WO2020229607A1 - Bauelement mit vergrabenen dotierten bereichen und verfahren zur herstellung eines bauelements - Google Patents

Bauelement mit vergrabenen dotierten bereichen und verfahren zur herstellung eines bauelements Download PDF

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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • One object is to provide a component with improved
  • Another object is to provide a component with increased efficiency by means of a
  • the carrier can be a growth substrate on which the main body or a
  • Semiconductor body of the main body is epitaxially grown.
  • Main body on a compound semiconductor material for example on a III-V or I I-VI compound semiconductor material.
  • the carrier can be a sapphire substrate or a semiconductor substrate. Notwithstanding this, it is possible for the carrier to be different from a growth substrate.
  • the carrier is set up to make electrical contact with the main body.
  • the carrier can have metallic layers or metallic conductor tracks that are electrically conductively connected to the main body.
  • the carrier can be a printed circuit board.
  • the main body has a first semiconductor layer of a first charge carrier type and a second semiconductor layer of a second different from the first charge carrier type
  • Load carrier type For example are the first
  • Semiconductor layer and the second semiconductor layer made n-conductive or p-conductive, or vice versa.
  • the main body has an optically active zone which is arranged between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer.
  • the optically active zone is a pn junction zone or a zone with a multiple quantum well structure.
  • the optically active zone is set up in particular to emit or detect electromagnetic radiation in the visible, ultraviolet or infrared spectral range.
  • the component has in particular a diode structure.
  • a light-emitting diode such as a so-called micro-LED.
  • the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can each have a plurality of partial layers which are arranged one above the other along a vertical direction.
  • the partial layers of the first semiconductor layer and / or the partial layers of the second semiconductor layer or all of the semiconductor layers are based
  • the compound semiconductor material itself can be selected from a group of binary, ternary or quaternary
  • the first are based
  • the partial layers of the first and / or second semiconductor layers can be formed from intrinsic or n-doped or p-doped GaN, GaAlN, InGaAlN layers.
  • a vertical direction is generally understood to mean a direction which is directed perpendicular to a main extension surface of the carrier or of the main body.
  • a lateral direction is understood to mean a direction which in particular runs parallel to the main extension surface of the carrier or the main body.
  • the direction and the lateral direction are transverse, approximately orthogonal to one another.
  • the first semiconductor layer has a plurality of local
  • the locally doped regions are, in particular, individual regions of the first semiconductor layer that are oriented in lateral directions
  • Example are not doped or a different doping concentration compared to the local doped regions
  • Semiconductor layer in particular a closed region of the semiconductor layer with the same doping concentration.
  • the first semiconductor layer has a main layer.
  • the main layer is, in particular, formed contiguously and is approximately directly adjacent to the local areas, for example all local areas of the first semiconductor layer.
  • the main layer is arranged at least in regions in the vertical direction between the optically active zone and the local regions of the first semiconductor layer.
  • Main layer can be through a single layer, one
  • Layer sequence or be formed by a plurality of partial layers.
  • the local areas are at least partially or completely buried in the main layer. In the lateral directions, the local areas can be enclosed, in particular completely, by the main layer
  • the local areas can be completely covered by the main layer.
  • the local areas have side surfaces and surfaces facing the active zone, which are partially or completely covered by the main layer.
  • the local areas are mechanically connected to one another by the material of the main layer. It is
  • the local areas and the main layer can be flush along a vertical direction. However, are the local areas in the main layer completely buried or
  • the local areas have no locations that are not covered by the main layer.
  • the local areas differ from the main layer at least in that the local areas and the main layer are doped differently, that is
  • the local regions and the main layer can be based on the same compound semiconductor material, for example on GaN, GaP or GaAs.
  • the different dopings and / or doping concentrations the dopings and / or doping concentrations, the
  • Semiconductor layer have different electrical and optical properties. Through targeted configurations of the local areas of the first semiconductor layer, the Current distribution, the coupling of light and / or the coupling of light from the component can be improved.
  • Semiconductor layer are set up to be more highly doped compared to their surroundings. These local areas form, in particular, current distribution webs with a reduced electrical resistance within the first
  • electromagnetic radiation can be transmitted through without significant losses.
  • Semiconductor layer in addition to the main layer either has local highly doped regions or local lightly doped regions.
  • the main layer can be a system of current distribution bars,
  • the main layer can serve as an optically favored window of the first semiconductor layer, the local doped areas being the
  • the main layer can be doped or implemented intrinsically.
  • the component has a carrier and a main body arranged on the carrier.
  • the main body has a first
  • Semiconductor layer has a contiguous main layer and local regions, the local regions being buried at least in places in the main layer and from the
  • Main layer are laterally enclosed.
  • the local regions are preferably designed to be doped and are thus designed to set local electrical and local optical properties of the first semiconductor layer. In particular, show the local areas compared to the first
  • Semiconductor layer has a smaller vertical layer thickness.
  • the local areas are thus at least partially
  • the local areas are individual lateral to one another
  • Main layer is in the vertical direction at least
  • the local areas can be the same
  • the local areas can have the same or different doping concentrations.
  • the local areas, especially all local areas, can a higher or a lower doping concentration
  • Areas have a lower doping concentration than the main layer.
  • the local areas and the main layer are based on the same semiconductor material.
  • the main layer is based on the same semiconductor material.
  • Main layer has a greater maximum vertical layer thickness than the local areas.
  • the local areas have a maximum vertical layer thickness that is smaller than the maximum vertical layer thickness of the main layer.
  • the local areas are spatially spaced from one another in lateral directions by intermediate areas, the intermediate areas by
  • Main layer the local areas in particular completely.
  • the local areas thus have, in particular, a smaller maximum and, in particular, also a smaller mean vertical layer thickness than the main layer.
  • the main layer of the first semiconductor layer has a first doping concentration.
  • the local regions preferably have a doping concentration which is at least 5%, 10%, 50%, 100% or 1000% from the first
  • Doping concentration of the main layer differs.
  • a doping concentration of a layer or a region is understood to mean the mean doping concentration of this layer or this region. If the main layer is lightly doped or if the main layer only has traces of dopants, a ratio of the doping concentration of the local areas to the doping concentration of the main layer can be at least 10, 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 or at least 10 6 . Is the
  • the main layer is highly doped and the local areas are lightly doped, a ratio of the doping concentration of the main layer to the doping concentration of the local
  • the first semiconductor layer is designed to be n-conductive.
  • Main layer can have a maximum doping concentration or an actual doping concentration between 4.10 18 cm 3 and 4.10 19 cm 3 inclusive.
  • the n-doped local regions are preferably implemented in some areas as current distribution webs which have a lower electrical resistance than the main layer. This can be achieved in that a doping concentration of the current distribution webs is at least 5%, 10%, 50%, 100% or at least 1000% greater than that
  • Doping concentration of the main layer can have the same dopants.
  • the local n-doped areas are designed as optically favored windows in some areas, which are used for operation of the
  • Component from the optically active zone emitted radiation have a greater transmittance than that
  • Main layer This can be achieved in that the optically favored windows have a doping concentration that is at least 5%, 10%, 50%, 100% or at least 1000% less than the doping concentration of the main layer.
  • the local areas can have different doping concentrations.
  • some of the local areas can be designed as power distribution bars.
  • Other local areas can be designed as optically favored windows of the first semiconductor layer.
  • the doping concentration of the main layer in particular the mean doping concentration or the actual one
  • Doping concentration of the main layer between 1.10 17 cm 3 and 4.10 19 cm 3 inclusive or between 4.10 18 cm 3 and 4.10 19 cm -3 inclusive. Notwithstanding this, it is possible that the main layer has a lower doping concentration or
  • the first semiconductor layer is made p-conductive.
  • the main layer can have a maximum doping concentration or an actual doping concentration between 1.10 17 cm 3 and 3.10 18 cm 3 inclusive.
  • the p-doped local areas are preferably implemented in some areas as current distribution webs which have a lower electrical resistance than the main layer. This can be achieved by a doping concentration of the
  • Power distribution bars at least 5%, 10%, 50%, 100% or at least 1000% larger than that Doping concentration of the main layer.
  • the main layer and the local regions can have the same dopants.
  • the p-doped local regions are implemented in regions as optically favored windows which have a greater degree of transmittance than the radiation emitted by the optically active zone during operation of the component
  • Main layer This can be achieved in that the optically favored windows have a doping concentration which is at least 5%, 10%, 50%, 100% or at least 1000% less than the doping concentration of the main layer.
  • the second semiconductor layer has a contiguous one
  • Regions are buried at least in places in the main layer of the second semiconductor layer and are laterally enclosed by the main layer of the second semiconductor layer.
  • the local regions are preferably designed to be doped and are thus designed to set local electrical and local optical properties of the second semiconductor layer.
  • the local regions have a smaller vertical dimension compared to the second semiconductor layer
  • the second semiconductor layer Analogously to the first semiconductor layer, it is possible for the second semiconductor layer likewise to have local regions with different doping concentrations, the local regions of the second semiconductor layer as
  • the second semiconductor layer can be analogous to the first with regard to the main layer and the local doped regions
  • the local one especially with regard to the main layer, the local one
  • Doping concentrations in the main layer and in the local areas can therefore be used for the second semiconductor layer.
  • the local areas of the first and / or the second semiconductor layer are implemented in some areas as current distribution webs and in some areas as optically enhanced windows, the current distribution webs having a higher one
  • the current distribution bars have a doping concentration which differs by at least 5%, 10%, 50%, 100% or 1000% from the doping concentration of the optically favored windows. It is possible that some of the local areas identified as
  • Windows are designed to be lightly doped, so that a ratio of the doping concentration of the highly doped
  • Regions to the doping concentration of the lightly doped regions also at least 10, 10 2 , 10 3 , 10 4 , 10 5 or
  • the component includes 10 and 10 16 . According to at least one embodiment of the component, it has a plurality of laterally spaced apart
  • the vias for making electrical contact with the first semiconductor layer extending through the second semiconductor layer and the active zone into the first semiconductor layer.
  • the vias for making electrical contact with the first semiconductor layer extending through the second semiconductor layer and the active zone into the first semiconductor layer.
  • the vias and the local ones are considered to be optical
  • the buried regions are formed epitaxially
  • the semiconductor layer or the second semiconductor layer can be formed from the same material. However, it is possible that different local buried areas different doping concentrations and / or
  • the component it has a contact point for the external electrical
  • the local areas are designed as power distribution bars.
  • the power distribution webs preferably have with respect to their
  • the first or the second has doping concentrations
  • the optically active zone has an inner vertical step
  • Main body on. In particular, show the first
  • Semiconductor layer and the second semiconductor layer at the step of the active zone each have a corresponding one
  • the active zone can have at least two subregions which, although mechanically connected to one another, are arranged vertically offset from one another.
  • the vertical displacement within the active zone can lead to a so-called Purcell effect, in which the probability of spontaneous emission and thus the
  • the vertical jump can be an abrupt or gradual change in the layered structure of the
  • the vertical jump or the vertical step can have a transition area, for example in the form of a horizontal continuous flattening. It is possible that the vertical jump or the vertical step of the active zone
  • the vertical jump or the vertical step in the further semiconductor layers is designed to be flatter.
  • the edges of the step can be designed to be flattened or rounded.
  • the step or the vertical jump not only in the area of the active zone but also in further areas
  • Layers of the semiconductor body is formed.
  • the step or the vertical jump can also be found in the structure of the quantum well structure.
  • this has coupling-out structures to increase the
  • the outer coupling-out structures can be formed by structuring an outer semiconductor layer.
  • Outcoupling structures can be achieved by using a
  • the structured growth substrate has, in particular, an exposed growth area onto which the semiconductor material for forming the main body can be applied directly.
  • a growth substrate can be a structured sapphire substrate.
  • a light source it has a component, in particular a component described here, the optically active zone during operation of the component for generating electromagnetic radiation in the visible, infrared or ultraviolet spectral range
  • the light source can be in the
  • the component can be a high-current operating LED. It is also possible for the component to be a low-current LED, in particular a sapphire LED, for example in the form of a flip chip. In addition, the component can be a solid-state component, for example a solid-state LED or a solid-state laser.
  • a plurality of laterally spaced apart and doped regions are made from one
  • Semiconductor material formed on a growth substrate Semiconductor material formed on a growth substrate.
  • the main body of the component to be produced has a first semiconductor layer of a first charge carrier type, a second semiconductor layer of a second charge carrier type and an optically active zone therebetween. After the doped regions have been formed on the growth substrate, they are coated with semiconductor materials for shaping the
  • the first semiconductor layer also has a contiguous main layer, the doped regions at least in places in the Main layer are buried and laterally enclosed by the main layer.
  • the doped regions are designed in particular to set local electrical and local optical properties of the first semiconductor layer. In comparison to the first semiconductor layer, the local regions have a smaller vertical layer thickness.
  • the semiconductor layer and the active zone extend through into the first semiconductor layer.
  • Vias are preferably made aligned with the local buried doped regions.
  • the positions of the vias can be predetermined by the positions of the local doped regions. For example, in plan view, the vias have overlaps with the more highly doped regions and no overlaps with the less doped regions of the first and / or the second semiconductor layer.
  • the main body is initially formed as part of a main body composite, the main body in this way from the
  • Main body composite is isolated so that the main body is adapted to the shape of a local doped area or to the shape or the arrangement of a plurality of locally doped areas.
  • the main body and at least one locally doped region of the first or second semiconductor layer can have the same geometry.
  • the main body can be congruent to the local one doped region are formed.
  • Such a congruent geometry of the main body and the local doped region or an adaptation of the main body to the geometry or to the arrangement of the local doped regions can be carried out on
  • doped areas are particularly epitaxial in that
  • the doped areas are:
  • homogeneous, in particular coherent layers are initially grown to form the locally doped regions.
  • a mask structure for example a SiN mask, can then be applied to these layers.
  • a regional diffusion of the mask structure can then be applied to these layers.
  • Dopants are carried out in particular in the epitaxial reactor to increase the local n- or p-doping concentration.
  • the mask structure can be removed before further semiconductor layers, in particular with the active zone, are applied to the locally doped regions.
  • a mask structure can also be used for this, which is removed before the application of further semiconductor layers, in particular with the active zone, to the locally doped areas.
  • Figures 1A, 1B and IC are schematic representations
  • FIGS. 2A, 2B, 2C, 2D and 2E schematic representations of an embodiment of a component
  • FIGS. 3A, 3B, 4A and 4B are schematic representations of a further exemplary embodiment of a component
  • FIGS 5A, 5B and 5C are schematic representations for
  • FIGS. 6A, 6B, 6C, 7A and 7B are schematic representations of some method steps of an exemplary embodiment for producing a component
  • FIGS. 8A and 8B show schematic representations of some curves with regard to the doping concentration or as a function of the various doping concentrations
  • FIGS. 9A, 9B, 9C and 10 are schematic representations of further exemplary embodiments of a component.
  • FIG. 1A a comparative example for a component 10 is shown schematically, which has a carrier 1 and a main body 2 arranged on the carrier 1.
  • the main body 2 can be a semiconductor body 2.
  • the carrier 1 is a growth substrate 1A on which the
  • the carrier 1 is designed to be radiation-permeable.
  • the carrier 1 may be a sapphire substrate 1A or a
  • the component 10 has a front side 11 and one facing away from the front side 11
  • the front side 11 is designed as a radiation exit side or radiation entry side of the component 10. It is possible that that
  • the main body 2 has a first semiconductor layer 21, a second semiconductor layer 22 and an optically active zone 23 arranged between the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 22.
  • Component 10 is the active zone 23 in particular for
  • the first semiconductor layer 21 is preferably designed to be n-conductive.
  • the second semiconductor layer 22 is made p-conductive in this case.
  • the component 10 has a plurality of plated-through holes 20.
  • the via 20 extends in particular along the vertical direction through the second semiconductor layer 22 and the optically active zone 23 into the first semiconductor layer 21.
  • Via 20 is enclosed in lateral directions by an insulation structure 201.
  • Isolation structure 201 prevents a direct
  • the insulation structure 201 extends along the vertical direction analogously to the via 20 through the second semiconductor layer 22 and the optically active zone 23 into the first semiconductor layer 21.
  • the plated-through hole 20 is in direct electrical contact with the first semiconductor layer 21
  • the component 10 can have an electrical contact point on the second semiconductor layer 22, which is not shown in FIG. 1A.
  • the exemplary embodiment of a component 10 shown in FIG. 1B essentially corresponds to the component 10 shown in FIG. 1A.
  • the component 10 has a carrier 1 that is different from a growth substrate.
  • the carrier 1 has a base body IC made of metal, ceramic or plastic.
  • Connection layer 60 and a first contact layer 61 are connected to connection layer 60 and a first contact layer 61.
  • the plated-through holes 20, for example all plated-through holes 20, can be connected to one another in an electrically conductive manner via the first connection layer 60.
  • the first connection layer 60 is external via the contact layer 61 electrically contactable.
  • the first contact layer 61 can be arranged to the side of the connection layer 60 and have the shape of a contact area or a contact pad, or - as shown schematically in FIG. 1B - on the
  • Rear side 12 of component 10 can be arranged.
  • the base body IC of the carrier 1 can be designed to be electrically conductive. Alternatively, it is possible that the
  • connection layer 60 is formed, wherein through contacts through the base body IC for producing an electrical connection between the connection layer 60 and the first
  • the component 10 For making electrical contact with the second semiconductor layer 22, the component 10 has a second connection layer 50, which is arranged in the vertical direction between the second semiconductor layer 22 and the first connection layer 60. According to Figure 1B are the first
  • Connection layer 60 and the second connection layer 50 are arranged on the same side of the main body 2, the vias 20 extending through the second connection layer 50.
  • Connection layer 50 is arranged, is the second
  • Connection layer 50 is electrically insulated from the first connection layer 60 and from the vias 20. It is possible for the second connection layer 50 to directly adjoin the second semiconductor layer 22. For external electrical contacting of the second connection layer 50, the component 10 has a second contact layer 62.
  • the second contact layer 62 can laterally of the Be arranged semiconductor body 2 and in particular have the shape of a contact area or a contact pad.
  • the component 10 according to FIG. 1B is free of a growth substrate 1A.
  • Semiconductor layer 21 is exposed.
  • the exposed surface of the first semiconductor layer 21 forms the front side 11 of the component 10.
  • the optically active zone 23 is set up in particular to generate electromagnetic radiation, the front side 11 serving as a radiation exit surface of the component 10.
  • Front side 11 of component 10 occur.
  • the front side 11 can have an increased luminance in the immediate vicinity of the plated-through hole / s 20. As the lateral distance from the via 20 increases, the luminance gradually decreases. This is due to the fact that the first semiconductor layer 21 generally has a low electrical transverse conductivity and the
  • the first semiconductor layer 21 can be made highly doped. The high doping concentration in the first semiconductor layer 21
  • semiconductor layer 21 leads to an increased Absorption of the electromagnetic radiation generated in the optically active zone 23.
  • the carrier 1 can be a
  • the first semiconductor layer 21 according to FIG. 2A has a main layer 21B and at least one locally doped region 3.
  • the local doped region 3 differs from the main layer 21B, for example, by at least 5%, 10%, 50%, 100% or 1000%.
  • the locally doped region 3 can be a higher or a lower one
  • the locally doped region 3 is at least partially buried in the main layer 21B.
  • the doped region 3 has a vertical layer thickness 3D which is smaller than a vertical layer thickness 21D of FIG
  • Main layer 21B or a vertical layer thickness 21D of the entire first semiconductor layer 21 For example, a ratio of the vertical layer thickness 21D to the vertical layer thickness 3D is between 1 and 10 inclusive
  • the vertical layer thickness 21D can be any vertical layer thickness 21D including 3.
  • a surface facing the active zone 23 and all side surfaces of the doped region 3 can be seen covered by the main layer 21B, in particular completely covered. It is possible for a surface of the doped region 3 facing away from the active zone 23 to be free from being covered by the main layer 21B.
  • the doped region 3 can terminate flush with the main layer 21B.
  • the first semiconductor layer 21 has in particular a plurality of such locally doped regions 3.
  • FIG. 2A shows schematically that the local region 3 is designed as a highly doped or more highly doped region 3H, which in particular has a higher concentration of dopants than the main layer 21B.
  • Top view can the via 20 with her
  • the via 20 can have a connection layer 20A and a main layer 20B, the connection layer 20A in particular directly on the first semiconductor layer
  • the main layer 20B of the via 20 may be an opening of the main body 2 partially or
  • the doped region 3H can be via the via 20 or at least via the
  • Connection layer 20A of via 20 protrude.
  • the component 10 has more, for example
  • Connection layers 5 and 50 or at least one
  • the component 10 has an insulation structure 201 and / or a passivation layer 20P.
  • the insulation structure 201 can be embodied in one layer or in multiple layers.
  • the connection layer 20A of the via 20 can be completely surrounded by the insulation structure 201 in lateral directions.
  • the isolation structure 201 may be a side surface of the
  • Cover main body 2 in particular cover completely.
  • Insulation structure 201 in particular a diffusion barrier, which prevents possible leakage currents over the chip edge during chip processing and during operation of component 10.
  • the local, more highly doped region 3H is designed as a current distribution web.
  • Figure 2B is a
  • a plurality of such power distribution bars are shown schematically.
  • doped regions 3H can be arranged in a star shape around the respective via 20.
  • the current distribution webs can start from a via 20 in plan view and along the lateral one
  • the current distribution web extends along the lateral direction from one via 20 to another via 20.
  • the power distribution bars are arranged such that adjacent vias 20 are connected to one another via the power distribution bars.
  • Power distribution bars form a network, the one uniform current density distribution within the first
  • Semiconductor layer 21 promotes.
  • the network can have a plurality of rows and columns of power distribution bars.
  • the more highly doped regions 3H which are designed in particular as current distribution webs, can cover a proportion of the surface of the first semiconductor layer 21 between approximately 3% and 40% inclusive, between 3% and 30% inclusive, between 3% and 20% inclusive, or cover between 3% and 10% inclusive.
  • the locally doped regions 3 are designed in particular as low-doped or low-doped regions 3N.
  • the local doped regions are 3N
  • the locally doped regions 3N preferably have a lower concentration
  • the lower doped regions 3N in particular have no or hardly any
  • the lower-doped regions 3N can cover a proportion of the surface of the first semiconductor layer 21 between approximately 20% and 90% inclusive
  • the lower-doped regions 3N which are designed in particular as optically favored windows of the component 10, are shown schematically.
  • the lower-doped regions 3N are in lateral
  • the component 10 can be divided into smaller components 10. For example, a partial area is marked in FIG. 3B which can form a single component 10.
  • the individual marked component 10 has an optically enhanced window 3N which is adapted to the geometry of this component 10. In this sense, congruent epitaxial structures or doped regions 3 adapted to the geometry of the component 10 can be produced.
  • FIGS. 2A and 3A corresponds essentially to the exemplary embodiments of a component 10 shown in FIGS. 2A and 3A
  • the component 10 has both lower doped regions 3N and more highly doped regions 3H.
  • the features described in connection with FIGS. 2A and 3A can therefore also be used for the in FIG. 4A
  • the regions 3H have a higher doping concentration than the regions 3N and / or than the main layer 21B.
  • FIG. 4B A possible arrangement of the locally doped regions 3 is shown schematically in FIG. 4B.
  • More highly doped regions 3H embodied in current distribution webs can each be embodied in the form of strips.
  • the lower-doped regions 3N embodied as optically enhanced windows can be embodied as individual regions which are surrounded in lateral directions by the more highly-doped regions 3H.
  • FIG. 5A internal circuits in a component 10 without the locally doped regions 3 and in a component 10 with the locally doped regions 3 are schematic
  • the component 10 has a lateral first contact point 61 on the first semiconductor layer 21 and a second contact point 62 on the second semiconductor layer 22.
  • the component 10 can have vias 20 or be free of vias 20.
  • Component 10 without the locally doped regions 3 can have inhomogeneities in the current density distribution and thus in particular in the luminance distribution, which are shown schematically in FIGS. 5B and 5C in each case on the left side.
  • Luminance distribution can be achieved, for example in Figures 5B and 5C on the right side
  • the doped regions 3, in particular the more highly doped regions 3H can be designed such that they have a gradient with respect to the doping concentration, so that the doping concentration, in particular, with increasing lateral distance from the laterally arranged contact point 61 decreases (Figure 5C).
  • FIG. 5A shows schematically that the second semiconductor layer 22 is completely analogous to the first
  • Semiconductor layer 21 may have locally doped regions 4.
  • the locally doped regions 4 can be embodied as more highly doped regions 4H and / or as lower-doped regions 4N.
  • Semiconductor layer 22 can be completely analogous to the local
  • Regions 3 of the first semiconductor layer 21 can be implemented.
  • the features described in connection with the local regions 3, for example with regard to the position, the configuration, the layer thickness and / or the doping, can therefore analogously also for the local regions 4 of the second
  • Semiconductor layer 22 can be used.
  • FIGS. 6A, 6B and 6C some method steps for producing a device are described in particular here
  • Component 10 shown schematically. The features described in connection with the component 10 can therefore also be used for the method, and vice versa.
  • a growth substrate 1A is provided.
  • Areas 3 are formed on the growth substrate 1A.
  • FIG. 6A shows that the doped regions 3 have more highly doped regions 3H and less doped regions 3N. However, it is possible for the doped regions 3 to be exclusively more highly doped regions 3H or
  • regions on the growth substrate 1A can be structured photolithographically.
  • a mask can be formed which is formed in particular from a photo-structurable material.
  • the structured regions become epitaxial
  • the areas 3 can locally locally
  • Room temperature can be defined, whereby expansion effects with regard to the temperature change can be compensated.
  • the local exposure of the photostructurable mask can also be carried out at room temperature.
  • the doped regions 3 have predetermined optical properties and predetermined ones
  • Doping concentration for example, a refractive index of the doped regions 3 can be set.
  • the regions 3 can be made highly doped.
  • the regions 3 can be designed to be lightly doped.
  • the photolithographic mask can be removed.
  • the growth substrate 1A can be exposed in certain areas.
  • a main layer 21B of the first semiconductor layer 21 can first be applied to the growth substrate 1A in such a way that the main layer 21B completely covers the subregions of FIG. 3 and completely surrounds them in lateral directions.
  • the lateral interspaces between the regions 3, which are shown for example in FIG. 6A, are completely filled by the main layer 21B of the first semiconductor layer 21.
  • the growth substrate 1A On a surface of the growth substrate 1A, the
  • main body 2 is in particular part of a main body assembly 2V, which can be separated into a plurality of main bodies 2 in a later method step.
  • the subsequent method step takes place in particular adjusted to the preceding epitaxial structures, namely to the doped structures buried in the main body assembly 2V Areas 3.
  • the main body assembly 2V can have adjustment marks which, for example, indicate the positions of the doped areas 3 or the main body 2 of the areas to be produced
  • through-contacts 20 can be produced in alignment with the doped regions 3.
  • the plated-through holes 20 can be arranged in such a way that they overlap with the more highly doped regions 3H in plan view,
  • the vias 20 end before the doped regions 3, in particular before the more highly doped regions 3H. In a departure from this, it is possible for the vias 20 to extend along the vertical direction as far as the more highly doped regions 3H or even into the more highly doped regions 3.
  • Electrical connections can be mapped onto the epitaxial structures, in particular onto the doped regions 3.
  • the electrical resistance within the first semiconductor layer 21 can be lowered or increased at spatially preferred locations. This allows electrical
  • the current distribution around the plated-through holes 20 can also be improved, in particular to avoid so-called current crowding effects.
  • absorbing and current injecting regions 3H also allows the realization of a first semiconductor layer 21 with spatially variable refractive index.
  • the locally defined refractive index can be varied. It is also possible that color centers are used to convert the
  • Wavelength can be generated specifically by the arrangement of the doped regions 3. For example be
  • the local embedding of geometric structures can also be adjusted to the doped ones
  • the doping profile or the electrical conductivity in the layer areas can be determined.
  • the spatial arrangement of the optical properties in relation to the chip structure can be demonstrated.
  • the current paths can, in particular, be defined geometrically.
  • an auxiliary carrier can be attached to the main body assembly 2V, so that the main body assembly 2V is arranged in the vertical direction between the growth substrate 1A and the auxiliary carrier.
  • the growth substrate 1A can be removed later.
  • the auxiliary carrier serves in particular as carrier 1 of the
  • the carrier 1 with the main body composite 2V arranged thereon can be made into a plurality of
  • Components 10 are isolated.
  • the separated component 10 can have a main body 2 with the buried therein
  • doped regions 3, 3H and 3N, the doped regions 3, 3H and / or 3N are adapted to the geometry of the main body 2 or to the geometry of the component 2.
  • the doping concentration of a p-doped, in particular Mg-doped GaN layer is schematic in FIG. 8A
  • the doping concentration can vary from the
  • Activation energy or the temperature T be dependent.
  • FIG. 8B two curves K1 and K2 are shown, which show the course of the voltage U as a function of the current I.
  • the curve K1 shows the voltage U and the current intensity I in a GaN: Si layer with a doping concentration of approximately 1.7 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the curve K2 shows the voltage U and the current I in a GaN: Si layer with a
  • Germanium can also be used as a dopant instead of Si.
  • Doping concentration of Si or Ge can be up to 3-4.10 19 cm 3 .
  • a course of the electrical resistance can be derived from the curves K1 and K2.
  • FIGS. 8A and 8B show schematically that the first semiconductor layer 21 and the second semiconductor layer 22 are each implemented as a layer sequence.
  • the first semiconductor layer 21 can have a buffer layer made of A1N, an adaptation layer with a layer thickness of approximately 3000 nm, a Si-doped GaN contact layer, an n-conducting Si-doped current expansion layer and
  • the second semiconductor layer 22 may have transition layers, a p-type current spreading layer doped with Mg, and contact layers. As shown schematically in FIGS. 9A, 9B and 9C, the active zone 23 can have at least two subregions or a plurality of subregions that are mechanical
  • the component 10 shown in FIG. 9B differs from the component 10 shown in FIG. 9A in particular in that the growth substrate 1A is removed after the carrier 1 or IC has been formed.
  • the main body can have an adaptation layer 2Z, which is arranged in particular between the second semiconductor layer 22 and the carrier 1.
  • FIG. 10 shows further possible embodiments of a component 10 described here
  • Component 10 inner decoupling structures 71 and outer
  • Outcoupling structures 71 are structures within the first semiconductor layer 21, which are formed, for example, by using a structured growth substrate 1A.
  • the outer coupling-out structures 72 are, in particular, structures that are formed, for example, by structuring the second semiconductor layer 22.
  • Semiconductor layer 22 can be formed. Analogously to the locally doped regions 3 in the first semiconductor layer 21, the doped regions 4 in the second
  • Semiconductor layer 22 in particular in a main layer 22B of the second semiconductor layer 22, at least partially
  • the regions 4 can be more highly doped or be lower doped than the main layer 22B.
  • the regions 4 also have a vertical layer thickness 4D which is smaller than a vertical layer thickness 22D of the second semiconductor layer 22.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Bauelement (10) mit einem Träger (1, 1A, 1C) und einem auf dem Träger angeordneten Hauptkörper (2) angegeben, bei dem der Hauptkörper eine erste Halbleiterschicht (21) eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Ladungsträgertyps und eine dazwischenliegende optisch aktive Zone (23) aufweist. Die erste Halbleiterschicht weist eine zusammenhängende Hauptschicht (21B) und lokale Bereiche (3, 3H, 3N) auf, die zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben und von der Hauptschicht lateral umschlossen sind. Außerdem sind die lokalen Bereiche dotiert ausgeführt und somit zur Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht eingerichtet, wobei die lokalen Bereiche im Vergleich zu der ersten Halbleiterschicht eine geringere vertikale Schichtdicke (3D) aufweisen. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements angegeben.

Description

Beschreibung
BAUELEMENT MIT VERGRABENEN DOTIERTEN BEREICHEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUELEMENTS
5
Es wird ein Bauelement, insbesondere ein Bauelement mit
vergrabenen dotierten Bereichen angegeben. Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelements angegeben.
10 Im Grenzbereich betriebene LED-Halbleiterchips , insbesondere
Hochstrom-LED-Halbleiterchips leiden oft unter der
Inhomogenität bezüglich der Stromverteilung innerhalb der
Halbleiterschichten, die dazu führt, dass die Leuchtdichte
nicht homogen verteilt wird. Werden die Halbleiterschichten
15 jedoch hoch dotiert, um die elektrische Leitfähigkeit zu
erhöhen, nimmt die Effizienz bezüglich der Lichtauskopplung
ab, da die Lichtabsorption der Halbleiterschichten mit
zunehmender Dotierkonzentration entsprechend zunimmt.
20 Eine Aufgabe ist es, ein Bauelement mit verbesserten
elektrischen Eigenschaften und verbesserten optischen
Eigenschaften anzugeben. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Bauelement mit erhöhter Effizienz mittels eines
vereinfachten und kosteneffizienten Verfahrens herzustellen.
25
Diese Aufgaben werden durch das Bauelement und durch das
Verfahren zur Herstellung eines Bauelements gemäß den
unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und
Weiterbildungen des Verfahrens oder des Bauelements sind
30 Gegenstand der weiteren Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Bauelements,
weist dieses einen Träger und einen auf dem Träger angeordneten Hauptkörper auf. Der Träger kann ein Aufwachssubstrat sein, auf dem der Hauptkörper oder ein
Halbleiterkörper des Hauptkörpers epitaktisch aufgewachsen ist. Zum Beispiel basiert der Halbleiterkörper oder der
Hauptkörper auf einem Verbindungshalbleitermaterial, etwa auf einem III-V- oder I I-VI-Verbindungshalbleitermaterial . Der Träger kann Saphirsubstrat oder ein Halbleitersubstrat sein. Abweichend davon ist es möglich, dass der Träger verschieden von einem Aufwachssubstrat ist. Zum Beispiel ist der Träger zur elektrischen Kontaktierung des Hauptkörpers eingerichtet. Insbesondere kann der Träger metallische Schichten oder metallische Leiterbahnen aufweisen, die mit dem Hauptkörper elektrisch leitend verbunden sind. Beispielsweise kann der Träger eine Leiterplatte sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist der Hauptkörper eine erste Halbleiterschicht eines ersten Ladungsträgertyps und eine zweite Halbleiterschicht eines von dem ersten Ladungsträgertyp verschiedenen zweiten
Ladungsträgertyps auf. Zum Beispiel sind die erste
Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht n-leitend beziehungsweise p-leitend ausgeführt, oder umgekehrt.
Insbesondere weist der Hauptkörper eine optisch aktive Zone auf, die zwischen der ersten Halbleiterschicht und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet. Zum Beispiel ist die optisch aktive Zone eine pn-Übergangszone oder eine Zone mit einer MehrfachquantentopfStruktur . Im Betrieb des Bauelements ist die optisch aktive Zone insbesondere dazu eingerichtet, elektromagnetische Strahlung im sichtbaren, ultravioletten oder im infraroten Spektralbereich zu emittieren oder zu detektieren. Das Bauelement oder der Hauptkörper des
Bauelements weist insbesondere eine Diodenstruktur auf. Zum Beispiel ist das Bauelement eine lichtemittierende Diode, etwa eine sogenannte Mikro-LED.
Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht können jeweils eine Mehrzahl von Teilschichten aufweisen, die entlang einer vertikalen Richtung übereinander angeordnet sind. Zum Beispiel basieren die Teilschichten der ersten Halbleiterschicht und/oder die Teilschichten der zweiten Halbleiterschicht oder alle Halbleiterschichten des
Hauptkörpers auf demselben Verbindungshalbleitermaterial.
Mehrere Schichten oder Teilschichten basieren auf demselben I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial , wenn diese ein gleiches Element aus der dritten Hauptgruppe und ein gleiches Element aus der fünften Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente aufweisen. Analog basieren die Schichten auf demselben II-VI- Verbindungshalbleitermaterial , wenn diese ein gleiches
Element aus der zweiten Hauptgruppe und ein gleiches Element aus der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente aufweisen. Das Verbindungshalbleitermaterial selbst kann aus einer Gruppe der binären, ternären oder quaternären
Verbindungen sein und kann Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Zum Beispiel basieren die erste
Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht jeweils auf GaN. In diesem Fall können die Teilschichten der ersten und/oder zweiten Halbleiterschichten aus intrinsischen oder n-dotierten oder p-dotierten GaN-, GaAlN-, InGaAlN-Schichten gebildet sein.
Unter einer vertikalen Richtung wird allgemein eine Richtung verstanden, die senkrecht zu einer Haupterstreckungsfläche des Trägers oder des Hauptkörpers gerichtet ist. Unter einer lateralen Richtung wird dagegen eine Richtung verstanden, die insbesondere parallel zu der Haupterstreckungsfläche des Trägers oder des Hauptkörpers verläuft. Die vertikale
Richtung und die laterale Richtung sind quer, etwa orthogonal zueinander .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die erste Halbleiterschicht eine Mehrzahl von lokalen
Bereichen auf, die dotiert ausgeführt sind. Die lokalen dotierten Bereiche sind insbesondere einzelne Regionen der ersten Halbleiterschicht, die in lateralen Richtungen
voneinander räumlich beabstandet sind. Zwischen den lateral beabstandeten dotierten Bereichen befinden sich insbesondere weitere Bereiche der ersten Halbleiterschicht, die zum
Beispiel nicht dotiert sind oder im Vergleich zu den lokalen dotierten Bereichen eine andere Dotierkonzentration
aufweisen. Im Rahmen der Herstellungstoleranzen ist ein einzelner, lokaler und dotierter Bereich der ersten
Halbleiterschicht insbesondere eine abgeschlossene Region der Halbleiterschicht mit gleicher Dotierkonzentration.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die erste Halbleiterschicht eine Hauptschicht auf. Die
Hauptschicht ist insbesondere zusammenhängend ausgebildet und grenzt etwa unmittelbar an die lokalen Bereiche, zum Beispiel an alle lokalen Bereiche der ersten Halbleiterschicht an. Die Hauptschicht ist zumindest bereichsweise in der vertikalen Richtung zwischen der optisch aktiven Zone und den lokalen Bereichen der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Die
Hauptschicht kann durch eine einzelne Schicht, eine
Schichtenfolge oder durch eine Mehrzahl von Teilschichten gebildet sein. Insbesondere sind die lokalen Bereiche zumindest teilweise oder vollständig in der Hauptschicht vergraben. In den lateralen Richtungen können die lokalen Bereiche von der Hauptschicht umschlossen, insbesondere vollständig
umschlossen sein. In Draufsicht auf den Träger können die lokalen Bereiche von der Hauptschicht vollständig bedeckt sein. Insbesondere weisen die lokalen Bereiche Seitenflächen und der aktiven Zone zugewandte Oberflächen auf, die von der Hauptschicht teilweise oder vollständig bedeckt sind.
Insbesondere sind die lokalen Bereiche durch das Material der Hauptschicht miteinander mechanisch verbunden. Es ist
möglich, dass die lokalen Bereiche der aktiven Zone
abgewandte Oberflächen aufweisen, die frei von einer
Bedeckung durch das Material der Hauptschicht sind. Entlang einer vertikalen Richtung können die lokalen Bereiche und die Hauptschicht bündig abschließen. Sind die lokalen Bereiche in der Hauptschicht jedoch vollständig vergraben oder
eingebettet, weisen die lokalen Bereiche keine Stellen auf, die nicht durch die Hauptschicht bedeckt sind.
Insbesondere unterscheiden sich die lokalen Bereiche von der Hauptschicht zumindest dadurch, dass die lokalen Bereiche und die Hauptschicht unterschiedlich dotiert sind, also
unterschiedliche Dotierstoffen aufweisen, und/oder
unterschiedliche Dotierkonzentrationen aufweisen. Die lokalen Bereiche und die Hauptschicht können jedoch auf demselben Verbindungshalbleitermaterial zum Beispiel auf GaN, GaP oder GaAs basieren. Insbesondere aufgrund der unterschiedlichen Dotierungen und/oder Dotierkonzentrationen können die
Hauptschicht und die lokalen Bereiche der ersten
Halbleiterschicht unterschiedliche elektrische und optische Eigenschaften aufweisen. Durch gezielte Ausgestaltungen der lokalen Bereiche der ersten Halbleiterschicht können die Stromverteilung, die Lichteinkopplung und/oder die Lichtauskopplung des Bauelements verbessert werden.
Zum Beispiel können diejenigen lokalen Bereiche, die
vorrangig für die Stromverteilung innerhalb der ersten
Halbleiterschicht eingerichtet sind, im Vergleich zu ihrer Umgebung höher dotiert sein. Diese lokalen Bereiche bilden insbesondere Stromverteilungsstege mit einem verringerten elektrischen Widerstand innerhalb der ersten
Halbleiterschicht. Diejenigen lokalen Bereiche, die für die Erzeugung und Transmission von elektromagnetischer Strahlung, zum Beispiel für die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung, eingerichtet sind, können im Vergleich zu ihrer Umgebung niedriger dotiert sein. Im Vergleich zu ihrer
Umgebung weisen diese lokalen Bereiche einen geringeren
Absorptionsgrad auf und bilden somit optisch begünstigte Fenster der ersten Halbleiterschicht, durch die
elektromagnetische Strahlung ohne wesentliche Verluste hindurch transmittiert werden kann.
Je nach Anwendung ist es denkbar, dass die erste
Halbleiterschicht neben der Hauptschicht entweder lokale hoch dotierte Bereiche oder lokale niedrig dotierte Bereiche aufweist. Weist die Hauptschicht zum Beispiel eine höhere Dotierkonzentration auf als die lokalen Bereiche, kann die Hauptschicht ein System aus Stromverteilungsstegen,
insbesondere aus zusammenhängenden Stromverteilungsstegen bilden, wobei die lokalen Bereiche als optisch begünstigte Fenster der ersten Halbleiterschicht dienen. Weist die
Hauptschicht umgekehrt eine niedrigere Dotierkonzentration auf als die lokalen Bereiche, kann die Hauptschicht als optisch begünstigtes Fenster der ersten Halbleiterschicht dienen, wobei die lokalen dotierten Bereiche die
Stromverteilungsstege innerhalb der ersten Halbleiterschicht bilden. Auch ist es möglich, dass die Halbleiterschicht neben der Hauptschicht sowohl lokale hoch dotierte Bereiche als auch lokale niedrig dotierte Bereiche aufweisen. Die
Hauptschicht kann dotiert oder intrinsisch ausgeführt sein.
In mindestens einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses einen Träger und einen auf dem Träger angeordneten Hauptkörper auf. Der Hauptkörper weist eine erste
Halbleiterschicht eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Ladungsträgertyps und eine dazwischenliegende optisch aktive Zone auf. Die erste
Halbleiterschicht weist eine zusammenhängende Hauptschicht und lokale Bereiche auf, wobei die lokalen Bereiche zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben und von der
Hauptschicht lateral umschlossen sind. Die lokalen Bereiche sind bevorzugt dotiert ausgeführt und somit zur Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht eingerichtet. Insbesondere weisen die lokalen Bereiche im Vergleich zu der ersten
Halbleiterschicht eine geringere vertikale Schichtdicke auf. Die lokalen Bereiche sind somit zumindest teilweise
insbesondere in der ersten Halbleiterschicht vergraben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die lokalen Bereiche einzelne voneinander lateral
beabstandete Bereiche der ersten Halbleiterschicht. Die
Hauptschicht ist in der vertikalen Richtung zumindest
teilweise zwischen der aktiven Zone und den lokalen Bereichen angeordnet. Die lokalen Bereiche können dieselbe
Materialzusammensetzung aufweisen. Im Rahmen der
Herstellungstoleranzen können die lokalen Bereiche gleiche oder unterschiedliche Dotierkonzentrationen aufweisen. Die lokalen Bereiche, insbesondere alle lokalen Bereiche können eine höhere oder eine niedrigere Dotierkonzentration
aufweisen als die Hauptschicht . Es ist jedoch möglich, dass einige der lokalen Bereiche eine höhere Dotierkonzentration aufweisen als die Hauptschicht, während andere lokale
Bereiche eine niedrigere Dotierkonzentration aufweisen als die Hauptschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements
basieren die lokalen Bereiche und die Hauptschicht auf demselben Halbleitermaterial. Insbesondere weist die
Hauptschicht eine größere maximale vertikale Schichtdicke auf als die lokalen Bereiche. Mit anderen Worten weisen die lokalen Bereiche eine maximale vertikale Schichtdicke auf, die kleiner ist als die maximale vertikale Schichtdicke der Hauptschicht . Zum Beispiel sind die lokalen Bereiche in lateralen Richtungen durch Zwischenbereiche voneinander räumlich beabstandet, wobei die Zwischenbereiche durch
Material der Hauptschicht aufgefüllt, insbesondere
vollständig aufgefüllt sind. In Draufsicht bedeckt die
Hauptschicht die lokalen Bereiche insbesondere vollständig. Die lokalen Bereiche weisen somit insbesondere eine geringere maximale und insbesondere auch eine geringere mittlere vertikale Schichtdicke auf als die Hauptschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die Hauptschicht der ersten Halbleiterschicht eine erste Dotierkonzentration auf. Bevorzugt weisen die lokale Bereiche eine Dotierkonzentration aufweist, die sich um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um 1000 % von der ersten
Dotierkonzentration der Hauptschicht unterscheidet.
Im Zweifel wird unter einer Dotierkonzentration einer Schicht oder eines Bereiches die mittlere Dotierkonzentration dieser Schicht oder dieses Bereiches verstanden. Ist die Hauptschicht niedrig dotiert oder weist die Hauptschicht lediglich Spuren von Dotierstoffen auf, kann ein Verhältnis der Dotierkonzentration der lokalen Bereiche zu der Dotierkonzentration der Hauptschicht mindestens 10, 102, 103, 104, 105 oder mindestens 106 betragen. Ist die
Hauptschicht dagegen hoch dotiert und die lokalen Bereiche niedrig dotiert, kann ein Verhältnis der Dotierkonzentration der Hauptschicht zu der Dotierkonzentration der lokalen
Bereiche mindestens 10, 102, 103, 104, 105 oder mindestens 106 betragen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist die erste Halbleiterschicht n-leitend ausgeführt ist. Die
Hauptschicht kann eine maximale Dotierkonzentration oder eine tatsächliche Dotierkonzentration zwischen einschließlich 4.1018 cnr3 und 4.1019 cnr3 aufweisen.
Die n-dotierten lokalen Bereiche sind bereichsweise bevorzugt als Stromverteilungsstege ausgeführt, die einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als die Hauptschicht . Dies kann dadurch erzielt werden, dass eine Dotierkonzentration der Stromverteilungsstege um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um mindestens 1000 % größer ist als die
Dotierkonzentration der Hauptschicht . Die Hauptschicht und die lokalen Bereiche können dieselben Dotierstoffe aufweisen.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die lokalen n- dotierten Bereiche bereichsweise als optisch begünstigte Fenster ausgeführt sind, die für eine im Betrieb des
Bauelements von der optisch aktiven Zone emittierte Strahlung einen größeren Transmissionsgrad aufweisen als die
Hauptschicht . Dies kann erzielt werden, indem die optisch begünstigten Fenster eine Dotierkonzentration aufweisen, die um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um mindestens 1000 % kleiner ist als die Dotierkonzentration der Hauptschicht .
Es ist möglich, dass die lokalen Bereiche unterschiedliche Dotierkonzentrationen aufweisen. Zum Beispiel können einige der lokalen Bereiche als Stromverteilungsstege ausgeführt sein. Andere lokale Bereiche können als optisch begünstigte Fenster der ersten Halbleiterschicht ausgeführt sein.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements ist die Dotierkonzentration der Hauptschicht, insbesondere die mittlere Dotierkonzentration oder die tatsächliche
Dotierkonzentration der Hauptschicht, zwischen einschließlich 1.1017 cnr3 und 4.1019 cnr3 oder zwischen einschließlich 4.1018 cnr3 und 4.1019 cm-3. Abweichend davon ist es möglich, dass die Hauptschicht eine geringere Dotierkonzentration oder
lediglich Spuren von Dotierstoffen aufweist, die zum Beispiel aus den lokalen dotierten Bereichen in die Hauptschicht eindiffundiert sind.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Bauelements
ist die erste Halbleiterschicht p-leitend ausgeführt. Die Hauptschicht kann eine maximale Dotierkonzentration oder eine tatsächliche Dotierkonzentration zwischen einschließlich 1.1017 cnr3 und 3.1018 cnr3 aufweisen.
Die p-dotierten lokalen Bereiche sind bereichsweise bevorzugt als Stromverteilungsstege ausgeführt, die einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als die Hauptschicht . Dies kann erzielt werden, indem eine Dotierkonzentration der
Stromverteilungsstege um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um mindestens 1000 % größer ist als die Dotierkonzentration der Hauptschicht . Die Hauptschicht und die lokalen Bereiche können dieselben Dotierstoffe aufweisen.
Alternativ oder ergänzend ist es möglich, dass die p- dotierten lokalen Bereiche sind bereichsweise als optisch begünstigte Fenster ausgeführt, die für eine im Betrieb des Bauelements von der optisch aktiven Zone emittierte Strahlung einen größeren Transmissionsgrad aufweisen als die
Hauptschicht . Dies kann erzielt werden, indem die optisch begünstigten Fenster eine Dotierkonzentration aufweisen, die um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um mindestens 1000 % kleiner ist als die Dotierkonzentration der Hauptschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die zweite Halbleiterschicht eine zusammenhängende
Hauptschicht und lokale Bereiche auf, wobei die lokalen
Bereiche zumindest stellenweise in der Hauptschicht der zweiten Halbleiterschicht vergraben und von der Hauptschicht der zweiten Halbleiterschicht lateral umschlossen sind. Die lokalen Bereiche sind bevorzugt dotiert ausgeführt und somit zur Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der zweiten Halbleiterschicht eingerichtet. Insbesondere weisen die lokalen Bereiche im Vergleich zu der zweiten Halbleiterschicht eine geringere vertikale
Schichtdicke auf.
Analog zu der ersten Halbleiterschicht ist es möglich, dass die zweite Halbleiterschicht ebenfalls lokale Bereiche mit unterschiedlichen Dotierkonzentrationen aufweisen, wobei die lokalen Bereiche der zweiten Halbleiterschicht als
Stromverteilungsstege oder als optisch begünstigte Fenster der zweiten Halbleiterschicht ausgeführt sind. Es ist
ebenfalls möglich, dass einige der lokalen Bereiche als Stromverteilungsstege ausgeführt und andere lokale Bereiche als optisch begünstigte Fenster der zweiten Halbleiterschicht ausgeführt sind.
Die zweite Halbleiterschicht kann bezüglich der Hauptschicht und der lokalen dotierten Bereiche analog zu der ersten
Halbleiterschicht ausgebildet sein. Die im Zusammenhang mit der ersten Halbleiterschicht offenbarten Merkmale
insbesondere bezüglich der Hauptschicht, der lokalen
Bereiche, der unterschiedlichen Dotierungen und/oder
Dotierkonzentrationen in der Hauptschicht und in den lokalen Bereichen können daher für die zweite Halbleiterschicht herangezogen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements
sind die lokalen Bereiche der ersten und/oder der zweiten Halbleiterschicht bereichsweise als Stromverteilungsstege und bereichsweise als optisch begünstigte Fenster ausgeführt, wobei die Stromverteilungsstege eine höhere
Dotierkonzentration aufweisen als die optisch begünstigten Fenster. Zum Beispiel weisen die Stromverteilungsstege eine Dotierkonzentration auf, die sich um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder um 1000 % von der Dotierkonzentration der optisch begünstigten Fenster unterscheidet. Es ist möglich, dass einige der lokalen Bereiche, die als
Stromverteilungsstege ausgeführt sind, hoch dotiert sind, während andere lokale Bereiche, als optisch begünstigte
Fenster ausgeführt sind, niedrig dotiert sind, sodass ein Verhältnis der Dotierkonzentration der hoch dotierten
Bereiche zu der Dotierkonzentration der niedrig dotierten Bereiche auch mindestens 10, 102, 103, 104, 105 oder
mindestens 106 sein kann, zum Beispiel zwischen
einschließlich 10 und 1016. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses mehrere lateral beabstandete
Durchkontaktierungen auf, wobei sich die Durchkontaktierungen zur elektrischen Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht durch die zweite Halbleiterschicht und die aktive Zone hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken. In Draufsicht auf den Träger können zumindest einige der
Durchkontaktierungen mit den lokalen als
Stromverteilungsstege ausgeführten Bereichen überlappen. In Draufsicht können die Stromerweiterungsstege derart
ausgebildet sein, dass diese von der zugehörigen
Durchkontaktierung oder von den Durchkontaktierungen lateral wegführen. Auch ist es möglich, dass mehrere
Stromerweiterungsstege an einer Durchkontaktierung
Zusammentreffen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die Durchkontaktierungen und die lokalen als optisch
begünstigte Fenster ausgeführten Bereiche in Draufsicht auf den Träger frei von Überlappungen. Es ist möglich, dass mehrere Durchkontaktierungen und/oder mehrere lokale als Stromverteilungsstege ausgeführte Bereiche derart um einen lokalen als optisch begünstigtes Fenster ausgeführten Bereich angeordnet sind, dass dieser in lateralen Richtungen von den Durchkontaktierungen und/oder von den Stromverteilungsstegen umgeben sind.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements sind die vergrabenen Bereiche epitaktisch gebildete
Halbleiterbereiche. Die vergrabenen Bereiche der ersten
Halbleiterschicht oder der zweiten Halbleiterschicht können aus dem gleichen Material gebildet sein. Es ist jedoch möglich, dass verschiedene lokale vergrabene Bereiche unterschiedliche Dotierkonzentrationen und/oder
unterschiedliche Dotierstoffe aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses eine Kontaktstelle zur externen elektrischen
Kontaktierung des Bauelements auf. Die lokalen Bereiche sind bereichsweise als Stromverteilungsstege ausgeführt. Bevorzugt weisen die Stromverteilungsstege bezüglich ihrer
Dotierkonzentration einen Gradienten auf, sodass die
Stromverteilungsstege mit einem ersten lateralen Abstand zur Kontaktstelle eine höhere Dotierkonzentration aufweisen als die Stromverteilungsstege mit einem zweiten lateralen Abstand zur Kontaktstelle, wobei der erste Abstand kleiner ist als der zweite Abstand. Durch eine solche Ausgestaltung der
Dotierkonzentrationen weist die erste oder die zweite
Halbleiterschicht mit zunehmender Nähe zu der Kontaktstelle Regionen mit verringertem elektrischem Widerstand auf, sodass elektrische Ladungsträger besser von der Kontaktstelle abgeführt und somit gleichmäßig in der ersten oder zweiten Halbleiterschicht verteilt werden können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist die optisch aktive Zone eine innere vertikale Stufe im
Hauptkörper auf. Insbesondere weisen die erste
Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht an der Stufe der aktiven Zone jeweils einen entsprechenden
vertikalen Sprung auf. Die aktive Zone kann zumindest zwei Teilregionen aufweisen, die zwar mechanisch miteinander verbunden jedoch vertikal versetzt zueinander angeordnet sind. Die vertikale Versetzung innerhalb der aktiven Zone kann zu einem sogenannten Purcell-Effekt führen, bei dem die Wahrscheinlichkeit spontaner Emission und somit die
Emissionsrate erhöht werden kann. Der vertikale Sprung kann eine abrupte oder durch eine allmähliche Änderung in der Schichtstruktur des
Halbleiterkörpers oder des Hauptkörpers sein. Der vertikale Sprung oder die vertikale Stufe kann einen Übergangsbereich zum Beispiel in Form einer horizontalen kontinuierlichen Äbflachung aufweisen. Es ist möglich, dass der vertikale Sprung oder die vertikale Stufe der aktiven Zone
kontinuierlich in darüber oder darunter liegende insbesondere ebene Schichten übergeht, sodass vertikale Sprung oder die vertikale Stufe in den weiteren Halbleiterschichten flacher ausgestaltet ist. Insbesondere können die Kanten der Stufe abgeflacht oder abgerundet ausgeführt sein. Es ist jedoch möglich, dass die Stufe oder der vertikale Sprung nicht nur im Bereich der aktiven Zone sondern auch in weiteren
Schichten des Halbleiterkörpers gebildet ist. Zum Beispiel kann sich die Stufe oder der vertikale Sprung auch im Aufbau der QuantentopfStruktur wiederfinden .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Bauelements weist dieses Auskoppelstrukturen zur Erhöhung der
Auskoppeleffizienz elektromagnetischer Strahlung auf, wobei sich die Auskoppelstrukturen bereichsweise auf dem
Hauptkörper und/oder innerhalb des Hauptkörpers befinden. Die äußeren Auskoppelstrukturen können durch Strukturierung einer äußeren Halbleiterschicht gebildet werden. Die inneren
Auskoppelstrukturen können durch die Anwendung eines
strukturierten Aufwachssubstrats erzeugt werden. Ein
strukturiertes Aufwachssubstrat weist insbesondere eine freiliegende Wachstumsfläche auf, auf die Halbleitermaterial zur Ausbildung des Hauptkörpers direkt aufgebracht werden kann. Ein solches Aufwachssubstrat kann ein strukturiertes Saphirsubstrat sein. In einer Ausführungsform einer Lichtquelle weist diese ein Bauelement, insbesondere ein hier beschriebenes Bauelement auf, wobei die optisch aktive Zone im Betrieb des Bauelements zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, infraroten oder im ultravioletten Spektralbereich
eingerichtet ist. Die Lichtquelle kann in der
Allgemeinbeleuchtung oder in einem Scheinwerfer eines
Kraftfahrzeugs eingesetzt werden. Auch ist es denkbar, dass die Lichtquelle oder das Bauelement in elektronischen
Geräten, Handys, Touchpads, Laserdrucker, Kameras,
Erkennungskameras, Displays oder in Systemen aus LEDs,
Sensoren, Laserdioden und/oder Detektoren Anwendung finden. Das Bauelement kann ein Hochstrombetrieb-LED sein. Auch ist es möglich, dass das Bauelement ein Niedrigstrombetrieb-LED, insbesondere ein Saphir-LED, etwa in Form eines Flipchips. Außerdem kann das Bauelement ein Festkörper-Bauelement sein, etwa ein Festkörper-LED oder ein Festkörperlaser.
In mindestens einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements wird eine Mehrzahl von lateral beabstandeten und dotierten Bereichen aus einem
Halbleitermaterial auf einem Aufwachssubstrat ausgebildet.
Der Hauptkörper des herzustellenden Bauelements weist eine erste Halbleiterschicht eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Ladungsträgertyps und eine dazwischenliegende optisch aktive Zone auf. Nach dem Ausbilden der dotierten Bereiche auf dem Aufwachssubstrat werden diese mit Halbleitermaterialien zur Formung des
Hauptkörpers insbesondere derart überwachsen, dass die dotierten Bereiche als integrale Teilbereiche der ersten Halbleiterschicht gebildet sind. Die erste Halbleiterschicht weist außerdem eine zusammenhängende Hauptschicht auf, wobei die dotierten Bereiche zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben und von der Hauptschicht lateral umschlossen sind. Die dotierten Bereiche sind insbesondere zur Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht eingerichtet. Die lokalen Bereiche weisen dabei im Vergleich zu der ersten Halbleiterschicht eine geringere vertikale Schichtdicke auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines Bauelements werden mehrere lateral
beabstandete Durchkontaktierungen zur elektrischen
Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht derart gebildet, dass sich die Durchkontaktierungen durch die zweite
Halbleiterschicht und die aktive Zone hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken. Das Ausbilden der
Durchkontaktierungen erfolgt bevorzugt justiert zu den lokalen vergrabenen dotierten Bereichen. Die Positionen der Durchkontaktierungen können durch die Positionen der lokalen dotierten Bereiche vorgegeben sein. Zum Beispiel weisen die Durchkontaktierungen in Draufsicht Überlappungen mit den höher dotierten Bereichen und keine Überlappungen mit den niedriger dotierten Bereichen der ersten und/oder der zweiten Halbleiterschicht auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Hauptkörper zunächst als Teil eines Hauptkörperverbunds gebildet, wobei der Hauptkörper derart aus dem
Hauptkörperverbund vereinzelt wird, dass der Hauptkörper an die Form eines lokalen dotierten Bereichs oder an die Form oder die Anordnung mehrerer lokaler dotierter Bereiche angepasst ist. Zum Beispiel können der Hauptkörper und zumindest ein lokaler dotierter Bereich der ersten oder zweiten Halbleiterschicht die gleiche Geometrie aufweisen. In diesem Sinne kann der Hauptkörper kongruent zu dem lokalen dotierten Bereich gebildet werden. Eine solche kongruente Geometrie des Hauptkörpers und des lokalen dotierten Bereichs oder eine Anpassung des Hauptkörpers an die Geometrie oder an die Anordnung der lokalen dotierten Bereiche kann am
fertiggestellten Bauelement festgestellt werden. Die
dotierten Bereiche sind insbesondere epitaktisch in dem
Hauptkörper integriert. Die dotierten Bereiche sind
insbesondere mit den Strukturen des Bauelements, insbesondere mit den Chipstrukturen geometrisch korreliert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zur Bildung der lokalen dotierten Bereiche zunächst homogene insbesondere zusammenhängende Schichten aufgewachsen .
Anschließend kann eine Maskenstruktur, zum Beispiel eine SiN- Maske, auf diese Schichten aufgebracht werden. Mit Hilfe der Maskenstruktur kann eine regionale Diffusion von
Dotierstoffen insbesondere im Epitaxie-Reaktor zur Erhöhung der lokalen n- oder p-Dotierkonzentration durchgeführt werden. Die Maskenstruktur kann entfernt werden, bevor weitere Halbleiterschichten insbesondere mit der aktiven Zone, auf die lokalen dotierten Bereiche aufgebracht werden. Als eine Alternative zur lokalen Diffusion von Dotierstoffen ist es möglich, die lokalen dotierten Bereiche mit erhöhter lokaler n- oder p-Dotierkonzentration durch regionales
Wachsen von geometrischen Schichtstrukturen insbesondere im Epitaxie-Reaktor zu erzeugen. Hierfür kann ebenfalls eine Maskenstruktur Anwendung finden, die vor dem Aufbringen weiterer Halbleiterschichten insbesondere mit der aktiven Zone auf die lokalen dotierten Bereiche entfernt wird.
Weitere bevorzugte Ausführungsformen des Bauelements sowie des Verfahrens ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren 1A bis 10 erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figuren 1A, 1B und IC schematische Darstellungen
verschiedener Vergleichsbeispiele eines Bauelements,
Figuren 2A, 2B, 2C, 2D und 2E schematische Darstellungen eines Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
Figuren 3A, 3B, 4A und 4B schematische Darstellungen eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Bauelements,
Figuren 5A, 5B und 5C schematische Darstellungen zur
Erläuterung des Grundprinzips eines hier beschriebenen
Bauelements ,
Figuren 6A, 6B, 6C, 7A und 7B schematische Darstellungen einiger Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung eines Bauelements,
Figuren 8A und 8B schematische Darstellungen einiger Kurven bezüglich der Dotierkonzentration oder abhängig von den verschiedenen Dotierkonzentrationen, und
Figuren 9A, 9B, 9C und 10 schematische Darstellungen weiterer Ausführungsbeispiele eines Bauelements.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur
Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt werden. In Figur ein 1A ist Vergleichsbeispiel für ein Bauelement 10 schematisch dargestellt, das einen Träger 1 und einen auf dem Träger 1 angeordneten Hauptkörper 2 aufweist. Der Hauptkörper 2 kann ein Halbleiterkörper 2 sein. Insbesondere ist der Träger 1 ein Aufwachssubstrat 1A, auf dem der
Halbleiterkörper 2 epitaktisch aufgewachsen ist. Es ist möglich, dass der Träger 1 strahlungsdurchlässig ausgebildet ist. Der Träger 1 kann ein Saphirsubstrat 1A oder ein
Halbleitersubstrat 1A sein. Das Bauelement 10 weist eine Vorderseite 11 und eine der Vorderseite 11 abgewandte
Rückseite 12 auf. Zum Beispiel ist die Vorderseite 11 als Strahlungsaustrittsseite oder Strahlungseintrittsseite des Bauelements 10 ausgebildet. Es ist möglich, dass das
Bauelement 10 über die Rückseite 12, insbesondere
ausschließlich über die Rückseite 12, extern elektrisch kontaktierbar ist.
Der Hauptkörper 2 weist eine erste Halbleiterschicht 21, eine zweite Halbleiterschicht 22 und eine zwischen der ersten Halbleiterschicht 21 und der zweiten Halbleiterschicht 22 angeordnete optisch aktive Zone 23 auf. Im Betrieb des
Bauelements 10 ist die aktive Zone 23 insbesondere zur
Erzeugung oder zur Detektion elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Bevorzugt ist die erste Halbleiterschicht 21 n- leitend ausgeführt. Die zweite Halbleiterschicht 22 ist in diesem Fall p-leitend ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, dass die erste Halbleiterschicht 21 p-leitend und die erste Halbleiterschicht 22 n-leitend ausgeführt sind.
Zur elektrischen Kontaktierung des Hauptkörpers 2 oder des Bauelements 10 weist das Bauelement 10 eine Mehrzahl von Durchkontaktierungen 20 auf. Die Durchkontaktierung 20 erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung insbesondere durch die zweite Halbleiterschicht 22 und die optisch aktive Zone 23 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein.
Die Durchkontaktierung 20 ist in lateralen Richtungen durch eine Isolierungsstruktur 201 umschlossen. Die
Isolierungsstruktur 201 verhindert einen direkten
elektrischen Kontakt zwischen der Durchkontaktierung 20 und der zweiten Halbleiterschicht 22 sowie zwischen der
Durchkontaktierung 20 und der optisch aktiven Zone 23. Die Isolierungsstruktur 201 erstreckt sich entlang der vertikalen Richtung analog zu der Durchkontaktierung 20 durch die zweite Halbleiterschicht 22 und die optisch aktive Zone 23 hindurch in die erste Halbleiterschicht 21 hinein. Insbesondere steht die Durchkontaktierung 20 im direkten elektrischen Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht 21. Zur elektrischen
Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 kann das Bauelement 10 eine elektrische Kontaktstelle auf der zweiten Halbleiterschicht 22 aufweisen, die in der Figur 1A nicht dargestellt ist.
Das in der Figur 1B dargestellte Ausführungsbeispiel eines Bauelements 10 entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1A dargestellten Bauelement 10. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 einen Träger 1 auf, der verschieden von einem Aufwachssubstrat ist. Zum Beispiel weist der Träger 1 einen Grundkörper IC aus Metall, Keramik oder aus Kunststoff auf. Des Weiteren weist der Träger 1 zur elektrischen
Kontaktierung der Durchkontaktierungen 20 eine erste
Anschlussschicht 60 und eine erste Kontaktschicht 61 auf.
Die Durchkontaktierungen 20, etwa alle Durchkontaktierungen 20, können über die erste Anschlussschicht 60 miteinander elektrisch leitend verbunden sein. Zum Beispiel ist die erste Anschlussschicht 60 über die Kontaktschicht 61 extern elektrisch kontaktierbar. Die erste Kontaktschicht 61 kann seitlich der Anschlussschicht 60 angeordnet sein und die Form einer Kontaktfläche oder eines Kontaktpads aufweisen, oder - wie in der Figur 1B schematisch dargestellt - auf der
Rückseite 12 des Bauelements 10 angeordnet sein. Der
Grundkörper IC des Trägers 1 kann elektrisch leitfähig ausgeführt sein. Alternativ ist es möglich, dass der
Grundkörper IC des Trägers 1 elektrisch isolierend
ausgebildet ist, wobei Durchkontakte durch den Grundkörper IC hindurch zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen der Anschlussschicht 60 und der ersten
Kontaktschicht 61 gebildet sind.
Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 22 weist das Bauelement 10 eine zweite Anschlussschicht 50 auf, die in der vertikalen Richtung zwischen der zweiten Halbleiterschicht 22 und der ersten Anschlussschicht 60 angeordnet ist. Gemäß Figur 1B sind die erste
Anschlussschicht 60 und die zweite Anschlussschicht 50 auf derselben Seite des Hauptkörpers 2 angeordnet, wobei sich die Durchkontaktierungen 20 durch die zweite Anschlussschicht 50 hindurch erstrecken.
Durch die Isolierungsstruktur 201, die bereichsweise zwischen der ersten Anschlussschicht 60 und der zweiten
Anschlussschicht 50 angeordnet ist, ist die zweite
Anschlussschicht 50 von der ersten Anschlussschicht 60 und von den Durchkontaktierungen 20 elektrisch isoliert. Es ist möglich, dass die zweite Anschlussschicht 50 unmittelbar an die zweite Halbleiterschicht 22 angrenzt. Zur externen elektrischen Kontaktierung der zweiten Anschlussschicht 50 weist das Bauelement 10 eine zweite Kontaktschicht 62 auf.
Die zweite Kontaktschicht 62 kann seitlich des Halbleiterkörpers 2 angeordnet sein und insbesondere die Form einer Kontaktfläche oder eines Kontaktpads aufweisen.
Als weiterer Unterschied zu dem in der Figur 1A dargestellten Bauelement 10 ist das Bauelement 10 gemäß Figur 1B frei von einem Aufwachssubstrat 1A. Insbesondere wird das
Aufwachssubstrat 1A entfernt, wodurch die erste
Halbleiterschicht 21 freigelegt wird. Zum Beispiel bildet die freigelegte Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 die Vorderseite 11 des Bauelements 10.
In Figur IC ist das Bauelement 10 in Draufsicht auf die
Vorderseite 11 schematisch dargestellt. Im Betrieb des
Bauelements 10 ist die optisch aktive Zone 23 insbesondere zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung eingerichtet, wobei die Vorderseite 11 als Strahlungsaustrittsfläche des Bauelements 10 dient.
Wie in der Figur IC schematisch dargestellt kann eine
Inhomogenität in der Leuchtdichteverteilung auf der
Vorderseite 11 des Bauelements 10 auftreten. Die Vorderseite 11 kann eine erhöhte Leuchtdichte in unmittelbarer Umgebung der Durchkontaktierung/en 20 aufweisen. Mit zunehmendem lateralem Abstand von der Durchkontaktierung 20 nimmt die Leuchtdichte allmählich ab. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die erste Halbleiterschicht 21 in der Regel eine geringe elektrische Querleitfähigkeit aufweist und sich die
Ladungsträger daher verstärkt in der unmittelbaren Umgebung der Durchkontaktierungen 20 befinden. Um die elektrische Leitfähigkeit der ersten Halbleiterschicht 21 zu erhöhen, kann die erste Halbleiterschicht 21 hoch dotiert ausgeführt sein. Die hohe Dotierkonzentration in der ersten
Halbleiterschicht 21 führt jedoch zu einer erhöhten Absorption der in der optisch aktiven Zone 23 erzeugten elektromagnetischen Strahlung.
Das in der Figur 2A dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 1A dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauelements 10. Im Unterschied hierzu sind die Schichten des Bauelements 10 etwas
detaillierter dargestellt. Der Träger 1 kann ein
Aufwachssubstrat 1A sein oder einen von dem Aufwachssubstrat 1A verschiedenen Grundkörper IC aufweisen. Als weiterer
Unterschied zur Figur 1A weist die erste Halbleiterschicht 21 gemäß Figur 2A eine Hauptschicht 21B und zumindest einen lokalen dotierten Bereich 3 auf. Bezüglich der
Dotierkonzentration unterscheidet sich der lokale dotierte Bereich 3 beispielsweise um mindestens 5 %, 10 %, 50 %, 100 % oder 1000 % von der Hauptschicht 21B. Dabei kann der lokale dotierte Bereich 3 eine höhere oder eine niedrigere
Dotierkonzentration als die Hauptschicht 21 B aufweisen.
Insbesondere ist der lokale dotierte Bereich 3 zumindest teilweise in der Hauptschicht 21B vergraben. Der dotierte Bereich 3 weist eine vertikale Schichtdicke 3D auf, die kleiner ist als eine vertikale Schichtdicke 21D der
Hauptschicht 21B oder eine vertikale Schichtdicke 21D der gesamten ersten Halbleiterschicht 21. Zum Beispiel ist ein Verhältnis der vertikalen Schichtdicke 21D zu der vertikalen Schichtdicke 3D zwischen 1 und einschließlich 10 oder
zwischen 1 und einschließlich 5 oder zwischen 1 und
einschließlich 3. Die vertikale Schichtdicke 21D kann
mindestens 1,5-mal, zweimal, dreimal oder mindestens fünfmal so groß sein wie die vertikale Schichtdicke 3D. In Draufsicht auf den Träger 1 können eine der aktiven Zone 23 zugewandte Oberfläche sowie alle Seitenflächen des dotierten Bereichs 3 von der Hauptschicht 21B bedeckt, insbesondere vollständig bedeckt sein. Es ist möglich, dass eine der aktiven Zone 23 abgewandte Oberfläche des dotierten Bereichs 3 frei von einer Bedeckung durch die Hauptschicht 21B ist. An dieser
Oberfläche kann der dotierte Bereich 3 mit der Hauptschicht 21B bündig abschließen. Die erste Halbleiterschicht 21 weist insbesondere eine Mehrzahl von solchen lokalen dotierten Bereichen 3 auf.
In Figur 2A ist schematisch dargestellt, dass der lokale Bereich 3 als hoch dotierter bzw. als höher-dotierter Bereich 3H ausgeführt ist, der insbesondere eine höhere Konzentration an Dotierstoffen aufweist als die Hauptschicht 21B. In
Draufsicht kann die Durchkontaktierung 20 mit dem ihr
zugehörigen lokalen höher-dotierten Bereich 3H überlappen.
Die Durchkontaktierung 20 kann eine Anschlussschicht 20A und eine Hauptschicht 20B aufweisen, wobei die Anschlussschicht 20A insbesondere unmittelbar an die erste Halbleiterschicht
21 angrenzt. Die Hauptschicht 20B der Durchkontaktierung 20 kann eine Öffnung des Hauptkörpers 2 teilweise oder
vollständig bedecken und steht insbesondere im direkten elektrischen Kontakt mit der Anschlussschicht 20A. Entlang der lateralen Richtung kann der dotierte Bereiche 3H über die Durchkontaktierung 20 oder zumindest über die
Anschlussschicht 20A der Durchkontaktierung 20 hinausragen.
Zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht
22 weist das Bauelement 10 zum Beispiel weitere
Anschlussschichten 5 und 50 oder zumindest eine
Kontaktschicht 62 auf, wobei eine zweite Anschlussschicht 50 insbesondere im direkten elektrischen Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 22 steht. Die zweite Anschlussschicht 50 oder die Kontaktschicht 62 kann als Spiegelschicht ausgebildet sein. Zur elektrischen Isolierung der Durchkontaktierung 20 von der aktiven Zone 23, der zweiten Halbleiterschicht 22 und von den Anschlussschichten 5 und 50 sowie von der Kontaktschicht 62 weist das Bauelement 10 eine Isolierungsstruktur 201 und/oder eine Passivierungsschicht 20P auf. Die Isolierungsstruktur 201 kann einschichtig oder mehrschichtig ausgeführt sein. Die Anschlussschicht 20A der Durchkontaktierung 20 kann in lateralen Richtungen von der Isolierungsstruktur 201 vollständig umgeben sein.
Die Isolierungsstruktur 201 kann eine Seitenfläche des
Hauptkörpers 2 bedecken, insbesondere vollständig bedecken.
An der Seitenfläche des Hauptkörpers 2 bildet die
Isolierungsstruktur 201 insbesondere eine Diffusionsbarriere, die mögliche Leckströme über den Chiprand während der Chip- Prozessierung sowie im Betrieb des Bauelements 10 verhindert.
Insbesondere ist der lokale höher-dotierte Bereich 3H als Stromverteilungssteg ausgeführt. In Figur 2B ist eine
Mehrzahl von solchen Stromverteilungsstegen schematisch dargestellt. Die Stromverteilungsstege oder die höher
dotierten Bereiche 3H können sternförmig um die jeweiligen Durchkontaktierung 20 angeordnet sein. Mit anderen Worten können die Stromverteilungsstege in Draufsicht von einer Durchkontaktierung 20 starten und entlang der lateralen
Richtungen von dieser Durchkontaktierung 20 weggeführt sein. Insbesondere erstreckt sich der Stromverteilungssteg entlang der lateralen Richtung von einer Durchkontaktierung 20 zu einer anderen Durchkontaktierung 20 hin. Zum Beispiel sind die Stromverteilungsstege derart angeordnet, dass benachbarte Durchkontaktierungen 20 über die Stromverteilungsstege miteinander verbunden sind. In Draufsicht können die
Stromverteilungsstege ein Netzwerk bilden, das eine gleichmäßige Stromdichteverteilung innerhalb der ersten
Halbleiterschicht 21 fördert. Das Netzwerk kann eine Mehrzahl von Reihen und Spalten von Stromverteilungsstegen aufweisen.
Das in der Figur 2C dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2B dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauelements 10. Von jeder der
Durchkontaktierung 20 erstrecken sich die
Stromverteilungsstege in vier verschiedene laterale
Richtungen. Im Unterschied zu Figur 2B berühren sich die Stromverteilungsstege, die von verschiedenen
Durchkontaktierungen 20 starten, einander nicht.
In Draufsicht können die höher-dotierten Bereiche 3H, die insbesondere als Stromverteilungsstege ausgeführt sind, einen Anteil der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 etwa zwischen einschließlich 3 % und 40 %, zwischen einschließlich 3 % und 30 %, zwischen einschließlich 3 % und 20 % oder zwischen einschließlich 3 % und 10 % bedecken.
In den Figuren 2D und 2E sind die als Stromverteilungsstege ausgebildeten höher-dotierten Bereiche 3H sowie ihre
Einflüsse im Hinblick auf die Erhöhung der Querleitfähigkeit innerhalb der ersten Halbleiterschicht 21 schematisch
dargestellt .
Das in der Figur 3A dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen dem in der Figur 2A dargestellten Ausführungsbeispiel eines Bauelements 10. Im Unterschied hierzu sind die lokalen dotierten Bereiche 3 insbesondere als niedrig dotierte bzw. als niedriger-dotierte Bereiche 3N ausgebildet. Die lokalen dotierten Bereiche 3N sind
insbesondere als optisch begünstigte Fenster der ersten Halbleiterschicht 21 ausgeführt. Bevorzugt weisen die lokalen dotierten Bereiche 3N eine geringere Konzentration an
Dotierstoffen und somit einen geringeren Absorptionsgrad auf als die Hauptschicht 21B. In Draufsicht weisen die niedriger dotierten Bereiche 3N insbesondere keine oder kaum
Überlappungen mit den zugehörigen Durchkontaktierungen 20 oder mit den Anschlussschichten 20A der Durchkontaktierungen 20 auf.
In Draufsicht können die niedriger-dotierten Bereiche 3N einen Anteil der Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 21 etwa zwischen einschließlich 20 % und 90 %, zwischen
einschließlich 30 % und 80 %, zwischen einschließlich 40 % und 70 % oder zwischen einschließlich 30 % und 60 % bedecken.
In Figur 3B sind die niedriger-dotierten Bereiche 3N, die insbesondere als optisch begünstigte Fenster des Bauelements 10 ausgeführt sind, schematisch dargestellt. In Draufsicht sind die niedriger-dotierten Bereiche 3N in lateralen
Richtungen insbesondere zwischen den Durchkontaktierungen 20 angeordnet. Je nach Anwendung kann das Bauelement 10 in kleinere Bauelemente 10 zerteilt werden. Zum Beispiel ist in der Figur 3B ein Teilbereich markiert, der ein einzelnes Bauelement 10 bilden kann. Das einzelne markierte Bauelement 10 weist ein optisch begünstigtes Fenster 3N auf, das an der Geometrie dieses Bauelements 10 angepasst ist. In diesem Sinne können kongruente, an der Geometrie des Bauelements 10 angepasste Epitaxie-Strukturen oder dotierte Bereiche 3 erzeugt werden.
Das in der Figur 4A dargestellte Ausführungsbeispiel
entspricht im Wesentlichen den in den Figuren 2A und 3A dargestellten Ausführungsbeispielen eines Bauelements 10. Im Unterschied hierzu weist das Bauelement 10 sowohl niedriger dotierte Bereiche 3N als auch höher-dotierte Bereiche 3H auf. Die im Zusammenhang mit den Figuren 2A und 3A beschriebenen Merkmale können daher auch für das in der Figur 4A
dargestellte Ausführungsbeispiel herangezogen werden. Die Bereiche 3H weisen eine höhere Dotierkonzentration auf als die Bereiche 3N und/oder als die Hauptschicht 21B.
In Figur 4B ist eine mögliche Anordnung der lokalen dotierten Bereiche 3 schematisch dargestellt. Die als
Stromverteilungsstege ausgeführten höher-dotierten Bereiche 3H können jeweils streifenförmig ausgeführt sein. Die als optisch begünstigte Fenster ausgeführten niedriger-dotierten Bereiche 3N können als einzelne Regionen ausgeführt sein, die in lateralen Richtungen von den höher-dotierten Bereichen 3H umgeben sind.
In Figur 5A sind innere Stromkreise in einem Bauelement 10 ohne die lokalen dotierten Bereiche 3 und in einem Bauelement 10 mit den lokalen dotierten Bereichen 3 schematisch
dargestellt. Das Bauelement 10 weist eine seitliche erste Kontaktstelle 61 auf der ersten Halbleiterschicht 21 und eine zweite Kontaktstelle 62 auf der zweiten Halbleiterschicht 22 auf. Das Bauelement 10 kann Durchkontaktierungen 20 aufweisen oder frei von Durchkontaktierungen 20 sein. Ein solches
Bauelement 10 ohne die lokalen dotierten Bereiche 3 kann Inhomogenitäten in der Stromdichteverteilung und somit insbesondere in der Leuchtdichteverteilung aufweisen, die zum Beispiel in den Figuren 5B und 5C jeweils auf der linken Seite schematisch dargestellt sind.
Durch den Einsatz der lokalen dotierten Bereiche 3, die insbesondere als Stromverteilungsstege 3H oder als optisch begünstigte Fenster 3N innerhalb der ersten Halbleiterschicht 21 ausgeführt sind, kann eine gleichmäßige
Stromdichteverteilung oder eine gleichmäßige
Leuchtdichteverteilung erzielt werden, die zum Beispiel in den Figuren 5B und 5C jeweils auf der rechten Seite
schematisch dargestellt ist. Höhere Betriebsströme sind möglich, da die Stromdichte homogen über die Chipoberfläche verteilt ist. Insbesondere können lokale Brennpunkte
(Englisch: hot spots) in unmittelbarer Umgebung der
Durchkontaktierungen 20 vermieden werden können. Weist das Bauelement 10 eine seitlich angeordnete Kontaktstelle 61 auf, können die dotierten Bereiche 3, insbesondere die höher dotierten Bereiche 3H, derart ausgeführt sein, dass sie einen Gradienten bezüglich der Dotierkonzentration aufweisen, sodass die Dotierkonzentration insbesondere mit zunehmendem lateralem Abstand von der seitlich angeordneten Kontaktstelle 61 abnimmt (Figur 5C) .
In der Figur 5A ist schematisch dargestellt, dass die zweite Halbleiterschicht 22 ganz analog zu der ersten
Halbleiterschicht 21 lokale dotierte Bereiche 4 aufweisen kann. Die lokalen dotierten Bereiche 4 können als höher dotierte Bereiche 4H und/oder als niedriger-dotierte Bereiche 4N ausgeführt sein. Die lokalen Bereiche 4 der zweiten
Halbleiterschicht 22 können ganz analog zu den lokalen
Bereichen 3 der ersten Halbleiterschicht 21 ausgeführt sein. Die im Zusammenhang mit den lokalen Bereichen 3 beschriebenen Merkmale etwa bezüglich der Position, der Ausgestaltung, der Schichtdicke und/oder der Dotierung können daher sinngemäß analog auch für die lokalen Bereiche 4 der zweiten
Halbleiterschicht 22 herangezogen werden. In den Figuren 6A, 6B und 6C sind einige Verfahrensschritte zur Herstellung eines insbesondere hier beschriebenen
Bauelements 10 schematisch dargestellt. Die im Zusammenhang mit dem Bauelement 10 beschriebenen Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden, und umgekehrt. Gemäß Figur 6A wird ein Aufwachssubstrat 1A bereitgestellt. Eine Mehrzahl von lateral beabstandeten und dotierten
Bereichen 3 wird auf dem Aufwachssubstrat 1A gebildet. In der Figur 6A ist dargestellt, dass die dotierten Bereiche 3 höher-dotierte Bereiche 3H und niedriger-dotierte Bereiche 3N aufweist. Es ist jedoch möglich, dass die dotierten Bereiche 3 ausschließlich höher-dotierte Bereiche 3H oder
ausschließlich niedriger-dotierte Bereiche 3N sind.
Zur Erzeugung der dotierten Bereiche 3 können Regionen auf dem Aufwachssubstrat 1A fotolithographisch strukturiert werden. Zum Beispiel kann eine Maske gebildet werden, die insbesondere aus einem fotostrukturierbaren Material gebildet ist. In den strukturierten Regionen werden epitaktische
Halbleiterschichten gewachsen, die die lateral beabstandeten und dotierten Bereiche 3 bilden. Alternativ ist es möglich, dass die Halbleiterschichten großflächig epitaktisch
aufgewachsen werden, bevor diese Schichten in die lateral beabstandete Bereiche 3 strukturiert werden. Auch ist es möglich, dass die Bereiche 3 während der Epitaxie
strukturiert werden. Wird die Strukturierung nach der
Epitaxie durchgeführt, können die Bereiche 3 lokal bei
Raumtemperatur definiert werden, wodurch Ausdehnungseffekte bezüglich der Temperaturänderung kompensiert werden können. Die lokale Belichtung der photostrukturierbaren Maske kann ebenfalls bei Raumtemperatur durchgeführt werden. Je nach der Dotierkonzentration weisen die dotierten Bereiche 3 vorgegebene optische Eigenschaften und vorgegebene
elektrischen Eigenschaften auf. Anhand der
Dotierkonzentration kann zum Beispiel ein Brechungsindex der dotierten Bereiche 3 eingestellt werden. Um den elektrischen Widerstand zu reduzieren können die Bereiche 3 hoch dotiert ausgeführt sein. Um die optischen Eigenschaften, insbesondere bezüglich der Transmission von Licht bestimmter Wellenlänge, können die Bereiche 3 niedrig dotiert ausgeführt sein.
Nach der Bildung der Bereiche 3 kann die fotolithographische Maske entfernt werden. Das Aufwachssubstrat 1A kann dabei bereichsweise freigelegt sein. Gemäß Figur 6B kann zunächst eine Hauptschicht 21B der ersten Halbleiterschicht 21 derart auf das Aufwachssubstrat 1A aufgebracht werden, dass die Hauptschicht 21B die Teilbereiche der 3 vollständig bedeckt und diese in lateralen Richtungen vollständig umgibt. Die lateralen Zwischenräume zwischen den Bereichen 3, die etwa in der Figur 6A dargestellt sind, werden durch die Hauptschicht 21B der ersten Halbleiterschicht 21 vollständig aufgefüllt.
An einer Oberfläche des Aufwachssubstrats 1A können die
Bereiche 3 mit der Hauptschicht 21B bündig abschließen.
Weitere Halbleiterschichten des Hauptkörpers 2, etwa die optisch aktive Zone 23 und die zweite Halbleiterschicht 22, können in einem nachfolgenden Verfahrensschritt auf die erste Halbleiterschicht 21 epitaktisch aufgebracht werden. Der Hauptkörper 2 ist insbesondere Teil eines Hauptkörperverbunds 2V, die in einem späteren Verfahrensschritt in eine Mehrzahl von Hauptkörpern 2 vereinzelt werden kann.
Der nachfolgende Verfahrensschritt erfolgt insbesondere justiert zu den vorhergehenden Epitaxie-Strukturen, nämlich zu den im Hauptkörperverbund 2V vergrabenen dotierten Bereichen 3. Der Hauptkörperverbund 2V kann Justage-Marken aufweisen, die zum Beispiel die Positionen der dotierten Bereiche 3 oder der Hauptkörper 2 der herzustellenden
Bauelemente 10 markieren.
Gemäß Figur 6C können zum Beispiel Durchkontaktierungen 20 justiert zu den dotierten Bereichen 3 erzeugt werden.
Insbesondere können die Durchkontaktierungen 20 derart angeordnet sein, dass diese in Draufsicht mit den höher dotierten Bereichen 3H Überlappungen aufweisen und
insbesondere frei von einer Überlappung mit den niedriger dotierten Bereichen 3N sind. Wie in den Figur 6C schematisch dargestellt, enden die Durchkontaktierungen 20 vor den dotierten Bereichen 3, insbesondere vor den höher-dotierten Bereichen 3H. Abweichend davon ist es möglich, dass sich die Durchkontaktierungen 20 entlang der vertikalen Richtung bis zu den höher-dotierten Bereichen 3H oder gar in die dotierten höher-dotierten Bereiche 3 hinein erstrecken. Die
elektrischen Anschlüsse lassen sich auf die Epitaxie- Strukturen, insbesondere auf die dotierten Bereiche 3, abbilden. Der elektrische Widerstand innerhalb der ersten Halbleiterschicht 21 kann an räumlich bevorzugten Stellen abgesenkt oder erhöht werden. Damit können elektrisch
hochleitende Bereiche 3H und optisch optimierte Bereiche 3N gezielt erzeugt werden.
Aufgrund der Anwesenheit der höher-dotierten Bereiche 3H kann außerdem die Stromverteilung um die Durchkontaktierungen 20 insbesondere zur Vermeidung von so genannten Current- Crowding-Effekten verbessert werden. Die räumliche Trennung der optisch optimierten Bereichen 3N von den optisch
absorbierenden und Strom injizierenden Bereichen 3H erlaubt zudem die Realisierung einer ersten Halbleiterschicht 21 mit räumlich variablem Brechungsindex. Mit anderen Worten ist die Variation vom lokal definierten Brechungsindex möglich. Es ist auch möglich, dass Farbzentren zur Konversion der
Wellenlänge durch die Anordnung der dotierten Bereiche 3 gezielt erzeugt werden können. Zum Beispiel werden
Farbzentren gezielt in vorgegebenen Stellen des Hauptkörpers 2, die insbesondere justiert zu den dotierten Bereichen 3 angeordnet sind, eingebettet. Auch das lokale Einbetten von geometrischen Strukturen kann justiert zu den dotierten
Bereichen 3 erfolgen.
Im fertiggestellten Bauelement kann eine Korrelation zwischen den dotierten Bereichen 3 und der Geometrie des Bauelements 3 nachgewiesen werden. Auch korrelierte Abweichungen des
Dotierungsprofils oder der elektrischen Leitfähigkeit in den Schichtbereichen können festgestellt werden. Insbesondere ist die räumliche Anordnung der optischen Eigenschaften in Bezug auf die Chipstruktur nachweisbar. Im Betrieb des Bauelements sind die Strompfade insbesondere geometrisch definierbar.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt kann ein Hilfsträger auf dem Hauptkörperverbund 2V befestigt werden, sodass der Hauptkörperverbund 2V in vertikaler Richtung zwischen dem Aufwachssubstrat 1A und dem Hilfsträger angeordnet ist. Das Aufwachssubstrat 1A kann nachträglich entfernt werden. Der Hilfsträger dient insbesondere als Träger 1 des
Hauptkörperverbunds 2V oder des Bauelements 10.
Gemäß Figuren 7A und 7B kann der Träger 1 mit dem darauf angeordneten Hauptkörperverbund 2V in eine Mehrzahl von
Bauelementen 10 vereinzelt werden. Das vereinzelte Bauelement 10 kann einen Hauptkörper 2 mit den darin vergrabenen
dotierten Bereichen 3, 3H und 3N aufweisen, wobei die dotierten Bereiche 3, 3H und/oder 3N an der Geometrie des Hauptkörpers 2 oder an der Geometrie des Bauelements 2 angepasst sind.
In Figur 8A ist die Dotierkonzentration einer p-dotierten, insbesondere mit Mg dotierten GaN-Schicht schematisch
dargestellt. Die Dotierkonzentration kann von der
Aktivierungsenergie bzw. von der Temperatur T abhängig sein. In Figur 8B sind zwei Kurven Kl und K2 dargestellt, die den Verlauf der Spannung U in Abhängigkeit von der Stromstärke I zeigen. Die Kurve Kl zeigt die Spannung U und die Stromstärke I in einer GaN : Si-Schicht mit einer Dotierkonzentration von zirka 1,7.1018 cm-3. Die Kurve K2 zeigt die Spannung U und die Stromstärke I in einer GaN : Si-Schicht mit einer
Dotierkonzentration von zirka 5.1018 cm-3. An Stelle von Si kann auch Germanium als Dotierstoff benutzt werden. Die
Dotierkonzentration von Si oder Ge kann bis zu 3-4.1019 cnr3 sein. Anhand der Kurven Kl und K2 kann ein Verlauf des elektrischen Widerstands hergeleitet werden.
Figuren 9A, 9B und 9C zeigen weitere mögliche
Aus führungs formen eines hier beschriebenen Bauelements 10. In den Figuren 8A und 8B wird schematisch dargestellt, dass die erste Halbleiterschicht 21 und die zweite Halbleiterschicht 22 jeweils als Schichtenfolge ausgeführt sind. Zum Beispiel kann die erste Halbleiterschicht 21 eine Pufferschicht etwa aus A1N, eine Anpassungsschicht mit einer Schichtdicke von zirka 3000 nm, eine mit Si dotierte GaN-Kontaktschicht , eine n-leitende mit Si dotierte Stromaufweitungsschicht und
Übergangsschichten aufweisen. Die zweite Halbleiterschicht 22 kann Übergangsschichten, eine p-leitende mit Mg dotierte Stromaufweitungsschicht und Kontaktschichten aufweisen. Wie in den Figuren 9A, 9B und 9C schematisch dargestellt, kann die aktive Zone 23 zumindest zwei Teilregionen oder mehrere Teilregionen aufweisen, die zwar mechanisch
miteinander verbunden jedoch vertikal versetzt zueinander angeordnet sind. Das in der Figur 9B dargestellte Bauelement 10 unterscheidet sich von dem in der Figur 9A dargestellten Bauelement 10 insbesondere darin, dass das Aufwachssubstrat 1A nach dem Ausbilden des Trägers 1 oder IC entfernt ist. Zur Planarisierung einer dem Träger 1 zugewandten Oberfläche kann der Hauptkörper eine Anpassungsschicht 2Z aufweisen, die insbesondere zwischen der zweite Halbleiterschicht 22 und dem Träger 1 angeordnet ist.
Figur 10 zeigt weitere mögliche Ausführungsformen eines hier beschriebenen Bauelements 10. Insbesondere kann das
Bauelement 10 innere Auskoppelstrukturen 71 und äußere
Auskoppelstrukturen 72 aufweisen. Die inneren
Auskoppelstrukturen 71 sind Strukturen innerhalb der ersten Halbleiterschicht 21, die etwa durch Verwendung eines strukturierten Aufwachssubstrats 1A gebildet sind. Die äußeren Auskoppelstrukturen 72 sind insbesondere Strukturen, die etwa durch Strukturierung der zweiten Halbleiterschicht 22 gebildet sind.
In der Figur 10 wird außerdem schematisch dargestellt, dass die lokal dotierten Bereiche 3 und 4 sowohl in der ersten Halbleiterschicht 21 als auch in der zweiten
Halbleiterschicht 22 gebildet sein können. Analog zu den lokal dotierten Bereichen 3 in der ersten Halbleiterschicht 21 können die dotierten Bereichen 4 in der zweiten
Halbleiterschicht 22, insbesondere in einer Hauptschicht 22B der zweiten Halbleiterschicht 22 zumindest teilweise
vergraben sein. Die Bereiche 4 können höher-dotiert oder niedriger-dotiert als die Hauptschicht 22B sein. Die Bereiche 4 weisen außerdem eine vertikale Schichtdicke 4D auf, die kleiner ist als eine vertikale Schichtdicke 22D der zweiten Halbleiterschicht 22.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2019 112 762.9 beansprucht, deren
Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung der Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Die Erfindung umfasst vielmehr jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Ansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Ansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste
10 Bauelement
11 Vorderseite des Bauelements
12 Rückseite des Bauelements
1 Träger des Bauelements
1A Aufwachssubstrat des Bauelements
IC von einem Aufwachssubstrat verschiedener Hauptkörper des Trägers des Bauelements
2 Hauptkörper/ Halbleiterkörper
2V Hauptkörperverbund
2Z Anpassungsschicht
20 Durchkontaktierung
20A Anschlussschicht der Durchkontaktierung
20B Hauptschicht der Durchkontaktierung
201 Isolierungsstruktur
20P Passivierungsschicht
21 erste Halbleiterschicht
21B Hauptschicht der ersten Halbleiterschicht
21D vertikale Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht
22 zweite Halbleiterschicht
22B Hauptschicht der zweiten Halbleiterschicht
22D vertikale Schichtdicke der zweiten Halbleiterschicht
23 optisch aktive Zone
3 lokaler dotierter Bereich der ersten Halbleiterschicht 3D vertikale Schichtdicke des lokalen Bereichs 3
3H höher-dotierter Bereich oder Stromverteilungssteg der ersten Halbleiterschicht
3N niedriger-dotierter Bereich oder optisch begünstigtes Fenster der ersten Halbleiterschicht 4 lokaler dotierter Bereich der zweiten Halbleiterschicht
4D vertikale Schichtdicke des lokalen Bereichs 4
4H höher-dotierter Bereich oder Stromverteilungssteg der zweiten Halbleiterschicht
4N niedriger-dotierter Bereich oder optisch begünstigtes Fenster der zweiten Halbleiterschicht
5 Anschlussschicht/ Spiegelschicht
50 Anschlussschicht/ Spiegelschicht
60 AnschlussSchicht
61 erste Kontaktschicht/ erste Kontaktstelle/ Kontaktpad
62 zweite Kontaktschicht/ zweite Kontaktstelle/ Kontaktpad 71 innere Auskoppelstruktur
72 äußere Auskoppelstruktur
Kl erste Kurve mit erster Dotierkonzentration
K2 zweite Kurve mit zweiter Dotierkonzentration

Claims

Patentansprüche
1. Bauelement (10) mit einem Träger (1, 1A, IC) und einem auf dem Träger angeordneten Hauptkörper (2), bei dem
- der Hauptkörper eine erste Halbleiterschicht (21) eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Ladungsträgertyps und eine
dazwischenliegende optisch aktive Zone (23) aufweist,
- die erste Halbleiterschicht eine zusammenhängende
Hauptschicht (21B) und lokale Bereiche (3, 3H, 3N) aufweist, die zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben und von der Hauptschicht lateral umschlossen sind, und
- die lokalen Bereiche dotiert ausgeführt und somit zur
Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht eingerichtet sind, wobei die lokalen Bereiche im Vergleich zu der ersten Halbleiterschicht eine geringere vertikale
Schichtdicke (3D) aufweisen.
2. Bauelement (10) nach Anspruch 1,
bei dem die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) einzelne voneinander lateral beabstandete Bereiche der ersten Halbleiterschicht (21) sind, und die Hauptschicht (21B) in der vertikalen
Richtung zumindest teilweise zwischen der aktiven Zone (23) und den lokalen Bereichen angeordnet ist.
3. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) und die Hauptschicht (21B) auf demselben Halbleitermaterial basieren, wobei die Hauptschicht eine größere maximale vertikale Schichtdicke (21D) aufweist als die lokalen Bereiche.
4. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Hauptschicht (21B) der ersten Halbleiterschicht (21) eine erste Dotierkonzentration (nl) aufweist und die lokale Bereiche (3, 3H, 3N) eine Dotierkonzentration
aufweisen, die sich um mindestens 5 % von der ersten
Dotierkonzentration unterscheidet .
5. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (21) n-leitend ausgeführt ist, wobei
- die Hauptschicht (21B) eine maximale Dotierkonzentration zwischen einschließlich 4.1018 cnr3 und 4.1019 cnr3
aufweist, und
- die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als
Stromverteilungsstege (3H) ausgeführt sind, die einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als die
Hauptschicht, indem eine Dotierkonzentration der
Stromverteilungsstege um mindestens 5 % größer ist als die Dotierkonzentration (nl) der Hauptschicht .
6. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Halbleiterschicht (21) n-leitend ausgeführt ist, wobei
- die Hauptschicht (21B) eine maximale Dotierkonzentration zwischen einschließlich 4.1018 cnr3 und 4.1019 cnr3
aufweist, und
- die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als optisch begünstigte Fenster (3N) ausgeführt sind, die für eine im Betrieb des Bauelements von der optisch aktiven Zone emittierte Strahlung einen größeren Transmissionsgrad aufweisen als die Hauptschicht, indem die optisch
begünstigten Fenster eine Dotierkonzentration (nN) aufweisen, die um mindestens 5 % kleiner ist als die
Dotierkonzentration der Hauptschicht .
7. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Halbleiterschicht (21) p-leitend ausgeführt ist, wobei
- die Hauptschicht (21B) eine maximale Dotierkonzentration zwischen einschließlich 1.1017 cnr3 und 3.1018 cnr3
aufweist, und
- die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als
Stromverteilungsstege (3H) ausgeführt sind, die einen geringeren elektrischen Widerstand aufweisen als die
Hauptschicht, indem eine Dotierkonzentration der
Stromverteilungsstege um mindestens 5 % größer ist als die Dotierkonzentration der Hauptschicht .
8. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die erste Halbleiterschicht (21) p-leitend ausgeführt ist, wobei
- die Hauptschicht (21B) eine maximale Dotierkonzentration zwischen einschließlich 1.1017 cnr3 und 3.1018 cnr3
aufweist, und
- die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als optisch begünstigte Fenster (3N) ausgeführt sind, die für eine im Betrieb des Bauelements von der optisch aktiven Zone emittierte Strahlung einen größeren Transmissionsgrad aufweisen als die Hauptschicht, indem die optisch
begünstigten Fenster eine Dotierkonzentration (nN) aufweisen, die um mindestens 5 % kleiner ist als die
Dotierkonzentration der Hauptschicht .
9. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als Stromverteilungsstege (3H) und bereichsweise als optisch begünstigte Fenster (3N) ausgeführt sind, wobei die
Stromverteilungsstege eine höhere Dotierkonzentration
aufweisen als die optisch begünstigten Fenster.
10. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die zweite Halbleiterschicht (22) eine
zusammenhängende Hauptschicht (22B) und lokale Bereiche (4, 4H, 4N) aufweist, wobei
- die lokalen Bereiche (4, 4H, 4N) zumindest stellenweise in der Hauptschicht der zweiten Halbleiterschicht vergraben und von der Hauptschicht der zweiten Halbleiterschicht lateral umschlossen sind,
- die lokalen Bereiche dotiert ausgeführt und somit zur
Einstellung lokaler elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der zweiten Halbleiterschicht eingerichtet sind, und
- die lokalen Bereiche im Vergleich zu der zweiten
Halbleiterschicht eine geringere vertikale Schichtdicke (4D) aufweisen.
11. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das mehrere lateral beabstandete Durchkontaktierungen (20) aufweist, wobei
- sich die Durchkontaktierungen zur elektrischen
Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht (21) durch die zweite Halbleiterschicht (22) und die aktive Zone (23) hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken, und
- in Draufsicht auf den Träger (1, 1A, IC) zumindest einige der Durchkontaktierungen mit den lokalen als Stromverteilungsstege ausgeführten Bereichen (3, 3H) überlappen .
12. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das mehrere lateral beabstandete Durchkontaktierungen (20) aufweist, wobei
- sich die Durchkontaktierungen zur elektrischen
Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht (21) durch die zweite Halbleiterschicht (22) und die aktive Zone (23) hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken, und
- in Draufsicht auf den Träger (1, 1A, IC) die
Durchkontaktierungen und die lokalen als optisch
begünstigte Fenster ausgeführten Bereiche (3, 3N) frei von Überlappungen sind.
13. Bauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, das eine Kontaktstelle (61) zur externen elektrischen
Kontaktierung des Bauelements aufweist, wobei
- die lokalen Bereiche (3, 3H, 3N) bereichsweise als
Stromverteilungsstege (3H) ausgeführt sind, und
- die Stromverteilungsstege bezüglich ihrer
Dotierkonzentration einen Gradienten aufweisen, sodass die Stromverteilungsstege mit einem ersten lateralen Abstand zur Kontaktstelle eine höhere Dotierkonzentration
aufweisen als die Stromverteilungsstege mit einem zweiten lateralen Abstand zur Kontaktstelle, wobei der erste
Abstand kleiner ist als der zweite Abstand.
14. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die optisch aktive Zone (23) eine innere vertikale Stufe (S) im Hauptkörper (2) aufweist, wobei die erste
Halbleiterschicht (21) und die zweite Halbleiterschicht (22) an der Stufe der aktiven Zone jeweils einen entsprechenden vertikalen Sprung aufweisen.
15. Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das Auskoppelstrukturen (71, 72) zur Erhöhung der
Auskoppeleffizienz elektromagnetischer Strahlung aufweist, wobei sich die Auskoppelstrukturen bereichsweise auf dem Hauptkörper (2) und/oder innerhalb des Hauptkörpers (2) befinden .
16. Lichtquelle mit einem Bauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die optisch aktive Zone (23) im Betrieb des Bauelements zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung im sichtbaren, infraroten oder im ultravioletten Spektralbereich eingerichtet ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Bauelements (10) mit einem Hauptkörper (2), der eine erste Halbleiterschicht (21) eines ersten Ladungsträgertyps, eine zweite Halbleiterschicht (22) eines zweiten Ladungsträgertyps und eine
dazwischenliegende optisch aktive Zone (23) aufweist, mit folgenden Schritten:
A) Ausbilden einer Mehrzahl von lateral beabstandeten und
dotierten Bereichen (3, 3H, 3N) aus einem
Halbleitermaterial auf einem Aufwachssubstrat (1A); und
B) Überwachsen der dotierten Bereiche mit
Halbleitermaterialien zur Formung des Hauptkörpers derart, dass
- die dotierten Bereiche als integrale Teilbereiche der ersten Halbleiterschicht gebildet sind, wobei die erste Halbleiterschicht eine zusammenhängende Hauptschicht (21B) aufweist, und wobei die dotierten Bereiche zumindest stellenweise in der Hauptschicht vergraben und von der Hauptschicht lateral umschlossen sind,
- die dotierten Bereiche zur Einstellung lokaler
elektrischer und lokaler optischer Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht eingerichtet sind, und
- die lokalen Bereiche im Vergleich zu der ersten
Halbleiterschicht eine geringere vertikale Schichtdicke (3D) aufweisen.
18. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem mehrere lateral beabstandete Durchkontaktierungen (20) zur elektrischen Kontaktierung der ersten
Halbleiterschicht (21) derart gebildet werden, dass
- sich die Durchkontaktierungen durch die zweite
Halbleiterschicht (22) und die aktive Zone (23) hindurch in die erste Halbleiterschicht hinein erstrecken, und
- das Ausbilden der Durchkontaktierungen justiert zu den
lokalen vergrabenen dotierten Bereichen (3, 3H, 3N) erfolgt .
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