WO2020156922A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und dessen herstellungsverfahren - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und dessen herstellungsverfahren Download PDF

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WO2020156922A1
WO2020156922A1 PCT/EP2020/051619 EP2020051619W WO2020156922A1 WO 2020156922 A1 WO2020156922 A1 WO 2020156922A1 EP 2020051619 W EP2020051619 W EP 2020051619W WO 2020156922 A1 WO2020156922 A1 WO 2020156922A1
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WO
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layer
recombination
semiconductor chip
contact element
recombination layer
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PCT/EP2020/051619
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French (fr)
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Martin Rudolf Behringer
Tansen Varghese
Alvaro Gomez-Iglesias
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
    • H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
    • H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/18—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different subgroups of the same main group of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N
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    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier

Definitions

  • the optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • the recombination layer is
  • the recombination layer preferably comprises at least one Quantum well in the form of a 2D quantum well or 1D quantum well or OD quantum well. Seen in a growth direction of the recombination layer are before and after
  • Quantum well preferably arranged barrier layers that have a larger band gap than the quantum well.
  • the recombination layer comprises one
  • the recombination layer has, for example, a thickness of at most 300 nm or at most 200 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the recombination layer can be at least 1 nm or at least 2 nm. The recombination layer is preferably undoped.
  • Recombination layers can apply for a plane-parallel layer or for a minimal thickness.
  • Recombination layer optical elements such as microlenses, for example with focus on emission points and / or on the quantum wells, or like curved mirrors, again in particular with focus points at the emission points
  • Recombination layer be thicker.
  • the maximum thickness of the recombination layer is preferably one piece with the recombination layer
  • a semiconducting layer is understood here and in the following in particular to mean a layer made of a semiconductor material.
  • the semiconductor material is Example of a II IV 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 Al n In ] __ nm Ga m P, or an arsenide
  • a semiconducting layer can have dopants and additional components.
  • the essential components of the crystal lattice of the semiconducting layer that is to say Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be replaced and / or supplemented in part by small amounts of further substances.
  • a semiconductor chip is understood here and in the following to mean an element that can be handled and electrically contacted separately.
  • a semiconductor chip is created, in particular, by singulation from a composite wafer. Side surfaces of such a semiconductor chip then have, for example, traces from the dicing process of the wafer assembly.
  • Semiconductor chip preferably comprises exactly one originally coherent region of a semiconductor layer sequence that has grown in the wafer composite.
  • the maximum lateral extent of the semiconductor chip is, for example, at most 5% or at most 10% or at most 20% greater than the maximum lateral extent of the recombination layer.
  • a lateral extension is understood as an extension along a lateral direction.
  • a lateral direction is a direction parallel to the
  • the optoelectronic semiconductor chip comprises a plurality of first contact elements on a first side of the
  • Recombination layer is a main page of the recombination layer.
  • the main page runs
  • the first page can be flat within the manufacturing tolerance.
  • the first contact elements are, for example, in a regular pattern, for example in a rectangular pattern or a hexagonal pattern, on the first side
  • the first contact elements are spaced apart and separated from one another.
  • the first contact elements each have a maximum lateral extent, measured parallel to the
  • the first contact elements can have a minimum lateral extent of at least 0.2 pm or at least 0.5 pm.
  • the first contact elements When viewed in plan view of the first side, the first contact elements have, for example, a square or rectangular or hexagonal shape. A distance between two adjacent first contact elements is
  • the distance can be at most 10 pm or at most 5 pm or at most 1 pm.
  • Semiconductor chip comprises, for example, at least four or at least ten or at least 100 first contact elements.
  • the first contact elements preferably comprise or consist of a metal such as Ag, Pt, Au, Pd, Ti.
  • the first contact elements can also be a metal such as Ag, Pt, Au, Pd, Ti.
  • the first contact elements can also be a metal such as Ag, Pt, Au, Pd, Ti.
  • TCO transparent conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • zinc oxide zinc oxide
  • Semiconductor chip comprise exactly one second contact element or a plurality of second contact elements. All information given here and below on a second
  • Contact element can apply accordingly to all further second contact elements.
  • the second contact element is preferably arranged between two first contact elements in the lateral direction, parallel to the main extension plane of the recombination layer.
  • the second contact element is from the first
  • Contact element can have or consist of the same materials as the first contact elements.
  • the first senor For example, the first senor
  • the first contact elements and the second contact element are used in particular for
  • the contact elements are free or are freely accessible.
  • the contact elements can each be formed in one piece.
  • the optoelectronic semiconductor chip a plurality of semiconducting first connection regions.
  • the first connection regions can be elements made of a semiconductor material that are separate and spaced apart from one another. Alternatively, the first
  • optoelectronic semiconductor chip at least one
  • the semiconductor chip can have exactly one semiconducting second connection region or a plurality of semiconducting second connection regions
  • each first contact element is a first connection area, which is between this first
  • Contact elements and the assigned first connection areas preferably each with one another.
  • the first contact elements preferably only overlap with the assigned first connection area.
  • the first contact elements can be completely within an outer contour of the first in plan view
  • connection areas are.
  • the first connection regions can be in direct contact with the assigned first contact elements and / or the first side of the recombination layer.
  • Recombination layer for example, is at most 1 pm or at most 500 nm or at most 200 nm.
  • the average thickness of the first connection regions can in each case be at least 10 nm or at least 50 nm or at least 100 nm.
  • connection area arranged between the second contact element and the first side of the recombination layer.
  • the second connection region and the second contact element preferably overlap with one another.
  • the second contact element preferably overlaps only with the assigned second connection region.
  • the second connection area in this plan view can have essentially the same shape, for example a concentric shape, as the second contact element.
  • the second contact element lies completely in the plan view
  • the second connection area can be connected to the second
  • Recombination layer are in direct contact.
  • the thickness of the second connection area can have the thicknesses specified for the first connection areas. According to at least one embodiment, the first
  • Connection areas have a doping of the first type and the second connection area has a doping of the second type that is complementary to the doping of the first type.
  • the first connection areas are p-doped
  • the second connection area is n-doped or vice versa.
  • the doping is in accordance with the polarity of the
  • first contact elements are anodes and the second contact element is a cathode
  • first connection regions are preferably p-doped and the second connection region is n-doped.
  • Connection areas is, for example, at least 0.5 ⁇ 10 - * - ⁇ cm-3 or at least I-IO ⁇ cm- ⁇ or at least I-IO ⁇ cm- ⁇ or at least 5 ⁇ IO ⁇ cm- ⁇ .
  • the doping concentration is preferably at least I-IO ⁇ cm-3 and in the case of n-doping the doping concentration is at least I-IO ⁇ cm- ⁇ .
  • Information given here and below regarding the doping concentration of a region or of an element or a layer relates in particular to doping concentrations averaged over the entire extent of the region or of the element or of the layer.
  • connection areas are like that
  • Recombination layer arranged.
  • the fact that the first contact elements and the second contact element and the associated semiconducting connection regions are arranged on the first side of the recombination layer means that all of these elements are on the same side of the
  • Recombination layer are arranged.
  • the semiconductor chip is particularly preferably free of
  • Contact elements can be electrically contacted or energized individually and independently of one another. This means that the first contact elements are not directly connected to one another in an electrically conductive manner. Load carriers can only get from a first contact element to a further first contact element, for example, only via a detour via first connection areas.
  • first charge carriers are injected into the first connection regions via the first contact elements and second charge carriers are injected into the second connection region via the second contact element.
  • the first charge carriers are, for example, holes and the second charge carriers are electrons or vice versa. Then both the first and the second charge carriers occur from the connection areas via the first page into the
  • Electromagnetic radiation is then preferably transmitted via a second side of the first side opposite the first
  • Charge carriers preferentially diffuse both types of charge carriers towards one another and thereby away from the first side to the second side of the recombination layer.
  • Recombination layer generated radiation from the recombination layer via the second side.
  • a mirror layer can be arranged on the first side.
  • Recombination layer for generating electromagnetic radiation by charge carrier recombination, a plurality of first contact elements on a first side of the
  • Recombination layer at least one second contact element on the first side of the recombination layer, a plurality of semiconducting first connection areas and at least one semiconducting second connection area.
  • Connection areas are each between a first
  • the second connection area is between the second contact element and the first side of the Recombination layer arranged.
  • Connection regions have a doping of the first type and the second connection region has a doping of the second type that is complementary to the doping of the first type.
  • Contact elements can be electrically contacted individually and independently of one another.
  • the present invention is based in particular on the idea of realizing a pixelated, optoelectronic semiconductor chip in which the injection of charge carriers into the recombination layer, which is often also referred to as the active layer, does not take place from two opposite sides of the recombination layer, but via the same first Page. That is, in the semiconductor chip, the first charge carriers and the second charge carriers are from the same side into the recombination layer
  • Each pixel is a first
  • Pixels are also called emission fields. When a pixel is driven, electromagnetic radiation is generated in the area of this pixel.
  • Individual and independently controllable pixels are in particular realized in that the first contact elements can be electrically contacted or energized individually and independently of one another.
  • Electromagnetic Radiation then emerges from the recombination layer only in an emission region assigned to the pixel on the second side of the recombination layer.
  • the recombination of charge carriers can be limited to the region of the recombination layer close below the assigned first contact element.
  • a converter layer can be arranged on the second side of the recombination layer.
  • the converter layer converts the one generated in the recombination layer
  • the semiconductor chip emits white light during operation.
  • the converter layer can increase the
  • Contrast ratio be structured and include a plurality of elements, between each of which a trench
  • Each pixel can have an element of
  • a pixelated semiconductor chip described here can be used, for example, in headlights of a motor vehicle.
  • the recombination layer is free of
  • Recombination layer in a region that extends over a plurality of pixels, simply contiguous educated. The whole is particularly preferred
  • Recombination layer simply formed contiguously, so free of interruptions or holes.
  • the first semiconductor layer preferably extends over several, in particular over all, pixels
  • the first connection regions are then sections or regions of the first semiconductor layer provided with the doping of the first type.
  • the first connection areas can, for example, by implantation or diffusion of
  • Doping atoms of the first type can be produced.
  • the semiconductor layer can have grown epitaxially together with the recombination layer.
  • the first semiconductor layer can have grown epitaxially together with the recombination layer.
  • Recombination layer arranged.
  • the first is N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl-N-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl
  • "Undoped" means here, for example
  • the doping concentration there is preferably at most I-IO ⁇ cm- ⁇ or at most I-IO ⁇ cm- ⁇ or at most I-IO ⁇ cm- ⁇ .
  • the first is doped
  • the semiconductor layer when growing, by means of diffusion and / or by means of ion implantation. It is possible for at least one n-dopant and at least one p-dopant to be introduced into an intrinsically doped semiconductor layer, in particular by means of diffusion. This can reduce a voltage drop. That is, the first semiconductor region can be coded p and n.
  • Areas of a coherent first semiconductor layer can be produced in a simplified manner for the first connection areas.
  • first connection areas Areas of a coherent first semiconductor layer can be produced in a simplified manner for the first connection areas.
  • the first semiconductor layer preferably runs in the region of the second connection region between the
  • the second connection region can directly adjoin the first semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer is preferably provided with the doping of the second type in order to transport the second charge carriers from the second connection area to the recombination layer
  • the doping concentration is preferably smaller, for example by a factor of at least 10 or at least 100, than in the second connection region. In areas of the first semiconductor layer seen along the lateral direction between the first
  • the first semiconductor layer may have a doping of the first type with a lower doping concentration than in the area between the second connection area and the recombination layer or may be undoped there. This enables recombination of load carriers already in the first
  • Semiconductor layer can be reduced.
  • first it is also possible for the first to be located in areas that lie in the lateral direction between the first connection areas and the second connection area
  • Semiconductor layer is not formed contiguously, but structured. All of the features of the coherent first semiconductor layer mentioned above and below can also apply to the structured first semiconductor layer.
  • a band gap in the first semiconductor layer is larger than in that
  • the band gap of the first semiconductor layer is at least 0.05 eV or at least 0.1 eV larger than in the recombination layer.
  • Recombination layer is understood to mean the band gap averaged over the entire layer or alternatively the lowest band gap.
  • the probability of a recombination of the first and second charge carriers in the first semiconductor layer is reduced. This increases the efficiency of charge carrier diffusion down to the recombination layer.
  • connection areas spaced apart and separated from each other, separate elements. In the lateral direction there is therefore between two first connection areas
  • Gap formed that is at least partially free of
  • the second connection area can be seen in the lateral direction between two first
  • Connection areas can be arranged. Then preferably both the first connection regions and the second one
  • the first connection regions are not realized by a coherent first semiconductor layer. This reduces the risk of recombination of the charge carriers outside of the recombination layer.
  • the first connection areas and the second connection area can be produced, for example, via selective area growth.
  • the second is
  • each hole in the second contact element is a first contact element
  • the second contact element forms a network of a plurality of
  • Stitches each stitch laterally surrounding a first contact element.
  • the meshes are, for example, rectangular, square or hexagonal.
  • the width of the mesh is, for example, between 0.1 mpi and 1 mpi.
  • the second connection area can be like the second
  • Contact element be formed contiguously with a plurality of holes and substantially follow the shape of the second contact element.
  • the second contact elements can be electrically contactable individually and independently of one another.
  • the shapes and sizes of the second contact elements can be like those given above
  • Shapes and sizes of the first contact elements can be selected.
  • the semiconductor chip can also have a plurality of mutually separate and spaced-apart, semiconducting second connection regions. Every second
  • the contact element is then preferably a second one
  • the first and second contact elements are in a lateral direction
  • first and second contact elements arranged.
  • the arrangement of the first and second contact elements can follow a checkerboard pattern.
  • a first and a second contact element arranged immediately next to each are uniquely assigned to a pixel.
  • Radiation generation within the recombination layer then occurs in particular in the area of the recombination layer which lies in the lateral direction between the activated first contact element and the activated second contact element.
  • the pixel pitch or the pixel spacing of adjacent pixels can be further reduced compared to the case with only a single second contact element without the size of the first contact elements or the distance between the first contact elements and the second contact elements being changed.
  • Recombination layer a plurality of O-dimensional
  • Quantum wells so-called quantum dots.
  • Quantum dots can be parallel to a plane
  • Recombination layer have several stacked levels parallel to the main extension plane of the recombination layer, each with a plurality of quantum dots within these levels.
  • Quantum dots are then preferably separated from one another by barrier layers.
  • Recombination layer along a lateral direction a structuring and / or a variation in the structure.
  • this increases a contrast ratio between neighboring pixels.
  • the pixels For example, the
  • Recombination layer in the range between two
  • adjacent pixels or between two adjacent first contact elements can be interrupted or provided with trenches. Then there is none in the area between two pixels
  • Recombination layer in the range between two
  • Recombination layer is interrupted in places or provided with trenches. This eliminates the risk of
  • the structure is chosen so that the probability for
  • Charge carrier recombination in the area between every two pixels is less than in the area of the pixels themselves.
  • the recombination layer in the area between every two pixels can be free of quantum wells or have a lower density
  • the band gap of a quantum well can also be set smaller in the area of the pixels than in the area between the pixels.
  • the recombination layer can also be processed after growth, for example by implantation or diffusion.
  • Recombination layer in the area between two first contact elements or pixels
  • the partition walls are used in particular to reduce the optical crosstalk of neighboring pixels.
  • Partitions are preferably reflective for those in the
  • the dividing walls can form a network of a plurality of meshes, with each mesh preferably being assigned a unique pixel.
  • each mesh preferably being assigned a unique pixel.
  • the projection surface of the first assigned to a pixel lies
  • the partitions can each have a height, measured perpendicular to the main extension plane of the
  • Recombination layer of at least 500 nm or at least 1 pm.
  • the partition walls can narrow towards the recombination layer.
  • the partitions can include reflective particles, such as TiOg particles.
  • a second semiconductor layer is arranged on the second side of the recombination layer, for example directly on the second side.
  • the second semiconductor layer together with the
  • the band gap in the second semiconductor layer is preferably larger than in the recombination layer.
  • the second semiconductor layer is preferably undoped.
  • the partition walls are formed from the second semiconductor layer. Each first contact element has a recess in the second
  • the recesses are each surrounded in the lateral direction by the partition walls, in particular completely surrounded.
  • the recesses can, for example, be etched into the second semiconductor layer.
  • the recesses can be filled with a material, for example a silicone-based material.
  • the second semiconductor layer may have a roughening to reduce total reflection.
  • Antireflection layer can be arranged. Between the
  • a photonic crystal layer and the recombination layer are preferably arranged with a barrier layer with a thickness of at most 100 nm.
  • this comprises
  • optoelectronic component an optoelectronic
  • this comprises
  • the carrier forms, for example, the component of the component that stabilizes the optoelectronic component.
  • the optoelectronic component For example, the optoelectronic
  • the carrier can be a metallic carrier or a
  • the carrier comprises first contact points and at least one second contact point, the first contact points being electrically conductive with the first contact elements and the at least one second contact point being electrically conductive with the at least one second
  • the carrier therefore preferably comprises a first contact point for each first contact element and a second one for each second contact element
  • the carrier comprises a plurality of switches.
  • the switches are particularly integrated in the carrier.
  • the switches can be
  • the carrier can comprise a user-specific integrated circuit, or ASIC for short.
  • the carrier can be an active matrix element.
  • each is first
  • a switch is assigned to the contact element or each pixel, in particular uniquely assigned.
  • a switch can also be assigned to each second contact element, in particular uniquely assigned.
  • optoelectronic semiconductor chips specified.
  • the method is particularly suitable for producing an optoelectronic semiconductor chip as just described. All of the features disclosed in connection with the optoelectronic semiconductor chip are therefore also disclosed for the method and vice versa.
  • the method comprises a step A), in which a semiconducting
  • Recombination layer is provided.
  • Recombination layer can, for example, be part of a
  • Semiconductor layer sequence which are on a growth substrate, such as a Si substrate, GaAs substrate, GaN substrate or
  • the method comprises a step B), in which a plurality of semiconducting first connection regions and at least one semiconducting second connection region on a first side of the
  • the first connection areas have a doping of the first type and the second connection area has a doping of the second type that is complementary to the doping of the first type.
  • the method comprises a step C) in which a plurality of first
  • the contact elements are applied such that the first connection regions are each arranged between a first contact element and the first side of the recombination layer and the second connection region between the second contact element and the first side of the
  • Recombination layer is arranged.
  • Steps A) to C) are preferably carried out in the order given and in succession.
  • a semiconductor layer sequence is first provided in step A), which comprises the recombination layer and a first semiconductor layer on the first side of the recombination layer.
  • the first semiconductor layer is undoped or has a second type of doping.
  • the first semiconductor layer is locally doped in step B), so that the first connection regions with a doping of the first type arise from the first semiconductor layer.
  • doping atoms of the first type can be introduced locally into the first semiconductor layer via diffusion or implantation where the first connection regions are to be created.
  • a semiconductor layer sequence is first provided in step A), which comprises the recombination layer and a third semiconductor layer on the first side of the recombination layer.
  • the first semiconductor layer is preferably between the
  • the third semiconductor layer can be arranged directly on the first semiconductor layer.
  • Doping of the third semiconductor layer can, for example, already be set during the growth process.
  • the doping concentration in the third is
  • Semiconductor layer at least I-IO ⁇ cm- ⁇ .
  • the doping concentration in the third semiconductor layer in step A) is preferably greater, for example by a factor of at least 10 or at least 50 or at least 100, than the doping concentration in the first semiconductor layer.
  • the third semiconductor layer is structured in step B), such that in
  • the third semiconductor layer is removed and at least a second connection area remains from the third semiconductor layer.
  • Semiconductor layer can, for example, by means of a
  • first connection areas and the second connection area or areas can also be generated by selective surface growth.
  • the first connection areas and the second connection area or areas can also be generated by selective surface growth.
  • the position and size of the first and second connection regions are predetermined during growth.
  • An optoelectronic semiconductor chip described here, an optoelectronic component described here and a method described here are described below
  • FIG. 1A to 8 different embodiments of the optoelectronic semiconductor chip in different
  • FIG. 9 shows an embodiment of the optoelectronic
  • Embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor chip Embodiment of the method for producing an optoelectronic semiconductor chip.
  • the semiconductor chip 100 comprises a recombination layer 1 with a 2-dimensional quantum well la.
  • the recombination layer 1 is based on a semiconductor material, in the present case
  • the recombination layer 1 is in the present case, simply connected, that is, without interruptions or holes.
  • a first semiconductor layer 2 is arranged on a first side 11 of the recombination layer 1.
  • semiconductor layer 2 borders directly on the
  • the first semiconductor layer 2 is also simply connected.
  • the first semiconductor layer 2 is also simply connected.
  • the semiconductor layer 2 is also based on GaAs, for example.
  • the first semiconductor layer 2 has a plurality of spaced-apart first connection regions 21, in which the first semiconductor layer 2 is provided with a doping of the first type.
  • the doping of the first type is, for example, p-doping.
  • the doping atoms can be Zn atoms.
  • the doping concentration within the first connection regions 21 is
  • the first semiconductor layer 2 is nominally undoped or has a doping of the second type which is complementary to the doping of the first type, in the present case therefore an n-doping.
  • Connection areas 21 is, for example, at most I-IO ⁇ cm-3.
  • First contact elements 31 and a second contact element 32 are arranged on the side of the first semiconductor layer 2 facing away from the recombination layer 1.
  • the contact elements 31, 32 are formed, for example, from metal.
  • the first contact elements 31 can be contacted or energized individually and independently of one another.
  • the first contact elements 31 are directly on the Connection regions 21 are arranged and, viewed in a plan view, overlap with the first connection regions 21.
  • the second contact element 32 is arranged in the area between the first contact elements 31. In top view
  • the second contact element 32 does not overlap with the first connection regions 21.
  • a semiconducting, second connection region 22 is arranged.
  • the second connection area 22 is also based, for example, on GaAs.
  • the second connection region 22 is provided with a doping of the second type, in the present case an n-doping.
  • the doping concentration in the second connection region 22 is, for example, at least I-IO ⁇ cm- ⁇ .
  • the second contact element 32 borders directly on the second
  • FIG. 1B shows the semiconductor chip 100 from FIG. 1A in a plan view of the contact side with the
  • Figure 1A is one
  • the second contact element 32 is coherent and forms a network of rectangular meshes.
  • the first contact elements 31 are arranged at a distance from the second contact element 32 within the mesh.
  • the optoelectronic semiconductor chip 100 is a pixelated one
  • Each pixel 10 is a first contact element 31 uniquely assigned.
  • the second contact element 32 forms a common counter contact for all the first
  • FIG. 1A shows how the pixel 10 on the left edge of the semiconductor chip 100 is driven.
  • the first contact element 31 assigned to the pixel 10 becomes the first
  • Second charge carriers in the form of electrons are supplied to the semiconductor chip 100 via the second contact element 32.
  • the charge carriers are injected from the contact elements 31, 32 into the underlying, doped connection regions 21, 22 and diffuse from there via the first side 11 into the respective
  • Recombination layer 1 In the recombination layer 1, the charge carriers recombine in the area of the quantum well la and predominantly below the first contact element 31. This recombination area is shown in FIG. 1A by the dashed ellipse and in FIG. 1B by the
  • the recombination area is predominantly limited to the area below the first contact element 31, since the mobility of holes is usually less than that of electrons. So that a recombination of the charge carriers does not already occur in the first semiconductor layer 2, the first semiconductor layer 2 can have, for example, a higher band gap than the recombination layer 1.
  • Radiation generated in the area of the pixel 10 is transmitted via a second side 12 of the recombination layer 1, that of the first Side 11 of the recombination layer 1 is opposite, decoupled from the recombination layer 1.
  • a second exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 100 is again shown in plan view in FIG.
  • the semiconductor chip 100 comprises a plurality of second contact elements 32.
  • a first contact element 31 is assigned to every second contact element 32. Both the first contact elements 31 and the second contact elements 32 can be contacted or energized individually and independently of one another. Two mutually associated contact elements 31, 32 are located
  • either a single second contact element 32 as in FIG. 1 or a plurality of second contact elements 32 as in FIG. 2 can be used.
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 100 again
  • the recombination layer 1 is now structured or varied in construction along a lateral direction, parallel to the main extension plane of the recombination layer 1.
  • the recombination layer 1 is in Areas 13 between two adjacent first contact elements 31 or between two
  • the regions include 13 trenches which are etched into the recombination layer 1.
  • the areas 13 of the reduced are preferred.
  • Recombination probability however, realized in that the recombination layer 1 in these areas 13 is changed in structure or composition.
  • the quantum well la is interrupted in the areas 13. This can be achieved, for example, by implanting ions or by diffusing atoms.
  • FIG. 1 A fourth exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 100 is shown in FIG. On the first side 11 of the recombination layer 1
  • Opposing second side 12 of the recombination layer 1 are in the area between two adjacent first ones
  • Partitions 40 are, for example, reflective of the radiation generated in the recombination layer 1.
  • neighboring pixels 10 can be further improved.
  • the partition walls 40 are preferably made of an opaque material, in particular of a reflective and non-insignificant or non-significantly absorbent material, for example of a metal such as silver, aluminum or chrome.
  • absorbent materials such as a Semiconductor material, for example silicon or GaN, can be used.
  • Semiconductor material can be used, in which an inclination of side surfaces of the partition walls 40 is also adjustable.
  • the partitions 40 can narrow, for example, in the direction away from the second side 12.
  • the partition walls 40 can be placed on the recombination layer 1 or in one piece with the recombination layer 1.
  • first connection areas 21 are contiguous first semiconductor layer 2. Rather, the first connection areas 21 are separate and spaced apart elements.
  • the first semiconductor layer 2 shown in the previous figures was structured for this purpose.
  • Recombination layer 1 can be suppressed.
  • Semiconductor layer 2 again formed contiguously. Here is a recombination of load carriers in the first
  • Contact element 32 is reduced.
  • Areas of the first semiconductor layer 2 locally nominally undoped or provided with a very low doping concentration.
  • the conductivity for electrons and holes is lower in these areas, for example, than in the area below the first contact elements 31 and the second
  • FIG. 6 shows a sixth exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 100. Again, on the second side 12 of the recombination layer 1
  • Partition walls 40 are provided between adjacent pixels 10.
  • the partition walls 40 consist of a second one
  • Semiconductor layer 4 is formed.
  • the second semiconductor layer 4 is partially removed in the region of the first contact elements 31, so that recesses differ from one of the
  • Semiconductor layer 4 extend in the direction of the recombination layer 1.
  • the recesses are laterally surrounded by the partition walls 40.
  • FIG. 7 shows a seventh exemplary embodiment of the optoelectronic semiconductor chip 100.
  • a plurality of 0-dimensional quantum dots 1 a are used instead of a 2-dimensional quantum well 1 a.
  • the density of the quantum dots la can for example be along the
  • FIG. 8 shows an eighth embodiment of the
  • connection area 22 also borders directly on the
  • Recombination layer 1 For example, the first
  • Connection areas 21 and the second connection area 22 have grown by selective surface growth.
  • FIG. 9 shows an exemplary embodiment of a
  • optoelectronic component 1000 comprises one
  • the semiconductor chip 100 is mounted on a carrier 200 and electrically connected.
  • the carrier 200 is, for example, a silicon carrier with integrated switches 201.
  • the carrier 200 comprises
  • a switch 201 of the carrier 200 is uniquely assigned to each first contact element 31.
  • the switches 201 are, for example, thin film transistors.
  • Switches 201 can be energized individually and independently of one another on the first contact elements 31.
  • FIG. 10A shows a first position in one
  • Position is a semiconductor layer sequence comprising a recombination layer 1 with a quantum well la, a first semiconductor layer 2 and a third semiconductor layer 5.
  • the layers are on a growth substrate 7 in this order and directly on top of one another grew up .
  • the growth substrate 7 is, for example, a GaAs substrate.
  • Semiconductor layers 2, 5 are based, for example, on GaAs.
  • the growth substrate 7 is an etching stop layer 6, comprising, for example, an AlGaAs layer and an InGaAlP layer.
  • the first semiconductor layer 1 is nominally undoped or has a doping of the second type, for example an n-doping.
  • the doping concentration with is preferred
  • the third semiconductor layer 5 likewise has a second type of doping, that is to say an n-type doping.
  • the doping concentration in the third semiconductor layer 5 is preferably at least ten times as high as in the first semiconductor layer
  • FIG. 10B shows a second position of the method, in which the third semiconductor layer 5 is structured, so that the third semiconductor layer 5 is removed in areas in which first connection areas are to be created. What remains is a second connection region 22 made of the third semiconductor layer 5.
  • Semiconductor layer 5 takes place, for example, through a
  • FIG. 10C shows a third position of the method, in which the first semiconductor layer 2 is doped in areas by, for example, implantation or diffusion, so that first connection areas 21 are formed with a doping of a first type, in the present case p-doping.
  • a doping of a first type in the present case p-doping.
  • zinc atoms were in the first
  • FIG. 10D shows a fourth position in the method, in which first contact elements 31 are applied to the first connection areas 21 and a second contact element 32 is applied to the second connection area 22.
  • Contact elements 31, 32 are preferably applied directly to the associated connection areas 21, 22.
  • FIG. 10E shows a fifth position in the method in which the growth substrate 7 is removed
  • FIG. 10E also shows an exemplary embodiment of a finished optoelectronic semiconductor chip 100.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (100) eine halbleitende Rekombinationsschicht (1) zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination, eine Mehrzahl von ersten Kontaktelementen (31) auf einer ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht, zumindest ein zweites Kontaktelement (32) auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht, eine Mehrzahl halbleitender erster Anschlussbereiche (21) und zumindest einen halbleitenden zweiten Anschlussbereich (22). Die ersten Anschlussbereiche sind jeweils zwischen einem ersten Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. Der zweite Anschlussbereich ist zwischen dem zweiten Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. Die ersten Anschlussbereiche weisen eine Dotierung erster Art auf und der zweite Anschlussbereich weist eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art auf. Die ersten Kontaktelemente sind einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP UND DESSEN HERSTELLUNGSVERFAHREN
Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip, ein
optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip anzugeben, mit dem ein hochauflösendes Display realisiert werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Bauelement mit einem solchen optoelektronischen
Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden unter anderem durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche sowie des nebengeordneten Patentanspruchs 12 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Zunächst wird der optoelektronische Halbleiterchip angegeben.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine halbleitende
Rekombinationsschicht. Die Rekombinationsschicht ist
insbesondere zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Rekombination von Ladungsträgern eingerichtet. Dazu umfasst die Rekombinationsschicht bevorzugt zumindest einen Quantentopf in Form eines 2D-Quantentopfs oder 1D- Quantentopfs oder OD-Quantentopfs . In einer Wachstumsrichtung der Rekombinationsschicht gesehen sind vor und nach dem
Quantentopf bevorzugt Barriereschichten angeordnet, die eine größere Bandlücke als der Quantentopf aufweisen.
Beispielsweise umfasst die Rekombinationsschicht eine
Mehrzahl von in der Wachstumsrichtung übereinander
angeordneten 2D-Quantentöpfen, die jeweils durch eine solche Barriereschicht getrennt sind.
Die Rekombinationsschicht weist beispielsweise eine Dicke von höchstens 300 nm oder höchstens 200 nm auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Dicke der Rekombinationsschicht zumindest 1 nm oder zumindest 2 nm sein. Die Rekombinationsschicht ist bevorzugt undotiert.
Die voranstehend genannten Werte für die Dicke der
Rekombinationsschicht können für eine planparallele Schicht oder für eine minimale Dicke gelten. Weist die
Rekombinationsschicht optische Elemente wie Mikrolinsen, zum Beispiel mit Fokussierung auf Emissionspunkte und/oder auf die Quantentöpfe, oder wie gekrümmte Spiegel, wiederum insbesondere mit Fokuspunkten an den Emissionspunkten
und/oder an den Quantentöpfen, auf, so kann die
Rekombinationsschicht dicker sein. Zum Beispiel liegt die maximale Dicke der Rekombinationsschicht zusammen mit den bevorzugt einstückig mit der Rekombinationsschicht
gestalteten optischen Elementen bei höchstens 5 gm oder 2 gm oder 1 pm.
Unter einer halbleitenden Schicht wird hier und im Folgenden insbesondere eine Schicht aus einem Halbleitermaterial verstanden. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein I I I-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, oder um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder AlnIn]__n-mGamAsP, wobei jeweils 0 < n < 1, 0 < m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann eine halbleitende Schicht Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der halbleitenden Schicht, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden. Ein Halbleiterchip entsteht insbesondere durch Vereinzelung aus einem Waferverbund. Seitenflächen eines solchen Halbleiterchips weisen dann zum Beispiel Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds auf. Ein
Halbleiterchip umfasst bevorzugt genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich einer im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge. Die maximale laterale Ausdehnung des Halbleiterchips ist beispielsweise höchstens 5 % oder höchstens 10 % oder höchstens 20 % größer als die maximale laterale Ausdehnung der Rekombinationsschicht.
Hier und im Folgenden wird eine laterale Ausdehnung als Ausdehnung entlang einer lateralen Richtung verstanden. Eine laterale Richtung ist eine Richtung parallel zur
Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht. Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der optoelektronische Halbleiterchip eine Mehrzahl von ersten Kontaktelementen auf einer ersten Seite der
Rekombinationsschicht. Bei der ersten Seite der
Rekombinationsschicht handelt es sich um eine Hauptseite der Rekombinationsschicht. Die Hauptseite verläuft dabei
bevorzugt parallel oder im Wesentlichen parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht. Die erste Seite kann im Rahmen der Herstellungstoleranz eben sein.
Die ersten Kontaktelemente sind beispielsweise in einem regelmäßigen Muster, zum Beispiel in einem Rechteckmuster oder einem hexagonalen Muster, auf der ersten Seite
angeordnet. Insbesondere sind die ersten Kontaktelemente voneinander beabstandet und voneinander getrennt. Die ersten Kontaktelemente weisen beispielsweise jeweils eine maximale laterale Ausdehnung, gemessen parallel zur
Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht, von
höchstens 20 gm oder höchstens 10 pm oder höchstens 5 pm auf. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Kontaktelemente eine minimale laterale Ausdehnung von zumindest 0,2 pm oder zumindest 0,5 pm aufweisen.
In Draufsicht auf die erste Seite betrachtet weisen die ersten Kontaktelemente beispielsweise eine quadratische oder rechteckige oder hexagonale Form auf. Ein Abstand zwischen zwei benachbarten ersten Kontaktelementen beträgt
beispielsweise zumindest 0,05 pm oder zumindest 0,1 pm.
Alternativ oder zusätzlich kann der Abstand höchstens 10 pm oder höchstens 5 pm oder höchstens 1 pm betragen. Der
Halbleiterchip umfasst zum Beispiel zumindest vier oder zumindest zehn oder zumindest 100 erste Kontaktelemente. Die ersten Kontaktelemente umfassen bevorzugt ein Metall, wie Ag, Pt, Au, Pd, Ti, oder bestehen daraus. Alternativ oder zusätzlich können die ersten Kontaktelemente auch ein
transparent leitfähiges Oxid, kurz TCO, wie Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder Zinkoxid umfassen oder daraus bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip zumindest ein zweites
Kontaktelement auf der ersten Seite der
Rekombinationsschicht. Dabei kann der optoelektronische
Halbleiterchip genau ein zweites Kontaktelement oder eine Mehrzahl von zweiten Kontaktelementen umfassen. Alle hier und im Folgenden gemachten Angaben zu einem zweiten
Kontaktelement können entsprechend für alle weiteren zweiten Kontaktelemente gelten.
Das zweite Kontaktelement ist in lateraler Richtung, parallel zur Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht, bevorzugt zwischen zwei ersten Kontaktelementen angeordnet. Dabei ist das zweite Kontaktelement von den ersten
Kontaktelementen beabstandet und getrennt. Das zweite
Kontaktelement kann die gleichen Materialien aufweisen oder daraus bestehen wie die ersten Kontaktelemente.
Insbesondere weist das zweite Kontaktelement im
bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips eine zu den ersten Kontaktelementen entgegengesetzte Polarität auf.
Beispielsweise handelt es sich bei den ersten
Kontaktelementen um Anoden und bei dem zweiten Kontaktelement um eine Kathode oder umgekehrt. Die ersten Kontaktelemente und das zweite Kontaktelement dienen insbesondere zur
elektrischen Kontaktierung des Halbleiterchips. Im
unmontierten Zustand des Halbleiterchips liegen die Kontaktelemente zum Beispiel frei oder sind frei zugänglich. Die Kontaktelemente können jeweils einstückig gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine Mehrzahl halbleitender erster Anschlussbereiche. Die ersten Anschlussbereiche können voneinander getrennte und beabstandete Elemente aus einem Halbleitermaterial sein. Alternativ können die ersten
Anschlussbereiche aber auch voneinander beabstandete und nicht überlappende Bereiche einer zusammenhängenden
Halbleiterschicht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip zumindest einen
halbleitenden zweiten Anschlussbereich. Der Halbleiterchip kann genau einen halbleitenden zweiten Anschlussbereich oder eine Mehrzahl halbleitender zweiter Anschlussbereiche
umfassen. Alle hier und im Folgenden gemachten Angaben zu einem zweiten Anschlussbereich können für alle weiteren zweiten Anschlussbereiche entsprechend gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Anschlussbereiche jeweils zwischen einem ersten
Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. Insbesondere ist jedem ersten Kontaktelement ein erster Anschlussbereich, der zwischen diesem ersten
Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht liegt, eineindeutig zugeordnet.
In einer Draufsicht betrachtet überlappen die ersten
Kontaktelemente und die zugeordneten ersten Anschlussbereiche bevorzugt jeweils miteinander. Bevorzugt überlappen in der Draufsicht betrachtet die ersten Kontaktelemente jeweils nur mit dem zugeordneten ersten Anschlussbereich. Insbesondere können in der Draufsicht die ersten Kontaktelemente jeweils vollständig innerhalb einer Außenkontur der ersten
Anschlussbereiche liegen. Die ersten Anschlussbereiche können mit den zugeordneten ersten Kontaktelementen und/oder der ersten Seite der Rekombinationsschicht in direktem Kontakt stehen .
Eine mittlere Dicke der ersten Anschlussbereiche, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der
Rekombinationsschicht, beträgt beispielsweise jeweils höchstens 1 pm oder höchstens 500 nm oder höchstens 200 nm. Alternativ oder zusätzlich kann die mittlere Dicke der ersten Anschlussbereiche jeweils zumindest 10 nm oder zumindest 50 nm oder zumindest 100 nm betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Anschlussbereich zwischen dem zweiten Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. In einer Draufsicht betrachtet überlappen der zweite Anschlussbereich und das zweite Kontaktelement bevorzugt miteinander.
Bevorzugt überlappt das zweite Kontaktelement nur mit dem zugeordneten zweiten Anschlussbereich. Insbesondere kann der zweite Anschlussbereich in dieser Draufsicht im Wesentlichen die gleiche Form, zum Beispiel eine konzentrische Form, wie das zweite Kontaktelement aufweisen. Zum Beispiel liegt in der Draufsicht das zweite Kontaktelement vollständig
innerhalb einer Außenkontur des zweiten Anschlussbereichs.
Der zweite Anschlussbereich kann mit dem zweiten
Kontaktelement und/oder der ersten Seite der
Rekombinationsschicht in unmittelbarem Kontakt stehen. Die Dicke des zweiten Anschlussbereichs kann die für die ersten Anschlussbereiche angegebenen Dicken aufweisen. Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die ersten
Anschlussbereiche eine Dotierung erster Art auf und der zweite Anschlussbereich weist eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art auf. Sind beispielsweise die ersten Anschlussbereiche p-dotiert, so ist der zweite Anschlussbereich n-dotiert oder umgekehrt. Insbesondere sind die Dotierungen entsprechend der Polarität der
Kontaktelemente gewählt. Sind die ersten Kontaktelemente also Anoden und ist das zweite Kontaktelement eine Kathode, so sind die ersten Anschlussbereiche bevorzugt p-dotiert und der zweite Anschlussbereich ist n-dotiert.
Eine Dotierkonzentration in den ersten und zweiten
Anschlussbereichen beträgt beispielsweise zumindest 0,5· 10-*-^ cm-3 oder zumindest I-IO^ cm-^ oder zumindest I-IO^ cm-^ oder zumindest 5· IO^ cm-^. Bevorzugt beträgt für den Fall einer p-Dotierung die Dotierkonzentration zumindest I-IO^ cm-3 und im Falle einer n-Dotierung die Dotierkonzentration zumindest I-IO^ cm-^. Hier und im Folgenden gemachte Angaben zur Dotierkonzentration eines Bereichs oder eines Elements oder einer Schicht beziehen sich insbesondere auf über die gesamte Ausdehnung des Bereichs oder des Elements oder der Schicht gemittelte Dotierkonzentrationen.
Die Anschlussbereiche bewirken insbesondere einen
elektrischen Anschluss zu den bevorzugt metallisch
ausgebildeten Kontaktelementen mit einem geringen ohmschen Kontaktwiderstand. So ist eine Injektion von Ladungsträgern aus den Kontaktelementen in das Halbleitermaterial
ermöglicht. Die Anschlussbereiche sind wie die
Kontaktelemente auf der ersten Seite der
Rekombinationsschicht angeordnet . Dass die ersten Kontaktelemente und das zweite Kontaktelement sowie die zugehörigen halbleitenden Anschlussbereiche auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet sind, heißt, dass all diese Elemente auf derselben Seite der
Rekombinationsschicht angeordnet sind. Anders ausgedrückt sind die Bereiche der Rekombinationsschicht, in denen im bestimmungsgemäß Betrieb eine strahlende
Ladungsträgerrekombination stattfindet, den ersten
Kontaktelementen, dem zweiten Kontaktelement sowie den
Anschlussbereichen in derselben Richtung nachgeordnet.
Besonders bevorzugt ist der Halbleiterchip frei von
Ausnehmungen mit elektrisch leitenden Durchkontaktierungen, die sich durch die Rekombinationsschicht erstrecken. Weder die ersten noch die zweiten Kontaktelemente noch die
zugehörigen Anschlussbereiche durchdringen also die
Rekombinationsschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Kontaktelemente einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar beziehungsweise bestrombar. Das heißt, die ersten Kontaktelemente sind nicht unmittelbar elektrisch leitend miteinander verbunden. Ladungsträger können im bestimmungsgemäßen Betrieb von einem ersten Kontaktelement zu einem weiteren ersten Kontaktelement zum Beispiel nur über einen Umweg über erste Anschlussbereiche gelangen.
Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips werden über die ersten Kontaktelemente erste Ladungsträger in die ersten Anschlussbereiche und über das zweite Kontaktelement zweite Ladungsträger in den zweiten Anschlussbereich injiziert. Die ersten Ladungsträger sind beispielsweise Löcher und die zweiten Ladungsträger Elektronen oder umgekehrt. Anschließend treten sowohl die ersten als auch die zweiten Ladungsträger aus den Anschlussbereichen über die erste Seite in die
Rekombinationsschicht ein und rekombinieren dort, wodurch elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Diese
elektromagnetische Strahlung wird dann bevorzugt über eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der
Rekombinationsschicht aus der Rekombinationsschicht
ausgekoppelt. Nach der Injektion der ersten und zweiten
Ladungsträger diffundieren beide Arten von Ladungsträger bevorzugt aufeinander zu und dabei weg von der ersten Seite hin zur zweiten Seite der Rekombinationsschicht.
Auf der zweiten Seite der Rekombinationsschicht sind
bevorzugt keine Kontaktelemente angeordnet. Beispielsweise treten im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterchips zumindest 75 % oder zumindest 90 % der in der
Rekombinationsschicht erzeugten Strahlung über die zweite Seite aus der Rekombinationsschicht aus. Um die Strahlung effektiv über die zweite Seite auszukoppeln, kann auf der ersten Seite eine Spiegelschicht angeordnet sein.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine halbleitende
Rekombinationsschicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung durch Ladungsträgerrekombination, eine Mehrzahl von ersten Kontaktelementen auf einer ersten Seite der
Rekombinationsschicht, zumindest ein zweites Kontaktelement auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht, eine Mehrzahl halbleitender erster Anschlussbereiche und zumindest einen halbleitenden zweiten Anschlussbereich. Die ersten
Anschlussbereiche sind jeweils zwischen einem ersten
Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. Der zweite Anschlussbereich ist zwischen dem zweiten Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet. Die ersten
Anschlussbereiche weisen eine Dotierung erster Art auf und der zweite Anschlussbereich weist eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art auf. Die ersten
Kontaktelemente sind einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Idee zu Grunde, einen pixelierten, optoelektronischen Halbleiterchip zu realisieren, bei dem die Injektion von Ladungsträgern in die Rekombinationsschicht, welche häufig auch als aktive Schicht bezeichnet wird, nicht von zwei gegenüberliegenden Seiten der Rekombinationsschicht erfolgt, sondern über dieselbe erste Seite. Das heißt, bei dem Halbleiterchip werden die ersten Ladungsträger und die zweiten Ladungsträger von der gleichen Seite in die Rekombinationsschicht
injiziert. Der Ladungsträgertransport zur
Rekombinationsschicht erfolgt in diesem Fall insbesondere aufgrund von Diffusion. Die Papiere „Elimination of Lateral Resistance and Current Crowding in Large-Area LEDs by
Composition Grading and Diffusion-Driven Charge Transport" von Pyry Kivisaari et al . , Adv. Electron. Mater. 2017, 3, 1700103 und „Electrica1 injection to contactless near-surface LnGaN quantum well" von L. Riuttanen et al . , Applied Physics Letters 107, 051106 (2015) zeigen das grundlegende
Funktionsprinzip optoelektronischer Halbleiterchips, bei denen der Ladungsträgertransport über Diffusion erfolgt. Der Offenbarungsgehalt dieser Papiere ist hiermit durch Rückbezug aufgenommen .
Vorteilhaft ist bei einem solchen optoelektronischen
Halbleiterchip besonders, dass zur Realisierung des
Halbleiterchips keine Aussparungen mit Durchkontaktierungen durch die Rekombinationsschicht nötig sind. Solche Durchkontaktierungen werden üblicherweise verwendet, um
Ladungsträger von der ersten Seite der Rekombinationsschicht auf die zweite Seite der Rekombinationsschicht zu führen und dann über die zweite Seite in die Rekombinationsschicht zu injizieren. Allerdings können im Bereich dieser
Durchkontaktierungen unerwünschte Effekte, wie
nichtstrahlende Rekombination, auftreten. Bei sehr kleinen Pixelgrößen oder Pixelabständen können solche unerwünschten Effekte zu einem erheblichen Effizienzverlust führen.
Mit der vorliegenden Erfindung ist ein pixelierter
Halbleiterchip realisiert, bei dem auch kleine Pixel,
beispielsweise mit einem Pixelpitch oder Pixelabstand von höchstens 10 gm, realisiert werden können, ohne
Effizienzeinbußen aufgrund von Durchkontaktierungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
optoelektronische Halbleiterchip ein pixelierter
Halbleiterchip mit einer Vielzahl von einzeln und unabhängig ansteuerbaren Pixeln. Dabei ist jedem Pixel ein erstes
Kontaktelement eindeutig, insbesondere eineindeutig,
zugeordnet. Pixel werden auch als Emissionsfelder bezeichnet. Bei einem angesteuerten Pixel wird im Bereich dieses Pixels elektromagnetische Strahlung erzeugt. Einzeln und unabhängig ansteuerbare Pixel sind insbesondere dadurch realisiert, dass die ersten Kontaktelemente einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar oder bestrombar sind.
Wird ein bestimmtes Pixel angesteuert, so werden dem
zugeordneten ersten Kontaktelement erste Ladungsträger zugeführt, die dann in der Rekombinationsschicht mit den zweiten Ladungsträgern rekombinieren . Elektromagnetische Strahlung tritt dann nur in einem dem Pixel zugeordneten Emissionsbereich der zweiten Seite der Rekombinationsschicht aus der Rekombinationsschicht aus. Der einem Pixel
zugeordnete Emissionsbereich ist beispielsweise im
Wesentlichen durch die Projektion des dem Pixel zugeordneten ersten Kontaktelements auf die zweite Seite vorgegeben.
Insbesondere aufgrund einer geringen Mobilität der ersten Ladungsträger kann sich die Rekombination von Ladungsträgern auf den Bereich der Rekombinationsschicht nahe unterhalb des zugeordneten ersten Kontaktelements beschränken.
Auf der zweiten Seite der Rekombinationsschicht kann eine Konverterschicht angeordnet sein. Die Konverterschicht konvertiert die in der Rekombinationsschicht erzeugte
Strahlung in Strahlung einer größeren Wellenlänge. Zum
Beispiel emittiert der Halbleiterchip im Betrieb weißes Licht. Die Konverterschicht kann zur Erhöhung des
Kontrastverhältnisses strukturiert sein und eine Mehrzahl von Elementen umfassen, zwischen denen jeweils ein Graben
ausgebildet ist. Jedem Pixel kann ein Element der
Konverterschicht eineindeutig zugeordnet sein.
Ein hier beschriebener pixelierter Halbleiterchip kann beispielsweise in Scheinwerfern eines Kraftfahrzeuges eingesetzt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Rekombinationsschicht im Bereich eines Pixels einfach
zusammenhängend ausgebildet. Das heißt, im Bereich eines Pixels ist die Rekombinationsschicht frei von
Unterbrechungen, wie Löchern. Bevorzugt ist die
Rekombinationsschicht in einem Bereich, der sich über eine Mehrzahl von Pixeln erstreckt, einfach zusammenhängend ausgebildet. Besonders bevorzugt ist die ganze
Rekombinationsschicht einfach zusammenhängend ausgebildet, also frei von Unterbrechungen oder Löchern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Anschlussbereiche Abschnitte einer zusammenhängenden, insbesondere einfach zusammenhängenden, ersten
Halbleiterschicht. Die erste Halbleiterschicht erstreckt sich bevorzugt über mehrere, insbesondere über alle Pixel
beziehungsweise ersten Kontaktelemente des Halbleiterchips. Die ersten Anschlussbereiche sind dann mit der Dotierung erster Art versehene Abschnitte oder Bereiche der ersten Halbleiterschicht. Die ersten Anschlussbereiche können beispielsweise durch Implantation oder Diffusion von
Dotieratomen der ersten Art hergestellt sein. Die erste
Halbleiterschicht kann zusammen mit der Rekombinationsschicht epitaktisch gewachsen sein. Insbesondere ist die erste
Halbleiterschicht unmittelbar auf der ersten Seite der
Rekombinationsschicht angeordnet .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die erste
Halbleiterschicht in Bereichen zwischen je zwei ersten
Anschlussbereichen undotiert oder weist dort eine Dotierung zweiter Art auf. „Undotiert" meint hier zum Beispiel eine
Dotierkonzentration von höchstens I-IO^ cm-^ oder höchstens 1-1C)1 cm-^. ist die erste Halbleiterschicht außerhalb der ersten Anschlussbereiche mit einer Dotierung zweiter Art versehen, so liegt die Dotierkonzentration dort bevorzugt bei höchstens I-IO^ cm-^ oder bei höchstens I-IO^ cm-^ oder bei höchstens I-IO^ cm-^. Entlang der lateralen Richtung
wechseln sich in der ersten Halbleiterschicht also Bereiche mit der Dotierung erster Art mit undotierten Bereichen oder Bereichen mit einer Dotierung der zweiten Art ab. Beispielsweise erfolgt das Dotieren der ersten
Halbleiterschicht beim Wachsen, mittels Diffusion und/oder mittels Ionenimplantation. Es ist möglich, dass in eine intrinsisch dotiert gewachsene Halbleiterschicht sowohl zumindest ein n-Dotierstoff als auch zumindest ein p- Dotierstoff eingebracht wird, insbesondere mittels Diffusion. Hierdurch kann ein Spannungsabfall reduziert werden. Das heißt, der erste Halbleiterbereich kann p und n codotiert sein .
Durch die Realisierung der ersten Anschlussbereiche als
Bereiche einer zusammenhängenden ersten Halbleiterschicht können die ersten Anschlussbereiche vereinfacht hergestellt werden. Insbesondere müssen zur Realisierung der ersten
Anschlussbereiche keine Strukturierungsprozesse oder
sequenziellen Wachstumsprozesse eingesetzt werden, was wieder Quellen für nicht strahlende Rekombination verursachen könnte .
Die erste Halbleiterschicht verläuft im Bereich des zweiten Anschlussbereichs bevorzugt zwischen der
Rekombinationsschicht und dem zweiten Anschlussbereich. Dabei kann der zweite Anschlussbereich unmittelbar an die erste Halbleiterschicht grenzen. Im Bereich zwischen dem zweiten Anschlussbereich und der Rekombinationsschicht ist die erste Halbleiterschicht bevorzugt mit der Dotierung zweiter Art versehen, um den Transport der zweiten Ladungsträger von dem zweiten Anschlussbereich zur Rekombinationsschicht zu
erleichtern. Die Dotierkonzentration ist aber bevorzugt kleiner, beispielsweise um einen Faktor von zumindest 10 oder zumindest 100 kleiner, als in dem zweiten Anschlussbereich. In Bereiche der ersten Halbleiterschicht, die entlang der lateralen Richtung gesehen zwischen den ersten
Kontaktelementen und dem zweiten Kontaktelement liegen, kann die erste Halbleiterschicht eine Dotierung erster Art mit einer geringeren Dotierkonzentration als im Bereich zwischen dem zweiten Anschlussbereich und der Rekombinationsschicht aufweisen oder kann dort undotiert sein. Dadurch kann eine Rekombination von Ladungsträgern bereits in der ersten
Halbleiterschicht reduziert werden.
Alternativ ist es auch möglich, dass in Bereichen, die in lateraler Richtung zwischen den ersten Anschlussbereichen und dem zweiten Anschlussbereich liegen, die erste
Halbleiterschicht unterbrochen ist. Dann ist die erste
Halbleiterschicht nicht zusammenhängend ausgebildet, sondern strukturiert. Alle zuvor und im Folgenden genannten Merkmale der zusammenhängenden ersten Halbleiterschicht können auch für die strukturierte erste Halbleiterschicht gelten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Bandlücke in der ersten Halbleiterschicht größer als in der
Rekombinationsschicht. Insbesondere ist die Bandlücke der ersten Halbleiterschicht um zumindest 0,05 eV oder zumindest 0,1 eV größer als in der Rekombinationsschicht. Unter der Bandlücke der ersten Halbleiterschicht und der
Rekombinationsschicht wird dabei jeweils die über die gesamte Schicht gemittelte Bandlücke oder alternativ die niedrigste Bandlücke verstanden.
Durch die Wahl der ersten Halbleiterschicht mit einer
größeren Bandlücke als in der Rekombinationsschicht wird die Wahrscheinlichkeit einer Rekombination der ersten und zweiten Ladungsträger in der ersten Halbleiterschicht reduziert. Dadurch wird die Effizienz der Ladungsträgerdiffusion bis in die Rekombinationsschicht erhöht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Anschlussbereiche voneinander beabstandete und voneinander getrennte, separate Elemente. In lateraler Richtung ist zwischen je zwei ersten Anschlussbereichen also ein
Zwischenraum gebildet, der zumindest teilweise frei von
Halbleitermaterial ist. Der zweite Anschlussbereich kann in lateraler Richtung gesehen zwischen zwei ersten
Anschlussbereichen angeordnet sein. Bevorzugt grenzen dann sowohl die ersten Anschlussbereiche als auch der zweite
Anschlussbereich unmittelbar an die Rekombinationsschicht.
In dieser Ausführungsform sind die ersten Anschlussbereiche nicht durch eine zusammenhängende erste Halbleiterschicht realisiert. Dies reduziert die Gefahr einer Rekombination der Ladungsträger außerhalb der Rekombinationsschicht. Die ersten Anschlussbereiche und der zweite Anschlussbereich können beispielsweise über selektives Flächenwachstum, Englisch: selective area growth, hergestellt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das zweite
Kontaktelement zusammenhängend ausgebildet und von einer Mehrzahl von Löchern durchdrungen, wobei in einer Draufsicht betrachtet die ersten Kontaktelemente jeweils in einem solchen Loch angeordnet sind. Insbesondere ist jedem Loch in dem zweiten Kontaktelement ein erstes Kontaktelement
eineindeutig zugeordnet.
Anders ausgedrückt bildet das zweite Kontaktelement in einer Draufsicht betrachtet ein Netz aus einer Mehrzahl von
Maschen, wobei jede Masche ein erstes Kontaktelement lateral umgibt. Die Maschen sind beispielsweise rechteckig, quadratisch oder hexagonal. Ein Breite der Maschen beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 0,1 mpi und 1 mpi. Zum Beispiel gibt es in diesem Fall nur ein einziges zweites Kontaktelement, das ein gemeinsames Gegenkontaktelement zu den ersten Kontaktelementen bildet. Bei der Ansteuerung eines Pixels werden das zweite Kontaktelement und das dem Pixel zugeordnete erste Kontaktelement kontaktiert.
Der zweite Anschlussbereich kann wie das zweite
Kontaktelement zusammenhängend mit einer Mehrzahl von Löchern ausgebildet sein und im Wesentlichen der Form des zweiten Kontaktelements folgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der
Halbleiterchip eine Vielzahl von zweiten Kontaktelementen auf. Die zweiten Kontaktelemente sind dann bevorzugt
voneinander beabstandet und voneinander getrennt. Die zweiten Kontaktelemente können einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sein. Die Formen und Größen der zweiten Kontaktelemente können wie die oben angegebenen
Formen und Größen der ersten Kontaktelemente gewählt sein.
Der Halbleiterchip kann auch eine Mehrzahl von voneinander getrennten und voneinander beabstandeten, halbleitenden zweiten Anschlussbereichen aufweisen. Jedem zweiten
Kontaktelement ist dann bevorzugt ein zweiter
Anschlussbereich eineindeutig zugeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten und zweiten Kontaktelemente in einer lateralen Richtung
alternierend auf der ersten Seite angeordnet. Es ist also zwischen je zwei ersten Kontaktelementen ein zweites
Kontaktelement angeordnet. Die Anordnung der ersten und zweiten Kontaktelemente kann einem Schachbrettmuster folgen. Insbesondere sind je ein erstes und ein unmittelbar daneben angeordnetes zweites Kontaktelement einem Pixel eindeutig zugeordnet. Zur Ansteuerung eines Pixels werden das
zugeordnete erste Kontaktelement und das zugeordnete zweite Kontaktelement kontaktiert. Strahlungserzeugung innerhalb der Rekombinationsschicht tritt dann insbesondere im Bereich der Rekombinationsschicht, der in lateraler Richtung zwischen dem angesteuerten ersten Kontaktelement und dem angesteuerten zweiten Kontaktelement liegt, auf.
Bei der Ausführungsform mit einer Mehrzahl von zweiten
Kontaktelementen kann der Pixelpitch beziehungsweise der Pixelabstand benachbarter Pixel gegenüber dem Fall mit nur einem einzigen zweiten Kontaktelement weiter reduziert werden, ohne dass die Größe der ersten Kontaktelemente oder der Abstand zwischen den ersten Kontaktelementen und den zweiten Kontaktelementen verändert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Rekombinationsschicht eine Mehrzahl von O-dimensionalen
Quantentöpfen, sogenannten Quantenpunkten, auf. Die
Quantenpunkte können in einer Ebene parallel zur
Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht
nebeneinander angeordnet sein. Auch kann die
Rekombinationsschicht mehrere übereinandergestapelte Ebenen parallel zur Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht mit jeweils einer Mehrzahl von Quantenpunkten innerhalb dieser Ebenen aufweisen. Die verschiedenen Ebenen von
Quantenpunkten sind dann bevorzugt durch Barriereschichten voneinander getrennt.
Durch die Wahl von Quantenpunkten als Rekombinationszentren in der Rekombinationsschicht können die Orte der Rekombination und damit die Pixelformen noch genauer
vorgegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Rekombinationsschicht entlang einer lateralen Richtung eine Strukturierung und/oder eine Variation im Aufbau auf.
Insbesondere ist dadurch ein Kontrastverhältnis zwischen benachbarten Pixeln erhöht. Beispielsweise kann die
Rekombinationsschicht im Bereich zwischen je zwei
benachbarten Pixeln oder zwischen je zwei benachbarten ersten Kontaktelementen unterbrochen oder mit Gräben versehen sein. Dann findet im Bereich zwischen zwei Pixeln keine
Ladungsträgerrekombination statt .
Bevorzugt ist aber lediglich der Aufbau der
Rekombinationsschicht im Bereich zwischen je zwei
benachbarten Pixeln oder zwischen je zwei benachbarten ersten Kontaktelementen anders gewählt als im Bereich der Pixel oder der ersten Kontaktelemente, ohne dass die
Rekombinationsschicht stellenweise unterbrochen oder mit Gräben versehen ist. Dadurch wird die Gefahr einer
nichtstrahlenden Rekombination vermieden. Insbesondere ist der Aufbau so gewählt, dass die Wahrscheinlichkeit für
Ladungsträgerrekombination im Bereich zwischen je zwei Pixeln geringer ist als im Bereich der Pixel selbst. Dazu kann die Rekombinationsschicht im Bereich zwischen je zwei Pixeln frei von Quantentöpfen sein oder eine geringere Dichte an
Quantentöpfen aufweisen als im Bereich der Pixel. Es kann auch die Bandlücke eines Quantentopfs im Bereich der Pixel kleiner eingestellt sein als im Bereich zwischen den Pixeln.
Eine solche Variation im Aufbau kann bereits während des Wachstums der Rekombinationsschicht eingestellt werden. Alternativ kann die Rekombinationsschicht aber auch nach dem Wachstum, beispielsweise durch Implantation oder Diffusion, bearbeitet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind auf einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite der
Rekombinationsschicht im Bereich zwischen je zwei ersten Kontaktelementen beziehungsweise Pixeln Trennwände
angeordnet. Die Trennwände dienen insbesondere zur Reduktion eines optischen Übersprechens benachbarter Pixel. Die
Trennwände sind bevorzugt reflektierend für die in der
Rekombinationsschicht erzeugte Strahlung. Die Trennwände können in Draufsicht auf die zweite Seite betrachtet ein Netz aus mehreren Maschen bilden, wobei jeder Masche bevorzugt ein Pixel eineindeutig zugeordnet ist. Zum Beispiel liegt die Projektionsfläche des einem Pixel zugeordneten ersten
Kontaktelements auf die zweite Seite jeweils größtenteils oder vollständig innerhalb der zugeordneten Masche aus
Trennwänden. Die Trennwände können jeweils eine Höhe, gemessen senkrecht zur Haupterstreckungsebene der
Rekombinationsschicht, von zumindest 500 nm oder zumindest 1 pm aufweisen. Die Trennwände können sich in Richtung hin zur Rekombinationsschicht verschmälern . Die Trennwände können reflektierende Partikel, wie TiOg-Partikel , umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der zweiten Seite der Rekombinationsschicht, zum Beispiel unmittelbar auf der zweiten Seite, eine zweite Halbleiterschicht angeordnet. Die zweite Halbleiterschicht kann zusammen mit der
Rekombinationsschicht gemeinsam gewachsen sein. Bevorzugt ist die Bandlücke in der zweiten Halbleiterschicht größer als in der Rekombinationsschicht. Die zweite Halbleiterschicht ist bevorzugt undotiert. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Trennwände aus der zweiten Halbleiterschicht gebildet. Dabei ist jedem ersten Kontaktelement eine Ausnehmung in der zweiten
Halbleiterschicht zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Die Ausnehmungen sind in lateraler Richtung jeweils von den Trennwänden umgeben, insbesondere vollständig umgeben. Die Ausnehmungen können beispielsweise in die zweite Halbleiterschicht eingeätzt sein. Die Ausnehmungen können mit einem Material, zum Beispiel einem auf Silikon basierenden Material, aufgefüllt sein.
Alternativ oder zusätzlich zu den Ausnehmungen und
Trennwänden kann die zweite Halbleiterschicht eine Aufrauung zur Verminderung von Totalreflexion aufweisen.
Ferner kann auf der zweiten Seite der Rekombinationsschicht eine Photonische-Kristall-Schicht und/oder eine
Antireflexionsschicht angeordnet sein. Zwischen der
Photonische-Kristall-Schicht und der Rekombinationsschicht ist bevorzugt eine Barriereschicht mit einer Dicke von höchstens 100 nm angeordnet.
Als nächstes wird das optoelektronisches Bauelement
angegeben .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen optoelektronischen
Halbleiterchip gemäß einer oder mehrerer der zuvor
beschriebenen Ausführungsformen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Bauelement einen Träger, wobei der
optoelektronische Halbleiterchip auf dem Träger montiert und befestigt ist. Der Träger bildet beispielsweise die das optoelektronische Bauelement stabilisierende Komponente des Bauelements. Zum Beispiel ist der optoelektronische
Halbleiterchip alleine nicht selbsttragend. Ein
Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichten des
Halbleiterchips ist beispielsweise entfernt. Bei dem Träger kann es sich um einen metallischen Träger oder einen
Halbleiterträger oder einen Keramikträger handeln.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der
optoelektronische Halbleiterchip über den Träger elektrisch kontaktiert. Beispielsweise umfasst der Träger dazu erste Kontaktstellen und zumindest eine zweite Kontaktstelle, wobei die ersten Kontaktstellen elektrisch leitend mit den ersten Kontaktelementen und die zumindest eine zweite Kontaktstelle elektrisch leitend mit dem zumindest einen zweiten
Kontaktelement verbunden sind. Bevorzugt umfasst der Träger also für jedes erste Kontaktelement eine erste Kontaktstelle und für jedes zweite Kontaktelement eine zweite
Kontaktstelle .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Träger eine Vielzahl von Schaltern. Die Schalter sind insbesondere in den Träger integriert. Bei den Schaltern kann es sich um
Transistoren, insbesondere Dünnfilmtransistoren, handeln. Der Träger kann eine anwenderspezifische integrierte Schaltung, kurz ASIC, umfassen. Der Träger kann ein Aktiv-Matrixelement sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist jedem ersten
Kontaktelement beziehungsweise jedem Pixel ein Schalter zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet. Das
zugeordnete erste Kontaktelement beziehungsweise das zugeordnete Pixel kann über den Schalter angesteuert werden. Darüber hinaus kann bei mehreren zweiten Kontaktelementen auch jedem zweiten Kontaktelement ein Schalter zugeordnet, insbesondere eineindeutig zugeordnet sein.
Als nächstes wird das Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere zur Herstellung eines wie eben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt A) , in dem eine halbleitende
Rekombinationsschicht bereitgestellt wird. Die
Rekombinationsschicht kann beispielsweise Teil einer
Halbleiterschichtenfolge sein, die auf einem Aufwachsubstrat, wie einem Si-Substrat, GaAs-Substrat, GaN-Substrat oder
Saphirsubstrat, epitaktisch gewachsen ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt B) , in dem eine Mehrzahl von halbleitenden ersten Anschlussbereichen und zumindest ein halbleitender zweiter Anschlussbereich auf einer ersten Seite der
Rekombinationsschicht ausgebildet werden. Dabei weisen die ersten Anschlussbereiche eine Dotierung erster Art auf und der zweite Anschlussbereich weist eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt C) , in dem eine Mehrzahl von ersten
Kontaktelementen und zumindest ein zweites Kontaktelement auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht aufgebracht werden. Die Kontaktelemente werden derart aufgebracht, dass die ersten Anschlussbereiche jeweils zwischen einem ersten Kontaktelement und der ersten Seite der Rekombinationsschicht angeordnet sind und der zweite Anschlussbereich zwischen dem zweiten Kontaktelement und der ersten Seite der
Rekombinationsschicht angeordnet ist.
Bevorzugt werden die Schritte A) bis C) in der angegebenen Reihenfolge und nacheinander ausgeführt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt A) zunächst eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die die Rekombinationsschicht und eine erste Halbleiterschicht auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht umfasst. Die erste Halbleiterschicht ist dabei undotiert oder weist eine Dotierung zweiter Art auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt B) die erste Halbleiterschicht lokal dotiert, sodass aus der ersten Halbleiterschicht die ersten Anschlussbereiche mit einer Dotierung erster Art entstehen. Dazu können beispielsweise Dotieratome der ersten Art über Diffusion oder Implantation lokal dort in die erste Halbleiterschicht eingebracht werden, wo die ersten Anschlussbereiche entstehen sollen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt A) zunächst eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt, die die Rekombinationsschicht und eine dritte Halbleiterschicht auf der ersten Seite der Rekombinationsschicht umfasst. Die erste Halbleiterschicht ist bevorzugt zwischen der
Rekombinationsschicht und der dritten Halbleiterschicht angeordnet. Die dritte Halbleiterschicht kann unmittelbar auf der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dritte
Halbleiterschicht eine Dotierung zweiter Art auf. Die
Dotierung der dritten Halbleiterschicht kann beispielsweise schon während des Wachstumsprozesses eingestellt werden. Zum Beispiel beträgt die Dotierkonzentration in der dritten
Halbleiterschicht zumindest I-IO^ cm-^. Insbesondere
entspricht die Dotierkonzentration der dritten
Halbleiterschicht im Schritt A) bereits der für den zweiten Anschlussbereich vorgesehenen Dotierkonzentration. Bevorzugt ist die Dotierkonzentration in der dritten Halbleiterschicht im Schritt A) größer, beispielsweise um einen Faktor von zumindest 10 oder zumindest 50 oder zumindest 100, als die Dotierkonzentration in der ersten Halbleiterschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird im Schritt B) die dritte Halbleiterschicht strukturiert, derart dass in
Bereichen, wo die ersten Anschlussbereiche entstehen sollen, die dritte Halbleiterschicht entfernt wird und zumindest ein zweiter Anschlussbereich aus der dritten Halbleiterschicht übrig bleibt. Die Strukturierung der dritten
Halbleiterschicht kann beispielsweise mittels eines
Lithographieprozesses erfolgen.
Alternativ können die ersten Anschlussbereiche und der oder die zweiten Anschlussbereiche aber auch durch selektives Flächenwachstum erzeugt werden. In diesem Fall wird die
Position und Größe der ersten und zweiten Anschlussbereiche, bevorzug auch ihre Dotierung, bereits während des Wachstums vorgegeben . Nachfolgend werden ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip, ein hier beschriebenes optoelektronisches Bauelement sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1A bis 8 verschiedene Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterchips in verschiedenen
Ansichten,
Figur 9 ein Ausführungsbeispiel des optoelektronischen
Bauelements ,
Figuren 10A bis 10E verschiedene Positionen in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips .
In der Figur 1A ist ein erstes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in einer seitlichen Querschnittsansicht dargestellt. Der Halbleiterchip 100 umfasst eine Rekombinationsschicht 1 mit einem 2- dimensionalen Quantentopf la. Die Rekombinationsschicht 1 basiert auf einem Halbleitermaterial, vorliegend
beispielsweise GaAs . Beidseitig des Quantentopfs la sind Barriereschichten angeordnet. Die Rekombinationsschicht 1 ist vorliegend einfach zusammenhängend, das heißt ohne Unterbrechungen oder Löcher, ausgebildet.
Auf einer ersten Seite 11 der Rekombinationsschicht 1 ist eine erste Halbleiterschicht 2 angeordnet. Die erste
Halbleiterschicht 2 grenzt vorliegend direkt an die
Rekombinationsschicht 1. Auch die erste Halbleiterschicht 2 ist einfach zusammenhängend ausgebildet. Die erste
Halbleiterschicht 2 basiert beispielsweise ebenfalls auf GaAs . Die erste Halbleiterschicht 2 weist eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten ersten Anschlussbereichen 21 auf, in denen die erste Halbleiterschicht 2 mit einer Dotierung erster Art versehen ist. Bei der Dotierung erster Art handelt es sich vorliegend zum Beispiel um eine p-Dotierung. Die Dotieratome können Zn-Atome sein. Die Dotierkonzentration innerhalb der ersten Anschlussbereiche 21 beträgt
beispielsweise zumindest I-IO^ cm-^.
Im Bereich zwischen je zwei ersten Anschlussbereichen 21 ist die erste Halbleiterschicht 2 nominell undotiert oder weist eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art auf, vorliegend also eine n-Dotierung. Die
Dotierkonzentration in den Bereichen zwischen den ersten
Anschlussbereichen 21 beträgt beispielsweise höchstens I-IO^ cm-3.
Auf der der Rekombinationsschicht 1 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 2 sind erste Kontaktelemente 31 und ein zweites Kontaktelement 32 angeordnet. Die Kontaktelemente 31, 32 sind beispielsweise aus Metall gebildet. Die ersten Kontaktelemente 31 sind einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar beziehungsweise bestrombar. Die ersten Kontaktelemente 31 sind unmittelbar auf den Anschlussbereichen 21 angeordnet und überlappen in einer Draufsicht betrachtet mit den ersten Anschlussbereichen 21.
Das zweite Kontaktelement 32 ist im Bereich zwischen den ersten Kontaktelementen 31 angeordnet. In Draufsicht
betrachtet überlappt das zweite Kontaktelement 32 nicht mit den ersten Anschlussbereichen 21. Zwischen dem zweiten
Kontaktelement 32 und der ersten Halbleiterschicht 2 ist ein halbleitender, zweiter Anschlussbereich 22 angeordnet. Der zweite Anschlussbereich 22 basiert zum Beispiel ebenfalls auf GaAs . Der zweite Anschlussbereich 22 ist mit einer Dotierung der zweiten Art, vorliegend einer n-Dotierung, versehen. Die Dotierkonzentration in dem zweiten Anschlussbereich 22 beträgt beispielsweise zumindest I-IO^ cm-^. Das zweite Kontaktelement 32 grenzt unmittelbar an den zweiten
Anschlussbereich 22.
In der Figur 1B ist der Halbleiterchip 100 der Figur 1A in einer Draufsicht auf die Kontaktseite mit den
Kontaktelementen 31, 32 gezeigt. Die Figur 1A ist eine
Querschnittsansicht entlang der Schnittlinie AA' der Figur 1B. Die ersten Kontaktelemente 31 sind voneinander
beabstandete und nicht zusammenhängende Elemente. Das zweite Kontaktelement 32 ist zusammenhängend ausgebildet und bildet ein Netz aus rechteckigen Maschen. Innerhalb der Maschen sind die ersten Kontaktelemente 31 beabstandet zu dem zweiten Kontaktelement 32 angeordnet.
In den Figuren 1A und 1B ist außerdem zu erkennen, dass der optoelektronische Halbleiterchip 100 ein pixelierter
Halbleiterchip mit einer Mehrzahl von Pixeln 10 ist. Die Pixel 10 sind einzeln und unabhängig voneinander ansteuerbar. Dabei ist jedem Pixel 10 ein erstes Kontaktelement 31 eineindeutig zugeordnet. Das zweite Kontaktelement 32 bildet einen gemeinsamen Gegenkontakt für alle ersten
Kontaktelemente 31. Konturen der Pixel 10 sind in der Figur 1B als gestrichelte Rechtecke angedeutet.
In der Figur 1A ist gezeigt, wie das Pixel 10 am linken Rand des Halbleiterchips 100 angesteuert wird. Über das dem Pixel 10 zugeordnete erste Kontaktelement 31 werden erste
Ladungsträger, vorliegend in Form von Löchern, dem
Halbleiterchip 100 zugeführt. Über das zweite Kontaktelement 32 werden dem Halbleiterchip 100 zweite Ladungsträger in Form von Elektronen zugeführt. Die Ladungsträger werden aus den Kontaktelementen 31, 32 in die darunterliegenden, dotierten Anschlussbereiche 21, 22 injiziert und diffundieren von dort aus jeweils über die erste Seite 11 in die
Rekombinationsschicht 1. In der Rekombinationsschicht 1 rekombinieren die Ladungsträger im Bereich des Quantentopfs la und überwiegend unterhalb des ersten Kontaktelements 31. Dieser Rekombinationsbereich ist in der Figur 1A durch die gestrichelte Ellipse und in der Figur 1B durch den
gestrichelten Kreis dargestellt.
Der Rekombinationsbereich ist überwiegend auf den Bereich unterhalb des ersten Kontaktelements 31 beschränkt, da die Mobilität von Löchern üblicherweise geringer als die von Elektronen ist. Damit eine Rekombination der Ladungsträger nicht bereits in der ersten Halbleiterschicht 2 auftritt, kann die erste Halbleiterschicht 2 beispielsweise eine höhere Bandlücke als die Rekombinationsschicht 1 aufweisen.
Im Bereich des Pixels 10 erzeugte Strahlung wird über eine zweite Seite 12 der Rekombinationsschicht 1, die der ersten Seite 11 der Rekombinationsschicht 1 gegenüberliegt, aus der Rekombinationsschicht 1 ausgekoppelt.
In der Figur 2 ist ein zweites Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 wieder in Draufsicht gezeigt. Im Fall der Figur 2 umfasst der Halbleiterchip 100 eine Mehrzahl von zweiten Kontaktelementen 32. Dabei ist jedem zweiten Kontaktelement 32 ein erstes Kontaktelement 31 zugeordnet. Sowohl die ersten Kontaktelemente 31 als auch die zweiten Kontaktelemente 32 sind einzeln und unabhängig elektrisch voneinander kontaktierbar oder bestrombar. Je zwei einander zugeordnete Kontaktelemente 31, 32 liegen
unmittelbar nebeneinander und sind jeweils einem Pixel 10 zugeordnet. Bei Ansteuerung eines Pixels 10 durch Bestromung des zugeordneten ersten Kontaktelements 31 und des
zugeordneten zweiten Kontaktelements 32 rekombinieren die Ladungsträger innerhalb der Rekombinationsschicht 1 im
Bereich zwischen dem ersten Kontaktelement 31 und dem zweiten Kontaktelement 32. Der Rekombinationsbereich ist in der Figur 2 durch die gestrichelte Ellipse dargestellt.
In allen nun folgenden Ausführungsbeispielen kann entweder ein einziges zweites Kontaktelement 32 wie in der Figur 1 oder eine Mehrzahl von zweiten Kontaktelement 32 wie in der Figur 2 verwendet sein.
In der Figur 3 ist ein drittes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 wieder in
Querschnittsansicht gezeigt. Im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen ist die Rekombinationsschicht 1 entlang einer lateralen Richtung, parallel zur Haupterstreckungsebene der Rekombinationsschicht 1, nun strukturiert oder im Aufbau variiert. Insbesondere ist die Rekombinationsschicht 1 in Bereichen 13 zwischen je zwei benachbarten ersten Kontaktelementen 31 beziehungsweise zwischen je zwei
benachbarten Pixeln 10 so verändert, dass in diesen Bereichen 13 eine Rekombination von Ladungsträgern gegenüber allen anderen Bereichen der Rekombinationsschicht 1 unterdrückt ist. Beispielsweise umfassen die Bereiche 13 Gräben, die in die Rekombinationsschicht 1 eingeätzt sind.
Bevorzugt sind die Bereiche 13 der verringerten
Rekombinationswahrscheinlichkeit aber dadurch realisiert, dass die Rekombinationsschicht 1 in diesen Bereichen 13 im Aufbau oder in der Zusammensetzung verändert ist.
Beispielsweise ist der Quantentopf la in den Bereichen 13 unterbrochen. Dies kann beispielsweise mittels Implantation von Ionen oder durch Diffusion von Atomen realisiert sein.
In der Figur 4 ist ein viertes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Auf der der ersten Seite 11 der Rekombinationsschicht 1
gegenüberliegenden zweiten Seite 12 der Rekombinationsschicht 1 sind im Bereich zwischen je zwei benachbarten ersten
Kontaktelementen 31 beziehungsweise zwischen je zwei
benachbarten Pixeln 10 Trennwände 40 vorgesehen. Die
Trennwände 40 sind beispielsweise reflektierend für die in der Rekombinationsschicht 1 erzeugte Strahlung. Durch die Trennwände 40 kann ein Kontrastverhältnis zwischen
benachbarten Pixeln 10 weiter verbessert werden.
Die Trennwände 40 sind bevorzugt aus einem opaken Material, insbesondere aus einem reflektierenden und nicht oder nicht signifikant absorbierenden Material, zum Beispiel aus einem Metall wie Silber, Aluminium oder Chrom. Alternativ können für die Trennwände 40 absorbierende Materialien, wie ein Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium oder GaN, verwendet werden. Beispielsweise kann ein strukturiertes
Halbleitermaterial herangezogen werden, bei dem außerdem eine Neigung von Seitenflächen der Trennwände 40 einstellbar ist. Die Trennwände 40 können sich beispielsweise in Richtung weg von der zweiten Seite 12 verschmälern . Die Trennwände 40 können auf die Rekombinationsschicht 1 aufgesetzt sein oder einstückig mit der Rekombinationsschicht 1 sein.
Ferner ist in der Figur 4 zu erkennen, dass die ersten
Anschlussbereiche 21 nicht mehr Teil einer einfach
zusammenhängenden ersten Halbleiterschicht 2 sind. Vielmehr handelt es sich bei den ersten Anschlussbereichen 21 um voneinander getrennte und beabstandete Elemente.
Beispielsweise wurde dazu die in den vorhergehenden Figuren gezeigte erste Halbleiterschicht 2 strukturiert. Zwischen dem zweiten Anschlussbereich 22 und dem zweiten Kontaktelement 32 ist dann noch ein Rest der zweiten Halbleiterschicht 2 angeordnet, die eine geringere Dotierkonzentration aufweist als der zweite Anschlussbereich 22.
Durch die Ausgestaltung der ersten Anschlussbereiche 21 als voneinander beabstandete und getrennte Elemente kann eine Rekombination von Ladungsträgern außerhalb der
Rekombinationsschicht 1 unterdrückt werden.
In dem fünften Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 der Figur 5 hingegen ist die erste
Halbleiterschicht 2 wieder zusammenhängend ausgebildet. Hier ist eine Rekombination von Ladungsträgern in der ersten
Halbleiterschicht 2 dadurch unterdrückt, dass die
Leitfähigkeit der ersten Halbleiterschicht 2 im Bereich zwischen den ersten Kontaktelementen 31 und dem zweiten
Kontaktelement 32 reduziert ist. Beispielsweise ist in diesen Bereichen die erste Halbleiterschicht 2 lokal nominell undotiert oder mit einer sehr geringen Dotierkonzentration versehen. Die Leitfähigkeit für Elektronen und Löcher ist in diesen Bereichen beispielsweise geringer als im Bereich unterhalb der ersten Kontaktelemente 31 und des zweiten
Kontaktelements 32.
In der Figur 6 ist ein sechstes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Wiederum sind auf der zweiten Seite 12 der Rekombinationsschicht 1
Trennwände 40 zwischen benachbarten Pixeln 10 vorgesehen. Vorliegend sind die Trennwände 40 aus einer zweiten
Halbleiterschicht 4 gebildet. Die zweite Halbleiterschicht 4 ist im Bereich der ersten Kontaktelemente 31 zum Teil entfernt, so dass Ausnehmungen sich von einer der
Rekombinationsschicht 1 abgewandten Seite der zweiten
Halbleiterschicht 4 in Richtung der Rekombinationsschicht 1 erstrecken. Die Ausnehmungen sind von den Trennwänden 40 lateral umgeben.
In der Figur 7 ist ein siebtes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Vorliegend ist anders als in den bisherigen Ausführungsbeispielen anstatt eines 2-dimensionalen Quantentopfs la eine Mehrzahl von 0-dimensionalen Quantenpunkten la verwendet. Die Dichte der Quantenpunkte la kann beispielsweise entlang der
lateralen Richtung variieren. In Bereichen höherer Dichte wird dann mehr Strahlung erzeugt als im Bereich niedriger Dichte. So kann die Position der strahlungsemittierenden Bereiche der Rekombinationsschicht 1 weiter eingestellt werden . In der Figur 8 ist ein achtes Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Hier grenzt auch der zweite Anschlussbereich 22 unmittelbar an die
Rekombinationsschicht 1. Beispielsweise sind die ersten
Anschlussbereiche 21 und der zweite Anschlussbereich 22 durch selektives Flächenwachstum gewachsen.
In der Figur 9 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Bauelements 1000 gezeigt. Das
optoelektronische Bauelement 1000 umfasst einen
optoelektronischen Halbleiterchip 100, vorliegend den
optoelektronischen Halbleiterchip 100 der Figur 1. Es könnte aber auch jeder andere Halbleiterchip 100 der Figuren 2 bis 8 verwendet sein. Der Halbleiterchip 100 ist auf einem Träger 200 montiert und elektrisch angeschlossen. Bei dem Träger 200 handelt es sich beispielsweise um einen Siliziumträger mit integrierten Schaltern 201. Der Träger 200 umfasst
Anschlussstellen, die elektrisch leitend mit den
Kontaktelementen 31, 32 verbunden sind. Dabei ist jedem ersten Kontaktelement 31 ein Schalter 201 des Trägers 200 eineindeutig zugeordnet. Bei den Schaltern 201 handelt es sich zum Beispiel um Dünnfilmtransistoren. Mittels der
Schalter 201 können die ersten Kontaktelemente 31 einzeln und unabhängig voneinander bestromt werden.
In der Figur 10A ist eine erste Position in einem
Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gezeigt. In dieser
Position ist eine Halbleiterschichtenfolge umfassend eine Rekombinationsschicht 1 mit einem Quantentopf la, eine erste Halbleiterschicht 2 und eine dritte Halbleiterschicht 5 bereitgestellt. Die Schichten sind auf einem Aufwachsubstrat 7 in dieser Reihenfolge und unmittelbar aufeinander aufgewachsen . Das Aufwachsubstrat 7 ist beispielsweise ein GaAs-Substrat . Die Rekombinationsschicht 1 und die
Halbleiterschichten 2, 5 basieren zum Beispiel auf GaAs .
Zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1, 2, 5 und dem
Aufwachssubstrat 7 ist eine Ätzstoppschicht 6, umfassend beispielsweise eine AlGaAs-Schicht und eine InGaAlP-Schicht, angeordnet .
Die erste Halbleiterschicht 1 ist nominell undotiert oder weist eine Dotierung zweiter Art, beispielsweise eine n- Dotierung, auf. Bevorzugt ist die Dotierkonzentration mit den
Dotieratomen zweiter Art dabei höchstens I-IO^ cm-^.
Die dritte Halbleiterschicht 5 weist ebenfalls eine Dotierung zweiter Art, also eine n-Dotierung, auf. Bevorzugt ist die Dotierkonzentration in der dritten Halbleiterschicht 5 aber zumindest zehnmal so hoch wie in der ersten Halbleiterschicht
2.
In der Figur 10B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, in der die dritte Halbleiterschicht 5 strukturiert ist, so dass die dritte Halbleiterschicht 5 in Bereichen, in denen erste Anschlussbereiche entstehen sollen, entfernt ist. Übrig bleibt ein zweiter Anschlussbereich 22 aus der dritten Halbleiterschicht 5. Die Strukturierung der dritten
Halbleiterschicht 5 erfolgt beispielsweise durch einen
Lithographieprozess .
In der Figur 10C ist eine dritte Position des Verfahrens gezeigt, bei der die erste Halbleiterschicht 2 in Bereichen durch zum Beispiel Implantation oder Diffusion dotiert ist, so dass erste Anschlussbereiche 21 mit einer Dotierung einer ersten Art, vorliegend einer p-Dotierung, entstehen. Dazu wurden beispielsweise Zinkatome in die erste
Halbleiterschicht 2 eingebracht.
In der Figur 10D ist eine vierte Position in dem Verfahren gezeigt, in der auf die ersten Anschlussbereiche 21 erste Kontaktelemente 31 und auf den zweiten Anschlussbereich 22 ein zweites Kontaktelement 32 aufgebracht ist. Die
Kontaktelemente 31, 32 werden dabei bevorzugt unmittelbar auf die zugeordneten Anschlussbereiche 21, 22 aufgebracht.
In der Figur 10E ist eine fünfte Position in dem Verfahren gezeigt, bei der das Aufwachsubstrat 7 entfernt ist,
beispielsweise durch Ätzen. Die Ätzstoppschicht 6 wurde dabei auch zumindest teilweise entfernt und hat ein Eindringen des Ätzmittels in die Rekombinationsschicht 1 verhindert. In der Figur 10E ist zugleich ein Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 102 489.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
1 Rekombinationsschicht
la Quantentopf
2 erste Halbleiterschicht
4 zweite Halbleiterschicht
5 dritte Halbleiterschicht
6 Ätzstoppschicht
7 Aufwachssubstrat
10 Pixel
11 erste Seite der Rekombinationsschicht
12 zweite Seite der Rekombinationsschicht
13 Bereiche
21 erster Anschlussbereich
22 zweiter Anschlussbereich
31 erstes Kontaktelement
32 zweites Kontaktelement
40 Trennwand
100 optoelektronischer Halbleiterchip
200 Träger
201 Schalter
1000 optoelektronisches Bauelement

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) umfassend
- eine halbleitende Rekombinationsschicht (1) zur Erzeugung von Strahlung durch Ladungsträgerrekombination,
- eine Mehrzahl von ersten Kontaktelementen (31) auf einer ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1),
- zumindest ein zweites Kontaktelement (32) auf der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1),
- eine Mehrzahl halbleitender erster Anschlussbereiche (21),
- zumindest ein halbleitender zweiter Anschlussbereich (22), wobei
- die ersten Anschlussbereiche (21) jeweils zwischen einem ersten Kontaktelement (31) und der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1) angeordnet sind,
- der zweite Anschlussbereich (22) zwischen dem zweiten
Kontaktelement (32) und der ersten Seite (11) der
Rekombinationsschicht (1) angeordnet ist,
- die ersten Anschlussbereiche (21) eine Dotierung erster Art aufweisen und der zweite Anschlussbereich (22) eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art aufweist,
- die ersten Kontaktelemente (31) einzeln und unabhängig
voneinander elektrisch kontaktierbar sind.
2. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) ein
pixelierter Halbleiterchip mit einer Vielzahl von einzeln und unabhängig ansteuerbaren Pixeln (10) ist, wobei jedem Pixel (10) ein erstes Kontaktelement (31) eindeutig zugeordnet ist.
3. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- die ersten Anschlussbereiche (21) Abschnitte einer zusammenhängenden, ersten Halbleiterschicht (2) sind,
- die erste Halbleiterschicht (2) in Bereichen zwischen je zwei ersten Anschlussbereichen (21) undotiert ist oder eine Dotierung zweiter Art aufweist.
4. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 3, wobei eine Bandlücke in der ersten Halbleiterschicht (2) größer ist als in der Rekombinationsschicht (1) .
5. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach Anspruch 1, wobei die ersten Anschlussbereiche (21) voneinander
beabstandete und voneinander getrennte, separate Elemente sind .
6. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei das zweite Kontaktelement (32) zusammenhängend
ausgebildet ist und von einer Mehrzahl von Löchern
durchdrungen ist, wobei in einer Draufsicht betrachtet die ersten Kontaktelemente (31) jeweils in einem solchen Loch angeordnet sind.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei
der Halbleiterchip (100) eine Vielzahl von zweiten
Kontaktelementen (32) aufweist,
die ersten (31) und zweiten Kontaktelemente (32) in einer lateralen Richtung alternierend nebeneinander angeordnet sind .
8. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Rekombinationsschicht (1) eine Mehrzahl von 0- dimensionalen Quantentöpfen aufweist.
9. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Rekombinationsschicht (1) entlang einer lateralen Richtung eine Strukturierung und/oder eine Variation im
Aufbau aufweist.
10. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei auf einer der ersten Seite (11) gegenüberliegenden zweiten Seite (12) der Rekombinationsschicht (1) im Bereich zwischen je zwei ersten Kontaktelementen (31) Trennwände (40) angeordnet sind.
11. Optoelektronischer Halbleiterchip (100) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
wobei auf der zweiten Seite (12) eine zweite
Halbleiterschicht (4) angeordnet ist, wobei
die Trennwände (40) aus der zweiten Halbleiterschicht (4) gebildet sind,
jedem ersten Kontaktelement (31) eine Ausnehmung in der zweiten Halbleiterschicht (4) zugeordnet ist,
die Ausnehmungen in lateraler Richtung jeweils von den Trennwänden (40) umgeben sind.
12. Optoelektronisches Bauelement (1000), umfassend
einen optoelektronischen Halbleiterchip (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, einen Träger (200), auf dem der optoelektronische
Halbleiterchip (100) montiert und befestigt ist, wobei der optoelektronische Halbleiterchip (100) über den Träger (200) elektrisch kontaktiert ist.
13. Optoelektronisches Bauelement (1000) nach Anspruch 11, wobei
der Träger (200) eine Vielzahl von Schaltern (201)
umfasst,
jedem ersten Kontaktelement (31) ein Schalter (201) zugeordnet ist und das zugeordnete erste Kontaktelement (21) über den Schalter (201) ansteuerbar ist.
14. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips (100) umfassend die Schritte:
A) Bereitstellen einer halbleitenden Rekombinationsschicht
(l) ;
B) Ausbilden einer Mehrzahl von halbleitenden ersten
Anschlussbereichen (21) und zumindest eines halbleitenden zweiten Anschlussbereichs (22) auf einer ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1), wobei
- die ersten Anschlussbereiche (21) eine Dotierung erster Art aufweisen und der zweite Anschlussbereich (22) eine zur Dotierung erster Art komplementäre Dotierung zweiter Art aufweist;
C) Aufbringen einer Mehrzahl von ersten Kontaktelementen (31) und zumindest eines zweiten Kontaktelements (32) auf der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1), derart dass die ersten Anschlussbereiche (21) jeweils zwischen einem ersten Kontaktelement (31) und der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1) angeordnet sind und der zweite Anschlussbereich (22) zwischen dem zweiten Kontaktelement (32) und der ersten Seite (11) der
Rekombinationsschicht (1) angeordnet ist, wobei
die ersten Kontaktelemente (31) einzeln und unabhängig voneinander elektrisch kontaktierbar sind.
15. Verfahren nach Anspruch 14, wobei
im Schritt A) zunächst eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt wird, die die Rekombinationsschicht (1) und eine erste Halbleiterschicht (2) auf der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1) umfasst,
die erste Halbleiterschicht (2) undotiert ist oder eine Dotierung zweiter Art aufweist,
im Schritt B) die erste Halbleiterschicht (2) lokal dotiert wird, sodass aus der ersten Halbleiterschicht (2) die ersten Anschlussbereiche (21) mit einer Dotierung erster Art entstehen.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, wobei
im Schritt A) zunächst eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt wird, die die Rekombinationsschicht (1) und eine dritte Halbleiterschicht (5) auf der ersten Seite (11) der Rekombinationsschicht (1) umfasst,
die dritte Halbleiterschicht (5) eine Dotierung zweiter Art aufweist,
im Schritt B) die dritte Halbleiterschicht (5)
strukturiert wird, derart dass im Bereich, wo die ersten Anschlussbereiche (21) entstehen sollen, die dritte
Halbleiterschicht (5) entfernt wird und zumindest ein zweiter Anschlussbereich (22) aus der dritten
Halbleiterschicht (5) übrig bleibt.
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