildpunkten vorhanden. Beispielsweise liegt die Anzahl der Halbleitersäulen der ersten, der
zweiten, sowie der dritten Gruppe innerhalb der Bildpunkte je bei mindestens 9 oder 16 oder 25 oder 100. Alternativ oder zusätzlich liegt die Anzahl der Halbleitersäulen pro Farbe in den Bildpunkten bei höchstens 10000 oder 1000.
Die Halbleitersäulen für die verschiedenen Farben können in unterschiedlichen Anzahlen in den Bildpunkten zusammengefasst sein. Beispielsweise umfassen die Bildpunkte mehr
Halbleitersäulen zur Erzeugung von grünem Licht als zur
Erzeugung von rotem Licht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf dem
Aufwachssubstrat eine erste Maskenschicht erzeugt. Die erste Maskenschicht ist beispielsweise aus einem Nitrid wie
Siliziumnitrid oder aus einem Oxid wie Siliziumdioxid. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die erste
Maskenschicht Öffnungen für alle Halbleitersäulen aller
Gruppen auf. Das heißt, die erste Maskenschicht bedeckt das Aufwachssubstrat bevorzugt an allen Stellen, die nicht zum Wachsen der Halbleitersäulen eingerichtet sind. Bevorzugt ist die erste Maskenschicht aus einem Material, an dem das
Halbleitermaterial der ersten und/oder der zweiten
Halbleitersäulen und optional auch der dritten
Halbleitersäulen nicht oder nur schlecht anwächst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform bleibt die
Maskenschicht während des gesamten Wachsens der
Halbleitersäulen vorhanden. In den fertigen
Halbleiterbauteilen kann die erste Maskenschicht ebenso noch vorhanden sein. Alternativ wird die erste Maskenschicht nach dem Wachsen der Halbleitersäulen entfernt, sodass die
fertigen Halbleiterbauteile frei von der ersten Maskenschicht sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird für das Wachsen der Halbleitersäulen der ersten und/oder der zweiten Gruppe eine zweite und/oder eine dritte Maskenschicht verwendet. Die zweite und/oder die dritte Maskenschicht wird bevorzugt vor dem Wachsen der Halbleitersäulen auf die erste Maskenschicht aufgebracht. Die zweite Maskenschicht bedeckt bevorzugt alle Bereiche des Aufwachssubstrats , die nicht für das Anwachsen der Halbleitersäulen der ersten Gruppe vorgesehen sind. Die dritte Maskenschicht bedeckt bevorzugt alle Bereiche des Aufwachssubstrats , die nicht für das Anwachsen der
Halbleitersäulen der zweiten und der dritte Gruppe vorgesehen sind . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird zum Wachsen der Halbleitersäulen der dritten Gruppe eine vierte Maskenschicht auf die erste Maskenschicht aufgebracht, insbesondere
unmittelbar auf die erste Maskenschicht. Die vierte
Maskenschicht ist bevorzugt aus einem Material, auf dem das Halbleitermaterial für die Halbleitersäulen der dritten
Gruppe nicht oder nur schlecht aufwächst.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform überdeckt die vierte Maskenschicht die Halbleitersäulen der ersten und/oder der zweiten Gruppe beim Wachsen der Halbleitersäulen der dritten Gruppe. Nach dem Wachsen der Halbleitersäulen der dritten Gruppe wird die vierte Maskenschicht bevorzugt vollständig oder alternativ nur teilweise entfernt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird nach dem Wachsen der Halbleitersäulen der dritten Gruppe eine Passivierung auf zumindest einigen der Halbleitersäulen erzeugt. Die
Passivierung erstreckt sich bevorzugt auf alle
Halbleitersäulen und kann damit die erste Gruppe, die zweite Gruppe sowie die dritte Gruppe betreffen. Die Passivierung kann als separate Schicht oder auch als
Oberflächenmodifikation gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Passivierung durch eine InGaAlP-Schicht mit einem Aluminiumanteil von mindestens 25 % gebildet. Das heißt, die Passivierung kann eine aluminiumreiche Schicht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Passivierung durch eine Nitrid-Schicht und/oder durch eine
stickstoffreiche Schicht an einer Außenfläche der
Halbleitersäulen gebildet. Dies erfolgt beispielsweise mittels Ammoniakgas oder Stickstoffplasma bei Temperaturen von bevorzugt 500 °C oder mehr.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Passivierung durch eine Oxidschicht gebildet, beispielsweise durch ein Aluminiumoxid oder ein Siliziumoxid. Eine solche Oxidschicht wird bevorzugt mittels Atomlagenabscheidung erzeugt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Passivierung dünn. Dies bedeutet insbesondere, dass die Passivierung eine Dicke oder mittlere Dicke von mindestens 1 nm oder 2 nm oder 5 nm und/oder von höchstens 30 nm oder 20 nm oder 10 nm aufweist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Durchmesser der Halbleitersäulen an einer dem Aufwachssubstrat
nächstgelegenen Stelle je bei höchstens 0,3 ym oder 0,2 ym oder 0,15 ym. Das heißt, die Halbleitersäulen sind nahe an dem Aufwachssubstrat sehr dünn. Dies gilt insbesondere für die Halbleitersäulen der ersten und der zweiten Gruppe und optional, aber nicht notwendigerweise, für die
Halbleitersäulen der dritten Gruppe.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden zuerst die
Halbleitersäulen der ersten Gruppe, dann die Halbleitersäulen der zweiten Gruppe und abschließend die Halbleitersäulen der dritten Gruppe gewachsen. Alternativ wird ein Wachsen der Halbleitersäulen der ersten und der zweiten Gruppe
miteinander vertauscht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Halbleitersäulen oder zumindest ein Teil der Halbleitersäulen nach dem Wachsen von dem Aufwachssubstrat auf einen Ersatzträger transferiert. Bei Transferieren bleibt eine relative Anordnung der Halbleitersäulen zueinander bevorzugt erhalten. Durch einen solchen Transferprozess kann sich eine elektrische Kontaktierung der Halbleitersäulen vereinfachen.
Darüber hinaus wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Das Halbleiterbauteil wird mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das optoelektronische
Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil mehrere Halbleitersäulen der ersten Gruppe, die auf dem III-Nitrid-Material basieren und die zur Erzeugung von blauem Licht mittels
Elektrolumineszenz eingerichtet sind. Außerdem umfasst das Halbleiterbauteil mehrere Halbleitersäulen der zweiten
Gruppe, die auf einem III-Nitrid-Material mit einer anderen Materialzusammensetzung basieren und die zur Erzeugung von grünem Licht mittels Elektrolumineszenz eingerichtet sind. Außerdem sind mehrere Halbleitersäulen der dritten Gruppe vorhanden, die auf dem III-Phosphid-Material basieren oder dieses umfassen und die zur Erzeugung von rotem Licht mittels Elektrolumineszenz oder mittels Photolumineszenz eingerichtet sind. Ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen liegt dabei jeweils bei höchstens 1 ym oder 0,5 ym oder 0,2 ym.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteile unter
Bezugnahme auf die Zeichnung 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 bis 3 schematische perspektivische Darstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figuren 4A bis 4C schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens,
Figuren 5 bis 7 schematische perspektivische Darstellungen von Halbleitersäulen für Ausführungsbeispiele für hier beschriebene optoelektronische
Halbleiterbauteile,
Figuren 8A und 8B Elektronenmikroskopaufnahmen von hier
beschriebenen Halbleitersäulen,
Figur 9 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils, und
Figur 10 ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen schematisch als Blockdiagramm
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst mehrere Halbleitersäulen 1 unterschiedlicher Gruppen 31, 32, 33. Zur Vereinfachung der Darstellung ist von jeder Gruppe 31, 32, 33 je nur eine der Halbleitersäulen 3 gezeichnet. Bevorzugt sind jeweils viele der Halbleitersäulen 3 pro Gruppe 31, 32, 33 vorhanden.
Die Halbleitersäulen 3 der ersten Gruppe 31 sind aus dem Materialsystem InGaN mit einem vergleichsweise geringen
Indiumgehalt und erzeugen im Betrieb über Elektrolumineszenz blaues Licht. Auch die Halbleitersäulen 3 der zweiten Gruppe 32 basieren auf dem Materialsystem InGaN, wobei ein
Indiumgehalt bevorzugt höher ist, sodass im Betrieb grünes Licht erzeugt wird. Es ist möglich, dass die Halbleitersäulen 3 der ersten Gruppe 31 und der zweiten Gruppe 32 über eine QuantentopfStruktur zur Erzeugung von Licht verfügen.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil Halbleitersäulen 3 einer dritten Gruppe 33. Diese Halbleitersäulen 3 basieren auf dem Materialsystem InGaAlP und sind zur Erzeugung von rotem Licht eingerichtet, ebenfalls über Elektrolumineszenz.
Alle drei Gruppen 31, 32, 33 von Halbleitersäulen 3 sind auf einem gemeinsamen Aufwachssubstrat 2 epitaktisch gewachsen. Bei dem Aufwachssubstrat 2 handelt es sich insbesondere um ein Silizium-Substrat mit einer ( 111 ) -Fläche .
Besonders bevorzugt befindet sich auf dem Aufwachssubstrat 2 eine dünne A1N : Si-Schicht 21 mit einer ( 0001 ) -Fläche . Diese Schicht 21 ist bevorzugt dünn, beispielsweise mit einer Dicke um 30 nm. Die Halbleitersäulen 3 der ersten Gruppe 31 und der zweiten Gruppe 32 sind ausgehend von dieser Schicht 21 gewachsen, wie dies auch für die Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 möglich ist. Alternativ werden die Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 unmittelbar
beginnend am Aufwachssubstrat 2 gewachsen.
Elektrische Kontaktierungen der Halbleitersäulen 3 sind in den Figuren jeweils nicht gezeichnet. Ebenso wenig ist in den Figuren dargestellt, dass ein Transfer der Halbleitersäulen 3 von dem Aufwachssubstrat 2 auf einen Ersatzträger erfolgen kann. Solche elektrische Kontaktierungen und ein solcher Transfer auf einen Ersatzträger sind beispielsweise in den Druckschriften DE 10 2017 129 326 Al und DE 10 2017 113 745 Al beschrieben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften hinsichtlich der elektrischen Verschaltung und hinsichtlich des Transfers auf einen Ersatzträger wird durch Rückbezug aufgenommen .
Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 ist dargestellt, dass die Halbleitersäulen der dritten Gruppe 33 auf einigen der
Halbleitersäulen 3 zur Erzeugung von blauem Licht
aufgewachsen sind. Die Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 arbeiten dabei bevorzugt über Photolumineszenz. Eine
Anregung erfolgt damit über das blaue Licht der zugeordneten blau emittierenden Halbleitersäulen 3. Diese Halbleitersäulen 3, die blau emittieren, befinden sich somit zwischen den Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 aus InGaAlP und dem Aufwachssubstrat 2. Optional kann zwischen den
Halbleitersäulen 3 der verschiedenen Gruppen 31, 32, 33 eine nicht gezeichnete optische Isolierung angebracht sein.
Die Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 können
QuantentopfStrukturen aufweisen oder auch zusammenhängend und homogen aus InGaAlP gebildet sein. Die Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33, wie in Figur 1 illustriert, weisen dagegen bevorzugt eine QuantentopfStruktur auf. Im Übrigen gelten die Ausführungen zur Figur 1 für Figur 2 entsprechend .
Abweichend von der Darstellung der Figur 2 sind die
Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 zur Erzeugung von rotem Licht auf einigen der Halbleitersäulen 3 zur Erzeugung von grünem Licht aufgewachsen . Eine Photolumineszenzanregung erfolgt damit durch das grüne Licht, das durch die zwischen den Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 und dem
Aufwachssubstrat 2 liegenden Halbleitersäulen aus InGaN erzeugt wird.
Zum Beispiel weisen die Halbleitersäulen 3 einen Durchmesser und/oder eine Höhe zwischen einschließlich 50 nm und 2 ym auf und sind aus Wurtzit-InxGa]__xN mit bevorzugt x = 0,16 bis
0,19 für die Erzeugung von blauem Licht und mit x = 0,20 bis 0,25 für die Erzeugung von grünem Licht. Zur Erzeugung von rotem Licht weisen die Halbleitersäulen 3 beispielsweise einen Durchmesser und/oder eine Höhe zwischen einschließlich 50 nm und 300 nm auf und sind insbesondere aus Zinkblende- In]__n-mGamAlnP mit n + m < 1, 0,3 < n,m < 0,7 oder aus
Wurtzit-GaAs]__yPy mit 0,63 < k < 0,67 und mit einem
Durchmesser und/oder einer Höhe zwischen einschließlich 50 nm und 500 nm.
Bei den hier beschriebenen Halbleiterbauteilen ist es
möglich, auf ein ansonsten für InGaAlP-Strukturen verwendetes Aufwachssubstrat aus GaAs zu verzichten. Damit einhergehend kann eine Lichtabsorption von grünem und blauem Licht in GaAs vermieden werden. Aufgrund der kleinen Abmessungen der
Halbleitersäulen 3, insbesondere der dritten Gruppe 33, ist zudem eine erhöhte Lichtauskopplung erzielbar. Dies ist ansonsten aufgrund des hohen Brechungsindexes von InGaAlP erschwert .
Aufgrund der kleinen lateralen Abmessungen der
Halbleitersäulen 3 wirkt sich der Einfluss einer
Gitterfehlanpassung eines Nitrid-Materials zu einem Phosphid- Halbleitermaterial und die unterschiedlichen Kristalltypen von Wurtzit gegenüber Zinkblende auf die Kristallqualität nicht allzu stark aus.
In Figur 4 ist exemplarisch ein Herstellungsverfahren
dargestellt. Gemäß Figur 4A wird das Aufwachssubstrat 2 bereitgestellt. Auf dem Aufwachssubstrat 2 wird eine erste Maskenschicht 51 angebracht. Die Maskenschicht 51 weist
Öffnungen für alle späteren Halbleitersäulen 3 auf. Die
Öffnungen für die Halbleitersäulen 3 der zweiten und der dritten Gruppe 32, 33 sind durch eine dritte Maskenschicht 53 verschlossen. Eine zweite Maskenschicht 52 erstreckt sich ansonsten flächig und bevorzugt direkt und/oder
deckungsgleich über die erste Maskenschicht 51.
Ausgehend vom Aufwachssubtrat 2, das beispielsweise ein
Saphirsubstrat ist, werden die Halbleitersäulen 3 der ersten Gruppe 31 zur Emission von blauem Licht B gewachsen. Ein Wachstum dieser Halbleitersäulen 3 erfolgt bevorzugt, sodass diese Halbleitersäulen 3 die Maskenschichten 51, 52, 53 überragen .
In Figur 4B ist illustriert, dass auf die zweite
Maskenschicht 52 eine Maskenschicht 52" aufgebracht wird, die die zuvor aufgebrachte Maskenschicht 52 sowie die bereits gewachsenen Halbleitersäulen 3 der ersten Gruppe 31
überdeckt. Ferner werden die Öffnungen in der ersten Maskenschicht 51 für die Halbleitersäulen 3 der zweiten
Gruppe 32 zur Erzeugung von grünem Licht G freigeräumt.
Daraufhin erfolgt das Wachstum der Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33.
Im Verfahrensschritt der Figur 4C werden die Masken 52, 52", 53 entfernt. Die erste Maskenschicht 51 verbleibt. Daraufhin werden alle Gebiete, bis auf die Öffnungen für die
Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33, von einer vierten Maskenschicht 54 überdeckt. Anschließend erfolgt das Wachsen der Halbleitersäulen 3 der dritten Gruppe 33 zur Erzeugung von rotem Licht R.
Weiterhin ist es möglich, Aluminium enthaltende Schichten auf eine p-Seite der gewachsenen Strukturen oder auf eine
Oberflächenpassivierung zu limitieren. Für eine gesteigerte Selektivität bei den Epitaxieprozessen kann auf mehrere
Masken in Kombination zurückgegriffen werden. Durch
zeitweilig vorhandene Masken für das sequentielle Wachsen der Halbleitersäulen 3 sind damit benachbarte Muster für die verschiedenen Arten von Halbleitersäulen 3 im Abstand von wenigen 100 nm realisierbar.
Als Material für die Maskenschichten 51, 52, 53, 54 kann ein Siliziumoxid oder ein Siliziumnitrid dienen. Alternativ können für eine hohe Selektivität einer Anwachszone auch amorphe Materialien, basierend auf Kohlenstoff, dienen.
Solche Materialien sind beispielsweise hochreine Polymere, die für die Lithographie genutzt werden, und die vor dem epitaktischen Wachsen der Halbleitersäulen 3 bei hohen
Temperaturen hart gebacken werden. Die die Maskenschichten 51, 52, 53, 54 sind zum Beispiel aus einem organischen
Fotolack wie mr-NIL210. Dicken der mr-NIL210 liegen bevorzugt im Bereich zwischen einschließlich 50 nm und
500 nm.
In den Figuren 5 bis 7 sind verschiedene Möglichkeiten des Wachsens von Halbleitersäulen 3 aus den unterschiedlichen Materialsystemen veranschaulicht. Durch die dargestellten Aufwachsorientierungen und durch die kleinen lateralen
Dimensionen der Halbleitersäulen 3 von bevorzugt höchstens 200 nm lassen sich Probleme, die mit Gitterfehlanpassungen einhergehen, signifikant reduzieren oder eliminieren.
Gemäß Figur 5 werden die Halbleitersäulen 3 der dritten
Gruppe 33 aus InGaAlP in einer Zinkblende-Struktur entlang einer <111>-Richtung auf AlInGaN-Wurtzit- (0001) -Oberflächen gewachsen. Ebenso kann Wurtzit- (0001) -InGaAlP oder AlGaAsP auf Wurtzit- (0001) -AlInGaN wachsen. Dabei kann für das
InGaAlP eine hexagonale oder eine trigonale Prismenstruktur resultieren .
Gemäß Figur 6 erfolgt das Wachstum von InGaAlP in Zinkblende- (001) auf unpolarem AlInGaN-Wurtzit- (10-10) oder alternativ auf AlInGaN-Wurtzit- (11-20) .
In Figur 7 ist veranschaulicht, dass ein Wachsen mit nicht parallelen Wachstumsrichtungen einer InGaAlP-Zinkblende- ( 001 ) -Struktur auf semipolarem InGaN etwa mit Orientierungen (11-22) oder (10-11) erfolgen kann.
In Figur 8A ist eine Elektromikroskopaufnähme einer GaN-Säule mit einem Durchmesser von ungefähr 1 ym zu sehen. An der Spitze der Säule befindet sich eine kleine AlInGaN- (0001) - Fläche . Über dieser AlInGaN- (0001) -Fläche wird eine (111) -InGaAlP- Schicht gewachsen, wie in Figur 8B illustriert. Optionale Maskenschichten an Seitenflächen der GaN-Säule sind in Figur 8B nicht vorhanden, sodass an anderen Bereichen der GaN-Säule als an der AlInGaN- (0001) -Fläche ein unregelmäßiges Wachstum von InGaAlP erfolgen kann.
In Figur 9 ist veranschaulicht, dass die Halbleitersäulen 3 oder zumindest einige der Halbleitersäulen 3 mit einer
Passivierung 6 versehen werden können. Durch eine solche Passivierung 6 sind Oberflächenzustände, die zu elektrischen und optischen Verlusten führen können, reduzierbar. Die
Passivierung 6 der Oberflächen der Halbleitersäulen 3 weist bevorzugt ein Material mit einer hohen Bandlücke auf, wie aluminiumreiche Phosphide oder Nitride oder dielektrische Schichten. Aluminiumreich bezieht sich insbesondere auf einen Aluminiumanteil von mindestens 25 %. Eine solche Passivierung 6 ist bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden .
Damit handelt es sich bei der Passivierung 6 insbesondere um eine InGaAlP-Schicht mit einem Aluminiumanteil von 25 %.
Alternativ kann die Passivierung 6 durch Stickstoff aus NH3 oder N2-Plasma bei Temperaturen oberhalb von 500 °C erzeugt werden. Außerdem ist eine Wasserstoffpassivierung mit
anschließender Abscheidung eines dielektrischen Materials, wie einem Aluminiumoxid oder einem Siliziumoxid, insbesondere mittels Atomlagenabscheidung, kurz ALD, möglich.
In Figur 10 ist schematisch als Blockdiagramm ein hier beschriebenes Verfahren illustriert. Im Schritt S1 wird das Aufwachssubstrat bereitgestellt, insbesondere aus Saphir oder GaN. Im optionalen Schritt S2 wird bevorzugt eine zweidimensional gewachsene Nitrid-Schicht als Anwachsschicht oder Pufferschicht erzeugt. Diese Schicht ist beispielsweise aus Aluminiumnitrid.
Im Schritt S3 erfolgt das Anbringen der Masken und eine
Oberflächenpräparation . Angeschlossen an den Schritt S3, in Strichlinien dargestellt, erfolgt das Anbringen einer
temporären Maske für die rot emittierenden Sub-Bildpunkte, eine Integration der auf InGaN-basierenden blau emittierenden Subpixel, eine Integration der auf InGaN-basierenden grün emittierenden Subpixel sowie ein Öffnen der Maske für die rot emittierenden Subpixel.
Im Verfahrensschritt S4 erfolgt das selektive Wachsen der auf InGaAlP basierenden, rot emittierenden Halbleitersäulen. Im nachfolgenden Schritt S5 erfolgt das Erzeugen der
Passivierung 6 an den Oberflächen der Halbleitersäulen 3.
Abschließend wird im Schritt S6 das Verfahren finalisiert, beispielsweise durch das Erzeugen elektrischer
Kontaktstrukturen, durch einen Transferprozess auf einen Ersatzträger und/oder durch ein Vereinzeln zu den
Halbleiterbauteilen.
Als Variante ist es möglich, die blau emittierenden Bereiche zweidimensional zu wachsen und dreidimensional grün
emittierende Bereiche aufzubringen. Ebenso können sowohl die blau emittierenden Bereiche als auch die grün emittierenden Bereiche dreidimensional gewachsen werden, also in Form der Halbleitersäulen. Somit ist es generell möglich, die blauen Emitter entweder zweidimensional flächig oder dreidimensional als Halbleitersäulen zu gestalten. Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 116 224.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
2 AufwachsSubstrat
21 AIN-PufferSchicht
3 Halbleitersäule
31 erste Gruppe von Halbleitersäulen
32 zweite Gruppe von Halbleitersäulen
33 dritte Gruppe von Halbleitersäulen 4 Bildpunkt
51 erste Maskenschicht
52 zweite Maskenschicht
53 dritte Maskenschicht
54 vierte Maskenschicht
6 Passivierung
B Emitter für blaues Licht
G Emitter für grünes Licht
R Emitter für rotes Licht
S . Verfahrensschritt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen
Halbleiterbauteilen (1) mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (2), und
B) Wachsen einer Vielzahl von lichtemittierenden
Halbleitersäulen (3) direkt auf und/oder nahe an dem
Aufwachssubstrat (2), sodass zwischen den Halbleitersäulen (3) und dem Aufwachssubstrat (2) höchstens eine Pufferschicht (21) mit einer Dicke von maximal 200 nm liegen kann,
wobei
- ein mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen (3) bei höchstens 1 ym liegt,
- eine erste Gruppe (31) und eine zweite Gruppe (32) der Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2) aus einem III-Nitrid-Material gewachsen wird, und
- eine dritte Gruppe (33) der Halbleitersäulen (3) an dem Aufwachssubstrat (2) aus oder mit einem III-Phosphid-Material gewachsen wird, und
- die fertigen Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31) zur Emission von blauem Licht, die Halbleitersäulen (3) der zweiten Gruppe (32) zur Emission von grünem Licht und die Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) zur Emission von rotem Licht je mittels Elektrolumineszenz eingerichtet sind.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31) zur Emission von blauem Licht und die Halbleitersäulen (3) der zweiten Gruppe (32) zur Emission von grünem Licht mittels Elektrolumineszenz sowie die Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) zur Emission von rotem Licht je direkt an dem Aufwachssubstrat (2) gewachsen werden.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) mit einem Zinkblende-Gitter entlang einer <111>-Richtung und/oder die Halbleitersäulen (3) der ersten und zweiten Gruppe (31, 32) mit einem Wurtzit-Gitter erzeugt sind.
4. Verfahren nach Anspruch 1,
wobei es sich bei dem Aufwachssubstrat (2) um ein Silizium- Substrat mit einer (111) -Fläche handelt und sich direkt auf dem Aufwachssubstrat (2) als Pufferschicht (21) stellenweise eine A1N : Si-Schicht mit einer ( 0001 ) -Fläche befindet, wobei die Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31) und der zweiten Gruppe (32) unmittelbar ausgehend von der
Pufferschicht (21) gewachsen werden, und
wobei die Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) unmittelbar beginnend am Aufwachssubstrat (2) gewachsen werden .
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei als Aufwachssubstrat (2) ein GaN-Substrat, ein Saphir- Substrat oder ein Silizium-Substrat verwendet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2 und nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei das Aufwachssubstrat (2) ein Silizium-Substrat ist und auf einer (111) -Siliziumfläche eine ( 0001 ) -Fläche einer A1N- Pufferschicht (21) gewachsen wird,
wobei die Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31) und der zweiten Gruppe (32) und der dritten Gruppe (33) direkt auf der AIN-Pufferschicht (21) erzeugt werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei je mindestens eine der Halbleitersäulen (3) aus der ersten, der zweiten und der dritten Gruppe (31, 32, 33) elektrisch zu einem Bildpunkt (4) zusammengefasst werden.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Bildpunkte (4) je mindestens neun Halbleitersäulen (3) der ersten, der zweiten und der dritten Gruppe (31, 32,
33) umfassen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei auf dem Aufwachssubstrat (2) eine erste Maskenschicht (51) erzeugt wird, die Öffnungen für alle Halbleitersäulen (3) aller Gruppen (31, 32, 33) aufweist,
wobei die erste Maskenschicht (51) während des gesamten
Wachsens der Halbleitersäulen (3) vorhanden bleibt.
10. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei für das Wachsen der Halbleitersäulen (3) der ersten und der zweiten Gruppe (31, 32) eine zweite und eine dritte
Maskenschicht (52, 53) verwendet wird,
wobei die zweite und die dritte Maskenschicht (52, 53) vor dem Wachsen der Halbleitersäulen (3) auf die erste
Maskenschicht (51) aufgebracht werden.
11. Verfahren nach einem der beiden vorhergehenden
Ansprüche,
wobei zum Wachsen der Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) eine vierte Maskenschicht (54) auf die erste
Maskenschicht (51) aufgebracht wird,
wobei die vierte Maskenschicht (54) die Halbleitersäulen (3) der ersten und der zweiten Gruppe (31, 32) beim Wachsen der Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) überdeckt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei nach dem Wachsen der Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) eine Passivierung (6) auf zumindest einigen der Halbleitersäulen (3) oder auf allen Halbleitersäulen (3) erzeugt wird.
13. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
wobei die Passivierung (6) durch eine InGaAlP-Schicht mit einem Aluminiumanteil von mindestens 25 %, durch eine Nitrid- Schicht und/oder durch eine mittels Atomlagenabscheidung erzeugte Oxidschicht gebildet wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Durchmesser der Halbleitersäulen (3) an einer dem Aufwachssubstrat (2) nächstgelegenen Stelle bei höchstens 0,2 ym liegt.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zuerst die Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31), dann die Halbleitersäulen (3) der zweiten Gruppe (32) und abschließend die Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) gewachsen werden.
16. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleitersäulen (3) nach dem Wachsen von dem
Aufwachssubstrat (2) auf einen Ersatzträger transferiert werden,
wobei beim Transferieren eine relative Anordnung der
Halbleitersäulen (3) zueinander erhalten bleibt.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15,
wobei sich die Halbleitersäulen (3) in den fertigen
optoelektronischen Halbleiterbauteilen (1) noch am
Aufwachssubstrat (2) befinden, sodass das Aufwachssubstrat (2) oder zumindest ein Teil des Aufwachssubstrats (2) einen permanenten Träger der optoelektronischen Halbleiterbauteile (1) bildet.
18. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1), das mit einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche hergestellt ist, mit
- mehreren Halbleitersäulen (3) der ersten Gruppe (31), die auf dem III-Nitrid-Material basieren und die zur Erzeugung von blauem Licht mittels Elektrolumineszenz eingerichtet sind,
- mehreren Halbleitersäulen (3) der zweiten Gruppe (32), die auf dem III-Nitrid-Material basieren und die zur Erzeugung von grünem Licht mittels Elektrolumineszenz eingerichtet sind, und
- mehreren Halbleitersäulen (3) der dritten Gruppe (33) , die auf dem III-Phosphid-Material basieren oder dieses umfassen und die zur Erzeugung von rotem Licht mittels
Elektrolumineszenz eingerichtet sind,
wobei der mittlere Durchmesser der Halbleitersäulen (3) bei höchstens 1 ym liegt.
PCT/EP2019/067863 2018-07-04 2019-07-03 Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil Ceased WO2020007920A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102018116224.3A DE102018116224A1 (de) 2018-07-04 2018-07-04 Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen und optoelektronisches Halbleiterbauteil
DE102018116224.3 2018-07-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020007920A1 true WO2020007920A1 (de) 2020-01-09

Family

ID=67253863

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2019/067863 Ceased WO2020007920A1 (de) 2018-07-04 2019-07-03 Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102018116224A1 (de)
WO (1) WO2020007920A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090309110A1 (en) * 2008-06-16 2009-12-17 Soraa, Inc. Selective area epitaxy growth method and structure for multi-colored devices
US20110057211A1 (en) * 2009-08-07 2011-03-10 Keon Jae Lee Light emitting diode display and method of manufacturing the same
EP3026707A1 (de) * 2014-11-25 2016-06-01 Alcatel Lucent Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit mindestens einer farbigen Mikro-Leuchtdiode mit hoher Lichtausbeute
US20180114878A1 (en) * 2016-10-24 2018-04-26 Glo Ab Indium gallium nitride red light emitting diode and method of making thereof
DE102017113745A1 (de) 2017-06-21 2018-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterdisplay, optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung solcher
DE102017129326A1 (de) 2017-12-08 2019-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen und Halbleiterlichtquelle

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6227128B2 (ja) * 2013-06-07 2017-11-08 グロ アーベーＧｌｏ Ａｂ マルチカラーｌｅｄ及びその製造方法
KR20180133436A (ko) * 2016-05-04 2018-12-14 글로 에이비 상이한 색상의 led를 포함하는 일체형 다색 직시형 디스플레이와 이의 제조 방법

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090309110A1 (en) * 2008-06-16 2009-12-17 Soraa, Inc. Selective area epitaxy growth method and structure for multi-colored devices
US20110057211A1 (en) * 2009-08-07 2011-03-10 Keon Jae Lee Light emitting diode display and method of manufacturing the same
EP3026707A1 (de) * 2014-11-25 2016-06-01 Alcatel Lucent Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Vorrichtung mit mindestens einer farbigen Mikro-Leuchtdiode mit hoher Lichtausbeute
US20180114878A1 (en) * 2016-10-24 2018-04-26 Glo Ab Indium gallium nitride red light emitting diode and method of making thereof
DE102017113745A1 (de) 2017-06-21 2018-12-27 Osram Opto Semiconductors Gmbh Halbleiterdisplay, optoelektronisches Halbleiterbauteil und Verfahren zur Herstellung solcher
DE102017129326A1 (de) 2017-12-08 2019-06-13 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung von Halbleiterlichtquellen und Halbleiterlichtquelle

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DRUCKSCHRIFTEN S. ASSALI ET AL.: "Direct Band Gap Wurtzite Gallium Phosphide Nanowires", NANO LETT., vol. 13, 2013, pages 1559 - 1563
JAMES A. GOTT ET AL.: "Stable step facets in III-V semiconducting nanowires", MICROSCOPY AND ANALYSIS, November 2017 (2017-11-01), pages 12 - 18
YOSHINORI KOHASHI ET AL.: "Influence of growth temperature on growth of InGaAs nanowires in selective-area metal-organic vapor-phase epitaxy", JOURNAL OF CRYSTAL GROWTH, vol. 338, 2012, pages 47 - 51, XP028350922, DOI: doi:10.1016/j.jcrysgro.2011.10.041

Also Published As

Publication number Publication date
DE102018116224A1 (de) 2020-01-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE60217943T2 (de) Nitrid-Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
DE112014000592B4 (de) Verfahren zum Herstellen von lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtungen
DE102012109460B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines Leuchtdioden-Displays und Leuchtdioden-Display
DE112006001084B4 (de) Licht emittierende Bauelemente mit aktiven Schichten, die sich in geöffnete Grübchen erstrecken
DE112014000595B4 (de) Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostruktur-Halbleitervorrichtung
DE102008004448B4 (de) Epitaxie-Struktur sowie lichtemittierende Einrichtung mit einer Schichtabfolge von Quantentöpfen mit ungleichmäßigen und unebenen Oberflächen
DE112011102549B4 (de) Lichtemittierendes halbleiteroberflächenelement und dessen herstellungsverfahren
DE112013000648B4 (de) Epitaktisches Substrat, Halbleitervorrichtung, und Verfahren zur Herstellung einer Halbleitervorrichtung
DE102010012711A1 (de) Strahlungsemittierendes Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterbauelements
DE10253082A1 (de) Nitrid-Halbleiteranordnung mit reduzierten Polarisationsfeldern
DE112013004996T5 (de) Halbleitervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung
WO2017144512A1 (de) Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip
WO2017198776A1 (de) Bauelement mit erhöhter effizienz und verfahren zu dessen herstellung
DE102011012925A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
WO2022090319A1 (de) Lichtemittierendes bauelement und verfahren zur herstellung eines lichtemittierenden halbleiterkörpers
DE112021004566T5 (de) Lichtemittierendes Halbleiterelement und Verfahren zur Herstellung eines lichtemittierenden Halbleiterelements
DE10151092B4 (de) Verfahren zur Herstellung von planaren und rißfreien Gruppe-III-Nitrid-basierten Lichtemitterstrukturen auf Silizium Substrat
DE112014001423T5 (de) Halbleiterstrukturen mit InGaN umfassenden Aktivbereichen, Verfahren zum Bilden derartiger Halbleiterstrukturen und aus derartigen Halbleiterstrukturen gebildete Licht emittierende Vorrichtungen
DE102006040479A1 (de) Gruppe III-Nitrid Halbleiterdünnfilm, Verfahren zu dessen Herstellung sowie Gruppe III-Nitrid Halbleiterleuchtvorrichtung
WO2020007920A1 (de) Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen und optoelektronisches halbleiterbauteil
DE102019217229A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und herstellungsverfahren für optoelektronische halbleiterchips
DE102018133123A1 (de) Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem zentralen Bereich und einem Randbereich und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements
WO2019145216A1 (de) Verfahren zur herstellung eines nitrid-verbindungshalbleiter-bauelements
DE112022005182T5 (de) Verfahren und Verarbeitung eines optoelectronischen Bauteils und optoelectronisches Bauteil
DE102018120490A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19739226

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 19739226

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1