WO2024022933A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung zumindest eines optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung zumindest eines optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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layer
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optoelectronic
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Wolfgang Schmid
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Ams-Osram International Gmbh
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Definitions

  • an optoelectronic semiconductor component and a method for producing at least one optoelectronic semiconductor component are specified.
  • the optoelectronic semiconductor component is a semiconductor component based on InGaAlP.
  • the optoelectronic semiconductor component can be provided for generating or emitting electromagnetic radiation.
  • a first electrode of a first polarity such as a p-electrode
  • a second electrode of a second polarity such as an n-electrode
  • absorption losses occur there.
  • Alternative concepts provide for through-holes that completely penetrate the semiconductor chip and extend to the front.
  • the second electrode although smaller in size, is again arranged at the front and can therefore also lead to absorption losses.
  • One task to be solved in the present case is, among other things, to specify a more efficient optoelectronic semiconductor component.
  • a further task to be solved in the present case is, among other things, to specify a method for producing at least one optoelectronic semiconductor component with higher efficiency.
  • an optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor layer stack which has a first semiconductor region, a second semiconductor region and an active zone which is arranged between the first and second semiconductor regions.
  • the active zone can be provided for the generation or emission of electromagnetic radiation, for example in the visible to infrared spectral range.
  • the active zone can have a sequence of individual layers.
  • a quantum well structure in particular a single quantum well structure (Single Quantum Well, SQW) or multiple quantum well structure (Multiple Quantum Well, MQW), can be formed by means of the individual layers.
  • the first semiconductor region can have a first
  • the second semiconductor region can have a second conductivity type, for example an n-type
  • the second semiconductor region can be a p-type semiconductor region and the first semiconductor region to be an n-type semiconductor region.
  • the first and second semiconductor regions can each have a sequence of individual layers, which can be partially undoped or lightly doped.
  • the individual layers can be layers deposited epitaxially on a growth substrate.
  • the second semiconductor region comprises a first semiconductor layer that has a first compound semiconductor material and a second semiconductor layer that has a second compound semiconductor material that is different from the first compound semiconductor material.
  • the first compound semiconductor material can have a higher aluminum content than the second compound semiconductor material.
  • the higher aluminum content in the first semiconductor layer leads to a higher etching rate than in the second semiconductor layer. This allows the etching process on the second semiconductor layer to be stopped. This makes it possible to set an etching depth particularly precisely or to determine a vertical extent of a depression to be created with comparatively high precision.
  • the second semiconductor layer is arranged on a side of the first semiconductor layer facing away from the active zone.
  • the optoelectronic semiconductor component has at least one depression which extends from a first main surface of the semiconductor layer stack through the first semiconductor region and the active zone and ends at the second semiconductor layer.
  • the first main surface can be a surface of the semiconductor layer stack, which delimits it on a side that faces a back side of the optoelectronic semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component has a first contact structure for electrically contacting the first semiconductor region and a second contact structure for electrically contacting the second semiconductor region.
  • the first contact structure can be arranged at least in regions on the first main surface.
  • the second contact structure can be arranged in regions on the first main surface and in the at least one recess be .
  • an optoelectronic semiconductor component this comprises:
  • the second semiconductor region has a first semiconductor layer and a second semiconductor layer and the second semiconductor layer is arranged on a side of the first semiconductor layer facing away from the active zone
  • first contact structure for electrically contacting the first semiconductor region, which is arranged at least in regions on the first main surface
  • a second contact structure for electrically contacting the second semiconductor region, which is arranged in regions on the first main surface and in the at least one recess, the first semiconductor layer being a first
  • Compound semiconductor material and the second Semiconductor layer comprises a second compound semiconductor material, and the first compound semiconductor material has a higher aluminum content than the second compound semiconductor material.
  • the at least one depression or a contact region of the second contact structure arranged in the depression can have a three-dimensional shape with a constant cross-section, for example the shape of a cylinder or cuboid.
  • the at least one recess or the contact area arranged in the recess can have a three-dimensional shape with a variable cross-section, for example the shape of a truncated cone or truncated pyramid.
  • the cross section can become smaller as the depth increases.
  • the shape and size of the contact area are determined by the shape and size of the depression.
  • the shape and size of the contact area can be at least approximately the same as the shape and size of the depression.
  • these can vary in size and/or their mutual distance, for example to compensate for a contact resistance and/or surface resistance in the second semiconductor area.
  • the first compound semiconductor material is a phosphide compound semiconductor material, that is, a semiconductor material with a phosphorus content.
  • the second compound semiconductor material can also be a phosphide Act compound semiconductor material. InGaAlP is suitable for the first and second phosphide compound semiconductor material.
  • the first compound semiconductor material comprises Al n Ga m Inin- nm P, where 0.3 ⁇ n ⁇ 0, 6, 0 ⁇ m ⁇ 0.2 and 0.4 ⁇ n+m ⁇ 0, 6 is.
  • the first semiconductor layer can have the function of a buffer layer.
  • a suitable lattice constant can be achieved with an indium content between 40% and 60%.
  • the second compound semiconductor material comprises Al n Ga m Inin- n _ m P, where 0 ⁇ n ⁇ 0.6, 0 ⁇ m ⁇ 0.6 and 0.4 ⁇ n+m ⁇ 0, 6 is.
  • the second semiconductor layer can, for example, have the function of a contact layer or a contact and current spreading layer.
  • the second semiconductor layer can be made thinner than the first semiconductor layer.
  • the second semiconductor layer can have a thickness between 10 nm and 500 nm, in particular between 20 nm and 100 nm, with manufacturing tolerances of ⁇ 10% being possible. Due to the comparatively small thickness, relatively few absorption losses occur in the second semiconductor layer or contact layer.
  • the second semiconductor region has a third semiconductor layer which is arranged on a side of the second semiconductor layer facing away from the first semiconductor layer.
  • a phosphide compound semiconductor material is used, especially InGaAlP, in question.
  • the compound semiconductor materials of the second and third semiconductor layers can differ in their gallium content and/or the level of their doping.
  • the second semiconductor layer can be a contact layer and the third semiconductor layer can be a current spreading layer.
  • a second main surface of the semiconductor layer stack opposite the first main surface is free of the first and second contact structures.
  • the second main surface can be located on a front side of the optoelectronic semiconductor component intended for radiation emission. A significant portion of the radiation to be emitted can pass through the second main surface and would be partially absorbed at contact structures that are arranged on the second main surface. This can advantageously be prevented by arranging the contact structures outside the second main surface.
  • the at least one depression between the active zone and the second semiconductor layer has a widened region.
  • the widened area can be seen as an indication of a two-stage etching process for producing the at least one depression, as will be described in more detail below in connection with the manufacturing process.
  • the widened area can have a depth or vertical extent that is at least approximately corresponds to at least 25% of a thickness of the first semiconductor layer and at most the thickness of the first semiconductor layer.
  • the vertical extent can denote an extent along a vertical direction, which runs, for example, anti-parallel to a growth direction in which the semiconductor regions have grown on one another.
  • the widened area can have a lateral extent that deviates by approximately 10% with tolerances of ⁇ 10% from an expected lateral extent at the bottom of the depression, which would be achieved if the original shape of the depression were continued.
  • the lateral extent of the widened area for example, values between 5.5 pm and 7.5 pm with tolerances of ⁇ 10% come into consideration.
  • the second contact structure has a connection layer.
  • the connection layer can cover one or more surfaces of the semiconductor layer stack, which delimit the at least one depression.
  • Material connections and/or layer stacks that are metallic are suitable for the connecting layer.
  • Au or Pd come into consideration for the connection layer.
  • the connection layer can have a dopant such as Ge, for example.
  • the cavity in the widened region of the at least one depression between the semiconductor layer stack and the second contact structure.
  • the cavity can be gas-filled or essentially unfilled, so that a vacuum exists within it.
  • the course of the connection layer and possibly other layers applied to the semiconductor layer stack can be in the widened area continues to follow the original shape of the depression that it would have if it were continued without a widened area. Since it is therefore possible that the second contact structure or the connection layer and possibly the further layers in the widened area of the recess are not conformally applied to the semiconductor layer stack, a cavity can arise.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises an insulating layer which is arranged between the semiconductor layer stack and the connection layer.
  • the insulating layer can contain an electrically insulating material such as silicon oxide or silicon nitride or can consist of one of these materials.
  • the insulating layer can be arranged on one or more surface (s) of the semiconductor layer stack that laterally delimit the depression. The surface at the bottom of the recess can be uncovered by the insulating layer, so that the second semiconductor layer can be contacted by the second contact structure or by the connection layer.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a carrier on which the semiconductor layer stack is arranged.
  • the first semiconductor region can be arranged on a side of the active zone facing the carrier and the second semiconductor region can be arranged on a side of the active zone facing away from the carrier.
  • the carrier can be a semiconductor material such as Ge or Si or a Contain or consist of ceramic material such as SiN.
  • the method described below is suitable for producing at least one optoelectronic semiconductor component as described above.
  • Features described in connection with the semiconductor component can therefore also be used for the method and vice versa.
  • this comprises the following steps, for example in the specified order:
  • the semiconductor layer sequence comprising:
  • the second semiconductor region has a first semiconductor layer and a second semiconductor layer and the second semiconductor layer is arranged on a side of the first semiconductor layer facing away from the active zone, and
  • Second semiconductor layer is formed comparatively thin, for example with a thickness between 10 nm and 500 nm, in particular between 20 nm and 100 nm, whereby typical manufacturing tolerances of ⁇ 10% can occur.
  • the first semiconductor layer, in which the first etching step ends can, however, be made thicker than the second semiconductor layer. For example, values between 0.4 pm and 0.6 pm with tolerances of ⁇ 10% are possible for the thickness of the first semiconductor layer.
  • the thickness of the first semiconductor layer takes into account, for example, the thickness and etching rate fluctuations that occur in the first etching step.
  • the semiconductor layer sequence corresponds, for example, in terms of its layer structure and its material composition to the semiconductor layer stack that is produced from it, so that the statements made in this regard for the semiconductor layer sequence correspond accordingly apply .
  • the first semiconductor region of the at least one semiconductor layer stack arises from the first semiconductor region of the semiconductor layer sequence
  • the active zone of the at least one semiconductor layer stack arises from the active zone of the semiconductor layer sequence
  • the second semiconductor region of the at least one semiconductor layer stack arises from the second semiconductor region of the semiconductor layer sequence.
  • the first semiconductor layer of the second semiconductor region is formed from a first compound semiconductor material, for example InAlP
  • the second semiconductor layer is formed from a second compound semiconductor material, for example InGaAlP, wherein the first compound semiconductor material has a higher aluminum content than the second compound semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence can be provided on a substrate on which it is grown, for example, epitaxially.
  • the first and second contact structures which are formed on the semiconductor layer sequence, are designed in such a way that a first and second contact structure for at least one optoelectronic semiconductor component can be produced therefrom. Therefore, the statements made in connection with the first and second contact structures of the optoelectronic semiconductor component, for example with regard to structure and suitable materials, apply accordingly.
  • the second contact structure can have a connection layer which is provided for producing a connection layer of the second contact structure of at least one semiconductor component.
  • the connection layer can cover one or more surfaces of the semiconductor layer sequence, which delimit the at least one depression.
  • the first etching step comprises a dry etching process.
  • the second etching step can include a wet chemical etching process.
  • an etchant with sufficient selectivity is used, which has a higher etching rate for the first semiconductor layer with a higher aluminum content than for the second semiconductor layer with a lower aluminum content.
  • the etch rate in the second semiconductor layer can be more than an order of magnitude smaller than in the first semiconductor layer. This allows the etching process to be ended specifically on the second semiconductor layer. This means that the desired etching depths can be specifically adjusted.
  • Aqueous solutions for example dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid, can be used as etching agents.
  • a widened region of the at least one depression is produced by means of the second etching step.
  • the widened area is created by an undercut in the first semiconductor layer.
  • the information already given in connection with the optoelectronic semiconductor component applies to the size of the widened area.
  • an insulating layer is formed between the semiconductor layer sequence and the connection layer, which is provided for producing an insulating layer in at least one semiconductor component. Therefore, the statements made in connection with the insulating layer of the optoelectronic semiconductor component, for example with regard to structure and suitable materials, apply accordingly.
  • the insulating layer can be applied as a closed layer to the semiconductor layer sequence, so that the depression or surfaces delimiting a first portion of the depression are completely covered.
  • the insulating layer can then be partially removed, so that a surface of the semiconductor layer sequence arranged at the bottom of the depression or the first partial region of the depression is exposed.
  • the insulating layer is applied before the second etching step is carried out.
  • the insulating layer can be undercut in the second etching step and be at a distance from the semiconductor layer sequence.
  • the insulating layer it is also possible for the insulating layer to be applied after the second etching step. In this case, the insulating layer can be located closer to the semiconductor layer sequence.
  • the active zone has a quantum well structure, with mixing of the quantum well structure being carried out in areas of the active zone that adjoin the depression. Quantum wells and barrier layers are mixed so that a higher band gap occurs, which leads to less Charge carriers and surface recombination leads.
  • the mixing can take place before layers, for example the insulating layer or connection layer, are applied to the semiconductor layer sequence in the recess. Furthermore, it is possible to carry out the mixing before the depression is created.
  • the optoelectronic semiconductor component is suitable for projection and lighting applications, for example in the longer wavelength, such as red to infrared, spectral range.
  • Figures 1 to 11 show schematic cross-sectional views of various process steps of a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to an exemplary embodiment
  • Figure 12 shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component according to an exemplary embodiment.
  • identical, similar or identically acting elements can each be provided with the same or similar reference symbols that only differ from each other by a line.
  • the elements shown and their proportions to one another are not necessarily to scale to watch; Rather, individual elements can be shown in exaggerated sizes for better display and/or understanding.
  • FIG. 1 Based on Figures 1 to 11, an exemplary embodiment of a method or a layer composite 100 that is suitable for producing an optoelectronic semiconductor component 1, for example as described below in connection with Figure 12, as well as possible variants of the exemplary embodiment are described.
  • the dashed areas in the figures symbolize further areas of the layer composite 100, which, for example, enable the production of a large number of optoelectronic semiconductor components 1.
  • the method includes a step of providing a semiconductor layer sequence 2 'for producing at least one semiconductor layer stack 2 (see Figure 12), wherein the semiconductor layer sequence 2' is provided on a substrate 3 (see Figure 1).
  • the semiconductor layer sequence 2 ' can be formed from semiconductor materials that are based on phosphide compound semiconductors.
  • the substrate 3 can be formed from a semiconductor material that is based on an arsenide compound semiconductor.
  • 3 GaAs is suitable for the substrate.
  • the substrate 3 is a growth substrate on which the semiconductor layer sequence 2' is deposited epitaxially.
  • the semiconductor layer sequence 2 ' comprises a first semiconductor region 4' of a first conductivity type, for example a p-conductivity, a second semiconductor region 6' of a second conductivity type, for example an n-conductivity, and an active zone 5 ', which is arranged between the first and second semiconductor regions 4 ', 6'.
  • the first semiconductor region 4 ' is located on a side of the active zone 5' facing away from the substrate 3, while the second semiconductor region 6' is located between the substrate 3 and the active zone 5'.
  • the first and second semiconductor regions 4 ', 6' can each have a sequence of individual layers that can be doped, but also partly undoped or lightly doped.
  • the first semiconductor region 4 'near the active zone 5' can have a confinement layer (not shown).
  • the second semiconductor region 6 ' comprises a first semiconductor layer 7' and a second semiconductor layer 8', which is arranged on a side of the first semiconductor layer 7' facing away from the active zone 5'.
  • the second semiconductor layer 8 ' can be designed so that it takes on the function of a contact and current spreading layer.
  • the different functions are implemented by different layers.
  • the second semiconductor layer 8′ has the function of a contact layer.
  • a third semiconductor layer 9 ' is provided, which is located on a side of the second semiconductor layer 8' facing away from the first semiconductor layer 7'.
  • the second semiconductor region 6 ' can have a radiation exit layer 10', which is arranged on a side of the semiconductor layer sequence 2' facing the substrate 3 and can be provided with a radiation decoupling structure to improve the radiation emission in the finished semiconductor component.
  • the active zone 5′ can have a sequence of individual layers.
  • a quantum well structure in particular a single quantum well structure (Single Quantum Well, SQW) or multiple quantum well structure (Multiple Quantum Well, MQW), can be formed by means of the individual layers.
  • the first semiconductor layer 7 ' of the second semiconductor region 6 ' can be formed from a first phosphide compound semiconductor material and the second semiconductor layer 8 ' can be formed from a second phosphide compound semiconductor material, the first compound semiconductor material having a higher aluminum content than the second compound semiconductor material.
  • the first compound semiconductor material comprises Al n Ga m Inin- nm P, where 0.3 ⁇ n ⁇ 0.6, 0 ⁇ m ⁇ 0.2 and 0.4 ⁇ n+m ⁇ 0.6.
  • the first semiconductor layer 7 ' can have the function of a buffer layer.
  • a suitable lattice constant can be achieved with an indium content between 40% and 60%.
  • the second compound semiconductor material can have Al n Ga m Inin- nm P, where 0 ⁇ n ⁇ 0.6, 0 ⁇ m ⁇ 0.6 and 0.4 ⁇ n+m ⁇ 0.6.
  • the third semiconductor layer 9' like the first and second semiconductor layers 7', 8', can be formed from a phosphide compound semiconductor material, in particular from InGaAlP, with the compound semiconductor materials of the second and third semiconductor layers 8', 9' differing in their gallium content and/or or the level of their funding.
  • the second semiconductor layer 8' can be made thinner than the first semiconductor layer 7'.
  • the thickness can denote a vertical extent along a vertical direction V, which runs, for example, parallel to a growth direction in which the semiconductor regions 6 ', 5', 4' have grown on one another.
  • the method includes a step of forming a first contact structure 11' on a first main surface 2A' of the semiconductor layer sequence 2', the first main surface 2A' delimiting the semiconductor layer sequence 2' to the outside on a side facing away from the substrate (cf. Figure 1).
  • the step of forming the first contact structure 11' can include producing a first expansion layer 12' on the first main surface 2A'.
  • the first spreading layer 12 ' can be applied in direct contact with the first semiconductor region 4'.
  • the first expansion layer 12 ' can be formed in a single layer or in multiple layers.
  • TCOs Transparent Conductive Oxides
  • the step of forming the first contact structure 11′ can include producing a second expansion layer 14′, which is arranged on a side of the first expansion layer 12′ facing away from the semiconductor layer sequence 2′ and is connected to it in an electrically conductive manner.
  • the second expansion layer 14 ' can cover a larger area of the first main surface 2A' than the first expansion layer 12'.
  • the second expansion layer 14 ' is a metallic layer that can be formed in one or more layers.
  • the step of forming the first contact structure 11' may include producing a mirror layer 13', which is formed, for example, from Ag, between the first and second spreading layers 12', 14'. While radiation emitted by the active zone 5', 5 during operation of the finished semiconductor component 1 (see FIG. 12) can be transmitted to a significant extent through the first spreading layer 12', 12, it is possible through the mirror layer 13', 13 to redirect the emitted radiation in the direction of a second main surface 2B', 2B opposite the first main surface 2A', 2A and to shield the second expansion layer 14', 14, on which absorptions can occur, from the radiation.
  • a reflection element 15' can be arranged on the first main surface 2A' (see FIG. 1).
  • the reflection element 15' may have alternately arranged layers of a higher and a lower refractive index.
  • the layers can be dielectric layers for which materials such as SiO, SiN, NbO or HfO come into consideration.
  • the reflection element 15' comprises a Bragg mirror.
  • the reflection element 15' can cover the first main surface 2A' and thereby partially cover the first expansion layer 12'.
  • the reflection element 15' can be provided with an opening 16 into which the second expansion layer 14' and optionally the mirror layer 13' extend up to the first expansion layer 12'.
  • an opening 17 can be formed in the second expansion layer 14 'and optionally in the mirror layer 13' at a lateral distance from the opening 16.
  • an insulating layer 18' can be applied, which at least largely covers the first main surface 2A' and extends into the opening 17.
  • the insulation layer 18' is intended to electrically isolate the first contact structure 11' and a second contact structure 21' (see FIG. 10) from one another on the first main surface 2A'.
  • the method further comprises a step of producing at least one depression 19, which extends from the first main surface 2A' through the first semiconductor region 4' and the active zone 5' and on the second semiconductor layer 8 ' ends.
  • the depression 19 can already begin at the insulation layer 18 'and run through the opening 17.
  • the depression 19 is created by a two-stage etching process.
  • the semiconductor layer sequence 2' is etched into the first semiconductor layer 7' in a first etching step.
  • the first etching step includes, for example, a dry etching process.
  • a first region 19A of the depression 19 created in this way is laterally delimited by one or more surfaces 2C' of the semiconductor layer sequence 2', which in cross section are each at an angle of 90° ⁇ a ⁇ 180°, in particular 95° ⁇ a ⁇ 115°, to one
  • the first area 19A can run on the surface 2D' of the semiconductor layer sequence 2' delimiting the bottom (see FIG. 2).
  • the first area 19A can have the shape of a truncated cone or truncated pyramid.
  • Quantum wells and barrier layers are mixed, for example thermally if necessary by introducing impurities, so that a higher band gap occurs, which leads to fewer charge carriers and surface recombination.
  • This step is carried out, for example, when surface recombinations in the depression 19 play a role.
  • the mixing takes place in particular at an early stage, for example before the depression 19 is created, so that higher temperatures are also possible.
  • the method can have a step of producing an insulating layer 20 ', which, as in this exemplary embodiment, takes place before the second etching step.
  • this step it is also possible for this step to be carried out after the second etching step.
  • the insulating layer 20' is applied, for example, as a closed layer to the semiconductor layer sequence 2', so that the surfaces 20', 2D' delimiting the first region 19A of the recess 19 are completely covered.
  • the insulating layer 20 ' is then partially removed, so that the surface 2D ' of the semiconductor layer sequence 2 ' arranged at the bottom of the first region 19A of the recess 19 is exposed (see FIG. 5).
  • the insulating layer 20' may be formed from an electrically insulating material such as silicon oxide or silicon nitride, or a combination of these materials.
  • the second etching step takes place, as shown in FIG. 6, whereby the semiconductor layer sequence 2' is etched up to the second semiconductor layer 8'.
  • the second etching step includes a wet chemical etching process.
  • an etchant with sufficient selectivity is used, which has a higher etching rate for the first semiconductor layer 7 'with a higher aluminum content than for the second semiconductor layer 8' with a lower aluminum content.
  • the etching rate in the second semiconductor layer 8 ' can be more than an order of magnitude smaller than in the first semiconductor layer 7'.
  • the etching process can be ended specifically on the second semiconductor layer 8 ', so that desired etching depths can be specifically adjusted.
  • Aqueous solutions for example dilute hydrochloric acid or dilute sulfuric acid, can be used as etching agents.
  • the second semiconductor layer 8 'to be contacted can have a thickness d2 between 10 nm and 500 nm, in particular between 20 nm and 100 nm, whereby typical manufacturing tolerances of ⁇ 10% can occur, are made comparatively thin.
  • the first semiconductor layer 7 ' in which the first etching step ends, can, however, be made thicker than the second semiconductor layer 8 '. For example, values between 0.4 pm and 0.6 pm with tolerances of ⁇ 10% are possible for the thickness dl of the first semiconductor layer 7'.
  • the thickness dl of the first semiconductor layer 7 ' takes into account, for example, the thickness and etching rate fluctuations that occur in the first etching step.
  • a widened region 19B of the depression 19 is created.
  • the widened region 19B is created by an undercut in the first semiconductor layer 7 '.
  • the insulating layer 20 ' is also undercut in the second etching step so that it is at a distance from the semiconductor layer sequence 2 '.
  • the widened region 19B can have a depth or vertical extent h which corresponds at least approximately to at least 25% of the thickness dl of the first semiconductor layer 7 'and at most to the thickness dl.
  • the vertical extent h can denote an extent along the vertical direction V.
  • the widened area 19B can have a lateral extent b that is approximately 10% with tolerances of ⁇ 10% of an expected lateral extent at the bottom of the recess 19, which is the case with a continuation of the original shape of the recess 19 or with a continuation the shape of the first region 19A of the recess 19 would be achieved while maintaining the angle a (see FIG. 2).
  • a lateral extent b of the widened area for example, values between 5.5 pm and 7.5 pm come with tolerances of ⁇ 10% in Ask.
  • the lateral extent b can denote an extent along a lateral direction L, which runs transversely, for example perpendicular to the direction V.
  • the method further comprises a step of forming a second contact structure 21', which is arranged in regions on the first main surface 2A' and in the recess 19 (cf. Figures 7 to 9).
  • the step of forming the second contact structure 21' can include producing a connection layer 22', which covers one or more surfaces 2C', 2D' of the semiconductor layer sequence 2', which delimit the depression 19 (see Figure 7).
  • the connection layer 22' can only cover the surface 2D' arranged at the bottom of the recess 19 or additionally the surfaces 20'.
  • the connection layer 22' is applied in particular in such a way that the second semiconductor layer 8' can be electrically contacted through it.
  • the connection layer 22' can be made from one or more material compounds and/or a layer sequence of materials that are metallic. For example, materials or material compounds that contain Au or Pd and are doped with Ge, for example, come into consideration for the connection layer 22 '.
  • surface oxides can be removed. After the connection layer 22' has been applied, a so-called annealing process can be carried out.
  • the step of forming the second contact structure 21' can further comprise forming a solder barrier layer 24' and forming a first solder layer 25', the solder barrier layer 24' being arranged between the semiconductor layer sequence 2' and the first solder layer 25' becomes.
  • the solder barrier layer 24' is intended to prevent the diffusion of solder material, for example into the layers 2', 13', 18', 20'.
  • the solder barrier layer 24' and the first solder layer 25' can cover the first main surface 2A' and also fill the depression 19.
  • Suitable materials for the solder barrier layer 24' are, for example, WTi, Ti or Ta.
  • AuPt, Au or Ni are suitable for the first solder layer 25'.
  • the step of forming the second contact structure 21' may include forming a second solder layer (not shown) on the first solder layer 25', which connects to the first solder layer 25' when bonded to a carrier 27', so that a connecting layer 26 ' is created (see Figure 9).
  • Suitable materials for the second solder layer are, for example, Sn and InSn, so that the connecting layer 26 'contains, for example, AuSn, AuInSn, NiSn or NilnSn.
  • the carrier 27 ' can be made of a semiconductor material such as Ge or Si or a Ceramic material such as SiN can be formed. The carrier 27' is applied to a side of the semiconductor layer sequence 2' facing away from the substrate 3.
  • the method can further include a step of removing the substrate 3 (see FIG. 10).
  • the second main surface 2B' of the semiconductor layer sequence 2' can be exposed.
  • the substrate 3 can be removed using wet chemical etching.
  • the method can include a step of forming a radiation output structure 28' in the radiation exit layer 10'.
  • the radiation output structure 28' can be produced by roughening a surface of the radiation exit layer 10' facing away from the carrier 27' or by roughening the second semiconductor region 6' on the second main surface 2B'. The roughening can be carried out, for example, using a lithographic process and a dry etching process.
  • the method can further include a step of structuring the semiconductor layer sequence 2 ' (cf. FIG. 10).
  • the structuring can be done using dry etching.
  • the semiconductor layer sequence 2 'can be structured in such a way that it has a mesa-shaped shape and the carrier 27' in plan view of the Semiconductor layer sequence 2 'protrudes over it on all sides.
  • an exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 1 is described, which can be produced by means of a method as described in connection with FIGS is isolated in the dashed areas. Features and relationships described in connection with the method therefore apply accordingly to the optoelectronic semiconductor component 1 and vice versa.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 has a carrier 27 and a semiconductor layer stack 2 arranged thereon, the carrier 27 of the optoelectronic semiconductor component 1 emerging from the carrier 27 '(cf. FIG. 11) by a separation process and the semiconductor layer stack 2 of the structured semiconductor layer sequence 2' (cf . Figure 11) corresponds.
  • the semiconductor layer stack 2 has the semiconductor layer sequence 2 'corresponding to a first semiconductor region 4, a second semiconductor region 6 and an active zone 5, which is arranged between the first and second semiconductor regions 4, 6 and for generating or emitting electromagnetic radiation, for example in the visible to infrared spectral range is provided. Accordingly, the optoelectronic semiconductor component 1 can emit electromagnetic radiation during operation, for example in the visible to infrared Emit spectral range. A significant portion of the radiation can be emitted on a second main surface 2B of the semiconductor layer stack 2, which is arranged on a front side of the semiconductor component 1.
  • the second main surface 2B is free of contact structures, so that no radiation losses caused by shading occur on the second main surface 2B.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 has a first contact structure 11 for electrically contacting the first semiconductor region 4, which is arranged in regions on a first main surface 2A of the semiconductor layer stack 2.
  • the first contact structure 11 can have a first spreading layer 12 arranged on the first main surface 2A and a second spreading layer 14 arranged between the first spreading layer 12 and the carrier 27.
  • a mirror layer 13 can be arranged between the first and second spreading layers 12, 14, which also forms part of the first contact structure 11 with good electrical conductivity.
  • the optoelectronic semiconductor component 1 has a second contact structure 21 for electrically contacting the second semiconductor region 6, which is arranged in regions on the first main surface 2A and in a recess 19 of the semiconductor layer stack 2.
  • the second contact structure 21 can have a connection layer 22 arranged in the recess 19, a connection layer 26 adjacent to the carrier 27 and a solder barrier layer 24 which is on one of the Semiconductor layer stack 2 facing side
  • Connecting layer 26 is arranged.
  • the first main surface 2A which can be formed, for example, by a surface of the first semiconductor region 4, is opposite the second main surface 2B, which can be formed, for example, by a surface of the second semiconductor region 6, and on a side of the semiconductor layer stack 2 facing the carrier 27 arranged.
  • the first semiconductor region 4, for example a p-type region, can be arranged on a side of the active zone 5 facing the carrier 27.
  • the second semiconductor region 6, for example an n-conducting region, can be arranged on a side of the active zone 5 facing away from the carrier 27.
  • the second semiconductor region 6 comprises a first semiconductor layer 7, which has a first compound semiconductor material with a higher aluminum content, and a second semiconductor layer 8, which has a second compound semiconductor material that is different from the first compound semiconductor material and has a lower aluminum content .
  • the first and second compound semiconductor materials are, for example, each a phosphide compound semiconductor material.
  • the first semiconductor layer 7 is arranged between the active zone 5 and the second semiconductor layer 8.
  • the recess 19 or a contact region 21A of the second contact structure 21 arranged in the recess 19 can have a three-dimensional shape with a variable cross-section, for example the shape of a truncated cone or truncated pyramid.
  • the cross section can become smaller as the depth increases, the depth being able to be determined parallel to a vertical direction V in which the semiconductor regions 4, 5, 6 follow one another starting from the carrier 27.
  • the shape and size of the contact area 21A are determined by the shape and size of the depression 19.
  • the shape and size of the contact area 21 can be at least approximately the same as the shape and size of the depression 19. It is possible for the semiconductor component 1 to have more than one depression 19 or more than one contact area 21A in the event of a contact and/or surface resistance that is too high, with the plurality of depressions 19 or contact areas 21A varying in size and/or their mutual distance can vary.
  • the depression 19 has a widened region 19B between the active zone 5 and the second semiconductor layer 8 on .
  • the widened area 19B can be seen as an indication of the two-stage etching process.
  • the vertical extent h and the lateral extent b of the widened region 19B reference is made to the statements in connection with FIG. 6.
  • the widened region 19B there is a cavity 23 between the semiconductor layer stack 2 and the second contact structure 21, which is, for example, essentially unfilled, so that a vacuum exists therein, or which is filled with air.
  • the course of the connection layer 22 and other layers applied to the semiconductor layer stack 2, such as an insulating layer 20 in the widened area 19B can continue to follow the original shape of the depression 19, which it would have if it were continued without a widened area (cf. in this regard also the comments on Figure 2).
  • first and second contact structures 11, 21 it is possible to electrically connect the optoelectronic semiconductor component 1 from the outside to only one side of the semiconductor component 1.
  • a second contact pad (not shown) of the second contact structure 21, which serves as a second electrode of the semiconductor component 1 can be arranged laterally from the semiconductor layer stack 2 on one be arranged in the protruding area of the carrier 27 and be provided for connection to a contact means, for example a bonding wire.
  • the first contact pad 29 is arranged on a region uncovered by the semiconductor layer stack 2 of a reflection element 15 arranged in regions on the first main surface 2A, and extends through an opening in the reflection element 15 to the second spreading layer 14 of the first contact structure 11.
  • the second spreading layer 14 like the mirror layer 13, extends through an opening 16 in the reflection element 15 to the first spreading layer 12.
  • the first contact structure 11 can be electrically insulated from the second contact structure 21.
  • the first and second contact structures 11, 21 enable a homogeneous current distribution in the semiconductor layer stack 2, so that larger semiconductor components can also be realized.

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) angegeben umfassend - einen Halbleiterschichtenstapel (2) umfassend - einen ersten Halbleiterbereich (4), - einen zweiten Halbleiterbereich (6) und - eine aktive Zone (5), die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4, 6) angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich (6) eine erste Halbleiterschicht (7) und eine zweite Halbleiterschicht (8) aufweist und die zweite Halbleiterschicht (8) auf einer der aktiven Zone (5) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (7) angeordnet ist, - zumindest eine Vertiefung (19), die sich von einer ersten Hauptfläche (2A) des Halbleiterschichtenstapels (2) durch den ersten Halbleiterbereich (4) und die aktive Zone (5) hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht (8) endet, wobei die erste Halbleiterschicht (7) ein erstes Verbindungshalbleitermaterial und die zweite Halbleiterschicht (8) ein zweites Verbindungshalbleitermaterial umfasst und das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial. Ferner wird ein Verfahren zur Herstellung eines derartigen optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG ZUMINDEST EINES OPTOELEKTRONISCHEN
HALBLE I TERBAUELEMENTS
Es werden ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben . Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um ein auf InGaAlP basierendes Halbleiterbauelement . Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann zur Erzeugung beziehungsweise Emission von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen sein .
Bei Strahlung emittierenden Halbleiterbauelementen, die etwa auf einem InGaAlP-Verbindungshalbleitermaterial basieren, bestehen verschiedene Möglichkeiten zur elektrischen Kontaktierung . Beispielsweise kann eine erste Elektrode einer ersten Polarität , etwa eine p-Elektrode , an einer Rückseite und eine zweite Elektrode einer zweiten Polarität , etwa eine n-Elektrode , an einer Vorderseite angeordnet sein . Durch die Anordnung der zweiten Elektrode an der Vorderseite , die zur Strahlungsemission vorgesehen ist , treten dort j edoch Absorptionsverluste auf . Alternative Konzepte sehen Durchkontaktierungen vor, die den Halbleiterchip vollständig durchdringen und bis zur Vorderseite reichen . Hierbei ist die zweite Elektrode , wenngleich mit geringerer Größe , wiederum an der Vorderseite angeordnet und kann daher auch zu Absorptionsverlusten führen . Ferner bestünde die Möglichkeit , einen an der Vorderseite angeordneten Halbleiterbereich mittels einer oder mehrerer Durchkontaktierungen, die durch den Halbleiterchip hindurchführen, von der Rückseite aus elektrisch zu kontaktieren . Aufgrund relativ hoher Toleranzen bei der Herstellung von Vertiefungen, in welchen die Durchkontaktierungen erzeugt werden, müsste aber eine Halbleiterschicht , die mittels der oder den Durchkontaktierung ( en) kontaktiert werden soll , möglichst dick ausgebildet werden, was aufgrund der Dicke und möglicherweise hohen Dotierung wiederum relativ hohe Absorptionsverluste zur Folge hätte .
Eine zu lösende Aufgabe besteht vorliegend unter anderem darin, ein ef fi zienteres optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben . Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht vorliegend unter anderem darin, ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit höherer Ef fi zienz anzugeben .
Diese Aufgaben werden unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst .
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses einen Halbleiterschichtenstapel , der einen ersten Halbleiterbereich, einen zweiten Halbleiterbereich und eine aktive Zone , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist , aufweist . Die aktive Zone kann zur Erzeugung beziehungsweise Emission von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich, vorgesehen sein .
Weiterhin kann die aktive Zone eine Folge von Einzelschichten aufweisen . Mittels der Einzelschichten kann eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach- Quantentopfstruktur ( Single Quantum Well , SQW) oder Mehrfach- Quantentopfstruktur (Multiple Quantum Well , MQW) , ausgebildet sein .
Der erste Halbleiterbereich kann einen ersten
Leit f ähigkeitstyp, beispielsweise eine p-Leitfähigkeit , aufweisen . Weiterhin kann der zweite Halbleiterbereich einen zweiten Leit f ähigkeitstyp, beispielsweise eine n-
Leitf ähigkeit , aufweisen . Es ist j edoch auch möglich, dass es sich bei dem zweiten Halbleiterbereich um einen p-leitenden Halbleiterbereich und bei dem ersten Halbleiterbereich um einen n-leitenden Halbleiterbereich handelt . Der erste und zweite Halbleiterbereich können j eweils eine Folge von Einzelschichten aufweisen, die teilweise undotiert oder gering dotiert sein können . Bei den Einzelschichten kann es sich um epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat abgeschiedene Schichten handeln .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst der zweite Halbleiterbereich eine erste Halbleiterschicht , die ein erstes Verbindungshalbleitermaterial aufweist , sowie eine zweite Halbleiterschicht , die ein zweites , von dem ersten Verbindungshalbleitermaterial verschiedenes Verbindungshalbleitermaterial aufweist . Dabei kann das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweisen als das zweite Verbindungshalbleitermaterial . Bei einer geeigneten Wahl eines Ätzmittels mit ausreichender Selektivität führt der höhere Aluminiumanteil in der ersten Halbleiterschicht zu einer höheren Ätzrate als in der zweiten Halbleiterschicht . Dadurch kann der Ätzvorgang an der zweiten Halbleiterschicht gestoppt werden . Damit ist es möglich, eine Ätztiefe besonders präzise einzustellen beziehungsweise eine vertikale Ausdehnung einer zu erzeugenden Vertiefung mit vergleichsweise hoher Präzision zu bestimmen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die zweite Halbleiterschicht auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optoelektronische Halbleiterbauelement zumindest eine Vertiefung auf , die sich von einer ersten Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels durch den ersten Halbleiterbereich und die aktive Zone hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht endet . Bei der ersten Hauptfläche kann es sich um eine Oberfläche des Halbleiterschichtenstapels handeln, die diesen auf einer Seite begrenzt , die einer Rückseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements zugewandt ist .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das optoelektronische Halbleiterbauelement eine erste Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs und eine zweite Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs auf . Die erste Kontaktstruktur kann zumindest bereichsweise an der ersten Hauptfläche angeordnet sein . Weiterhin kann die zweite Kontaktstruktur bereichsweise an der ersten Hauptfläche und in der zumindest einen Vertiefung angeordnet sein . Mittels der ersten und zweiten Kontaktstruktur ist es möglich, das optoelektronische Halbleiterbauelement auf nur einer Seite des Halbleiterbauelements , beispielsweise an einer Seitenflanke , von außen elektrisch anzuschließen . Die erste und zweite Kontaktstruktur ermöglichen eine homogene Stromverteilung in dem Halbleiterschichtenstapel , so dass auch größere Halbleiterbauelemente realisiert werden können .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses :
- einen Halbleiterschichtenstapel umfassend
- einen ersten Halbleiterbereich,
- einen zweiten Halbleiterbereich und
- eine aktive Zone , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist , wobei der zweite Halbleiterbereich eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist und die zweite Halbleiterschicht auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist ,
- zumindest eine Vertiefung, die sich von einer ersten Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels durch den ersten Halbleiterbereich und die aktive Zone hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht endet ,
- eine erste Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs , die zumindest bereichsweise an der ersten Hauptfläche angeordnet ist ,
- eine zweite Kontaktstruktur zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs , die bereichsweise an der ersten Hauptfläche und in der zumindest einen Vertiefung angeordnet ist , wobei die erste Halbleiterschicht ein erstes
Verbindungshalbleitermaterial und die zweite Halbleiterschicht ein zweites Verbindungshalbleitermaterial umfasst , und das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial .
Beispielsweise kann die zumindest eine Vertiefung beziehungsweise ein in der Vertiefung angeordneter Kontaktbereich der zweiten Kontaktstruktur eine dreidimensionale Form mit gleich bleibendem Querschnitt aufweisen, beispielsweise die Form eines Zylinders oder Quaders . Es ist j edoch auch möglich, dass die zumindest eine Vertiefung oder der in der Vertiefung angeordnete Kontaktbereich eine dreidimensionale Form mit veränderlichem Querschnitt aufweist , beispielsweise die Form eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes . Dabei kann der Querschnitt mit zunehmender Tiefe kleiner werden . Beispielsweise werden Form und Größe des Kontaktbereichs durch Form und Größe der Vertiefung bestimmt . Die Form und Größe des Kontaktbereichs kann der Form und Größe der Vertiefung zumindest annähernd gleichen .
Bei einer Mehrzahl von Vertiefungen beziehungsweise Kontaktbereichen können diese beispielsweise zur Kompensation eines Kontaktwiderstands und/oder Flächenwiderstands im zweiten Halbleiterbereich in ihrer Größe und/oder ihrem gegenseitigem Abstand variieren .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung handelt es sich bei dem ersten Verbindungshalbleitermaterial um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , das heißt um ein Halbleitermaterial mit einem Phosphoranteil . Weiterhin kann es sich auch bei dem zweiten Verbindungshalbleitermaterial um ein Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial handeln. Für das erste und zweite Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial kommt jeweils InGaAlP in Frage.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst das erste Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n-mP, wobei 0,3 < n < 0, 6, 0 < m < 0,2 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist. Die erste Halbleiterschicht kann die Funktion einer Pufferschicht aufweisen. Mit einem Indiumanteil zwischen 40 % und 60 % kann eine geeignete Gitterkonstante erzielt werden.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst das zweite Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n_ mP, wobei 0 < n < 0, 6, 0 < m < 0, 6 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist. Die zweite Halbleiterschicht kann beispielsweise die Funktion einer Kontaktschicht oder einer Kontakt- und Stromaufweitungsschicht aufweisen. Die zweite Halbleiterschicht kann dünner ausgebildet sein als die erste Halbleiterschicht. Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht eine Dicke zwischen 10 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 100 nm, aufweisen, wobei Herstellungstoleranzen von ± 10 % auftreten können. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke treten in der zweiten Halbleiterschicht beziehungsweise Kontaktschicht relativ wenige Absorptionsverluste auf.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist der zweite Halbleiterbereich eine dritte Halbleiterschicht auf, die auf einer der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht angeordnet ist. Für die dritte Halbleiterschicht kommt wie für die erste und zweite Halbleiterschicht ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere InGaAlP, in Frage . Die Verbindungshalbleitermaterialien der zweiten und dritten Halbleiterschicht können sich in ihrem Galliumanteil und/oder der Höhe ihrer Dotierung unterscheiden . Beispielsweise kann es sich bei der zweiten Halbleiterschicht , wie bereits oben erwähnt , um eine Kontaktschicht und bei der dritten Halbleiterschicht um eine Stromaufweitungsschicht handeln .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung ist eine der ersten Hauptfläche gegenüberliegende zweite Hauptfläche des Halbleiterschichtenstapels frei von der ersten und zweiten Kontaktstruktur . Die zweite Hauptfläche kann sich an einer zur Strahlungsemission vorgesehenen Vorderseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements befinden . Ein wesentlicher Teil der zu emittierenden Strahlung kann durch die zweite Hauptfläche hindurchtreten und würde an Kontaktstrukturen, die auf der zweiten Hauptfläche angeordnet sind, teilweise absorbiert werden . Dies kann vorteilhafterweise durch eine Anordnung der Kontaktstrukturen außerhalb der zweiten Hauptfläche verhindert werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist die zumindest eine Vertiefung zwischen der aktiven Zone und der zweiten Halbleiterschicht einen verbreiterten Bereich auf . Der verbreiterte Bereich kann als ein Indi z eines zweistufigen Ätzprozesses zur Herstellung der zumindest einen Vertiefung, wie nachfolgend im Zusammenhang mit dem Herstellungsverfahren näher beschrieben wird, gewertet werden .
Beispielsweise kann der verbreiterte Bereich eine Tiefe beziehungsweise vertikale Ausdehnung aufweisen, die zumindest annähernd mindestens 25 % einer Dicke der ersten Halbleiterschicht und höchstens der Dicke der ersten Halbleiterschicht entspricht . Die vertikale Ausdehnung kann dabei eine Ausdehnung entlang einer vertikalen Richtung bezeichnen, die beispielsweise antiparallel zu einer Wachstumsrichtung, in welcher die Halbleiterbereiche aufeinander auf gewachsen sind, verläuft . Darüber hinaus kann der verbreiterte Bereich eine laterale Ausdehnung aufweisen, die um etwa 10 % mit Toleranzen von ± 10 % von einer zu erwartenden lateralen Ausdehnung am Boden der Vertiefung, die bei einer Fortsetzung der ursprünglichen Form der Vertiefung erreicht würde , abweicht . Für die laterale Ausdehnung des verbreiterten Bereichs kommen beispielsweise Werte zwischen 5 , 5 pm und 7 , 5 pm mit Toleranzen von ± 10 % in Frage .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist die zweite Kontaktstruktur eine Anschlussschicht auf . Die Anschlussschicht kann eine oder mehrere Oberflächen des Halbleiterschichtenstapels , welche die zumindest eine Vertiefung begrenzen, bedecken . Für die Anschlussschicht sind Materialverbindungen und/oder Schichtenstapel geeignet , die metallisch sind . Beispielsweise kommen für die Anschlussschicht Au oder Pd in Frage . Die Anschlussschicht kann einen Dotierstof f wie beispielsweise Ge aufweisen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung besteht in dem verbreiterten Bereich der zumindest einen Vertiefung zwischen dem Halbleiterschichtenstapel und der zweiten Kontaktstruktur ein Hohlraum . Der Hohlraum kann gasgefüllt sein oder aber im Wesentlichen ungefüllt sein, so dass darin ein Vakuum existiert . Beispielsweise kann der Verlauf der Anschlussschicht sowie gegebenenfalls weiterer, auf den Halbleiterschichtenstapel aufgebrachter Schichten in dem verbreiterten Bereich weiterhin der ursprünglichen Form der Vertiefung folgen, die sie bei einer Fortsetzung ohne verbreiterten Bereich aufweisen würde . Da es also möglich ist , dass die zweite Kontaktstruktur beziehungsweise die Anschlussschicht und gegebenenfalls die weiteren Schichten im verbreiterten Bereich der Vertiefung nicht konform auf den Halbleiterschichtenstapel aufgebracht ist/ sind, kann ein Hohlraum entstehen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine I solierschicht , die zwischen dem Halbleiterschichtenstapel und der Anschlussschicht angeordnet ist . Die I solierschicht kann ein elektrisch isolierendes Material wie etwa Sili ziumoxid oder Sili ziumnitrid enthalten oder aus einem dieser Materialien bestehen . Beispielsweise kann die I solierschicht auf einer oder mehreren die Vertiefung seitlich begrenzenden Oberfläche (n) des Halbleiterschichtenstapels angeordnet sein . Die Oberfläche am Boden der Vertiefung kann von der I solierschicht unbedeckt sein, so dass die zweite Halbleiterschicht von der zweiten Kontaktstruktur beziehungsweise von der Anschlussschicht kontaktiert werden kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen Träger, auf dem der Halbleiterschichtenstapel angeordnet ist . Dabei können der erste Halbleiterbereich auf einer dem Träger zugewandten Seite der aktiven Zone und der zweite Halbleiterbereich auf einer dem Träger abgewandten Seite der aktiven Zone angeordnet sein . Der Träger kann ein Halbleitermaterial wie beispielsweise Ge oder Si oder ein Keramikmaterial wie beispielsweise SiN enthalten oder daraus bestehen .
Das nachfolgend beschriebene Verfahren ist für die Herstellung zumindest eines wie oben beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements geeignet . Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement beschriebene Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung eines Verfahrens zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses folgende Schritte , beispielsweise in der angegebenen Reihenfolge :
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge zur Herstellung zumindest eines Halbleiterschichtenstapels , wobei die Halbleiterschichtenfolge umfasst :
- einen ersten Halbleiterbereich,
- einen zweiten Halbleiterbereich,
- eine aktive Zone , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich angeordnet ist , wobei der zweite Halbleiterbereich eine erste Halbleiterschicht und eine zweite Halbleiterschicht aufweist und die zweite Halbleiterschicht auf einer der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist , und
- eine erste Hauptfläche
- Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur auf der ersten Hauptf läche ,
- Erzeugen zumindest einer Vertiefung, die sich von der ersten Hauptfläche durch den ersten Halbleiterbereich und die aktive Zone hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht endet , - Ausbilden einer zweiten Kontaktstruktur , die bereichsweise an der ersten Hauptfläche und in der zumindest einen Vertiefung angeordnet wird, wobei die zumindest eine Vertiefung durch einen zweistufigen Ätzprozess erzeugt wird und die Halbleiterschichtenfolge in einem ersten Ätzschritt bis in die erste Halbleiterschicht und in einem zweiten Ätzschritt bis an die zweite Halbleiterschicht geätzt wird .
Im Unterschied zu einem einstufigen Ätzprozess , bei welchem das Ende des Ätzprozesses beziehungsweise die Ätztiefe weniger präzise gesteuert werden kann als bei einem wie hier beschriebenen zweistufigen Ätzprozess , so dass die Halbleiterschicht , in welcher der Ätzprozess stoppen soll , vergleichsweise dick ausgebildet werden muss , kann die zweite Halbleiterschicht hier vergleichsweise dünn, beispielweise mit einer Dicke zwischen 10 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 100 nm, ausgebildet werden, wobei typische Herstellungstoleranzen von ± 10 % auftreten können . Die erste Halbleiterschicht , in welcher der erste Ätzschritt endet , kann hingegen dicker ausgebildet werden als die zweite Halbleiterschicht . Für die Dicke der ersten Halbleiterschicht kommen beispielsweise Werte zwischen 0 , 4 pm und 0 , 6 pm mit Toleranzen von ± 10 % in Frage . Die Dicke der ersten Halbleiterschicht trägt beispielsweise den beim ersten Ätzschritt vorkommenden Dicken- und Ätzratenschwankungen Rechnung .
Die Halbleiterschichtenfolge entspricht beispielsweise hinsichtlich ihres Schichtaufbaus und ihrer Material zusammensetzung dem Halbleiterschichtenstapel , der aus ihr hergestellt wird, so dass die diesbezüglich gemachten Aus führungen für die Halbleiterschichtenfolge entsprechend gelten . Vorzugsweise entsteht aus dem ersten Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge der erste Halbleiterbereich des zumindest einen Halbleiterschichtenstapels , aus der aktiven Zone der Halbleiterschichtenfolge die aktive Zone des zumindest einen Halbleiterschichtenstapels und aus dem zweiten Halbleiterbereich der Halbleiterschichtenfolge der zweite Halbleiterbereich des zumindest einen Halbleiterschichtenstapels . Insbesondere wird die erste Halbleiterschicht des zweiten Halbleiterbereichs aus einem ersten Verbindungshalbleitermaterial , beispielsweise InAlP, und die zweite Halbleiterschicht aus einem zweiten Verbindungshalbleitermaterial , beispielsweise InGaAlP, gebildet , wobei das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial .
Die Halbleiterschichtenfolge kann auf einem Substrat bereitgestellt werden, auf dem sie beispielsweise epitaktisch auf gewachsen ist .
Weiterhin werden die erste und zweite Kontaktstruktur , die auf der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet werden, so gestaltet , dass daraus eine erste und zweite Kontaktstruktur für zumindest ein optoelektronisches Halbleiterbauelement hergestellt werden kann . Daher gelten die im Zusammenhang mit der ersten und zweiten Kontaktstruktur des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemachten Aus führungen, etwa hinsichtlich Aufbau und geeigneten Materialien, entsprechend . Insbesondere kann die zweite Kontaktstruktur eine Anschlussschicht aufweisen, die zur Herstellung einer Anschlussschicht der zweiten Kontaktstruktur zumindest eines Halbleiterbauelements vorgesehen ist . Die Anschlussschicht kann eine oder mehrere Oberflächen der Halbleiterschichtenfolge , welche die zumindest eine Vertiefung begrenzen, bedecken .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung umfasst der erste Ätzschritt einen Trockenätzprozess . Weiterhin kann der zweite Ätzschritt einen nasschemischen Ätzprozess umfassen . Für den zweiten Ätzschritt beziehungsweise nasschemischen Ätzprozess wird insbesondere ein Ätzmittel mit ausreichender Selektivität verwendet , das für die erste Halbleiterschicht mit einem höheren Aluminiumanteil eine höhere Ätzrate aufweist als für die zweite Halbleiterschicht mit einem geringeren Aluminiumanteil . Beispielsweise kann die Ätzrate in der zweiten Halbleiterschicht um mehr als eine Größenordnung kleiner sein als in der ersten Halbleiterschicht . Dadurch kann der Ätzvorgang gezielt an der zweiten Halbleiterschicht beendet werden . Damit sind gewünschte Ätztiefen gezielt einstellbar .
Als Ätzmittel kommen beispielsweise wässrige Lösungen, zum Beispiel verdünnte Sal zsäure oder verdünnte Schwefelsäure , in Frage .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung wird mittels des zweiten Ätzschrittes ein verbreiterter Bereich der zumindest einen Vertiefung erzeugt . Der verbreiterte Bereich entsteht durch eine Unterätzung in der ersten Halbleiterschicht . Für die Größe des verbreiterten Bereichs gelten die bereits im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterbauelement gemachten Angaben . Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung wird zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Anschlussschicht eine I solierschicht ausgebildet , die zur Herstellung einer I solierschicht in zumindest einem Halbleiterbauelement vorgesehen ist . Daher gelten die im Zusammenhang mit der I solierschicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements gemachten Aus führungen, etwa hinsichtlich Struktur und geeigneter Materialien, entsprechend . Beispielsweise kann die I solierschicht als geschlossene Schicht auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden, so dass die Vertiefung beziehungsweise einen ersten Teilbereich der Vertiefung begrenzende Oberflächen vollständig bedeckt werden . Anschließend kann die I solierschicht teilweise entfernt werden, so dass eine am Boden der Vertiefung beziehungsweise des ersten Teilbereichs der Vertiefung angeordnete Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge freigelegt wird .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung wird die I solierschicht aufgebracht , bevor der zweite Ätzschritt durchgeführt wird . In diesem Fall kann die I solierschicht beim zweiten Ätzschritt unterätzt werden und einen Abstand zur Halbleiterschichtenfolge aufweisen . Es ist j edoch auch möglich, dass die I solierschicht nach dem zweiten Ätzschritt aufgebracht wird . In diesem Fall kann sich die I solierschicht näher an der Halbleiterschichtenfolge befinden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form oder Ausgestaltung weist die aktive Zone eine Quantentopfstruktur auf , wobei in Bereichen der aktiven Zone , die an die Vertiefung angrenzen, eine Durchmischung der Quantentopfstruktur durchgeführt wird . Dabei werden Quantentöpfe und Barriereschichten durchmischt , so dass eine höhere Bandlücke auftritt , was zu weniger Ladungsträgern und Oberflächenrekombination führt . Die Durchmischung kann erfolgen, bevor Schichten, beispielsweise die I solierschicht oder Anschlussschicht , in der Vertiefung auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden . Ferner ist es möglich, die Durchmischung durchzuführen, bevor die Vertiefung erzeugt wird .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement eignet sich für Proj ektions- und Beleuchtungsanwendungen, beispielsweise im längerwelligen, etwa roten bis infraroten, Spektralbereich .
Weitere Vorteile , vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .
Es zeigen :
Figuren 1 bis 11 schematische Querschnittsansichten verschiedener Verfahrensschritte eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel und
Figur 12 eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem Aus führungsbeispiel .
In den Aus führungsbeispielen und Figuren können gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente j eweils mit denselben oder ähnlichen Bezugs zeichen, die sich nur durch einen Strich voneinander unterscheiden, versehen sein . Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht notwendigerweise als maßstabsgerecht anzusehen; vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein .
Anhand der Figuren 1 bis 11 werden ein Aus führungsbeispiel eines Verfahrens beziehungsweise eines Schichtenverbunds 100 , das/der dafür geeignet ist , ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 wie beispielsweise nachfolgend in Verbindung mit Figur 12 beschrieben herzustellen, sowie mögliche Varianten des Aus führungsbeispiels beschrieben . Die gestrichelten Bereiche in den Figuren symbolisieren weitere Bereiche des Schichtenverbunds 100 , die beispielsweise die Herstellung einer Viel zahl optoelektronischer Halbleiterbauelemente 1 ermöglichen .
Das Verfahren umfasst einen Schritt des Bereitstellens einer Halbleiterschichtenfolge 2 ' zur Herstellung zumindest eines Halbleiterschichtenstapels 2 (vgl . Figur 12 ) , wobei die Halbleiterschichtenfolge 2 ' auf einem Substrat 3 bereitgestellt wird (vgl . Figur 1 ) . Die Halbleiterschichtenfolge 2 ' kann aus Halbleitermaterialien gebildet sein, die auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basieren . Weiterhin kann das Substrat 3 aus einem Halbleitermaterial gebildet sein, das auf einem Arsenid- Verbindungshalbleiter basiert . Beispielsweise kommt für das Substrat 3 GaAs in Frage . Insbesondere handelt es sich bei dem Substrat 3 um ein Aufwachssubstrat , auf dem die Halbleiterschichtenfolge 2 ' epitaktisch abgeschieden ist .
Die Halbleiterschichtenfolge 2 ' umfasst einen ersten Halbleiterbereich 4 ' eines ersten Leit f ähigkeitstyps , beispielsweise einer p-Leitfähigkeit , einen zweiten Halbleiterbereich 6 ' eines zweiten Leit f ähigkeitstyps , beispielsweise einer n-Leitf ähigkeit , sowie eine aktive Zone 5 ' , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 4 ' , 6 ' angeordnet ist . Dabei befindet sich der erste Halbleiterbereich 4 ' auf einer dem Substrat 3 abgewandten Seite der aktiven Zone 5 ' , während sich der zweite Halbleiterbereich 6 ' zwischen dem Substrat 3 und der aktiven Zone 5 ' befindet .
Der erste und zweite Halbleiterbereich 4 ' , 6 ' können j eweils eine Folge von Einzelschichten aufweisen, die dotiert , teilweise j edoch auch undotiert oder gering dotiert sein können . Beispielsweise kann der erste Halbleiterbereich 4 ' nahe der aktiven Zone 5 ' eine Conf inement-Schicht aufweisen (nicht dargestellt ) . Weiterhin umfasst der zweite Halbleiterbereich 6 ' eine erste Halbleiterschicht 7 ' und eine zweite Halbleiterschicht 8 ' , die auf einer der aktiven Zone 5 ' abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 7 ' angeordnet ist . Die zweite Halbleiterschicht 8 ' kann so gestaltet sein, dass sie die Funktion einer Kontakt- und Stromaufweitungsschicht übernimmt . Es ist j edoch auch möglich, dass die verschiedenen Funktionen durch verschiedene Schichten realisiert werden . In dem dargestellten Aus führungsbeispiel weist die zweite Halbleiterschicht 8 ' die Funktion einer Kontaktschicht auf . Für die Funktion einer Stromaufweitungsschicht ist eine dritte Halbleiterschicht 9 ' vorgesehen, die sich auf einer der ersten Halbleiterschicht 7 ' abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht 8 ' befindet . Ferner kann der zweite Halbleiterbereich 6 ' eine Strahlungsaustrittsschicht 10 ' aufweisen, die auf einer dem Substrat 3 zugewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ' angeordnet ist und mit einer Strahlungsauskoppelstruktur zur Verbesserung der Strahlungsemission im fertigen Halbleiterbauelement versehen werden kann . Ferner kann die aktive Zone 5' eine Folge von Einzelschichten aufweisen. Mittels der Einzelschichten kann eine Quantentopfstruktur, insbesondere eine Einfach- Quantentopfstruktur (Single Quantum Well, SQW) oder Mehrfach- Quantentopfstruktur (Multiple Quantum Well, MQW) , ausgebildet sein .
Die erste Halbleiterschicht 7 ' des zweiten Halbleiterbereichs 6 ' kann aus einem ersten Phospid- Verbindungshalbleitermaterial und die zweite Halbleiterschicht 8 ' kann aus einem zweiten Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial gebildet werden, wobei das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial. Insbesondere umfasst das erste Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n-mP, wobei 0,3 < n < 0, 6, 0 < m < 0,2 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist. Die erste Halbleiterschicht 7 ' kann die Funktion einer Pufferschicht aufweisen. Mit einem Indiumanteil zwischen 40 % und 60 % kann eine geeignete Gitterkonstante erzielt werden. Weiterhin kann das zweite Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n-mP aufweisen, wobei 0 < n < 0, 6, 0 < m < 0, 6 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist. Die dritte Halbleiterschicht 9' kann, wie die erste und zweite Halbleiterschicht 7', 8', aus einem Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial , insbesondere aus InGaAlP gebildet werden, wobei sich die Verbindungshalbleitermaterialien der zweiten und dritten Halbleiterschicht 8', 9' in ihrem Galliumanteil und/oder der Höhe ihrer Dotierung unterscheiden.
Die zweite Halbleiterschicht 8 ' kann dünner ausgebildet werden als die erste Halbleiterschicht 7 ' . Beispielsweise kann die zweite Halbleiterschicht 8 ' eine Dicke d2 zwischen 10 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 100 nm, aufweisen, wobei typische Herstellungstoleranzen von ± 10 % auftreten können. Aufgrund der vergleichsweise geringen Dicke d2 können in der zweiten Halbleiterschicht 8 ' beziehungsweise Kontaktschicht Absorptionsverluste reduziert werden. Die Dicke kann eine vertikale Ausdehnung entlang einer vertikalen Richtung V bezeichnen, die beispielsweise parallel zu einer Wachstumsrichtung, in welcher die Halbleiterbereiche 6', 5', 4' aufeinander auf gewachsen sind, verläuft.
Weiterhin umfasst das Verfahren einen Schritt des Ausbildens einer ersten Kontaktstruktur 11' auf einer ersten Hauptfläche 2A' der Halbleiterschichtenfolge 2', wobei die erste Hauptfläche 2A' die Halbleiterschichtenfolge 2' auf einer substratabgewandten Seite nach außen begrenzt (vgl. Figur 1) . Der Schritt des Ausbildens der ersten Kontaktstruktur 11' kann dabei das Erzeugen einer ersten Spreizschicht 12 ' auf der ersten Hauptfläche 2A' einschließen. Die erste Spreizschicht 12 ' kann in direktem Kontakt mit dem ersten Halbleiterbereich 4' aufgebracht werden. Die erste Spreizschicht 12 ' kann einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet werden. Für die erste Spreizschicht 12' kommen zum Beispiel TCOs (Transparent Conductive Oxides) wie ITO, ZnO, InZnO oder A1O in Frage.
Weiterhin kann der Schritt des Ausbildens der ersten Kontaktstruktur 11' das Erzeugen einer zweiten Spreizschicht 14 ' umfassen, die auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 ' abgewandten Seite der ersten Spreizschicht 12 ' angeordnet und mit dieser elektrisch leitend verbunden wird. Dabei kann die zweite Spreizschicht 14 ' einen größeren Bereich der ersten Hauptfläche 2A' abdecken als die erste Spreizschicht 12'. Beispielsweise handelt es sich bei der zweiten Spreizschicht 14 ' um eine metallische Schicht, die einschichtig oder mehrschichtig ausgebildet werden kann.
Ferner kann der Schritt des Ausbildens der ersten Kontaktstruktur 11' das Erzeugen einer Spiegelschicht 13', die beispielsweise aus Ag gebildet wird, zwischen der ersten und zweiten Spreizschicht 12', 14' umfassen. Während im Betrieb des fertigen Halbleitbauelements 1 (vgl. Figur 12) von der aktiven Zone 5', 5 emittierte Strahlung zu einem wesentlichen Teil durch die erste Spreizschicht 12', 12 transmittiert werden kann, ist es durch die Spiegelschicht 13', 13 möglich, die emittierte Strahlung in Richtung einer der ersten Hauptfläche 2A', 2A gegenüberliegenden zweiten Hauptfläche 2B', 2B umzulenken und die zweite Spreizschicht 14', 14, an der Absorptionen auftreten können, gegen die Strahlung abzuschirmen.
Zur Erzielung einer vorteilhaften Ref lektivität an der Rückseite des fertigen Halbleiterbauelements kann auf der ersten Hauptfläche 2A' ein Reflexionselement 15' angeordnet werden (vgl. Figur 1) . Das Reflexionselement 15' kann abwechselnd angeordnete Schichten eines höheren und eines niedrigeren Brechungsindex aufweisen. Bei den Schichten kann es sich um dielektrische Schichten handeln, für die Materialien wie SiO, SiN, NbO oder HfO in Frage kommen. Beispielsweise umfasst das Reflexionselement 15' einen Bragg- Spiegel. Das Reflexionselement 15' kann die erste Hauptfläche 2A' bedecken und dabei die erste Spreizschicht 12' teilweise überdecken. Das Reflexionselement 15' kann mit einer Öffnung 16 versehen werden, in welche sich die zweite Spreizschicht 14' und gegebenenfalls die Spiegelschicht 13' bis zur ersten Spreizschicht 12' hineinerstrecken. Ferner kann in einem lateralen Abstand zur Öffnung 16 eine Öffnung 17 in der zweiten Spreizschicht 14 ' und gegebenenfalls in der Spiegelschicht 13' ausgebildet werden.
Auf einer der Halbleiterschichtenfolge 2 ' abgewandten Seite der zweiten Spreizschicht 14' kann eine Isolationsschicht 18' aufgebracht werden, welche die erste Hauptfläche 2A' zumindest größtenteils bedeckt und sich bis in die Öffnung 17 erstreckt. Die Isolationsschicht 18' ist dafür vorgesehen, die erste Kontaktstruktur 11' und eine zweite Kontaktstruktur 21' (vgl. Figur 10) an der ersten Hauptfläche 2A' elektrisch voneinander zu isolieren.
Wie aus den Figuren 2 und 6 hervorgeht, umfasst das Verfahren ferner einen Schritt des Erzeugens zumindest einer Vertiefung 19, die sich von der ersten Hauptfläche 2A' durch den ersten Halbleiterbereich 4 ' und die aktive Zone 5 ' hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht 8' endet. Die Vertiefung 19 kann bereits an der Isolationsschicht 18' beginnen und durch die Öffnung 17 verlaufen.
Die Vertiefung 19 wird durch einen zweistufigen Ätzprozess erzeugt. Dabei wird die Halbleiterschichtenfolge 2' in einem ersten Ätzschritt bis in die erste Halbleiterschicht 7 ' geätzt. Der erste Ätzschritt umfasst beispielsweise einen Trockenätzprozess. Ein dabei erzeugter erster Bereich 19A der Vertiefung 19 wird seitlich durch eine oder mehrere Oberflächen 2C' der Halbleiterschichtenfolge 2' begrenzt, die im Querschnitt jeweils in einem Winkel 90° < a < 180°, insbesondere 95° < a < 115°, zu einer den ersten Bereich 19A am Boden begrenzenden Oberfläche 2D' der Halbleiterschichtenfolge 2' verlaufen können (vgl. Figur 2) . Der erste Bereich 19A kann die Form eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes aufweisen .
Ferner kann das Verfahren, wie in Figur 3 durch Pfeile angedeutet , einen Schritt der Durchmischung der Quantentopfstruktur der aktiven Zone 5 ' in Bereichen, die an die Vertiefung 19 beziehungsweise an den ersten Bereich 19A der Vertiefung 19 angrenzen, umfassen . Dabei werden Quantentöpfe und Barriereschichten, beispielsweise thermisch gegebenenfalls durch Einbringung von Verunreinigungen, durchmischt , so dass eine höhere Bandlücke auftritt , was zu weniger Ladungsträgern und Oberflächenrekombination führt . Dieser Schritt wird beispielsweise dann durchgeführt , wenn Oberflächenrekombinationen in der Vertiefung 19 eine Rolle spielen . Die Durchmischung erfolgt insbesondere in einem frühen Stadium, beispielsweise auch schon vor Erzeugen der Vertiefung 19 , damit auch höhere Temperaturen möglich sind .
Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Erzeugens einer I solierschicht 20 ' aufweisen, der wie in diesem Aus führungsbeispiel vor dem zweiten Ätzschritt erfolgt . Es ist j edoch auch möglich, dass dieser Schritt nach dem zweiten Ätzschritt durchgeführt wird .
Wie in Figur 4 dargestellt , wird die I solierschicht 20 ' beispielsweise als geschlossene Schicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 ' aufgebracht , so dass die den ersten Bereich 19A der Vertiefung 19 begrenzenden Oberflächen 20 ' , 2D ' vollständig bedeckt werden . Anschließend wird die I solierschicht 20 ' teilweise entfernt , so dass die am Boden des ersten Bereichs 19A der Vertiefung 19 angeordnete Oberfläche 2D ' der Halbleiterschichtenfolge 2 ' freigelegt wird (vgl . Figur 5 ) . Die I solierschicht 20 ' kann aus einem elektrisch isolierenden Material wie etwa Sili ziumoxid oder Sili ziumnitrid oder aus einer Kombination dieser Materialien gebildet werden .
Nach der Strukturierung der I solierschicht 20 ' erfolgt , wie in Figur 6 dargestellt , der zweite Ätzschritt , wobei die Halbleiterschichtenfolge 2 ' bis an die zweite Halbleiterschicht 8 ' geätzt wird . Beispielsweise umfasst der zweite Ätzschritt einen nasschemischen Ätzprozess . Für den zweiten Ätzschritt beziehungsweise nasschemischen Ätzprozess wird insbesondere ein Ätzmittel mit ausreichender Selektivität verwendet , das für die erste Halbleiterschicht 7 ' mit einem höheren Aluminiumanteil eine höhere Ätzrate aufweist als für die zweite Halbleiterschicht 8 ' mit einem geringeren Aluminiumanteil . Beispielsweise kann die Ätzrate in der zweiten Halbleiterschicht 8 ' um mehr als eine Größenordnung kleiner sein als in der ersten Halbleiterschicht 7 ' . Dadurch kann der Ätzvorgang gezielt an der zweiten Halbleiterschicht 8 ' beendet werden, so dass gewünschte Ätztiefen gezielt einstellbar sind . Als Ätzmittel kommen beispielsweise wässrige Lösungen, zum Beispiel verdünnte Sal zsäure oder verdünnte Schwefelsäure , in Betracht .
Im Unterschied zu einem weniger präzisen, einstufigen Ätzprozess , bei welchem die zu kontaktierende Halbleiterschicht aufgrund der höheren Toleranzen vergleichsweise dick ausgebildet werden muss , kann die zu kontaktierende zweite Halbleiterschicht 8 ' mit einer Dicke d2 zwischen 10 nm und 500 nm, insbesondere zwischen 20 nm und 100 nm, wobei typische Herstellungstoleranzen von ± 10 % auftreten können, vergleichsweise dünn ausgebildet werden . Die erste Halbleiterschicht 7 ' , in welcher der erste Ätzschritt endet , kann hingegen dicker ausgebildet werden als die zweite Halbleiterschicht 8 ' . Für die Dicke dl der ersten Halbleiterschicht 7 ' kommen beispielsweise Werte zwischen 0 , 4 pm und 0 , 6 pm mit Toleranzen von ± 10 % in Frage . Die Dicke dl der ersten Halbleiterschicht 7 ' trägt beispielsweise den beim ersten Ätzschritt vorkommenden Dicken- und Ätzratenschwankungen Rechnung .
Beim zweiten Ätzschritt wird ein verbreiterter Bereich 19B der Vertiefung 19 erzeugt . Der verbreiterte Bereich 19B entsteht durch eine Unterätzung in der ersten Halbleiterschicht 7 ' . Auch die I solierschicht 20 ' wird beim zweiten Ätzschritt unterätzt , so dass sie einen Abstand zur Halbleiterschichtenfolge 2 ' aufweist .
Beispielsweise kann der verbreiterte Bereich 19B eine Tiefe beziehungsweise vertikale Ausdehnung h aufweisen, die zumindest annähernd mindestens 25 % der Dicke dl der ersten Halbleiterschicht 7 ' und höchstens der Dicke dl entspricht . Die vertikale Ausdehnung h kann dabei eine Ausdehnung entlang der vertikalen Richtung V bezeichnen .
Darüber hinaus kann der verbreiterte Bereich 19B eine laterale Ausdehnung b aufweisen, die um etwa 10 % mit Toleranzen von ± 10 % von einer zu erwartenden lateralen Ausdehnung am Boden der Vertiefung 19 , die bei einer Fortsetzung der ursprünglichen Form der Vertiefung 19 beziehungsweise bei einer Fortsetzung der Form des ersten Bereichs 19A der Vertiefung 19 unter Beibehaltung des Winkels a (vgl . Figur 2 ) erreicht würde , abweicht . Für die laterale Ausdehnung b des verbreiterten Bereichs kommen beispielsweise Werte zwischen 5 , 5 pm und 7 , 5 pm mit Toleranzen von ± 10 % in Frage. Die laterale Ausdehnung b kann dabei eine Ausdehnung entlang einer lateralen Richtung L, die quer, beispielsweise senkrecht zur Richtung V verläuft, bezeichnen.
Das Verfahren umfasst ferner einen Schritt des Ausbildens einer zweiten Kontaktstruktur 21', die bereichsweise an der ersten Hauptfläche 2A' und in der Vertiefung 19 angeordnet wird (vgl. Figuren 7 bis 9) .
Der Schritt des Ausbildens der zweiten Kontaktstruktur 21' kann dabei das Erzeugen einer Anschlussschicht 22 ' umfassen, die eine oder mehrere Oberflächen 2C', 2D' der Halbleiterschichtenfolge 2', welche die Vertiefung 19 begrenzen, bedecken (vgl. Figur 7) . Beispielsweise kann die Anschlussschicht 22' nur die am Boden der Vertiefung 19 angeordnete Oberfläche 2D' oder zusätzlich die Oberflächen 20' bedecken. Die Anschlussschicht 22' wird insbesondere so aufgebracht, dass die zweite Halbleiterschicht 8 ' durch sie elektrisch kontaktiert werden kann. Die Anschlussschicht 22' kann aus einer oder mehreren Materialverbindungen und/oder einer Schichtenfolge von Materialien hergestellt werden, die metallisch sind. Beispielsweise kommen für die Anschlussschicht 22 ' Materialien oder Materialverbindungen in Frage, die Au oder Pd enthalten und beispielsweise mit Ge dotiert sind. Vor dem Aufbringen der Anschlussschicht 22' können Oberflächenoxide entfernt werden. Nach dem Aufbringen der Anschlussschicht 22 ' kann ein sogenannter Annealing- Prozess durchgeführt werden.
Wie aus Figur 7 hervorgeht, besteht in dem verbreiterten Bereich 19B der Vertiefung 19 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2' und der Isolierschicht 20' beziehungsweise Anschlussschicht 22' ein Hohlraum 23, der beispielsweise im Wesentlichen ungefüllt ist, so dass darin ein Vakuum existiert, oder der gasgefüllt ist. Dieser kann dadurch entstehen, dass die Isolierschicht 20' beziehungsweise Anschlussschicht 22 ' in dem verbreiterten Bereich 19B weiterhin in ihrem Verlauf der ursprünglichen Form der Vertiefung 19 beziehungsweise der Form des ersten Bereichs 19A der Vertiefung 19 folgen.
Wie aus Figur 8 hervorgeht, kann der Schritt des Ausbildens der zweiten Kontaktstruktur 21' ferner das Ausbilden einer Lotbarriereschicht 24 ' sowie das Ausbilden einer ersten Lotschicht 25' umfassen, wobei die Lotbarriereschicht 24' zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 ' und der ersten Lotschicht 25' angeordnet wird. Die Lotbarriereschicht 24' ist dafür vorgesehen, das Eindiffundieren von Lotmaterial beispielsweise in die Schichten 2', 13' 18', 20' zu verhindern. Die Lotbarriereschicht 24' und die erste Lotschicht 25' können die erste Hauptfläche 2A' bedecken und außerdem die Vertiefung 19 ausfüllen. Geeignete Materialien für die Lotbarriereschicht 24' sind beispielsweise WTi, Ti oder Ta. Für die erste Lotschicht 25' kommen beispielsweise AuPt, Au oder Ni in Frage.
Ferner kann der Schritt des Ausbildens der zweiten Kontaktstruktur 21' das Ausbilden einer zweiten Lotschicht (nicht dargestellt) auf der ersten Lotschicht 25' aufweisen, die sich beim Bonden auf einen Träger 27 ' mit der ersten Lotschicht 25' verbindet, so dass eine Verbindungsschicht 26' entsteht (vgl. Figur 9) . Geeignete Materialien für die zweite Lotschicht sind beispielsweise Sn und InSn, so dass die Verbindungsschicht 26' beispielsweise AuSn, AuInSn, NiSn oder NilnSn enthält. Der Träger 27' kann aus einem Halbleitermaterial wie beispielsweise Ge oder Si oder einem Keramikmaterial wie beispielsweise SiN gebildet sein . Der Träger 27 ' wird auf einer dem Substrat 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ' aufgebracht .
Das Verfahren kann ferner einen Schritt des Entfernens des Substrats 3 umfassen (vgl . Figur 10 ) . Dabei kann die zweite Hauptfläche 2B ' der Halbleiterschichtenfolge 2 ' freigelegt werden . Beispielsweise kann das Substrat 3 mittels nasschemischen Ätzens entfernt werden . Weiterhin kann das Verfahren einen Schritt des Ausbildens einer Strahlungsauskoppelstruktur 28 ' in der Strahlungsaustrittsschicht 10 ' umfassen . Beispielsweise kann die Strahlungsauskoppelstruktur 28 ' durch Aufrauung einer dem Träger 27 ' abgewandten Oberfläche der Strahlungsaustrittsschicht 10 ' beziehungsweise durch Aufrauung des zweiten Halbleiterbereichs 6 ' an der zweiten Haupt fläche 2B ' erzeugt werden . Die Aufrauung kann beispielsweise mittels eines lithografischen Verfahrens und eines Trockenätzprozesses erfolgen .
Das Verfahren kann ferner einen Schritt der Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge 2 ' umfassen (vgl . Figur 10 ) . Beispielsweise kann die Strukturierung mittels Trockenätzens erfolgen . Bei der Strukturierung können Randbereiche der Halbleiterschichtenfolge 2 ' entfernt werden, so dass beispielsweise die zweite Sprei zschicht 14 ' zumindest bereichsweise über die Halbleiterschichtenfolge 2 ' übersteht und in dem überstehenden Bereich mit einem Kontaktpad 29 , das beispielsweise aus Au gebildet wird, in Kontakt gebracht werden kann (vgl . Figur 11 ) . Die Halbleiterschichtenfolge 2 ' kann derart strukturiert werden, dass sie eine mesaförmige Gestalt aufweist und der Träger 27 ' in Draufsicht auf die Halbleiterschichtenfolge 2 ' an allen Seiten über sie übersteht .
Anhand der Figur 12 wird ein Aus führungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 beschrieben, das mittels eines wie in Verbindung mit den Figuren 1 bis 11 beschriebenen Verfahrens herstellbar ist , wobei das optoelektronische Halbleiterbauelements 1 nach dem in Figur 11 dargestellten Schritt durch Herauslösung aus dem Schichtenverbund 100 zwischen den gestrichelten Bereichen vereinzelt wird . In Verbindung mit dem Verfahren beschriebene Merkmale und Zusammenhänge gelten daher entsprechend für das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 und umgekehrt .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist einen Träger 27 und einen darauf angeordneten Halbleiterschichtenstapel 2 auf , wobei der Träger 27 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 durch einen Vereinzelungsprozess aus dem Träger 27 ' (vgl . Figur 11 ) hervorgeht und der Halbleiterschichtenstapel 2 der strukturierten Halbleiterschichtenfolge 2 ' (vgl . Figur 11 ) entspricht .
Der Halbleiterschichtenstapel 2 weist der Halbleiterschichtenfolge 2 ' entsprechend einen ersten Halbleiterbereich 4 , einen zweiten Halbleiterbereich 6 und eine aktive Zone 5 auf , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich 4 , 6 angeordnet ist und zur Erzeugung beziehungsweise Emission von elektromagnetischer Strahlung, beispielsweise im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich, vorgesehen ist . Dementsprechend kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 im Betrieb elektromagnetische Strahlung beispielsweise im sichtbaren bis infraroten Spektralbereich emittieren . Dabei kann ein wesentlicher Teil der Strahlung an einer zweiten Hauptfläche 2B des Halbleiterschichtenstapels 2 , die an einer Vorderseite des Halbleiterbauelements 1 angeordnet ist , emittiert werden .
Vorteilhaftweise ist die zweite Hauptfläche 2B frei von Kontaktstrukturen, so dass an der zweiten Hauptfläche 2B keine durch Abschattung verursachten Strahlungsverluste auftreten . Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 weist eine erste Kontaktstruktur 11 zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs 4 auf , die bereichsweise an einer ersten Hauptfläche 2A des Halbleiterschichtenstapels 2 angeordnet ist . Die erste Kontaktstruktur 11 kann, wie in Verbindung mit Figur 1 erläutert , eine erste , an der ersten Hauptfläche 2A angeordnete Sprei zschicht 12 sowie eine zweite , zwischen der ersten Sprei zschicht 12 und dem Träger 27 angeordnete Sprei zschicht 14 aufweisen . Zwischen der ersten und zweiten Sprei zschicht 12 , 14 kann eine Spiegelschicht 13 angeordnet sein, die bei guter elektrischer Lei fähigkeit ebenfalls einen Teil der ersten Kontaktstruktur 11 bildet .
Weiterhin weist das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 eine zweite Kontaktstruktur 21 zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs 6 auf , die bereichsweise an der ersten Hauptfläche 2A und in einer Vertiefung 19 des Halbleiterschichtenstapels 2 angeordnet ist . Wie bereits in Verbindung mit den Figuren 7 bis 10 näher erläutert , kann die zweite Kontaktstruktur 21 eine in der Vertiefung 19 angeordnete Anschlussschicht 22 , eine an den Träger 27 angrenzende Verbindungsschicht 26 sowie eine Lotbarriereschicht 24 aufweisen, die auf einer dem Halbleiterschichtenstapel 2 zugewandten Seite der
Verbindungsschicht 26 angeordnet ist .
Die erste Hauptfläche 2A, die beispielsweise durch eine Oberfläche des ersten Halbleiterbereichs 4 gebildet sein kann, ist gegenüberliegend von der zweiten Hauptfläche 2B, die beispielsweise durch eine Oberfläche des zweiten Halbleiterbereichs 6 gebildet sein kann, und auf einer dem Träger 27 zugewandten Seite des Halbleiterschichtenstapels 2 angeordnet . Der erste Halbleiterbereich 4 , beispielsweise ein p-leitender Bereich, kann auf einer dem Träger 27 zugewandten Seite der aktiven Zone 5 angeordnet sein . Der zweite Halbleiterbereich 6 , beispielsweise ein n-leitender Bereich, kann auf einer dem Träger 27 abgewandten Seite der aktiven Zone 5 angeordnet sein .
Wie bereits im Zusammenhang mit Figur 1 beschrieben, umfasst der zweite Halbleiterbereich 6 eine erste Halbleiterschicht 7 , die ein erstes Verbindungshalbleitermaterial mit einem höheren Aluminiumanteil aufweist , sowie eine zweite Halbleiterschicht 8 , die ein zweites , von dem ersten Verbindungshalbleitermaterial verschiedenes Verbindungshalbleitermaterial mit einem geringeren Aluminiumanteil aufweist . Bei dem ersten und zweiten Verbindungshalbleitermaterial handelt es sich beispielsweise j eweils um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial . Mittels des unterschiedlichen Aluminiumanteils in der ersten und zweiten Halbleiterschicht 7 , 8 kann der zweistufige Ätzprozess zur Herstellung der Vertiefung 19 so präzise gesteuert werden, dass er in der zweiten Halbleiterschicht 8 , mittels welcher der zweite Halbleiterbereich 6 elektrisch kontaktiert wird, stoppt . Durch die vergleichsweise geringen Dicken dl , d2 (vgl . hierzu die Aus führungen zu Figuren 1 und 6 ) , die mittels des präzisen, zweistufigen Ätzprozesses möglich sind, lässt sich unter anderem aufgrund geringerer Absorption ein ef fi zientes Halbleiterbauelement 1 realisieren . Die erste Halbleiterschicht 7 ist zwischen der aktiven Zone 5 und der zweiten Halbleiterschicht 8 angeordnet .
Die Vertiefung 19 , in welcher die zweite Kontaktstruktur 21 bereichsweise angeordnet ist , erstreckt sich von der ersten Hauptfläche 2A des Halbleiterschichtenstapels 2 durch den ersten Halbleiterbereich 4 und die aktive Zone 5 hindurch und endet an der zweiten Halbleiterschicht 8 . Beispielsweise kann die Vertiefung 19 beziehungsweise ein in der Vertiefung 19 angeordneter Kontaktbereich 21A der zweiten Kontaktstruktur 21 eine dreidimensionale Form mit veränderlichem Querschnitt aufweisen, beispielsweise die Form eines Kegelstumpfes oder Pyramidenstumpfes . Dabei kann der Querschnitt mit zunehmender Tiefe kleiner werden, wobei die Tiefe parallel zu einer vertikalen Richtung V, in welcher die Halbleiterbereiche 4 , 5 , 6 ausgehend vom Träger 27 aufeinander folgen, bestimmt werden kann . Beispielsweise werden Form und Größe des Kontaktbereichs 21A durch Form und Größe der Vertiefung 19 bestimmt . Die Form und Größe des Kontaktbereichs 21 kann der Form und Größe der Vertiefung 19 zumindest annähernd gleichen . Es ist möglich, dass das Halbleiterbauelement 1 im Falle eines zu hohen Kontakt- und/oder Flächenwiderstands mehr als eine Vertiefung 19 beziehungsweise mehr als einen Kontaktbereich 21A aufweist , wobei die Mehrzahl von Vertiefungen 19 beziehungsweise Kontaktbereichen 21A in ihrer Größe und/oder ihrem gegenseitigem Abstand variieren können .
Die Vertiefung 19 weist zwischen der aktiven Zone 5 und der zweiten Halbleiterschicht 8 einen verbreiterten Bereich 19B auf . Der verbreiterte Bereich 19B kann als ein Indi z des zweistufigen Ätzprozesses gewertet werden . Hinsichtlich der vertikalen Ausdehnung h und der lateralen Ausdehnung b des verbreiterten Bereichs 19B sei auf die Aus führungen im Zusammenhang mit Figur 6 verwiesen .
In dem verbreiterten Bereich 19B besteht zwischen dem Halbleiterschichtenstapel 2 und der zweiten Kontaktstruktur 21 ein Hohlraum 23 , der beispielsweise im Wesentlichen ungefüllt ist , so dass darin ein Vakuum existiert , oder der luftgefüllt ist . Beispielsweise kann der Verlauf der Anschlussschicht 22 sowie weiterer, auf den Halbleiterschichtenstapel 2 aufgebrachter Schichten wie beispielsweise einer I solierschicht 20 in dem verbreiterten Bereich 19B weiterhin der ursprünglichen Form der Vertiefung 19 folgen, die sie bei einer Fortsetzung ohne verbreiterten Bereich aufweisen würde (vgl . hierzu auch die Aus führungen zu Figur 2 ) .
Mittels der ersten und zweiten Kontaktstruktur 11 , 21 ist es möglich, das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 an nur einer Seite des Halbleiterbauelements 1 von außen elektrisch anzuschließen . Beispielsweise können ein erstes Kontaktpad 29 der ersten Kontaktstruktur 11 , das als eine erste Elektrode des Halbleiterbauelements 1 dient , und ein zweites Kontaktpad (nicht dargestellt ) der zweiten Kontaktstruktur 21 , das als eine zweite Elektrode des Halbleiterbauelements 1 dient , seitlich vom Halbleiterschichtenstapel 2 auf einem überstehenden Bereich des Trägers 27 angeordnet sein und zur Verbindung mit einem Kontaktmittel , beispielsweise einem Bonddraht , vorgesehen sein . Das erste Kontaktpad 29 ist auf einem von dem Halbleiterschichtenstapel 2 unbedeckten Bereich eines bereichsweise an der ersten Hauptfläche 2A angeordneten Reflexionselements 15 angeordnet , und erstreckt sich durch eine Öf fnung des Reflexionselements 15 hindurch bis zur zweiten Sprei zschicht 14 der ersten Kontaktstruktur 11 . Wie bereits in Verbindung mit Figur 1 näher erläutert , erstreckt sich die zweite Sprei zschicht 14 ebenso wie die Spiegelschicht 13 durch eine Öf fnung 16 in dem Reflexionselement 15 hindurch bis zur ersten Sprei zschicht 12 .
Mittels der I solierschicht 20 (vgl . diesbezüglich die Aus führungen zu den Figuren 4 bis 6 ) und einer I solationsschicht 18 (vgl . diesbezüglich die Aus führungen zu Figur 1 ) kann die erste Kontaktstruktur 11 von der zweiten Kontaktstruktur 21 elektrisch isoliert werden .
Die erste und zweite Kontaktstruktur 11 , 21 ermöglichen eine homogene Stromverteilung in dem Halbleiterschichtenstapel 2 , so dass auch größere Halbleiterbauelemente realisiert werden können .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102022119108.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauelement
2 Halbleiterschichtenstapel
2A erste Hauptfläche
2B zweite Hauptfläche
2C, 2D Oberfläche
2 ' Halbleiterschichtenfolge
2A' erste Hauptfläche
2B ' zweite Hauptfläche
2C', 2D' Oberfläche
2E, 2E ' Seitenfläche
3 Substrat
4, 4' erster Halbleiterbereich
5, 5' aktive Zone
6, 6' zweiter Halbleiterbereich
7, 7' erste Halbleiterschicht
8, 8' zweite Halbleiterschicht
9 dritte Halbleiterschicht
10, 10' Strahlungsaustrittsschicht
11, 11' erste Kontaktstruktur
12, 12' erste Spreizschicht
13, 13' Spiegelschicht
14, 14' zweite Spreizschicht
15, 15' Reflexionselement
16, 17 Öffnung
18, 18' Isolationsschicht
19 Vertiefung
19A erster Bereich
19B zweiter, verbreiterter Bereich
20, 20' Isolierschicht
21, 21' zweite Kontaktstruktur
21A Kontaktbereich 22, 22' Anschlussschicht
23 Hohlraum
24, 24' Lotbarriereschicht
25' erste Lotschicht 26, 26' Verbindungsschicht
27 , 27 ' Träger
28, 28' Strahlungsauskoppelstruktur
29 erstes Kontaktpad
100 Schichtenverbund a Winkel b laterale Ausdehnung dl, d2 Dicke h Tiefe, vertikale Ausdehnung
V vertikale Richtung
L laterale Richtung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) umfassend
- einen Halbleiterschichtenstapel (2) umfassend
- einen ersten Halbleiterbereich (4) ,
- einen zweiten Halbleiterbereich (6) und
- eine aktive Zone (5) , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4, 6) angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich (6) eine erste Halbleiterschicht (7) und eine zweite Halbleiterschicht (8) aufweist und die zweite Halbleiterschicht (8) auf einer der aktiven Zone (5) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (7) angeordnet ist,
- zumindest eine Vertiefung (19) , die sich von einer ersten Hauptfläche (2A) des Halbleiterschichtenstapels (2) durch den ersten Halbleiterbereich (4) und die aktive Zone (5) hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht (8) endet,
- eine erste Kontaktstruktur (11) zur elektrischen Kontaktierung des ersten Halbleiterbereichs (4) , die zumindest bereichsweise an der ersten Hauptfläche (2A) angeordnet ist,
- eine zweite Kontaktstruktur (21) zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs (6) , die bereichsweise an der ersten Hauptfläche (2A) und in der zumindest einen Vertiefung (19) angeordnet ist, wobei die erste Halbleiterschicht (7) ein erstes Verbindungshalbleitermaterial und die zweite Halbleiterschicht (8) ein zweites Verbindungshalbleitermaterial umfasst und das erste Verbindungshalbleitermaterial einen höheren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei das erste Verbindungshalbleitermaterial und das zweite Verbindungshalbleitermaterial jeweils ein Phosphid- Verbindungshalbleitermaterial ist .
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n-mP umfasst, wobei 0,3 < n < 0, 6, 0 < m < 0,2 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das zweite Verbindungshalbleitermaterial AlnGamIni-n-mP umfasst, wobei 0 < n < 0, 6, 0 < m < 0, 6 und 0,4 < n+m < 0, 6 ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Halbleiterschicht (8) dünner ausgebildet ist als die erste Halbleiterschicht (7) .
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Halbleiterbereich (6) eine dritte Halbleiterschicht (9) aufweist, die auf einer der ersten Halbleiterschicht (7) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (8) angeordnet ist und InGaAlP enthält, wobei sich die Verbindungshalbleitermaterialien der zweiten und dritten Halbleiterschicht (8, 9) in ihrem Galliumanteil und/oder der Höhe ihrer Dotierung unterscheiden.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine der ersten Hauptfläche (2A) gegenüberliegende zweite Hauptfläche (2B) des Halbleiterschichtenstapels (2) frei ist von der ersten und zweiten Kontaktstruktur (11, 21) .
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vertiefung (19) zwischen der aktiven Zone (5) und der zweiten Halbleiterschicht (8) einen verbreiterten Bereich (19B) aufweist .
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Kontaktstruktur (21) eine Anschlussschicht (22) aufweist, und die Anschlussschicht (22) eine oder mehrere Oberflächen (20, 2D) des Halbleiterschichtenstapels (2) , welche die zumindest eine Vertiefung (19) begrenzen, bedeckt.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei in dem verbreiterten Bereich (19B) zwischen dem
Halbleiterschichtenstapel (2) und der zweiten Kontaktstruktur (21) ein Hohlraum (23) besteht.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, das eine Isolierschicht (20) umfasst, wobei die Isolierschicht (20) zwischen dem Halbleiterschichtenstapel (2) und der Anschlussschicht (22) angeordnet ist.
12. Verfahren zur Herstellung zumindest eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend: - Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2') zur Herstellung zumindest eines Halbleiterschichtenstapels (2) , wobei die Halbleiterschichtenfolge (2') umfasst:
- einen ersten Halbleiterbereich (4') ,
- einen zweiten Halbleiterbereich (6') ,
- eine aktive Zone (5') , die zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich (4', 6') angeordnet ist, wobei der zweite Halbleiterbereich (6') eine erste Halbleiterschicht (7') und eine zweite Halbleiterschicht (8') aufweist und die zweite Halbleiterschicht (8') auf einer der aktiven Zone (5') abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (7') angeordnet ist, und
- eine erste Hauptfläche (2A')
- Ausbilden einer ersten Kontaktstruktur (11') auf der ersten Hauptfläche (2A') ,
- Erzeugen zumindest einer Vertiefung (19) , die sich von der ersten Hauptfläche (2A') durch den ersten Halbleiterbereich (4') und die aktive Zone (5') hindurch erstreckt und an der zweiten Halbleiterschicht (8') endet,
- Ausbilden einer zweiten Kontaktstruktur (21') , die bereichsweise an der ersten Hauptfläche (2A') und in der zumindest einen Vertiefung (19) angeordnet wird, wobei die zumindest eine Vertiefung (19) durch einen zweistufigen Ätzprozess erzeugt wird und die Halbleiterschichtenfolge (2') in einem ersten Ätzschritt bis in die erste Halbleiterschicht (7') und in einem zweiten Ätzschritt bis an die zweite Halbleiterschicht (8') geätzt wird.
13. Verfahren gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei der erste Ätzschritt einen Trockenätzprozess umfasst.
14. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Ätzschritt einen nasschemischen Ätzprozess umfasst.
15. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 14, wobei die erste Halbleiterschicht (7') mit einem ersten Verbindungshalbleitermaterial und die zweite Halbleiterschicht (8') mit einem zweiten Verbindungshalbleitermaterial gebildet wird, und das erste Verbindungshalbleitermaterial einen größeren Aluminiumanteil aufweist als das zweite Verbindungshalbleitermaterial.
16. Verfahren gemäß einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei für den nasschemischen Ätzprozess ein Ätzmittel verwendet wird, das für die erste Halbleiterschicht
(7') mit einem höheren Aluminiumanteil eine höhere Ätzrate aufweist als für die zweite Halbleiterschicht (8') mit einem geringeren Aluminiumanteil.
17. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 16, wobei mittels des zweiten Ätzschrittes ein verbreiterter Bereich (19B) der zumindest einen Vertiefung (19) erzeugt wird.
18. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 12 bis 17, wobei die aktive Zone (5') eine Quantentopfstruktur aufweist, und in Bereichen der aktiven Zone (5') , die an die zumindest eine Vertiefung (19) angrenzen, eine Durchmischung der Quantentopfstruktur durchgeführt wird.
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