DE102018111889A1

DE102018111889A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102018111889A1
Application number: DE102018111889.9A
Authority: DE
Inventors: Johannes Unger; Franz Eberhard; Fabian Kopp; Katharina Christoph
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-05-17
Filing date: 2018-05-17
Publication date: 2019-11-21
Also published as: US11127880B2; US20190355869A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (10) angegeben, das in einer Stapelrichtung einen ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps aufweist. Auf einer dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) ist eine elektrische Kontaktmetallisierung (20) angeordnet, die für die elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist. Die elektrische Kontaktmetallisierung (20) weist einen randseitig umlaufenden Strahlungsauskoppelbereich (10A) auf, wobei zwischen der elektrischen Kontaktmetallisierung (20) und dem zweiten Bereich (102) eine Absorberschichtstruktur (30) angeordnet ist.Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) angegeben.

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement handeln, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verringerte Helligkeit aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement in einer Stapelrichtung einen Halbleiterkörper mit einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps. Die Bereiche des Halbleiterkörpers sind insbesondere epitaktisch in der genannten Stapelrichtung auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsen.
Der aktive Bereich ist zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich in einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet und umfasst bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung. Die Stapelrichtung verläuft quer, bevorzugt senkrecht, zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers.
Der erste Leitungstyp ist insbesondere ein n-Leitungstyp, der beispielsweise durch Dotierung mit einem n-leitenden Material ausgebildet ist. Der zweite Leitungstyp ist insbesondere ein p-Leitungstyp, der beispielsweise durch Dotierung mit einem p-leitenden Material ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs angeordnete elektrische Kontaktmetallisierung, die für die elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist. Die Kontaktmetallisierung dient insbesondere der elektrischen Kontaktierung des zweiten Halbleiterbereichs und ist mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet. Insbesondere enthält die Kontaktmetallisierung mindestens eines der folgenden Metalle: Titan, Platin, Gold.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen randseitig um die Kontaktmetallisierung umlaufenden Strahlungsauskoppelbereich. Der Strahlungsauskoppelbereich dient zur Auskopplung von zumindest einem Teil der in dem aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Der Auskoppelgrad der in dem aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung wird unter anderem durch die räumliche Ausdehnung des Strahlungsauskoppelbereichs bestimmt. Eine kleine räumliche Ausdehnung der Strahlungsauskoppelfläche verringert den Auskoppelgrad und somit die Helligkeit des optoelektronischen Halbleiterbauelements insgesamt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zwischen der elektrischen Kontaktmetallisierung und dem zweiten Bereich eine Absorberschichtstruktur angeordnet. Die Absorberschichtstruktur kann nur eine Absorberschicht aufweisen oder aus mehreren Absorberschichten, vorzugsweise unterschiedlicher Materialien, zusammengesetzt sein. Die Absorberschichtstruktur ist zur Absorption von in dem aktiven Bereich erzeugter elektromagnetischer Strahlung eingerichtet und vorzugsweise mit einem Metall oder einer Metalllegierung gebildet.
Die Kontaktmetallisierung reflektiert seitens des Halbleiterkörpers einfallende elektromagnetische Strahlung in den Halbleiterkörper zurück. Mit anderen Worten, die elektromagnetische Strahlung durchläuft die Absorberschichtstruktur und wird dabei abgeschwächt. Anschließend wird die elektromagnetische Strahlung von der Kontaktmetallisierung reflektiert und durchläuft wiederum die Absorberschichtstruktur, wobei die elektromagnetische Strahlung erneut abgeschwächt wird. Zudem wird auch ein Teil der elektromagnetischen Strahlung von der Absorberschichtstruktur selbst in den Halbleiterkörper zurückreflektiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement

- einen Halbleiterkörper, aufweisend in einer Stapelrichtung einen ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps,
- eine auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs angeordnete elektrische Kontaktmetallisierung, die für die elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist und
- einen die elektrische Kontaktmetallisierung randseitig umlaufenden Strahlungsauskoppelbereich, wobei
- zwischen der elektrischen Kontaktmetallisierung und dem zweiten Bereich eine Absorberschichtstruktur angeordnet ist.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: In vielen Anwendungen, beispielsweise in der Automobilindustrie, ist eine gleichbleibende Helligkeit von optoelektronischen Halbleiterbauelementen bei unveränderten elektrischen Betriebsparametern über einen Zeitraum von mehreren Jahren von Bedeutung. Bedingt durch technologische Fortschritte in der Herstellung der lichterzeugenden aktiven Bereiche und des Halbleiterkörpers ergeben sich immer weitere Verbesserungen der Effizienz von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Um die Helligkeit eines optoelektronischen Halbleiterbauelements bei gleichbleibenden elektrischen Betriebsparametern konstant zu halten ist es wünschenswert, die Helligkeit auf einen gewünschten Wert einzustellen ohne die elektrischen Betriebsparameter zu verändern.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, durch eine vergleichsweise große Fläche der Kontaktmetallisierung und einer zwischen dem Halbleiterkörper und der Kontaktmetallisierung eingebrachten Absorberschichtstruktur einen Teil des in dem aktiven Bereich erzeugten Lichtes zu absorbieren. Dadurch kann vorteilhaft bei gleichbleibenden elektrischen Betriebsparametern eine gleichbleibende Helligkeit des optoelektronischen Halbleiterbauelements gewährleistet werden, auch wenn die Lichterzeugung in dem aktiven Bereich gesteigert wurde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest eine Schicht der Absorberschichtstruktur mit Gold gebildet. Gold weist insbesondere einen hohen Absorptionskoeffizienten für Licht in einem grünen und einem blauen Spektralbereich auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt die Dicke der mit Gold gebildeten Schicht in der Absorberschichtstruktur höchstens 500 nm. Bevorzugt liegt die Dicke der mit Gold gebildeten Schicht in der Absorberschichtstruktur in einem Bereich von 30 nm bis 300 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 100 nm bis 200 nm. Bei Bereichsangaben sind hier und im Folgenden die Grenzen jeweils eingeschlossen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest eine Schicht der Absorberschichtstruktur mit Palladium und/oder Nickel gebildet. Palladium und Nickel stellen einen vorteilhaft guten elektrischen Kontakt und eine gute mechanische Haftung zwischen einer metallischen Schicht und einer beispielsweise mit einem Galliumnitrid gebildeten Halbleiterschicht her.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements liegt die Dicke der mit Palladium und/oder Nickel gebildeten Schicht in der Absorberschichtstruktur in einem Bereich von 0,5 nm bis 100 nm. Bevorzugt liegt die Dicke der mit Palladium oder Nickel gebildeten Schicht in der Absorberschichtstruktur in einem Bereich von 2 nm bis 20 nm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 3 nm bis 10 nm. Die Dicke der mit Palladium und/oder Nickel gebildeten Schicht bestimmt die Absorptionswirkung der darüber liegenden Goldschicht. Je dicker die mit Palladium und/oder Nickel gebildete Schicht ist, desto weniger Absorptionswirkung entfaltet die darüber liegende Goldschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements basiert der Halbleiterkörper auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die aktive Epitaxie-Schichtenfolge oder zumindest eine Schicht davon ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des Al_nGa_mIn_1-n-mN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können. Weiter bevorzugt werden bei einem auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basierenden Halbleiterkörper ein p-Leitungstyp durch Dotierung mit Magnesium und/oder ein n-Leitungstyp durch Dotierung mit Silizium ausgebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zwischen der Absorberschichtstruktur und der elektrischen Kontaktmetallisierung eine Haftschicht angeordnet, die vorzugsweise mit Titan, Chrom, Nickel, Wolfram und/oder ITO (Indiumzinnoxid) gebildet ist. Die Haftschicht verbessert insbesondere die mechanische Haftung der Absorberschichtstruktur auf der Kontaktmetallisierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements nimmt die elektrische Kontaktmetallisierung einen Flächenanteil von mindestens 20% der Fläche des Halbleiterkörpers ein. Unter der Fläche des Halbleiterkörpers ist hierbei die abstrahlungsseitige Oberfläche des Halbleiterkörpers zu verstehen, insbesondere die Fläche, die ohne Kontaktmetallisierung zur Strahlungsauskopplung maximal zur Verfügung steht. Bevorzugt nimmt die elektrische Kontaktmetallisierung einen Flächenanteil von mindestens 40% und besonders bevorzugt von mindestens 60% der Fläche des Halbleiterkörpers ein. Da die Kontaktmetallisierung für die elektromagnetische Strahlung aus dem aktiven Bereich intransparent ausgeführt ist, entsteht durch einen erhöhten Flächenanteil der elektrischen Kontaktmetallisierung eine größere Abschattung der elektromagnetischen Strahlung. Mit anderen Worten, der Auskoppelgrad von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterkörper verringert sich bei einem vergrößerten Flächenanteil der Kontaktmetallisierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements liegt ein Abstand der Absorberschichtstruktur zu einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers in einem Bereich von 0,1 µm bis 15 µm. Bevorzugt liegt der Abstand der Absorberschichtstruktur zu einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers in einem Bereich von 0,5 µm bis 9 µm und besonders bevorzugt in einem Bereich von 1 µm bis 3 µm. Die Seitenfläche des Halbleiterkörpers erstreckt sich längs der und insbesondere parallel zu der Stapelrichtung des Halbleiterkörpers und ist somit quer, vorzugsweise senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterkörpers ist in dem Halbleiterkörper ausgehend von der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs entgegen der Stapelrichtung ein Graben ausgebildet, der den Strahlungsauskoppelbereich zumindest teilweise umschließt. Ein Graben, der den Strahlungsauskoppelbereich umschließt, vermindert vorteilhaft eine Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung an den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements durchdringt der Graben den Halbleiterkörper in Stapelrichtung mindestens zur Hälfte. Mit anderen Worten, die Tiefe des Grabens entspricht mindestens der halben Dicke des Halbleiterkörpers. Bevorzugt durchdringt der Graben den Halbleiterkörper in Stapelrichtung mindestens zu zwei Dritteln und besonders bevorzugt durchdringt der Graben den Halbleiterkörper in Stapelrichtung vollständig, beispielsweise bis hin zu einem Aufwachssubstrat oder Träger, auf den der Halbleiterkörper aufgebracht ist. Mit zunehmender Tiefe des Grabens verringert sich vorteilhafterweise die an den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ausgekoppelte elektromagnetische Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Länge des Grabens mindestens 10% des Umfangs des Strahlungsauskoppelbereichs aus. Unter dem Umfang des Strahlungsauskoppelbereichs ist im Zweifel der Umfang entlang einer lateralen Begrenzung des Strahlungsauskoppelbereichs auf einer der Kontaktmetallisierung abgewandten Seite zu verstehen. Die Länge des Grabens ist im Zweifel entlang der Grabenmitte zu messen. Bevorzugt beträgt die Länge des Grabens mindestens 50% des Umfangs des Strahlungsauskoppelbereichs auf. Der Graben kann dabei auch mehrere Teilstücke aufweisen, deren Längen sich entsprechend addieren. Weiter bevorzugt umläuft der Graben den Strahlungsauskoppelbereich vollständig. Ein randseitig vollständig umlaufender, geschlossener Graben unterbindet weitgehend oder sogar vollständig eine unerwünschte Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung an den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements. Weitergehend wirkt insbesondere ein vollständig umlaufender, geschlossener Graben auch als ESD-Schutz, also als Schutz vor elektrostatischen Entladungen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der Graben zumindest teilweise mit einem lichtabsorbierenden Material gefüllt. Ein lichtabsorbierendes Material kann beispielsweise ein Metall wie Palladium oder Gold sein oder ein Polymer, in welches weitergehend lichtabsorbierende Partikel eingebracht sein können. Bevorzugt entspricht das lichtabsorbierende Material dem Material der elektrischen Kontaktmetallisierung. Die Anordnung von lichtabsorbierendem Material in dem Graben ermöglicht eine vorteilhaft hohe Absorption von in dem aktiven Bereich erzeugter elektromagnetischer Strahlung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements schließen die Seitenflanken des Grabens einen Flankenwinkel von weniger als 70°, bevorzugt von weniger als 60° und besonders bevorzugt von weniger als 50° mit der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers ein. Ein möglichst kleiner Flankenwinkel des Grabens vermindert vorteilhaft die Intensität von aus den Seitenflächen des Grabens austretender elektromagnetischer Strahlung.
Des Weiteren wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren folgende Schritte:
Bereitstellen eines Halbleiterkörpers mit, in Stapelrichtung, einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich und einem zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps. Ferner ist auf der dem aktiven Bereich abgewandten Seite des zweiten Bereichs eine Absorberschichtstruktur angeordnet. Die Bereiche des Halbleiterkörpers sind insbesondere epitaktisch aufgewachsen. Die Abscheidung der Absorberschichtstruktur erfolgt beispielsweise mittels Sputtern, PVD (physical vapour deposition)oder eines CVD (chemical vapour deposition) Prozesses.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt das Aufbringen einer ersten Maskenschicht, die mindestens eine Aussparung aufweist, auf die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite der Absorberschichtstruktur. Die erste Maskenschicht ist beispielsweise aus einem Photoresist oder einem nichtleitfähigen Polymer gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt mindestens ein Ätzprozess zur Erzeugung mindestens einer Ausnehmung in dem Halbleiterkörper, wobei innerhalb der Aussparung in der ersten Maskenschicht sowohl Material der Absorberschichtstruktur als auch Material des Halbleiterkörpers abgetragen wird. Bei diesem Prozess kann eine absichtliche Unterätzung der ersten Maskenschicht stattfinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein erster Ätzprozess, wobei innerhalb der Aussparungen in der ersten Maskenschicht Material der Absorberschichtstruktur abgetragen wird. Dieser erste Ätzprozess erfolgt beispielsweise nasschemisch und erzeugt eine Unterätzung der ersten Maskenschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt ein zweiter Ätzprozesses zur Erzeugung von mindestens einer Ausnehmung in dem Halbleiterkörper. Bevorzugt wird dieser zweite Ätzprozess nach dem ersten Ätzprozess ausgeführt. Der zweite Ätzprozess erfolgt bevorzugt trockenchemisch und verwendet, ebenso wie der erste Ätzprozess, die erste Maskenschicht. Somit wird eine selbstjustierte Montage der Absorberschichtstruktur relativ zu der Ausnehmung ermöglicht. Die Absorberschichtstruktur wird lateral um einen bestimmten Abstand von der Aussparung in der ersten Maskenschicht zurückgezogen, wodurch ein definierter Abstand der Absorberschichtstruktur von der durch die Ausnehmung in dem Halbleiterkörper entstandenen umlaufenden Seitenfläche des Halbleiterkörpers ausgebildet wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird in einem weiteren Schritt die erste Maskenschicht entfernt. Die erste Maskenschicht ist beispielsweise optisch intransparent ausgeführt, wodurch die Strahlungsauskopplung des optoelektronischen Halbleiterbauelements behindert würde.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements erfolgt in einem weiteren Schritt das Aufbringen einer elektrischen Kontaktmetallisierung auf die dem Halbleiterkörper abgewandte Seite der Absorberschichtstruktur.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird in einem weiteren Schritt, vorzugsweise nach dem Entfernen der ersten Maskenschicht, eine zweite Maskenschicht mit mindestens einer Aussparung auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der Absorberschichtstruktur aufgebracht, wobei die Aussparung in der zweiten Maskenschicht zumindest teilweise mit der Absorberschichtstruktur überlappt. Die Aussparung in der zweiten Maskenschicht wird mit dem Material der elektrischen Kontaktmetallisierung befüllt. Die zweite Maskenschicht dient zur Strukturierung der nachfolgenden Kontaktmetallisierung und ist beispielsweise aus einem Photoresist oder einem nichtleitfähigen Polymer gebildet.
Insbesondere ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement mit dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellung durch den Einsatz von lediglich zwei unterschiedlichen Maskenschichten vorteilhaft in nur zwei Ebenen herstellbar.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1 einen schematische Querschnitt durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1A einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
2 einen schematischen Querschnitt durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
2A einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
4 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, und
6A bis 6F schematische Querschnitte durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien seiner Herstellung.

Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Das dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst einen Halbleiterkörper 10, der einen ersten Bereich 101 eines ersten Leitungstyps, einen zweiten Bereich 102 eines zweiten Leitungstyps und einen aktiven Bereich 103, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist, aufweist.
Die Bereiche des Halbleiterkörpers 10 sind insbesondere epitaktisch auf einem Aufwachssubstrat 2 aufgewachsen. Weitergehend kann der Halbleiterkörper 10 auch nach einem epitaktischen Aufwachsen auf einem Aufwachssubstrat von diesem abgelöst und auf einen Träger 2 aufgebracht werden. Auf dem Halbleiterkörper 10 sind eine Passivierung 90 sowie eine Kontaktmetallisierung 20 aufgebracht. Die Passivierung 90 ist beispielsweise aus Siliziumoxid oder Siliziumoxinitrid gebildet. Die Kontaktmetallisierung 20 dient zur elektrischen Kontaktierung des zweiten Bereichs 102 und ist für die in dem aktiven Bereich 103 erzeugte elektromagnetische Strahlung intransparent.
Zwischen der Kontaktmetallisierung 20 und der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 ist eine Absorberschichtstruktur 30 angeordnet. Die Absorberschichtstruktur 30 umfasst mehrere Schichten aus unterschiedlichen Materialien und weist insbesondere einen hohen optischen Absorptionskoeffizienten für die in dem aktiven Bereich 103 erzeugte elektromagnetische Strahlung auf. Randseitig um die Kontaktmetallisierung 20 umlaufend ist ein Strahlungsauskoppelbereich 10A angeordnet, der zur Auskopplung von zumindest einem Teil der in dem aktiven Bereich 103 erzeugten elektromagnetischen Strahlung vorgesehen ist. Je größer der Überlapp der Absorberschichtstruktur 30 mit der Strahlungsauskoppelfläche 10A ist, desto kleiner wird die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1.
Lateral beabstandet zur Kontaktmetallisierung 20 ist eine elektrische Anschlussschicht 21 angeordnet, die zur elektrischen Kontaktierung des ersten Bereiches 101 vorgesehen ist. Der Halbleiterkörper 10 ist in seiner lateralen Ausdehnung durch eine Seitenfläche des Halbleiterkörpers 10B begrenzt. Der mit einer gestrichelten Linie umrandete Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 ist in 1A in einer vergrößerten Darstellung gezeigt.
1A zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Der hier gezeigte Ausschnitt entspricht dem in 1 mit einer gestrichelten Linie umrandeten Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Hier dargestellt ist die Detailansicht der Absorberschichtstruktur 30, die eine mit Gold gebildete 301 und eine mit Palladium oder Nickel gebildete Schicht 302 umfasst. Die mit Gold gebildete Schicht 301 weist insbesondere einen hohen Absorptionskoeffizienten für elektromagnetische Strahlung in einem grünen und einem blauen Spektralbereich auf. Die mit Palladium oder Nickel gebildete Schicht 302 ist reflektierend und teilweise transparent für die in dem aktiven Bereich 103 erzeugte elektromagnetische Strahlung. Die Dicke der mit Palladium oder Nickel gebildeten Schicht 302 bestimmt somit die Absorptionswirkung der darüber liegenden mit Gold gebildeten Schicht 301. Eine dickere mit Palladium oder Nickel gebildete Schicht 302 reduziert die Absorptionswirkung der mit Gold gebildeten Schicht 301, wohingegen eine dünnere mit Palladium oder Nickel gebildete Schicht 302 die absorbierende Wirkung der mit Gold gebildeten Schicht 301 erhöht.
Auf der Absorberschichtstruktur 30 ist eine Haftschicht 40 aufgebracht, die beispielsweise aus Titan gebildet ist. Die Haftschicht 40 verbessert die mechanische Haftung der Kontaktmetallisierung 20 auf der Absorberschichtstruktur 30. Zur Abschirmung von äußeren Umwelteinflüssen ist über der Absorberschichtstruktur 30 und dem Material des zweiten Bereichs 102 eine Passivierungsschicht 90 angeordnet, die aus Siliziumoxid gebildet ist.
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel, das weitgehend dem ersten Ausführungsbeispiel entspricht. In 2 sind ein in den Halbleiterkörper 10 eingebrachter Graben 50 und eine Ausnehmung 51 dargestellt. Die Ausnehmung 51 dient einer Strukturierung des Halbleiterkörpers 10 und begrenzt den Halbleiterkörper 10 in seiner Haupterstreckungsebene durch die Seitenflächen des Halbleiterkörpers 10B. Der Graben 50 dient einer Unterbrechung des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 und so zu einer Verminderung eines in dem Halbleiterkörper 10 auftretenden Wellenleitereffekts. Dadurch kann die Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung an den Seitenflächen des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 effektiv vermindert oder sogar unterbunden werden.
2A zeigt einen Ausschnitt eines schematischen Querschnitts eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Der Ausschnitt entspricht dem in 2 markierten, mit einer gestrichelten Linie angedeuteten Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. In 2A ist der Aufbau des Grabens 50 im Detail erkennbar. Der Graben 50 ist an seinen Seitenflächen mit einem lichtabsorbierenden Material 60 beschichtet. Das lichtabsorbierende Material 60 vermindert oder unterbindet eine Rückreflexion von auftreffender elektromagnetischer Strahlung in das optoelektronische Halbleiterbauelement 1. Das lichtabsorbierende Material 60 ist beispielsweise ein Metall oder ein Polymer, welches mit lichtabsorbierenden Partikeln gefüllt ist. Der Graben 50 durchdringt den Halbleiterkörper 10 in einer Richtung entlang der Stapelrichtung vollständig. Die Seitenflanken des Grabens 50 schließen einen Flankenwinkel α mit der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 10 ein, der insbesondere kleiner als 70° ist. Der Graben 50 ist randseitig um den Halbleiterkörper 10 umlaufend angeordnet, wobei der Graben 50 auch in mehrere Teilstücke aufgeteilt sein kann.
3 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Gezeigt sind die lateral nebeneinander angeordneten elektrischen Kontakte in Form der Kontaktmetallisierung 20 und der elektrischen Anschlussschicht 21. Randseitig umlaufend um die elektrische Kontaktmetallisierung 20 befindet sich eine Absorberschichtstruktur 30. Der laterale Überstand der Absorberschichtstruktur 30 über die Kontaktmetallisierung 20 beeinflusst die Auskoppeleffizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Ein größerer Überstand der Absorberschichtstruktur 30 vermindert die Auskopplung und somit die Helligkeit des optoelektronischen Halbleiterbauelements 1.
4 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Umlaufend um den Strahlungsauskoppelbereich 10A ist ein Graben 50 ausgebildet, welcher vollständig geschlossen ausgeführt ist. Der Graben 50 unterbindet so eine seitliche Auskopplung von elektromagnetischer Strahlung aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelements 1 im Wesentlichen vollständig. Ein vollständig geschlossener Graben 50 wirkt insbesondere auch als ESD-Schutz. Ein ESD-Schutz stellt einen Schutz der Bereiche 101, 102 und 103 des Halbleiterkörpers 10 vor elektrostatischen Entladungen und dabei entstehenden Überspannungen dar.
5 zeigt eine schematische Draufsicht auf ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, das in wesentlichen Elementen dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel entspricht. Der Graben 50 ist in diesem Ausführungsbeispiel in mehrere Teilbereiche unterteilt. Dabei steht die gesamte Länge des Grabens 50, die sich aus der Länge der einzelnen Teile des Grabens 50 zusammensetzt, in einem vorgegebenen Verhältnis zum Umfang des Strahlungsauskopplungsbereichs 10A.
Die 6A bis 6F zeigen schematische Querschnitte durch ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel in verschiedenen Stadien seiner Herstellung. In 6A ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 mit einem Halbleiterkörper 10, umfassend einen ersten Bereich 101, einen aktiven Bereich 103 und einen zweiten Bereich 102 gezeigt. Der Halbleiterkörper ist auf einem Aufwachssubstrat 2 epitaktisch aufgewachsen. Auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 ist eine Absorberschichtstruktur 30 angeordnet.
6B zeigt das Aufbringen einer ersten Maskenschicht 70 auf die dem Halbleiterkörper 10 abgewandte Seite der Absorberschichtstruktur 30, wobei die erste Maskenschicht 70 eine Mehrzahl von Aussparungen 70A aufweist.
6C zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1 in einem weiteren Schritt eines Verfahrens zu seiner Herstellung. Mittels eines ersten Ätzprozesses wird im Bereich der Mehrzahl von Aussparungen 70A das Material der Absorberschichtstruktur 30 abgetragen und somit eine Unterätzung der ersten Maskenschicht 70 erzeugt. Der erste Ätzprozess ist insbesondere ein nasschemischer Ätzprozess. Die Unterätzung der ersten Maskenschicht 70 im Bereich der Absorberschichtstruktur 30 führt zu einem definierten Zurückziehen der Absorberschichtstruktur 30 unter die erste Maskenschicht 70.
6D zeigt einen weiteren Schritt eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. In den Halbleiterkörper 10 wird im Bereich der Mehrzahl von Aussparungen 70A eine Mehrzahl von Ausnehmungen 51 eingebracht. Die Ausnehmungen 51 werden mittels eines zweiten Ätzprozesses erzeugt. Der zweite Ätzprozess ist insbesondere ein trockenchemischer Ätzprozess, wie beispielsweise ein Plasmaätzprozess. Die Ausnehmungen 51 erzeugen eine Mesa-Struktur in dem Halbleiterkörper, welche durch Seitenflächen 10B begrenzt sind. Durch die Verwendung der ersten Maskenschicht 70 sowohl für den ersten Ätzprozess als auch für den zweiten Ätzprozess erfolgt eine selbstjustierte Ausrichtung der Absorberschichtstruktur 30 auf die Position der Ausnehmungen 51 und die Seitenflächen des Halbleiterkörpers 10B.
6E zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1, bei dem die erste Maskenschicht 70 vollständig entfernt ist und eine zweite Maskenschicht 80, die auf der dem Halbleiterkörper 10 abgewandten Seite der Absorberschichtstruktur 30 aufgebracht ist. Die zweite Maskenschicht 80 weist eine Aussparung 80A auf, die in Richtung der Haupterstreckungsebene des Halbleiterkörpers 10 vollständig mit der Absorberschichtstruktur 30 überlappt.
6F zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 1, bei dem die Aussparung in der zweiten Maskenschicht 80A mit der elektrischen Kontaktmetallisierung 20 befüllt ist. Vorteilhaft ist so das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 mit nur zwei unterschiedlichen Maskenschichten herstellbar.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
2: Aufwachssubstrat
10: Halbleiterkörper
10A: Strahlungsauskoppelbereich
10B: Seitenfläche des Halbleiterkörpers
20: Kontaktmetallisierung
30: Absorberschichtstruktur
21: elektrische Anschlussschicht
301: mit Gold gebildete Schicht
302: mit Palladium oder Nickel gebildete Schicht
40: Haftschicht
50: Graben
51: Ausnehmung
60: lichtabsorbierendes Material
101: erster Bereich
102: zweiter Bereich
103: aktiver Bereich
70: erste Maskenschicht
70A: Aussparung in der ersten Maskenschicht
80: zweite Maskenschicht
80A: Aussparung in der zweiten Maskenschicht
90: Passivierung
α: Flankenwinkel

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit - einem Halbleiterkörper (10), umfassend in einer Stapelrichtung einen ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einen zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps, - einer auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) angeordneten elektrischen Kontaktmetallisierung (20), die für die elektromagnetische Strahlung undurchlässig ist und - einem die elektrische Kontaktmetallisierung (20) randseitig umlaufenden Strahlungsauskoppelbereich (10A), wobei - zwischen der elektrischen Kontaktmetallisierung (20) und dem zweiten Bereich (102) eine Absorberschichtstruktur (30) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem zumindest eine Schicht (301) der Absorberschichtstruktur (30) mit Gold gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die mit Gold gebildete Schicht (301) in der Absorberschichtstruktur (30) eine Dicke von höchstens 500 nm aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Schicht (302) der Absorberschichtstruktur (30) mit Palladium und/oder Nickel gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die mit Palladium und/oder Nickel gebildeten Schicht (302) in der Absorberschichtstruktur (30) eine Dicke aufweist, die in einem Bereich von 0,5 nm bis 100 nm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Halbleiterkörper (10) auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Absorberschichtstruktur (30) und der elektrischen Kontaktmetallisierung (20) eine Haftschicht (40) angeordnet ist, die vorzugsweise mit Ti, Cr, Ni, W und/oder ITO gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die elektrische Kontaktmetallisierung (20) einen Flächenanteil von mindestens 20% der Fläche des Halbleiterkörpers (10) einnimmt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Abstand der Absorberschichtstruktur (30) zu einer Seitenfläche des Halbleiterkörpers (10B) in einem Bereich von 0,1 µm bis 15 µm liegt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Halbleiterkörper (10) ausgehend von der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) entgegen der Stapelrichtung ein Graben (50) ausgebildet ist, der den Strahlungsauskoppelbereich (10A) zumindest teilweise umschließt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem der Graben (50) den Halbleiterkörper (10) in Stapelrichtung mindestens zur Hälfte durchdringt.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, bei dem der Graben (50) zumindest teilweise mit einem Licht absorbierenden Material (60) gefüllt ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: - Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (10) mit in Stapelrichtung einem ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einem zur Emission von elektromagnetischer Strahlung eingerichteten aktiven Bereich (103) und einem zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps, wobei auf der dem aktiven Bereich (103) abgewandten Seite des zweiten Bereichs (102) eine Absorberschichtstruktur (30) angeordnet ist, - Aufbringen einer ersten Maskenschicht (70), die mindestens eine Aussparung (70A) aufweist, auf die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite der Absorberschichtstruktur (30), - Ausführen mindestens eines Ätzprozesses, wobei zur Erzeugung mindestens einer Ausnehmung (51) in dem Halbleiterkörper (10) innerhalb der Aussparung (70A) in der ersten Maskenschicht (70) sowohl Material der Absorberschichtstruktur (30) als auch Material des Halbleiterkörpers (10) abgetragen wird, - Entfernen der ersten Maskenschicht (70), - Aufbringen einer elektrischen Kontaktmetallisierung (20) auf die dem Halbleiterkörper (10) abgewandte Seite der Absorberschichtstruktur (30).
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, wobei nach dem Entfernen der ersten Maskenschicht (70) eine zweite Maskenschicht (80) mit mindestens einer Aussparung (80A) auf der dem Halbleiterkörper (10) abgewandten Seite der Absorberschichtstruktur (30) aufgebracht wird, wobei - die Aussparung (80A) in der zweiten Maskenschicht (80) zumindest teilweise mit der Absorberschichtstruktur (30) überlappt, und wobei - die Aussparung (80A) in der zweiten Maskenschicht (80) mit dem Material der elektrischen Kontaktmetallisierung (20) befüllt wird.