WO2023088879A1 - Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip Download PDF

Info

Publication number
WO2023088879A1
WO2023088879A1 PCT/EP2022/081948 EP2022081948W WO2023088879A1 WO 2023088879 A1 WO2023088879 A1 WO 2023088879A1 EP 2022081948 W EP2022081948 W EP 2022081948W WO 2023088879 A1 WO2023088879 A1 WO 2023088879A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
recombination centers
radiation
semiconductor
recombination
semiconductor chip
Prior art date
Application number
PCT/EP2022/081948
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Martin Rudolf Behringer
Original Assignee
Ams-Osram International Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ams-Osram International Gmbh filed Critical Ams-Osram International Gmbh
Publication of WO2023088879A1 publication Critical patent/WO2023088879A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/20—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate
    • H01L33/24—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a particular shape, e.g. curved or truncated substrate of the light emitting region, e.g. non-planar junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/025—Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table

Definitions

  • a method for producing a large number of radiation-emitting semiconductor chips is specified.
  • a radiation-emitting semiconductor chip is specified.
  • One problem to be solved is to specify a method for producing radiation-emitting semiconductor chips that can be operated particularly efficiently.
  • Another problem to be solved is to specify radiation-emitting semiconductor chips that can be operated particularly efficiently.
  • the radiation-emitting semiconductor chips described here are, for example, light-emitting diode chips. Electromagnetic radiation is generated in the radiation-emitting semiconductor chips by radiant recombination of charge carrier pairs. In the present case, for example, red light can be generated by the radiation-emitting semiconductor chips during operation.
  • positions for recombination centers that are set up for radiant recombination of charge carrier pairs are first defined. That is, in a first step, methods are carried out with which the later items to be produced Recombination centers can be determined. By defining, it is specified at which locations recombination centers for radiative recombination are preferred or are generated with a greater probability than at other locations.
  • the method includes a method step in which recombination centers are produced at the positions in an active layer of the radiation-emitting semiconductor chips.
  • recombination centers are generated at the previously defined positions, for example by epitaxial growth. For example, it is more likely that the recombination centers will be generated at the previously defined positions than at other positions.
  • the recombination centers are generated in an active layer, which in the finished radiation-emitting semiconductor chip comprises the recombination centers at or in which the electromagnetic radiation is generated in the finished semiconductor chip by radiant recombination.
  • the semiconductor chips are structured in such a way that at least some of the recombination centers are arranged at a distance from the edges of the semiconductor chip.
  • the radiation-emitting semiconductor chips to be produced have, for example, a radiation exit area which is formed by a main area of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the directions in which this main surface extends are the lateral directions. Perpendicular to the vertical direction runs to the Example runs parallel to a growth direction of the epitaxially produced layers of the radiation-emitting semiconductor chip.
  • the recombination centers are on average closer to a centroid of this main area than to an edge of this main area. The recombination centers are thus arranged at a distance from the edges of the semiconductor chips.
  • the method comprises the following steps:
  • the method described here is based, inter alia, on the following considerations.
  • recombination channels are often produced at the edge of the chip as a result of the structuring into individual semiconductor chips. Charge carriers recombine mostly non-radiatively via these channels. Out of For this reason, the efficiency of such radiation-emitting semiconductor chips is relatively poor.
  • positions for recombination centers are first defined, at which the recombination centers are then produced.
  • the semiconductor chips are structured in such a way that the recombination centers are not arranged at the edges of the semiconductor chips.
  • the radiation-emitting semiconductor chips described here can in particular be so-called micro-LEDs which have an edge length of at most 100 ⁇ m, in particular at most 50 ⁇ m or at most 5 ⁇ m and have a luminous area of less than 0.01 mm ⁇ , in particular less than 0.000025 mm ⁇ .
  • mesa structures and/or steps are produced in a semiconductor layer and/or a growth substrate to define the positions, with the positions for the recombination centers being at the edges and/or the corners of the mesa structure condition .
  • the mesa structures statistically have more recombination centers at the edges and/or the corners.
  • the recombination centers are more concentrated at the edges and/or corners of the mesa structures than at other areas of the mesa structures.
  • the mesa structure is an elevation that has a main surface that extends, for example, parallel to the main extension plane of the semiconductor chip to be produced.
  • This main surface is, for example, rectangular within the manufacturing tolerance. It is bounded by the edge of the mesa structure and has, for example, four corners.
  • a material for forming the recombination centers has a larger lattice constant than the material in which the mesa structures and/or steps are formed. This embodiment is based, among other things, on the finding that the material for forming the recombination centers, which has the larger lattice constant, has more space at the edges and/or the corners of the mesa structures and/or steps to expand and there is less compression. For this reason, the positions defined in this way are energetically more favorable than positions in the middle of the mesa structures and/or steps.
  • the mesa structures and/or steps have a lateral extension that is smaller than the diffusion length of a material for forming the recombination centers during the production of the recombination centers.
  • the lateral extent is, for example, the maximum lateral extent of the mesa structure on its main surface.
  • the diffusion length can be set via the choice of material for forming the recombination centers and the material in which the mesa structures and/or steps are formed, the growth temperature and/or the growth rate or other growth parameters. Due to the fact that the diffusion length is greater than the maximum lateral extension of the mesa structures and/or steps, it is possible when the recombination centers are produced that the energetically most favorable position for the formation of the recombination centers is taken and the recombination centers also move more likely to form at the edges of the mesa structures and/or steps than at the center.
  • defects in a semiconductor layer and/or a growth substrate are produced or used to define the positions, with the positions being located at the defects.
  • This embodiment is based on the finding that defects running in the vertical direction or in the lateral direction locally influence the stress field in a semiconductor body. This allows positions to incorporate atoms that are energetically more favorable than other positions. The recombination centers can therefore form at these energetically more favorable positions.
  • Defect generation and/or defect localization can be supported, for example, by electron beam, nanoimprint lithography or other techniques.
  • the positions for the recombination centers can be defined.
  • a distance between adjacent defects in the lateral direction is smaller than the diffusion length of the material for forming the recombination centers during the production of the recombination centers. In this way it can be ensured that the energetically more favorable positions, for example at the defects, are occupied when the recombination centers are formed.
  • the recombination centers are overgrown with at least one further semiconductor layer. In this way, the recombination centers can be embedded in a surrounding semiconductor layer.
  • the method comprises the following method steps:
  • a p-doped semiconductor layer may be grown first, onto which an undoped semiconductor layer is then grown, in which the mesa structures are patterned.
  • the active layer can, for example, comprise a wetting layer on which the recombination centers are subsequently grown.
  • the wetting layer can be formed with the material of the recombination centers.
  • a thin wetting layer can first be grown on the mesa structures and the recombination centers form on this layer at the edges and/or corners of the mesa structures.
  • the trenches which extend through the active layer, can extend, for example, into the n-doped semiconductor layer or the growth substrate.
  • the trenches surround a lateral direction Complete area, which represents the radiation-emitting semiconductor chip to be produced.
  • the trenches are delimited by the edges of the semiconductor chips to be produced, from which the recombination centers are located at a distance.
  • the active layer includes indium, for example in the form of InGaAs or InAs, the indium concentration being greater than 50% at least in places.
  • Some or all of the arsenic (As) can also be replaced by phosphorus (P).
  • the semiconductor chip to be produced is then based on an arsenide compound semiconductor material.
  • the active layer and/or the growth substrate preferably comprise Al n Ga m In]__ nm As, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n+m ⁇ 1.
  • This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it can have one or more dopants and additional components.
  • the above formula contains only the essential components of the crystal lattice (Al or As, Ga, In), even if these can be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the radiation-emitting semiconductor chip described here can be produced in particular by a method described here. All embodiments of the method are also disclosed for the semiconductor chip and vice versa.
  • the radiation-emitting semiconductor chip comprises an active region which comprises recombination centers which are set up for a radiative recombination of charge carrier pairs.
  • the semiconductor chip includes, in particular, a semiconductor area that surrounds the active area in vertical directions. The active area has at least one opening. The opening is filled with material from the semiconductor area and at least some of the recombination centers are arranged at the opening.
  • the breakthrough filled with the semiconductor material results from the distances between adjacent mesa structures, at the edges of which the probability of the arrangement of recombination centers is increased.
  • the semiconductor area is undoped and borders on an n-doped area and a p-doped area of the semiconductor chip.
  • the recombination centers are or include quantum dots.
  • the quantum dots can contain indium and can be formed, for example, in the InGaAs or InAs material system. Part or all of the arsenic (As) can also be replaced with phosphorus (P).
  • the indium concentration in the quantum dots is greater than 50%, at least in places.
  • charge carriers can recombine to form red light.
  • the opening is formed in a center of the semiconductor chip, wherein Recombination centers are arranged in the lateral direction around the breakthrough.
  • FIGS. 1A to 1E An exemplary embodiment of a method described here is explained in more detail on the basis of the schematic sectional illustrations in FIGS. 1A to 1E.
  • FIGS. 1A to 1E A first exemplary embodiment of a method described here is explained in more detail on the basis of the schematic sectional illustration in FIGS. 1A to 1E. In the method, a large number of radiation-emitting semiconductor chips 1 are produced.
  • the growth substrate 4 is a GaAs substrate, for example.
  • n-doped semiconductor layer 51 is grown, in particular epitaxially, on the growth substrate 4 .
  • an undoped semiconductor layer 61 is grown, in particular epitaxially, FIG. 1A.
  • mesa structures 3 are structured in the undoped semiconductor layer 61 .
  • This structuring is a definition of positions for recombination centers 22 that lead to a radiant recombination of charge carrier pairs are set up.
  • the recombination centers 22 are in an active layer
  • the 21 includes on which the recombination centers 22 arise.
  • the recombination centers 22 are, for example, quantum dots.
  • the material with which the recombination centers 22 are formed has a larger lattice constant than the material in which the mesa structures 3 are formed.
  • the mesa structures 3 are formed with a semiconductor material such as GaAs or InGaAs, the recombination centers being formed in the InGaAs or InAs material system and the indium concentration in the recombination centers 22 being greater than in the underlying layers 61, 51.
  • Some or all of the arsenic (As) can also be replaced by phosphorus (P).
  • the active layer 20 is grown under growth conditions in which the diffusion length of the material for forming the recombination centers 22 is greater than the lateral extent 1 of the mesa structures 3 .
  • This can be achieved, for example, by an appropriate choice of growth parameters such as growth temperature, growth pressure and growth rate.
  • a wetting layer first forms in the active layer 20 21, in which the recombination centers 22 arise as thickened areas at the edge 3a and/or in the corners 3b of the mesa structures.
  • the active layer 20, which includes the recombination centers 22, is overgrown with the undoped semiconductor layer 61. In this way, the recombination centers 22 are embedded in the semiconductor layer 61 .
  • a p-doped semiconductor layer 71 is then grown onto the undoped semiconductor layer 61 . This is shown in connection with figure ID.
  • trenches 9 are produced, which extend through the active layer 20 .
  • the trenches 9 are created at positions such that at least some of the recombination centers 22 are located away from the edges of the semiconductor chips.
  • the trenches 9 are created through the centers of the mesa structures 3 and extend into the n-doped semiconductor layer 51 or the growth substrate 4 . This is shown in Figure IE.
  • the growth substrate 4 and part of the n-doped layer 51 can be removed, so that individual semiconductor chips, as are described in more detail in connection with FIG. 4, arise.
  • the semiconductor chips 1 can remain connected to one another and in this way pixels or picture elements form a larger, higher-level structure.
  • the edges 1a shown of the semiconductor chips 1 then represent edges of the individual pixels.
  • the larger, superordinate structure is then a pixelated semiconductor chip.
  • a mesa structure 3 formed with material of the undoped semiconductor layer 61 is shown schematically in the schematic sectional illustrations in FIGS. 2A and 2B.
  • Material of the active layer 20 is applied to the mesa structure 3 .
  • the mesa structure 3 is formed with GaAs, for example.
  • the active layer 20 is formed with InAs.
  • the active layer 20 thus has larger molecules than the underlying mesa structure 3 .
  • the active layer 20 grows on the mesa structure 3 in a compressively stressed manner.
  • molecules of the active layer 20, which are arranged at the edge 3a of the mesa structure 3, have an energetically more favorable position since there is the possibility of stress reduction.
  • the dashed line shows the unstressed state with the lowest mechanical energy.
  • the deviation from the dashed line is smaller than in the center of the structure.
  • FIG. 3C shows a top view of the mesa structures 3 with the recombination centers 22, which are arranged at the corners 3b of the mesa structures 3 in the vicinity of the edges 3a.
  • FIG. 3D shows the situation after the formation of the trenches 9 .
  • the recombination centers 22 for the individual semiconductor chips 1 are at a distance from the edges 1a of the semiconductor chips 1 . Because the recombination centers 22 are not arranged on the chip edges la, the probability of non-radiative recombination is greatly reduced.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 includes an active area 2 .
  • the active region 2 emerges from the active layer 20 which includes the recombination centers 22 .
  • the recombination centers 22 are, for example, quantum dots.
  • the radiation-emitting semiconductor chip also includes a semiconductor region 6 which surrounds the active region in the vertical direction V. The semiconductor region 6 emerges from the semiconductor layer 61 .
  • the active area 2 also has an opening 31 in which the active area 2 is completely filled with the material of the semiconductor area 6 .
  • the opening 31 is formed in a center of the semiconductor chip 1 , with recombination centers 22 being arranged in the lateral direction L around the opening 31 .
  • the recombination centers 22 are also embedded in the material of the semiconductor region 6 and surrounded by it on all sides.
  • the opening 31 is the area between adjacent mesa structures 3 during the production of the optoelectronic semiconductor chip 1 .
  • the semiconductor chip can have an n-doped semiconductor region 5 and a p-doped region 7, each of which adjoins the semiconductor region 6, which can be undoped. It is also conceivable that the semiconductor region 6 is lightly doped with one of the two or both dopants or is made n-type and/or p-type conductive in another way.
  • the extension in the lateral direction L of the semiconductor chip is in the micrometer range, so that the radiation-emitting semiconductor chip can be a so-called micro-LED.
  • FIG. 4B An exemplary embodiment of a semiconductor chip 1 described here is explained in more detail in conjunction with FIG. 4B. Unlike what is shown in FIG. 4, the semiconductor chip 1 can also be monolithically connected to other semiconductor chips that are designed in the same way and form a pixel of a superordinate structure.
  • the radiation-emitting semiconductor chip 1 includes an active area 2 .
  • the active region 2 emerges from the active layer 20 which includes the recombination centers 22 .
  • the recombination centers 22 are, for example, quantum dots.
  • the radiation-emitting semiconductor chip also includes a semiconductor region 6 which surrounds the active region in the vertical direction V. The semiconductor region 6 emerges from the semiconductor layer 61 .
  • the active area 2 also has an opening 31 in which the active area 2 is completely filled with the material of the semiconductor area 6 .
  • the recombination centers 22 are also embedded in the material of the semiconductor region 6 and surrounded by it on all sides.
  • the opening 31 is formed here on an edge 1a of the semiconductor chip 1.
  • the distance between at least some of the recombination centers 22 and the edge 1a is particularly large.
  • FIG. 4A Another exemplary embodiment of a method described here is explained in more detail in connection with FIG.
  • the recombination centers 22 accumulate at the edges 41a and/or corners 41b of steps 41 that are structured in the substrate 4.
  • the steps 41 can be produced, for example, by cutting off the substrate 4 . With this method it is possible, for example, to produce semiconductor chips 1 or pixels that are arranged particularly densely.
  • defects 9 are created or used in a semiconductor layer and/or the growth substrate 4 to define the positions for the recombination centers 22 , which are, for example, quantum dots, the positions being located at the defects 9 .
  • the recombination centers 22 can therefore form at these energetically more favorable positions.
  • Defect generation and/or defect localization can be supported, for example, by electron beam, nanoimprint lithography or other techniques. In this way, the positions for the recombination centers can be defined become. In this case, in particular, a distance between adjacent defects 9 in the lateral direction L is smaller than the diffusion length of the material for forming the recombination centers 22 during the production of the recombination centers.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (1) angegeben mit den Schritten: - Definieren von Positionen für Rekombinationszentren (22), die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind, - Herstellen der Rekombinationszentren (22) an den Positionen in einer aktiven Schicht (20), - Strukturieren in Halbleiterchips (1), derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (1a) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.

Description

Beschreibung
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINER VIELZAHL STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERCHIPS UND STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERCHIP
Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Viel zahl strahlungsemittierender Halbleiterchips angegeben . Darüber hinaus wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung strahlungsemittierender Halbleiterchips anzugeben, die besonders ef fi zient betrieben werden können . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, strahlungsemittierende Halbleiterchips anzugeben, die besonders ef fi zient betreibbar sind .
Bei den hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips . In den strahlungsemittierenden Halbleiterchips wird durch strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren elektromagnetische Strahlung erzeugt . Vorliegend kann von den strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Betrieb beispielsweise rotes Licht erzeugt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt zunächst ein Definieren von Positionen für Rekombinations zentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind . Das heißt , in einem ersten Verfahrensschritt werden Verfahren durchgeführt , mit denen die späteren Positionen von herzustellenden Rekombinations zentren festgelegt werden können . Durch das Definieren wird vorgegeben, an welchen Stellen Rekombinations zentren zur strahlenden Rekombination bevorzugt oder mit einer größeren Wahrscheinlichkeit erzeugt werden als an anderen Positionen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt , bei dem Rekombinations zentren an den Positionen in einer aktiven Schicht der strahlungsemittierenden Halbleiterchips hergestellt werden . Das heißt , an den zuvor definierten Positionen werden Rekombinations zentren beispielsweise durch epitaktisches Wachstum erzeugt . Dabei ist es beispielsweise wahrscheinlicher, dass die Rekombinations zentren an den zuvor definierten Positionen erzeugt werden, als an anderen Positionen . Die Rekombinations zentren werden in einer aktiven Schicht erzeugt , die in den fertiggestellten strahlungsemittierenden Halbleiterchips die Rekombinations zentren umfasst , an oder in denen die elektromagnetische Strahlung im fertiggestellten Halbleiterchip durch strahlende Rekombination erzeugt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens erfolgt ein Strukturieren der Halbleiterchips , derart , dass zumindest manche der Rekombinations zentren entfernt von den Rändern des Halbleiterchips angeordnet sind .
Die herzustellenden strahlungsemittierenden Halbleiterchips weisen beispielsweise eine Strahlungsaustritts fläche auf , die durch eine Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips gebildet ist . Die Richtungen, in denen sich diese Hauptfläche erstreckt , sind die lateralen Richtungen . Senkrecht dazu verläuft die vertikale Richtung, die zum Beispiel parallel zu einer Wachstumsrichtung der epitaktisch hergestellten Schichten des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft . In einer vertikalen Proj ektion der Rekombinations zentren auf diese Hauptfläche liegen die Rekombinations zentren im Mittel näher an einem Flächenschwerpunkt dieser Hauptfläche als an einem Rand dieser Hauptfläche . Damit sind die Rekombinations zentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens zur Herstellung einer Viel zahl strahlungsemittierender Halbleiterchips umfasst das Verfahren die folgenden Schritte :
- Definieren von Positionen für Rekombinations zentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind,
- Herstellen der Rekombinations zentren an den Positionen in einer aktiven Schicht ,
- Strukturieren in Halbleiterchips , derart , dass zumindest manche der Rekombinations zentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind .
Das hier beschriebene Verfahren kann insbesondere mit der hier angegebenen Reihenfolge von Verfahrensschritten durchgeführt werden .
Dem hier beschriebenen Verfahren liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde . Insbesondere bei rotes Licht emittierenden strahlungsemittierenden Halbleiterchips werden durch die Strukturierung in einzelne Halbleiterchips oft Rekombinationskanäle am Chiprand erzeugt . Über diese Kanäle rekombinieren Ladungsträger meist nicht-strahlend . Aus diesem Grund ist die Ef fi zienz solcher strahlungsemittierender Halbleiterchips relativ schlecht .
Vorliegend werden bei der Herstellung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips zunächst Positionen für Rekombinations zentren definiert , an denen die Rekombinations zentren dann hergestellt werden .
Im nächsten Schritt erfolgt eine Strukturierung der Halbleiterchips derart , dass die Rekombinations zentren nicht an den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind .
Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Ladungsträger nicht an den Chiprändern, sondern im Chipinneren rekombinieren, was die Ef fi zienz steigert , da die nichtstrahlende Rekombination auf diese Weise unterdrückt wird .
Bei den hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann es sich insbesondere um sogenannte Mikro-LEDs handeln, die eine Kantenlänge vom höchstens 100 pm, insbesondere von höchstens 50 pm oder von höchstens 5 pm aufweisen und die eine Leuchtfläche von kleiner 0 , 01 mm^ , insbesondere von kleiner 0 , 000025 mm^ aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden zum Definieren der Positionen Mesa-Strukturen und/oder Stufen in einer Halbleiterschicht und/oder einem Aufwachssubstrat erzeugt , wobei sich die Positionen für die Rekombinations zentren an den Rändern und/oder den Ecken der Mesa-Struktur befinden .
Die Mesa-Strukturen weisen insbesondere statistisch mehr Rekombinations zentren an den Rändern und/oder den Ecken auf . Mit anderen Worten liegen die Rekombinations zentren an den Rändern und/oder Ecken der Mesa-Strukturen in höherer Konzentration vor als an anderen Bereichen der Mesa- Strukturen .
Bei der Mesa-Struktur handelt es sich um eine Erhebung, die eine Hauptfläche aufweist , die sich zum Beispiel parallel zur Haupterstreckungsebene des herzustellenden Halbleiterchips erstreckt . Diese Hauptfläche ist zum Beispiel im Rahmen der Herstellungstoleranz rechteckig . Sie ist vom Rand der Mesa- Struktur begrenzt und weist zum Beispiel vier Ecken auf .
Dabei weist ein Material zur Bildung der Rekombinations zentren eine größere Gitterkonstante als das Material , in dem die Mesa-Strukturen und/oder Stufen gebildet sind, auf . Dieser Aus führungs form liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde , dass an den Rändern und/oder den Ecken der Mesa-Strukturen und/oder Stufen das Material zur Bildung der Rekombinations zentren, welches die größere Gitterkonstante aufweist , mehr Platz hat , um sich aus zudehnen und dort weniger gestaucht wird . Aus diesem Grund sind die auf diese Weise definierten Positionen energetisch günstiger als Positionen in der Mitte der Mesa-Strukturen und/oder Stufen .
Somit können Positionen für die Rekombinations zentren definiert werden, an denen sich bei der Herstellung der Rekombinations zentren diese mit einer größeren Wahrscheinlichkeit anwachsen als im Zentrum der Mesa- Strukturen und/oder Stufen . Dies kann durch entsprechende Wachstumsbedingungen unterstützt werden, zum Beispiel durch eine große Oberflächenbeweglichkeit und/oder verringerte Wachstumsraten . Eine erhöhte Oberflächenbeweglichkeit kann beispielsweise durch eine erhöhte Wachstumstemperatur erzeugt werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens haben die Mesa-Strukturen und/oder Stufen eine laterale Ausdehnung, die kleiner ist als die Di f fusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinations zentren während der Herstellung der Rekombinations zentren . Die laterale Ausdehnung ist dabei beispielsweise die maximale laterale Erstreckung der Mesa- Struktur an ihrer Hauptfläche .
Die Di f fusionslänge kann über die Materialwahl des Materials zur Bildung der Rekombinations zentren sowie des Materials , in dem die Mesa-Strukturen und/oder Stufen gebildet sind, der Wachstumstemperatur und/oder der Wachstumsrate oder andere Wachstumsparameter eingestellt werden . Dadurch, dass die Di f fusionslänge größer ist als die maximale laterale Ausdehnung der Mesa-Strukturen und/oder Stufen, ist es beim Herstellen der Rekombinations zentren möglich, dass die energetisch günstigste Position zur Bildung der Rekombinations zentren eingenommen wird und sich die Rekombinations zentren mit größerer Wahrscheinlichkeit an den Rändern der Mesa-Strukturen und/oder Stufen als in deren Zentrum bilden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden zum Definieren der Positionen Defekte in einer Halbleiterschicht und/oder einem Aufwachssubstrat erzeugt oder genutzt , wobei sich die Positionen an den Defekten befinden . Dieser Aus führungs form liegt die Erkenntnis zugrunde , dass Defekte , die in vertikaler Richtung oder in lateraler Richtung verlaufen, das Verspannungs feld in einem Halbleiterkörper lokal beeinflussten . Damit können Positionen zum Einbau von Atomen entstehen, die energetisch günstiger sind als andere Positionen . An diesen energetisch günstigeren Positionen können sich daher die Rekombinations zentren bilden .
Die Defekterzeugung und/oder Def ektlokalisierung kann beispielsweise durch Elektronenstrahl , Nanoprägelithografie oder andere Techniken unterstützt werden . Auf diese Weise können die Positionen für die Rekombinations zentren definiert werden . Dabei ist insbesondere ein Abstand zwischen benachbarten Defekten in lateraler Richtung kleiner als die Di f fusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinations zentren während der Herstellung der Rekombinations zentren . Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei der Bildung der Rekombinations zentren die energetisch günstigeren Positionen, zum Beispiel an den Defekten, eingenommen werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens werden die Rekombinations zentren nach ihrer Herstellung mit zumindest einer weiteren Halbleiterschicht überwachsen . Auf diese Weise können die Rekombinations zentren in eine umgebende Halbleiterschicht eingebettet werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte :
Bereitstellen eines Aufwachssubstrats , Aufwachsen einer n-dotierten Halbleiterschicht auf das Auf wachs subs trat ,
Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht auf der n-dotierten Halbleiterschicht , Strukturieren von Mesa-Strukturen in der undotierten Haiblei ter schicht ,
Aufwachsen einer aktiven Schicht mit den Rekombinations zentren an den Rändern und/oder Ecken der Mesa- Strukturen,
Überwachsen der aktiven Schicht mit der undotierten Haiblei ter schicht ,
Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht auf die undotierte Halbleiterschicht ,
Erzeugen von Gräben, die sich durch die aktive Schicht erstrecken, zum Strukturieren in Halbleiterchips , derart , dass zumindest manche der Rekombinations zentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind .
Alternativ ist es auch möglich, dass zunächst eine p-dotierte Halbleiterschicht aufgewachsen wird, auf die dann das Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht erfolgt , in der die Mesa-Strukturen strukturiert werden .
Die aktive Schicht kann beispielsweise eine benetzende Schicht umfassen, auf der nachfolgend die Rekombinations zentren aufgewachsen werden . Die benetzende Schicht kann mit dem Material der Rekombinations zentren gebildet sein . In diesem Fall kann zum Wachstum der Rekombinations zentren beispielsweise zunächst eine dünne benetzende Schicht auf den Mesa-Strukturen aufwachsen werden und die Rekombinations zentren bilden sich auf dieser Schicht an den Rändern und/oder Ecken der Mesa-Strukturen .
Die Gräben, die sich durch die aktive Schicht erstrecken, können sich beispielsweise bis in die n-dotierte Halbleiterschicht oder das Aufwachssubstrat hinein erstrecken . Die Gräben umgeben in lateraler Richtung einen Bereich vollständig, der den herzustellenden strahlungsemittierenden Halbleiterchip darstellt . Begrenzt sind die Gräben durch die Ränder der herzustellenden Halbleiterchips , von denen sich die Rekombinations zentren entfernt befinden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form des Verfahrens umfasst die aktive Schicht Indium, zum Beispiel in Form von InGaAs oder InAs , wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist . Teile oder das komplette Arsen (As ) können auch durch Phosphor ( P ) ersetzt sein . Insgesamt ist der herzustellende Halbleiterchip dann auf einem Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial basierend . Dies bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zum Beispiel die aktive Schicht und/oder das Aufwachssubstrat , vorzugsweise AlnGamIn]__n-mAs umfassen, wobei 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und n+m < 1 ist . Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen . Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al beziehungsweise As , Ga, In) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt sein können .
Es wird weiter ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben . Der hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterchip kann insbesondere durch ein hier beschriebenes Verfahren hergestellt werden . Sämtliche Aus führungs formen des Verfahrens sind auch für den Halbleiterchip of fenbart und umgekehrt . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Aus führungs form einen aktiven Bereich, der Rekombinations zentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind, umfasst . Ferner umfasst der Halbleiterchip insbesondere einen Halbleiterbereich, der den aktiven Bereich in vertikalen Richtungen umgibt . Der aktive Bereich weist zumindest einen Durchbruch auf . Der Durchbruch ist mit Material des Halbleiterbereichs befüllt und zumindest manche der Rekombinations zentren sind am Durchbruch angeordnet .
Bei der Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips resultiert der mit dem Halbleitermaterial befüllte Durchbruch aus den Abständen benachbarter Mesa- Strukturen, an deren Ränder die Wahrscheinlichkeit für die Anordnung von Rekombinations zentren erhöht ist .
Insbesondere ist der Halbleiterbereich undotiert und grenzt an einen n-dotierten Bereich sowie einen p-dotierten Bereich des Halbleiterchips an .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form sind die Rekombinations zentren Quantenpunkte oder umfassen solche . Die Quantenpunkte können Indium enthalten und zum Beispiel im Materialsystem InGaAs oder InAs gebildet sein . Teile oder das komplette Arsen (As ) können auch durch Phosphor ( P ) ersetzt werden . Die Indium-Konzentration in den Quantenpunkten ist zumindest stellenweise größer als 50 % . In den Quantenpunkten kann beispielsweise eine Rekombination von Ladungsträgern zu rotem Licht erfolgen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist der Durchbruch in einem Zentrum des Halbleiterchips ausgebildet ist , wobei Rekombinations zentren in lateraler Richtung um den Durchbruch angeordnet sind .
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip anhand von Aus führungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis IE ist ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert .
Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2A und 2B ist ein Prinzip zur Definition der Position von Rekombinations zentren, wie es in einem Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zum Einsatz kommt , näher erläutert .
Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 3A bis 3D sind Aus führungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert .
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figuren 4A und 4B sind Aus führungsbeispiele eines hier beschriebenen Halbleiterchips näher erläutert .
Anhand der schematischen Darstellung der Figur 5 ist ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert .
Anhand der schematischen Darstellung der Figur 6 ist ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert . Gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugs zeichen versehen . Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten . Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein .
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figuren 1A bis IE ist ein erstes Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert . Bei dem Verfahren wird eine Viel zahl strahlungsemittierender Halbleiterchips 1 hergestellt .
Dazu wird zunächst ein Aufwachssubstrat 4 bereitgestellt . Bei dem Aufwachssubstrat 4 handelt es sich vorliegend beispielsweise um ein GaAs-Substrat .
Auf das Aufwachssubstrat 4 wird eine n-dotierte Halbleiterschicht 51 insbesondere epitaktisch auf gewachsen .
An der dem Aufwachssubstrat 4 abgewandten Seite der n- dotierten Halbleiterschicht 51 wird eine undotierte Halbleiterschicht 61 insbesondere epitaktisch auf gewachsen, Figur 1A.
In einem nachfolgenden Verfahrensschritt , Figur 1B, erfolgt eine Strukturierung von Mesa-Strukturen 3 in der undotierten Halbleiterschicht 61 .
Durch diese Strukturierung erfolgt ein Definieren von Positionen für Rekombinations zentren 22 , die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind .
Diese Rekombinations zentren 22 werden in einem nächsten Verfahrensschritt , Figur IC, an diesen Positionen - den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa-Struktur 3 auf gewachsen .
Die Rekombinations zentren 22 werden in einer aktiven Schicht
20 auf gewachsen, die beispielsweise eine benetzende Schicht
21 umfasst , auf der die Rekombinations zentren 22 entstehen . Bei den Rekombinations zentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte .
Das Material , mit dem die Rekombinations zentren 22 gebildet werden, weist dabei eine größere Gitterkonstante als das Material auf , in dem die Mesa-Strukturen 3 gebildet sind . Beispielsweise sind die Mesa-Strukturen 3 mit einem Halbleitermaterial wie GaAs oder InGaAs gebildet , wobei die Rekombinations zentren im Materialsystem InGaAs oder InAs gebildet sind und die Indium-Konzentration in den Rekombinations zentren 22 größer ist als in den darunterliegenden Schichten 61 , 51 . Teile oder das komplette Arsen (As ) können auch durch Phosphor ( P ) ersetzt sein .
Die aktive Schicht 20 wird dabei unter Wachstumsbedingungen gewachsen, bei denen die Di f fusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinations zentren 22 größer ist als die laterale Ausdehnung 1 der Mesa-Strukturen 3 . Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Wahl von Wachstumsparametern wie Wachstumstemperatur , Wachstumsdruck und Wachstumsrate erreicht werden . Beispielsweise bildet sich in der aktiven Schicht 20 zunächst eine benetzende Schicht 21 , in der die Rekombinations zentren 22 als verdickte Bereiche am Rand 3a und/oder in den Ecken 3b der Mesa- Strukturen entstehen .
Im nachfolgenden Verfahrensschritt , Figur ID, erfolgt ein Überwachsen der aktiven Schicht 20 , die die Rekombinations zentren 22 umfasst mit der undotierten Halbleiterschicht 61 . Auf diese Weise sind die Rekombinations zentren 22 in der Halbleiterschicht 61 eingebettet .
Nachfolgend erfolgt das Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht 71 auf die undotierte Halbleiterschicht 61 . Dies ist in Verbindung mit der Figur ID dargestellt .
Im nächsten Verfahrensschritt , Figur IE , werden Gräben 9 erzeugt , die sich durch die aktive Schicht 20 erstecken . Die Gräben 9 werden an Positionen derart erzeugt , dass zumindest manche der Rekombinations zentren 22 entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind .
Zum Beispiel werden die Gräben 9 durch die Zentren der Mesa- Strukturen 3 erzeugt und erstrecken sich bis in die n- dotierte Halbleiterschicht 51 oder das Aufwachssubstrat 4 . Dies ist in der Figur IE dargestellt .
Nachfolgend können das Aufwachssubstrat 4 und ein Teil der n- dotierten Schicht 51 entfernt werden, so dass einzelne Halbleiterchips , wie sie in Verbindung mit der Figur 4 näher beschrieben sind, entstehen .
Alternativ können die Halbleiterchips 1 miteinander verbunden bleiben und auf diese Weise Pixel oder Bildpunkte einer größeren, übergeordneten Struktur bilden . Die gezeigt Ränder la der Halbleiterchips 1 stellen dann Ränder der einzelnen Pixel dar . Die größere , übergeordnete Struktur ist dann ein pixelierter Halbleiterchip .
In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2A und 2B ist ein Prinzip zum Definieren von Positionen für Rekombinations zentren 22 näher erläutert .
In den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2A und 2B ist eine Mesa-Struktur 3 schematisch dargestellt , die mit Material der undotierten Halbleiterschicht 61 gebildet ist .
Auf die Mesa-Struktur 3 ist Material der aktiven Schicht 20 aufgebracht . Die Mesa-Struktur 3 ist beispielsweise mit GaAs gebildet . Die aktive Schicht 20 ist mit InAs gebildet . Die aktive Schicht 20 hat damit größere Moleküle als die darunterliegende Mesa-Struktur 3 . Dadurch wächst die aktive Schicht 20 kompressiv verspannt auf der Mesa-Struktur 3 auf .
Wie in der Figur 2B dargestellt ist , haben Moleküle der aktiven Schicht 20 , die am Rand 3a der Mesa-Struktur 3 angeordnet sind, eine energetisch günstigere Position, da Möglichkeit zum Verspannungsabbau besteht . Die gestrichelte Linie zeigt dabei den unverspannten Zustand mit der geringsten mechanischen Energie . Am Rand 3a der Mesa-Struktur 3 ist die Abweichung von der gestrichelten Linie kleiner als im Zentrum der Struktur .
Wie in Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der Figuren 3A und 3B gezeigt ist , wird während des Wachstums der aktiven Schicht 20 mit den Rekombinations zentren 22 mehr Material an den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa- Strukturen 3 angeordnet (vergleiche dazu die Pfeile in der Figur 3A) . Dies führt zu einer dickeren aktiven Schicht 20 an den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa-Strukturen 3 und damit zur Bildung von Rekombinations zentren 22 , bei denen es sich um Quantenpunkte handeln kann . Diese bilden sich vermehrt an den Rändern 3a und an den Ecken 3b der Mesa- Strukturen 3 . Diese dickere aktive Schicht 20 führt zusammen mit einer erhöhten Indiumkonzentration zu energetisch niedrigeren Energieniveaus über die dann die strahlende Rekombination in diesen Stellen ermöglicht wird .
Die schematische Draufsicht der Figur 3C zeigt eine Draufsicht auf die Mesa-Strukturen 3 mit den Rekombinations zentren 22 , die an den Ecken 3b der Mesa- Strukturen 3 in der Nähe der Ränder 3a angeordnet sind .
Die schematische Schnittdarstellung der Figur 3D zeigt die Situation nach Bildung der Gräben 9 . Wie dort zu sehen ist , befinden sich für die einzelnen Halbleiterchips 1 die Rekombinations zentren 22 entfernt von den Rändern la der Halbleiterchips 1 . Dadurch, dass die Rekombinations zentren 22 nicht an den Chiprändern la angeordnet sind, ist die Wahrscheinlichkeit für eine nicht-strahlende Rekombination stark reduziert .
In Verbindung mit der Figur 4A ist ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterchips 1 näher erläutert . Wie in der Figur 4B dargestellt , kann der Halbleiterchip 1 mit weiteren Halbleiterchips , die gleichartig ausgebildet sind, monolithisch verbunden sein und ein Pixel einer übergeordneten Struktur bilden . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 umfasst einen aktiven Bereich 2 . Der aktive Bereich 2 geht aus der aktiven Schicht 20 hervor, die die Rekombinations zentren 22 umfasst . Bei den Rekombinations zentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst weiter einen Halbleiterbereich 6 , der den aktiven Bereich in vertikaler Richtung V umgibt . Der Halbleiterbereich 6 geht aus der Halbleiterschicht 61 hervor .
Der aktive Bereich 2 weist ferner einen Durchbruch 31 auf , in dem der aktive Bereich 2 vollständig mit dem Material des Halbleiterbereichs 6 befüllt ist . Der Durchbruch 31 ist vorliegend in einem Zentrum des Halbleiterchips 1 ausgebildet ist , wobei Rekombinations zentren 22 in lateraler Richtung L um den Durchbruch 31 herum angeordnet sind .
Auf diese Weise sind auch die Rekombinations zentren 22 in das Material des Halbleiterbereichs 6 eingebettet und allseitig von diesem umgeben .
Zumindest manche der Rekombinations zentren 22 sind am Durchbruch 31 angeordnet . Der Durchbruch 31 ist der Bereich zwischen benachbarten Mesa-Strukturen 3 während der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 1 .
Ferner kann der Halbleiterchip, wie in der Figur 4A dargestellt , einen n-dotierten Halbleiterbereich 5 und einen p-dotierten Bereich 7 aufweisen, die j eweils an den Halbleiterbereich 6 grenzen, der undotiert sein kann . Es ist ebenfalls denkar, dass der Halbleiterbereich 6 leicht mit einem der beiden oder beiden Dotierstof fen dotiert ist oder anders n-typ und/oder p-typ leitfähig gemacht ist . Die Ausdehnung in lateraler Richtung L des Halbleiterchips liegt im Mikrometerbereich, so dass es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um eine sogenannte Mikro-LED handeln kann .
In Verbindung mit der Figur 4B ist ein Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterchips 1 näher erläutert . Anders als in der Figur 4 dargestellt , kann der Halbleiterchip 1 auch mit weiteren Halbleiterchips , die gleichartig ausgebildet sind, monolithisch verbunden sein und ein Pixel einer übergeordneten Struktur bilden .
Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 umfasst einen aktiven Bereich 2 . Der aktive Bereich 2 geht aus der aktiven Schicht 20 hervor, die die Rekombinations zentren 22 umfasst . Bei den Rekombinations zentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte . Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst weiter einen Halbleiterbereich 6 , der den aktiven Bereich in vertikaler Richtung V umgibt . Der Halbleiterbereich 6 geht aus der Halbleiterschicht 61 hervor .
Der aktive Bereich 2 weist ferner einen Durchbruch 31 auf , in dem der aktive Bereich 2 vollständig mit dem Material des Halbleiterbereichs 6 befüllt ist . Auf diese Weise sind auch die Rekombinations zentren 22 in das Material des Halbleiterbereichs 6 eingebettet und allseitig von diesem umgeben . Anders als im Aus führungsbeispiel der Figur 4A ist der Durchbruch 31 hier an einem Rand la des Halbleiterchips 1 ausgebildet . Auf diese Weise ist der Abstand zumindest mancher der Rekombinations zentren 22 vom Rand la besonders groß . In Verbindung mit der Figur 5 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert . Bei diesem Aus führungsbeispiel lagern sich die Rekombinations zentren 22 an den Rändern 41a und/oder Ecken 41b von Stufen 41 an, die in das Substrat 4 strukturiert sind . Die Stufen 41 können zum Beispiel durch einen Of fcut des Substrats 4 erzeugt werden . Mit diesem Verfahren ist es zum Beispiel möglich, Halbleiterchips 1 oder Pixel zu erzeugen, die besonders dicht angeordnet sind .
In Verbindung mit der Figur 6 ist ein weiteres Aus führungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert . Bei diesem Aus führungsbeispiel lagern sich die Rekombinations zentren 22 im Bereich von Defekten 9 an .
Das heißt , zum Definieren der Positionen für die Rekombinations zentren 22 , bei denen es sich zum Beispiel um Quantenpunkte handelt , werden Defekte 9 in einer Halbleiterschicht und/oder dem Aufwachssubstrat 4 erzeugt oder genutzt , wobei sich die Positionen an den Defekten 9 befinden . Die Defekte 9 , die in vertikaler Richtung V und/oder in lateraler Richtung L verlaufen, beeinflussten das Verspannungs feld in der Halbleiterschicht und/oder dem Aufwachssubstrat 4 lokal . Damit können Positionen zum Einbau von Atomen entstehen, die energetisch günstiger sind als andere Positionen . An diesen energetisch günstigeren Positionen können sich daher die Rekombinations zentren 22 bilden .
Die Defekterzeugung und/oder Def ektlokalisierung kann beispielsweise durch Elektronenstrahl , Nanoprägelithografie oder andere Techniken unterstützt werden . Auf diese Weise können die Positionen für die Rekombinations zentren definiert werden. Dabei ist insbesondere ein Abstand zwischen benachbarten Defekten 9 in lateraler Richtung L kleiner als die Diffusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinationszentren 22 während der Herstellung der Rekombinationszentren.
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE
102021129843.1 beansprucht, die hiermit durch Rückbezug auf genommen ist.
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.
Bezugs zeichenliste
1 strahlungsemittierender Halbleiterchip la Rand des strahlungsemittierenden Halbleiterchips
2 aktiver Bereich
20 aktive Schicht
21 benetzende Schicht
22 Rekombinations zentrum
3 Mesa-Struktur
3a Rand der Mesa-Struktur
3b Ecke der Mesa-Struktur
31 Durchbruch
4 Aufwachssubstrat
41 Stufe
41a Rand der Stufe
41b Ecke der Stufe
5 n-dotierter Bereich
51 n-dotierte Halbleiterschicht
6 Halbleiterbereich
61 Halbleiterschicht
7 p-dotierter Bereich
71 p-dotierte Halbleiterschicht
8 Defekte
9 Graben
1 laterale Ausdehnung a Abstand
L laterale Richtung
V vertikale Richtung

Claims

- 22 -
Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (1) mit den Schritten :
- Definieren von Positionen für Rekombinationszentren (22) , die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind,
- Herstellen der Rekombinationszentren (22) an den Positionen in einer aktiven Schicht (20) ,
- Strukturieren in Halbleiterchips (1) , derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (la) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zum Definieren der Position Mesa-Strukturen (3) und/oder Stufen (41) in einer Halbleiterschicht (51, 61) und/oder einem Aufwachssubstrat (4) erzeugt werden, wobei sich die Positionen an den Rändern (3a) und/oder den Ecken (3b) der Mesa-Strukturen (3) und/oder an den Rändern (41a) und/oder den Ecken (41b) der Stufen (41) befinden und ein Material zur Bildung der Rekombinationszentren (22) eine größere Gitterkonstante als das Material, in dem die Mesa- Strukturen (3) und/oder Stufen (41) gebildet sind, aufweist.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mesa-Strukturen (3) und/oder Stufen (41) eine laterale Ausdehnung (1) haben, die kleiner ist als die Diffusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinationszentren (22) während der Herstellung der Rekombinationszentren (22) .
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Definieren der Position Defekte (8) einer Halbleiterschicht (51, 61) und/oder eines Aufwachssubstrats (4) erzeugt oder genutzt werden, wobei sich die Positionen an den Defekten (8) befinden.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Abstand (a) zwischen benachbarten Defekten (8) in lateraler Richtung (1) kleiner ist als die Diffusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinationszentren (22) während der Herstellung der Rekombinationszentren (22) .
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rekombinationszentren (22) nach ihrer Herstellung mit zumindest einer weiteren Halbleiterschicht (61, 71) überwachsen werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten:
Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (4) ,
Aufwachsen einer n-dotierten Halbleiterschicht (51) auf das Aufwachssubstrat,
Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht (61) auf der n-dotierten Halbleiterschicht (51) ,
Strukturieren von Mesa-Strukturen (3) in der undotierten Halbleiterschicht (61) ,
Aufwachsen einer aktiven Schicht (20) mit den Rekombinationszentren (22) an den Rändern (3a) und/oder Ecken (3b) der Mesa-Strukturen (3) ,
Überwachsen der aktiven Schicht (20) mit der undotierten Halbleiterschicht (61) ,
Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht (71) auf die undotierte Halbleiterschicht (61) , Erzeugen von Gräben (9) , die sich durch die aktive Schicht (20) erstrecken, zum Strukturieren in Halbleiterchips (1) , derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (la) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktive Schicht (20) Indium umfasst, wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist .
9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einem aktiven Bereich (2) der Rekombinationszentren
(22) , die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind, und einem Halbleiterbereich (6) , der den aktiven Bereich (2) in vertikalen Richtung umgibt, wobei der aktive Bereich (2) einen Durchbruch (31) aufweist, der Durchbruch (31) mit Material des Halbleiterbereichs (6) befüllt ist, und zumindest manche der Rekombinationszentren (22) am Durchbruch (31) angeordnet sind.
10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterbereich (6) undotiert ist und an einen n-dotierten Bereich (5) sowie einen p-dotierten Bereich (7) angrenzt . 25
11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß zumindest einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem der aktive Bereich (2) Indium umfasst, wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist .
12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß zumindest einem der drei vorherigen Ansprüche, bei dem der Durchbruch (31) in einem Zentrum des Halbleiterchips (1) ausgebildet ist, wobei Rekombinationszentren (22) in lateraler Richtung (L) um den Durchbruch (31) angeordnet sind.
13. Verfahren oder strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Rekombinationszentren (22) Quantenpunkte sind oder umfassen.
14. Verfahren oder strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die strahlungsemittierenden Halbleiterchips MikroLEDs sind.
PCT/EP2022/081948 2021-11-16 2022-11-15 Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip WO2023088879A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021129843.1 2021-11-16
DE102021129843.1A DE102021129843A1 (de) 2021-11-16 2021-11-16 Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023088879A1 true WO2023088879A1 (de) 2023-05-25

Family

ID=84387898

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2022/081948 WO2023088879A1 (de) 2021-11-16 2022-11-15 Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102021129843A1 (de)
WO (1) WO2023088879A1 (de)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140131732A1 (en) * 2012-11-15 2014-05-15 Industrial Technology Research Institute Light emitting diode
US20150083990A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Industrial Technology Research Institute Light emitting diode
US20170213934A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Google Inc. High-efficiency light emitting diode
DE102018122684A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
US20200313038A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 Seiko Epson Corporation Light emitting device and projector

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8525221B2 (en) 2009-11-25 2013-09-03 Toshiba Techno Center, Inc. LED with improved injection efficiency
DE102011012925A1 (de) 2011-03-03 2012-09-06 Osram Opto Semiconductors Gmbh Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
US9484492B2 (en) 2015-01-06 2016-11-01 Apple Inc. LED structures for reduced non-radiative sidewall recombination
DE102018133123A1 (de) 2018-12-20 2020-06-25 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem zentralen Bereich und einem Randbereich und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140131732A1 (en) * 2012-11-15 2014-05-15 Industrial Technology Research Institute Light emitting diode
US20150083990A1 (en) * 2013-09-23 2015-03-26 Industrial Technology Research Institute Light emitting diode
US20170213934A1 (en) * 2016-01-25 2017-07-27 Google Inc. High-efficiency light emitting diode
DE102018122684A1 (de) * 2018-09-17 2020-03-19 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips
US20200313038A1 (en) * 2019-03-26 2020-10-01 Seiko Epson Corporation Light emitting device and projector

Also Published As

Publication number Publication date
DE102021129843A1 (de) 2023-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014053445A1 (de) Verfahren zur herstellung eines leuchtdioden-displays und leuchtdioden-display
DE102011012925A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
DE112014001423T5 (de) Halbleiterstrukturen mit InGaN umfassenden Aktivbereichen, Verfahren zum Bilden derartiger Halbleiterstrukturen und aus derartigen Halbleiterstrukturen gebildete Licht emittierende Vorrichtungen
WO2019206669A1 (de) Optoelektronischer halbleiterkörper, anordnung von einer vielzahl von optoelektronischen halbleiterkörpern und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers
DE112018001450B4 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zu dessen Herstellung
WO2016156312A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip
DE3802065C2 (de)
WO2016146376A1 (de) Bauelement mit einer mehrfachquantentopfstruktur
WO2021063819A1 (de) Verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip
DE102017113383B4 (de) Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines Halbleiterchips
WO2023088879A1 (de) Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip
EP3345224B1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zu dessen herstellung
WO2020239749A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement mit verbindungsbereichen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements
WO2020182545A1 (de) Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zum herstellen eines optoelektronischen halbleiterchips
WO2020127435A1 (de) Optoelektronisches halbleiterbauelement und dessen herstellungsverfahren
DE112019002873T5 (de) Substrat zum wachsen eines halbleiters, halbleiterelement, lichtemittierendes halbleiterelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterelements
DE19819259A1 (de) Verfahren zur epitaktischen Herstellung von Halbleiter-Wachstumsinseln
WO2017121529A1 (de) Elektronisches bauteil sowie verfahren zur herstellung eines elektronischen bauteils
DE10303942B4 (de) Herstellungsverfahren für eine PN-Sperrschicht-Diodenvorrichtung, und eine PN-Sperrschicht-Diodenvorrichtung
DE102017113585A1 (de) Halbleiterschichtenfolge und Verfahren zur Herstellung einer Halbleiterschichtenfolge
DE102019134216A1 (de) Optoelektronische Vorrichtung mit mehreren Epitaxieschichten und Herstellungsverfahren
WO2017021301A1 (de) Verfahren zur herstellung eines nitrid-halbleiterbauelements und nitrid-halbleiterbauelement
WO2014173950A1 (de) Optoelekronisches gan-basiertes bauelement mit erhöhter esd resistenz durch ein übergitter und verfahren zu seiner herstellung
DE102016101046A1 (de) Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
WO2016055526A1 (de) Strahlungsemittierender halbleiterchip, verfahren zur herstellung einer vielzahl an strahlungsemittierenden halbleiterchips und optoelektronisches bauelement mit einem strahlungsemittierenden halbleiterchip

Legal Events

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

Ref document number: 22817718

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1