WO2020109530A1 - Optoelektronisches halbleiter-bauelement mit stromverteilungsschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiter-bauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiter-bauelement mit stromverteilungsschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiter-bauelements Download PDF

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semiconductor layer
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Martin Behringer
Alexander Behres
Matin MOHAJERANI
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Laser devices in which the laser light generated is emitted perpendicular to a surface of a semiconductor layer arrangement are used as a laser light source in numerous applications.
  • the present invention has for its object to provide an improved optoelectronic semiconductor component.
  • the present invention is also based on the object of providing an improved method for producing an optoelectronic semiconductor component.
  • the object is achieved by the subject matter and the method of the independent claims.
  • Advantageous further developments are defined in the dependent claims.
  • An optoelectronic semiconductor component has a first semiconductor layer of a p-conductivity type, a second semiconductor layer of an n-conductivity type and an n-doped current distribution layer which contains ZnSe and is adjacent to the second semiconductor layer.
  • the optoelectronic semiconductor component further comprises a first and a second resonator mirror.
  • the first semiconductor layer is part of the first resonator mirror and the second semiconductor layer is part of the second resonator mirror.
  • the second resonator mirror can be designed as a dielectric Bragg mirror which is arranged on a side of the n-doped current distribution layer facing away from the second semiconductor layer.
  • the dielectric Bragg mirror can directly adjoin the n-doped current distribution layer.
  • an intermediate layer can also be arranged between the n-doped current distribution layer and the dielectric Bragg mirror.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a transparent substrate which is arranged on a side of the n-doped current distribution layer which is remote from the second semiconductor layer.
  • the transparent substrate can be structured into a lens.
  • the optoelectronic semiconductor component can be a surface-emitting semiconductor laser component.
  • a method of manufacturing an optoelectronic semiconductor device includes forming a first semiconductor layer of ap conductivity type, forming a second semiconductor layer of n conductivity type, and forming an n-doped current distribution layer containing ZnSe and to the second semiconductor layer adjoins.
  • the first semiconductor layer can be formed as part of a first resonator mirror
  • the second semiconductor layer is formed as part of a second resonator mirror.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be formed over a growth substrate, whereby a workpiece is obtained.
  • a growth substrate made of appropriately doped or undoped GaAs or ZnSe can be used.
  • the first semiconductor layer is formed before the second semiconductor layer is formed.
  • the method can further comprise re-bonding the workpiece to a transparent substrate, so that the transparent substrate is arranged on a side of the current distribution layer facing away from the second semiconductor layer.
  • the second semiconductor layer can be formed in front of the first semiconductor layer.
  • the method may further include, for example, re-bonding the workpiece to a working substrate before forming the current distribution layer, so that the first semiconductor layer is arranged on the side of the working substrate.
  • the method may further include re-bonding the workpiece to a transparent substrate after the current distribution layer has been formed, so that the transparent substrate is arranged on a side of the current distribution layer which is remote from the second semiconductor layer.
  • the method may further include patterning the transparent substrate into a lens.
  • the current distribution layer is formed before forming the second semiconductor layer and before forming the first semiconductor layer, whereby a workpiece is obtained.
  • the method may further include re-bonding the workpiece to a work substrate so that a surface of the power distribution layer is exposed.
  • the method may further include forming a dielectric Bragg mirror over the current distribution layer.
  • An optoelectronic device contains the optoelectronic semiconductor component described above.
  • the optoelectronic device is an iris scanner.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component in accordance with embodiments.
  • FIG. 1B shows a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to further embodiments.
  • Fig. IC shows a cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor device according to further embodiments.
  • FIGS. 2A and 2B show cross-sectional views of a workpiece to illustrate steps of a method for the manufacture of an optoelectronic semiconductor component.
  • 3A and 3B show cross-sectional views of a workpiece to illustrate steps of a method for producing an optoelectronic semiconductor component in accordance with further embodiments.
  • FIGS. 4A to 4C show cross-sectional views of a workpiece to illustrate steps of a method for producing an optoelectronic semiconductor component in accordance with further embodiments.
  • Fig. 5 shows an electronic device according to forms of execution.
  • Wafer or “semiconductor substrate” used in the following description may include any semiconductor-based structure that has a semiconductor surface. Wafers and structures are to be understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers, optionally supported by a base, and other semiconductor structures. For example, a layer of a first semiconductor material can be grown on a growth substrate made of a second semiconductor material or of an insulating material, for example on a sapphire substrate. Depending on the intended use, the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material.
  • semiconductor materials which are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds, by means of which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as, for example, GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, phosphide semiconductor compounds which, for example, can produce green or long-wave light, such as GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, as well as other semiconductor materials such as AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Ct, Dia- mant, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned.
  • the stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary.
  • semiconductor materials can include silicon, silicon germanium and germanium.
  • the term “semiconductor” also includes organic semiconductor materials.
  • substrate generally encompasses insulating, conductive or semiconductor substrates.
  • lateral and horizontal are intended to describe an orientation or alignment that runs essentially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be, for example, the surface of a wafer or a chip (die).
  • the horizontal direction can lie, for example, in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
  • vertical is intended to describe an orientation which is essentially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body.
  • the vertical direction can, for example, correspond to a growth direction when layers are grown.
  • electrically connected means a low-resistance electrical connection between the connected elements.
  • the electrically connected elements do not necessarily have to be connected directly to one another. Further elements can be arranged between electrically connected elements.
  • electrically connected also includes tunnel contacts between the connected elements.
  • the optoelectronic semiconductor component in accordance with embodiments has an optical resonator which is formed between a first and a second resonator mirror.
  • the first and second resonator mirrors can each be designed as a DBR layer stack (“distributed bragg reflector”) and have a multiplicity of alternating thin layers of different refractive indices.
  • the thin layers can each be constructed from a semiconductor material or also from a dielectric material.
  • the layers can alternately have a high refractive index (n> 3.1 when using semiconductor materials, n> 1.7 when using dielectric materials) and a low refractive index (n ⁇ 3.1 when using semiconductor materials, n ⁇ 1.7 when using dielectric materials)
  • the layer thickness can be 1/4 or a multiple of 1/4, where l indicates the wavelength of the light to be reflected in the corresponding medium
  • resonator mirrors can have 2 to 50 individual layers, a typical one Layer thickness of the individual layers can be approximately 30 to 150 nm, for example 50 nm.
  • the layer stack can furthermore contain one or two or more layers which are thicker than approximately 180 nm, for example thicker than 200 nm.
  • embodiments are described with reference to a semiconductor laser component. Further embodiments can relate to other optoelectronic semiconductor components such as, for example, light-emitting diodes (“LEDs”) or optoelectronic detectors.
  • LEDs light-emitting diodes
  • FIG. 1A shows a vertical cross-sectional view of a semiconductor laser component 10 according to embodiments.
  • the semiconductor laser component 10 shown in FIG. 1A is suitable for emitting electromagnetic radiation 15 in a direction perpendicular to a first main surface 113 of a semiconductor body 108.
  • the semiconductor laser component 10 has a first semiconductor layer 101, 102 of a p-conductivity type and a second semiconductor layer 111, 112 of an n-conductivity type.
  • the semiconductor laser component 10 also has an n-doped current distribution layer 122.
  • the n-doped current distribution layer 122 contains ZnSe and adjoins the second semiconductor layer 111, 112.
  • the semiconductor body 108 can comprise a first resonator mirror 100, a second resonator mirror 110 and an active zone 105 arranged between the first and second resonator mirrors 100, 110.
  • the first semiconductor layer 101, 102 can each be a component of the first resonator mirror 100.
  • the second semiconductor layer 111, 112 can be part of the second resonator mirror 110.
  • the first resonator mirror 100 can be alternately stacked first layers 101 of a first combination. composition and second layers 102 of a second composition.
  • the second resonator mirror 110 can also have alternately stacked layers 111, 112, each with a different composition.
  • the respective alternately stacked layers of the first or second resonator mirror 100, 110 each have different refractive indices as explained above.
  • the first resonator mirror 100 can have a total reflectivity of 99.8% or more for the laser radiation.
  • the second resonator mirror 110 can be designed as a coupling-out mirror for the radiation from the resonator and, for example, has a lower reflectivity than the first resonator mirror 100.
  • an active zone 105 can be arranged between the first and the second resonator mirrors 100, 110.
  • the active zone 105 can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • Quantum well structure has no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It therefore includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • Electromagnetic radiation 15 generated in the active zone 105 can be reflected between the first resonator mirror 100 and the second resonator mirror 110 in such a way that a radiation field for the generation of coherent radiation (laser radiation) via induced emission in the active zone is formed in the resonator.
  • the layer thickness of the active zone corresponds to at least the effective emitted wavelength (l / h, where n corresponds to the refractive index of the active zone), so that standing waves form inside the resonator. that can.
  • the laser radiation 15 generated can, for example, be coupled out of the resonator via the second resonator mirror 110.
  • the semiconductor laser component thus forms a so-called VCSEL, ie semiconductor laser with a vertical resonator ("vertical-cavity surface-emitting laser).
  • the alternately stacked layers for forming the first and / or second resonator mirror 100, 110 can have semiconductor layers, of which at least one layer is doped.
  • at least one semiconductor layer of the stacked layers of the first resonator mirror 100 can be doped with dopants of the p-conductivity type.
  • at least one of the semiconductor layers of the second resonator mirror 110 can be doped with dopants of the n-conductivity type.
  • the semiconductor layers of the first and the second resonator mirrors 100, 110 and the active zone 105 can be based on the AlGaAs layer system and each contain layers of the composition Al x Ga y Ini xy As with 0 ⁇ x, y ⁇ 1 further embodiments, the semiconductor layers of the first and the second resonator mirror 100, 110 and the active region 105 are also based on the InGaAlP material system and semiconductor layers of the co-reduction In x Ga y Al xy P z ASI z with 0 ⁇ x, y , z ⁇ 1 include.
  • the semiconductor laser component 10 also has a first electrical contact element 120. Furthermore, the semiconductor laser component 10 has an n-doped current distribution layer 122.
  • the n-doped current distribution layer can contain ZnSe or a ZnSe connection.
  • the current distribution layer 122 may contain ZnSe with an admixture of sulfur.
  • an attachment The amount of sulfur added is about 4 to 8%, for example 6%.
  • a layer thickness of the current distribution layer 122 can be, for example, 10 ⁇ m to 100 ⁇ m. With an admixture of 6% sulfur, ZnSe has the same lattice constant as gallium arsenide.
  • the ZnSe-containing current distribution layer can be single-crystalline.
  • a ZnSe-based current distribution layer has a higher conductivity. Furthermore, it is translucent to a greater extent. For example, it can have a higher transparency in a wavelength range of approximately 800 to 900 nm, which is emitted, for example, by the semiconductor laser component. Furthermore, a ZnSe-based layer can be doped very well with doping substances of the n-conductivity type, so that a good electrical connection can be achieved between the current distribution layer and the semiconductor layer. According to embodiments, the ZnSe-based current distribution layer can be formed over the entire surface. According to further embodiments, it can be suitably structured.
  • the layers of the first resonator mirror 100 are connected to the first electrical contact element 120.
  • the layers of the first resonator mirror 100 can be controlled via the first electrical contact element 120.
  • the layers of the second resonator mirror 110 can be controlled via the current distribution layer 122.
  • the semiconductor laser component 10 can be electrically pumped by applying a suitable voltage between the first contact element 120 and the current distribution layer 122.
  • the semiconductor laser component can include further elements that are in the area of the surface-emitting Lasers are known, for example an oxide aperture.
  • the semiconductor laser component 10 can furthermore have a lens 130, as shown in FIG. 1A.
  • the lens can be constructed from an insulating material that is transparent to the emitted electromagnetic radiation.
  • glass, AI O or A1N can be used as the material for the lens 130.
  • the lens can also be omitted.
  • lens 130 may be fabricated by patterning a transparent substrate and include a transparent substrate material. When using a lens, the beam angle of the semiconductor laser device can be adjusted.
  • further optical elements can be combined instead of or in addition to the lens 130.
  • the lens 130 or the corresponding optical element can be arranged in direct contact with the current distribution layer 122.
  • the second resonator mirror 110 is constructed here from dielectric layers 117, 118.
  • the second semiconductor layer 115 of the n-conductivity type can be arranged between the active zone 105 and the n-doped current distribution layer 122.
  • the second resonator mirror 110 which in this case is designed as a dielectric resonator mirror, is arranged on a side of the current distribution layer 122 facing away from the second semiconductor layer 115.
  • the semiconductor laser component may include second contact elements 122 for electrically contacting the current distribution layer 122.
  • the semiconductor laser component 10 can also be a suitable substrate 132, 135, for example made of silicon.
  • the substrate may correspond to the growth substrate 132 for the semiconductor laser component 10.
  • the substrate can also be different from the growth substrate.
  • the substrate may be a working substrate 135.
  • a lens 130 may be placed over the second resonator mirror 110.
  • the lens can be constructed, for example, from a dielectric material that is part of the first or the second dielectric layer 117, 118 of the second resonator mirror 110.
  • the current distribution layer 122 itself can also be structured to form an optical element 130.
  • the ZnSe-based power distribution layer 122 can be structured into a converging lens. This embodiment is shown in Fig. IC.
  • the embodiments shown in FIG. 1B can be further modified by structuring the current distribution layer 122 between the active zone 105 and the second dielectric resonator mirror 110 to form an optical element.
  • the current distribution layer 122 can be structured to form a converging lens.
  • the dielectric sublayers 117, 118 can be curved to build up the second resonator mirror 110.
  • a semiconductor body 108 is formed over a suitable growth substrate 132, for example by epitaxial growth.
  • the growth substrate can be p- or undoped gallium arsenide.
  • a first resonator mirror 100 is grown by growing a plurality of first and second layers as explained above.
  • at least one of the layers of the first resonator mirror can be p-doped.
  • the active zone 105 is then formed, followed by the individual layers of the second resonator mirror. According to embodiments that are shown in FIGS.
  • the second resonator mirror 110 is constructed from semiconductor layers, at least one of which is n-doped.
  • the first and second resonator mirrors and the active zone 105 can be based on the AlGalnAs or InGaAlPAs material system, as explained above.
  • n-doped current distribution layer 122 which contains ZnSe, is then formed over the first main surface 113 of the semiconductor body 108.
  • the ZnSe-containing current distribution layer 122 can be applied, for example, by an MBE ("molecular beam epixtaxy", molecular beam pixaxy) or a MOVPE ("metallic organic vapor phase epitaxy", metal-organic epitaxy process from the gas phase).
  • 2A shows a cross-sectional view of an example of a resulting workpiece.
  • the workpiece shown in FIG. 2A is bonded onto a transparent substrate, for example a sapphire substrate.
  • a transparent substrate for example a sapphire substrate.
  • first contact elements 120 are formed adjacent to the first resonator mirror 100.
  • the transparent substrate can be structured into a lens 130.
  • 2B shows an example of a resulting semiconductor laser device.
  • the semiconductor laser device shown in FIG. 2B corresponds to that shown in FIG. 1A.
  • 3A and 3B illustrate a method according to further embodiments.
  • the starting point is again a growth substrate 132, which can be, for example, a GaAs substrate or a ZnSe substrate.
  • the growth substrate 132 can be undoped or n-doped.
  • a semiconductor body 108 is again applied.
  • the second resonator mirror 110 is first applied, then the active zone 105 and then the first resonator mirror 100.
  • the second resonator mirror 110 has at least one n-doped semiconductor layer.
  • the first resonator mirror 100 has at least one p-doped semiconductor layer.
  • 3A shows a cross-sectional view of an example of a resulting workpiece.
  • the workpiece shown in FIG. 3A is then bonded onto a working substrate 135, which can be a silicon substrate 135, for example.
  • a working substrate 135, can be a silicon substrate 135, for example.
  • the first resonator mirror 100 is adjacent to the working substrate 135, while a surface of the second resonator mirror 110 is exposed.
  • the current distribution layer 122 which contains ZnSe and is n-doped, is then formed via the second resonator mirror 110. Subsequently, re-bonding can take place on a sapphire substrate, so that the semiconductor laser component shown in FIG. 2B can finally result as a result.
  • the ZnSe-containing current distribution layer 122 is formed over a suitable growth substrate 132.
  • the growth substrate 132 can be a GaAs substrate so that the current distribution layer 122 can be epitaxially grown.
  • the current distribution layer 122 is n- endowed.
  • An n-doped semiconductor layer 115 for example made of GaAs, is then epitaxially grown over the n-doped current distribution layer.
  • the active zone 105 and the first resonator mirror 100 are then formed. As a result, for example, the workpiece shown in Fig. 4A is obtained.
  • the workpiece is then bonded to a working substrate 135.
  • the working substrate 135 can be a silicon substrate.
  • the working substrate 135 can also be constructed from another suitable material.
  • the layers of the first resonator mirror 100 abut the working substrate 135 and a surface of the current distribution layer 122 is exposed.
  • 4B shows a cross-sectional view of an example of a resulting workpiece.
  • the second resonator mirror 110 is formed over the current distribution layer 122.
  • the second resonator mirror 110 can be formed with a smaller area than the lateral dimension of the semiconductor body 108. This results in an optical confinement of the electromagnetic radiation generated.
  • second contact elements 123 can be formed adjacent to the second resonator mirror 110.
  • 4C shows a cross-sectional view of a resulting semiconductor laser device. This corresponds to the semiconductor laser device shown in Fig. 1B.
  • the fact that the current distribution layer, which adjoins the second semiconductor layer, contains ZnSe can provide a very well conductive and transparent current distribution layer. Because the ZnSe layer can be doped, it can have particularly high conductivity to have ability. Furthermore, it can be formed single-crystal, for example by epitaxial growth. Accordingly, it has a high conductivity. Due to its high conductivity, the current distribution layer is suitable for supplying the semiconductor chip with current in the case of large chip sizes.
  • the described current distribution layer can be easily integrated into the optoelectronic semiconductor component. As a result, for example, the optoelectronic semiconductor component can be combined with a transparent insulating substrate. For example, this transparent insulating substrate can be structured into a lens.
  • the optoelectronic semiconductor component with a lens can be designed in a compact design.
  • the lens can be made of a material that is transparent to the electromagnetic radiation generated. Due to the presence of the current distribution layer, the second semiconductor layer of the n-conductivity type can be contacted with low resistance. Due to the larger size of the chips, which can be electrically contacted by the described current distribution layer, they can be used in a high power range.
  • the electronic device 20 may comprise an optoelectronic semiconductor component 10, 30 as described above.
  • a wavelength of the emitted radiation can be in an infrared range.
  • the wavelength can range from 750 to 1100 nm.
  • the electronic device 20 may be an iris scanner and contain one or more semiconductor laser components 10 or optoelectronic semiconductor components 30 as described above.
  • the iris scanner can additionally contain one or more detectors 25 with which the laser radiation reflected by the iris can be detected.
  • the Iris scanner can work at around 810 nm. If the electronic device 20 contains a plurality of semiconductor laser components 10 or a plurality of optoelectronic semiconductor components 30, these can in each case be designed identically or differently.

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) weist eine erste Halbleiterschicht (101, 102) von einem p-Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (111, 112, 115) von einem n-Leitfähigkeitstyp sowie eine n-dotierte Stromverteilungsschicht (122), die ZnSe enthält und an die zweite Halbleiterschicht (111, 112, 115) angrenzt, auf.

Description

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITER-BAUELEMENT MIT STROMVERTEILUNGSSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES
OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITER-BAUELEMENTS
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 130 562.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Oberflächenemittierende Laser, d.h. Laservorrichtungen, bei denen das erzeugte Laserlicht senkrecht zu einer Oberfläche einer Halbleiterschichtanordnung emittiert wird, werden in zahlreichen Applikationen als Laser-Lichtquelle eingesetzt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiter-Bauelement zur Ver fügung zu stellen. Der vorliegenden Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zur Herstel lung eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements bereitzu stellen .
Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen An sprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Ein optoelektronisches Halbleiter-Bauelement weist eine erste Halbleiterschicht von einem p-Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem n-Leitfähigkeitstyp sowie eine n- dotierte Stromverteilungsschicht, die ZnSe enthält und an die zweite Halbleiterschicht angrenzt, auf. Gemäß Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halblei ter-Bauelement ferner einen ersten und einen zweiten Resona torspiegel. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht Teil des ersten Resonatorspiegels, und die zweite Halbleiter schicht ist Teil des zweiten Resonatorspiegels.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der zweite Resonator spiegel als dielektrischer Braggspiegel ausgeführt sein, der an einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der n-dotierten Stromverteilungsschicht angeordnet ist. Bei spielsweise kann der dielektrische Braggspiegel direkt an die n-dotierte Stromverteilungsschicht angrenzen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann auch eine Zwischenschicht zwischen der n-dotierten Stromverteilungsschicht und dem dielektrischen Braggspiegel angeordnet sein.
Das optoelektronische Halbleiter-Bauelement kann ferner ein transparentes Substrat aufweisen, das an einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der n-dotierten Stromver teilungsschicht angeordnet ist. Beispielsweise kann das trans parente Substrat zu einer Linse strukturiert sein.
Gemäß Ausführungsformen kann das optoelektronische Halbleiter- Bauelement ein oberflächenemittierendes Halbleiterlaser- Bauelement sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiter-Bauelements umfasst das Ausbilden einer ersten Halb leiterschicht von einem p-Leitfähigkeitstyp, das Ausbilden ei ner zweiten Halbleiterschicht von einem n-Leitfähigkeitstyp, und das Ausbilden einer n-dotierten Stromverteilungsschicht, die ZnSe enthält und an die zweite Halbleiterschicht angrenzt. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht als Bestand teil eines ersten Resonatorspiegels ausgebildet werden, und die zweite Halbleiterschicht wird als Bestandteil eines zwei ten Resonatorspiegels ausgebildet.
Gemäß Ausführungsformen können die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht über einem Wachstumssubstrat aus gebildet werden, wodurch ein Werkstück erhalten wird. Bei spielsweise kann ein Wachstumssubstrat aus geeignet dotiertem oder undotiertem GaAs oder ZnSe verwendet werden.
Beispielsweise wird die erste Halbleiterschicht vor Ausbildung der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet. Das Verfahren kann ferner das Umbonden des Werkstücks auf ein transparentes Sub strat umfassen, so dass das transparente Substrat auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der Strom verteilungsschicht angeordnet ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zweite Halbleiter schicht vor der ersten Halbleiterschicht ausgebildet werden. Das Verfahren kann beispielsweise ferner das Umbonden des Werkstücks auf ein Arbeitssubstrat vor Ausbilden der Stromver teilungsschicht umfassen, so dass die erste Halbleiterschicht auf der Seite des Arbeitssubstrats angeordnet ist.
Das Verfahren kann weiterhin das Umbonden des Werkstücks auf ein transparentes Substrat nach Ausbilden der Stromvertei lungsschicht umfassen, so dass das transparente Substrat auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der Stromverteilungsschicht angeordnet ist.
Das Verfahren kann weiter das Strukturieren des transparenten Substrats zu einer Linse umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird die Stromverteilungs schicht vor Ausbilden der zweiten Halbleiterschicht und vor Ausbilden der ersten Halbleiterschicht ausgebildet, wodurch ein Werkstück erhalten wird.
Das Verfahren kann ferner das Umbonden des Werkstücks auf ein Arbeitssubstrat umfassen, so dass eine Oberfläche der Strom verteilungsschicht freiliegt.
Gemäß Ausführungsformen kann das Verfahren ferner das Ausbil den eines dielektrischen Bragg-Spiegels über der Stromvertei lungsschicht umfassen.
Eine optoelektronische Vorrichtung enthält das vorstehend be schriebene optoelektronische Halbleiter-Bauelement. Beispiels weise ist die optoelektronische Vorrichtung ein Irisscanner.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.
Fig. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements gemäß Ausführungs formen . Fig. 1B zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektroni schen Halbleiter-Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
Fig. IC zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektroni schen Halbleiter-Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
Fig. 2A und 2B zeigen Querschnittsansichten eines Werkstücks zur Veranschaulichung von Schritten eines Verfahrens zur Her stellung eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements.
Fig. 3A und 3B zeigen Querschnittsansichten eines Werkstücks zur Veranschaulichung von Schritten eines Verfahrens zur Her stellung eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
Fig. 4A bis 4C zeigen Querschnittsansichten eines Werkstücks zur Veranschaulichung von Schritten eines Verfahrens zur Her stellung eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
Fig. 5 zeigt eine elektronische Vorrichtung gemäß Ausführungs formen .
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halb leiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basis unterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein. Je nach Verwendungs zweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indi rekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeu gung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halb leitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid- Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolet tes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grü nes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie bei spielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halb leitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Ct, Dia- mant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materia lien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalb leitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halb leitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Ger manium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter" auch organische Halbleiter materialien ein.
Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un- bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
Wie im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erläutert werden wird, weist das optoelektronische Halbleiter-Bauelement gemäß Ausführungsformen einen optischen Resonator auf, der zwischen einem ersten und einem zweiten Resonatorspiegel ausgebildet ist. Dabei können der erste und der zweite Resonatorspiegel jeweils als DBR-Schichtstapel („distributed bragg reflector") ausgebildet sein und eine Vielzahl alternierende dünne Schich ten unterschiedlicher Brechungsindizes aufweisen. Die dünnen Schichten können jeweils aus einem Halbleitermaterial oder auch aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein. Bei spielsweise können die Schichten abwechselnd einen hohen Bre chungsindex (n > 3,1 bei Verwendung von Halbleitermaterialien, n > 1,7 bei Verwendung von dielektrischen Materialien) und ei nen niedrigen Brechungsindex (n < 3,1 bei Verwendung von Halb leitermaterialien, n < 1,7 bei Verwendung von dielektrischen Materialien) haben. Beispielweise kann die Schichtdicke l/4 o- der ein Mehrfaches von l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektierenden Lichts in dem entsprechenden Medium an gibt. Der erste oder der zweite Resonatorspiegel kann bei spielweise 2 bis 50 Einzelschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielweise 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind.
Im Folgenden werden Ausführungsformen unter Bezugnahme auf ein Halbleiterlaser-Bauelement beschrieben. Weitere Ausführungs formen können sich auf andere optoelektronische Halbleiter- Bauelemente wie beispielsweise lichtemittierende Dioden („LEDs") oder optoelektronische Detektoren beziehen.
Fig. 1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Halb leiterlaser-Bauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das in Fig. 1A dargestellte Halbleiterlaser-Bauelement 10 ist geeig net, elektromagnetische Strahlung 15 in einer Richtung senk recht zu einer ersten Hauptoberfläche 113 eines Halbleiterkör pers 108 zu emittieren. Das Halbleiterlaser-Bauelement 10 weist eine erste Halbleiterschicht 101, 102 von einem p- Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht 111, 112 von einem n-Leitfähigkeitstyp auf. Das Halbleiterlaser- Bauelement 10 weist ferner eine n-dotierte Stromverteilungs schicht 122 auf. Die n-dotierte Stromverteilungsschicht 122 enthält ZnSe und grenzt an die zweite Halbleiterschicht 111, 112 an. Beispielweise kann der Halbleiterkörper 108 einen ers ten Resonatorspiegel 100, einen zweiten Resonatorspiegel 110 sowie eine zwischen erstem und zweiten Resonatorspiegel 100, 110 angeordnete aktive Zone 105 umfassen. Dabei kann die erste Halbleiterschicht 101, 102 jeweils Bestandteil des ersten Re sonatorspiegels 100 sein. Die zweite Halbleiterschicht 111, 112 kann gemäß Ausführungsformen Bestandteil des zweiten Re sonatorspiegels 110 sein.
Beispielsweise kann der erste Resonatorspiegel 100 jeweils al ternierend gestapelte erste Schichten 101 einer ersten Zusam- mensetzung und zweite Schichten 102 einer zweiten Zusammenset zung aufweisen. Der zweite Resonatorspiegel 110 kann ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 111, 112 mit jeweils unter schiedlicher Zusammensetzung aufweisen. Die jeweils alternie rend gestapelten Schichten des ersten oder zweiten Resonator spiegels 100, 110 weisen jeweils unterschiedliche Brechungsin dizes wie vorstehend erläutert auf. Beispielweise kann der erste Resonatorspiegel 100 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8 % oder mehr für die Laserstrahlung haben. Der zweite Re sonatorspiegel 110 kann als Auskoppelspiegel für die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist beispielsweise ein geringeres Reflexionsvermögen als der erste Resonatorspie gel 100 auf.
Beispielsweise kann eine aktive Zone 105 zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 100, 110 angeordnet sein. Die aktive Zone 105 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.
In der aktiven Zone 105 erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 kann zwischen dem ersten Resonatorspiegel 100 und dem zwei ten Resonatorspiegel 110 derart reflektiert werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld für die Erzeugung kohärenter Strahlung (Laserstrahlung) über induzierte Emission in der ak tiven Zone ausbildet. Insgesamt entspricht die Schichtdicke der aktiven Zone mindestens der effektiven emittierten Wellen länge (l/h, wobei n der Brechzahl der aktiven Zone entspricht) , so dass sich innerhalb des Resonators stehende Wellen ausbil- den können. Die erzeugte Laserstrahlung 15 kann beispielsweise über den zweiten Resonatorspiegel 110 aus dem Resonator ausge koppelt werden. Das Halbleiterlaser-Bauelement bildet somit einen sogenannten VCSEL, d.h. Halbleiterlaser mit Vertikalre sonator ( "vertical-cavity surface-emitting laser) aus.
Gemäß Ausführungsformen können die alternierend gestapelten Schichten zur Ausbildung des ersten und/oder zweiten Resona torspiegels 100, 110 Halbleiterschichten aufweisen, von denen jeweils mindestens eine Schicht dotiert ist. Gemäß in Fig. 1A dargestellten Ausführungsformen kann mindestens eine Halb leiterschicht der gestapelten Schichten des ersten Resonator spiegels 100 mit Dotierstoffen des p-Leitfähigkeitstyps do tiert sein. Weiterhin kann mindestens eine der Halbleiter schichten des zweiten Resonatorspiegels 110 mit Dotierstoffen des n-Leitfähigkeitstyps dotiert sein.
Beispielsweise können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 100, 110 sowie der aktiven Zone 105 auf dem AlGaAs-Schichtsystem basieren und jeweils Schich ten der Zusammensetzung AlxGayIni-x-yAs mit 0 < x,y < 1 enthal ten. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Halbleiter schichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 100, 110 sowie der aktiven Zone 105 auch auf dem InGaAlP- Materialsystem basieren und Halbleiterschichten der Zusammen setzung InxGayAli-x-yPzAsi-z mit 0 < x,y,z < 1 umfassen.
Das Halbleiterlaser-Bauelement 10 weist darüber hinaus ein erstes elektrisches Kontaktelement 120 auf. Weiterhin weist das Halbleiterlaser-Bauelement 10 eine n-dotierte Stromvertei lungsschicht 122 auf. Die n-dotierte Stromverteilungsschicht kann ZnSe oder eine ZnSe-Verbindung enthalten. Beispielsweise kann die Stromverteilungsschicht 122 ZnSe mit einer Beimi schung von Schwefel enthalten. Beispielsweise kann eine Beimi- schung von Schwefel etwa 4 bis 8 %, beispielsweise 6 % betra gen. Eine Schichtdicke der Stromverteilungsschicht 122 kann beispielsweise 10 ym bis 100 ym betragen. Bei einer Beimi schung von 6 % Schwefel hat ZnSe dieselbe Gitterkonstante wie Galliumarsenid . Gemäß Ausführungsformen kann die ZnSe- enthaltende Stromverteilungsschicht einkristallin sein.
Im Vergleich mit beispielsweise leitfähigen Oxiden weist eine ZnSe-basierte Stromverteilungsschicht eine höhere Leitfähig keit auf. Weiterhin ist sie in größerem Maße lichtdurchlässig. Beispielsweise kann sie in einem Wellenlängenbereich von etwa 800 bis 900 nm, der beispielsweise von dem Halbleiterlaser- Bauelement emittiert wird, eine höhere Transparenz aufweisen. Ferner lässt sich eine ZnSe-basierte Schicht sehr gut mit Do tierstoffen vom n-Leitfähigkeitstyp dotieren, so dass ein gu ter elektrischer Anschluss zwischen Stromverteilungsschicht und Halbleiterschicht bewirkt werden kann. Gemäß Ausführungs formen kann die ZnSe-basierte Stromverteilungsschicht ganzflä chig ausgebildet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sie geeignet strukturiert sein.
Weiterhin sind gemäß Ausführungsformen die Schichten des ers ten Resonatorspiegels 100 mit dem ersten elektrischen Kontak telement 120 verbunden. Beispielsweise sind über das erste elektrische Kontaktelement 120 die Schichten des ersten Re sonatorspiegels 100 ansteuerbar. Darüber hinaus sind die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 110 über die Stromver teilungsschicht 122 ansteuerbar. Durch Anlegen einer geeigne ten Spannung zwischen dem ersten Kontaktelement 120 und der Stromverteilungsschicht 122 ist das Halbleiterlaser-Bauelement 10 elektrisch pumpbar.
Gemäß Ausführungsformen kann das Halbleiterlaser-Bauelement weitere Elemente, die im Bereich der oberflächenemittierenden Laser bekannt sind, beispielsweise eine Oxidapertur, aufwei sen .
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Halbleiterlaser- Bauelement 10 ferner eine Linse 130 aufweisen, wie in Fig. 1A dargestellt ist. Beispielsweise kann die Linse aus einem iso lierenden, für die emittierte elektromagnetische Strahlung transparenten Material aufgebaut sein. Beispielsweise kann als Material für die Linse 130 Glas, AI O oder A1N verwendet wer den. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Linse auch weg gelassen werden. Beispielsweise kann die Linse 130 durch Strukturieren eines transparenten Substrats hergestellt werden und ein transparentes Substratmaterial enthalten. Bei Verwen dung einer Linse lässt sich der Abstrahlwinkel des Halbleiter laser-Bauelements einstellen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können anstelle oder zusätzlich zu der Linse 130 weitere opti sche Elemente kombiniert werden. Die Linse 130 oder das ent sprechende optische Element kann in direktem Kontakt mit der Stromverteilungsschicht 122 angeordnet sein.
Fig. 1B zeigt eine Querschnittsansicht eines Halbleiterlaser- Bauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Abweichend von dem in Fig. 1A dargestellten Halbleiterlaser-Bauelement ist hier der zweite Resonatorspiegel 110 aus dielektrischen Schichten 117, 118 aufgebaut. Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht 115 vom n-Leitfähigkeitstyp zwischen aktiver Zone 105 und der n-dotierten Stromverteilungsschicht 122 ange ordnet sein. Der zweite Resonatorspiegel 110, der in diesem Fall als dielektrischer Resonatorspiegel ausgeführt ist, ist auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 115 abgewandten Seite der Stromverteilungsschicht 122 angeordnet. Zusätzlich kann das Halbleiterlaser-Bauelement zweite Kontaktelemente 122 zum elektrischen Kontaktieren der Stromverteilungsschicht 122 umfassen. Das Halbleiterlaser-Bauelement 10 kann weiterhin ein geeignetes Substrat 132, 135, beispielsweise aus Silizium auf weisen. Gemäß Ausführungsformen kann das Substrat dem Wachs tumssubstrat 132 für das Halbleiterlaser-Bauelement 10 ent sprechen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Substrat auch von dem Wachstumssubstrat verschieden sein. Beispielswei se kann das Substrat ein Arbeitssubstrat 135 sein. Beispiels weise kann eine Linse 130 über dem zweiten Resonatorspiegel 110 angeordnet sein. Die Linse kann beispielsweise aus einem dielektrischen Material aufgebaut sein, das Bestandteil der ersten oder der zweiten dielektrischen Schicht 117, 118 des zweiten Resonatorspiegels 110 ist.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann beispielsweise auch die Stromverteilungsschicht 122 selbst zu einem optischen Element 130 strukturiert sein. Beispielsweise kann die ZnSe-basierte Stromverteilungsschicht 122 zu einer Sammellinse strukturiert sein. Diese Ausführungsform ist in Fig. IC dargestellt.
Weiterhin können die in Fig. 1B dargestellten Ausführungsfor men weiter modifiziert werden, indem die Stromverteilungs schicht 122 zwischen aktiver Zone 105 und zweitem dielektri schen Resonatorspiegel 110 zu einem optischen Element struktu riert ist. Beispielsweise kann die Stromverteilungsschicht 122 zu einer Sammellinse strukturiert sein. In diesem Fall können die dielektrischen Teilschichten 117, 118 zum Aufbau des zwei ten Resonatorspiegels 110 gekrümmt ausgebildet sein.
Die Fig. 2A und 2B zeigen jeweils Querschnittsansichten eines Werkstücks zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstel lung eines Halbleiterlaser-Bauelements gemäß Ausführungsfor men. Zunächst wird über einem geeigneten Wachstumssubstrat 132 ein Halbleiterkörper 108 ausgebildet, beispielsweise durch epitaktisches Wachstum. Das Wachstumssubstrat kann p- oder undotiertes Galliumarsenid sein. Beispielsweise wird zunächst ein erster Resonatorspiegel 100 aufgewachsen, indem eine Viel zahl von ersten und zweiten Schichten wie vorstehend erläutert aufgewachsen werden. Beispielsweise kann mindestens eine der Schichten des ersten Resonatorspiegels p-dotiert sein. An schließend wird die aktive Zone 105 ausgebildet, gefolgt von den einzelnen Schichten des zweiten Resonatorspiegels. Gemäß Ausführungsformen, die in den Fig. 2A und 2B dargestellt sind, ist der zweite Resonatorspiegel 110 aus Halbleiterschichten aufgebaut, von denen mindestens eine n-dotiert ist. Beispiels weise können erste und zweite Resonatorspiegel sowie die akti ve Zone 105 auf dem AlGalnAs- oder InGaAlPAs-Materialsystem basieren, wie vorstehend erläutert worden ist.
Sodann wird eine n-dotierte Stromverteilungsschicht 122, die ZnSe enthält, über der ersten Hauptoberfläche 113 des Halb leiterkörpers 108 ausgebildet. Die ZnSe-haltige Stromvertei lungsschicht 122 kann beispielsweise durch ein MBE ("molecular beam epixtaxy", Molekularstrahlepixaxie) oder ein MOVPE ("me- tal-organic vapor phase epitaxy", metallorganisches Epitaxie verfahren aus der Gasphase) aufgebracht werden. Fig. 2A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks .
Anschließend wird, wie in Fig. 2B veranschaulicht, das in Fig. 2A dargestellte Werkstück auf ein transparentes Substrat, bei spielweise ein Saphirsubstrat umgebondet. Nach Entfernen des Wachstumssubstrats 132 von dem Halbleiterkörper 108 werden erste Kontaktelemente 120 angrenzend an den ersten Resonator spiegel 100 ausgebildet. Weiterhin kann das transparente Sub strat zu einer Linse 130 strukturiert werden. Fig. 2B zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Halbleiterlaser- Bauelements. Das in Fig. 2B gezeigte Halbleiterlaser- Bauelement entspricht dem in Fig. 1A gezeigten. Fig. 3A und 3B veranschaulichen ein Verfahren gemäß weiteren Ausführungsformen. Ausgangspunkt ist wiederum ein Wachs tumssubstrat 132, das beispielsweise ein GaAs-Substrat oder ein ZnSe-Substrat sein kann. Das Wachstumssubstrat 132 kann undotiert oder n-dotiert sein. Sodann wird wiederum ein Halb leiterkörper 108 aufgebracht. Diesmal wird zunächst der zweite Resonatorspiegel 110 aufgebracht, sodann die aktive Zone 105 und danach der erste Resonatorspiegel 100. Der zweite Resona torspiegel 110 weist mindestens eine n-dotierte Halbleiter schicht auf. Der erste Resonatorspiegel 100 weist mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht auf. Fig. 3A zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks .
Anschließend wird das in Fig. 3A dargestellte Werkstück auf ein Arbeitssubstrat 135 umgebondet, welches beispielsweise ein Silizium-Substrat 135 sein kann. Als Folge grenzt der erste Resonatorspiegel 100 an das Arbeitssubstrat 135 an, während eine Oberfläche des zweiten Resonatorspiegels 110 freiliegend ist. Sodann wird die Stromverteilungsschicht 122, die ZnSe enthält und n-dotiert ist, über den zweiten Resonatorspiegel 110 ausgebildet. Anschließend kann ein Umbonden auf ein Sa phirsubstrat erfolgen, so dass sich als Ergebnis schließlich das in Fig. 2B gezeigte Halbleiterlaser-Bauelement ergeben kann .
Die Fig. 4A bis 4C zeigen Querschnittsansichten eines Werk stücks zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung des in Fig. 1B dargestellten Halbleiterlaser-Bauelements 10. Zunächst wird über einem geeigneten Wachstumssubstrat 132 die ZnSe-enthaltende Stromverteilungsschicht 122 ausgebildet. Bei spielsweise kann das Wachstumssubstrat 132 ein GaAs-Substrat sein, so dass die Stromverteilungsschicht 122 epitaktisch auf gewachsen werden kann. Die Stromverteilungsschicht 122 ist n- dotiert. Sodann wird über der n-dotierten Stromverteilungs schicht eine n-dotierte Halbleiterschicht 115, beispielsweise aus GaAs, epitaktisch aufgewachsen . Anschließend werden die aktive Zone 105 und der erste Resonatorspiegel 100 ausgebil det. Als Ergebnis wird beispielsweise das in Fig. 4A gezeigte Werkstück erhalten.
Anschließend wird das Werkstück auf ein Arbeitssubstrat 135 umgebondet. Beispielsweise kann das Arbeitssubstrat 135 ein Siliziumsubstrat sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Arbeitssubstrat 135 auch aus einem anderen geeigneten Ma terial aufgebaut sein. Als Ergebnis grenzen die Schichten des ersten Resonatorspiegels 100 an das Arbeitssubstrat 135 an und eine Oberfläche der Stromverteilungsschicht 122 ist freilie gend. Fig. 4B zeigt eine Querschnittsansicht eines Beispiels eines sich ergebenden Werkstücks.
Sodann wird der zweite Resonatorspiegel 110 über der Stromver teilungsschicht 122 ausgebildet. Beispielsweise kann der zwei te Resonatorspiegel 110 mit einer kleineren Fläche als die la terale Ausdehnung des Halbleiterkörpers 108 ausgebildet wer den. Dadurch ergibt sich ein optischer Einschluss (Confine- ment) der erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Beispiels weise können zweite Kontaktelemente 123 angrenzend an den zweiten Resonatorspiegel 110 ausgebildet werden. Fig. 4C zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Halbleiterla ser-Bauelements. Dieses entspricht dem Halbleiterlaser- Bauelement, das in Fig. 1B gezeigt ist.
Wie beschrieben worden ist, kann dadurch, dass die Stromver teilungsschicht, die an die zweite Halbleiterschicht angrenzt, ZnSe enthält, eine sehr gut leitfähige und transparente Strom verteilungsschicht bereitgestellt werden. Dadurch, dass sich die ZnSe-Schicht dotieren lässt, kann sie besonders hohe Leit- fähigkeit aufweisen. Weiterhin kann sie beispielweise durch epitaktisches Wachstum einkristallin ausgebildet werden. Ent sprechend weist sie eine hohe Leitfähigkeit auf. Aufgrund ih rer hohen Leitfähigkeit ist die Stromverteilungsschicht geeig net, bei großen Chipgrößen den Halbleiterchip mit Strom zu versorgen. Die beschriebene Stromverteilungsschicht lässt sich gut in das optoelektronische Halbleiter-Bauelement integrie ren. Als Folge kann beispielsweise das optoelektronische Halb leiter-Bauelement mit einem transparenten isolierenden Sub strat kombiniert werden. Beispielsweise kann dieses transpa rente isolierende Substrat zu einer Linse strukturiert werden. Entsprechend kann das optoelektronische Halbleiter-Bauelement mit Linse in kompakter Bauweise ausgeführt werden. Insbesonde re kann die Linse aus einem Material ausgeführt sein, das für die erzeugte elektromagnetische Strahlung transparent ist. Durch die Anwesenheit der Stromverteilungsschicht kann die zweite Halbleiterschicht vom n-Leitfähigkeitstyp mit geringem Widerstand kontaktiert werden. Aufgrund der größeren Abmessung der Chips, die durch die beschriebene Stromverteilungsschicht elektrisch gut kontaktiert werden können, können diese in ei nem hohen Leistungsbereich eingesetzt werden.
Fig. 5 zeigt eine elektronische Vorrichtung 20 gemäß Ausfüh rungsformen. Die elektronische Vorrichtung 20 kann ein opto elektronisches Halbleiter-Bauelement 10, 30 wie vorstehend be schrieben umfassen. Beispielsweise kann eine Wellenlänge der emittierten Strahlung in einem Infrarotbereich liegen. Bei spielsweise kann die Wellenlänge in einem Bereich von 750 bis 1100 nm liegen.
Beispielsweise kann die elektronische Vorrichtung 20 ein Irisscanner sein und ein oder mehrere Halbleiterlaser- Bauelemente 10 oder optoelektronische Halbleiter-Bauelemente 30 wie vorstehend beschrieben enthalten. Gemäß weiteren Aus- führungsformen kann der Irisscanner zusätzlich einen oder meh rere Detektoren 25 enthalten, mit dem/denen die von der Iris reflektierte Laserstrahlung detektiert werden kann. Beispiels weise kann der Irisscanner bei etwa 810 nm arbeiten. Enthält die elektronische Vorrichtung 20 mehrere Halbleiterlaser- Bauelemente 10 oder mehrere optoelektronische Halbleiter- Bauelemente 30 so können diese jeweils identisch oder auch un terschiedlich ausgebildet sein. Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Halbleiterlaser-Bauelement
15 elektromagnetische Strahlung
20 elektronische Vorrichtung
25 Detektor
30 optoelektronisches Halbleiter-Bauelement
100 erster Resonatorspiegel
101 erste Schicht des ersten Resonatorspiegels
102 zweite Schicht des ersten Resonatorspiegels
105 aktive Zone
108 Halbleiterkörper
110 zweiter Resonatorspiegel
111 erste Halbleiterschicht des zweiten Resonatorspiegels
112 zweite Halbleiterschicht des zweiten Resonatorspiegels
113 erste Hauptoberfläche des Halbleiterkörpers
115 zweite Halbleiterschicht
117 erste dielektrische Schicht des zweiten Resonator
spiegels
118 zweite dielektrische Schicht des zweiten Resonator
spiegels
120 erstes Kontaktelement
122 Stromverteilungsschicht
123 zweites Kontaktelement
130 Linse
132 Wachstumssubstrat
135 Arbeitssubstrat

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) mit einer ersten Halbleiterschicht (101, 102) von einem p-
Leitfähigkeitstyp,
einer zweiten Halbleiterschicht (111, 112, 115) von ei nem n-Leitfähigkeitstyp sowie
einer n-dotierten Stromverteilungsschicht (122), die ZnSe enthält und an die zweite Halbleiterschicht (111, 112, 115) angrenzt.
2. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach Anspruch 1, ferner mit einem ersten und einem zweiten Resona torspiegel (100, 110).
3. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach Anspruch 2, bei dem die erste Halbleiterschicht (101, 102) Teil des ersten Resonatorspiegels (1009 ist und die zweite Halbleiterschicht (111, 112) Teil des zweiten Resonatorspie gels (110) ist.
4. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach Anspruch 2, wobei der zweite Resonatorspiegel (110) als die lektrischer Braggspiegel ausgeführt ist, der an einer von der zweiten Halbleiterschicht (115) abgewandten Seite der n- dotierten Stromverteilungsschicht (122) angeordnet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, ferner mit einem transparenten Substrat (132, 135), das an einer von der zweiten Halbleiter schicht (111, 112) abgewandten Seite der n-dotierten Stromver teilungsschicht (122) angeordnet ist.
6. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach Anspruch 5, bei dem das transparente Substrat (132, 135) zu einer Linse (130) strukturiert ist.
7. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die n-dotierte Stromver teilungsschicht (122) zu einer Linse (130) strukturiert ist.
8. Optoelektronisches Halbleiter-Bauelement (10) nach ei nem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiter-Bauelement ein oberflächenemittierendes Halbleiter laser-Bauelement ist.
9. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiter-Bauelements (10, 30), umfassend:
Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht (101, 102) von einem p-Leitfähigkeitstyp,
Ausbilden einer zweiten Halbleiterschicht (111, 112, 115) von einem n-Leitfähigkeitstyp, und
Ausbilden einer n-dotierten Stromverteilungsschicht (122), die ZnSe enthält und an die zweite Halbleiterschicht (111, 112, 115) angrenzt.
10. Verfahren nach Anspruch 9, bei dem die erste Halb leiterschicht (101, 102) als Bestandteil eines ersten Resona torspiegels (100) ausgebildet wird und die zweite Halbleiter schicht (111, 112) als Bestandteil eines zweiten Resonator spiegels (110) ausgebildet wird.
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem die erste Halbleiterschicht (101, 102) und die zweite Halbleiterschicht (111, 112, 115) über einem Wachstumssubstrat (132) ausgebildet werden, wodurch ein Werkstück erhalten wird.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die erste Halb leiterschicht (101, 102) vor Ausbildung der zweiten Halb leiterschicht (111, 112, 115) ausgebildet wird, ferner umfas send das Umbonden des Werkstücks auf ein transparentes Sub strat (135), so dass das transparente Substrat (135) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der Strom verteilungsschicht (122) angeordnet ist.
13. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die zweite Halb leiterschicht (111, 112, 115) vor der ersten Halbleiterschicht (101, 102) ausgebildet wird, ferner umfassend das Umbonden des Werkstücks auf ein Arbeitssubstrat (135) vor Ausbilden der Stromverteilungsschicht (122), so dass die erste Halbleiter schicht (101, 102) auf der Seite des Arbeitssubstrats (135) angeordnet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, ferner umfassend das Umbon den des Werkstücks auf ein transparentes Substrat nach Ausbil den der Stromverteilungsschicht (122), so dass das transparen te Substrat auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (111, 112, 115) abgewandten Seite der Stromverteilungsschicht (122) angeordnet ist.
15. Verfahren nach Anspruch 11 oder 13, ferner umfassend das Strukturieren des transparenten Substrats zu einer Linse (130) .
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, bei dem die Stromverteilungsschicht (122) vor Ausbilden der zweiten Halbleiterschicht (111, 112, 115) und vor Ausbilden der ersten Halbleiterschicht (101, 102) ausgebildet wird, wodurch ein Werkstück erhalten wird.
17. Verfahren nach Anspruch 16, ferner umfassend das Umbon den des Werkstücks auf ein Arbeitssubstrat (135), so dass eine Oberfläche der Stromverteilungsschicht (122) freiliegt.
18. Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend das Aus bilden eines dielektrischen Bragg-Spiegels (110) über der Stromverteilungsschicht (122).
19. Optoelektronische Vorrichtung (20), die das optoelekt- ronische Halbleiter-Bauelement (10, 30) nach einem der Ansprü che 1 bis 8 enthält.
20. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 19, wobei die optoelektronische Vorrichtung ein Irisscanner ist.
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