WO2023105036A1 - Optoelektronisches bauelement, optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung eines bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement, optoelektronische vorrichtung und verfahren zur herstellung eines bauelements Download PDF

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WO2023105036A1
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optoelectronic component
contact
electrical contact
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Norwin Von Malm
Alvaro Gomez-Iglesias
Harald Koenig
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an optoelectronic component and a method for producing such a component.
  • the invention further relates to an optoelectronic device.
  • the size of such optoelectronic components is in the range of a few micrometers, in particular less than 70 ⁇ m and very particularly less than 20 ⁇ m down to 1 ⁇ m to 2 ⁇ m.
  • p-LEDs With the small lateral diameters of less than 20 ⁇ m described, such p-LEDs exhibit considerable side emission and are often designed as volume emitters. Depending on the application, this side emission can be disadvantageous due to a limited acceptance angle of an optic arranged on it.
  • the inventors have recognized that an improvement is influenced, among other things, by a spatial separation of the functionality of the electrical passivation from the functionality of the optical reflector.
  • those parts of an epitaxial layer sequence that are not needed for the functionality of generating light can at least partially assume the functions of a reflector.
  • the electrical passivation and the deflection of the side emission are separated locally and spatially, so that the two measures can be optimized individually and separately from one another.
  • a functional component in an epitaxial layer sequence, is structured as an inner region of an optoelectronic component by means of mesa etching, and side walls of the semiconductor layers of the inner region are surrounded by a transparent dielectric layer.
  • a reflective coating is formed to produce a mirror layer around the inner region with the semiconductor layers in a subsequent step and in a region of the layer sequence that is adjacent thereto.
  • the mirror layer and the passivation applied to the side walls of the semiconductor layers are spatially separated from one another so that not only can a desired radiation characteristic be achieved by the shape and design of the mirror layer, but the two layers can also be processed and optimized separately from one another.
  • an optoelectronic component with an epitaxially grown layer sequence comprises a functional inner region which has a first electrical contact and a second electrical contact opposite the first electrical contact.
  • Semiconductor layers configured for light generation are arranged between the first electrical contact and the second electrical contact.
  • the semiconductor layers configured to generate light have a base area that increases away from the second electrical contact. In other words, the semiconductor layers become larger or smaller in the direction of the second electrical contact. wider .
  • a dielectric passivation layer on side walls, or. Side surfaces of the semiconductor layers configured for light generation are provided.
  • the dielectric passivation layer can also contain other functionalities, in particular, for example, ensure an increase in the band gap in the area of the side walls of the semiconductor layers and in particular in the area of an active layer.
  • the passivation layer is also used to improve the quantum efficiency of the semiconductor layers configured to generate light.
  • a mirror layer now surrounds the passivation layer, forming an intermediate space. Accordingly, according to the invention, the mirror layer is at a distance from the passivation layer, so that an intermediate space is formed between the two layers. The second electrical contact and the plane of the gap formed surrounding the second electrical contact then form the light exit surface of the optoelectronic component.
  • the proposed optoelectronic component a spatial separation between the mirror layer and the passivation layer is achieved, so that they can be optimized independently of one another during production.
  • defect etching it is possible in this way for defect etching to take place through the dielectric passivation layer independently and in an optimized manner from the subsequent formation of the mirror layer.
  • the reflectivity of the mirror layer can be optimized without disadvantages or compromises having to be made in the formation of the passivation layer and thus in the quantum efficiency of the semiconductor layers provided for light generation.
  • the mirror layer can be designed to be electrically conductive and make electrical contact with the second electrical contact via the light exit surface.
  • a vertical device is formed with the electrical contacts on opposite, different sides.
  • an electrically conductive transparent material for example ITO, is provided for this purpose, which extends at least partially over the intermediate space and conductively connects the second electrical contact in particular to the mirror layer.
  • the electrically conductive, transparent material can be formed in a planar manner over the intermediate space.
  • the electrically conductive, transparent material can extend as a web from the second electrical contact at least to the mirror layer.
  • this intermediate space is filled with a transparent, non-conductive material. This differs in some respects from the dielectric passivation layer.
  • the intermediate space formed can also remain at least partially free of a solid material and, for example, only be filled with a gas, in particular air. In such a case, a web extending across the gap would be formed as a bridge between the second electrical contact and the mirror layer.
  • the intermediate space between the mirror layer and the dielectric passivation layer is filled with a converter material.
  • a converter material can in particular have quantum dots or a polymer provided with converter particles or organic luminescent molecules. In the case of components with very small dimensions in the range below 10 pm, quantum dots are the more suitable material.
  • a converter in the intermediate space can be used to generate a mixed light, for example by appropriate selection and concentration of the converter material, as well as full conversion of the light generated by the semiconductor layers.
  • the second electrical contact can be designed with a reflective layer, so that no light is emitted from the light exit surface via the surface of the second electrical contact, but instead it always enters the intermediate space filled with converter material and is converted there .
  • Several of these components can be combined into a pixel for the generation of a red, green and blue hue.
  • Another aspect deals with the configuration of the mirror layer.
  • this can comprise a metallic, electrically conductive layer, which is formed in particular from silver, aluminum, gold, platinum or another material which is highly reflective for the light generated.
  • the thickness of such a metallic, electrically conductive mirror layer is in configurations in the range from a few 10 nm to a few 100 nm.
  • the electrically conductive mirror layer can be formed with a particularly conductive material be whose surface resistance is as low as possible.
  • the mirror layer it is also possible for the mirror layer to have a number of layers, in particular also a number of metallic conductive layers.
  • the mirror layer is a DBR mirror, i. H . executed with a sequence of layers of different refractive indices.
  • Such a DBR mirror can be matched, among other things, to the wavelength of the light generated by the semiconductor layers, so that it is reflected with particularly high efficiency and directed in the direction of the light exit surface.
  • the intermediate space is designed as a circular structure, as a square structure or also as a polygon in a plan view of the light exit surface.
  • the intermediate space can assume different shapes, for example as a funnel with straight walls or with curved, for example parabolic, walls.
  • the mirror layer thus has a parabolic shape that opens in the direction of the light exit surface.
  • a focal point of the parabolic shape can lie in the interior area and in particular in the area of an active zone of the semiconductor layers used for light generation.
  • an opening angle between the mirror layer and a normal to the light exit surface is greater than an opening angle between the side walls of the semiconductor layers configured for light generation and the normal to the light exit surface.
  • an opening angle of the gap (ultimately the inclination of the mirror layer) is different from the opening angle of the semiconductor layers configured for light generation (the inclination angle of the sidewalls of the inner region), so that the sidewalls of the semiconductor layers and the mirror layer are not parallel to each other.
  • Such a non-parallel course would be present, for example, in the above-mentioned parabolic shape as well as in a funnel-shaped shape if the opening angle of the funnel formed by the mirror layers is different than the opening angle defined by the side surfaces of the semiconductor layers configured for light generation.
  • the distance is essentially defined by the manufacturing method of the optoelectronic component according to the proposed principle.
  • a ratio of the distances from the mirror layer to the centers of the first and second contact is different from a ratio of the distances between the sidewalls of the semiconductor layers configured for light generation and the centers of the first or second contact .
  • the ratios can be adapted to the desired radiation behavior.
  • a distance between the mirror layer and the side walls of the semiconductor layers configured for light generation in the region of the first contact depends on an angle that results from a normal to the light exit side and the side walls of the semiconductor layers configured for light generation. In other words, this means that, if the side walls are more inclined, the inner area has a larger opening angle and thus the distance in the area of the first contact is correspondingly larger. Accordingly, an imaginary line that runs parallel to the normal through the lower edge area of the mirror layer in the area of the first contact does not touch or intersect the side surfaces of the semiconductor layers in an extension towards the light exit side.
  • the distance is given by at least twice an arctangent of an angle between a normal to the light exit side and the sidewalls of the semiconductor layers configured for light generation.
  • the semiconductor layers configured to generate light include a first semiconductor layer provided with a first doping type and electrically connected to the first contact.
  • the semiconductor layers include a second semiconductor layer with a second doping type, which is electrically connected to the second contact.
  • An active layer is arranged between the first and the second semiconductor layer.
  • additional current spreading layers can also be provided. The doping may be constant, but it also exhibits a doping profile in some aspects.
  • the active layer includes one or more quantum wells.
  • quantum wells these are often made up of a ternary or quaternary material system which, among other things, has aluminum in various concentrations.
  • the different amount of aluminum leads to different band gaps, which results in the above-mentioned quantum well Structure of several individual quantum wells and intermediate barrier layers results.
  • a quantum wave intermixing can be provided, which is formed in the area of the side walls. Quantum well intermixing leads to a change in the band structure of the active zone in the area of the side walls and thus causes an electrical repulsion of charge carriers in this area.
  • an increase in the band gap and an associated electrical repulsion in the area of the side walls can be achieved by a regrowth method, d. H . caused by overgrowth of the sidewalls with a semiconductor with a larger bandgap.
  • the epitaxial layer sequence on which the mirror layer is applied comprises at least one of the semiconductor layers mentioned above. This follows from the production process, since both the inner region and the epitaxial layer sequence, on which the mirror layer is applied, are structured from the epitaxial layer sequence. In addition, it is conceivable that parts of the active layer of the inner region can also be found in the layer sequence to which the mirror layer is applied.
  • the optoelectronic component is formed from the epitaxial layer sequence by structuring one or more inner regions with semiconductor layers provided for light generation and surrounding them with an intermediate space. Regions of the epitaxial layer sequence, which thus form the edge of the intermediate space, are overgrown with the mirror layer, resulting in the proposed optoelectronic component.
  • This has the advantage that the epitaxial layer sequence can be grown uniformly as a whole, and the optoelectronic components can then be processed from the epitaxial layer sequence by further process steps.
  • the optoelectronic component comprises an insulating layer on the side of the first contact.
  • This has at least two openings provided with an electrically conductive material.
  • a first opening is designed in such a way that the material present in it makes contact with the first contact.
  • a second opening is arranged in an area in which the conductive material present therein contacts at least one area of the mirror layer or the area carrying the mirror layer.
  • the optoelectronic component is formed from an epitaxially grown layer sequence, so that this epitaxially grown layer sequence is suitable not only for the manufacture and generation of an individual component, but also for a large number of components according to the proposed principle.
  • the components are arranged in rows and columns in the epitaxial layer sequence and have a multiplicity of contact regions on one side.
  • the optoelectronic components of such a device are designed with a common contact, for example a common n-contact. In some embodiments, this is formed by the transparent material applied to the second contact, which is in contact with the mirror layer of at least some of the components.
  • the optoelectronic device in addition to the multiplicity of components, also comprises a control layer on which the multiplicity of components is arranged and electrically contacted.
  • the control layer can be produced from a material that differs with respect to the epitaxial layer sequence and has a multiplicity of contact regions on its surface, which correspond to the contact regions of the epitaxial layer sequence and the optoelectronic components.
  • the control layer are leads, control circuits and necessary supply elements for controlling and supplying the optoelectronic components are provided. In this way, an array of components can be produced which is suitable, for example, for displays or other light-emitting applications.
  • a distance between two components can correspond at least to a distance between two opposite points of the mirror layer in the area of the light exit surface.
  • the distance between the optoelectronic components can also be larger. It is precisely in this configuration that it is possible to partially introduce converter materials into the intermediate spaces in order to form an array of components for generating red, green and blue colors.
  • a further aspect deals with a method for producing an optoelectronic component according to the proposed principle.
  • the basic principle here consists in structuring an epitaxial layer sequence from two sides and forming it with mesa trenches.
  • the positions of these trenches are designed in such a way that the desired intermediate space with its respective side flanks is formed on the epitaxial layer sequence by a second mesa etching process from another side.
  • the side flanks of the inner area can be manufactured separately from the side flanks of the subsequent mirror layer and can thus be optimized in each case for the appropriate application.
  • the passivation form the layer for the interior independently of the later mirror layer, so that it can be optimized for the application.
  • a growth substrate is provided, onto which a flat epitaxial layer sequence is applied.
  • the layer sequence comprises an n-doped semiconductor layer, a p-doped semiconductor layer and an active layer arranged in between.
  • the planar epitaxial layer sequence can be optimized for the desired generation of light (in particular the color of the generated light) and the requirements resulting therefrom.
  • the active layer is accordingly the possibility of constructing the active layer as a simple pn junction, as a quantum well or also as a multiple quantum well from one of the ternary or quaternary material systems.
  • the epitaxial layer sequence is thus optimized for the respective material system and for light generation.
  • other structures can also be parts of the epitaxial layer sequence in this context. These include, among other things, current distribution layers, but also contact layers, which later form the contacts of the inner area and thus of the vertical p-LED.
  • the doping of the individual semiconductor layers can be adjusted to requirements, it can be constant, but it can also follow a doping profile.
  • a first surface of the epitaxial layer sequence is structured. This can be done, for example, by applying and exposing a photomask layer.
  • the structuring is carried out in such a way that a surface area that is accessible to a first etching process and encloses an inner surface is formed.
  • This inner surface forms the surface of the later inner area and thus one side of the p-LED.
  • the inner surface forms the surface of the p-LED opposite the later light exit side.
  • a first etching process is carried out and a mesa trench is thus produced in the accessible surface area.
  • the formation of the mesa trench results in an inner region formed with a sloping side flank, which later forms the p-LED of the electronic component.
  • the mesa trench is etched at least to a depth which exposes and cuts through the active layer thickness of the epitaxial layer sequence.
  • a second surface of the epitaxial layer sequence, which is opposite the first surface, is then structured.
  • the structuring can take place in a similar way with the formation of a photoresist layer and subsequent exposure.
  • areas that are at least partially above the mesa trench formed are now accessible for a second etching process.
  • the exposed material of the epitaxial layer sequence is now removed by a subsequent second etching process, until the mesa trench is opened from the other side. This opening thus creates a continuous intermediate space which encloses the inner region, with the side flanks of the remaining epitaxial layer sequence lying opposite the inner region also running partially inclined with respect to a normal.
  • the step of forming the epitaxial layer sequence also includes forming a first electrical contact layer, which forms the first surface.
  • a first electrical contact layer and a structured insulation layer applied thereto can also be implemented, with the structured insulation layer forming the first surface in this case.
  • a second layer to provide electrical contact layer, which then forms the second surface.
  • quantum well intermixing is also generated in regions of the active layer which, in extension, enclose the interface between the surface region accessible to the first etching process and the inner surface.
  • structuring is carried out for this purpose, which not only serves to form the mesa trench, but also supports the generation of a quantum well intermixing in the areas of the active layer, which later form the edge area of the inner area and thus the edge area of the active layer of the p-LED .
  • a structuring with the accessible surface areas can have different shapes in plan view.
  • the accessible surface areas in the form of a circular ring, with the center point of the circular ring forming the center point of the inner area.
  • the accessible surface areas in the form of polygons or also to form a square.
  • the shape of the surface regions it is possible for the shape of the surface regions to be based on the crystal planes of the semiconductor structure.
  • the step of creating a mesa trench also includes optionally treating the side surfaces of the interior region to reduce defects in a surface region of the active layer.
  • optionally treating the side surfaces of the interior region to reduce defects in a surface region of the active layer.
  • This is re-growth methods, in which a band structure change in the active layer is achieved by epitaxially applying a suitable
  • Semiconductor material on the surface area of the interior is carried out . If this semiconductor material is also applied to the remaining side flanks of the epitaxial layer sequence, these can be removed again by the second etching process that is carried out later. It is also possible to passivate a surface of the side faces of the interior. This can take place instead of the optional treatment, but also after such a treatment.
  • a carrier can be arranged on the first surface, as a result of which the epitaxial layer sequence is bonded around.
  • the originally intended growth substrate can be at least partially removed and the second surface can be exposed.
  • This can be additionally processed in further steps, for example by applying current distribution layers or a second electrical contact layer.
  • the second electrical contact layer can also form part of the patterning required for the subsequent second etching process.
  • the regions of the second surface accessible to the second etch lie outside of the interior region formed by the first etch.
  • the second etching process creates a side flank of the epitaxial layer sequence, which can be inclined differently depending on the configuration of the etching process. It is thus possible, for example, for the side flank of the epitaxial layer sequence opposite the inner region to be more inclined relative to a normal to the second surface than the side walls of the inner region. In other words, the side flank opposite the inner area opens up more than the side walls of the inner area itself. Alternatively, it is also possible to subdivide the second etching process into several individual steps, so that the side flank of the inner area opposite lying epitaxial layer sequence have a parabolic profile with a decreasing diameter of the resulting gap in the direction of the first surface.
  • a length of the intermediate space in the area of the first surface can correspond to at least twice a value which is derived from an opening angle of the side walls of the inner area and the thickness of the tactical layer sequence.
  • the distance between the intermediate space and the two corners and side edges in the area of the first surface is greater the more inclined the side walls of the inner area are due to the first etching process.
  • the method also includes applying a mirror layer to the side flanks of the epitaxial layer sequence that are remote from the inner region.
  • the intermediate space is filled, in particular with a transparent material.
  • the transparent material can be non-conductive, avoiding a short circuit between the mirrored layer and the interior.
  • the gap can also be filled with a material that includes converter particles.
  • the converter particles are designed as quantum dots and are suitable for converting light of a first wavelength generated in the interior region into light of a second wavelength. Depending on the configuration, it is possible here to carry out a so-called full conversion.
  • the second contact layer has a reflective material on the inner area, so that light is not emitted from this second contact area when the arrangement is in operation, but instead is emitted into the intermediate space and is converted there.
  • a transparent conductive material is now applied to the second contact layer, which material runs at least partially over the gap formed.
  • the material can be applied to the transparent material in the intermediate space.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an optoelectronic component according to the proposed principle
  • FIG. 2 shows a second embodiment of an optoelectronic component according to the proposed principle
  • FIG. 3 shows a third configuration of an optoelectronic component based on the proposed principle
  • FIG. 4 shows an embodiment of an optoelectronic device in cross section with some components to clarify some aspects of the proposed principle
  • FIG. 5 shows, in several partial figures, top views of an array of optoelectronic components whose shape is different
  • FIGS. 6A to 6E show various intermediate steps of a method for producing an optoelectronic component according to the proposed principle.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of an optoelectronic component according to the proposed principle.
  • the optoelectronic component is produced from an epitaxial layer sequence and essentially comprises an inner region 3 , an intermediate space 7 surrounding the inner region 3 and a outer area 11 .
  • the inner area 3 comprises functional semiconductor layers 4 which are designed to generate light. In simplified terms, these are referred to as vertical p-LEDs, since the connection contacts 30 and 35 are arranged on opposite sides of the semiconductor layers 4 .
  • the p-LED comprises a first p-doped layer 41, with the p-doping being either constant over the layer, but also showing a predetermined doping gradient.
  • the p-doped layer 41 is connected via a current distribution layer 31 to the first contact 30, which forms the underside of the p-LED.
  • An active layer 43 is applied to the p-doped layer 41 .
  • this includes a quantum well for generating light, for example a blue or green color.
  • a second semiconductor layer 42 is deposited epitaxially on the active layer 43 and is also n-doped. As in the p-doped epitaxially deposited layer 41, the second layer 42 is also subjected to a constant doping profile or, depending on the desired application, a variable doping profile.
  • An optional current distribution layer 36 is formed on top of the second layer 42 and the second contact 35 is formed thereon. The upper side of the second contact 35 thus also forms part of the light exit surface 10 of the electronic component.
  • the side walls 44 of the functional inner area 3 are covered with a dielectric and transparent passivation layer 5 .
  • the side walls do not run perpendicularly to a surface normal of the light exit side 10 , but are inclined outwards at an angle ⁇ thereto.
  • the inner area 3 is designed with slanted side faces and is therefore designed in the shape of a funnel.
  • a transparent conductive layer 9 for example made of ITO, is applied to the light exit side of the second contact 35 . This completely covers the contact 35, which extends over the entire exit side.
  • the optoelectronic component includes a region 11 of the epitaxial layer sequence, on the side walls of which the metallic mirror layer 6 is applied.
  • the metallic mirror layer 6 shows a parabolic profile in a cross-sectional view, ie it opens up increasingly in the direction of the light exit side 10 .
  • an intermediate space 7 is created between the electrical passivation layer on the side walls of the inner region 3 and the mirror layer 6, which space is filled with a transparent and non-conductive material 8, as shown in the exemplary embodiment.
  • the plane 10a of the intermediate space 7 that is parallel to the upper side of the contact 35 forms the light exit side 10 together with the surface of the contact 35 .
  • the parabolic course shown here for the mirror layer 6 along the side walls of the area 11 is designed such that in the area of the first contact 30 a distance L between the mirror layer 6 and the dielectric layers 5 corresponds to approximately twice the opening angle a .
  • the structure shown here thus brings about a sufficient spatial separation between the mirror layer 6 and the dielectric passivation layer 5 so that these can both be processed and optimized independently of one another.
  • the optoelectronic component itself is manufactured from an epitaxial layer sequence produced over a large area, so that regions 11 of the epitaxial layer sequence have at least partially the same structure and the same construction as the semiconductor layers 4 .
  • a structure can also be present in these areas 11 which is also used in the functional layer sequence as a active layer 43 is arranged.
  • the part arranged in the regions 11 is not used to generate light during operation of the optoelectronic component and is also not configured for this purpose.
  • FIGS. 2 and 3 show various alternative configurations to FIG.
  • both the shape of the space 7 and the shape of the inner area 3 are funnel-shaped.
  • the inclination of the dielectric passivation layer 5 results from the angle og d . H . the angle to the normal of the light exit side 10 .
  • an angle ⁇ can be specified, which defines the inclination of the mirror layer 6 in relation to the normal to the light exit side 10 .
  • the angle ß, d. H . the angle of inclination of the mirror layer 6 is greater than the corresponding angle og d . H . the angle of inclination of the side surfaces of the interior 3 . It follows that the opening angle of the mirror layer and thus of the space 7 is larger and the space 7 thus opens up more from the plane of the contact 30 to the light exit side than the corresponding inner region 3 with the functional semiconductor layers 4 .
  • the dielectric passivation layer 5 has a slightly greater thickness in the area of the second contact 35 than in the area of the first contact 30 . This circumstance is production-related if a larger quantity of material for the dielectric passivation layer is deposited on the side walls in the area of the subsequent second contact 35 than in the area of the first contact 30 .
  • the mirror layer 6 also comprises a DBR mirror made up of several layers with different refractive indices.
  • a transparent contact material 9 is applied areally to the light exit side 10 and thus completely covers both the contact 35 and the intermediate space 7 . This differs from FIG. 1, in which the transparent conductive material 9 only partially covers the intermediate space 7 (namely out of the plane of the drawing or into the plane of the drawing).
  • FIG. 3 shows an example that is designed to be the opposite of the embodiment in FIG.
  • the distance L in the area of the first contact 30 between the passivation layer 5 and the mirror layer 6 is greater than in the area of the light exit side.
  • overgrowth was carried out during the production process, so that the active layer 43 originally present in the epitaxial layer sequence is now only present in the inner region 3 and thus forms part of the layer sequence 4 .
  • areas of the layer 43 corresponding to the active layer have been largely eliminated by the overgrowth process.
  • FIG. 5 each shows different configurations in a plan view of one or more optoelectronic components according to the proposed principle.
  • 3 hexagonal optoelectronic components are shown according to the proposed principle.
  • One side of each of the hexagons is in each case parallel to another side of an adjacent component.
  • the distance d between two adjacent components is chosen to be the same, although this distance can vary depending on the application.
  • the optoelectronic components produced with the method proposed in this application can fit tightly, d. H . their distance from one another is essentially zero and the mirror layers 6 touch one another conductively in the area of the light exit surface.
  • each component comprises an inner region 3 which, together with the intermediate space 7 , forms the exit surface 10 .
  • the level 10a of the intermediate space is filled with a transparent material.
  • the middle partial figure of FIG. 5 shows a further configuration in which the optoelectronic components are circular in plan view.
  • the inner area is also round with its contact 35 and is connected to the outer area of the epitaxial layer sequence 2 and thus to the metallically conductive mirror layer 6 via a metal web 9a.
  • the intermediate space 7 between the inner region 3 and the surrounding regions 11 having the remaining epitaxial layer sequence 2 is designed as a cavity in this exemplary embodiment. body designed , i . H . not filled with a solid material but only with a gaseous material. This is air or an inert gas like N2.
  • the webs 9a thus form a bridge. In production, such a bridge is created by filling the intermediate space 7 with a temporary material, then forming the web 9a and removing the temporary material from the intermediate space 7 again.
  • the optoelectronic components are designed as square components with a square inner area 3 and a square intermediate space 7 surrounding the square inner area.
  • the intermediate space 7 is filled with a material, so that a continuously flat and transparent contact is formed on the light exit side.
  • FIG. 4 shows such an optoelectronic arrangement la in a cross-sectional view.
  • a plurality of inner regions 3 designed as vertical p-LEDs are produced from an epitaxial layer sequence 2 and their side walls are each surrounded by a dielectric passivation layer 5 .
  • a mirror layer 6 is applied to the remaining parabolic structured regions 11 of the epitaxial layer sequence 2 .
  • the mirror layer 6 is made of a metallic material 6 ′, so that an electric current can flow along the mirror layer 6 .
  • the optoelectronic arrangement also includes an insulating layer 12 which is grown or formed adjacent to the first contacts 30 on the underside of the epitaxial layer. is arranged.
  • the insulating layer 12 comprises, for example, SiO2 or another insulating material and contains a large number of openings, which in turn are filled with a conductive material.
  • First openings 12a are arranged directly above first contact 30 , so that the conductive material contained therein makes electrical contact with this contact 30 .
  • second contact regions 12 b contact either the mirror layer 6 directly, as for example in the two regions shown on the left and right of the figure, or else the region 11 adjoining the mirror layer 6 . This aspect is shown for the central area 11 between the two p-LEDs.
  • the region 11 is made from the same material as the semiconductor layer 41 , that is to say it has conductive properties and can thus implement an electrical connection between the region 12 b and the mirror layer 6 .
  • the insulating layer 12 arranged contact elements, with the help of which the individual optoelectronic components of the device can be controlled individually.
  • the openings filled with material are in turn connected to contacts of a control layer 13, which contain the necessary supply and control elements for individual control of the individual optoelectronic components of the arrangement.
  • the control layer 13 is often manufactured separately, so that it can be formed from a material system that differs from the material system of the epitaxial layer sequence 2 .
  • optoelectronic devices can be formed with a large number of optoelectronic components are made from a single contiguous epitaxial layer.
  • the material system of the epitaxial layer can be chosen differently, depending on requirements. For example, it is possible to provide a material system for generating blue light. In order to generate mixed light either in a half or also in a full conversion, the intermediate space 7 is filled with a converter material which has converter particles.
  • the second contact 35 can be designed with a metallic reflecting layer, so that the light emitted upwards is reflected by it and emitted into the intermediate space. There it is converted and emitted on the light exit side 10 through the plane 10a of the intermediate space 7 .
  • Different converter materials in the space 7 make it possible to form red and green light from a blue pump light of the semiconductor layers 4 .
  • the gap is simply filled with a transparent material. left open .
  • quantum dots can be used as converter materials, since these are particularly small and can be introduced into the intermediate space in high density and concentration.
  • an overgrowth process is often carried out during the manufacturing process, so that the band gap of the active regions 43 in the area of the passive dielectric layer 5 is changed.
  • This overgrowth process often also destroys the area between two optoelectronic components active layer 43, so that these overgrow as shown in Figure 3 and thus largely changed.
  • an active area 43 can thus also be provided in the intermediate space between two adjacent optoelectronic components. Electronically, this area would not be suitable for generating light, since during operation it would not be subjected to a voltage greater than the threshold voltage in the flow direction. In the event of overgrowth, this area is also changed in its energetic band structure in such a way that it is no longer suitable for the generation of light.
  • optical elements for light shaping or Conversion of the emitted light can be provided.
  • FIGS. 6A to 6E show the results of various intermediate steps for a method for producing an electronic component according to the proposed principle.
  • FIG. 6A shows the production of an epitaxial layer sequence on a carrier and growth substrate 130 .
  • a carrier and growth substrate 130 is provided, which is suitable for an epitaxial deposition of different semiconductor layers.
  • further layers can be deposited epitaxially.
  • a current spreading layer 36 is shown as an example for this, which is n-doped in the present case.
  • the current spreading layer 36 is used during operation to distribute charge carriers over the largest possible area of the n-doped semiconductor layer 42 deposited thereon and to inject them.
  • a multiple quantum well structure 43 is applied to the n-doped semiconductor layer 42 .
  • This comprises a multiplicity of barrier layers 430 and quantum well layers 431 arranged alternately.
  • the thickness of the barrier and the quantum well layers is chosen differently and is in the range of a few nanometers.
  • the barrier layers can penetrate a change in aluminum concentration during cutting of the material can be generated.
  • a second p-doped semiconductor layer 41 is deposited.
  • a further current widening layer 31 is then applied over the surface of the epitaxial layer sequence.
  • the epitaxial layer sequence produced in this way is optimized for light generation for a specific wavelength.
  • This can be, for example, blue light, green light, but also red light.
  • the wavelength can be adjusted accordingly by adding indium to a material system based on GaN, for example InGaN, InGaP, InAlGaN or InAlGaP.
  • the layer 130 forming the first surface is applied with a lacquer structure mask and this is structured in the form shown.
  • a shape results in which areas of the current conditioning layer 31 are exposed and enclose an inner surface covered with lacquer material.
  • the shape of the inner surface and the outer edges of the paint layer depends on the application and can have, for example, the design shown in the partial figures in FIG.
  • FIG. 6B shows the result of such a medical process, in which an inner region 3 is surrounded by mesa trenches 7'. These mesa trenches have a side flank that is configured essentially symmetrically and whose inclination is defined by the angle a with respect to a normal.
  • the process shown here thus removes the material in the mesa trenches 7' of the semiconductor layer sequence 41, the multiple quantum well structure 43 and the second semiconductor layer 42 down to the growth substrate 130 .
  • this process can also end or begin in the buffer layers (not shown here) between the growth substrate 130 and the current spreading layer 36 . also within the current spreading layer 36 or in the semiconductor layer 42 , if this appears appropriate.
  • the photoresist layer 50 remains on the upper side.
  • the layer 50 applied in the previous process can be used at least partially for the further process steps and serves as a protective layer over the current treatment layer 31 for the following process step.
  • FIG. 6C shows the next step in this regard, in which the side walls of the inner area are covered with a passivation layer 5 .
  • the passivation layer is also deposited as layer 5 ′ on the side surfaces facing away, and on the upper side of photoresist layer 50 . These layers 5' are undesirable per se and are removed again by the further process steps.
  • FIG. 6D shows a further process step in which a second metallic contact layer 35 is applied to the surface of the current distribution layer 36 after the rebonding.
  • a second metallic contact layer 35 is applied to the surface of the current distribution layer 36 after the rebonding.
  • this can also be used as a structured layer for the further process steps and in particular for the second etching process for forming the intermediate space.
  • a further photoresist layer 50' is now applied to the surface of the second contact layer 35 and structured accordingly.
  • areas are removed from the photoresist layer 50 ′ which at least partially lie above the intermediate space 7 ′ produced by the first etching process.
  • areas of the second contact layer 35 are exposed in this way, which on the one hand terminate in their extension with the passivation layer 5 on the side flank of the inner area 3 and on the other hand lie over a partial area of the epitaxial layer sequence outside the inner area.
  • the width L of this structure is selected in such a way that it corresponds at least to the width L of the first mesa structure 7 ′ in the area of the first contact layer.
  • the angle of inclination of the side flank of the epitaxial layer sequence can also be more inclined, resulting in a funnel-shaped configuration that increases from the first contact side to the second contact side.
  • FIG. 6F The result of the etching process is shown in FIG. 6F, with a metallic mirror layer 6 additionally being applied to the surface of the side flank in region 11 .
  • the intermediate area 7 formed in this way is covered with a transparent material up to the top of the second
  • a transparent conductive material (not shown here) is additionally applied to the surface.
  • the material includes ITO, for example, and extends from the second contact layer 35 via the intermediate space 7 to the metallic mirror layer 6 . It thus contacts the metallic mirror layer 6 in a conductive manner and connects it to the second contact layer 35 .
  • the additional carrier substrate 130a can be replaced by an insulating layer which has openings in the area of the mirror layer 6 and in the area of the first contact adjacent to the semiconductor layer 41 . These openings are in turn filled with an electrically conductive material, so that the vertical component with its inner area has one over two contact areas on a single side and is contacted via it.
  • the carrier substrate can also be formed with such an insulation layer, or this can also be applied before the rebonding.
  • the mirror layer 6 and the archiving layer 5 of the p-LED Due to the spatial separation between the mirror layer 6 and the archiving layer 5 of the p-LED, these can be optimized differently from one another. In particular, a different inclination of the mirror layer with respect to the passivation layer can be implemented, as a result of which different emission characteristics can also be set. This makes it possible to easily shape the light of the component.
  • further optics can be provided on the optoelectronic component according to the proposed principle, which are suitable for corresponding light shaping or collimation.
  • a plurality of such components can be implemented in the epitaxial layer sequence, which are connected to one another in a suitable manner and thus become part of a display array or pixel array form .

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Abstract

Ein optoelektronisches Bauelement mit einer epitaktischen Schich- tenfolge umfasst einen funktionellen Innenbereich aufweisend ei- nen ersten elektrischen Kontakt (30) und einem den ersten elektri- schen Kontakt (30) gegenüberliegenden zweiten elektrischen Kon- takt, sowie einen zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (30) und dem zweiten elektrischen Kontakt (35) angeordneten und zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4). Die zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten (4) weist eine sich zum zweiten elektrischen Kontakt hin vergrößernde Grundfläche auf. Auf den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten ist eine dielektrische Passivierungsschicht (5) aufgebracht. Verner umgibt eine Spiegelschicht (6) unter Bil- dung eines Zwischenraumes (7) die Passivierungsschicht (5) beab- standet. Der zweite elektrische Kontakt (35) und die den zweiten elektrischen Kontakt umgebende Ebene ( ) des gebildeten Zwischen- raums bilden eine gemeinsame Lichtaustrittsfläche ( ).

Description

OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT , OPTOELEKTRONISCHE VORRICHTUNG UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES BAUELEMENTS
Die vorliegende Anmeldung nimmt die Priorität der deutschen Anmeldung DE 10 2021 132 559 . 5 vom 09 . Dezember 2021 in Anspruch, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug vollständig aufgenommen wird .
Die vorliegende Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement sowie ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Bauelements . Die Erfindung betrifft weiterhin eine optoelektronische Vorrichtung .
HINTERGRUND
Anforderungen an optoelektronische Bauelemente sowie auch Anwendungen mit derartigen Bauelementen verlangen nach immer kleineren Abmessungen der lichtemittierenden Fläche . Mittlerweile liegt die Größe derartiger optoelektronischer Bauelemente auch als p-LEDs bezeichnet im Bereich weniger Mikrometer, insbesondere kleiner als 70 pm und ganz besonders kleiner als 20 pm bis hinunter zu 1 pm bis 2 pm. Derartige p-LEDs zeigen gerade bei den beschriebenen kleinen lateralen Durchmessern von weniger als 20 pm eine erhebliche Seitenemission und sind oftmals als Volumenemitter ausgeführt . Je nach Anwendung kann diese Seitenemission aufgrund eines begrenzten Akzeptanzwinkels einer darauf angeordneten Optik nach- teilhaft sein . Darüber hinaus besteht bei einer derartigen Seitenemission eine höhere Wahrscheinlichkeit zu einem optischen Übersprechen zwischen verschiedenen Pixel , sodass zusätzliche Maßnahmen zur Verhinderung eines derartigen Übersprechens erforderlich sind .
Aus dem Stand der Technik ist dabei bekannt , die Seitenwände derartiger p-LEDs nach einer elektrischen Passivierung mit einer metallischen Spiegelschicht zu bedecken, die als Reflektor dient und das zur Seite hin abgestrahlte Licht in Richtung auf eine Lichtaustrittsfläche lenkt . Eine Ref lektivität derartiger Schichten hängt j edoch stark von der Beschaffenheit der Seitenflächen der p-LED ab . Dabei spielen auch Maßnahmen eine Rolle , die zu einer Verbesserung der Quanteneffizienz , d . h . zu einer Verbesserung der Lichterzeugung innerhalb eines aktiven Bereichs der p- LED dienen . Je nach Anwendung und Ausgestaltung erschweren derartige Maßnahmen einen Aufbau einer Spiegelschicht mit möglichst hoher Ref lektivität .
Es besteht daher weiterhin das Bedürfnis , optoelektronische Bauelemente , insbesondere in Form von p-LEDs vorzusehen, bei der eine Seitenemission mit einer möglichst guten Effizienz genutzt werden kann .
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder haben erkannt , dass eine Verbesserung unter anderem durch eine räumliche Trennung der Funktionalität der elektrischen Passivierung von der Funktionalität des optischen Reflektors beeinflusst wird . Dabei können diej enigen Teile einer epitaktischen Schichtenfolge , die nicht für die Funktionalität einer Lichterzeugung gebraucht werden, die Funktionen eines Reflektors zumindest teilweise übernehmen . Mit anderen Worten wird die elektrische Passivierung sowie die Umlenkung der Seitenemission lokal und räumlich getrennt , sodass die beiden Maßnahmen einzeln und getrennt voneinander optimierbar sind .
Hierzu wird in einer epitaktischen Schichtenfolge ein funktionales Bauelement als ein Innenbereich eines optoelektronischen Bauelement mittels Mesaätzung strukturiert und Seitenwände der Halbleiterschichten des Innenbereichs von einer transparenten dielektrischen Schicht umgeben . Eine Ausbildung einer reflektierenden Beschichtung zur Erzeugung einer Spiegelschicht um den Innenbereich mit den Halbleiterschichten herum findet in einem nachfolgenden Schritt und in einem dazu benachbarten Bereich der Schichtenfolge statt . Dabei sind die Spiegelschicht sowie die auf den Seitenwänden der Halbleiterschichten aufgebrachte Passivierung räumlich voneinander getrennt , sodass durch Form und Ausbildung der Spiegelschicht nicht nur eine gewünschte Abstrahlcharakteristik erreichbar ist , sondern die beiden Schichten auch getrennt voneinander prozessiert und optimiert werden können .
In einem Aspekt der Erfindung wird somit ein optoelektronisches Bauelement mit einer epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge vorgeschlagen . Die epitaktisch gewachsene Schichtenfolge umfasst dabei einen funktionellen Innenbereich, der einen ersten elektrischen Kontakt sowie einen dem ersten elektrischen Kontakt gegenüberliegenden zweiten elektrischen Kontakt aufweist . Zwischen dem ersten elektrischen Kontakt und dem zweiten elektrischen Kontakt sind zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten angeordnet . Dabei weisen die zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten eine sich zum zweiten elektrischen Kontakt hinweg vergrößernde Grundfläche auf . Mit anderen Worten werden die Halbleiterschichten in Richtung auf den zweiten elektrischen Kontakt hin größer bzw . breiter .
Ferner ist eine dielektrische Passivierungsschicht auf Seitenwänden, bzw . Seitenflächen der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten vorgesehen . Die dielektrische Passivierungsschicht kann neben einer reinen Passivierung auch weitere Funktionalitäten beinhalten, insbesondere beispielsweise für eine Vergrößerung der Bandlücke im Bereich der Seitenwänden der Halbleiterschichten und besonders im Bereich einer aktiven Schicht sorgen . Somit wird die Passivierungsschicht auch dazu verwendet , die Quanteneffizienz der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten zu verbessern . Eine Spiegelschicht umgibt nun unter Bildung eines Zwischenraumes die Passivierungsschicht . Demzufolge ist die Spiegelschicht erfindungsgemäß von der Passivierungsschicht beabstandet , sodass sich zwischen den beiden Schichten ein Zwischenraum ausbildet . Der zweite elektrische Kontakt und die den zweiten elektrischen Kontakt umgebene Ebene des gebildeten Zwischenraumes bilden anschließend die Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Bauelements .
Mit dem vorgeschlagenen optoelektronischen Bauelement wird eine räumliche Trennung zwischen der Spiegelschicht und der Passivierungsschicht erreicht , sodass diese in der Herstellung unabhängig voneinander optimiert werden können . Insbesondere ist es auf diese Weise möglich, dass eine Defektätzung durch die dielektrische Passivierungsschicht unabhängig und optimiert von der späteren Ausbildung der Spiegelschicht erfolgen kann . Dadurch lässt sich die Ref lektivität der Spiegelschicht optimieren, ohne dass Nachteile oder Kompromisse bei der Ausbildung der Passivierungsschicht und damit der bei der Quanteneffizienz der zur Lichterzeugung vorgesehenen Halbleiterschichten vorgenommen werden müssen .
In einigen Aspekten kann dabei die Spiegelschicht elektrisch leitend ausgebildet sein und den zweiten elektrischen Kontakt über die Lichtaustrittsfläche elektrisch kontaktieren . Auf diese Weise wird ein vertikales Bauelement gebildet , bei dem die elektrischen Kontakte auf gegenüberliegenden unterschiedlichen Seiten liegen . In einem Aspekt ist hierzu ein elektrisch leitendes transparentes Material , beispielsweise ITO vorgesehen, welches sich zumindest teilweise über den Zwischenraum erstreckt und den zweiten elektrischen Kontakt insbesondere mit der Spiegelschicht leitend verbindet . Das elektrisch leitende transparente Material kann hierzu flächig über dem Zwischenraum ausgebildet sein . Alternativ ist es auch möglich, dass sich das elektrisch leitende transparente Material als Steg von dem zweiten elektrischen Kontakt zumindest zu der Spiegelschicht erstreckt . Eine derartige Ausbildung hätte den Vorteil , dass die Lichtaustrittsfläche nur teilweise von dem transparenten elektrisch leitenden Material bedeckt ist , sodass auf diese Weise eine -wenn auch geringe - Absorption durch das elektrisch leitende transparente Material bzw . eine Lichtstreuung an diesem vermieden wird . Ein anderer Aspekt beschäftigt sich dabei mit dem Material innerhalb des durch den Abstand zwischen der Spiegelschicht und der die elektrischen Passivierungsschicht gebildeten Zwischenraumes . In einer Ausgestaltung ist dieser Zwischenraum mit einem transparenten nicht-leitenden Material verfüllt . Dieses unterscheidet sich in einigen Aspekten von der dielektrischen Passivierungsschicht . In einigen Ausgestaltungen kann der gebildete Zwischenraum auch zumindest teilweise frei von einem festen Material verbleiben und beispielsweise nur mit einem Gas , insbesondere Luft aufgefüllt sein . In einem derartigen Fall wäre ein sich über den Zwischenraum erstreckender Steg als Brücke zwischen dem zweiten elektrischen Kontakt und der Spiegelschicht ausgebildet .
In einer weiteren alternativen Ausgestaltungsform wird vorgeschlagen, das von den zur Lichterzeugung vorgesehenen Halbleiterschichten erzeugte Licht zu konvertieren . Hierzu ist in einigen Aspekten der Zwischenraum zwischen der Spiegelschicht und der dielektrischen Passivierungsschicht mit einem Konvertermaterial verfüllt . Dieses kann insbesondere Quantendots oder ein mit Konverterpartikeln oder organischen lumineszenten Molekülen versehenes Polymer aufweisen . Bei Bauelementen mit sehr geringen Abmessungen im Bereich unter 10pm sind Quantendots das geeignetere Material . Durch einen Konverter in dem Zwischenraum lässt sich zum einen ein Mischlicht erzeugen, beispielsweise durch eine entsprechende Wahl und Konzentration des Konvertermaterials als auch eine Vollkonversion des von den Halbleiterschichten erzeugten Lichts .
Zur Vollkonversion ist in einigen Aspekten zudem vorgesehen, den zweiten elektrischen Kontakt mit einer reflektierenden Schicht aus zugestalten, sodass über die Fläche des zweiten elektrischen Kontakts kein Licht aus der Lichtaustrittsfläche abgestrahlt wird, sondern dieses stets in den mit Konvertermaterial gefüllten Zwischenraum gelangt und dort konvertiert wird . Mehrere dieser Bauelemente lassen sich zu einem Pixel für die Erzeugung eines roten, grünen und blauen Farbtons zusammenfassen . Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit der Ausgestaltung der Spiegelschicht . In einigen Gesichtspunkten kann diese eine metallische elektrisch leitende Schicht umfassen, die insbesondere aus Silber, Aluminium, Gold, Platin oder einem anderen für das erzeugte Licht hochref lektiven Material gebildet ist . Die Dicke einer derartigen metallischen elektrisch leitenden Spiegelschicht liegt in Ausgestaltungen im Bereich von wenigen 10 nm bis einigen 100 nm. Um einen möglichst geringen Flächenwiderstand und damit einen Stromtransport hin zu dem zweiten Kontakt zu gewährleisten, kann die elektrisch leitende Spiegelschicht mit einem besonders leitfähigen Material ausgebildet sein, dessen Flächenwiderstand möglichst gering ist .
Ebenso ist es möglich, dass die Spiegelschicht mehrere Schichten, insbesondere auch mehrere metallische leitende Schichten aufweist . In einer alternativen Ausgestaltungsform ist die Spiegelschicht als DBR Spiegel , d . h . mit einer Folge von Schichten unterschiedlichen Brechungsindices ausgeführt . Ein derartiger DBR Spiegel kann unter anderem auf die Wellenlänge des Halbleiterschichten erzeugten Lichts abgestimmt sein, sodass dieses mit besonders hoher Effizienz reflektiert und in Richtung auf die Lichtaustrittsfläche gelenkt wird .
Der Zwischenraum ist in einigen Ausgestaltungen in einer Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche als kreisförmiges Gebilde , als quadratische Struktur oder auch als Vieleck ausgeführt . Ferner kann der Zwischenraum unterschiedliche Formen annehmen, beispielsweise als Trichter mit geraden Wänden oder mit gekrümmten zum Beispiel parabolischen Wänden ausgebildet werden . In einigen Aspekten weist die Spiegelschicht somit eine sich in Richtung der Lichtaustrittsfläche hin öffnende parabolische Form auf . Ein Fokuspunkt der parabolischen Form kann in einer derartigen Ausgestaltung im Innenbereich und insbesondere im Bereich einer aktiven Zone der zur Lichterzeugung dienenden Halbleiterschichten liegen . In einem anderen Aspekt ist ein Öf f nungswinkel zwischen der Spiegelschicht und einer Normalen auf die Lichtaustrittsfläche größer als ein Öff nungswinkel zwischen den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten und der Normalen auf die Lichtaustrittsfläche . Demzufolge ist ein Öff nungswinkel des Zwischenraums ( letztlich die Neigung der Spiegelschicht ) unterschiedlich zu dem Öff nungswinkel der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten ( dem Neigungswinkel der Seitenwände des Innenbereichs ) , sodass die Seitenwände der Halbleiterschichten und die Spiegelschicht nicht parallel zueinander verlaufen . Ein derartiger nicht paralleler Verlauf wäre beispielsweise bei der oben angesprochenen parabolischen Form als auch bei einer trichterförmigen Form vorhanden, sofern der Öff nungswinkel des durch die Spiegelschichten gebildeten Trichters anders ist als der Öff nungswinkel , der durch die Seitenflächen der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten definiert ist .
Einige weitere Aspekte beschäftigen sich mit dem Abstand der Spiegelschicht von der dielektrischen Passivierungsschicht . Der Abstand ist dabei im Wesentlichen durch das Herstellungsverfahren des optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip festgelegt . In einigen Aspekten ist ein Verhältnis der Abstände von der Spiegelschicht zu den Zentren des ersten bzw . zweiten Kontaktes unterschiedlich ist zu einem Verhältnis der Abstände zwischen den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten und den Zentren des ersten bzw . zweiten Kontakts . Je nach Neigung der Spiegelschichten und/oder der Seitenwände können die Verhältnisse an das gewünschte Abstrahlverhalten angepasst werden .
In einem anderen Aspekt hängt ein Abstand zwischen der Spiegelschicht und den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten im Bereich des ersten Kontaktes von einem Winkel ab, der sich aus einer Normalen zur Lichtaustrittsseite und den Seitenwänden der Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten ergibt . Mit anderen Worten bedeutet dies , dass , wenn die Seitenwände stärker geneigt sind, der Innenbereich einen größeren Öf f nungswinkel aufweist und damit auch der Abstand im Bereich des ersten Kontaktes entsprechend größer ausfällt . Demzufolge berührt oder schneidet eine gedachte Linie , die parallel zu der Normalen durch den unteren Randbereich der Spiegelschicht im Bereich des ersten Kontaktes verläuft in einer Verlängerung zur Lichtaustrittsseite hin die Seitenflächen der Halbleiterschichten nicht .
In einigen Aspekten ist der Abstand durch wenigstens das Zweifache eines Arcus-Tangens eines Winkels zwischen einer Normalen zur Lichtaustrittsseite und den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten gegeben .
Andere Aspekte beschäftigen sich mit der Ausgestaltung der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten . Diese sind, wie eingangs erwähnt , Teil einer epitaktischen Schichtenfolge bzw . aus dieser gebildet . Entsprechend umfassen die zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten eine erste mit einem ersten Dotiertyp versehene Halbleiterschicht , die elektrisch mit dem ersten Kontakt verbunden ist . Ebenso umfassen die Halbleiterschichten eine zweite Halbleiterschicht mit einem zweiten Dotiertyp , die an den zweiten Kontakt elektrisch angeschlossen ist . Zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht ist eine aktive Schicht angeordnet . Neben den Halbleiterschichten können auch zusätzliche Stromaufweitungsschichten vorgesehen sein . Die Dotierung mag konstant sein, weist aber in einigen Aspekten auch ein Dotierprofil auf .
In einigen Aspekten weist die aktive Schicht einen oder mehrere Quantenwells auf . Im Fall mehrerer Quantenwells sind diese oftmals aus einem ternären oder quaternären Materialsystem aufgebaut , welches unter anderem Aluminium in verschiedene Konzentrationen aufweist . Die unterschiedliche Aluminiummenge führt zu unterschiedlichen Bandlücken, wodurch sich die oben erwähnte Quantenwell- Struktur aus mehreren einzelnen Quantenwells und dazwischen liegenden Barriereschichten ergibt . In einem weiteren Aspekt kann eine Quantenwellenintermixing vorgesehen sein, welches im Bereich der Seitenwände ausgebildet ist . Ein Quantenwellintermixing führt zu einer Veränderung der Bandstruktur der aktiven Zone im Bereich der Seitenwände und bewirkt so eine elektrische Abstoßung von Ladungsträgern in diesem Bereich . Alternativ kann auch eine Vergrößerung der Bandlücke und eine damit verbundene elektrische Abstoßung im Bereich der Seitenwände durch ein Regrowth-Verf ahren, d . h . durch ein Überwachsen der Seitenwände mit einem Halbleiter mit größerer Bandlücke bewirkt werden .
In einigen Aspekten umfasst die epitaktische Schichtenfolge , auf der die Spiegelschicht aufgebracht ist , zumindest eine der oben genannten Halbleiterschichten . Dies folgt aus dem Herstellungsprozess , da sowohl der Innenbereich, als auch die epitaktische Schichtenfolge , auf der die Spiegelschicht aufgebracht ist , aus der epitaktischen Schichtenfolge strukturiert ist . Zudem ist es denkbar , dass sich auch Teile der aktiven Schicht des Innenbereichs in der Schichtenfolge , auf den die Spiegelschicht aufgebracht ist , wiederfinden .
Das optoelektronische Bauelement ist aus der epitaktischen Schichtenfolge gebildet , indem ein oder mehrere Innenbereiche mit zur Lichterzeugung vorgesehenen Halbleiterschichten strukturiert und von einem Zwischenraum umgeben werden . Bereiche der epitaktischen Schichtenfolge , die somit den Rand des Zwischenraums bilden, werden mit der Spiegelschicht überwachsen, sodass sich das vorgeschlagene optoelektronische Bauelement ergibt . Dies hat den Vorteil , dass die epitaktische Schichtenfolge als Ganzes einheitlich gewachsen werden kann, und anschließend durch weitere Prozessschritte die optoelektronischen Bauelemente aus der epitaktischen Schichtenfolge prozessiert werden .
In einem weiteren Aspekt umfasst das optoelektronische Bauelement eine isolierende Schicht auf der Seite des ersten Kontaktes . Diese weist wenigstens zwei mit einem elektrischen leitenden Material versehene Durchbrüche auf . Dabei ist ein erster Durchbruch so ausgeführt , dass das darin vorhandene Material den ersten Kontakt kontaktiert . Ein zweiter Durchbruch ist hingegen in einem Bereich angeordnet , bei dem das darin vorhandene leitende Material mindestens einen Bereich der Spiegelschicht oder dem die Spiegelschicht tragenden Bereich kontaktiert .
Ein anderer Gesichtspunkt beschäftigt sich mit einer elektronischen Vorrichtung mit einer Vielzahl von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Wie bereits erwähnt , wird das optoelektronische Bauelement aus einer epitaktisch gewachsenen Schichtenfolge gebildet , sodass diese epitaktisch gewachsene Schichtenfolge nicht nur zur Herstellung und Erzeugung eines einzelnen Bauelements , sondern auch für eine Vielzahl von Bauelementen nach dem vorgeschlagenen Prinzip geeignet ist .
In einem derartigen Fall sind die Bauelemente in der epitaktischen Schichtenfolge in Reihen und Spalten angeordnet , und weisen auf einer Seite eine Vielzahl von Kontaktbereichen auf . In einigen Ausgestaltungen sind die optoelektronischen Bauelemente einer derartigen Vorrichtung mit einem gemeinsamen Kontakt , beispielsweise einem gemeinsamen n-Kontakt ausgeführt . Dieser ist in einigen Ausführungen durch das auf dem zweiten Kontakt aufgebrachte transparente Material gebildet , das in Kontakt mit der Spiegelschicht wenigstens einiger der Bauelemente steht .
Erfindungsgemäß umfasst die optoelektronische Vorrichtung neben der Vielzahl von Bauelementen auch eine Ansteuerschicht , auf der die Vielzahl von Bauelementen angeordnet und elektrisch kontaktiert ist . Die Ansteuerschicht kann dabei aus einem bezüglich der epitaktischen Schichtenfolge unterschiedlichen Material gefertigt sein und besitzt auf ihrer Oberfläche eine Vielzahl von Kontaktbereichen, die mit den Kontaktbereichen der epitaktischen Schichtenfolge und den optoelektronischen Bauelementen korrespondiert . In der Ansteuerschicht sind Zuleitungen, Steuerschaltungen und notwendige Versorgungselemente zur Ansteuerung und Versorgung der optoelektronischen Bauelemente vorgesehen . Auf diese Weise lässt sich ein Array von Bauelementen erzeugen, welches beispielsweise für Displays oder andere Licht gebenden Anwendungen geeignet ist . Ein Abstand zwischen zwei Bauelementen kann dabei zumindest einem Abstand zweier gegenüberliegende Punkte der Spiegelschicht im Bereich der Lichtaustrittsfläche entsprechen . In einigen Ausgestaltungen kann der Abstand der optoelektronischen Bauelemente auch größer gewählt sein . Gerade in dieser Ausgestaltung ist es möglich in die Zwischenräume teilweise Konvertermaterialien einzubringen, um so ein Array aus Bauelementen zur Erzeugung von roter , grüner und blauer Farbe zu bilden .
Zudem ist es möglich, auf der Lichtaustrittsseite weitere lichtformende oder -konvertierende Strukturen aufzubringen, um somit beispielsweise Pixel unterschiedlicher Farbe zu erzeugen .
Ein weiterer Aspekt beschäftigt sich mit einem Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip .
Das grundlegende Prinzip besteht hierbei darin, eine epitaktische Schichtenfolge von zwei Seiten her zu strukturieren und mit Me- sagräben aus zubilden . Die Positionen dieser Gräben sind derart ausgeführt , dass durch einen zweiten Mesaätzprozess von einer anderen Seite her der gewünschte Zwischenraum mit seinen j eweiligen Seitenflanken an der epitaktischen Schichtenfolge gebildet wird . Auf diese Weise lassen sich die Seitenflanken des Innenbereichs separat von den Seitenflanken der späteren Spiegelschicht fertigen und so j eweils für die geeignete Anwendung optimieren . Insbesondere ist es in diesem Verfahren auch möglich, die Seitenflanke des Innenbereichs weiteren Maßnahmen zu unterwerfen, umso beispielsweise mögliche Defekte im Bereich der aktiven Schicht des Innenbereichs zu beheben . Zudem lässt sich die Passivierungs schicht für den Innenbereich unabhängig von der späteren Spiegelschicht ausbilden, sodass diese für die Anwendung optimiert werden kann .
In einem Aspekt des vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements wird ein Wachstumssubstrat vorgesehen, auf den eine flächige epitaktische Schichtenfolge aufgebracht wird . Die Schichtenfolge umfasst eine n-dotierte Halbleiterschicht , eine p-dotierte Halbleiterschicht sowie eine dazwischen angeordnete aktive Schicht . Dabei lässt sich die flächige epitaktische Schichtenfolge auf die gewünschte Lichterzeugung ( insbesondere die Farbe des erzeugten Lichts ) und die daraus resultierenden Bedürfnisse optimieren . Insofern besteht demnach die Möglichkeit , die aktive Schicht als einfachen pn-Übergang , als Quantenwell oder auch als Mehrf achquantenwell aus einem der ternären oder quaternären Materialsystem auszubilden . Die epitaktische Schichtenfolge ist somit für das j eweilige Materialsystem und zur Lichterzeugung optimiert .
Neben den n-dotierten und den p-dotierten Halbleiterschichten können in diesem Zusammenhang auch weitere Strukturen Teile der epitaktischen Schichtenfolge sein . Hierzu gehören unter anderem Stromverteilungsschichten, aber auch Kontaktschichten, welche die späteren Kontakte des Innenbereichs und damit der vertikalen p- LED bilden . Die Dotierung der einzelnen Halbleiterschichten lässt sich auf die Bedürfnisse einstellen, sie kann konstant sein, aber auch einem Dotierprofil folgen .
In einem danach angeschlossenen zweiten Schritt wird eine erste Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge strukturiert . Dies kann beispielsweise über das Aufbringen und Belichten einer Fotomas kenschicht erfolgen . In einer Draufsicht auf die erste Oberfläche erfolgt die Strukturierung derart , dass ein einem ersten Ätzprozess zugänglicher Oberflächenbereich gebildet wird, der eine Innenfläche umschließt . Diese Innenfläche bildet die Oberfläche des späteren Innenbereichs und damit eine Seite der p-LED . In einem besonderen Aspekt bildet die Innenfläche die der späteren Lichtaustrittsseite gegenüberliegende Oberfläche der p-LED .
Nach der Strukturierung wird ein erster Ätzvorgang durchgeführt und so im zugänglichen Oberflächenbereich ein Mesagraben erzeugt . Durch die Ausbildung des Mesagrabens entsteht ein mit geneigten Seitenflanke ausgebildeter Innenbereich, welcher die spätere p- LED des elektronischen Bauelements bildet . Der Mesagraben wird dabei mindestens bis zu einer Tiefe geätzt , welche die aktive Schichtdicke der epitaktischen Schichtenfolge freilegt und durchtrennt .
Anschließend wird eine zweite Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge strukturiert , die der ersten Oberfläche gegenüberliegt . Die Strukturierung kann dabei in ähnlicher Weise unter Bildung einer Fotolackschicht und eines anschließenden Belichtens erfolgen . In Draufsicht auf diese zweite Oberfläche sind nun Bereiche einen zweiten Ätzvorgang zugänglich, die wenigstens teilweise über dem gebildeten Mesagraben liegen . Durch einen darauf folgenden zweiten Ätzvorgang wird nun das exponierte Material der epitaktischen Schichtenfolge entfernt , bis der Mesagraben von der anderen Seite her geöffnet wird . Diese Öffnung schafft somit einen durchgängigen Zwischenraum, der den Innenbereich umschließt , wobei die dem Innenbereich gegenüberliegenden Seitenflanken der restlichen epitaktischen Schichtenfolge ebenfalls teilweise geneigt gegenüber einer Normalen verlaufen .
In einem Aspekt umfasst der Schritt des Ausbildens der epitaktischen Schichtenfolge auch ein Ausbilden einer ersten elektrischen Kontaktschicht , welche die erste Oberfläche bildet . Alternativ kann hierzu auch eine erste elektrische Kontaktschicht sowie eine darauf aufgebrachte strukturierte Isolationsschicht ausgeführt werden, wobei in diesem Fall die strukturierte Isolationsschicht die erste Oberfläche bildet . Während des Ausbildens der epitaktischen Schichtenfolge bietet es sich auch an, bereits eine zweite elektrische Kontaktschicht vorzusehen, die anschließend die zweite Oberfläche bildet .
In einem Aspekt ist vorgesehen, während des Strukturierens einer ersten Oberfläche auch ein Quantenwellintermixing in Bereichen der aktiven Schicht zu erzeugen, die in Verlängerung die Grenzfläche zwischen dem dem ersten Ätzvorgang zugänglichen Oberflächenbereich und der Innenfläche einschließen . Mit anderen Worten wird hierzu ein Strukturieren durchgeführt , welches nicht nur zur Ausbildung des Mesagrabens dient , sondern auch die Erzeugung eines Quantenwellintermixings in den Bereichen der aktiven Schicht unterstützt , welche später den Randbereich des Innenbereichs und damit den Randbereich der aktiven Schicht der p-LED bilden .
In diesem Zusammenhang kann eine Strukturierung mit den zugänglichen Oberflächenbereichen in Draufsicht unterschiedliche Formen aufweisen . Beispielsweise ist es möglich, die zugänglichen Oberflächenbereiche in Form eines Kreisringes aus zubilden, wobei der Mittelpunkt des Kreisringes den Mittelpunkt des Innenbereichs bildet . Alternativ ist es möglich, die zugänglichen Oberflächenbereiche in Form von Vielecken bzw . auch einem Quadrat auszuformen . Insbesondere ist es möglich, dass sich die Oberflächenbereiche in ihrer Form an den Kristallebenen der Halbleiterstruktur orientieren . Es ist in diesem Zusammenhang ebenso denkbar, den äußeren Rand anders zu gestalten als den inneren Rand des zugänglichen Oberflächenbereichs . Auf diese Weise lassen sich Innenbereiche definieren, deren Form unterschiedlich von der Form des später umgebenden Zwischenraumes ist .
Der Schritt des Erzeugens eines Mesagrabens umfasst in einigen Aspekten auch ein optionales Behandeln der Seitenflächen des Innenbereichs zur Reduktion von Defekten in einem Oberflächenbereich der aktiven Schicht . Als mögliches Beispiel dienen hierfür Re- growthverf ahren, bei dem eine Bandstrukturveränderung in der aktiven Schicht durch epitaktisches Aufbringen eines geeigneten
Halbleitermaterials auf dem Oberflächenbereich des Innenbereichs durchgeführt wird . Sofern dieses Halbleitermaterial auch auf den restlichen Seitenflanken der epitaktischen Schichtenfolge aufgebracht wird, können diese durch den späteren zweiten vorgenommene Ätzvorgang wieder entfernt werden . Ebenso ist es möglich, eine Oberfläche der Seitenflächen des Innenbereichs zu passivieren . Dies kann anstatt des optionalen Behandelns , aber auch nach einer derartigen Behandlung erfolgen .
Weitere Aspekte beschäftigen sich mit der Strukturierung der der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche . Hierzu kann ein Träger auf der ersten Oberfläche angeordnet werden, wodurch ein Umbonden der epitaktischen Schichtenfolge erreicht wird . Auf diese Weise lässt sich das ursprünglich vorgesehene Wachstumssubstrat zumindest teilweise entfernen und die zweite Oberfläche freilegen . Diese kann in weiteren Schritten zusätzlich prozessiert werden, beispielsweise durch Aufbringen von Stromaufteilungsschichten oder einer zweiten elektrischen Kontaktschicht . In einigen Aspekten kann die zweite elektrische Kontaktschicht auch einen Teil der Strukturierung bilden, die für den folgenden zweiten Ätzvorgang benötigt wird . Die dem zweiten Ätzvorgang zugänglichen Bereiche der zweiten Oberfläche liegen in einigen Aspekten außerhalb des durch den ersten Ätzvorgang gebildeten Innenbereichs .
Durch den zweiten Ätzvorgang wird eine Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge geschaffen, die j e nach Ausgestaltung des Ätzvorgangs unterschiedlich geneigt sein kann . So ist es beispielsweise möglich, dass die dem Innenbereich gegenüberliegende Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge stärker gegenüber einer Normalen zur zweiten Oberfläche hin geneigt ist als die Seitenwände des Innenbereichs . Mit anderen Worten öffnet sich die dem Innenbereich gegenüberliegenden Seitenflanke stärker als die Seitenwände des Innenbereichs selbst . Alternativ ist es auch möglich, den zweiten Ätzvorgang in mehrere Einzelschritte zu unterteilen, so dass die Seitenflanke der dem Innenbereich gegenüber- liegenden epitaktischen Schichtenfolge einen parabolischen Verlauf mit einem abnehmenden Durchmesser des entstehenden Zwischenraums in Richtung auf die erste Oberfläche hin aufweisen .
Ein anderer Aspekt beschäftigt sich mit Dimension des Zwischenraums im Bereich der ersten Oberfläche . Durch die zwei vorgenommenen Ätzprozesse kann eine Länge des Zwischenraumes im Bereich der ersten Oberfläche mindestens dem zweifachen eines Wertes entsprechen, der von einem Öf f nungswinkel der Seitenwände des Innenbereichs und der Dicke taktischen Schichtenfolge abgeleitet ist . Mit anderen Worten ist der Abstand des Zwischenraumes von den beiden Ecken und Seitenkanten im Bereich der ersten Oberfläche umso größer j e geneigter die Seitenwände des Innenbereichs durch den ersten Ätzvorgang sind .
Andere Aspekte beschäftigen sich mit dem weiteren Prozess nach dem Ausbilden des Zwischenraumes in der epitaktischen Schichtenfolge . So umfasst in einigen Aspekten das Verfahren weiterhin ein Aufbringen einer Spiegelschicht auf den dem Innenbereich abgewandten Seitenflanken der epitaktischen Schichtenfolge . In einem weiteren Aspekt wird der Zwischenraum aufgefüllt , insbesondere mit einem transparenten Material . Das transparente Material kann nicht leitend sein, sodass ein Kurzschluss zwischen gespiegelt Schicht und dem Innenbereich vermieden wird . In einem anderen Aspekt kann der Zwischenraum auch mit einem Material aufgefüllt werden, welches Konverterpartikel umfasst . Die Konverterpartikel sind in einigen Aspekten als Quantendots ausgeführt und geeignet , im Innenbereich erzeugtes Licht einer ersten Wellenlänge in Licht einer zweiten Wellenlänge zu wandeln . Je nach Ausgestaltung ist es hierbei möglich, eine sogenannte Vollkonversion durchzuführen . In einigen Aspekten weist dazu die zweite Kontaktschicht auf dem Innenbereich ein reflektierendes Material auf , sodass aus diesem zweiten Kontaktbereich in einem Betrieb der Anordnung Licht nicht abgestrahlt wird, sondern dies vielmehr in den Zwischenraum abgestrahlt und dort konvertiert wird . In einem weiteren Aspekt wird nun auf die zweite Kontaktschicht ein transparentes leitfähiges Material aufgebracht , welches zumindest teilweise über dem gebildeten Zwischenraum verläuft . Hierzu kann das Material auf dem transparenten Material in dem Zwischenraum aufgebracht werden . Alternativ ist es auch möglich, einen Steg oder eine andere Struktur aus dem transparenten Material auszubilden und das Material im Zwischenraum anschließend zu entfernen .
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Weitere Aspekte und Ausführungsformen nach dem vorgeschlagenen Prinzip werden sich in Bezug auf die verschiedenen Ausführungsformen und Beispiele offenbaren, die in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen ausführlich beschrieben werden .
Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip ;
Figur 2 stellt eine zweite Ausgestaltung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip dar ;
Figur 3 zeigt eine dritte Ausgestaltung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip ;
Figur 4 zeigt eine Ausführung einer optoelektronischen Vorrichtung im Querschnitt mit einigen Bauelementen zur Verdeutlichung einiger Aspekte des vorgeschlagenen Prinzips
Figur 5 stellt in mehreren Teilfiguren Draufsichten auf Array von optoelektronischen Bauelementen dar, deren Form unterschiedlich ist ;
Figuren 6A bis 6E zeigen verschiedene Zwischenschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip . DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgenden Ausführungsformen und Beispiele zeigen verschiedene Aspekte und ihre Kombinationen nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Die Ausführungsformen und Beispiele sind nicht immer maßstabsgetreu . Ebenso können verschiedene Elemente vergrößert oder verkleinert dargestellt werden, um einzelne Aspekte hervorzuheben . Es versteht sich von selbst , dass die einzelnen Aspekte und Merkmale der in den Abbildungen gezeigten Ausführungsformen und Beispiele ohne weiteres miteinander kombiniert werden können, ohne dass dadurch das erfindungsgemäße Prinzip beeinträchtigt wird . Einige Aspekte weisen eine regelmäßige Struktur oder Form auf . Es ist zu beachten, dass in der Praxis geringfügige Abweichungen von der idealen Form auf treten können, ohne j edoch der erfinderischen Idee zu widersprechen .
Außerdem sind die einzelnen Figuren, Merkmale und Aspekte nicht unbedingt in der richtigen Größe dargestellt , und auch die Proportionen zwischen den einzelnen Elementen müssen nicht grundsätzlich richtig sein . Einige Aspekte und Merkmale werden hervorgehoben, indem sie vergrößert dargestellt werden . Begriffe wie "oben" , "oberhalb" , "unten" , "unterhalb" , "größer" , " kleiner" und dergleichen werden j edoch in Bezug auf die Elemente in den Figuren korrekt dargestellt . So ist es möglich, solche Beziehungen zwischen den Elementen anhand der Abbildungen abzuleiten . Jedoch ist das vorgeschlagene Prinzip nicht hierauf beschränkt , sondern es können verschiedene optoelektronische Bauelemente , mit unterschiedlicher Größe und auch Funktionalität bei der Erfindung eingesetzt werden . In den Ausführungsformen sind wirkungsgleiche oder wirkungsähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen ausgeführt .
Figur 1 zeigt eine erste Ausgestaltungsform eines optoelektronischen Bauelements nach dem vorgeschlagenen Prinzip . Das optoelektronische Bauelement ist dabei aus einer epitaktischen Schichtenfolge gefertigt und umfasst im Wesentlichen einen Innenbereich 3 , einen den Innenbereich 3 umgebenden Zwischenraum 7 sowie einen äußeren Bereich 11 . Der Innenbereich 3 umfasst funktionelle Halbleiterschichten 4 , die zur Lichterzeugung ausgebildet sind . Diese sind vereinfacht als vertikale p-LED bezeichnet , da die Anschlusskontakte 30 und 35 aufeinander gegenüberliegenden Seiten der Halbleiterschichten 4 angeordnet sind . Im Einzelnen umfasst die p-LED eine erste p-dotierte Schicht 41 , wobei die p-Dotierung über die Schicht entweder konstant , aber auch einen vorbestimmten Dotiergradienten zeigen kann . Die p-dotierte Schicht 41 ist über eine Stromverteilungsschicht 31 an den ersten Kontakt 30 angeschlossen, der die Unterseite der p-LED bildet .
Auf der p-dotierten Schicht 41 ist eine aktive Schicht 43 aufgebracht . Diese umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Quantenwell zur Erzeugung von Licht , beispielsweise einer blauen oder grünen Farbe . Auf der aktiven Schicht 43 ist eine zweite Halbleiterschicht 42 epitaktisch abgeschieden, die zudem n-do- tiert ist . Wie schon in der p-dotierten epitaktisch abgeschiedenen Schicht 41 ist auch die zweite Schicht 42 mit einem konstanten Dotierprofil oder auch j e nach gewünschter Anwendung einem veränderlichen Dotierprofil beaufschlagt . Auf der Oberseite der zweiten Schicht 42 ist eine optionale Stromverteilungsschicht 36 und auf dieser der zweite Kontakt 35 gebildet . Die Oberseite des zweiten Kontaktes 35 bildet somit auch einen Teil der Lichtaustrittsfläche 10 des elektronischen Bauelements .
Die Seitenwände 44 des funktionellen Innenbereichs 3 sind mit einer dielektrischen und transparenten Passivierungsschicht 5 bedeckt . Dabei verlaufen die Seitenwände wie dargestellt nicht senkrecht zu einer Flächennormalen der Lichtaustrittsseite 10 , sondern sind um einen Winkel a hierzu nach außen geneigt . Dies führt hier dargestellt dazu, dass sich eine Grundfläche des Innenbereichs 3 der Halbleiterschichten 4 von dem ersten Kontakt 30 zu dem zweiten Kontakt 35 hin konstant und kontinuierlich vergrößert . Mit anderen Worten ist der Innenbereich 3 mit abgeschrägten Seitenflächen ausgeführt und somit trichterförmig ausgestaltet . Auf der Lichtaustrittsseite des zweiten Kontaktes 35 ist eine transparente leitfähige Schicht 9 , beispielsweise aus ITO aufgebracht . Diese bedeckt den Kontakt 35 vollständig, der sich über die komplette Austrittsseite erstreckt .
Daneben umfasst das optoelektronische Bauelement einen Bereich 11 der epitaktischen Schichtenfolge , auf dessen Seitenwände die metallische Spiegelschicht 6 aufgebracht ist . Die metallische Spiegelschicht 6 zeigt in einer Querschnittsdarstellung einen parabolischen Verlauf , sie öffnet sich also zunehmend in Richtung auf die Lichtaustrittsseite 10 . Dadurch wird zwischen der die elektrischen Passivierungsschicht an den Seitenwänden des Innenbereichs 3 und der Spiegelschicht 6 ein Zwischenraum 7 geschaffen, der wie im Ausführungsbeispiel dargestellt , mit einem transparenten und nicht-leitenden Material 8 verfüllt ist . Die parallel zur Oberseite des Kontaktes 35 entstehende Ebene 10a des Zwischenraum 7 bildet gemeinsam mit der Oberfläche des Kontaktes 35 die Lichtaustrittsseite 10 .
Der hier dargestellte parabolische Verlauf für die Spiegelschicht 6 entlang der Seitenwände des Bereiches 11 ist so ausgestaltet , dass im Bereich des ersten Kontakts 30 ein Abstand L zwischen der Spiegelschicht 6 und den dielektrischen Schichten 5 in etwa dem zwei-fachen des Öf f nungswinkel a entspricht .
Die hier dargestellte Struktur bewirkt somit eine ausreichende räumliche Trennung zwischen der Spiegelschicht 6 und der dielektrischen Passivierungsschicht 5 , sodass diese beide unabhängig voneinander prozessiert und optimiert werden können . Wie bereits in der Figur angedeutet , wird das optoelektronische Bauelement aus einer flächig erzeugten epitaktischen Schichtenfolge selbst gefertigt , sodass Bereiche 11 der epitaktischen Schichtenfolge zumindest teilweise die gleiche Struktur und den gleichen Aufbau wie die Halbleiterschichten 4 aufweisen . Insbesondere kann in diesen Bereichen 11 j e nach Materialsystem ebenso eine Struktur vorhanden sein, die auch in der funktionellen Schichtenfolge als aktive Schicht 43 angeordnet ist . Im Gegensatz zu dieser aktiven Schicht 43 wird im Betrieb des optoelektronischen Bauelements der in den Bereichen 11 angeordnete Teil nicht zur Lichterzeugung verwendet und ist hierfür auch nicht konfiguriert .
Die hier dargestellte erfindungsgemäße räumliche Trennung zwischen der Spiegelschicht 6 und der dielektrischen Passivierungsschicht 5 erlaubt es , neben einer individuellen Optimierung der Schichten auch unterschiedliche Geometrien hinsichtlich des Innenbereichs 3 und des umgebenden Zwischenraumes 7 zu realisieren . Die Figuren 2 und 3 zeigen diesbezüglich zur Figur 1 verschiedene alternative Ausgestaltungen .
In Figur 2 ist sowohl die Form des Zwischenraums 7 als auch die Form des Innenbereichs 3 mit einem trichterförmigen Verlauf ausgestaltet . Hierbei ergibt sich die Neigung der dielektrischen Passivierungsschicht 5 durch den Winkel og d . h . dem Winkel zur Normalen der Lichtaustrittsseite 10 . Entsprechend kann ein Winkel ß angegeben werden, der die Neigung der Spiegelschicht 6 gegenüber der Normalen zur Lichtaustrittsseite 10 definiert . In diesem Ausführungsbeispiel ist der Winkel ß , d . h . der Neigungswinkel der Spiegelschicht 6 größer als der entsprechende Winkel og d . h . der Neigungswinkel der Seitenflächen des Innenbereichs 3 . Daraus folgt , dass der Öf f nungswinkel der Spiegelschicht und damit des Zwischenraums 7 größer ist und sich somit der Zwischenraum 7 von der Ebene des Kontakts 30 zur Lichtaustrittsseite stärker öffnet als der entsprechende Innenbereich 3 mit den funktionellen Halbleiterschichten 4 .
Darüber hinaus weist die dielektrische Passivierungsschicht 5 im Bereich des zweiten Kontaktes 35 eine leicht höhere Dicke auf als im Bereich des ersten Kontaktes 30 . Dieser Umstand ist herstellungsbedingt , wenn sich im Bereich des späteren zweiten Kontaktes 35 eine größere Menge an Material für die dielektrische Passivierungsschicht an den Seitenwänden anlagert als im Bereich des ersten Kontaktes 30 . In dieser Ausführungsform umfasst die Spiegelschicht 6 zudem einen DBR Spiegel aus mehreren Schichten mit unterschiedlichem Brechungsindex . Ein transparentes Kontaktmaterial 9 ist flächig auf der Lichtaustrittsseite 10 aufgebracht und überdeckt somit sowohl den Kontakt 35 als auch den Zwischenraum 7 vollständig . Dies ist unterschiedlich gegenüber der Figur 1 , bei der das transparente leitende Material 9 den Zwischenraum 7 lediglich teilweise überdeckt ( nämlich aus der Zeichenebene heraus bzw . in die Zeichenebene hinein) .
Figur 3 zeigt gegenüber der Ausführungsform der Figur 2 ein entgegengesetzt ausgeführtes Beispiel , bei der der Neigungswinkel ß der Spiegelschicht etwas geringer ist als der Neigungswinkel a der Passivierungsschicht 5 auf den Seitenwänden des Innenbereichs 3 . In diesem Ausführungsbeispiel ist somit der Abstand L im Bereich des ersten Kontaktes 30 zwischen der Passivierungsschicht 5 und der Spiegelschicht 6 größer als im Bereich der Lichtaustrittsseite . Darüber hinaus wurde in diesem Ausführungsbeispiel während des Herstellungsprozesses ein Überwachsen vorgenommen, sodass die in der epitaktischen Schichtenfolge ursprünglich vorhandene aktive Schicht 43 nunmehr lediglich im Innenbereich 3 vorhanden ist und somit Teil der Schichtenfolge 4 bildet . In den benachbarten Bereichen 11 , auf dem die Spiegelschicht 6 aufgebracht ist , wurden hingegen Bereiche der zu aktiven Schicht 43 korrespondieren durch den Überwachsungsprozess weitestgehend aufgehoben .
Die hier dargestellten Ausführungsformen erlauben es sowohl für den Innenbereich 3 als auch für den umgebenden Zwischenraum 7 unterschiedliche Geometrien und Größen vorzusehen . In einigen Ausgestaltungen ist dabei in Draufsicht eine geometrische Form des Innenbereichs 3 gleich der geometrischen Form des umliegenden Zwischenraumes 7 und der Spiegelschicht 6 . Dies ist j edoch nicht zwingend erforderlich, so dass die beiden Formen auch voneinander abweichen können . Unabhängig davon ist es j edoch möglich, unter- schiedliche Ausgestaltungen hinsichtlich der Ausformung des Zwischenbereichs und der darauf angebrachten Spiegelschicht 6 auszugestalten . Figur 5 zeigt in 3 Teilfiguren j eweils verschiedene Ausgestaltungen in Draufsicht auf ein oder mehrere optoelektronische Bauelemente nach dem vorgeschlagenen Prinzip .
In der linken Teilfigur sind 3 sechseckige optoelektronische Bauelemente nach dem vorgeschlagenen Prinzip dargestellt . Jeweils eine Seite eines j eden der Sechsecke liegt j eweils einer anderen Seite eines benachbarten Bauelements parallel gegenüber . Der Abstand d zwischen zwei benachbarten Bauelementen ist dabei gleich groß gewählt , wobei j e nach Anwendung dieser Abstand unterschiedlich groß ausfallen kann . Im Extremfall können die mit dem in dieser Anmeldung vorgeschlagenen Verfahren erzeugten optoelektronischen Bauelemente dicht anliegen, d . h . ihr Abstand zueinander ist im Wesentlichen null und die Spiegelschichten 6 berühren sich leitend im Bereich der Lichtaustrittsfläche .
In der linken Teilfigur sind die sechsecksförmigen optoelektronischen Bauelemente mit einer transparenten Deckschicht 9 vollständig überwachsen, sodass ein gemeinsamer n-Kontakt zwischen den einzelnen Bauelementen realisiert wird . Jedes Bauelement umfasst dabei einen Innenbereich 3 , der gemeinsam mit dem Zwischenraum 7 die Austrittsfläche 10 bildet . Die Ebene 10a des Zwischenraums ist dabei mit einem transparenten Material aufgefüllt .
Die mittlere Teilfigur der Figur 5 zeigt eine weitere Ausgestaltung, bei der in Draufsicht die optoelektronischen Bauelemente kreisförmig ausgeführt sind . Der Innenbereich ist mit seinem Kontakt 35 ebenfalls rund ausgestaltet und über einem metallischen Steg 9a an den außen liegenden Bereich der epitaktischen Schichtenfolge 2 und damit an die metallisch leitende Spiegelschicht 6 angeschlossen . Der Zwischenraum 7 zwischen dem Innenbereich 3 und den die restliche epitaktische Schichtenfolge 2 aufweisenden umgebenden Bereiche 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel als Hohl- körper ausgestaltet , d . h . nicht mit einem festen Material , sondern lediglich mit einem gasförmigen Material verfüllt . Dies ist Luft oder auch ein inertes Gas wie N2 . Die Stege 9a bilden somit eine Brücke aus . In der Herstellung wird eine derartige Brücke dadurch geschaffen, indem der Zwischenraum 7 mit einem temporären Material aufgefüllt wird, anschließend der Steg 9a ausgebildet und das temporäre Material aus dem Zwischenraum 7 wieder entfernt wird .
In der rechten Teilfigur der Figur 5 sind die , optoelektronischen Bauelemente als quadratische Bauelemente mit einem quadratischen Innenbereich 3 und einem den quadratischen Innenbereich umgebenden quadratischen Zwischenraum 7 ausgeführt . Auch hier ist der Zwischenraum 7 mit einem Material verfüllt , sodass auf der Lichtaustrittsseite ein kontinuierlich flächiger und transparenter Kontakt ausgebildet ist .
Die hier dargestellten Ausführungsformen lassen sich zu einer optoelektronischen Vorrichtung zusammenfassen, welche als Display mit einer Vielzahl derartiger pLEDs in einer epitaktischen Schichtenfolge ausgeführt sein kann . Figur 4 zeigt eine derartige , optoelektronische Anordnung la in Querschnittsdarstellung . Dabei sind mehrere als vertikale p-LEDs ausgebildete Innenbereiche 3 aus einer epitaktischen Schichtenfolge 2 erzeugt , und ihre Seitenwände j eweils mit einer dielektrischen Passivierungsschicht 5 umgeben . Hiervon beabstandet ist eine Spiegelschicht 6 auf die übrigen parabolisch strukturierten Bereiche 11 der epitaktischen Schichtenfolge 2 aufgebracht . Die Spiegelschicht 6 ist mit einem metallischen Material 6 ' ausgeführt , sodass ein elektrischer Stromfluss entlang der Spiegelschicht 6 ermöglicht wird . Mehrere Kontaktstege 9a sind auf der Lichtaustrittsseite eines j eden, optoelektronischen Bauelements angeordnet und verbinden die Spiegelschicht 6 elektrisch leitend mit dem zweiten Kontakt 35 der j eweiligen Innenbereiche 3 der p-LEDs . Nach dem vorgeschlagenen Prinzip umfasst die optoelektronische Anordnung zudem eine isolierende Schicht 12 , die benachbart zu den ersten Kontakten 30 an der Unterseite der epitaktischen Schicht auf gewachsen bzw . angeordnet ist . Die isolierende Schicht 12 umfasst beispielsweise SiO2 oder ein anderes isolierendes Material und enthält eine Vielzahl von Durchbrüchen, die ihrerseits mit einem leitenden Material verfüllt sind .
Erste Durchbrüche 12a sind dabei direkt über dem ersten Kontakt 30 angeordnet , sodass das darin enthaltene leitende Material diesen Kontakt 30 elektrisch kontaktiert . Zweite Kontaktbereiche 12b kontaktieren indes entweder die Spiegelschicht 6 direkt , wie beispielsweise in den beiden links und rechts dargestellten Bereichen der Figur oder auch den die Spiegelschicht 6 angrenzenden Bereich 11 . Dieser Aspekt ist für den mittleren Bereich 11 zwischen den beiden p-LEDs gezeigt .
Dabei ist der Bereich 11 aus dem gleichen Material wie die Halbleiterschicht 41 gefertigt , besitzt also leitende Eigenschaften und kann somit eine elektrische Verbindung zwischen dem Bereich 12b und der Spiegelschicht 6 realisieren . Auf diese Weise sind an der Unterseite , d . h . der Isolierungsschicht 12 Kontaktelemente angeordnet , mit dessen Hilfe sich die einzelnen, optoelektronischen Bauelemente der Vorrichtung individuell ansteuern lassen . Die mit Material verfüllten Durchbrüche sind ihrerseits mit Kontakten einer Ansteuerschicht 13 verbunden, die die notwendigen Versorgungs- und Ansteuerelemente zur individuellen Kontrolle der einzelnen, optoelektronischen Bauelemente der Anordnung enthalten . Die Ansteuerschicht 13 wird dazu oftmals separat gefertigt , so dass es aus einem gegenüber dem Materialsystem der epitaktischen Schichtenfolge 2 unterschiedliche Materialsystem gebildet sein kann .
Auf diese Weise lassen sich optoelektronische Vorrichtungen mit einer Vielzahl von optoelektronischen Bauelementen bilden, die aus einer einzelnen zusammenhängenden epitaktischen Schicht gefertigt sind . Das Materialsystem der epitaktischen Schicht kann dabei j e nach Bedürfnis unterschiedlich gewählt sein . So ist es beispielsweise möglich, ein Materialsysteme zur Erzeugung von blauem Licht vorzusehen . Zur Erzeugung von Mischlicht entweder in einer Halb- oder auch in einer Vollkonversion wird der Zwischenraum 7 mit einem Konvertermaterial verfüllt , welches Konverterpartikel aufweist .
Für die Erzeugung einer Vollkonversion lässt sich dabei der zweite Kontakt 35 mit einer metallischen reflektierenden Schicht ausgestalten, sodass das nach oben abgestrahlte Licht von diesem reflektiert und in den Zwischenraum abgestrahlt wird . Dort wird es konvertiert und auf der Lichtaustrittsseite 10 durch die Ebene 10a des Zwischenraums 7 abgestrahlt . Verschiedene Konvertermaterialien in dem Zwischenraum 7 ermöglichen es , rotes und grünes Licht aus einem blauen Pumplicht der Halbleiterschichten 4 zu bilden . Für die Erzeugung von blauem Licht wird der Zwischenraum lediglich mit einem transparenten Material verfüllt bzw . offengelassen .
Als Konvertermaterialien können insbesondere Quantendots eingesetzt werden, da diese besonders klein sind und in hoher Dichte und Konzentration in den Zwischenraum eingebracht werden können . Alternativ ist es auch möglich, den Zwischenraum mit einem Konvertermaterialien enthaltenen Polymerauszufüllen .
Alternativ lassen sich auch andere Materialsysteme benutzen, beispielsweise zur Erzeugung von rotem Licht , die auf Indium-haltigen quaternären oder ternären Materialsystemen basieren . In diesem Fall wird häufig während des Herstellungsprozesses ein Überwachstumsprozess durchgeführt , sodass die Bandlücke der aktiven Regionen 43 im Bereich der passiven dielektrischen Schicht 5 verändert wird . Dieser Überwachstumsprozess zerstört oftmals auch den zwischen zwei optoelektronischen Bauelementen liegenden Bereich der aktiven Schicht 43 , sodass diese wie in Figur 3 dargestellt überwachsen und damit weitestgehend verändert . Je nach Ausgestaltung kann somit ein aktiver Bereich 43 auch im Zwischenraum zwischen zwei benachbarten, optoelektronischen Bauelementen vorgesehen werden . Elektronisch wäre dieser Bereich nicht zur Lichterzeugung geeignet , da er im Betrieb nicht in Flussrichtung mit einer Spannung größer als der Thresholdspannung beaufschlagt werden würde . Im Fall eines Überwachsens wird dieser Bereich zudem in seiner energetischen Bandstruktur so verändert , dass er für die Erzeugung von Licht auch nicht mehr geeignet ist .
Abhängig davon können auf der Lichtaustrittsseite weitere optische Elemente zur Lichtformung bzw . Konvertierung des abgegebenen Lichts vorgesehen werden .
Die Figuren 6A bis 6E zeigen die Ergebnisse von verschiedenen Zwischenschritten für ein Verfahren zur Herstellung eines elektronischen Bauelemente nach dem vorgeschlagenen Prinzip .
In Figur 6A ist die Fertigung einer epitaktischen Schichtenfolge auf einem Träger und Wachstumssubstrat 130 dargestellt . Zu diesem Zweck wird ein Träger und Wachstumssubstrat 130 bereitgestellt , welches für eine epitaktisches abscheiden verschiedener Halbleiterschichten geeignet ist . Neben einer hier nicht dargestellten Bufferschicht können weitere Schichten epitaktisch abgeschieden werden . Beispielhaft ist hierfür eine Stromaufweitungsschicht 36 dargestellt , die im vorliegenden Fall n-dotiert ist . Die Stromaufweitungsschicht 36 dient dazu, im Betrieb Ladungsträger auf eine möglichst große Fläche der darauf abgeschiedenen n-dotierten Halbleiterschicht 42 zu verteilen und diese zu inj izieren . Auf die n-dotierte Halbleiterschicht 42 ist eine Mehrfachquantenwellstruktur 43 aufgebracht . Diese umfasst eine Vielzahl von abwechselnd angeordneten Barriereschichten 430 und Quantenwellschichten 431 . Die Dicke der Barrie- und der Quantenwellschichten ist unterschiedlich gewählt und liegen im Bereich einiger weniger Nanometer . Je nach Materialsystem können die Barriereschichten durch eine Änderung der Aluminiumkonzentration während des Abschneidens des Materials erzeugt werden .
Nach dem Aufbringen der Mehrfachquantenwellstruktur 43 wird eine zweite p-dotierte Halbleiterschicht 41 abgeschieden . Auf dieser wird anschließend eine weitere Stromaufweitungsschicht 31 flächig über die epitaktische Schichtenfolge aufgebracht .
Die auf diese Weise hergestellt die epitaktische Schichtenfolge ist zur Lichterzeugung für eine bestimmte Wellenlänge optimiert . Dies kann beispielsweise blaues Licht , grünes Licht , aber auch rotes Licht sein . In allen Fällen kann die Wellenlänge durch eine entsprechende Zugabe von Indium in einem Materialsysteme basierend auf GaN beispielsweise InGaN, InGaP , InAlGaN oder InAlGaP entsprechend eingestellt werden .
In einem nächsten Schritt wird die die erste Oberfläche bildende Schicht 130 mit einer Lackstrukturmas ke beaufschlagt und diese in der gezeigten Form strukturiert . In der Draufsicht auf diese Mas ke ergibt sich beispielsweise eine Form, bei der Bereiche der Stromaufbereitungsschicht 31 exponiert sind und eine mit Lackmaterial bedeckte Innenfläche umschließen . Die Form der Innenfläche sowie der Außenkanten der Lackschicht ist dabei j e nach Anwendung abhängig und kann beispielsweise die in den Teilfiguren der Figur 5 gezeigten Ausgestaltung aufweisen .
Die exponierten Bereiche der Stromaufweitungsschicht 31 werden anschließend einem Ätzvorgang unterworfen und so eine Mesastruktur unter Ausbildung von Gräben 7 ' in die epitaktische Schichtenfolge geätzt . Figur 6B zeigt das Ergebnis eines derartigen Ärzteprozes- ses , bei dem ein Innenbereich 3 von Mesagräben 7 ' umgeben ist . Diese Mesagräben besitzen eine Seitenflanke , die im Wesentlichen symmetrisch ausgestaltet ist , und deren Neigung sich durch den Winkel a bezüglich einer Normalen definiert . Der hier dargestellte Prozess entfernt somit das Material in den Mesagräben 7 ' der Halbleiterschichtenfolge 41 , der Mehrfachquantenwellstruktur 43 und der zweiten Halbleiterschicht 42 bis hinunter auf das Wachstumssubstrat 130 . Alternativ kann dieser Prozess auch in den hier nicht gezeigten Bufferschichten zwischen dem Wachstumssubstrat 130 und der Stromaufweitungsschicht 36 enden bzw . auch innerhalb der Stromaufweitungsschicht 36 oder in der Halbleiterschicht 42 , sofern dies zweckmäßig erscheint . An der Oberseite bleibt die Fotolackschicht 50 erhalten .
Die in dem vorangegangenen Prozess aufgebrachte Schicht 50 kann zumindest teilweise für die weiteren Prozessschritte verwendet werden und dient für den folgenden Prozessschritt als Schutzschicht über der Stromaufbereitungsschicht 31 . Figur 6C zeigt diesbezüglich den nächsten Schritt , bei dem die Seitenwände des Innenbereichs mit einer Passivierungsschicht 5 bedeckt werden . Die Passivierungsschicht wird dabei auch auf den abgewandten Seitenflächen als Schicht 5 ' , sowie auf der Oberseite der Fotolackschicht 50 abgeschieden . Diese Schichten 5 ' sind an sich unerwünscht und werden durch die weiteren Prozessschritte wieder entfernt .
Nach einer entsprechenden Ausbildung der Passivierungsschicht erfolgt ein Umbonden der epitaktischen Schichtenfolge , bei dem ein zusätzlicher Träger 130a auf die Oberseite der epitaktischen Schichtenfolge aufgebracht und diese daran befestigt wird . Der zusätzliche Träger 130a überdeckt somit die Öffnungen der Mesagrä- ben 7 ' . Anschließend wird das Wachstumssubstrat 130 abgenommen und die resultierende Oberfläche für weitere Prozessschritte vorbereitet . Figur 6D zeigt einen weiteren Prozessschritt , bei dem nach dem Umbonden auf der Oberfläche der Stromverteilungsschicht 36 eine zweite metallische Kontaktschicht 35 aufgebracht wird . Wie auch bei der ersten metallischen Kontaktschicht kann diese zusätzlich als strukturierte Schicht für die weiteren Prozessschritte und insbesondere für den zweiten Ätzvorgang zur Ausbildung des Zwischenraums verwendet werden . Alternativ ist es auch möglich, auf die zweite Kontaktschicht 35 eine weitere Fotolackschicht auf zubringen, diese zu strukturieren und anschließend die epitaktis che Schichtenfolge einem weiteren Prozes s zu unterwer- fen .
Gemäß Figur 6E wird nun eine weitere Fotolackschicht 50 ' auf die Oberfläche der zweiten Kontakts chicht 35 aufgebracht und entsprechend strukturiert . Dabei werden aus der Fotolackschicht 50 ' Bereiche entfernt , die zumindest teilweise über dem durch den ersten Ätzprozes s erzeugten Zwischenraum 7 ' liegen . Im Einzelnen werden auf diese Weise Bereiche der zweiten Kontaktschicht 35 exponiert , die zum einen in ihrer Verlängerung mit der Passivierungs schicht 5 auf der Seitenflanke des Innenbereichs 3 abs chließen und andererseits über einem Teilbereich der epitaktischen Schichtenfolge außerhalb des Innenbereichs liegen . Die Breite L dieser Struktur ist dabei so gewählt , das s sie mindestens der Breite L der ersten Mesastruktur 7 ' im Bereich der ersten Kontaktschicht entspricht .
In der Figur 6E ist dies dadurch dargestellt , das s eine gedachte Verlängerungs linie L ' zwischen den beiden Punkten P gezogen wird, die parallel zu der Pas sivierungs schicht 5 liegt . Daraus folgt eine virtuelle Vers chiebung des Zwischenraums um eine Strecke , die von dem Arcsin des Winkels a abhängt , wobei der Winkel a zwischen der Flächennormale und der Archivierungs schicht 5 definiert ist .
Das Material der so exponierten Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge wird in einem zweiten Ätzprozes s entfernt , wobei dieser Ätzprozess ebenfalls eine geneigte Seitenflanke in der epitaktis chen Schichtenfolge erzeugt . Während dieses Prozesses werden auch nicht gewünschte und übrig gebliebene Bestandteile der Passivierungs schicht 5 ' auf der Innenflanke der Pas sivierungs schicht in den Bereichen 11 mit entfernt . Im Ergebnis ergibt sich auf diese Weise eine Seitenflanke der restlichen epitaktis chen Schichtenfolge in den Bereichen 11 , die im Wesentlichen den gleichen Neigungswinkel aufweist wie die Pass ivierungsschicht 5 . Bei einem größeren Abstand L auf der Oberfläche der zweiten Kontakt
BERICHTIGTES BLATT (REGEL 91 ) ISA/EP schicht 35 kann der Neigungswinkel der Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge auch stärker geneigt sein, wodurch sich eine trichterförmige Ausgestaltung ergibt , die sich von der ersten Kontaktseite hin zur zweiten Kontaktseite hin vergrößert .
Das Ergebnis des Ätzprozesses ist Figur 6F dargestellt , wobei zusätzlich auf der Oberfläche der Seitenflanke im Bereich 11 eine metallische Spiegelschicht 6 aufgebracht ist . In einem abschließenden Schritt wird der auf diese Weise gebildete Zwischenbereich 7 mit einem transparenten Material bis zur Oberseite der zweiten
Kontaktschicht 35 bündig auf gefüllt . Die übrig gebliebene Fotolackschicht 50 ' wird entfernt , sodass das transparente Material mit der Oberseite der Kontaktschicht 35 bündig abschließt . Die zweite Schicht 35 bildet mit der Oberfläche des transparenten Materials im Zwischenraum die Lichtaustrittsseite des auf diese Weise gebildeten elektronischen Bauelements .
Für eine elektrischen Kontaktierung des elektronischen Bauelementen über die zweite Kontaktschicht 35 wird zusätzlich ein trans- parentes leitfähiges Material (hier nicht dargestellt ) auf die Oberfläche aufgebracht . Das Material umfasst beispielsweise ITO und erstreckt sich von der zweiten Kontaktschicht 35 über den Zwischenraum 7 bis zu hin zu der metallischen Spiegelschicht 6 . Sie kontaktiert somit die metallische Spiegelschicht 6 in leiten- der Weise und verbindet diese mit der zweiten Kontaktschicht 35 .
In einem Betrieb dieses Bauelements fließt ein Strom über die Bereiche 11 und die leitende Spiegelschicht 6 in den zweiten Kontakt . Gleichzeitig wird die erste Kontaktschicht benachbart zu dem Träger 130a elektrisch kontaktiert , sodass Ladungsträger in die j eweiligen Halbleiterschichten 41 und 42 inj iziert und in der aktiven Schicht unter Erzeugung von Licht miteinander kombinieren . Das Licht wird zu allen Seiten hin abgestrahlt und gelangt im Falle einer Seitenabstrahlung auf die metallische Spiegelschicht 6 , wird dort reflektiert und in Richtung auf die Lichtaus- trittsseite abgestrahlt . Bei den hier dargestellten Verfahren sind zusätzlich verschiedene Variationen denkbar . So können neben einer unterschiedlichen Länge für die zweite Ätzung auch weitere Maßnahmen für eine Verbesserung der Seitenflanken beispielsweise ein Quantenwellintermixing im Bereich der aktiven Schicht durchgeführt werden . Ebenso ist es möglich, die zweite Ätzung in mehreren Stufen aus zuführen, sodass sich nicht nur ein linearer Verlauf wie dargestellt in der Figur 6F ergibt , sondern beispielsweise ein gekrümmter parabolischer oder kreisförmiger . In nachfolgenden Prozessschritten kann das zusätzliche Trägersubstrat 130a durch eine Isolationsschicht ersetzt werden, die Durchbrüche im Bereich des Spiegelschicht 6 und im Bereich des ersten Kontakts benachbart zu der Halbleiterschicht 41 aufweist . Diese Durchbrüche sind wiederum mit einem elektrisch leitfähigen Material verfüllt , sodass das vertikale Bauelement mit seinem Innenbereich eins über zwei Kontaktbereiche auf einer einzelnen Seite verfügt und darüber kontaktiert wird . Natürlich kann auch das Trägersubstrat gleich mit derartigen Isolationsschicht ausgebildet sein, oder diese kann auch schon vor dem Umbonden noch aufgebracht werden .
Durch die räumliche Trennung zwischen der Spiegelschicht 6 und der Archivierungsschicht 5 der p-LED sind diese unterschiedlich zueinander optimierbar . Insbesondere lässt sich eine unterschiedliche Neigung der Spiegelschicht bezüglich der Passivierungsschicht realisieren, wodurch sich auch unterschiedliche Abstrahlcharakteristiken einstellen lassen . Dadurch wird es möglich, eine Lichtformung des Bauelements auf einfache Weise vorzunehmen .
Unabhängig von dem hier durchgeführten Herstellungsverfahren lassen sich auf dem optoelektronischen Bauelement nach dem vorgeschlagenen Prinzip weitere Optiken vorsehen, die zu einer entsprechenden Lichtformung oder Kollimation geeignet sind . In der epitaktischen Schichtenfolge lassen sich mehrere derartige Bauelemente implementieren, die miteinander in geeigneter Weise verschaltet werden und so Teil eines Displayarrays oder Pixelarrays bilden . Insbesondere ist es möglich, durch geeignete Auswahl der Zwischenräume 7 diese mit Konvertermaterialien zu verfüllen und auf diese Weise verschiedene Pixelfarben durch Vollkonversion zu erzeugen .
BEZUGSZEICHENLISTE
1 optoelektronisches Bauelement
2 epitaktische Schichtenfolge
3 funktioneller Innenbereich
4 Halbleiterschichten
5 Passivierungsschicht
6 Spiegelschicht
6 ' metallische Schicht
6 ' ' DBR Spiegel
7 Zwischenraum
7 ' Mesagraben
8 transparentes Material
8 ' Hohlraum, gasgefüllt
8 ' ' Material mit Konverterpartikel
9 leitendes transparentes Material
9a Steg
10 Lichtaustrittsfläche
10a Ebene
11 Bereiche
12 isolierende Schicht
13 Ansteuerschicht
30 erster elektrischer Kontakt
31 , 31a Stromaufweitungsschicht
35 zweiter elektrischer Kontakt
36 Stromaufweitungsschicht
41 Halbleiterschicht
42 Halbeiterschicht
43 aktive Schicht
44 , 44 ' Seitenwände
50 , 50 ' Fotolackschicht
130a Träger a Öf f nungswinkel ß Öff nungswinkel

Claims

35
PATENTANSPRÜCHE Optoelektronisches Bauelement mit einer epitaktischen Schichtenfolge, welche umfasst: einen funktionellen Innenbereich (3) aufweisend einen ersten elektrischen Kontakt (30) und einem dem ersten elektrischen Kontakt (30) gegenüberliegenden zweiten elektrischen Kontakt (35) , sowie einen zwischen dem ersten elektrischen Kontakt (30) und dem zweiten elektrischen Kontakt (35) angeordneten und zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) ; wobei die zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten (4) eine sich zum zweiten elektrischen Kontakt (35) hin vergrößernde Grundfläche (A) aufweist; eine dielektrische Passivierungsschicht (5) auf Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten ( 4 ) ; eine Spiegelschicht (6) , die unter Bildung eines Zwischenraumes (7) die Passivierungsschicht (5) beabstandet umgibt ; wobei der zweite elektrische Kontakt (35) und die den zweiten elektrischen Kontakt (35) umgebende Ebene (10a) des gebildeten Zwischenraums (7) eine Lichtaustrittsfläche (10) bilden. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, wobei die Spiegelschicht (6) elektrisch leitend ist und den zweiten elektrischen Kontakt (35) kontaktiert. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend ein elektrisch leitendes transparentes Material (9) , welches sich zumindest teilweise über den Zwischenraum (7) erstreckt und den zweiten elektrischen Kontakt (35) kontaktiert, insbesondere mit der Spiegelschicht (6) leitend verbindet. 36 Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 1, bei dem das elektrisch leitende transparente Material (9) ITO aufweist und/oder sich flächig über den zweiten elektrischen Kontakt (35) und den Zwischenraum (7) erstreckt oder als Steg (9a) von dem zweiten elektrischen Kontakt (35) zumindest zu der Spiegelschicht (6) reicht. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der gebildete Zwischenraum (7) wenigstens eines aufweist aus : einem transparenten nicht-leitendem Material (8) , insbesondere SiO2, welches den gebildeten Zwischenraum (7) zumindest teilweise verfüllt; einem Konvertermaterial (8 ' ') , insbesondere Quantendots oder einem mit Konverterpartikeln oder organischen Fluoreszenzfarbstoffen versehenen Polymer; aus einem Gas, insbesondere Luft, so dass der gebildete Zwischenraum (8 ') zumindest teilweise frei von einem festen Material ist. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spiegelschicht (6) zumindest eines der folgenden umfasst: eine metallische elektrisch leitende Schicht (6') , insbesondere Silber, Gold, Platin oder ein andere für das erzeugte Licht hochref lektives Material; eine Folge von Schichten mit verschiedenen Brechungsindizes; einen DBR Spiegel (6' ') . Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Zwischenraum (7) in einer Draufsicht auf die Lichtaustrittsfläche (10) kreisförmig oder quadratisch oder vieleckig ausgebildet ist oder sich in seiner Form an den Kristallgitterebenen der epitaktischen Schichtenfolge orientiert . Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spiegelschicht (6) eine sich in Richtung der Lichtaustrittsfläche (10) hin öffnende parabolische Form aufweist. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Öf f nungswinkel (o) zwischen der Spiegelschicht (6) und einer Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) zumindest in einigen Bereichen größer ist als ein Öff- nungswinkel (ß) zwischen den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) und der Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) ; oder bei dem ein Öff nungswinkel (o) zwischen der Spiegelschicht (6) und einer Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) zumindest in einigen Bereichen kleiner ist als ein Öff nungswinkel (ß) zwischen den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) und der Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) ; oder bei dem ein Öff nungswinkel (o) zwischen der Spiegelschicht (6) und einer Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) zumindest in einigen Bereichen im Wesentlichen gleich ist als ein Öff nungswinkel (ß) zwischen den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) und der Normalen auf die Lichtaustrittfläche (10) . Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spiegelschicht (6) sich im Wesentlichen in Richtung auf die Lichtaustrittsfläche (10) trichterförmig öffnet . Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Verhältnis der Abstände von der Spiegelschicht zu den Zentren des ersten bzw. zweiten Kontaktes unterschiedlich ist zu einem Verhältnis der Abstände zwischen den Seitenwänden der zur Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten und den Zentren des ersten bzw. zweiten Kontakts .
12. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand zwischen der Spiegelschicht (6) und den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten im Bereich des ersten Kontaktes (30) von einem Winkel (ß) zwischen einer Normalen zur Lichtaustrittsseite (10) und den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) und der Dicke d der epitaktischen Schichtenfolge abhängt.
13. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 12, bei dem der Abstand durch das Zweifache des arctan des Winkels (ß) zwischen einer Normalen zur Lichtaustrittsseite (10) und den Seitenwänden (44) der zur Lichterzeugung konfigurierte Halbleiterschichten (4) multipliziert mit der Dicke d der epitaktischen Schichtenfolge gegeben ist.
14. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Lichterzeugung konfigurierten Halbleiterschichten umfassen: eine erste Halbleiterschicht (41) mit einem ersten Dotiertyp umfassen, die an den ersten Kontakt elektrisch angeschlossen ist; und eine zweite Halbleiterschicht (42) von einem zweiten Dotiertyp, die an den zweiten Kontakt (35) elektrisch angeschlossen ist; eine zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht (41, 42) angeordnete aktive Schicht (43) .
15. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14, bei dem die aktive Schicht (43) wenigstens eines der folgenden umfasst: eine oder mehrere Quantenwellstrukturen; 39 ein Quantenwellintermixing im Bereich der Seitenwände (44) ; eine Vergrößerung der Bandlücke im Bereich der Seitenwände (44) , insbesondere bewirkt durch ein epitaktisches Überwachsen .
16. Optoelektronisches Bauelement nach Anspruch 14 oder 15, bei dem Bereiche (11) der epitaktischen Schichtenfolge (2) , auf der die Spiegelschicht (6) aufgebracht ist, zumindest eine aus der ersten Halbleiterschicht (41) , der zweiten Halbleiterschicht (42) und der aktiven Schicht (43) aufweisen.
17. Optoelektronisches Bauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend eine isolierende Schicht (12) , welche auf der Seite des ersten Kontaktes (30) angeordnet ist und wenigstens zwei mit einem elektrisch leitenden Material versehene Durchbrüche (12a, 12b) aufweist, wobei das Material im erste Durchbruch (12a) den ersten Kontakt (30) kontaktiert und das Material im zweiten Durchbruch (12b) zumindest einen aus der Spiegelschicht (6) und dem die Spiegelschicht tragenden Bereich (11) kontaktiert.
18. Optoelektronische Vorrichtung (la) mit einer Vielzahl von Bauelementen nach einem der vorherigen Ansprüche und weiter umfassend : wenigstens eine Ansteuerschicht (13) , auf der die Vielzahl von Bauelementen angeordnet und elektrisch kontaktiert sind .
19. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der ein Abstand zwischen zwei Bauelementen zumindest einem Abstand zweier gegenüberliegender Punkte der Spiegelschicht (6) im Bereich der Lichtaustrittsfläche (10) entspricht.
20. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements, umfassend die Schritte: 40
Vorsehen eines Wachstumssubstrats ;
Aufbringen einer flächigen epitaktischen Schichtenfolge mit einer n-dotieren Halbleiterschicht , einer p-dotierten Halbleiterschicht und einer dazwischen angeordneten aktiven Schicht ;
Strukturieren einer ersten Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge , so dass in Draufsicht auf die erste Oberfläche ein einem ersten Ätzvorgang zugänglicher Oberflächenbereich eine Innenfläche umschließt ;
Durchführen des ersten Ätzvorgangs und Erzeugen eines Me- sagrabens im zugänglichen Oberflächenbereich, so dass ein geneigte Seitenflanken aufweisender Innenbereich entsteht , wobei der Mesagraben zumindest die aktive Schicht der epitaktischen Schichtenfolge freilegt ;
Strukturieren einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche der epitaktischen Schichtenfolge , so dass in Draufsicht auf die zweite Oberfläche Bereiche einem zweiten Ätzvorgang zugänglich bleiben, die zumindest teilweise über dem Mesagraben liegen;
Durchführen des zweiten Ätzvorgangs , so dass ein durchgängiger Zwischenraum um den Innenbereich geschaffen wird, und die dem Innenbereich gegenüber liegende Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge zumindest teilweise geneigt gegenüber einer Normalen verläuft . Verfahren nach Anspruch 20 , bei dem der Schritt des Ausbildens wenigstens umfasst : ein Aufbringen einer ersten elektrischen Kontaktschicht , welche die erste Oberfläche bildet ; oder ein Aufbringen einer ersten elektrischen Kontaktschicht und einer strukturierten Isolationsschicht , wobei die strukturierte Isolationsschicht die erste Oberfläche bildet . 41
22 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 21 , bei dem der Schritt eines Strukturierens einer ersten Oberfläche umfasst :
Erzeugen eines Quantenwellintermixing in Bereichen der aktiven Schicht , die in Verlängerung die Grenzfläche zwischen dem dem ersten Ätzvorgang zugänglichen Oberflächenbereich und der Innenfläche einschließen .
23 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22 , bei dem der dem ersten Ätzvorgang zugängliche Oberflächenbereich in Draufsicht wenigstens einen der folgenden Formen aufweist : einen Kreisring; einen äußeren Rand in Form eines Vieleckes , insbesondere eines Sechsecks oder eines Achtecks ; einen äußeren quadratischen Rand; einen inneren Rand in Form eines Vieleckes , insbesondere eines Sechsecks oder eines Achtecks .
24 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23 , bei dem der Schritt des Erzeugens eines Mesagrabens umfasst :
- Optionales Behandeln der Seitenfläche des Innenbereichs zur Reduktion von Defekten in einem Oberflächenbereich der aktiven Schicht ;
- Passivieren einer Oberfläche der Seitenfläche des Innenbereichs .
25 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 24 , bei dem der Schritt des Strukturierens einer der ersten Oberfläche gegenüberliegenden zweiten Oberfläche umfasst :
Anordnen eines Trägers auf der ersten Oberfläche und zumindest teilweises Entfernen des Wachstumssubstrats ;
Optionales Aufbringen einer zweiten elektrischen Kontaktschicht auf der zweiten Oberfläche .
26 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 25 , bei dem die dem zweiten Ätzvorgang zugänglichen Bereiche der zweiten 42
Oberfläche außerhalb des durch den ersten Ätzvorgang gebildeten Innenbereichs liegt .
27 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 26 , bei dem die dem Innenbereich gegenüber liegende Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge schwächer gegenüber einer Normalen zur zweiten Oberfläche geneigt ist als die Seitenwände des Innenbereichs .
28 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 27 , dem die dem Innenbereich gegenüber liegende Seitenflanke der epitaktischen Schichtenfolge einen parabolischen Verlauf mit abnehmenden Durchmesser in Richtung auf die erste Oberfläche aufweist .
29 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 28 , bei dem eine Länge des Zwischenraums im Bereich der ersten Oberfläche wenigstens dem zweifachen eines Wertes entspricht , der von einem Öf f nungswinkel der Seitenwände des Innenbereichs und der Dicke der epitaktischen Schichtenfolge abgeleitet ist .
30 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 29 , weiter umfassend :
Aufbringen einer Spiegelschicht auf den dem Innenbereich abgewandten Seitenflanken der epitaktischen Schichtenfolge .
31 . Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 30 , weiter umfassend :
Auffüllen des Zwischenraumes mit einem insbesondere transparenten Material ; oder Auffüllen des Zwischenraumes mit einem Konverterpartikel enthaltenden Material , wobei die zweite Kontaktschicht auf dem Innenbereich optional aus einem reflektiven Material gefertigt ist ; und Ausbilden eines transparenten leitfähigen Materials zumindest teilweise auf dem Material , welches die zweite 43 elektrische Kontaktschicht mit der Spiegelschicht leitend verbindet .
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