WO2022018071A1 - Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterkörpers und strahlungsemittierender halbleiterkörper - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines strahlungsemittierenden halbleiterkörpers und strahlungsemittierender halbleiterkörper Download PDF

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Lars Nähle
Sven GERHARD
Alfred Lell
Harald KÖNIG
Christoph Eichler
Georg BRÜDERL
Martin Rudolf Behringer
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • a method for producing a radiation-emitting semiconductor body and a radiation-emitting semiconductor body are specified.
  • Radiation-emitting semiconductor bodies are specified, for example, in the publication DE 102010 047 451 A1.
  • An improved radiation-emitting semiconductor body is to be specified which is set up to generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges.
  • a simplified method for producing such a radiation-emitting semiconductor body is to be specified.
  • a growth substrate having a main area is first provided.
  • a large number of distribution structures are produced on the main surface of the growth substrate.
  • a compound semiconductor material is deposited epitaxially on the main surface of the growth substrate, the epitaxial growth of the compound semiconductor material varying due to the distribution structures along the main surface, so that during epitaxial deposition an epitaxial semiconductor layer sequence with at least a first emitter region and a second emitter region on the main surface arises.
  • the distribution structures are particularly preferably designed as non-growth areas on which no homogeneously epitaxially deposited material is applied.
  • the compound semiconductor material has at least two different chemical elements.
  • the compound semiconductor material is a III/V semiconductor material or a II/VI semiconductor material.
  • a III/V compound semiconductor material has at least one chemical element from the third group of the periodic table and at least one chemical element from the fifth group of the periodic table.
  • a II/VI compound semiconductor material has at least one chemical element from the second group of the periodic table and at least one chemical element from the sixth group of the periodic table.
  • the distribution structures are set up to vary the epitaxial growth of the semiconductor layer sequence along the main area.
  • Properties of the epitaxial semiconductor layer sequence deposited in this way are in other words, different along the main surface of the growth substrate.
  • a thickness or a chemical composition of the epitaxial semiconductor layer sequence varies along the main area.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence forms completely on areas of the main area that are free of the distributor structures. In other words, the main area is initially completely covered with the epitaxial semiconductor layer sequence, except for the regions in which the distributor structures are arranged.
  • the first emitter region and the second emitter region are arranged laterally next to one another in a plan view of a main area of the semiconductor body.
  • the first emitter region and the second emitter region are not stacked one on top of the other in a stacking direction of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the first emitter region and the second emitter region generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges.
  • the first emitter area and the second emitter area preferably generate visible light.
  • the first emitter region particularly preferably generates blue light and the second emitter region green light.
  • the method for producing a radiation-emitting semiconductor body is not limited to the fact that only two emitter regions are produced. Rather, it is provided in the present case that more are comprised as two emitter regions by the epitaxial semiconductor layer sequence to be deposited or form the epitaxial semiconductor layer sequence. In particular, all the emitter regions which are comprised by the epitaxial semiconductor layer sequence or which form it are arranged laterally next to one another in a plan view of the main area of the semiconductor body. For reasons of clarity, only two emitter regions are discussed below. The corresponding features and embodiments can in each case also be formed in the case of more than two emitter regions.
  • the method for producing a radiation-emitting semiconductor body comprises, in particular, the following steps:
  • Manifold structures varied along the main surface, so that an epitaxial semiconductor layer sequence with at least a first emitter region and a second emitter region is formed on the main surface during epitaxial deposition, wherein
  • Plan view of a main surface of the semiconductor body are arranged laterally next to each other, and - the first emitter region and the second emitter region generate electromagnetic radiation of different wavelength ranges during operation.
  • the compound semiconductor material is a III/V
  • the III/V compound semiconductor material is particularly preferably a nitride compound semiconductor material and obeys the following formula: In x Al y Gai- xy N with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x+y ⁇ 1.
  • the distributor structures are set up to vary the amount of a component of a precursor material of the compound semiconductor material to be deposited that is available on the main area of the growth substrate.
  • the growth substrate is provided in a closed volume.
  • a precursor material with a component for each or more of the chemical elements of the compound semiconductor material is generally also provided in the closed volume.
  • at least one precursor material is provided with a component for the group III chemical element later present in the deposited epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the precursor material typically partitions into its component parts such that the component part of the Group III element precursor material is available at the major surface of the growth substrate.
  • a precursor material having a constituent for the Group V chemical element later present in the deposited epitaxial semiconductor layer sequence is also provided.
  • the manifold structures are now designed to vary the amount of a constituent of the precursor materials available on or over the major surface of the growth substrate.
  • the manifold structures can increase or decrease the amount of one of the constituents of the precursor materials available on the major surface of the growth substrate.
  • the distributor structures it is also possible for the distributor structures to set a growth rate in a targeted manner during the epitaxial deposition of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the epitaxial deposition is particularly preferably an organometallic vapor phase epitaxy.
  • precursor materials for the Group III chemical element indium one of the following materials is used, for example: trimethylindium, dimethylaminopropyldimethylindium.
  • TMA trimethyl aluminum
  • TAA triethyl aluminum
  • TMG trimethylgallium
  • TAG Triethylgallium
  • precursor materials for the Group V chemical element nitrogen one of the following materials is used, for example: phenylhydrazine, dimethylhydrazine, tert-butylamine, ammonia.
  • a quantity of a component of the precursor material of the compound semiconductor material to be deposited in the first emitter region that is available during the epitaxial deposition is different from the quantity of the component of the precursor material of the compound material to be deposited in the second emitter region.
  • a distribution structure is formed, for example, by a recess in the main surface of the growth substrate.
  • the recess can be a trench or a hole.
  • the trench or the hole has, for example, a round, hexagonal, rectangular or triangular base area.
  • side surfaces of the trench and/or side surfaces of the hole can be designed as facets.
  • a distribution structure can also be formed by a porous region, which can be produced, for example, by etching in the main surface of the growth substrate.
  • a distributor structure can be designed as a web being. For example, the web has undercut side flanks.
  • the distribution structure is formed by a coating that is applied to the main surface of the growth substrate.
  • the coating is formed only in places on the main surface of the growth substrate in order to form the distribution structure.
  • the coating can, for example, comprise a dielectric or consist of a dielectric.
  • the following materials are suitable for the coating: silicon nitride, silicon oxide.
  • a coating comprising or consisting of silicon nitride or silicon oxide typically serves to increase the constituent of the Group III element precursor material by spreading the coating through diffusion processes at the major surface of the growth substrate or by changing the gas concentration across the growth substrate during the epitaxial deposition affects the growth of the epitaxial semiconductor layer.
  • a distributor structure is formed by a region of the main area of the growth substrate which has a different strain than the remaining main area. Such a change in the strain can be achieved, for example, by different doping of the growth substrate in the area of the distributor structure.
  • the manifold structures are suitable for increasing the amount of the component of the precursor material for the compound semiconductor material over the main surface of the growth substrate.
  • the distribution structure increases the amount of the component of the precursor material for the group III element.
  • a coating comprising silicon nitride or silicon oxide or consisting of silicon nitride or silicon oxide is suitable for increasing the amount of a Group III element over the main surface of the growth substrate.
  • the manifold structures are suitable for reducing the amount of the component of the precursor material for the compound semiconductor material over the main surface of the growth substrate. If a III/V compound semiconductor material is to be deposited, then, for example, recesses such as trenches, holes and/or porous etched areas are suitable.
  • Manifold structures capable of lowering the amount of the Group III element precursor material component over the major surface of the growth substrate.
  • a distance between two directly adjacent emitter regions is no greater than 5 millimeters, preferably no greater than 1 millimeter and particularly preferably no greater than 100 micrometers.
  • the method described so far is suitable for producing a radiation-emitting semiconductor body, which is described in more detail below. All embodiments and features that are described in connection with the method can also be formed in the radiation-emitting semiconductor body and vice versa.
  • the radiation-emitting semiconductor body comprises an epitaxial semiconductor layer sequence which is a
  • the epitaxial semiconductor layer sequence preferably comprises at least one first emitter region and one second emitter region. Furthermore, it is also possible for the epitaxial semiconductor layer sequence to be formed from the emitter regions. The first emitter area and the second emitter area are set up to generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges during operation.
  • the first emitter region and the second emitter region are arranged laterally next to one another in a plan view of a main area of the semiconductor body.
  • a peak wavelength of an emission spectrum of the electromagnetic radiation emitted by the first emitter region differs from a peak wavelength of an emission spectrum of the electromagnetic radiation of the second emitter region by at least 2 nanometers, preferably by at least 5 nanometers preferably by at least 10 nanometers, more preferably by at least 50 nanometers and particularly preferably by at least 100 nanometers.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence is the epitaxial on a main surface of a growth substrate
  • the growth substrate has, for example, one of the following materials or is formed from one of the following materials: silicon carbide, sapphire, gallium nitride. These materials are particularly suitable as a growth substrate for a nitride compound semiconductor material.
  • the first emitter region and the second emitter region are arranged between two distributor structures or laterally on one side next to at least two distributor structures.
  • the distributor structures are formed as trenches in the main area of the growth substrate.
  • the trenches formed as distribution structures in the main area of the growth substrate have, for example, a width of more than 0.5 micrometers, preferably at least 2 micrometers and particularly preferably at least 4 micrometers. Furthermore, the as Distribution structures formed trenches in the main surface of the growth substrate, for example, a depth of at most 25 microns, preferably at most 10 microns and more preferably at most 6 microns.
  • At least one distributor structure has at least two segments which are separate from one another and are formed in the same way.
  • the first emitter region and the second emitter region comprise an active zone in which electromagnetic radiation is generated during operation.
  • the active zone preferably comprises a first quantum film structure and at least one second quantum film structure, the first quantum film structure having a different thickness within the first emitter region than within the second emitter region.
  • Quantum film structure within the first emitter region a different thickness than within the second emitter region.
  • two emitter regions can advantageously be produced whose electromagnetic radiation has emission spectra with peak wavelengths that differ by at least 50 nanometers, preferably by at least 100 nanometers.
  • the first emitter region and the second emitter region are each surrounded by a ridge waveguide.
  • the two emitter regions are of different ridge waveguides includes.
  • a semiconductor body can thus be produced which emits electromagnetic laser radiation in different wavelength ranges from facets on side surfaces of the semiconductor body.
  • the active zone is designed as a laser medium in which a population inversion is generated during operation in connection with a suitable resonator. Due to the population inversion, the electromagnetic radiation is generated in the active region by stimulated emission, which leads to the formation of electromagnetic laser radiation. Due to the generation of the electromagnetic laser radiation by stimulated emission, the electromagnetic laser radiation, in contrast to electromagnetic radiation that is generated by spontaneous emission, usually has a very long coherence length, a very narrow emission spectrum and/or a high degree of polarization.
  • a first contact point for making electrical contact with the first emitter region is arranged on the first emitter region.
  • a second contact point for electrical contacting of the second emitter region is arranged on the second emitter region. Electromagnetic radiation is thus generated in emitter regions which are electrically isolated from one another and are spaced apart from one another within the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the radiation-emitting semiconductor body described here is particularly suitable for being used in a semiconductor laser chip.
  • the semiconductor laser chip is for example, it is an edge-emitting laser that emits laser radiation from a facet arranged on the side.
  • it can also be a surface-emitting laser, such as a VCSEL (short for “Vertical Cavity Surface Emitting Laser”), which emits laser radiation from a main surface.
  • VCSEL Vertical Cavity Surface Emitting Laser
  • the radiation-emitting semiconductor body may be part of a semiconductor light-emitting diode chip which, in particular, emits electromagnetic radiation that is not generated by population inversion.
  • FIGS. 1 to 4 show stages of a method for producing a radiation-emitting semiconductor body according to an exemplary embodiment. The method according to exemplary embodiments 1 to 4 is explained in more detail with reference to FIGS.
  • FIGS. 8 to 24 show schematic sectional illustrations of radiation-emitting semiconductor bodies in accordance with various exemplary embodiments.
  • a radiation-emitting semiconductor body according to a further exemplary embodiment is explained in more detail with reference to FIGS.
  • a radiation-emitting semiconductor body according to a further exemplary embodiment is explained in more detail with reference to FIGS.
  • FIGS. 29 to 49 show schematic representations of radiation-emitting semiconductor bodies in accordance with various exemplary embodiments.
  • a growth substrate 1 with a main surface 2 is first provided.
  • the growth substrate 1 has sapphire, silicon carbide or gallium nitride (FIG. 1).
  • a multiplicity of distribution structures 3 are produced on the main surface 2 of the growth substrate 1, only a single distribution structure 3 being shown in FIG. 2 for reasons of clarity.
  • a trench is produced as a distributor structure 3 in the main area 2 of the growth substrate 1, for example by etching.
  • the trench has a rectangular cross-sectional area.
  • a nitride compound semiconductor material is then epitaxially deposited on the main area 2 of the growth substrate, so that an epitaxial semiconductor layer sequence 4 is formed (FIG. 3).
  • the growth substrate 1 is provided in a volume.
  • a precursor material for the Group III element of the nitride compound semiconductor material to be deposited is then provided in the volume.
  • the Group III element precursor material trimethylindium, dimethylaminopropyldimethylindium, trimethylaluminum (TMA), triethylaluminum (TEA), trimethylgallium (TMG), triethylgallium (TEG).
  • TMA trimethylaminopropyldimethylindium
  • TMA trimethylaluminum
  • TAA triethylaluminum
  • TMG trimethylgallium
  • TAG triethylgallium
  • a precursor material having a constituent for the group V element of the III/V compound semiconductor material to be deposited is also provided.
  • the Group III element precursor material phenylhydrazine, dimethylhydrazine, tert-butylamine, ammonia.
  • the trench is set up to vary, in particular to decrease, the amount of the component of the precursor material for the group III element that is available on the main surface 2 of the growth substrate 1 during the epitaxial deposition.
  • an epitaxial semiconductor layer sequence 4 with at least a first emitter region 5 and a second emitter region 6 is formed on the main surface 2 of the growth substrate 1 due to the distributor structures 3, which have different material compositions and/or thicknesses. Consequently, the first emitter region 5 and the second emitter region 6 generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges.
  • the first emitter region 5 and the second emitter region 6 are arranged laterally next to one another in a top view of the semiconductor body 1 .
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 4 is structured so that only two spaced-apart emitter regions 5, 6 are arranged on the main surface 2, while the rest of the main surface 2 is free from the epitaxial
  • the first emitter region 4 and the second emitter region 5 are each surrounded by a ridge waveguide 7, 7'.
  • the emitter regions 5, 6 it would also be possible for only the emitter regions 5, 6 to be provided with an electrical contact, so that only the emitter regions 5, 6 are supplied with current during operation of the radiation-emitting semiconductor body, so that electromagnetic radiation is generated only within the two emitter regions 5, 6 will.
  • FIG. 5 shows a spatially resolved photoluminescence measurement of an epitaxial semiconductor layer sequence 4 with an active zone 8.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 4 is broken through by two trenches as a distributor structure 3.
  • FIG. 6 shows measured values of the peak wavelength l of a photoluminescence along the line AA′ of FIG. 5.
  • the peak wavelength of the electromagnetic radiation generated by the active zone 8 of the epitaxial semiconductor layer sequence 4 changes by approximately +/- in the area of the distributor structures 3 10 nanometers.
  • FIG. 7 shows the distribution of a peak wavelength l of an emission spectrum of three emitter regions 5, 6 between two distribution structures 3, which are designed as trenches.
  • the peak wavelength l is plotted against the position x between the trenches.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 8 has an epitaxial semiconductor layer sequence 4 formed from a III/V semiconductor material.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 4 is formed from a first emitter region 5 and a second emitter region 6, with the second emitter region 6 not being shown in the figure.
  • the first emitter region 5 and the second Emitter region 6 also have an active zone 8 in which electromagnetic radiation is generated during operation.
  • the first emitter region 5 emits electromagnetic radiation with an emission spectrum that differs from the emission spectrum of the electromagnetic radiation of the second emitter region 6 .
  • the first emitter region 5 and the second emitter region 6 generate electromagnetic radiation in different wavelength ranges.
  • the first emitter region 5 and the second emitter region 6 are arranged laterally next to one another in a plan view of the main area of the semiconductor body.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with FIG. 9 has a trench as the distributor structure 3, the side faces 10 of which are in the form of facets. In other words, side surfaces 10 of the trench run obliquely to the main surface 2 of the growth substrate 1.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 10 has a trench as the distributor structure 3, the side faces 10 of which are produced by undercutting the trench.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 11 has a first emitter region 5, which is arranged within a distributor structure 3 designed as a trench.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 12 has a further distributor structure 3, which is in the form of a coating.
  • the coating is formed from silicon nitride or silicon oxide or has one of these materials.
  • This distributor structure 3 serves during the epitaxial growth of the epitaxial
  • Semiconductor layer sequence 4 in particular to increase the amount of the component of precursor material for a group III element along the main surface 2 of the growth substrate 1, while formed as a trench
  • Distribution structure 3 serves to decrease the amount of Group III element on the main surface 2 of the growth substrate 1 during the epitaxial growth. By combining the different distributor structures 3, the material composition within the emitter regions 5, 6 can be set in the desired manner.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 13 also has two different distributor structures 3, namely a trench and a coating, for example made of silicon nitride or silicon oxide.
  • a coating for example made of silicon nitride or silicon oxide.
  • an emitter region 5 is in the trench arranged.
  • the coating is arranged on the side of the further emitter area 6 .
  • the coating is arranged between the two emitter regions 5, 6.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 14 has a trench as the distributor structure 3, in which two emitter regions 5, 6 are arranged.
  • a further distributor structure 3, which is designed as a coating, is arranged in the trench.
  • a further emitter region 11 is applied to the growth substrate 1 to the side of the trench.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 15 has two trenches as distributor structures 3, between which an emitter region 5 is arranged.
  • the trenches have side faces 10 which are perpendicular to a main face 2 of a growth substrate 1 .
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 16 has two trenches as distributor structures 3, which have a greater depth than the trenches according to the exemplary embodiment in FIG.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 17 has two trenches as distributor structures 3, between which an emitter region 5 is arranged.
  • the trenches have side faces 10 which extend obliquely to a main surface 2 of a growth substrate 1.
  • the trenches have a triangular cross-sectional area.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 18 has two trenches as distributor structures 3, between which an emitter region 5 is arranged.
  • the trenches have side faces 10 that run obliquely to a main face 2 of a growth substrate 1 .
  • the trenches are undercut.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 19 has two coatings as distributor structures 3 .
  • An emitter region 5 is arranged between the coatings.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 20 has a projection 12 in a growth substrate 1, on which an emitter region 5 is arranged. Furthermore, the radiation-emitting semiconductor body has two coatings as distributor structures 3, which are each arranged laterally adjacent to the projection 12 and each project beyond the emitter region 5.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 21 has a projection 12 in a growth substrate 1, on which an emitter region 5 is arranged. Furthermore, the radiation-emitting semiconductor body has two coatings as distributor structures 3 which are each arranged laterally adjacent to the projection 12 and terminate flush with the projection 12 . In the case of the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. The trench has a rectangular cross-sectional area.
  • the side faces 10 run at an angle to a main face 2 of the growth substrate 1.
  • the trench has a triangular cross-sectional area.
  • an emitter region 5 is arranged between two trenches which have facetted side areas 10.
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 25 has a distributor structure 3 which is arranged to the side of a first emitter region 5 and a second emitter region 6 .
  • the first emitter region 5 and the second emitter region 6 are linear in the present case and run parallel to one another.
  • the distribution structure 3 is formed as a trench which is set up to reduce a distribution of a component of a precursor material for a group III element on a main surface 2 of a growth substrate 1 .
  • the trench and the two emitter regions 5, 6 run parallel to one another. Therefore, the first emitter region 5, which is closer to the distribution structure 3 arranged than the second emitter region 6, has a smaller amount of Group III element.
  • FIG. 26 schematically shows a peak wavelength 1 as a function of the position x of an emission spectrum of the electromagnetic radiation that is generated by the two emitter regions 5, 6 of the semiconductor body according to FIG.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 27 has a distributor structure 3, which is embodied as a coating and is set up to apply a precursor material for a group III element on a main surface 2 of a growth substrate 1 raise.
  • FIG. 28 shows a schematic of a peak wavelength l of an emission spectrum of the electromagnetic radiation that is generated by the two emitter regions 5, 6 of the semiconductor body according to FIG. 27, as a function of the position x.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 29 has three emitter regions 5, 6, 11, which are arranged between two distributor structures 3.
  • the emitter regions 5, 6, 11 are equidistant from one another.
  • a peak wavelength l of the electromagnetic radiation emitted by the emitter regions 5, 6, 11 can be determined by different Distances di, d2, d3, d4 to the distribution structures 3 on both sides of the emitter regions 5, 6, 11 can be set in the desired manner.
  • a peak wavelength l can also be determined by different distances di, d2, d3 of the emitter regions 5, 6, 11 from the
  • Distribution structures 3 are set on one side.
  • the emitter regions 5, 6, 11 do not have to be arranged symmetrically within the distribution structures 3, as shown in FIG.
  • non-equidistant distances di, d2, d3 between the individual emitter regions 5, 6, 11, 11' are also possible, for example to compensate for a non-linear dependency of the peak wavelength l on the distance to the distributor structure 3 (see FIG. 31).
  • An emitter region 5, 6, 11 is positioned in each case in distribution structures 3.
  • the distances di, d2, d3 between the distributor structures 3 are each formed differently, so that a different area is available for the growth of the respective emitter region 5, 6, 11.
  • different growth rates of the epitaxial semiconductor layer sequence 4 and/or amounts of the components of the precursor material for the group III element can be achieved during the epitaxial deposition, so that quantum film structures 9 of different thickness and/or material composition are formed within the emitter regions 5, 6, 11.
  • the widths b and/or depths of the distributor structures 3 can be designed differently in order to realize different emission spectra of the electromagnetic radiation generated by the emitter regions 5, 6, 11.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 35 has two distributor structures 3, between which four emitter regions 5, 6, 11, 11' are arranged.
  • the one manifold structure 3 is set up here to increase a component of a precursor material for a group III element over a main surface 2 of a growth substrate 1 during the epitaxial deposition.
  • the other manifold structure 3 is arranged to decrease the component of the precursor material for a group III element along the main surface 2 of the growth substrate 1 .
  • Emitter regions 5, 6, 11, 11' can also be produced in this way, which emit electromagnetic radiation of different wavelength ranges during operation.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 36 has distributor structures 3 with different segments 13 that are separate from one another.
  • the segments 13 are of the same design.
  • An emitter region 5 is arranged between two distributor structures 3 .
  • the distributor structures 3 in the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 37 also have distributor structures 3 with segments 13 .
  • a surface proportion of the segments 13 of the distributor structures 3 is equal to one Area proportion of the segments 13 of the distributor structures 3 of the embodiment of Figure 36.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 40 also has distribution structures 3 with different segments 13 that are separate from one another.
  • the segments 13 of a common distributor structure 3 have different distances d 1 , d 2 , d 3 from an emitter region 5 which is arranged between the two distributor structures 3 .
  • FIGS. 41, 42 and 43 it is also possible to arrange a plurality of distributor structures 3 next to an emitter region 5.
  • a single distributor structure 3 is arranged next to the emitter region 5, in the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG.
  • Exactly three distributor structures 3 are arranged next to the emitter region 5 in FIG.
  • Such an arrangement of a plurality of distribution structures 3 next to an emitter region 5 generally advantageously has less stress than a single, wider distribution structure 3 .
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIGS. 44 and 45 has a distributor structure 3 and two emitter regions 5, 6.
  • the two emitter regions 5, 6 are linear and run parallel to one another and parallel to the distributor structure 3, which is arranged to the side of the two emitter regions 5, 6.
  • the epitaxial growth rates and/or the amount of a group III element within the compound semiconductor material of the emitter regions 5, 6 differ.
  • the indium content of the two emitter regions 5, 6 preferably varies. 6 from each other ( Figure 44).
  • the first emitter region 5 and the second emitter region 6 have an active zone 8 in which the electromagnetic radiation is generated during operation.
  • the active zone 8 also has a first quantum film structure 9 and a second quantum film structure 9' (FIG. 45).
  • the first quantum film structure 9 preferably has a different thickness within the first emitter region 5 than within the second emitter region 6.
  • the second quantum film structure 9' within the first emitter region 5 also has a different thickness than within the second emitter region 6.
  • the first emitter region 5 generates electromagnetic radiation only in the second quantum film structure 9', since the first
  • Quantum film structure 9 has too great a thickness. Furthermore, the second emitter region 6 generates electromagnetic radiation only in the first quantum film structure 9, since the second quantum film structure 9' is made too thin.
  • radiation-emitting semiconductor bodies have been described which have linear emitter regions 5, 6, 11, 11'. These are particularly suitable for being surrounded by a ridge waveguide 7, 7', so that the radiation-emitting semiconductor body emits electromagnetic laser radiation of the emitter regions 5, 6, 11, 11' from a side surface. Exemplary embodiments are described below in which the radiation-emitting semiconductor body emits electromagnetic radiation, which is generated in the emitter regions 5, 6, 11, 11′, from a main surface (so-called “surface emitter”).
  • the radiation-emitting semiconductor body in accordance with the exemplary embodiment in FIG. 46 has two linear distributor structures 3 which are arranged to the side of an emitter region 5 .
  • the emitter region 5 is rectangular in this case.
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 47 likewise has an emitter region 5 with a rectangular basic shape.
  • the distribution structure 3 is arranged in the form of a frame and likewise with a rectangular basic structure around the emitter region 5 .
  • the distributor structure 3 is directly adjacent to the emitter region 5 .
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 48 has two rectangular emitter regions 5, 6, which are each surrounded by a distributor structure 3 in the manner of a frame. the In this case, distributor structure 3 is arranged at a distance from emitter structure 5 .
  • the radiation-emitting semiconductor body according to the exemplary embodiment in FIG. 49 has a multiplicity of emitter regions 5, which are arranged along rows and columns.
  • a distributor structure 3 is formed in a frame-like manner around the emitter regions 5 and fills in spaces between the emitter regions 5 .

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers mit den folgenden Schritten angegeben: Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (1) mit einer Hauptfläche (2); Erzeugen einer Vielzahl an Verteilerstrukturen (3) auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1); Epitaktisches Abscheiden eines Verbindungshalbleitermaterials auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1), wobei das epitaktische Wachstum des Verbindungshalbleitermaterials aufgrund der Verteilerstrukturen (3) entlang der Hauptfläche (2) variiert, so dass beim epitaktischen Abscheiden eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) mit zumindest einem ersten Emitterbereich (5) und einem zweiten Emitterbereich (6) auf der Hauptfläche (2) entsteht, wobei der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) in Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet sind; und der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche erzeugen. Außerdem wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper angegeben.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERKÖRPERS UND STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERKÖRPER
Es werden ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers und ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper angegeben.
Strahlungsemittierende Halbleiterkörper sind beispielsweise in der Druckschrift DE 102010 047 451 Al angegeben.
Es soll ein verbesserter strahlungsemittierender Halbleiterkörper angegeben werden, der dazu eingerichtet ist, elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu erzeugen. Darüber hinaus soll ein vereinfachtes Verfahren zur Herstellung eines derartigen strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers angegeben werden.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren mit den Schritten des Patentanspruchs 1 und durch einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Verfahrens und des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers wird zunächst ein Wachstumssubstrat mit einer Hauptfläche bereitgestellt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird eine Vielzahl an Verteilerstrukturen auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats erzeugt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens wird ein Verbindungshalbleitermaterial auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats epitaktisch abgeschieden, wobei das epitaktische Wachstum des Verbindungshalbleitermaterials aufgrund der Verteilerstrukturen entlang der Hauptfläche variiert, sodass beim epitaktische Abscheiden eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einem ersten Emitterbereich und einem zweiten Emitterbereich auf der Hauptfläche entsteht. Besonders bevorzugt sind die Verteilerstrukturen als Nichtwachstumsflächen ausgebildet, auf denen kein homogen epitaktisch abgeschiedenes Material aufgebracht wird.
Das Verbindungshalbleitermaterial weist zumindest zwei verschiedene chemische Elemente auf. Beispielsweise handelt es sich bei dem Verbindungshalbleitermaterial um ein III/V- Halbleitermaterial oder um ein II/VI-Halbleitermaterial. Ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial weist hierbei zumindest ein chemisches Element der dritten Gruppe des Periodensystems und zumindest ein chemisches Element der fünften Gruppe des Periodensystems auf. Ein II/VI-Verbindungshalbleitermaterial weist hingegen zumindest ein chemisches Element der zweiten Gruppe des Periodensystems und zumindest ein chemisches Element der sechsten Gruppe des Periodensystems auf.
Die Verteilerstrukturen sind dazu eingerichtet, das epitaktische Wachstum der Halbleiterschichtenfolge entlang der Hauptfläche zu variieren. Eigenschaften der so abgeschiedenen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge sind mit anderen Worten entlang der Hauptfläche des Wachstumssubstrats verschieden. Beispielsweise variiert eine Dicke oder eine chemische Zusammensetzung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge entlang der Hauptflache. In der Regel bildet sich die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf Bereichen der Hauptfläche, die frei sind von den Verteilerstrukturen, vollständig aus. Mit anderen Worten ist die Hauptfläche bis auf die Bereiche, in der die Verteilerstrukturen angeordnet sind, zunächst vollständig mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge bedeckt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich in Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet. Insbesondere sind der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich nicht in einer Stapelrichtung der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge übereinandergestapelt .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens erzeugen der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche. Bevorzugt erzeugen der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich sichtbares Licht. Besonders bevorzugt erzeugt der erste Emitterbereich blaues Licht und der zweite Emitterbereich grünes Licht. Es ist jedoch auch möglich, dass die Emitterbereiche sichtbares Licht anderer Farben erzeugen.
Weiterhin ist das Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers nicht darauf beschränkt, dass lediglich zwei Emitterbereiche erzeugt werden. Vielmehr ist es vorliegend vorgesehen, dass auch mehr als zwei Emitterbereiche von der abzuscheidenden epitaktischen Halbleiterschichtenfolge umfasst sind oder die epitaktische Halbleiterschichtenfolge ausbilden. Insbesondere sind sämtliche Emitterbereiche, die von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge umfasst sind oder diese ausbilden, in Draufsicht auf die Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet. Im Folgenden wird aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich auf zwei Emitterbereiche eingegangen. Die entsprechenden Merkmale und Ausführungsformen können jeweils auch bei mehr als zwei Emitterbereichen ausgebildet sein.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers insbesondere die folgenden Schritte:
- Bereitstellen eines Wachstumssubstrats mit einer Hauptfläche,
- Erzeugen einer Vielzahl an Verteilerstrukturen auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats,
- Epitaktisches Abscheiden eines
Verbindungshalbleitermaterials auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats, wobei das epitaktische Wachstum des Verbindungshalbleitermaterials aufgrund der
Verteilerstrukturen entlang der Hauptfläche variiert, so dass beim epitaktischen Abscheiden eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einem ersten Emitterbereich und einem zweiten Emitterbereich auf der Hauptfläche entsteht, wobei
- der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich in
Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet sind, und - der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche erzeugen.
Besonders bevorzugt werden die oben aufgeführten Schritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt.
Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Verbindungshalbleitermaterial ein III/V-
Verbindungshalbleitermaterial . Besonders bevorzugt ist das III/V-Verbindungshalbleitermaterial ein Nitridverbindungshalbleitermaterial und gehorcht der folgenden Formel: InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Verteilerstrukturen dazu eingerichtet, die auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zur Verfügung stehenden Menge eines Bestandteils eines Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterials zu variieren.
In der Regel wird bei der epitaktischen Abscheidung des Halbleiterverbindungsmaterial das Wachstumssubstrat in einem abgeschlossenen Volumen bereitgestellt. In dem abgeschlossenen Volumen werden in der Regel weiterhin jeweils ein Vorläufermaterial mit einem Bestandteil für jedes oder mehrere der chemischen Elemente des Verbindungshalbleitermaterials bereitgestellt. Zur Abscheidung eines III/V-Verbindungshalbleitermaterials wird beispielsweise zumindest ein Vorläufermaterial mit einem Bestandteil für das später in der abgeschiedenen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vorhandene chemische Element der Gruppe III bereitgestellt. In dem abgeschlossenen Volumen teilt sich das Vorläufermaterial in der Regel in seine Bestandteile auf, so dass der Bestandteil des Vorläufermaterials für das Gruppe III Element an der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zur Verfügung steht.
Außerdem wird ein Vorläufermaterial mit einem Bestandteil für das später in der abgeschiedenen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge vorhandene chemische Element der Gruppe V bereitgestellt. Die Verteilerstrukturen sind nun dazu eingerichtet, die auf oder über der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zur Verfügung stehende Menge eines Bestandteils der Vorläufermaterialien zu variieren. Beispielsweise können die Verteilerstrukturen die auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zur Verfügung stehende Menge eines der Bestandteile der Vorläufermaterialien erhöhen oder erniedrigen. Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich, dass die Verteilerstrukturen eine Wachstumsrate beim epitaktische Abscheiden der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gezielt einstellen.
Bei dem epitaktischen Abscheiden handelt es sich besonders bevorzugt um eine metallorganische Gasphasenepitaxie (englisch: „Organometallic Vapor Phase Epitaxy", kurz:
MOVPE).
Als Vorläufermaterialien für das chemische Element Indium der Gruppe-III wird beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet: Trimethylindium, Dimethylaminopropyldimethylindium.
Als Vorläufermaterialien für das chemische Element Aluminium der Gruppe-III wird beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet: Trimethylaluminium (TMA), Triethylaluminium (TEA).
Als Vorläufermaterialien für das chemische Element Gallium der Gruppe-III wird beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet: Trimethylgallium (TMG),
Triethylgallium (TEG).
Als Vorläufermaterialien für das chemische Element Stickstoff der Gruppe-V wird beispielsweise eines der folgenden Materialien verwendet: Phenylhydrazin, Dimethylhydrazin, Tertiärbutylamin, Ammoniak.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine während des epitaktischen Abscheidens zur Verfügung stehende Menge eines Bestandteils des Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterials in dem ersten Emitterbereich verschieden von der Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungsmaterials in dem zweiten Emitterbereich.
Eine Verteilerstruktur ist beispielsweise durch eine Ausnehmung in der Hauptfläche des Wachstumssubstrats gebildet. Bei der Ausnehmung kann es sich um einen Graben oder ein Loch handeln. Der Graben oder das Loch weisen beispielsweise eine runde, eine sechseckige, eine rechteckige oder eine dreieckige Grundfläche auf. Außerdem können Seitenflächen des Grabens und/oder Seitenflächen des Lochs als Facetten ausgebildet sein. Weiterhin kann eine Verteilerstruktur auch durch einen porösen Bereich ausgebildet sein, der beispielsweise durch Ätzen in der Hauptfläche des Wachstumssubstrats erzeugt werden kann. Weiterhin kann eine Verteilerstruktur als Steg ausgebildet sein. Beispielsweise weist der Steg unterätzte Seitenflanken auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist die Verteilerstruktur durch eine Beschichtung gebildet, die auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats aufgebracht ist. Die Beschichtung ist hierbei lediglich stellenweise auf der Hauptfläche des Wachstumssubstrats ausgebildet um die Verteilerstruktur zu formen. Die Beschichtung kann beispielsweise ein Dielektrikum umfassen oder aus einem Dielektrikum bestehen. Beispielsweise sind die folgenden Materialien für die Beschichtung geeignet: Siliziumnitrid, Siliziumoxid.
Eine Beschichtung, die Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aufweist oder aus einem dieser Materialien besteht, dient in der Regel dazu, den Bestandteil des Vorläufermaterials für das Gruppe III-Element zu erhöhen, indem die Beschichtung durch Diffusionsprozesse an der Hauptfläche des Wachstumssubstrats oder durch Veränderung der Gaskonzentration über dem Wachstumssubstrat während der epitaktischen Abscheidung das Wachstum der epitaktischen Halbleiterschicht beeinflusst.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist eine Verteilerstruktur durch einen Bereich der Hauptfläche des Wachstumssubstrats gebildet, der eine andere Verspannung aufweist als die restliche Hauptfläche. Eine derartige Änderung der Verspannung kann beispielsweise durch eine verschiedene Dotierung des Wachstumssubstrats im Bereich der Verteilerstruktur erzielt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Verteilerstrukturen dazu geeignet, die Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Verbindungshalbleitermaterial über der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zu erhöhen. Handelt es sich bei dem abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterial um ein III/V- Verbindungshalbleitermaterial , so erhöht die Verteilerstruktur beispielsweise die Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Gruppe III-Element. Beispielsweise ist eine Beschichtung, die Siliziumnitrid oder Siliziumoxid aufweist oder aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid besteht, dazu geeignet, die Menge eines Gruppe III-Elements über der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zu erhöhen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens sind die Verteilerstrukturen dazu geeignet, die Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Verbindungshalbleitermaterial über der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zu erniedrigen. Soll ein III/V-Verbindungshalbleitermaterial abgeschieden werden, so sind beispielsweise Ausnehmungen, wie Gräben, Löcher und/oder porös geätzte Bereiche als
Verteilerstrukturen geeignet, die Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Gruppe III-Element über der Hauptfläche des Wachstumssubstrats zu erniedrigen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist ein Abstand zwischen zwei direkt benachbarten Emitterbereichen nicht größer als 5 Millimeter, bevorzugt nicht größer als 1 Millimeter und besonders bevorzugt nicht größer als 100 Mikrometer . Das bislang beschriebene Verfahren ist dazu geeignet, einen strahlungsemittierenden Halbleiterkörper zu erzeugen, der im Folgenden näher beschrieben wird. Alle Ausführungsformen und Merkmale, die in Verbindung mit dem Verfahren beschrieben sind, können auch bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper ausgebildet sein und umgekehrt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterkörper eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die ein
Verbindungshalbleitermaterial aufweist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge umfasst bevorzugt zumindest einen ersten Emitterbereich und einen zweiten Emitterbereich. Weiterhin ist es auch möglich, dass die epitaktische Halbleiterschichtenfolge aus den Emitterbereichen gebildet ist. Der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich sind dazu eingerichtet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche zu erzeugen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich in Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist eine Peakwellenlänge eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung, die von dem ersten Emitterbereich ausgesandt wird, von einer Peakwellenlänge eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Emitterbereichs um mindestens 2 Nanometer verschieden, bevorzugt um mindestens 5 Nanometer, weiter bevorzugt um mindestens 10 Nanometer, weiter bevorzugt um mindestens 50 Nanometer und besonders bevorzugt um mindestens 100 Nanometer.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge auf einer Hauptfläche eines Wachstumssubstrats der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge angeordnet, wobei die Hauptfläche eine Vielzahl an Verteilerstrukturen aufweist.
Das Wachstumssubstrat weist beispielsweise eines der folgenden Materialien auf oder ist aus einem der folgenden Materialien gebildet: Siliziumcarbid, Saphir, Galliumnitrid. Diese Materialien sind insbesondere als Wachstumssubstrat für ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial geeignet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich zwischen zwei Verteilerstrukturen oder lateral auf einer Seite neben zumindest zwei Verteilerstrukturen angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind die Verteilerstrukturen als Gräben in der Hauptfläche des Wachstumssubstrats ausgebildet.
Die als Verteilerstrukturen ausgebildeten Gräben in der Hauptfläche des Wachstumssubstrats weisen beispielsweise eine Breite von mehr als 0,5 Mikrometer, bevorzugt von mindestens 2 Mikrometer und besonders bevorzugt von mindestens 4 Mikrometer auf. Des Weiteren weisen die als Verteilerstrukturen ausgebildeten Gräben in der Hauptfläche des Wachstumssubstrats beispielsweise eine Tiefe von höchstens 25 Mikrometer, bevorzugt von höchstens 10 Mikrometer und besonders bevorzugt höchstens 6 Mikrometer auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers weist zumindest eine Verteilerstruktur zumindest zwei voneinander getrennte Segmente auf, die gleichartig ausgebildet sind.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers umfassen der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich eine aktive Zone, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die aktive Zone umfasst bevorzugt eine erste Quantenfilmstruktur und mindestens eine zweite Quantenfilmstruktur, wobei die erste Quantenfilmstruktur innerhalb des ersten Emitterbereichs eine andere Dicke aufweist als innerhalb des zweiten Emitterbereichs.
Alternativ oder zusätzlich weist die zweite
Quantenfilmstruktur innerhalb des ersten Emitterbereichs eine andere Dicke auf als innerhalb des zweiten Emitterbereichs.
So können mit Vorteil zwei Emitterbereiche erzeugt werden, deren elektromagnetische Strahlung Emissionsspektren mit Peakwellenlängen aufweisen, sich um mindestens 50 Nanometer, bevorzugt um mindestens 100 Nanometer, unterscheiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers sind der erste Emitterbereich und der zweite Emitterbereich jeweils von einem Stegwellenleiter umfasst. Mit anderen Worten sind die beiden Emitterbereiche von verschiedenen Stegwellenleitern umfasst. So kann ein Halbleiterkörper erzeugt werden, der elektromagnetische Laserstrahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche von Facetten auf Seitenflächen des Halbleiterkörpers aussendet.
Zur Erzeugung von elektromagnetischer Laserstrahlung ist die aktive Zone als ein Lasermedium ausgebildet, in dem im Betrieb in Verbindung mit einem geeigneten Resonator eine Besetzungsinversion erzeugt wird. Aufgrund der Besetzungsinversion wird die elektromagnetische Strahlung in dem aktiven Bereich durch stimulierte Emission erzeugt, die zur Ausbildung von elektromagnetischer Laserstrahlung führt. Aufgrund der Erzeugung der elektromagnetischen Laserstrahlung durch stimulierte Emission weist die elektromagnetische Laserstrahlung im Unterschied zu elektromagnetischer Strahlung, die durch spontane Emission erzeugt wird, in der Regel eine sehr hohe Kohärenzlänge, ein sehr schmales Emissionsspektrum und/oder einen hohen Polarisationsgrad auf.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers ist auf dem ersten Emitterbereich eine erste Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des ersten Emitterbereichs angeordnet. Alternativ oder zusätzlich ist auf dem zweiten Emitterbereich eine zweite Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Emitterbereichs angeordnet. So wird elektromagnetische Strahlung in voneinander elektrisch getrennten und voneinander beabstandeten Emitterbereichen innerhalb der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugt.
Der hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterkörper ist insbesondere dazu geeignet, in einem Halbleiterlaserchip verwendet zu werden. Bei dem Halbleiterlaserchip handelt es sich beispielsweise um einen kantenemittierenden Laser, der Laserstrahlung aus einer seitlich angeordneten Facetten aussendet. Weiterhin kann es auch um einen oberflächenemittierenden Laser, etwa ein VCSEL (kurz für englisch:" Vertical Cavity Surface Emitting Laser") handeln, der Laserstrahlung von einer Hauptfläche aussendet.
Alternativ ist es auch möglich, dass der strahlungsemittierende Halbleiterkörper Teil eines Halbleiterleuchtdiodenchips ist, der insbesondere elektromagnetische Strahlung aussendet, die nicht durch Besetzungsinversion erzeugt ist.
Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist es möglich, auf einfache Art und Weise mehrere Emitterbereiche auf Waferebene zu erzeugen, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängen emittieren. Dies bietet den Vorteil, dass Betriebsparameter der Emitterbereiche nur wenig beeinflusst werden. Weiterhin ist es insbesondere möglich, auf einen schwierigen Herstellungsprozess mittels Pick-and- Place einzelner Halbleiterkörper, die elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Emissionsspektren aussenden, zu verzichten .
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers und des Verfahrens zu seiner Herstellung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen .
Die Figuren 1 bis 4 zeigen Stadien eines Verfahrens zur Herstellung einer strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers gemäß einem Ausführungsbeispiel. Anhand der Figuren 5 bis 7 wird das Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 bis 4 näher erläutert.
Die Figuren 8 bis 24 zeigen schematische Schnittdarstellungen von strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele.
Anhand der Figuren 25 und 26 wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Anhand der Figuren 27 und 28 wird ein strahlungsemittierender Halbleiterkörper gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel näher erläutert.
Die Figuren 29 bis 49 zeigen schematische Darstellungen von strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele .
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente, insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Bei dem Verfahren gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1 bis 4 wird zunächst ein Wachstumssubstrat 1 mit einer Hauptfläche 2 bereitgestellt. Das Wachstumssubstrat 1 weist vorliegend Saphir, Siliziumcarbid oder Galliumnitrid auf (Figur 1). In einem nächsten Schritt wird eine Vielzahl an Verteilerstrukturen 3 auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 erzeugt, wobei vorliegend aus Gründen der Übersichtlichkeit lediglich eine einzige Verteilerstruktur 3 in Figur 2 dargestellt ist. Vorliegend wird ein Graben als Verteilerstruktur 3 in der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 erzeugt, beispielsweise durch Ätzen. Der Graben weist eine rechteckige Querschnittsfläche auf.
Dann wird ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats epitaktisch abgeschieden so dass sich eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 bildet (Figur 3). Hierzu wird das Wachstumssubstrat 1 in einem Volumen bereitgestellt. Dann wird in das Volumen ein Vorläufermaterial für das Gruppe III-Element des abzuscheidenden Nitrid-Verbindungshalbleitermaterials bereitgestellt. Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien als Vorläufermaterial für das Gruppe III-Element geeignet: Trimethylindium, Dimethylaminopropyldimethylindium, Trimethylaluminium (TMA), Triethylaluminium (TEA), Trimethylgallium (TMG), Triethylgallium (TEG). Das Vorläufermaterial weist einen Bestandteil für das Gruppe III Element auf.
Außerdem wird ein Vorläufermaterial mit einem Bestandteil für das Gruppe V-Element des abzuscheidenden III/V- Verbindungshalbleitermaterial bereitgestellt. Beispielsweise ist eines der folgenden Materialien als Vorläufermaterial für das Gruppe III-Element geeignet: Phenylhydrazin, Dimethylhydrazin, Tertiärbutylamin, Ammoniak. Der Graben ist vorliegend dazu eingerichtet, die auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 bei der epitaktischen Abscheidung zur Verfügung stehende Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Gruppe III-Element zu variieren, insbesondere zu erniedrigen.
Aufgrund der Variation des Bestandteils des Vorläufermaterials für das Gruppe III-Element entlang der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 variiert auch das epitaktische Wachstum des Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterials entlang der Hauptfläche 2. Bei dem epitaktischen Abscheiden bildet sich aufgrund der Verteilerstrukturen 3 eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 mit zumindest einem ersten Emitterbereich 5 und einem zweiten Emitterbereich 6 auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 aus, die verschiedene Materialzusammensetzungen und/oder Dicken aufweisen. Folglich erzeugen der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche. Der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 sind lateral nebeneinander in Draufsicht auf den Halbleiterkörper 1 angeordnet .
In einem nächsten Schritt wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 strukturiert, sodass nur noch zwei voneinander beabstandete Emitterbereiche 5, 6 auf der Hauptfläche 2 angeordnet sind, während der Rest der Hauptfläche 2 frei ist von der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge 4 (Figur 4). Beispielsweise sind der erste Emitterbereich 4 und der zweite Emitterbereich 5 jeweils von einem Stegwellenleiter 7, 7' umfasst. Weiterhin wäre es auch möglich, dass nur die Emitterbereiche 5, 6 mit einem elektrischen Kontakt versehen werden, sodass nur die Emitterbereiche 5, 6 im Betrieb des strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers mit Strom versorgt werden, so dass nur innerhalb der beiden Emitterbereiche 5, 6 elektromagnetische Strahlung erzeugt wird.
Figur 5 zeigt eine ortsaufgelöste Photolumineszenzmessung einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 mit einer aktiven Zone 8. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 ist von zwei Gräben als Verteilerstruktur 3 durchbrochen.
Figur 6 zeigt Messwerte der Peakwellenlänge l einer Photolumineszenz entlang der Linie AA' der Figur 5. Wie Figur 6 zeigt, verändert sich die Peakwellenlänge der von der aktiven Zone 8 der epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 erzeugte elektromagnetischen Strahlung im Bereich der Verteilerstrukturen 3 um ungefähr +/- 10 Nanometer.
Figur 7 zeigt die Verteilung einer Peakwellenlänge l eines Emissionsspektrums von jeweils drei Emitterbereichen 5, 6 zwischen zwei Verteilerstrukturen 3, die als Gräben ausgebildet sind. Hierbei ist die Peakwellenlänge l gegen die Position x zwischen den Gräben aufgetragen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 auf, die aus einem III/V- Halbleitermaterial gebildet ist. Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 4 ist aus einem ersten Emitterbereich 5 und einem zweiten Emitterbereich 6 gebildet, wobei der zweite Emitterbereich 6 in der Figur nicht dargestellt ist. Der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 weisen weiterhin eine aktive Zone 8 auf, in der im Betrieb elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Hierbei sendet der erste Emitterbereich 5 elektromagnetische Strahlung mit einem Emissionsspektrum aus, dass von dem Emissionsspektrum der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Emitterbereichs 6 verschieden ist. Mit anderen Worten erzeugen der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche. Der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 sind in Draufsicht auf die Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß der Figur 9 weist im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 8 einen Graben als Verteilerstruktur 3 auf, dessen Seitenflächen 10 als Facetten ausgebildet sind. Mit anderen Worten verlaufen Seitenflächen 10 des Grabens schräg zur Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1. Durch Variationen der geometrischen Ausbildung der Verteilerstrukturen 3, beispielsweise durch verschiedene Tiefe, Form oder Facettierung der Verteilerstrukturen 3 können unterschiedliche Emissionsspektren der auf dem Wachstumssubstrat 1 epitaktisch abgeschiedenen Emitterbereiche 5, 6 erzielt werden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 10 weist im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß der Figur 9 einen Graben als Verteilerstruktur 3 auf, dessen Seitenflächen 10 durch eine Unterätzung des Grabens erzeugt sind. Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 11 weist im Unterschied zu den strahlungsemittierenden Halbleiterkörpern gemäß den zuvor beschriebenen Ausführungsbeispielen einen ersten Emitterbereich 5 auf, der innerhalb einer als Graben ausgebildeten Verteilerstruktur 3 angeordnet ist.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 12 weist im Vergleich zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper der Figur 11 eine weitere Verteilerstruktur 3 auf, die als eine Beschichtung ausgebildet ist. Die Beschichtung ist aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid gebildet oder weist eines dieser Materialien auf. Diese Verteilerstruktur 3 dient während dem epitaktischen Wachstum der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge 4 insbesondere dazu, die Menge des Bestandteils an Vorläufermaterial für ein Gruppe III-Element entlang der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 zu erhöhen, während die als Graben ausgebildete
Verteilerstruktur 3 während dem epitaktischen Wachstum dazu dient, die Menge an Gruppe III-Element auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 zu erniedrigen. Durch Kombination der verschiedenen Verteilerstrukturen 3 kann die Materialzusammensetzung innerhalb der Emitterbereiche 5, 6 auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 13 weist ebenfalls zwei verschiedene Verteilerstrukturen 3, nämlich einen Graben und eine Beschichtung auf, etwa aus Siliziumnitrid oder Siliziumoxid. Hierbei ist ein Emitterbereich 5 in dem Graben angeordnet. Die Beschichtung ist seitlich des weiteren Emitterbereichs 6 angeordnet.
Im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 12 ist bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 13 die Beschichtung zwischen den beiden Emitterbereichen 5, 6 angeordnet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 14 weist einen Graben als Verteilerstruktur 3 auf, in dem zwei Emitterbereiche 5, 6 angeordnet sind. Außerdem ist eine weitere Verteilerstruktur 3, die als Beschichtung ausgebildet ist, in dem Graben angeordnet. Seitlich des Grabens ist ein weiterer Emitterbereich 11 auf das Wachstumssubstrat 1 aufgebracht.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 15 weist zwei Gräben als Verteilerstrukturen 3 auf, zwischen denen ein Emitterbereich 5 angeordnet ist. Die Gräben weisen Seitenflächen 10 auf, die senkrecht zu einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 stehen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 16 weist zwei Gräben als Verteilerstrukturen 3 auf, die eine größere Tiefe aufweisen, als die Gräben gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 15.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 17 weist zwei Gräben als Verteilerstrukturen 3 auf, zwischen denen ein Emitterbereich 5 angeordnet ist. Die Gräben weisen Seitenflächen 10 auf, die schräg zu einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 verlaufen. Die Gräben weisen eine dreieckige Querschnittsfläche auf.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 18 weist zwei Gräben als Verteilerstrukturen 3 auf, zwischen denen ein Emitterbereich 5 angeordnet ist. Die Gräben weisen Seitenflächen 10 auf, die schräg zu einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 verlaufen. Im Unterschied zu den Gräben des vorherigen Ausführungsbeispiels sind die Gräben unterätzt.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 19 weist zwei Beschichtungen als Verteilerstrukturen 3 auf. Zwischen den Beschichtungen ist ein Emitterbereich 5 angeordnet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 20 weist einen Vorsprung 12 in einem Wachstumssubstrat 1 auf, auf dem ein Emitterbereich 5 angeordnet ist. Weiterhin weist der strahlungsemittierende Halbleiterkörper zwei Beschichtungen als Verteilerstrukturen 3 auf, die seitlich jeweils angrenzend an den Vorsprung 12 angeordnet sind und den Emitterbereich 5 jeweils überragen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 21 weist einen Vorsprung 12 in einem Wachstumssubstrat 1 auf, auf dem ein Emitterbereich 5 angeordnet ist. Weiterhin weist der strahlungsemittierende Halbleiterkörper zwei Beschichtungen als Verteilerstrukturen 3 auf, die seitlich jeweils angrenzend an den Vorsprung 12 angeordnet sind und bündig mit dem Vorsprung 12 abschließen. Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 22 ist ein erster Emitterbereich 5 in einem Graben eines Wachstumssubstrats 1 angeordnet, der als Verteilerstuktur 3 dient. Der Graben weist eine rechteckige Querschnittsfläche auf.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 23 ist ein Emitterbereich 5 im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 22 in einem Graben angeordnet, der facettierte Seitenflächen 10 aufweist. Die Seitenflächen 10 verlaufen bei diesem Ausführungsbeispiel schräg zu einer Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1. Der Graben weist eine dreieckige Querschnittsfläche auf.
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 24 ist ein Emitterbereich 5 zwischen zwei Gräben angeordnet, die facettierte Seitenflächen 10 aufweisen.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 25 weist eine Verteilerstruktur 3 auf, die seitlich eines ersten Emitterbereichs 5 und eines zweiten Emitterbereichs 6 angeordnet ist. Der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 sind vorliegend linienförmig ausgebildet und verlaufen parallel zu einander. Die Verteilerstruktur 3 ist vorliegend als Graben ausgebildet, der dazu eingerichtet ist, eine Verteilung eines Bestandteils eines Vorläufermaterials für ein Gruppe III- Element auf einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 zu verringern. Der Graben und die beiden Emitterbereiche 5, 6 verlaufen parallel zueinander. Daher weist der erste Emitterbereich 5, der näher an der Verteilerstruktur 3 angeordnet ist als der zweite Emitterbereich 6, eine geringere Menge an Gruppe III-Element auf.
Figur 26 zeigt schematisch eine Peakwellenlänge l in Abhängigkeit der Position x eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung, die von den beiden Emitterbereichen 5, 6 des Halbleiterkörpers gemäß der Figur 25 erzeugt werden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 27 weist im Unterschied zu dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß der Figur 25 eine Verteilerstruktur 3 auf, die als Beschichtung ausgebildet ist und dazu eingerichtet, ein Vorläufermaterial für ein Gruppe III-Element auf einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 zu erhöhen. Daher weist ein zweiter Emitterbereich 6, der weiter von der Verteilerstruktur 3 entfernt ist als ein erster Emitterbereich 5, eine geringere Menge an Gruppe III-Elementen auf als der erste Emitterbereich 5.
Figur 28 zeigt schematisch eine Peakwellenlänge l eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung, die von den beiden Emitterbereichen 5, 6 des Halbleiterkörpers gemäß der Figur 27 erzeugt werden, in Abhängigkeit der Position x.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 29 weist drei Emitterbereiche 5, 6, 11 auf, die zwischen zwei Verteilerstrukturen 3 angeordnet sind. Die Emitterbereiche 5, 6, 11 weisen hierbei zueinander äquidistante Abstände auf. Eine Peakwellenlänge l der von den Emitterbereichen 5, 6, 11 ausgesandten elektromagnetischen Strahlung kann durch unterschiedliche Abstände di, d2, d3, d4 zu den Verteilerstrukturen 3 auf beiden Seiten der Emitterbereiche 5, 6, 11 auf gewünschte Art und Weise eingestellt werden.
Wie schematisch in Figur 30 dargestellt, kann eine Peakwellenlänge l auch durch unterschiedliche Abstände di, d2, d3 der Emitterbereiche 5, 6, 11 zu den
Verteilerstrukturen 3 auf einer Seite eingestellt werden. Mit anderen Worten müssen die Emitterbereiche 5, 6, 11 nicht symmetrisch innerhalb der Verteilerstrukturen 3 angeordnet sein, wie in Figur 29 dargestellt. Weiterhin sind auch nicht äquidistante Abstände di, d2, d3 zwischen den einzelnen Emitterbereichen 5, 6, 11, 11' möglich, um zum Beispiel eine nicht-lineare Abhängigkeit der Peakwellenlänge l vom Abstand zur Verteilerstruktur 3 auszugleichen (siehe Figur 31).
Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 32 sind vier Verteilerstrukturen 3 auf der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 angeordnet. Zwischen zwei
Verteilerstrukturen 3 ist jeweils ein Emitterbereich 5, 6, 11 positioniert. Die Abstände di, d2, d3 zwischen den Verteilerstrukturen 3 sind jeweils unterschiedlich ausgebildet, sodass für das Wachstum des jeweiligen Emitterbereichs 5, 6, 11 eine unterschiedliche Fläche zur Verfügung steht. So können unterschiedliche Wachstumsraten der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 4 und/oder Mengen der Bestandteile des Vorläufermaterials für das Gruppe III Element während des epitaktischen Abscheidens erzielt werden, sodass Quantenfilmstrukturen 9 unterschiedlicher Dicke und/oder Materialzusammensetzung innerhalb der Emitterbereiche 5, 6, 11 ausgebildet werden. Wie die Figuren 33 und 34 illustrieren, können Breiten b und oder Tiefen der Verteilerstrukturen 3 unterschiedlich ausgebildet sein, um unterschiedliche Emissionsspektren der von den Emitterbereichen 5, 6, 11 erzeugten elektromagnetischen Strahlung zu realisieren.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 35 weist zwei Verteilerstrukturen 3 auf, zwischen denen vier Emitterbereiche 5, 6, 11, 11' angeordnet sind. Die eine Verteilerstruktur 3 ist hierbei dazu eingerichtet, während dem epitaktischen Abscheiden einen Bestandteil eines Vorläufermaterials für ein Gruppe III-Element über einer Hauptfläche 2 eines Wachstumssubstrats 1 zu erhöhen. Die andere Verteilerstruktur 3 ist hingegen dazu eingerichtet, den Bestandteil des Vorläufermaterials für ein Gruppe III- Element entlang der Hauptfläche 2 des Wachstumssubstrats 1 zu erniedrigen. Auch so können Emitterbereiche 5, 6, 11, 11' erzeugt werden, die im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche aussenden.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 36 weist Verteilerstrukturen 3 mit verschiedenen voneinander getrennten Segmenten 13 auf.
Die Segmente 13 sind gleichartig ausgebildet. Zwischen zwei Verteilerstrukturen 3 ist ein Emitterbereich 5 angeordnet.
Auch die Verteilerstrukturen 3 bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 37, weisen Verteilerstrukturen 3 mit Segmenten 13 auf. Hierbei ist ein Flächenanteil der Segmente 13 der Verteilerstrukturen 3 gleich zu einem Flächenanteil der Segmente 13 der Verteilerstrukturen 3 des Ausführungsbeispiels der Figur 36.
Weiterhin ist es auch möglich, dass die Flächenanteile der Segmente 13 der Verteilerstrukturen 3 variieren (siehe Figuren 38 und 39).
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 40 weist ebenfalls Verteilerstrukturen 3 mit verschiedenen voneinander getrennten Segmenten 13 auf. Die Segmente 13 einer gemeinsamen Verteilerstruktur 3 weisen hierbei verschiedene Abstände di, d2, d3 zu einem Emitterbereich 5 auf, der zwischen den beiden Verteilerstrukturen 3 angeordnet ist.
Wie in den Figuren 41, 42 und 43 gezeigt, ist es auch möglich, mehrere Verteilerstrukturen 3 neben einem Emitterbereich 5 anzuordnen. Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 41 ist eine einzige Verteilerstruktur 3 neben dem Emitterbereich 5 angeordnet, bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 42 sind genau zwei Verteilerstrukturen 3 neben dem Emitterbereich 5 angeordnet und bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 43 sind genau drei Verteilerstrukturen 3 neben dem Emitterbereich 5 angeordnet. Eine derartige Anordnung mehrerer Verteilerstrukturen 3 neben einem Emitterbereich 5 weist gegenüber einer einzigen breiteren Verteilerstruktur 3 in der Regel mit Vorteil eine geringere Verspannung auf. Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figuren 44 und 45 weist eine Verteilerstruktur 3 und zwei Emitterbereiche 5, 6 auf. Die beiden Emitterbereiche 5, 6 sind linienförmig ausgebildet und verlaufen parallel zueinander sowie parallel zu der Verteilerstruktur 3, die seitlich der beiden Emitterbereiche 5, 6 angeordnet ist. Abhängig vom Abstand di, d2 der beiden Emitterbereiche 5, 6 von der Verteilerstruktur 3 unterscheiden sich die epitaktischen Wachstumsraten und/oder die Menge an einem Gruppe III-Element innerhalb des Verbindungshalbleitermaterials der Emitterbereiche 5, 6. Vorzugsweise variiert der Indiumgehalt der beiden Emitterbereiche 5, 6 voneinander (Figur 44).
Der erste Emitterbereich 5 und der zweite Emitterbereich 6 weisen vorliegend eine aktive Zone 8 auf, in der im Betrieb die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird. Die aktive Zone 8 weist weiterhin eine erste Quantenfilmstruktur 9 und eine zweiten Quantenfilmstruktur 9' auf (Figur 45). Hierbei weist die erste Quantenfilmstruktur 9 bevorzugt innerhalb des ersten Emitterbereichs 5 eine andere Dicke auf als innerhalb des zweiten Emitterbereichs 6. Ebenfalls weist die zweite Quantenfilmstruktur 9' innerhalb des ersten Emitterbereichs 5 eine andere Dicke auf als innerhalb des zweiten Emitterbereichs 6. Der erste Emitterbereich 5 erzeugt lediglich in der zweiten Quantenfilmstruktur 9' elektromagnetische Strahlung, da die erste
Quantenfilmstruktur 9 eine zu große Dicke aufweist. Weiterhin erzeugt der zweite Emitterbereich 6 lediglich in der ersten Quantenfilmstruktur 9 elektromagnetische Strahlung, da die zweite Quantenfilmstruktur 9' zu dünn ausgebildet ist. In Verbindung mit den Figuren 25 bis 45 wurden strahlungsemittierende Halbleiterkörper beschrieben, die linienförmige Emitterbereiche 5, 6, 11, 11' aufweisen. Diese sind insbesondere dazu geeignet, jeweils von einem Stegwellenleiter 7, 7' umfasst zu sein, so dass der strahlungsemittierende Halbleiterkörper elektromagnetische Laserstrahlung der Emitterbereiche 5, 6, 11, 11' aus einer Seitenfläche emittiert. Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele beschrieben, bei denen der strahlungsemittierende Halbleiterkörper elektromagnetische Strahlung, die in den Emitterbereichen 5, 6, 11, 11' erzeugt wird, von einer Hauptfläche aussendet (sog. „Oberflächenemitter") .
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 46 weist zwei linienförmige Verteilerstrukturen 3 auf, die seitlich eines Emitterbereichs 5 angeordnet sind. Der Emitterbereich 5 ist hierbei rechteckig ausgebildet.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 47 weist ebenfalls einen Emitterbereich 5 mit einer rechteckigen Grundform auf. Die Verteilerstruktur 3 ist bei rahmenförmig und ebenfalls mit einer rechteckigen Grundstruktur um den Emitterbereich 5 angeordnet. Die Verteilerstruktur 3 grenzt direkt an den Emitterbereich 5 an.
Der strahlungsemittierende Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 48 weist zwei rechteckig ausgebildete Emitterbereiche 5, 6 auf, die jeweils rahmenartig von einer Verteilerstruktur 3 umgeben sind. Die Verteilerstruktur 3 ist hierbei beabstandet zu der Emitterstruktur 5 angeordnet.
Die strahlungsemittierenden Halbleiterkörper gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 49 weist eine Vielzahl an Emitterbereichen 5 auf, die entlang Zeilen und Spalten angeordnet sind. Eine Verteilerstruktur 3 ist rahmenartig um die Emitterbereiche 5 ausgebildet und füllt Zwischenräume zwischen den Emitterbereichen 5 aus.
Vorliegend ist in den Figuren teilweise lediglich ein einziger Emitterbereich 5 gezeigt. Dies dient lediglich der besseren Übersichtlichkeit. Alle Halbleiterkörper weisen zumindest zwei Emitterbereiche 5, 6 auf. Ebenso weist der Halbleiterkörper eine Vielzahl an Verteilerstrukturen 3 auf, auch wenn lediglich aus Gründen der Übersichtlichkeit eine einzige Verteilerstruktur 3 gezeigt und beschrieben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102020119227.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist. Bezugszeichenliste
1 Wachstumssubstrat
2 Hauptfläche des Wachstumssubstrats
3 VerteilerStruktur
4 eptaktische Halbleiterschichtenfolge
5 erster Emitterbereich
6 zweiter Emitterbereich
7, 7 Stegwellenleiter
8 aktive Zone
9, 9 QuantenfiImstruktur
10 Seitenfläche
11 11 weiterer Emitterbereich
12 Vorsprung
13 Segment l Peakwellenlänge di, <2i d3, d4 Abstand b Breite

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterkörpers :
- Bereitstellen eines Wachstumssubstrats (1) mit einer Hauptfläche (2),
- Erzeugen einer Vielzahl an Verteilerstrukturen (3) auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1),
- Epitaktisches Abscheiden eines
Verbindungshalbleitermaterials auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1), wobei das epitaktische Wachstum des Verbindungshalbleitermaterials aufgrund der
Verteilerstrukturen (3) entlang der Hauptfläche (2) variiert, so dass beim epitaktischen Abscheiden eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) mit zumindest einem ersten Emitterbereich (5) und einem zweiten Emitterbereich (6) auf der Hauptfläche (2) entsteht, wobei
- der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) in Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet sind, und
- der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche erzeugen.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das Verbindungshalbleitermaterial ein III/V- Verbindungshalbleitermaterial ist.
3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, bei dem das III/V- Halbleitermaterial ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial ist und der folgenden Formel gehorcht:
InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1.
4. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Verteilerstrukturen (3) dazu eingerichtet sind, die auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1) zur Verfügung stehende Menge eines Bestandteils eines Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterials zu variieren .
5. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine während des epitaktischen Abscheidens zur Verfügung stehende Menge eines Bestandteils eines Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterials in dem ersten Emitterbereich (5) verschieden ist von der Menge des Bestandteils des Vorläufermaterials des abzuscheidenden Verbindungshalbleitermaterials in dem zweiten Emitterbereich
(6).
6. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem eine Verteilerstruktur (3) gebildet ist durch:
- eine Ausnehmung in der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1), oder
- eine Beschichtung auf der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1), oder
- einen Bereich der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1), der eine andere Verspannung aufweist als die restliche Hauptfläche (2).
7. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Verteilerstrukturen (3) dazu geeignet sind, die Menge eines Bestandteils eines Vorläufermaterials für das Verbindungshalbleitermaterial über der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1) zu erhöhen.
8. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem die Verteilerstrukturen dazu geeignet sind, die Menge eines Bestandteils eines Vorläufermaterials für das Verbindungshalbleitermaterial über der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1) zu erniedrigen.
9. Verfahren nach einem der obigen Ansprüche, bei dem ein Abstand (di, d2, d3, d4) zwischen zwei direkt benachbarten Emitterbereichen (5, 6, 11, 11') nicht größer als 5 Millimeter ist.
10. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper mit:
- einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4), die ein Verbindungshalbleitermaterial aufweist, wobei
- die epitaktische Halbleiterschichtenfolge (4) zumindest einen ersten Emitterbereich (5) und einen zweiten Emitterbereich (6) umfasst oder aus zumindest einem ersten Emitterbereich (5) und einem zweiten Emitterbereich (6) gebildet ist, wobei
- der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) im Betrieb elektromagnetische Strahlung unterschiedlicher Wellenlängenbereiche erzeugen, und
- der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) in Draufsicht auf eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers lateral nebeneinander angeordnet sind.
11. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach dem vorherigen Anspruch, bei dem eine Peakwellenlänge (l) eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung, die von dem ersten Emitterbereich (5) ausgesandt wird, von einer Peakwellenlänge (l) eines Emissionsspektrums der elektromagnetischen Strahlung des zweiten Emitterbereichs (6) um mindestens 2 Nanometer verschieden ist.
12. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 11, bei dem die epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) auf einer Hauptfläche (2) eines Wachstumssubstrats (1) der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (4) angeordnet ist, wobei die Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1) eine Vielzahl an Verteilerstrukturen (3) aufweist.
13 Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach dem vorherigen Anspruch, bei dem der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) zwischen zwei Verteilerstrukturen (3) oder lateral auf einer Seite neben zumindest zwei Verteilerstrukturen (3) angeordnet sind.
14. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 12 bis 13, bei dem die Verteilerstrukturen (3) als Gräben in der Hauptfläche (2) des Wachstumssubstrats (1) ausgebildet sind.
15. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei dem zumindest eine Verteilerstruktur (3) zumindest zwei voneinander getrennte Segmente (13) aufweist, die gleichartig ausgebildet sind.
16. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 15, bei dem - der erste Emitterbereich (5) und/oder der zweite Emitterbereich (6) eine aktive Zone (8) umfassen, in der im Betrieb die elektromagnetische Strahlung erzeugt wird, und
- die aktive Zone (8) eine erste Quantenfilmstruktur (9) und mindestens eine zweite Quantenfilmstruktur (9') umfasst, wobei
- die erste Quantenfilmstruktur (9) innerhalb des ersten Emitterbereichs (5) eine andere Dicke aufweist als innerhalb des zweiten Emitterbereichs (6), und/oder
- die zweite Quantenfilmstruktur (9') innerhalb des ersten Emitterbereichs (5) eine andere Dicke aufweist als innerhalb des zweiten Emitterbereichs (6).
17. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 16, bei dem der erste Emitterbereich (5) und der zweite Emitterbereich (6) jeweils von einem Stegwellenleiter (7, 7') umfasst sind.
18. Strahlungsemittierender Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 17, bei dem
- auf dem ersten Emitterbereich (5) eine erste Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des ersten Emitterbereichs (5) angeordnet ist, und/oder
- auf dem zweiten Emitterbereich (6) eine zweite Kontaktstelle zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Emitterbereichs (6) angeordnet ist.
19. Halbleiterlaserchip mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 18.
20. Halbleiterleuchtdiodenchip mit einem strahlungsemittierenden Halbleiterkörper nach einem der Ansprüche 10 bis 18.
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