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WO2020114759A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen Download PDF

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Publication number
WO2020114759A1
WO2020114759A1 PCT/EP2019/081627 EP2019081627W WO2020114759A1 WO 2020114759 A1 WO2020114759 A1 WO 2020114759A1 EP 2019081627 W EP2019081627 W EP 2019081627W WO 2020114759 A1 WO2020114759 A1 WO 2020114759A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
contact
semiconductor
contact layer
semiconductor region
layer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2019/081627
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Korbinian Perzlmaier
Kerstin Neveling
Heribert Zull
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority to DE112019006054.6T priority Critical patent/DE112019006054A5/de
Priority to US17/298,879 priority patent/US11955588B2/en
Publication of WO2020114759A1 publication Critical patent/WO2020114759A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H10H20/036—Manufacture or treatment of packages
    • H10H20/0364—Manufacture or treatment of packages of interconnections

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • the publication DE 10 2015 111 046 A1 relates to one
  • the optoelectronic semiconductor chip with vias through an active zone.
  • the plated-through holes have oblique flanks in a semiconductor contact layer.
  • this comprises
  • the semiconductor layer sequence contains an active zone for generating radiation.
  • the active zone includes one
  • Multiple quantum well structure a single quantum well structure and / or a pn junction.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material it is, for example, a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N, in short
  • AlInGaN or a phosphide compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m P, AlInGaP for short, or also an arsenide compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As, short
  • AlInGaAs or like Al n Ga m In ] __ nm As ] ⁇ ; P ] __ ] ⁇ ; , AlGalnAsP for short, whereby 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 as well as
  • 0 ⁇ n ⁇ 0.8, 0.4 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 0.95 and 0 ⁇ k ⁇ 0.5 apply to at least one layer or to all layers of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence can have dopants and additional constituents. For the sake of simplicity, however, only the essential components of the
  • Crystal lattice of the semiconductor layer sequence i.e. Al, As,
  • Ga, In, N or P even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of other substances.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on the
  • the active zone is set up to generate yellow light, orange light or red light.
  • a wavelength of the maximum intensity of the radiation generated in the active zone in the intended operation of the semiconductor component is, for example, at least 560 nm or 570 nm or 580 nm and / or at most 650 nm or 620 nm.
  • Semiconductor component one or more electrical
  • electrical plated-through hole is preferably a metallic plated-through hole.
  • the via can in some cases directly on the
  • Semiconductor layer sequence are located. Alternatively, there can be between the semiconductor layer sequence and the
  • transparent conductive oxide TCO for short, like ITO or like zinc oxide and / or with a thickness of at most 0.2 ⁇ m.
  • Contact layer is used for electrical contacting
  • Semiconductor layer sequence set up In particular, current is injected into the semiconductor layer sequence
  • the contact layer at least on an n-conducting side exclusively or predominantly via the contact layer. That is, the
  • the contact layer is specially set up so that current is impressed into the semiconductor layer sequence via the contact layer.
  • the active zone lies in a plane perpendicular to a main growth direction of the semiconductor layer sequence. In other words, this level is defined by the active zone. If the active zone has a comparatively large thickness, the plane lies preferably in the center along the main growth direction of the semiconductor layer sequence in the active zone.
  • the active zone is located between a first semiconductor region with a first conductivity type and a second semiconductor region with a second conductivity type.
  • Conductivity type is of the second conductivity type different.
  • the first conductivity type is p and the second conductivity type is n.
  • the plated-through hole extends through the first semiconductor region, through the active zone and through the contact layer.
  • the plated-through hole extends into a partial region of the second semiconductor region which is located on a side of the contact layer facing away from the active zone.
  • the through-hole penetrates the second semiconductor region only incompletely.
  • an electrical contact surface lies at a boundary area between the
  • the contact area is set up for impressing current into the semiconductor layer sequence.
  • the contact area is preferably a boundary of the contact layer with the through-hole plating and / or with
  • the contact surface to the plane defined by the active zone includes a contact angle.
  • the contact angle is in places or, preferably, over the whole area at least 20 ° or 30 °. Alternatively or additionally, the contact angle is at most 75 ° or 70 ° or 60 ° or 50 ° or 40 °.
  • this includes
  • the semiconductor layer sequence contains an active zone for generating radiation and one
  • the active zone lies in a plane perpendicular to a main growth direction of the
  • Semiconductor layer sequence is located between a first semiconductor region with a first conductivity type and a second semiconductor region with a second conductivity type different from the first.
  • the contact layer lies within the second semiconductor region.
  • Through-contact extends through the contact layer, preferably also through the first semiconductor region and through the active zone, and preferably ends within the second semiconductor region.
  • a contact area between the plated-through hole and the contact layer includes a contact angle to the plane of at least 20 ° and at most 75 °, preferably at most 60 °.
  • Contact area an electrical contact area directly between the plated-through hole and the contact layer.
  • the layer to be contacted ie the contact layer, should preferably be made as thin as possible. This applies in particular to
  • the contact layer In conventional semiconductor components, the contact layer must be reliably exposed and, for example, by plasma etching processes
  • a contact layer lies on the back of the LED and is exposed and electrically contacted when a growth substrate is removed and, if appropriate, by a defined etching process.
  • a flat contact angle is generated, so that, for example, an annular area of the contact layer for electrical contacting is exposed at an edge of the etching area.
  • the contact area available is thus, for example, proportional to the tangent of the deviation of the
  • Main growth direction and depending on a thickness of the contact layer and a circumference of the etched area.
  • Comparatively thin contact layers can thus be used for electrical contacting, so that optical losses at the contact layer can be reduced or avoided are. Due to the design of the vias, the thin contact layer can be machined across a wafer with a greater manufacturing tolerance.
  • the contact layer can be etched through the entire via. Alternatively, similar to a conventional etching process, close to that
  • contacting layer are etched in and subsequently the still missing etching is carried out in parallel through the contact layer at many small points in order to maximize the available contact area. This is preferably done when a lateral current widening in the semiconductor layer sequence is not carried out by the contact layer itself, but rather via a
  • the interface encompasses all areas of the plated-through hole outside of the contact area, which adjoin the second
  • a main current impression in the semiconductor layer sequence thus takes place at the contact area.
  • a current impression per unit area at the interface is preferably at least a factor 10 or 30 or 100 less than at the contact surface.
  • current impressions at the interface are negligible compared to current impressions at the contact surface.
  • the semiconductor layer sequence can extend in a closed manner all around the via.
  • the plated-through hole it is possible for the plated-through hole to be located on an edge of the semiconductor layer sequence, so that the plated-through hole is not surrounded by the semiconductor layer sequence on at least one side when viewed in plan view.
  • the plated-through hole penetrates the contact layer by at least 0.1 ⁇ m or 0.2 ⁇ m and / or by at most 0.5 ⁇ m or 1 ⁇ m or 2 ⁇ m. In other words, the plated-through hole extends only comparatively slightly beyond the contact layer into the second semiconductor region.
  • the contact layer is comparatively thin. This means in particular that the contact layer has a thickness of at least 20 nm or 40 nm or 60 nm. Alternatively or additionally, this thickness is at most 200 nm or 150 nm or 100 nm or 80 nm.
  • Conductivity on than the surrounding material are, for example, around
  • the contact layer may comprise a different dopant than the surrounding material.
  • the contact layer can be different
  • Semiconductor material for example in the case of InGaAlP a variation of the ratio of In to Ga to Al compared to the adjacent semiconductor material.
  • the contact layer is made of AlGalnP, preferably doped with Te and / or with Si.
  • a dopant concentration is, for example, at least 5 x 10 - * - ⁇ per cm ⁇ or at least 1 x 10 - * - ⁇ per cm ⁇ .
  • Through-contact in top view of the plane defined by the active zone is designed in the form of strips or L-shaped or U-shaped or T-shaped or frame-shaped.
  • the average width of the via is therefore relatively high.
  • This aspect ratio is, for example
  • the longitudinal extent in the case of an L-shaped through-contact, the longitudinal extent has a kink, so that the L-shape is followed, and in the case of a frame-shaped through-contact, the longitudinal extent forms a closed line.
  • a quotient of an average width of the through-plating and a thickness of the contact layer is at least 2 or 3 or 5.
  • this quotient is included
  • the through-plating is relative to the thickness of the contact layer
  • the mean width of the via is at least 0.1 ⁇ m or 0.2 ⁇ m or 0.3 ⁇ m. Alternatively or additionally, the mean width is at most 5 ⁇ m or 1.5 ⁇ m or 1 ⁇ m or 0.5 ⁇ m.
  • the contact surface is partially or wholly as part of a cone shell
  • the contact surface can be shaped as a symmetrical trapezoid. It is possible for the contact surface to have a plurality of partial surfaces, each of which can be designed as part of a cone shell.
  • the contact surface has a plurality of ring-shaped or ring-shaped parts when viewed in plan view of the plane. These parts of the contact surface can be arranged concentrically. It is possible that the contact surface consists of such partial surfaces when viewed in plan view.
  • the contact layer is pierced several times by the plated-through hole. If several of the vias are present, the
  • a Base area of the via in question is designed in relief and has depressions and elevations, so that the contact layer in the area of the via can be perforated several times.
  • the contact surface has a plurality as seen in a top view of the plane
  • Annular means that the contact surface includes a surface that is not used for electrical contacting
  • Island-shaped means that the parts or areas in question are closed and coherent as well as gapless areas. Such areas can be
  • Such a structure can be achieved, for example, using a lithographic process.
  • the contact surface arranged irregularly.
  • the contact surface is then formed by roughening, which in places completely penetrates the contact layer.
  • Contact area includes both regularly arranged partial areas and irregularly arranged partial areas. According to at least one embodiment, the
  • flank angle is larger than the contact angle and is preferably chosen to be close to 90 °, so that side faces of the plated-through hole can run approximately perpendicular to the plane in this area.
  • the comparatively small contact angle is only present in the area of the contact layer and that otherwise has the through-contacting side faces running approximately parallel to the main growth direction.
  • the flank angle is greater than that by at least 10 ° or 20 ° or 40 °
  • flank angle is preferably significantly larger than the contact angle.
  • the gap can be evacuated or filled with gas.
  • Semiconductor layer sequence preferably no gaps are present.
  • the contact layer extends over the entire second semiconductor region, with the exception of the plated-through hole, and forms again a continuous, closed layer with the exception of plated-through holes.
  • the contact layer is unique to the at least one
  • the thickness of the second semiconductor region is at one of the active zone
  • the second semiconductor region on the side of the contact layer facing away from the active zone is comparatively thick throughout.
  • the second semiconductor region in this region can be a current spreading layer.
  • this comprises
  • the contact angle is preferably between 20 ° and 35 ° inclusive and the first semiconductor region is p-doped and the second
  • Semiconductor area is n-doped.
  • a quotient from the contact area and from an area of the plated-through hole is at most 10 or 6. Alternatively or additionally, this quotient is at least 0.8 or 1 or 1.5.
  • the area of the via is for example a cross-sectional area of the plated-through hole at the level of the active zone or at the level of the contact layer, this cross-sectional area being aligned parallel to the plane defined by the active zone.
  • an area of the active zone is larger than the contact area.
  • the active zone is at least 20 times or 50 times or 100 times or 300 times larger than the contact area. Thus, only a comparatively small part of the active zone is covered by the
  • the method preferably produces a semiconductor component, as described in connection with one or more of the above-mentioned embodiments. Features of the method are therefore also disclosed for the semiconductor component and vice versa.
  • the method comprises the following steps, preferably in the order given:
  • the growth substrate can subsequently be removed. It is possible that a permanent replacement carrier is attached before removing the growth substrate.
  • the half-egg components are so-called substrate-less thin-film chips that are free of a growth substrate and free of a replacement carrier.
  • the semiconductor component is then mechanically stabilized, on the one hand, by the semiconductor layer sequence and, on the other hand, by the plated-through hole and by electrical contacts, which can be made comparatively thick, for example by electroplating. Furthermore, it is possible for the plated-through hole and / or electrical contacts to be embedded in a potting material, for example made of a plastic, and for further mechanical stabilization to be achieved via such a potting material.
  • Figures 1 and 2 are schematic sectional views of
  • FIGS 3 to 5 are schematic sectional views of
  • Figures 6 to 10 are schematic sectional views of
  • FIG. 11 to 19 are schematic plan views
  • Figures 20 to 26 are schematic sectional views of
  • Modification 9 includes one
  • the semiconductor layer sequence 2 is delimited on both sides by a contact layer 25 and by a further contact layer 24 for making electrical contact with the semiconductor layer sequence 2.
  • a metallic and flat electrical contact 4 is located on the contact layer 25.
  • the further contact layer 24 is covered in regions by the further electrical contact 4.
  • the contact layer 25 is exposed, for example, when a growth substrate (not shown) for the
  • Semiconductor layer sequence 2 is removed.
  • An etching process may be required to remove any growth layers or buffer layers from the contact layer 25. With such a removal of a growth substrate, the contact layer 25 can, however, be damaged in places, particularly in the case of growth substrates with a comparatively large diameter.
  • an etching of a recess for the plated-through hole 3 can be set precisely in order to hit the contact layer 25 exactly over an entire wafer.
  • such a contact layer 25, as shown in FIG. 2 should be chosen to be relatively thick so that the via 3 can actually end within the contact layer 25, specifically over the entire wafer. This leads to increased optical losses in the contact layer 25 which is usually highly doped and thus relatively strongly light-absorbing.
  • FIGS. 3 to 5 show a manufacturing method for an exemplary embodiment of an optoelectronic
  • the growth substrate 20 is, for example, a GaAs substrate.
  • Semiconductor layer sequence 2 is oriented perpendicular to the growth substrate 20.
  • the semiconductor layer sequence 2 comprises the contact layer 25, which lies within a second semiconductor region 23.
  • the second semiconductor region 23 is preferably n-doped and optionally comprises a current spreading layer 26 in the vicinity of the growth substrate 20. Towards a first one
  • semiconductor region 21 which is preferably p-doped, has an active zone 22. On a side facing away from active zone 22, first semiconductor region 21 comprises a further contact layer 24.
  • the second semiconductor region 23 is based, for example, on InAlP with a Te doping of 1 x 10 - * - ⁇ per cm ⁇ .
  • Current spreading layer 26 is preferably made of InAlP with a
  • the contact layer 25 is in particular an InAlGaP layer, such as In (Al Q 5Ga Q ⁇ 5) P, with a Te doping of 1 x 10 - * - ⁇ per cm ⁇ .
  • the further electrical contact 4 can already be produced in the further contact layer 24 in this method step.
  • the further electrical contact 4 is
  • Semiconductor layer sequence is a TCO layer, not drawn.
  • a recess 30 is etched into the semiconductor layer sequence 20.
  • the recess 30 runs through the first semiconductor region 21, through the active zone 22 and also through the
  • the recess 30 is made with two different ones
  • the electrical via 3 is generated.
  • the electrical via 3 is metallic.
  • a contact surface 32 is formed at a boundary of the through-contact 3 with the contact layer 25.
  • the contact surface 32 has the shape of part of a conical jacket.
  • the contact surface 32 is set up, for example, for a current density of 0.1 mA per ym ⁇ to 5 mA per ym ⁇ , as is also possible in all other exemplary embodiments.
  • a back 11 with the contacts 3, 4 is one
  • Radiation exit side 10 is preferred through the second Semiconductor region 23 is formed. It is possible that there is a roughening on the radiation exit side 10 for better light decoupling.
  • a potting body 6 can be produced.
  • the potting body 6 is preferably made of a plastic.
  • the contacts 3, 4 can be embedded in the potting body 6.
  • Passivation layers and / or mirror layers are located.
  • the potting body 6 may also partially or completely cover outer side faces of the semiconductor layer sequence 2, in a different way than shown in FIG. 5.
  • a plane P is defined by the active zone 22.
  • the plane P is perpendicular to the main growth direction G
  • the contact layer 25 runs parallel to the plane P and thus parallel to the active zone 22.
  • Semiconductor region 21 are side faces of the
  • Semiconductor layer sequence 2 are an electrical insulation layer 38.
  • a contact angle w is present on a base area 33 of the plated-through hole 3 in the area of the contact layer 25.
  • the contact angle w is approximately 35 ° and is therefore comparatively small relative to the flank angle b.
  • the via 3 thus cuts the contact layer 25 at the comparatively small contact angle w. This creates a relatively large area on the contact layer 25 for the
  • Bound semiconductor region 23 form an interface 36. Relative to the contact surface 32 there is no or no significant current impression in the interface 36
  • the via 3 ends in the second
  • a puncture length C of the via 3 beyond the contact layer 25 is comparatively small.
  • the puncture length C is preferably approximately a thickness T of the contact layer 25. Alternatively or additionally, the puncture length C lies between
  • a tip length D of the plated-through hole 3, in which the contact angle w is present, is likewise preferably of the order of magnitude of the thickness T of the contact layer 25.
  • the tip length D is at least twice or three times and / or at most that Five times or four times the thickness T. The same applies
  • the plated-through hole 3 has many puncture areas through the
  • Contact areas 32 taken together can be relatively large.
  • the individual penetration areas of the through-contact 3 through the contact layer 25 can be arranged regularly as seen in cross section.
  • Material such as the insulation layer 38 in FIG. 6 or the potting body 6 in FIG. 5 may be present. The same applies to all other exemplary embodiments.
  • FIG. 8 shows the area of the plated-through hole 3 on the contact layer 25 in more detail. According to FIG. 8, an irregular roughening is produced at the tip of the via 3. The through-contact 3 thus penetrates the contact layer 25 in cross-section in many
  • Penetrate contact layer 25 is only
  • Contact layer 25 is regularly penetrated several times by via 3.
  • the individual areas of the base area 33 can, viewed in cross section, run straight and perpendicular to the main growth direction G. Between the obliquely extending sections of the contact surface 32, the plated-through hole 3 can be perpendicular to
  • Areas of interface 36 running in the direction of growth G are located. This can also be on an outer edge around the
  • FIG. 10 shows that the via 3 on one side is not limited by the semiconductor layer sequence 2.
  • the plated-through hole 3 can thus lie on an edge of the semiconductor layer sequence 2. The same is also possible in all other exemplary embodiments.
  • Possibilities for realizing the plated-through hole 3 and also the further contact area 4 are each shown in a top view of the rear side 11.
  • Through-hole 3 is circular in plan view.
  • the contact 4 and the plated-through hole 3 can lie in opposite corners of the semiconductor component 1.
  • FIG. 12 shows that the through-connection 3, seen in plan view, extends in the form of a strip and extends almost completely along one side edge of the semiconductor component 1 extends.
  • the approximately rectangular contact 4 can be flat.
  • FIG. 13 illustrates that the through-connection 3 is L-shaped when viewed in plan view and thus has a relatively large longitudinal dimension L which runs in a bent manner.
  • the contact 4 can be flat.
  • a width of the plated-through hole 3 in the direction perpendicular to the longitudinal extension L is, for example, approximately 0.5 ⁇ m.
  • a larger result results below an average width of approximately 0.5 ⁇ m
  • the through-connection 3 is U-shaped in plan view and runs around the contact 4 on three sides.
  • Plating 3 can have at least one widening, for example in order to enable electrical contacting, for example via a bonding wire.
  • the widening can be produced in the center on a long side or, in deviation from FIG. 15, can also be in a corner area.
  • an outline of the plated-through hole 3 can be provided with a structure, for example in wave form, seen in plan view.
  • Contour line of the via 3 can also be present in all other exemplary embodiments, in particular in FIGS. 11 to 15.
  • Vias 3 are then each on an edge of the rear 11.
  • FIGS. 17 to 19 show exemplary configurations of the via 3 in the area of the base 33
  • Corresponding plated-through holes 3 can be used in all other exemplary embodiments.
  • the geometries shown in FIGS. 17 to 19 can each be adapted to the shape of the
  • FIG. 17 shows a shape of the contact surfaces 32 which results, for example, from plated-through holes 3, as illustrated in FIG. 9. So there are several in top view seen concentric contact surfaces 32 before.
  • the rings which form the contact surface 32 can be arranged equidistantly or can have varying distances from one another.
  • FIG. 18 shows that the contact surface 32 in the
  • FIG. 19 illustrates that the contact surface 32 has an outer circular ring. Within this outside
  • Annular rings are several rings of contact surface 32
  • Such a structure can result, for example, from the
  • the plated-through hole 3 has a flank angle b of, for example, 90 ° in an outer region, and the contact angle w, which is for example 40 °, is present in an inner region.
  • the plated-through hole 3 has a step with a plateau between the inner and the outer region. In the area of the level, the
  • the through-contact 3 can also be configured in all other exemplary embodiments.
  • Growth substrate 20 is still present, optionally thinned.
  • the current spreading layer 26 is located on a side of the contact layer 25 facing the active zone 22
  • Via 3 extends into the growth substrate 20 and ends within the growth substrate 20.
  • the plated-through hole 3 thus projects beyond the contact layer 25 and ends outside the semiconductor layer sequence 2.
  • side walls of the via 3 are provided with the insulation layer 38, except on a bottom surface of the via 3 and except on the contact layer 25
  • the semiconductor layer sequence 2 has the through-hole 3 continuously with the relatively small contact angle w.
  • the larger flank angle b is only present outside the semiconductor layer sequence 2.
  • the insulation layer 38 is present analogously to FIG. 23, a region of the through-connection 3 with the contact angle w being free of the insulation layer 38.
  • the via 3 is designed as explained in connection with FIG. 21.
  • the insulation layer 38 and the plated-through hole 3 can also be on extend the further contact layer 24. As a result, a surface of the via 3 outside the
  • Semiconductor layer sequence 2 are enlarged, which also means a larger area for cooling and fastening the
  • Semiconductor component 1 is accessible.
  • FIG. 25 shows that the plated-through hole 3 can have curved boundary surfaces in the region of the contact layer 25. That is, in cross section perpendicular to the active zone 22, the contact surface 32 can appear as a curved curve, as can also be the case for the interface 36. The same applies to all other exemplary embodiments.
  • the plated-through hole 3 according to FIG. 26 does not extend through the active zone 22, but is limited to roughening of the second semiconductor region 23.
  • the roughening penetrates the contact layer 25 in places, analogously to FIG. 8, so that the plated-through hole 3 penetrates the contact layer 25.
  • the plated-through hole 3 preferably extends only to a part of the radiation exit side 10 and thus only to a part of the contact layer 25
  • Semiconductor layer sequence 2 extend.
  • the roughening can be regular or irregular.
  • the semiconductor layer sequence 2 is optional on the
  • the semiconductor region 23 is formed. It is possible that the Via 3 ends in the current spreading layer 26 ends.
  • the further contact 4 can be a back of the
  • Cover semiconductor layer sequence 2 over the entire surface or at least 80% or 90%.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) und eine elektrische Durchkontaktierung (3). Die Halbleiterschichtenfolge (2) beinhaltet eine aktive Zone (22) zur Strahlungserzeugung und eine Kontaktschicht (25) zur elektrischen Kontaktierung. Die aktive Zone (22) liegt in einer Ebene (P) senkrecht zu einer Hauptwachstumsrichtung (G) der Halbleiterschichtenfolge (2) und befindet sich zwischen einem ersten Halbleiterbereich (21) und einem zweiten Halbleiterbereich (23). Die Kontaktschicht (25) liegt innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs(23). Die Durchkontaktierung (3) reicht durch die Kontaktschicht (25) hindurch und endet bevorzugt innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs(23). Eine Kontaktfläche (32) zwischen der Durchkontaktierung (3) und der Kontaktschicht (25) schließt zur Ebene (P) einen Kontaktwinkel (w) von mindestens 20° und höchstens 60° ein.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL UND VERFAHREN ZUR
HERSTELLUNG VON OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUTEILEN
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung von
optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben.
Die Druckschrift DE 10 2015 111 046 Al betrifft einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit Durchkontaktierungen durch eine aktive Zone hindurch. Die Durchkontaktierungen weisen schräge Flanken in einer Halbleiterkontaktschicht auf.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das effizient elektrisch
kontaktierbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung. Die aktive Zone umfasst zum Beispiel eine
MehrfachquantentopfStruktur, eine EinfachquantentopfStruktur und/oder einen pn-Übergang.
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN, kurz
AlInGaN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamP, kurz AlInGaP, oder auch um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs, kurz
AlInGaAs, oder wie AlnGamIn]__n-mAs]<;P]__]<;, kurz AlGalnAsP, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie
0 d k < 1 ist. Zum Beispiel gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des
Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As,
Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können .
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf dem
Materialsystem AlInGaP oder auf dem Materialsystem AlGalnAsP. Beispielsweise ist die aktive Zone zur Erzeugung von gelbem Licht, orangem Licht oder rotem Licht eingerichtet. Eine Wellenlänge maximaler Intensität der in der aktiven Zone im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils erzeugten Strahlung liegt beispielsweise bei mindestens 560 nm oder 570 nm oder 580 nm und/oder bei höchstens 650 nm oder 620 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
Halbleiterbauteil eine oder mehrere elektrische
Durchkontaktierungen auf. Bei der mindestens einen
elektrischen Durchkontaktierung handelt es sich bevorzugt um eine metallische Durchkontaktierung. Die Durchkontaktierung kann sich stellenweise unmittelbar an der
Halbleiterschichtenfolge befinden. Alternativ kann sich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der
Durchkontaktierung an einer Kontaktflache eine dünne
Zwischenschicht befinden, beispielsweise aus einem
transparenten leitfähigen Oxid, kurz TCO, wie ITO oder wie Zinkoxid und/oder mit einer Dicke von höchstens 0,2 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Halbleiterschichtenfolge eine Kontaktschicht . Die
Kontaktschicht ist zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Insbesondere erfolgt eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge
zumindest an einer n-leitenden Seite ausschließlich oder überwiegend über die Kontaktschicht . Das heißt, die
Kontaktschicht ist speziell dazu eingerichtet, dass eine Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge über die Kontaktschicht geschieht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die aktive Zone in einer Ebene senkrecht zu einer Hauptwachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge. Mit anderen Worten ist diese Ebene durch die aktive Zone definiert. Weist die aktive Zone eine vergleichsweise große Dicke auf, so liegt die Ebene entlang der Hauptwachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge bevorzugt mittig in der aktiven Zone.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die aktive Zone zwischen einem ersten Halbleiterbereich mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einem zweiten Halbleiterbereich mit einem zweiten Leitfähigkeitstyp . Der erste
Leitfähigkeitstyp ist vom zweiten Leitfähigkeitstyp verschieden. Insbesondere ist der erste Leitfähigkeitstyp p und der zweite Leitfähigkeitstyp n.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Kontaktschicht innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs. Dies bedeutet, dass die Kontaktschicht nicht an Rändern des zweiten Halbleiterbereichs liegt, gesehen entlang der
Hauptwachstumsrichtung, sondern dass die Kontaktschicht beiderseits an weitere Schichten des zweiten
Halbleiterbereichs grenzt. Insbesondere grenzt eine
Stromaufweitungsschicht unmittelbar an eine der aktiven Zone abgewandte Seite der Kontaktschicht, alternativ an eine der aktiven Zone zugewandte Seite der Kontaktschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Durchkontaktierung durch den ersten Halbleiterbereich, durch die aktive Zone und durch die Kontaktschicht hindurch. Die Durchkontaktierung reicht bis in ein Teilgebiet des zweiten Halbleiterbereichs, der sich an einer der aktiven Zone abgewandten Seite der Kontaktschicht befindet. Die
Durchkontaktierung endet innerhalb des zweiten
Halbleiterbereichs. Somit durchdringt die Durchkontaktierung den zweiten Halbleiterbereich nur unvollständig.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt eine elektrische Kontaktfläche an einem Grenzbereich zwischen der
Durchkontaktierung und der Kontaktschicht . Die Kontaktfläche ist zur Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Bevorzugt ist die Kontaktfläche eine Grenze der Kontaktschicht zu der Durchkontaktierung und/oder zur
Zwischenschicht . Gemäß zumindest einer Ausführungsform schließt die Kontaktflache zur Ebene, die durch die aktive Zone definiert ist, einen Kontaktwinkel ein. Der Kontaktwinkel beträgt stellenweise oder, bevorzugt, ganzflächig mindestens 20° oder 30°. Alternativ oder zusätzlich beträgt der Kontaktwinkel höchstens 75° oder 70° oder 60° oder 50° oder 40°.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge und mindestens eine elektrische Durchkontaktierung. Die Halbleiterschichtenfolge beinhaltet eine aktive Zone zur Strahlungserzeugung und eine
Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge. Die aktive Zone liegt in einer Ebene senkrecht zu einer Hauptwachstumsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge und befindet sich zwischen einem ersten Halbleiterbereich mit einem ersten Leitfähigkeitstyp und einem zweiten Halbleiterbereich mit einem vom ersten verschiedenen zweiten Leitfähigkeitstyp . Die Kontaktschicht liegt innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs. Die
Durchkontaktierung reicht durch die Kontaktschicht hindurch, bevorzugt auch durch den ersten Halbleiterbereich und durch die aktive Zone hindurch, und endet bevorzugt innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs. Eine Kontaktfläche zwischen der Durchkontaktierung und der Kontaktschicht schließt zur Ebene einen Kontaktwinkel von mindestens 20° und von höchstens 75°, bevorzugt von höchstens 60°, ein. Insbesondere ist die
Kontaktfläche eine elektrische Kontaktfläche direkt zwischen der Durchkontaktierung und der Kontaktschicht .
Mit der Durchkontaktierung ist eine elektrische Kontaktierung von vergrabenen Schichten in der epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge erreichbar. Um optische Absorptionen zu vermeiden und zu reduzieren, ist die zu kontaktierende Schicht, also die Kontaktschicht, bevorzugt möglichst dünn zu gestalten. Dies gilt insbesondere bei
Halbleiterschichtenfolgen aus dem Materialsystem InGaAlP.
Bei üblichen Halbleiterbauteilen muss die Kontaktschicht etwa durch Plasmaätzprozesse zuverlässig freigelegt und
anschließend kontaktiert werden können. Bei LED-Chips, die auf dem Materialsystem InGaN basieren, liegt üblicherweise eine vergleichsweise dicke Kontaktschicht vor, wobei eine Durchkontaktierung innerhalb dieser relativ dicken
Kontaktschicht stoppt. Alternativ liegt insbesondere bei aufwachssubstratfreien InGaN-basierten LEDs keine vergrabene Kontaktschicht vor, sondern eine Kontaktschicht liegt auf einer Rückseite der LED und wird bei einem Entfernen eines Aufwachssubstrats und gegebenenfalls durch einen definierten Ätzprozess flächig freigelegt und elektrisch kontaktiert.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist die
Kontaktschicht durch einen Ätzprozess nicht flächig
freigelegt, sondern gezielt durchätzt. Dabei wird ein flacher Kontaktwinkel erzeugt, sodass an einem Rand des Ätzbereichs ein beispielsweise ringförmiger Bereich der Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung freigelegt wird. Die zur
Kontaktierung zur Verfügung stehende Fläche ist somit zum Beispiel proportional zum Tangens der Abweichung des
Kontaktwinkels von einer senkrechten, insbesondere zur
Hauptwachstumsrichtung, sowie abhängig von einer Dicke der Kontaktschicht und einem Umfang des geätzten Bereichs.
Somit können vergleichsweise dünne Kontaktschichten für eine elektrische Kontaktierung verwendet werden, sodass optische Verluste an der Kontaktschicht reduzierbar oder vermeidbar sind. Aufgrund der Gestaltung der Durchkontaktierungen ist die dünne Kontaktschicht über einen Wafer hinweg mit einer größeren Herstellungstoleranz bearbeitbar.
Die Durchätzung der Kontaktschicht kann über die gesamte Durchkontaktierung hinweg erfolgen. Alternativ kann ähnlich einem konventionellen Ätzprozess nahe an die zu
kontaktierende Schicht herangeätzt werden und nachfolgend wird die noch fehlende Ätzung durch die Kontaktschicht hindurch an vielen kleinen Stellen parallel vorgenommen, um die zur Verfügung stehende Kontaktfläche zu maximieren. Dies erfolgt bevorzugt dann, wenn eine laterale Stromaufweitung in der Halbleiterschichtenfolge nicht von der Kontaktschicht selbst vorgenommen wird, sondern über eine
Stromaufweitungsschicht, zum Beispiel unterhalb der
Kontaktschicht, sichergestellt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform berührt die
Durchkontaktierung die Halbleiterschichtenfolge außerhalb der Kontaktfläche in einer Grenzfläche. Mit anderen Worten umfasst die Grenzfläche alle Bereiche der Durchkontaktierung außerhalb der Kontaktfläche, die an den zweiten
Halbleiterbereich grenzen. Im Betrieb des Halbleiterbauteils erfolgt an der Grenzfläche nur eine untergeordnete
Stromeinprägung. Eine hauptsächliche Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge erfolgt somit an der Kontaktfläche . Eine Stromeinprägung pro Flächeneinheit an der Grenzfläche ist bevorzugt um mindestens einen Faktor 10 oder 30 oder 100 geringer als an der Kontaktfläche . Insbesondere ist eine Stromeinprägung an der Grenzfläche im Vergleich zu einer Stromeinprägung an der Kontaktfläche vernachlässigbar. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Durchkontaktierung in Draufsicht auf die Ebene gesehen ringsum von einem Material der Halbleiterschichtenfolge umgeben. Das heißt, die Halbleiterschichtenfolge kann sich geschlossen ringsum um die Durchkontaktierung erstrecken. Alternativ ist es möglich, dass sich die Durchkontaktierung an einem Rand der Halbleiterschichtenfolge befindet, sodass die Durchkontaktierung in Draufsicht gesehen an zumindest einer Seite nicht von der Halbleiterschichtenfolge umgeben ist .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform durchstößt die
Durchkontaktierung die Kontaktschicht um höchstens das
Doppelte oder Dreifache oder Vierfache einer Dicke der
Kontaktschicht . Alternativ oder zusätzlich durchstößt die Durchkontaktierung die Kontaktschicht um mindestens 0,1 ym oder 0,2 ym und/oder um höchstens 0,5 ym oder 1 ym oder 2 ym. Mit anderen Worten erstreckt sich die Durchkontaktierung nur vergleichsweise geringfügig über die Kontaktschicht hinaus in den zweiten Halbleiterbereich.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht vergleichsweise dünn. Dies bedeutet insbesondere, dass eine Dicke der Kontaktschicht bei mindestens 20 nm oder 40 nm oder 60 nm liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Dicke bei höchstens 200 nm oder 150 nm oder 100 nm oder 80 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Kontaktschicht im Vergleich zu angrenzenden Schichten eine höhere Dotierung und/oder eine höhere elektrische
Leitfähigkeit auf als das umgebende Material. Die Dotierung und/oder die Leitfähigkeit liegen beispielsweise um
mindestens einen Faktor 2 oder 5 oder 10 oberhalb der Leitfähigkeit und/oder Dotierung des angrenzenden Halbleitermaterials .
Alternativ ist es möglich, dass die Kontaktschicht einen anderen Dotierstoff als das umgebende Material umfasst.
Weiterhin kann die Kontaktschicht eine andere
Materialzusammensetzung aufweisen als das umgebende
Halbleitermaterial, beispielsweise im Falle von InGaAlP eine Variation des Verhältnisses von In zu Ga zu Al gegenüber dem angrenzenden Halbleitermaterial.
Beispielsweise ist die Kontaktschicht aus AlGalnP, bevorzugt dotiert mit Te und/oder mit Si. Eine Dotierstoffkonzentration liegt beispielsweise bei mindestens 5 x 10-*-^ pro cm^ oder bei mindestens 1 x 10-*-^ pro cm^ .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Durchkontaktierung in Draufsicht auf die durch die aktive Zone definierte Ebene gesehen streifenförmig oder L-förmig oder U-förmig oder T-förmig oder rahmenförmig gestaltet. Ein Aspektverhältnis aus einer Längsausdehnung und einer
mittleren Breite der Durchkontaktierung ist somit relativ hoch. Dieses Aspektverhältnis beträgt beispielsweise
mindestens 5 oder 10 oder 20.
Die Längsausdehnung folgt dabei in Draufsicht gesehen
bevorzugt einem Verlauf der Durchkontaktierung.
Beispielsweise bei einer L-förmigen Durchkontaktierung weist die Längsausdehnung einen Knick auf, sodass der L-Form gefolgt wird, und bei einer rahmenförmigen Durchkontaktierung bildet die Längsausdehnung eine geschlossene Linie. Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus einer mittleren Breite der Durchkontaktierung und aus einer Dicke der Kontaktschicht bei mindestens 2 oder 3 oder 5.
Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei
höchstens 100 oder 25 oder 15 oder 10. Relativ zur Dicke der Kontaktschicht ist die Durchkontaktierung damit
vergleichsweise schmal.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die mittlere Breite der Durchkontaktierung bei mindestens 0,1 ym oder 0,2 ym oder 0,3 ym. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite bei höchstens 5 ym oder 1,5 ym oder 1 ym oder 0 , 5 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktfläche teilweise oder in Gänze als Teil eines Kegelmantels
gestaltet. Im Querschnitt gesehen kann die Kontaktfläche als symmetrisches Trapez geformt sein. Es ist möglich, dass die Kontaktfläche mehrere Teilflächen aufweist, die jeweils als Teil eines Kegelmantels gestaltet sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kontaktfläche in Draufsicht auf die Ebene gesehen mehrere ringförmige oder kreisringförmige Teile auf. Diese Teile der Kontaktfläche können konzentrisch angeordnet sein. Es ist möglich, dass die Kontaktfläche in Draufsicht gesehen aus solchen Teilflächen besteht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Kontaktschicht von der Durchkontaktierung mehrfach durchstoßen. Liegen mehrere der Durchkontaktierungen vor, so kann die
Kontaktschicht von jeder der Durchkontaktierungen mehrfach durchstoßen sein. Das heißt insbesondere, dass eine Grundfläche der betreffenden Durchkontaktierung reliefartig gestaltet ist und Vertiefungen und Erhebungen aufweist, sodass die Kontaktschicht im Bereich der Durchkontaktierung mehrfach perforiert sein kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Kontaktfläche in Draufsicht auf die Ebene gesehen mehrere
nebeneinanderliegende Teile oder Teilflächen auf. Diese nebeneinanderliegenden Teile oder Teilflächen sind
beispielsweise ringförmig und/oder inselförmig gestaltet. Ringförmig bedeutet, dass die Kontaktfläche eine Fläche einschließt, die nicht zur elektrischen Kontaktierung
vorgesehen ist. Inselförmig bedeutet, dass die betreffenden Teile oder Teilflächen geschlossene und zusammenhängende sowie lückenlose Gebiete sind. Solche Gebiete können
kreisförmig oder auch unregelmäßig gestaltet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
nebeneinanderliegenden Teile oder Teilflächen der
Kontaktfläche regelmäßig angeordnet. Eine solche Struktur lässt sich beispielsweise über ein lithografisches Verfahren erreichen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
nebeneinanderliegenden Teile oder Teilflächen der
Kontaktfläche unregelmäßig angeordnet. Beispielsweise ist die Kontaktfläche dann durch eine Aufrauung gebildet, die die Kontaktschicht stellenweise vollständig durchdringt.
Es können auch Mischformen vorliegen, sodass die
Kontaktfläche sowohl regelmäßig angeordnete Teilflächen und unregelmäßig angeordnete Teilflächen umfasst. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Durchkontaktierung durch den ersten Halbleiterbereich und durch die aktive Zone hindurch mit einem Flankenwinkel geführt. Der Flankenwinkel ist größer als der Kontaktwinkel und bevorzugt nahe an 90° gewählt, sodass Seitenflächen der Durchkontaktierung in diesem Bereich näherungsweise senkrecht zur Ebene verlaufen können. Insbesondere liegt der
Flankenwinkel zur Ebene bei mindestens 70° oder 80° oder 85° oder 88°, bevorzugt bei mindestens 80°. Dies bedeutet
insbesondere, dass der vergleichsweise kleine Kontaktwinkel ausschließlich im Bereich der Kontaktschicht vorliegt und das ansonsten die Durchkontaktierung näherungsweise parallel zur Hauptwachstumsrichtung verlaufende Seitenflächen aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Flankenwinkel um mindestens 10° oder 20° oder 40° größer als der
Kontaktwinkel. Das heißt, der Flankenwinkel ist bevorzugt deutlich größer als der Kontaktwinkel.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich zwischen den Seitenflächen der Durchkontaktierung und der
Halbleiterschichtenfolge stellenweise oder ganzflächig ein Spalt. Der Spalt kann evakuiert oder gasgefüllt sein.
Alternativ zu einem Spalt befindet sich eine elektrisch isolierende Schicht an den Seitenflächen, wobei zwischen der isolierenden Schicht und der Durchkontaktierung sowie
zwischen der isolierenden Schicht und der
Halbleiterschichtenfolge bevorzugt keine Lücken vorhanden sind .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich die Kontaktschicht über den gesamten zweiten Halbleiterbereich hinweg, mit Ausnahme der Durchkontaktierung, und bildet wiederum bis auf Ausnahmen der Durchkontaktierung eine durchgehende, geschlossene Schicht. Mit anderen Worten ist die Kontaktschicht einzig von der mindestens einen
Durchkontaktierung durchdrungen und ansonsten eine
ununterbrochene, durchgehende und zusammenhängende Schicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Dicke des zweiten Halbleiterbereichs an einer der aktiven Zone
abgewandten Seite der Kontaktschicht durchgehend oder überwiegend mindestens ein Fünffaches oder ein Zehnfaches einer Dicke der Kontaktschicht . Mit anderen Worten ist der zweite Halbleiterbereich an der der aktiven Zone abgewandten Seite der Kontaktschicht durchgehend vergleichsweise dick.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der zweite
Halbleiterbereich an der der aktiven Zone abgewandten Seite zu einer lateralen Stromverteilung eingerichtet. Mit anderen Worten kann der zweite Halbleiterbereich in diesem Gebiet eine Stromaufweitungsschicht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil genau eine Durchkontaktierung oder genau zwei Durchkontaktierungen. Dabei liegt der Kontaktwinkel bevorzugt zwischen einschließlich 20° und 35° und der erste Halbleiterbereich ist p-dotiert und der zweite
Halbleiterbereich ist n-dotiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Quotient aus der Kontaktfläche und aus einer Fläche der Durchkontaktierung bei höchstens 10 oder 6. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Quotient bei mindestens 0,8 oder 1 oder 1,5. Das heißt, die Kontaktfläche kann größer sein als die Fläche der Durchkontaktierung. Die Fläche der Durchkontaktierung ist beispielsweise eine Querschnittsfläche der Durchkontaktierung auf Höhe der aktiven Zone oder auf Höhe der Kontaktschicht, wobei diese Querschnittsfläche parallel zur durch die aktive Zone definierten Ebene ausgerichtet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist eine Fläche der aktiven Zone größer als die Kontaktfläche . Beispielsweise ist die aktive Zone mindestens 20-fach oder 50-fach oder lOOfach oder 300fach größer als die Kontaktfläche . Somit wird nur ein vergleichsweise kleiner Teil der aktiven Zone durch die
Durchkontaktierungen entfernt, sodass eine effiziente
Lichterzeugung in der Halbleiterschichtenfolge möglich ist.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung von
optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben. Mit dem Verfahren wird bevorzugt ein Halbleiterbauteil hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge:
A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats für die
Halbleiterschichtenfolgen,
B) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge auf dem
Aufwachssubstrat, sodass sich der zweite Halbleiterbereich näher an dem Aufwachssubstrat befindet als der erste
Halbleiterbereich,
C) Erzeugen mindestens einer Ausnehmung für die mindestens eine Durchkontaktierung durch die Kontaktschicht hindurch, und
D) Erzeugen der metallischen Durchkontaktierung, sodass die Durchkontaktierung bevorzugt den ersten Halbleiterbereich in Richtung weg von der Kontaktschicht überragt oder bündig mit dem ersten Halbleiterbereich abschließt.
Das Aufwachssubstrat kann nachfolgend entfernt werden. Es ist möglich, dass vor dem Entfernen des Aufwachssubstrats ein permanenter Ersatzträger angebracht wird. Alternativ handelt es sich bei den Halbleierbauteilen um sogenannte substratlose Dünnfilmchips, die frei von einem Aufwachssubstrat und frei von einem Ersatzträger sind.
Eine mechanische Stabilisierung des Halbleiterbauteils erfolgt dann einerseits durch die Halbleiterschichtenfolge und andererseits durch die Durchkontaktierung und durch elektrische Kontakte, welche beispielsweise galvanisch vergleichsweise dick gefertigt werden können. Weiterhin ist es möglich, dass die Durchkontaktierung und/oder elektrische Kontakte in ein Vergussmaterial, etwa aus einem Kunststoff, eingebettet werden und dass über ein solches Vergussmaterial eine weitere mechanische Stabilisierung erzielbar ist.
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß
dargestellt sein. Es zeigen:
Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von
Abwandlungen von Halbleiterbauteilen,
Figuren 3 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figuren 6 bis 10 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figuren 11 bis 19 schematische Draufsichten auf
Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
Figuren 20 bis 26 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.
In Figur 1 ist eine Abwandlung 9 eines Halbleiterbauteils illustriert. Die Abwandlung 9 umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge 2. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist beiderseits von einer Kontaktschicht 25 sowie von einer weiteren Kontaktschicht 24 zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt. An der Kontaktschicht 25 befindet sich ein metallischer und flächiger elektrischer Kontakt 4. Die weitere Kontaktschicht 24 ist bereichsweise von dem weiteren elektrischen Kontakt 4 bedeckt. Die Kontaktschicht 25 wird beispielsweise freigelegt, wenn ein nicht dargestelltes Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt wird. Dabei kann ein Ätzprozess erforderlich sein, um eventuelle Anwachsschichten oder Pufferschichten von der Kontaktschicht 25 zu entfernen. Bei einem solchen Entfernen eines Aufwachssubstrats kann die Kontaktschicht 25 jedoch stellenweise beschädigt werden, insbesondere bei Aufwachssubstraten mit einem vergleichsweise großen Durchmesser.
Gemäß der Abwandlung 9 in Figur 2 befindet sich die
Kontaktschicht 25 innerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2. Eine elektrische Kontaktierung erfolgt nur von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 her. Neben dem weiteren elektrischen Kontakt 4 ist eine Durchkontaktierung 3
vorhanden. Die elektrische Durchkontaktierung 3 endet
innerhalb der Kontaktschicht 25. Somit ist ein Ätzen einer Ausnehmung für die Durchkontaktierung 3 präzise einzustellen, um über einen gesamten Wafer hinweg die Kontaktschicht 25 genau zu treffen.
Außerdem ist eine solche Kontaktschicht 25, wie in Figur 2 gezeigt, relativ dick zu wählen, damit die Durchkontaktierung 3 tatsächlich innerhalb der Kontaktschicht 25 enden kann, und zwar über den gesamten Wafer hinweg. Dies führt zu erhöhten optischen Verlusten in der üblicherweise hoch dotierten und somit relativ stark lichtabsorbierenden Kontaktschicht 25.
In den Figuren 3 bis 5 ist ein Herstellungsverfahren für ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Gemäß Figur 3 wird die
Halbleiterschichtenfolge 2 auf einem Aufwachssubstrat 20 aufgewachsen . Das Aufwachssubstrat 20 ist beispielsweise ein GaAs-Substrat . Eine Hauptwachstumsrichtung G für die
Halbleiterschichtenfolge 2 ist senkrecht zum Aufwachssubstrat 20 orientiert.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst die Kontaktschicht 25, die innerhalb eines zweiten Halbleiterbereichs 23 liegt. Der zweite Halbleiterbereich 23 ist bevorzugt n-dotiert und umfasst in der Nähe des Aufwachssubstrats 20 optional eine Stromaufweitungsschicht 26. Hin zu einem ersten
Halbleiterbereich 21, der bevorzugt p-dotiert ist, befindet sich eine aktive Zone 22. An einer der aktiven Zone 22 abgewandten Seite umfasst der erste Halbleiterbereich 21 eine weitere Kontaktschicht 24.
Der zweite Halbleiterbreich 23 basiert zum Beispiel auf InAlP mit einer Te-Dotierung um 1 x 10-*-^ pro cm^ . Die
Stromaufweitungsschicht 26 ist bevorzugt aus InAlP mit einer
Te-Dotierung um 1 x 10-*-^ pro cm^ . Bei der Kontaktschicht 25 handelt es sich insbesondere um eine InAlGaP-Schicht, wie In (AIQ 5GaQ^ 5) P, mit einer Te-Dotierung um 1 x 10-*-^ pro cm^ .
Optional kann bereits in diesem Verfahrensschritt an der weiteren Kontaktschicht 24 der weitere elektrische Kontakt 4 erzeugt werden. Der weitere elektrische Kontakt 4 ist
bevorzugt metallisch und kann aus mehreren metallischen
Schichten zusammengesetzt sein. Abweichend von der
Darstellung der Figuren 3 bis 5 kann der weitere elektrische Kontakt 4 auch erst in einem späteren Verfahrensschritt erzeugt werden. Es ist möglich, dass sich direkt an der
Halbleiterschichtenfolge eine TCO-Schicht befindet, nicht gezeichnet . Im Verfahrensschritt der Figur 4 ist illustriert, dass eine Ausnehmung 30 in die Halbleiterschichtenfolge 20 geätzt wird. Die Ausnehmung 30 verläuft durch den ersten Halbleiterbereich 21, durch die aktive Zone 22 und auch durch die
Kontaktschicht 25 vollständig hindurch. Die Ausnehmung 30 endet innerhalb der Stromaufweitungsschicht 26.
Die Ausnehmung 30 wird mit zwei unterschiedlichen
Flankenwinkeln erzeugt. Durch den ersten Halbleiterbereich 21 und durch die aktive Zone 22 hindurch sind Seitenflächen der Ausnehmung 30 nahezu parallel zur Hauptwachstumsrichtung G orientiert. Nur im Bereich der Kontaktschicht 25 werden mit einem relativ kleinen Kontaktwinkel somit flach verlaufende Seitenflächen erzeugt, um eine relativ große Grenzfläche zur Kontaktschicht 25 zu gewährleisten. Dies ist näher in
Verbindung mit Figur 6 erläutert.
Schließlich ist in Figur 5 dargestellt, dass in der
Ausnehmung 30 die elektrische Durchkontaktierung 3 erzeugt wird. Die elektrische Durchkontaktierung 3 ist metallisch. An einer Grenze der Durchkontaktierung 3 zur Kontaktschicht 25 entsteht eine Kontaktfläche 32. Die Kontaktfläche 32 hat die Form eines Teils eines Kegelmantels. Eine n-seitige
Stromeinprägung in die Halbleiterschichtenfolge 2 erfolgt überwiegend oder ausschließlich an der Kontaktfläche 32.
Die Kontaktfläche 32 ist beispielsweise für eine Stromdichte von 0,1 mA pro ym^ bis 5 mA pro ym^ eingerichtet, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
Eine Rückseite 11 mit den Kontakten 3, 4 liegt einer
Strahlungsaustrittsseite 10 gegenüber. Die
Strahlungsaustrittsseite 10 ist bevorzugt durch den zweiten Halbleiterbereich 23 gebildet. Es ist möglich, dass an der Strahlungsaustrittsseite 10 eine Aufrauung für eine bessere Lichtauskopplung vorhanden ist.
Optional, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, kann ein Vergusskörper 6 erzeugt werden. Der Vergusskörper 6 ist bevorzugt aus einem Kunststoff. Die Kontakte 3, 4 können in den Vergusskörper 6 eingebettet werden. Optional können sich zwischen dem Vergusskörper 6 und der
Halbleiterschichtenfolge 2 nicht gezeichnete
Passivierungsschichten und/oder Spiegelschichten befinden.
Weiterhin ist es möglich, dass der Vergusskörper 6 auch außenliegende Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 2 teilweise oder vollständig bedeckt, anders als in Figur 5 dargestellt .
In Figur 6 ist die Durchkontaktierung 3 im Bereich der
Kontaktschicht 25 detaillierter dargestellt.
Durch die aktive Zone 22 ist eine Ebene P definiert. Die Ebene P ist senkrecht zur Hauptwachstumsrichtung G
orientiert. Die Kontaktschicht 25 verläuft parallel zur Ebene P und damit parallel zur aktiven Zone 22.
An der aktiven Zone 22 sowie im Bereich des ersten
Halbleiterbereichs 21 sind Seitenflächen der
Durchkontaktierung 3 mit einem Flankenwinkel b näherungsweise senkrecht zur Ebene P orientiert. In diesem Bereich kann sich zwischen der Durchkontaktierung 3 und der
Halbleiterschichtenfolge 2 eine elektrische Isolationsschicht 38 befinden. An einer Grundfläche 33 der Durchkontaktierung 3 liegt im Gebiet der Kontaktschicht 25 ein Kontaktwinkel w vor. Der Kontaktwinkel w liegt bei ungefähr 35° und ist damit relativ zum Flankenwinkel b vergleichsweise klein. Somit schneidet die Durchkontaktierung 3 die Kontaktschicht 25 unter den vergleichsweise kleinen Kontaktwinkel w. Damit wird eine relativ große Fläche an der Kontaktschicht 25 für die
Kontaktfläche 32 erzeugt.
Die beispielsweise ebene Grundfläche 33 der
Durchkontaktierung 3 sowie Gebiete der Durchkontaktierung 3 außerhalb der Kontaktfläche 32, die an den zweiten
Halbleiterbereich 23 grenzen, bilden eine Grenzfläche 36. Relativ zur Kontaktfläche 32 erfolgt in der Grenzfläche 36 keine oder keine signifikante Stromeinprägung in die
Halbleiterschichtenfolge 2 aus der Durchkontaktierung 3 heraus .
Die Durchkontaktierung 3 endet in dem zweiten
Halbleiterbereich 23 an einer der aktiven Zone 22 abgewandten Seite der Kontaktschicht 25. Dabei ist eine Durchstoßlänge C der Durchkontaktierung 3 über die Kontaktschicht 25 hinaus vergleichsweise klein. Die Durchstoßlänge C liegt bevorzugt bei ungefähr einer Dicke T der Kontaktschicht 25. Alternativ oder zusätzlich liegt die Durchstoßlänge C zwischen
einschließlich 0,1 ym und 1 ym.
Eine Spitzenlänge D der Durchkontaktierung 3, in der der Kontaktwinkel w vorliegt, ist bevorzugt ebenfalls in der Größenordnung der Dicke T der Kontaktschicht 25.
Beispielsweise liegt die Spitzenlänge D bei mindestens dem Doppelten oder Dreifachen und/oder bei höchstens dem Fünffachen oder Vierfachen der Dicke T. Gleiches gilt
bevorzugt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 7 ist illustriert, dass die Durchkontaktierung 3 viele Durchstoßbereiche durch die
Kontaktschicht 25 hindurch aufweist. Damit sind viele
Kontaktflachen 32 gebildet und eine Gesamtgröße der
Kontaktflachen 32 zusammengenommen kann relativ groß sein.
Die einzelnen Durchstoßbereiche der Durchkontaktierung 3 durch die Kontaktschicht 25 können im Querschnitt gesehen regelmäßig angeordnet sein.
Optional befindet sich zwischen der Durchkontaktierung 3 und der Halbleiterschichtenfolge 2 in lateraler Richtung ein Spalt 5. Alternativ zu einem Spalt 5 kann um die
Durchkontaktierung 3 herum ein elektrisch isolierendes
Material wie die Isolationsschicht 38 der Figur 6 oder wie der Vergusskörper 6 der Figur 5 vorhanden sein. Gleiches gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
In Figur 8 ist der Bereich der Durchkontaktierung 3 an der Kontaktschicht 25 detaillierter dargestellt. Gemäß Figur 8 ist an der Spitze der Durchkontaktierung 3 eine unregelmäßige Aufrauung erzeugt. Damit durchdringt die Durchkontaktierung 3 die Kontaktschicht 25 im Querschnitt gesehen in vielen
Durchstoßbereichen .
Es ist möglich, dass alle Strukturen der Aufrauung die
Kontaktschicht 25 durchdringen. Alternativ, wie in Figur 8 dargestellt, wird die Kontaktschicht 25 lediglich
stellenweise vollständig durchdrungen und optional vorhandene weitere Strukturen der Aufrauung reichen lediglich bis an oder bis in die Kontaktschicht 25. Durch eine solche
Aufrauung ist eine große Kontaktflache 32 erzielbar.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 9 wird die
Kontaktschicht 25 von der Durchkontaktierung 3 regelmäßig mehrfach durchdrungen. Die einzelnen Gebiete der Grundfläche 33 können dabei im Querschnitt gesehen gerade und senkrecht zur Hauptwachstumsrichtung G verlaufen. Zwischen den schräg verlaufenden Teilabschnitten der Kontaktfläche 32 können sich an der Durchkontaktierung 3 jeweils senkrecht zur
Wachstumsrichtung G verlaufende Gebiete der Grenzfläche 36 befinden. Dies kann auch an einen äußeren Rand um die
Durchstoßbereiche herum gelten.
In Figur 10 ist gezeigt, dass die Durchkontaktierung 3 an einer Seite nicht von der Halbleiterschichtenfolge 2 begrenzt wird. Damit kann die Durchkontaktierung 3 an einem Rand der Halbleiterschichtenfolge 2 liegen. Entsprechendes ist auch in allen anderen Ausführungsbeispielen möglich.
In den Figuren 11 bis 16 sind verschiedene
Realisierungsmöglichkeiten der Durchkontaktierung 3 und auch der weiteren Kontaktfläche 4 jeweils in Draufsicht auf die Rückseite 11 dargestellt.
Gemäß Figur 11 sind der Kontakt 4 sowie die
Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen kreisförmig gestaltet. Der Kontakt 4 und die Durchkontaktierung 3 können in gegenüberliegenden Ecken des Halbleiterbauteils 1 liegen.
In Figur 12 ist dargestellt, dass die Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen streifenförmig verläuft und sich nahezu vollständig entlang einer Seitenkante des Halbleiterbauteils 1 erstreckt. Der näherungsweise rechteckige Kontakt 4 kann flächig gestaltet sein.
In Figur 13 ist illustriert, dass die Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen L-förmig ist und somit eine geknickt verlaufende, relativ große Längsausdehnung L aufweist. Der Kontakt 4 kann flächig gestaltet sein.
Eine Breite der Durchkontaktierung 3 in Richtung senkrecht zur Längsausdehnung L liegt zum Beispiel bei ungefähr 0,5 ym. Bei einem beispielhaften Kontaktwinkel w von 35° und einer Dicke der Kontaktschicht 25 von 100 nm resultiert unterhalb einer mittleren Breite von ungefähr 0,5 ym eine größere
Kontaktfläche 32, als im Falle von Geometrien, wie in der Abwandlung 9 der Figur 2 dargestellt.
Gemäß Figur 14 ist die Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen U-förmig gestaltet und umläuft den Kontakt 4 an drei Seiten .
Im Ausführungsbeispiel der Figur 15 bildet die
Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen einen
geschlossenen Rahmen um den Kontakt 4 herum. Die
Durchkontaktierung 3 kann zumindest eine Verbreiterung aufweisen, beispielsweise um eine elektrische Kontaktierung, etwa über einen Bonddraht zu ermöglichen. Die Verbreiterung kann mittig an einer Längsseite erzeugt sein oder abweichend von Figur 15 auch in einem Eckbereich liegen.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 16 ist die
Durchkontaktierung 3 T-förmig gestaltet. Es ist möglich, dass der Kontakt 4 in zwei Teilflächen aufgeteilt ist. Alternativ kann einer dieser beiden Teilflächen des Kontakts 4 weggelassen werden.
Zur Vergrößerung einer Umfanglinie der Durchkontaktierung 3 und damit zur Vergrößerung der Kontaktflache 32 kann ein Umriss der Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen mit einer Strukturierung, beispielsweise in Wellenform, versehen werden. Eine solche strukturierte, insbesondere wellige
Umrisslinie der Durchkontaktierung 3 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein, insbesondere in den Figuren 11 bis 15.
Die Gestaltungen der Durchkontaktierung 3 in Draufsicht, wie in den Figuren 11 bis 16 dargestellt, können jeweils für die Ausführungsbeispiele der Figuren 5 bis 9 herangezogen werden. Entsprechendes gilt für Figur 10, wobei die
Durchkontaktierungen 3 dann je an einem Rand der Rückseite 11 liegen .
In den Figuren 17 bis 19 sind beispielhafte Gestaltungen der Durchkontaktierung 3 im Bereich der Grundfläche 33
dargestellt. Entsprechende Durchkontaktierungen 3 können in allen anderen Ausführungsbeispielen verwendet werden. Die in den Figuren 17 bis 19 gezeigten Geometrien können dabei jeweils an die in Draufsicht gesehene Form der
Durchkontaktierung 3 der Figuren 11 bis 16 entsprechend angepasst werden. Somit sind die Gestaltungsmöglichkeiten der Figuren 17 bis 19 nicht auf kreisförmige oder ovale
Geometrien beschränkt.
In Figur 17 ist eine Form der Kontaktflächen 32 gezeigt, die beispielsweise aus Durchkontaktierungen 3 resultiert, wie in Figur 9 illustriert. Somit liegen mehrere in Draufsicht gesehen konzentrische Kontaktflachen 32 vor. Die Ringe, die die Kontaktflache 32 bilden, können äquidistant angeordnet sein oder auch variierende Abstände zueinander aufweisen.
In Figur 18 ist gezeigt, dass die Kontaktfläche 32 im
Wesentlichen zusammenhängend verlaufen kann. In
beispielsweise kreisrunden Gebieten für die Grundfläche 33 kann die Stromaufweitungsschicht des zweiten
Halbleiterbereichs 23 freigelegt sein. Diese Öffnungen für die Grundfläche 33 können regelmäßig angeordnet sein.
In Figur 19 ist illustriert, dass die Kontaktfläche 32 einen äußeren Kreisring aufweist. Innerhalb dieses äußeren
Kreisrings sind mehrere Ringe der Kontaktfläche 32
angeordnet, beispielsweise in einem regelmäßigen Muster. Eine solche Struktur kann sich beispielsweise aus dem
Ausführungsbeispiel der Figur 7 ergeben.
Beim Ausführungsbeispiel der Figur 20 befindet sich die
Durchkontaktierung 3 nur an einem Rand oder an mehreren
Rändern der aktiven Zone 22, sodass die Durchkontaktierung auf Höhe der aktiven Zone 22 nicht ringsum von einem Material der Halbleiterschichtenfolge 2 umgeben ist. Anders als in Figur 10 steht jedoch ein Teil des zweiten Halbleiterbereichs 23 seitlich über die Durchkontaktierung 3 über.
Gemäß Figur 21 weist die Durchkontaktierung 3 in einem äußeren Bereich einen Flankenwinkel b von beispielsweise 90° auf, in einem inneren Bereich liegt der Kontaktwinkel w vor, der zum Beispiel 40° beträgt. Zwischen dem inneren und dem äußeren Bereich weist die Durchkontaktierung 3 eine Stufe mit einem Plateau auf. Im Bereich der Stufe kann die
Durchkontaktierung 3 in Richtung parallel zur aktiven Zone 22 an der Halbleiterschichtenfolge 2 aufliegen. Solche
Gestaltungen der Durchkontaktierung 3 können auch in allen anderen Ausführungsbeispielen gegeben sein.
Außerdem ist in Figur 21 illustriert, dass das
Aufwachssubstrat 20 noch vorhanden ist, optional gedünnt. Die Stromaufweitungsschicht 26 befindet sich an einer der aktiven Zone 22 zugewandten Seite der Kontaktschicht 25. Die
Durchkontaktierung 3 reicht bis in das Aufwachssubstrat 20 hinein und endet innerhalb des Aufwachssubstrats 20.
In Figur 22 ist im Vergleich mit Figur 21 das
Aufwachssubstrat nicht mehr vorhanden. Die Durchkontaktierung 3 steht somit über die Kontaktschicht 25 über und endet außerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2.
Im Ausführungsbeispiel der Figur 23 sind Seitenwände der Durchkontaktierung 3 mit der Isolationsschicht 38 versehen, außer an einer Bodenfläche der Durchkontaktierung 3 und außer an der Kontaktschicht 25. Innerhalb der
Halbleiterschichtenfolge 2 weist die Durchkontaktierung 3 durchgehend den relativ kleinen Kontaktwinkel w auf. Erst außerhalb der Halbleiterschichtenfolge 2 liegt der größere Flankenwinkel b vor.
Gemäß Figur 24 ist analog zu Figur 23 die Isolationsschicht 38 vorhanden, wobei ein Bereich der Durchkontaktierung 3 mit dem Kontaktwinkel w frei von der Isolationsschicht 38 ist.
Die Durchkontaktierung 3 ist gestaltet, wie in Verbindung mit Figur 21 erläutert.
Abweichend von der Darstellung in Figur 24 können sich die Isolationsschicht 38 und die Durchkontaktierung 3 auch auf die weitere Kontaktschicht 24 erstrecken. Hierdurch kann eine Fläche der Durchkontaktierung 3 außerhalb der
Halbleiterschichtenfolge 2 vergrößert werden, womit auch eine größere Fläche für eine Kühlung und Befestigung des
Halbleiterbauteils 1 erreichbar ist.
In Figur 25 ist gezeigt, dass die Durchkontaktierung 3 im Bereich der Kontaktschicht 25 gekrümmte Begrenzungsflächen aufweisen kann. Das heißt, im Querschnitt senkrecht zur aktiven Zone 22 gesehen kann die Kontaktfläche 32 als gekrümmte Kurve erscheinen, wie dies auch für die Grenzfläche 36 der Fall sein kann. Entsprechendes gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele .
Anders als in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen reicht die Durchkontaktierung 3 gemäß Figur 26 nicht durch die aktive Zone 22 hindurch, sondern ist auf eine Aufrauung des zweiten Halbleiterbereichs 23 beschränkt. Die Aufrauung durchdringt die Kontaktschicht 25 stellenweise, analog zu Figur 8, sodass die Durchkontaktierung 3 die Kontaktschicht 25 durchdringt.
Bevorzugt erstreckt sich die Durchkontaktierung 3 nur auf einen Teil der Strahlungsaustrittsseite 10 und damit nur auf einen Teil der Kontaktschicht 25. Die Aufrauung der
Kontaktschicht 25 kann sich dennoch über die gesamte
Halbleiterschichtenfolge 2 hinweg erstrecken. Die Aufrauung kann regelmäßig oder unregelmäßig gestaltet sein.
Optional ist die Halbleiterschichtenfolge 2 an der
Strahlungsaustrittsseite 10 nicht durch die Kontaktschicht 25, sondern durch eine weitere Schicht des zweiten
Halbleiterbereichs 23 gebildet. Es ist möglich, dass die Durchkontaktierung 3 in der Stromaufweitungsschicht 26 endet. Der weitere Kontakt 4 kann eine Rückseite der
Halbleiterschichtenfolge 2 ganzflächig oder zumindest zu 80 % oder 90 % bedecken.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 131 404.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die hier beschriebene 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 Halbleiterbauteil
10 Strahlungsaustrittsseite
11 Rückseite
2 Halbleiterschichtenfolge
20 Aufwachssubstrat
21 erster Halbleiterbereich
22 aktive Zone
23 zweiter Halbleiterbereich
24 weitere Kontaktschicht
25 Kontaktschicht zur elektrischen Kontaktierung
26 Stromaufweitungsschicht
3 elektrische Durchkontaktierung
30 Ausnehmung
32 Kontaktflache
33 Grundfläche
36 Grenzfläche
38 elektrische Isolationsschicht
4 weiterer elektrischer Kontakt
5 Spalt
6 Vergusskörper
9 Abwandlung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils b Flankenwinkel
C Durchstoßlänge
D Spitzenlänge
G Hauptwachstumsrichtung
L Längsausdehnung
P Ebene mit der aktiven Zone
T Dicke der Kontaktschicht
w Kontaktwinkel zwischen der Ebene und der Kontaktfläche

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (2) und mit mindestens einer elektrischen Durchkontaktierung (3) , wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (2) eine aktive Zone (22) zur Strahlungserzeugung und eine Kontaktschicht (25) zur elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge
(2) umfasst,
- die aktive Zone (22) in einer Ebene (P) senkrecht zu einer Hauptwachstumsrichtung (G) der
Halbleiterschichtenfolge (2) liegt und sich zwischen einem ersten Halbleiterbereich (21) mit einem ersten
Leitfähigkeitstyp und einem zweiten Halbleiterbereich (23) mit einem von ersten verschiedenen zweiten
Leitfähigkeitstyp befindet,
- die Kontaktschicht (25) innerhalb des zweiten
Halbleiterbereichs (23) liegt,
- die Durchkontaktierung (3) durch die Kontaktschicht (25) hindurch reicht, und
- eine Kontaktflache (32) zwischen der Durchkontaktierung
(3) und der Kontaktschicht (3) zur Ebene (P) einen
Kontaktwinkel (w) von mindestens 20° und von höchstens 70° einschließt .
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Kontaktwinkel (w) zwischen einschließlich 20° und 50° liegt,
wobei die Durchkontaktierung (3) durch den ersten
Halbleiterbereich (21), durch die aktive Zone (22) und durch die Kontaktschicht (25) hindurch reicht und
innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs (23) endet.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, bei dem der Kontaktwinkel (w) zwischen einschließlich 20° und 50° liegt,
wobei die Durchkontaktierung (3) durch den ersten
Halbleiterbereich (21), durch die aktive Zone (22) und durch die Kontaktschicht (25) sowie durch den zweiten
Halbleiterbereich (23) hindurch reicht und innerhalb eines Aufwachssubstrats (20), das sich direkt am zweiten
Halbleiterbereich (23) befindet, endet.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch 1, bei dem der Kontaktwinkel (w) zwischen einschließlich 20° und 50° liegt,
wobei die Durchkontaktierung (3) auf dem zweiten
Halbleiterbereich (23) aufgebracht ist und innerhalb des zweiten Halbleiterbereichs (23) endet, sodass der erste
Halbleiterbereich (21) und die aktive Zone (22) frei von der Durchkontaktierung (3) sind, und
wobei die Durchkontaktierung (3) auf einer Aufrauung des zweiten Halbleiterbereichs (23) gebildet ist und die
Aufrauung die Kontaktschicht (25) stellenweise vollständig durchdringt .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Halbleiterschichtenfolge (2) auf AlInGaP basiert, wobei die Durchkontaktierung (3) metallisch ist und den zweiten Halbleiterbereich (23) außerhalb der Kontaktflache (32) in einer Grenzfläche (36) berührt,
wobei im Betrieb an der Grenzfläche (36) eine Stromeinprägung pro Flächeneinheit um mindestens einen Faktor 10 geringer ist als an der Kontaktfläche (32) .
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Durchkontaktierung (3) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen ringsum von einem Material der
Halbleiterschichtenfolge (2) umgeben ist,
wobei die Durchkontaktierung (3) die Kontaktschicht (25) um höchstens das Doppelte einer Dicke der Kontaktschicht (25) durchstößt,
wobei die Dicke (T) der Kontaktschicht (25) zwischen
einschließlich 20 nm und 200 nm liegt, und
wobei die Kontaktschicht (25) aus mit Si und/oder mit Te dotiertem AlGalnP ist.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Durchkontaktierung (3) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen streifenförmig oder L-förmig oder U-förmig oder rahmenförmig gestaltet ist, sodass ein Aspektverhältnis aus einer Längsausdehnung (L) und einer mittleren Breite der Durchkontaktierung (3) mindestens fünf beträgt.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein Quotient aus einer mittleren Breite der
Durchkontaktierung (3) und aus einer Dicke (T) der
Kontaktschicht (25) bei mindestens 3 und bei höchstens 25 liegt,
wobei die mittlere Breite höchstens 1 ym beträgt.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Kontaktfläche (32) oder zumindest ein Teil der Kontaktfläche (32) als Teil eines Kegelmantels gestaltet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Kontaktflache (32) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige oder kreisringförmige Teile umfasst.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Kontaktschicht (25) mehrfach von der
Durchkontaktierung (3) durchstoßen ist, sodass die
Kontaktflache (32) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen mehrere nebeneinanderliegende ringförmige und/oder
inselförmige Teile umfasst.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem die nebeneinanderliegenden ringförmigen und/oder inselförmigen Teile regelmäßig angeordnet sind.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach Anspruch
11,
bei dem die nebeneinanderliegenden ringförmigen und/oder inselförmigen Teile unregelmäßig angeordnet sind, sodass die Kontaktfläche (32) durch eine Aufrauung gebildet ist, die die Kontaktschicht (25) stellenweise vollständig durchdringt.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Durchkontaktierung (3) durch den ersten
Halbleiterbereich (21) und durch die aktive Zone (22) hindurch mit einem Flankenwinkel (b) von mindestens 70° zur Ebene (P) geführt ist, sodass der kleinere Kontaktwinkel (w) nur im Bereich der Kontaktschicht (25) vorliegt und der Flankenwinkel (b) um mindestens 20° größer ist als der
Kontaktwinkel (w) .
15. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Kontaktschicht (25) über den gesamten zweiten Halbleiterbereich (23) hinweg erstreckt und bis auf die mindestens eine Durchkontaktierung (3) eine durchgehende, geschlossene Schicht ist,
wobei eine Dicke des zweiten Halbleiterbereichs (23) an einer der aktiven Zone (22) abgewandten Seite der Kontaktschicht (25) durchgehend mindestens ein Fünffaches einer Dicke (T) der Kontaktschicht (5) beträgt,
wobei der zweite Halbleiterbereich (23) an der der aktiven Zone (22) abgewandten Seite zu einer lateralen
Stromverteilung eingerichtet ist.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem genau eine Durchkontaktierung (3) vorhanden ist, wobei der Kontaktwinkel (w) zwischen einschließlich 20° und 35° liegt und der erste Halbleiterbereich (21) p-dotiert und der zweite Halbleiterbereich (23) n-dotiert ist, und
wobei ein Quotient aus der Kontaktflache (32) und einer
Fläche der Durchkontaktierung (3) zwischen einschließlich 6 und 1 liegt und eine Fläche der aktiven Zone (22) mindestens 20-fach größer ist als die Kontaktfläche (32) .
17. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
A) Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (20) für die
Halbleiterschichtenfolge (2), B) Wachsen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf dem
Aufwachssubstrat (20), sodass sich der zweite
Halbleiterbereich (23) näher an dem Aufwachssubstrat (20) befindet als der erste Halbleiterbereich (23) ,
C) Erzeugen mindestens einer Ausnehmung (30) für die mindestens eine Durchkontaktierung (3) durch die
Kontaktschicht (25) hindurch, und
D) Erzeugen der metallischen Durchkontaktierung (3) .
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