DE102008054217A1

DE102008054217A1 - Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips

Info

Publication number: DE102008054217A1
Application number: DE102008054217A
Authority: DE
Inventors: Stefan Dr. Illek; Uwe Dr. Strauss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2008-10-31
Filing date: 2008-10-31
Publication date: 2010-05-06
Also published as: WO2010048918A1; JP2012507155A; JP5717640B2; US20110235664A1; US8536603B2

Abstract

Ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten umfasst insbesondere eine aktive Schicht (4) mit einem aktiven Bereich (11), der geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung (99) abzustrahlen, eine erste Gitterschicht (7) auf der aktiven Schicht (4), die entlang der Abstrahlrichtung (99) eine Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung (99) verlaufende, als Gitterlinien ausgebildete Streifen (70) mit dazwischen angeordneten Zwischenräumen (79) aufweist, und eine zweite Gitterschicht (8) auf der ersten Gitterschicht (7), die die Streifen (70) der ersten Gitterschicht (7) und die Zwischenräume (79) überdeckt und die ein transparentes Material aufweist, das durch ein nicht-epitaktisches Aufbringverfahren aufgebracht ist.

Description

Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.
Für viele Anwendungen von Halbleiterlasern ist es erforderlich, dass das Emissionsspektrum eine möglichst geringe spektrale Breite, eine longitudinale Einmodigkeit sowie einen gut kontrollierbaren Temperaturgang der Wellenlänge aufweist.
Eine Aufgabe zumindest einer Ausführungsform ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten anzugeben. Eine Aufgabe von zumindest einer weiteren Ausführungsform ist es, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Ein optoelektronischer Halbleiterchip gemäß einer Ausführungsform weist insbesondere eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten auf und umfasst insbesondere

– eine aktive Schicht mit einem aktiven Bereich, der geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung abzustrahlen,
– eine erste Gitterschicht auf der aktiven Schicht, die entlang der Abstrahlrichtung eine Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung verlaufende als Gitterlinien ausgebildete Streifen mit dazwischen angeordneten Zwischenräumen aufweist, und
– eine zweite Gitterschicht auf der ersten Gitterschicht, die die Streifen der ersten Gitterschicht und die Zwischenräume überdeckt und die ein transparentes Material aufweist, das durch ein nicht-epitaktisches Aufbringverfahren aufgebracht ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten insbesondere die Schritte:

A) Bereitstellen einer aktiven Schicht mit einem aktiven Bereich, der geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung abzustrahlen,
B) Aufbringen einer ersten Gitterschicht auf der aktiven Schicht, die entlang der Abstrahlrichtung eine Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung verlaufende als Gitterlinien ausgeführte Streifen mit dazwischen angeordneten Zwischenräumen aufweist, und
C) Aufbringen einer zweiten Gitterschicht auf der ersten Gitterschicht, die die Streifen der ersten Gitterschicht und die Zwischenräume überdeckt und die ein transparentes Material aufweist, das durch ein nicht-epitaktisches Aufbringverfahren aufgebracht wird.

Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen, Merkmale und Kombinationen davon beziehen sich gleichermaßen auf den optoelektronischen Halbleiterchip und auf das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips soweit nichts anderes explizit vermerkt ist.
Hier und im Folgenden kann „Licht” oder „elektromagnetische Strahlung” gleichermaßen insbesondere elektromagnetische Strahlung mit zumindest einer Wellenlänge oder einem Wellenlängenbereich aus einem infraroten bis ultravioletten Wellenlängenbereich bedeuten. Dabei kann das Licht beziehungsweise die elektromagnetische Strahlung einen sichtbaren, also einen nah-infraroten bis blauen Wellenlängenbereich mit einer oder mehreren Wellenlängen zwischen etwa 350 nm und etwa 1000 nm umfassen.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf” oder „über” einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Dass eine Schicht oder ein Element „zwischen” zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist, kann hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur einen der zwei anderen Schichten oder Elementen und in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt oder in mittelbarem Kontakt zur anderen der zwei anderen Schichten oder Elementen angeordnet ist. Dabei können bei mittelbarem Kontakt dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und zumindest einer der zwei anderen Schichten beziehungsweise zwischen dem einen und zumindest einem der zwei anderen Element angeordnet sein.
Die Schichten der Halbleiterschichtenfolge weisen jeweils parallel zueinander angeordnete Erstreckungsrichtungen beziehungsweise Erstreckungsebenen auf, wobei die übereinander angeordneten Schichten der Halbleiterschichtenfolge entlang einer Anordnungsrichtung aufeinander angeordnet sind. Die Anordnungsrichtung ist dabei orthogonal zu den Erstreckungsrichtungen beziehungsweise zu den Erstreckungsebenen ausgerichtet.
Die erste Gitterschicht kann insbesondere Gitterlinien aufweisen, die als streifenförmige Erhebungen mit dazwischen liegenden, die Zwischenräume bildenden Vertiefungen ausgeführt sind. Das kann bedeuten, dass die Vertiefungen beziehungsweise Zwischenräume nicht ganz durch die erste Gitterschicht hindurchreichen. Alternativ dazu kann die erste Gitterschicht getrennt voneinander angeordnete Streifen aufweisen, die durch die Zwischenräume räumlich voneinander getrennt sind. Dabei kann die zweite Gitterschicht zwischen den Streifen der ersten Gitterschicht in den Zwischenräumen durch die erste Gitterschicht bis zu einer darunter liegenden funktionellen Schicht, wie weiter unten näher ausgeführt ist, hindurchragen.
Das transparente Material der zweiten Gitterschicht kann bevorzugt durch das nicht-epitaktische Aufbringen eine von darunter liegenden Schichten, etwa der aktiven Schicht und/oder weiteren funktionellen Schichten, verschiedene und insbesondere nicht-angepasste Kristallgitterstruktur aufweisen. Weiterhin kann das transparente Material vom Materialsystem der aktiven Schicht oder vom Materialsystem der aktiven Schicht und weiteren funktionellen Schichten abweichen. Nicht-epitaktische Aufbringverfahren, die chemische und physiklaische Aufbringverfahren umfassen können, die geeignet sind die Kristallgitterstruktur der darunter liegenden Schicht oder Schichten nicht fortzusetzen, so dass eine nicht-kristallgitterangepasste zweite Gitterschicht ausgebildet werden kann. Dadurch ist die zweite Gitterschicht gemäß dem hier beschriebenen Verfahren und dem hier beschriebenen optoelektronische Halbleiterchip nach dem Aufbringen von epitaktisch aufgewachsenen Schicht anhand seiner nicht-angepassten Kristallgitterstruktur erkennbar.
Die hier beschriebene Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise der hier beschriebene Halbleiterchip ist besonders bevorzugt als Laserdiode ausgebildet, die im Betrieb insbesondere durch stimulierte Emission hervorgerufene kohärente elektromagnetische Strahlung erzeugen kann. Die Abstrahlrichtung ist dabei bevorzugt entlang und parallel zu den Erstreckungsrichtungen beziehungsweise den Erstreckungsebenen der Schichten der Halbleiterschichtenfolge und insbesondere entlang und parallel zur aktiven Schicht gerichtet. Das bedeutet, dass der Halbleiterchip besonders bevorzugt als so genannter Kantenemitter ausgeführt ist, der über zumindest eine Seitenfläche der Halbleiterschichtenfolge die elektromagnetische Strahlung abstrahlen kann.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich in der aktiven Schicht beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW-Strukturen) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW-Strukturen) aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (”confinement”) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht mit dem aktiven Bereich weitere funktionelle Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, ausgewählt aus p- und n-dotierten Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- und Lochtransportschichten, p-, n- und undotierten Confinement-, Mantel- und Wellenleiterschichten, Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und Elektroden sowie Kombinationen der genannten Schichten. Die Elektroden können dabei jeweils eine oder mehrere Metallschichten mit Ag, Au, Sn, Ti, Pt, Pd und/oder Ni aufweisen. Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Anordnungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht auf, die im aktiven Bereich eine Quantentopfstruktur umfasst und die zwischen zwei als so genannte Nebentöpfe ausgeführten Wellenleiterschichten angeordnet ist, wodurch eine so genannte „seperate confinement heterostructure” (SCH-Struktur) gebildet wird. Die SCH-Struktur ermöglicht die getrennte Optimierung von Ladungsträgerconfinement und vertikaler Führung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung entlang der Erstreckungsebene der aktiven Schicht. Die SCH-Struktur kann bevorzugt zwischen zumindest zwei weiteren Wellenleiter- und/oder zumindest zwei Mantelschichten angeordnet sein. Die vorab genannten Schichten sowie gegebenenfalls weitere Schichten der Halbleiterschichtenfolge können auf einem Substrat angeordnet sein. Das im oben beschriebenen Verfahrensschritt A bezeichnete Bereitstellen der aktiven Schicht kann beispielsweise auch das Bereitstellen einer solchen Schichtenfolge oder auch einer Abwandlung davon bedeuten.
Weiterhin kann eine Elektrode je nach Ausführung des Substrats auf derselben Substratoberfläche wie die aktive Schicht zwischen dem Substrat und der aktiven Schicht angeordnet sein. Alternativ dazu kann die Elektrode auch auf einer der aktiven Schicht abgewandten Oberfläche angeordnet sein. Eine weitere Elektrode ist vom Substrat aus gesehen über der aktiven Schicht angeordnet.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von AlGaAs ausgeführt sein.
Unter AlGaAs-basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem Al_xGa_1-xAs mit 0 ≤ x ≤ 1 aufweist. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein auf AlGaAs basierendes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren. Weiterhin kann ein derartiges Material zusätzlich oder alternativ zu den genannten Elementen In und/oder P aufweisen.
Weiterhin kann die Halbleiterschichtenfolge alternativ oder zusätzlich auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. Unter InGaAlN-basierte Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis auf InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem In_xAl_yGa_1-x-yP mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen oder Halbleiterchips, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einen grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge oder der Halbleiterchip neben oder anstelle der III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme auch II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Ein II/VI-Verbindungshalbleitermaterial kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise O, S, Se, aufweisen. Insbesondere umfasst ein II-VI-Verbindungshalbleitermaterial eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den II/VI-Verbindungs-Halbleitermaterialien: ZnO, ZnNgO, CdS, ZnCdS, MgBeO.
Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin. ein Substrat aufweisen, auf dem die oben genannten III-V- oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsystem abgeschieden sind. Das Substrat kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen. Insbesondere kann das Substrat GaP, GaN, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Um einen Betrieb der Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise des Halbleiterchips in einer lateralen Grundmode zu ermöglichen, können Schichten der Halbleiterschichtenfolge, die auf zumindest einer Seite des aktiven Bereichs angeordnet sind, beispielsweise steg- und/oder trapezförmig strukturiert sein. Derartige als Stegwellenleiter, Rippenwellenleiter, „Ridge-Struktur”, „Trapezstruktur” oder „tapered structure” bekannte Ausgestaltungen der Halbleiterschichtenfolge sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt.
Um einen Betrieb der Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise des Halbleiterchips in einer ausgewählten longitudinalen Mode zu ermöglichen, können die erste und zweite Gitterschicht eine so genannte verteilte Rückkopplung der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung ermöglichen und damit einen Laserresonator oder einen Teil davon bilden. Dabei können die erste und zweite Gitterschicht direkt über dem aktiven Bereich oder longitudinal zu diesem versetzt, aber noch im Resonatorbereich, angeordnet sein, wodurch im ersten Fall eine so genannte „distributed feetback structure” (DFB-Struktur) und im zweiten Fall eine so genannte „distributed Bragg reflector structure” (DBR-Struktur) gebildet werden kann. Die prinzipielle Funktionsweise und der prinzipielle Aufbau von DFB- und DBR-Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden hier nicht weiter ausgeführt.
Insbesondere kann die zweite Gitterschicht einen kleineren Brechungsindex als die erste Gitterschicht aufweisen. Dadurch wird entlang der Abstrahlrichtung ein räumliches Gitter mit periodisch variierendem Brechungsindex ermöglicht, das die für DFB- und DBR-Strukturen typische verteilte Rückkopplung beziehungsweise Bragg-Reflektion ermöglicht. Die Wellenlänge der im aktiven Bereich erzeigten elektromagnetischen Strahlung wird durch das Gitter, also die ersten und zweite Gitterschicht festgelegt, nämlich durch konstruktive Interferenz der am Gitter rückgekoppelten Welle. Die Periode des Gitters, also der Abstand eines Streifens der ersten Gitterschicht zu einem benachbarten Streifen kann derart gewählt werden, dass bevorzugt diejenige Wellenlänge im Resonator anschwingt, die im Material des Gitters der doppelten Periode des Gitters entspricht. Die Dicke der zwischen der aktiven Schicht und der ersten und zweiten Gitterschicht angeordneten weiteren Schichten wie etwa Wellenleiter- und/oder Mantelschichten ist dabei derart gewählt, dass ein ausreichend hoher Überlapp der im Wellenleiterbereich geführten Mode der erzeugten elektromagnetischen Strahlung mit der ersten Gitterschicht ermöglicht wird.
In bekannten DFB- und DBR-Laserstrukturen wird eine Gitterstruktur durch epitakitsches Abscheiden der das Gitter bildenden Schichten hergestellt. Dazu wird ein Material mit einem bestimmten Brechungsindex streifenförmig hergestellt und danach großflächig mit einem Material mit einem davon verschiedenen Brechungsindex epitaktisch überwachsen. Dieser Überwachsungsprozess ist beispielsweise im InGaAsP/InP-Materialsystem technisch möglich, wenngleich aufwändig und teuer. In aluminiumhaltigen Materialsystemen wie etwa AlGaAs/GaAs-Materialsystemen jedoch ist eine derartige epitaktische Überwachsung aufgrund der sehr hohen Oxidationsfähigkeit des Aluminiums technisch nur unter extrem hohem Aufwand oder auch gar nicht möglich. Daher haben sich insbesondere im AlGaAs/GaAs-Materialsystem die technischen Ansätze beispielsweise aus dem InGaAsP/InP-Materialsystem nicht durchsetzen können. Ersatzweise können die gewünschten spektralen Eigenschaften durch Oberflächengitter erreicht werden, jedoch sind aufgrund der dabei auftretenden hohen optischen Verluste solche Lösungen kommerziell kaum durchsetzbar.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterchip und dem hier beschriebenen Verfahren wird die zweite Gitterschicht im Verfahrensschritt C mittels eines nicht-epitaktischen und bevorzugt mittels eines physikalischen Aufbringverfahrens, insbesondere mittels Ausdampfen oder Sputtern, aufgebracht. Dadurch kann die Herstellung einer DFB- oder DBR-äquivalenten Struktur über der aktiven Schicht der Halbleiterschichtenfolge ermöglicht werden, ohne dass der bekannte und technisch aufwändige oder gar kaum mögliche epitaktische Überwachsungsschritt durchgeführt werden muss. Dazu wird nach Ausbildung der Streifen in der ersten Gitterschicht, also nach der Definition eines periodischen Gitters, anstelle einer epitaktischen Überwachsung mittels Aufdampfen oder Sputtern die zweite Gitterschicht großflächig und unstrukturiert auf den Streifen der ersten Gitterschicht und den Zwischenräumen zwischen diesen aufgebracht. Eine geführte Mode der Wellenleiterstruktur weist in Bereichen mit und ohne Streifen der ersten Gitterschicht aufgrund des Brechzahlenunterschieds der ersten und zweiten Gitterschicht eine leicht unterschiedliche Ausbreitungskonstante auf, die auch durch eine effektive Brechzahl beschrieben werden kann. Durch eine geeignete Dimensionierung des so genannten Tastverhältnisses, also dem Verhältnis der Streifenbreite zur Gitterperiode, und der Schichtdicken der ersten und zweiten Gitterschicht kann durch die unterschiedlichen Gitterbereiche, nämlich die so genannten „lines”, also die Streifen beziehungsweise Gitterlinien der ersten Gitterschicht, und die so genannten „spaces”, also die mit der zweiten Gitterschicht bedeckten und ausgefüllten Zwischenräume zwischen den Streifen der ersten Gitterschicht, eine ausreichend hohe Differenz der effektiven Brechungsindizes eingestellt werden. Dadurch ergibt sich eine verteilte Kopplung von vorwärts- und rückwärtslaufenden elektromagnetischen Wellen im Resonator der Halbleiterchips. Die Stärke dieser Kopplung ist proportional zur Differenz der effektiven Brechungsindices.
Das transparente Material der zweiten Gitterschicht kann insbesondere auch einen elektrischen Kontakt mit der darunter liegenden Schicht bilden. Dazu kann das transparente Material besonders bevorzugt ein elektrisch leitendes transparentes Material sein. Weiterhin kann das transparente Material einen kleineren Brechungsindex als die darunter liegende Schicht aufweisen.
Die zweite Gitterschicht kann einen Brechungsindex aufweisen, der kleiner oder gleich 2,5 ist. Besonders bevorzugt ist der Brechungsindex der zweiten Gitterschicht kleiner oder gleich 2. Je kleiner der Brechungsindex der zweiten Gitterschicht im Vergleich zur ersten Gitterschicht ist, desto größer ist die Differenz der effektiven Brechungsindizes der ”lines” und „spaces”, also der Bereiche mit den Streifen der ersten Gitterschicht und der Bereiche mit den Zwischenräumen. Dabei kann es möglich sein, dass durch die Verwendung eines geeigneten transparenten Materials in der zweiten Gitterschicht ein höherer Brechungsindexunterschied zur ersten Gitterschicht erreichbar ist als die bei epitaktisch überwachsenen Gittern in bekannten DFB- oder DBR-Lasern möglich ist, da die epitaktische Überwachsungsschicht typischerweise einen Brechungsindex aufweist, der verhältnismäßig nahe am Brechungsindex der überwachsenen Gitterschicht liegt. Ferner kann es möglich sein, dass die zwischen der aktiven Schicht und der ersten beziehungsweise zweiten Gitterschicht angeordneten Mantel- und/oder Wellenleiterschichten dünner sein können als bei herkömmlichen DFB- oder DER-Lasern mit epitaktisch überwachsenen Gittern. Weiterhin kann die im aktiven Bereich erzeugte elektromagnetische Strahlung durch den hohen Brechungsindexunterschied eine sehr geringe Eindringtiefe in der zweiten Gitterschicht haben, wodurch optische Verluste durch Absorption in der zweiten Gitterschicht gering gehalten werden können.
Insbesondere kann das transparente Material ein beschriebenes transparentes leitendes Oxid (TCO) aufweisen oder aus einem solchen sein. Ein TCO umfasst ein transparentes, elektrisch leitendes Material, das ein Metalloxid wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) umfasst. Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO₂ oder In₂O₃ gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn₂SnO₄, CdSnO₃, ZnSnO₃, MgIn₂O₄, GaInO₃, Zn₂In₂O₅ oder In₄Sn₃O₁₂ oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Weiterhin kann es möglich sein, dass die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können. Besonders bevorzugt aufgrund der leichten Aufbringbarkeit und guten Prozessverträglichkeit weist die zweite Gitterschicht Zinkoxid und/oder ITO auf. Der Brechungsindex der zweiten Gitterschicht mit einem oder mehreren TCOs als transparentes Material kann dabei kleiner als 2 sein und beispielsweise etwa 1,6 betragen.
Die erste Gitterschicht kann ein Halbleitermaterial aus dem Materialsystem der aktiven Schicht und/oder den weiteren Schichten wie etwa Wellenleiter- und/oder Mantelschicht aufweisen. Um einen guten elektrischen Anschluss der ersten und zweiten Gitterschicht an die aktive Schicht zu gewährleisten, kann die erste Gitterschicht auch als Kontaktschicht ausgebildet sein. Dazu kann die erste Gitterschicht beispielsweise eine ausreichend hohe Dotierung aufweisen. Im AlGaAs-Materialsystem kann die erste Gitterschicht beispielsweise GaAs aufweisen.
Zur Herstellung der ersten Gitterschicht können der oben genannte Verfahrensschritt A oder der oben genannte Verfahrensschritt B einen weiteren Teilschritt B1 und der Verfahrensschritt B weitere Teilschritte B2 und B3 aufweisen mit

B1) Großflächiges Aufbringen der ersten Gitterschicht,
B2) Aufbringen einer Maskenschicht mit einer Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung des aktiven Bereichs verlaufenden Streifen und dazwischen liegenden Zwischenräumen und
B3) Nasschemisches Ätzen der ersten Gitterschicht in den Bereichen der Zwischenräume der Maskenschicht.

Der Teilschritt B1 kann beispielsweise durch epitaktisches Aufwachsen auf der im Verfahrensschritt A bereitgestellten aktiven Schicht erfolgen, wobei, wie oben beschrieben, im Verfahrensschritt A die aktive Schicht mit zusätzlichen Wellenleiter- und/oder Mantelschichten bereitgestellt werden kann. Der Teilschritt B1 wird somit bevorzugt zusammen mit dem Verfahrensschritt A in einem einzigen Epitaxieschritt durchgeführt. Im Verfahrensschritt B2 kann die Maskenschicht durch großflächiges Aufbringen eines geeigneten Materials und anschließendes Strukturieren in einem lithographischen Schritt hergestellt werden. Im Verfahrensschritt B3 kann die erste Gitterschicht nur teilweise in den Zwischenräumen der Maskenschicht geätzt werden, so dass als Zwischenräume Vertiefungen in der ersten Gitterschicht ausgebildet werden können. Alternativ dazu kann die erste Gitterschicht in den Zwischenräumen der Maskenschicht komplett durchgeätzt werden, so dass die Streifen der ersten Gitterschicht durch die geätzten Zwischenräume voneinander räumlich getrennt sind.
Die Höhe der ersten Gitterschicht kann größer oder gleich 20 Nanometer, bevorzugt größer oder gleich 50 Nanometer und besonders bevorzugt größer oder gleich 80 Nanometer sein. Je größer die Höhe der ersten Gitterschicht und insbesondere je höher die Streifen und die dazwischen liegenden Zwischenräume, ausgebildet ist, desto größer ist auch der daraus resultierende effektive Brechungsindexunterschied zwischen den Gitterbereichen und desto größer ist auch der erreichbare Koppelkoeffizient des derart hergestellten Laserresonators. Insbesondere ist es durch die hier beschriebene erste und zweite Gitterschicht möglich, einen Koppelkoeffizient von größer oder gleich 10/cm, bevorzugt größer oder gleich 20/cm und besonders bevorzugt von Größer oder gleich 30/cm zu erreichen.
Auf der zweiten Gitterschicht kann in einem weitern Verfahrensschritt D eine Elektrodenschicht aufgebracht werden, die eines der weiter oben genannten Materialien aufweist.
Weiterhin kann zwischen der aktiven Schicht und der ersten Gitterschicht eine unstrukturierte, großflächig aufgebrachte Kontaktschicht angeordnet sein. Die Kontaktschicht kann dabei ein epitaktisch aufgewachsenes Halbleitermaterial aufweisen. Durch die zusätzliche Kontaktschicht kann es möglich sein, dass der elektrische Anschluss zwischen der ersten beziehungsweise der zweiten Gitterschicht und den darunter liegenden Schichten, insbesondere der aktiven Schicht, verbessert werden kann. Insbesondere kann durch die Kontaktschicht ein großflächiger, gleichmäßiger elektrischer Anschluss ermöglicht werden. Die erste Gitterschicht und die Kontaktschicht können dabei ein gleiches Material aufweisen.
Weiterhin kann zwischen der ersten Gitterschicht und der Kontaktschicht eine Zwischenschicht angeordnet sein, die wie die erste Gitterschicht streifenförmig strukturiert wird beziehungsweise ist. Die Zwischenschicht kann beispielsweise als Ätzstoppschicht ausgebildet sein, die die Herstellung der ersten Gitterschicht auf der Kontaktschicht erleichtert. Dazu kann die Zwischenschicht bei einer ersten Gitterschicht aus GaAs beispielsweise ein P-haltiges Material, etwa bevorzugt InGaP und/oder AlGaP, aufweisen oder daraus sein. Die Höhe der Zwischenschicht kann dabei einen oben im Zusammenhang mit der ersten Gitterschicht genannten Größenbereich aufweisen.
Durch die erste Gitterschicht und die zweite Gitterschicht mit einem wie oben beschriebenen transparenten Material, insbesondere einem TCO, kann eine deutliche Beeinflussung des Modenprofils der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung erreicht werden, wobei ein vergleichbar hoher Koppelkoeffizient wie bei bekannten Laserstrukturen möglich ist. Insbesondere kann ein DFB- oder DBR-Laser-Halbleiterchip ermöglicht werden, der keine epitaktisch überwachsene Gitterstruktur aufweist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den 1A bis 5 beschriebenen Ausführungsformen.
Es zeigen:
1A bis 1E schematische Darstellungen eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem Ausführungsbeispiel,
2 und 3 schematische Darstellungen optoelektronischer Halbleiterchips gemäß weiteren Ausführungsbeispielen und
4 und 5 Graphen mit Eigenschaften von optoelektronischen Halbleiterchips gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
In den 1A bis 1E ist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel gezeigt.
In einem ersten Verfahrensschritt A gemäß 1A wird eine aktive Schicht 4 bereitgestellt. Insbesondere wird dazu eine Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von Schichten bereitgestellt, die eine aktive Schicht 4 umfasst. Die aktive Schicht 4 weist einen aktiven Bereich 11 auf, der geeignet ist, im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterchips 100 elektromagnetische Strahlung entlang der mit 99 gekennzeichneten Abstrahlrichtung abzustrahlen. Die Anordnungsrichtung der Schichten der Halbleiterschichtenfolge ist senkrecht zur gezeigten Abstrahlrichtung 99.
Die bereitgestellte Halbleiterschichtenfolge umfasst im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Substrat 1 aus GaAs, auf dem eine n-leitende Mantelschicht 2 aus AlGaAs angeordnet ist. Darüber sind eine n-leitende Wellenleiterschicht 3 aus AlGaAs, die etwa 7 Nanometer dicke aktive Schicht 4 mit einer Mehrfach-Quantentopf-Struktur mit InGaAs und eine p-leitende Wellenleiterschicht 5 aus AlGaAs angeordnet. Die aktive Schicht 4 und die Wellenleiterschichten 3 und 5 bilden eine oben im allgemeinen Teil beschriebene SCH-Struktur. Die aktive Schicht 4 ist geeignet, elektromagnetische Strahlung mit einer Wellenlänge von etwa 920 Nanometer zu erzeugen. Über der Wellenleiterschicht 5 ist eine p-leitende Mantelschicht 6 aus AlGaAs angeordnet. Die Mantelschichten 2 und 6 weisen einen Al-Gehalt von größer oder gleich etwa 20% und kleiner oder gleich etwa 30% und eine Dicke von einigen hundert Nanometer, etwa im Bereich von 400 bis 1000 Nanometer, auf. Die Wellenleiterschichten 3 und 5 weisen einen Al-Gehalt von größer oder gleich etwa 5% und kleiner oder gleich etwa 15% und eine Dicke von einigen 10 Nanometer, etwa im Bereich von etwa 50 bis 100 Nanometer, auf.
Das Substrat 1 kann dabei ein Aufwachssubstrat sein, auf der die funktionalen Schichten 2 bis 6 epitaktisch aufgewachsen werden. Alternativ dazu kann die Halbleiterschichtenfolge in Dünnfilm-Technologie herstellbar sein. Das bedeutet, dass die funktionalen Schichten 2 bis 6 auf einem Aufwachssubstrat aufgewachsen und anschließen auf ein Trägersubstrat, das dann das Substrat 1 der in 1A gezeigten Halbleiterschichtenfolge bildet, übertragen werden. Je nach Aufwachstechnik können wie gezeigt die n-leitenden Schichten oder alternativ auch die p-leitenden Schichten dem Substrat 1 zugewandt sein.
Alternativ zu den gezeigten Schichten und Materialien können auch Halbleiterschichtenfolge mit Merkmalen und insbesondere einer aktiven Schicht gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil bereitgestellt werden. Die nachfolgende Beschreibung ist daher nicht als auf die genannten Materialien und Kombinationen beschränkt zu verstehen.
In einem weiteren Verfahrensschritt B wird eine erste Gitterschicht 7 mit senkrecht zur Abstrahlrichtung 99 verlaufenden Streifen 70 und dazwischen liegenden Zwischenräumen 79 hergestellt. Dazu wird in einem Teilschritt B1 gemäß 1B großflächig und unstrukturiert auf der Mantelschicht 6 die erste Gitterschicht 7 epitaktisch aufgewachsen. Der Teilschritt B1 wird dabei bevorzugt in einem einzigen Epitaxieschritt zusammen mit der epitaktischen Ausbildung der funktionalen Schichten 2 bis 6 durchgeführt. Die erste Gitterschicht 7 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus p-dotierten GaAs und ist gleichzeitig als Kontaktschicht ausgebildet. Mittels eines lithographischen und eines anschließenden nasschemischen Ätzschritts (nicht gezeigt) wird in weiteren Teilschritten B2 und B3 eine Gitterstruktur mit Gitterlinien in die erste Gitterschicht 7 in Form von senkrecht zur Abstrahlrichtung 99 verlaufenden Streifen 70 übertragen, die durch die Zwischenräume 79 voneinander getrennten sind (1C). Die Streifen 70 und Zwischenräume 79 bilden entlang der Abstrahlrichtung 99 eine periodische Abfolge von Bereichen mit dem Material der ersten Gitterschicht 7 und Bereichen, die frei vom Material der ersten Gitterschicht 7 sind. Die Dimensionen der Steifen 70 und Zwischenräume 79 sowie die Länge des Bereichs mit den Streifen 70 und den Zwischenräumen 79, also die Länge des Gitterbereichs, werden nach dem Fachmann bekannten Gesichtspunkten hinsichtlich DFB- und DBR-Lasern gewählt und sind abhängig von den gewünschten Eigenschaften der emittierten elektromagnetischen Strahlung. Die erste Gitterschicht 7 wird dabei im gezeigten Ausführungsbeispiel komplett durchgeätzt, so dass die Zwischenräume 79 die Streifen 70 räumlich voneinander trennen. Alternativ dazu können die Zwischenräume 79 auch Vertiefungen in der ersten Gitterschicht 7 bilden, die dadurch hergestellt werden, dass die erste Gitterschicht 7 nicht komplett durchgeätzt wird (nicht gezeigt). Durch das komplette Trennen der Streifen 70 voneinander und durch Zwischenräume 79, die komplett durch die erste Gitterschicht 7 hindurchreichen, kann ein größerer effektiver Brechungsindexunterschied erreicht werden kann. Werden die Zwischenräume 79 als Vertiefungen ausgebildet, kann, wie auch weiter unten im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 2 erläutert, eine homogenere Strominjektion in die aktive Schicht 4 erreicht werden.
In einem weiteren Teilschritt C gemäß 1D wird eine zweite Gitterschicht 8 auf den Streifen 70 und den Zwischen räumen 79 der ersten Gitterschicht 7 mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht. Obwohl sich die zweite Gitterschicht 8 durch das physikalische Aufbringverfahren von einer epitaktisch aufgewachsenen Überwachsungsschicht hinsichtlich seiner Kristallstruktur unterscheidet, können ähnliche elektrische Eigenschaften hinsichtlich des Kontaktwiderstands zur Mantelschicht 6 erreicht werden. Darüber hinaus kann die Oxidationsproblematik, die sich beim epitaktischen Überwachsen der ersten Gitterschicht 7 aufgrund des Al-Gehalts in den Schichten der Halbleiterschichtenfolge ergeben würde, vermieden werden. Die zweite Gitterschicht 8 überdeckt nach dem Aufbringen die erste Gitterschicht 7 und weist damit eine Höhe auf, die größer als die Höhe der ersten Gitterschicht 7 ist. Die zweite Gitterschicht 8 weist ein transparentes Material auf, das durch ein TCO gebildet wird, und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel aus Zinkoxid oder ITO mit einem Brechungsindex von etwa 1,6.
In einem weiteren Verfahrensschritt D gemäß 1E wird auf der zweiten Gitterschicht 8 eine Elektrodenschicht 9 aufgebracht. Eine weitere Elektrodenschicht kann zur beidseitigen elektrischen Anbindung der aktiven Schicht 4 mit dem aktiven Bereich 11 auf der der aktiven Schicht 4 abgewandten Oberfläche des Substrat 1 aufgebracht sein (nicht gezeigt). Alternativ dazu kann die weitere Elektrodenschicht auch beispielsweise direkt an die Mantelschicht 2 kontaktieren und auf der der aktiven Schicht 4 zugewandten Seite des Substrats angeordnet sein (nicht gezeigt).
Der derart hergestellte optoelektronischen Halbleiterchip 100 gemäß 1E ist ähnlich wie ein bekannter DFB-Laser aufgebaut, wobei in Anordnungsrichtung die erste und zweite Gitterschicht 7, 8 direkt über dem aktiven Bereich 11 angeordnet sind. Dabei führt der niedrige Brechungsindex der zweiten Gitterschicht 8 dazu, dass die im aktiven Bereich 11 der aktiven Schicht 4 erzeugte und in der Halbleiterschichtenfolge ausbreitungsfähige optische Mode zum überwiegenden Teil im (optisch) verlustarmen Halbleitermaterial der ersten Gitterschicht 7 geführt wird und nur einen sehr geringen Überlapp mit der zweiten Gitterschicht aufwiest.
Dieser Effekt ist im Graph der 4 verdeutlicht. Dabei ist auf der x-Achse, die in 1E der Schnittachse 98 entspricht, der Abstand x in Mikrometer von der der aktiven Schicht 4 abgewandten Oberfläche des Substrat 1 entlang der Anordnungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge gezeigt. Die Kurve 40 zeigt in Verbindung mit der linken y-Achse den Brechungsindex der funktionellen Schichten der Halbleiterschichtenfolge. Der Brechungsindex des Substrats ist dabei etwa 3,6, der der Mantelschichten etwa 3,4. Im Bereich von etwa 3 Mikrometer auf der x-Achse sind die aktive Schicht mit einem Brechungsindex von etwa 3,7 und die Wellenleiterschichten beziehungsweise SCH-Schichten mit einem Brechungsindex von etwa 3,5 zu erkennen. Daran anschließend ist im mit 41 bezeichneten Bereich der Brechungsindex der ersten Gitterschicht 7 mit etwa 3,6 gezeigt. Daran anschließend ist mit einem Brechungsindex von etwa 1,6 die zweite Gitterschicht 8 zu erkennen. Die Kurven 42 und 43 zeigen in Verbindung mit der rechten y-Achse die Leistung P der optischen Mode in der Halbleiterschichtenfolge in geeigneten Einheiten. Dabei entspricht die Kurve 42 der Leistung der optischen Mode im Bereich der Schnittachse 98 in 1E, also im Bereich eines Streifens 70 der ersten Gitterschicht 7, während die Kurve 43 die Leistung der optischen Mode im Bereich eines Zwischenraums 79 zeigt. Dabei ist zu beachten, dass für die Kurve 43 streng genommen eine Kurve 40 gezeigt sein müsste, bei der der gezeigte Brechungsindex im Bereich 41 dem der zweiten Gitterschicht, also etwa 1,6, entspricht. Der Vergleich der Kurven 42 und 43 zeigt, dass die optische Mode nur wenig Überlapp mit der zweiten Gitterschicht hat.
Dieser Effekt, dass die optische Mode kaum Überlapp mit der zweiten Gitterschicht aufweist, ist entscheidend für die Effizienz des gezeigten optoelektronischen Halbleiterchips 100, da das TCO der zweiten Gitterschicht deutlich höhere optische Verluste als das Halbleitermaterial der ersten Gitterschicht 7 aufweist, was sich jedoch durch den geringen Überlapp nicht verschlechternd auswirkt. Durch das periodische Vorhandensein beziehungsweise Fehlen des Materials der ersten Gitterschicht 7, also die periodische Abfolge von Streifen 70 und Zwischenräumen 79, in longitudinaler Richtung (Abstrahlrichtung) bildet sich somit eine periodische Variation der effektiven Modenbrechzahl aus, die wie bei bekannten DFB-Lasern zu einer verteilten Rückkopplung und der entsprechenden Modifikation der spektralen Eigenschaften der im aktiven Bereich erzeugten elektromagnetischen Strahlung führt.
In diesem Zusammenhang ist in 5 in Abhängigkeit der Höhe d der ersten Gitterschicht 7 in Nanometer die damit erreichbare Brechungsindexdifferenz Δn auf der linke y-Achse in Verbindung mit der Kurve 51 und der sich daraus ergebende Koppelkoeffizient k auf der rechten y-Achse in Verbindung mit der Kurve 52 dargestellt. Dabei ist als erste Gitterschicht 7 ein Recheckgitter mit einem Tastverhältnis, also einem Breitenverhältnis der Streifen 70 und der Zwischenräume 79, von 1:1 angenommen. Aus 5 ist zu ersehen, dass Koppelkoeffizienten erzielbar sind, die mit einem k von etwa 30/cm im Bereich bekannter DFB-Laser liegen. Eine zusätzliche Variationsmöglichkeit des Koppelkoeffizienten k ergibt sich durch Variation der Dicke der vom Substrat aus gesehenen oberen Mantelschicht.
In den 2 und 3 sind gemäß weiteren Ausführungsbeispielen Modifikationen des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gemäß 1E gezeigt.
Der optoelektronische Halbleiterchip 200 gemäß 2 weist zwischen der ersten Gitterschicht 7 und der aktiven Schicht 4 auf der Mantelschicht 6 eine Kontaktschicht 10 auf, die unstrukturiert und großflächig auf der Mantelschicht 6 aufgebracht ist. Dadurch kann ein homogener elektrischer Anschluss der ersten und zweiten Gitterschicht 7, 8 ungeachtet deren Materialien und elektrischen Eigenschaften erreicht werden. Dadurch kann erreicht werden, dass auch die Strominjektion in die aktive Schicht 4 möglichst homogen, insbesondere homogener als im vorherigen Ausführungsbeispiel, ist. Während beim vorherigen Ausführungsbeispiel die Strominjektion hauptsächlich über die Streifen 70 der ersten Gitterschicht 7 in die darunter liegenden funktionellen Schichten erfolgt, kann bei Ausführungsbeispiel der 2 ein ganzflächiger Stromanschluss erfolgen. Dadurch kann der Kontaktwiderstand zwischen den Gitterschichten 7, 8 und den darunter liegenden funktionellen Schichten verringert werden. Die Kontaktschicht 10 weist dabei wie die erste Gitterschicht 7 hochdotiertes GaAs auf. Zwischen der Kontaktschicht 10 und der ersten Gitterschicht 7 ist in den Bereichen der Streifen 70 eine Zwischenschicht 71 angeordnet, die im gezeigten Ausführungsbeispiel aus AlGaP ist. Die Zwischenschicht 71 dient als Ätzstoppschicht im oben beschriebenen Verfahrensschritt B zu Herstellung der Streifen 70 der ersten Gitterschicht 7.
In 3 ist im Gegensatz zu den Ausführungsbeispielen der 1E und 2 ein optoelektronischer Halbleiterchip 300 in einer DBR-artigen Ausgestaltung gezeigt. Dabei sind die erste Gitterschicht 7 mit den Streifen 70 und die Zwischenräume 79 mit dem Material der zweiten Gitterschicht 8 longitudinal versetzt zum aktiven Bereich 11 der aktiven Schicht 4 angeordnet. Die aktive Schicht 4 kann dabei im Bereich der ersten Gitterschicht 7 auch entfernt sein, was durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten, umfassend – eine aktive Schicht (4) mit einem aktiven Bereich (11), der geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung (99) abzustrahlen, – eine erste Gitterschicht (7) auf der aktiven Schicht (4), die entlang der Abstrahlrichtung (99) eine Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung (99) verlaufende als Gitterlinien ausgebildete Streifen (70) mit dazwischen angeordneten Zwischenräumen (79) aufweist, und – eine zweite Gitterschicht (8) auf der ersten Gitterschicht (7), die die Streifen (70) der ersten Gitterschicht (7) und die Zwischenräume (79) überdeckt und die ein transparentes Material aufweist, das durch ein nicht-epitaktisches Aufbringverfahren aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei – die zweite Gitterschicht (8) einen kleineren Brechungsindex als die erste Gitterschicht (7) aufweist.
Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, wobei – der Brechungsindex der zweiten Gitterschicht (8) kleiner oder gleich 2,5 und insbesondere kleiner oder gleich 2 ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – das transparente Material der zweiten Gitterschicht (8) ein transparentes leitfähiges Oxid, insbesondere Zinkoxid und/oder Indiumzinnoxid, aufweist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die zweite Gitterschicht (8) mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – die erste Gitterschicht (7) als Kontaktschicht ausgebildet ist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – zwischen der ersten Gitterschicht (7) und der aktiven Schicht (4) eine unstrukturierte Kontaktschicht (10) aufgebracht ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 7, wobei – zwischen der ersten Gitterschicht (7) und der unstrukturierten Kontaktschicht (10) eine Zwischenschicht (71) angeordnet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 8, wobei – die Zwischenschicht (71) als Ätzstoppschicht ausgebildet ist.
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei – die erste und zweite Gitterschicht (7, 8) entlang einer Anordnungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge über dem aktiven Bereich (11) angeordnet sind.
Halbleiterchip nach einem der Ansprüche 1 bis 9 wobei – die erste und zweite Gitterschicht (7, 8) longitudinal versetzt zum aktiven Bereich (11) angeordnet sind.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – auf der zweiten Gitterschicht (8) eine Elektrode (9) angeordnet ist.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips mit einer Halbleiterschichtenfolge mit einer Mehrzahl von übereinander angeordneten Schichten, umfassend die Schritte: A) Bereitstellen einer aktiven Schicht (4) mit einem aktiven Bereich (11), der geeignet ist, im Betrieb elektromagnetische Strahlung entlang einer Abstrahlrichtung (99) abzustrahlen, B) Aufbringen einer ersten Gitterschicht (7) auf der aktive Schicht (4), die entlang der Abstrahlrichtung (99) eine Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung (99) verlaufende als Gitterlinien ausgebildete Streifen (70) mit dazwischen angeordneten Zwischenräumen (79) aufweist, und C) Aufbringen einer zweiten Gitterschicht (8) auf der ersten Gitterschicht (7), die die Streifen (70) der ersten Gitterschicht (7) und die Zwischenräume (79) überdeckt und die ein transparentes Material aufweist, das durch ein nicht-epitaktisches Aufbringverfahren aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13, bei dem – das transparente Material ein transparentes leitfähiges Oxid umfasst und im Verfahrensschritt C mittels Aufdampfen oder Sputtern aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, bei dem der Verfahrensschritt A oder der Verfahrensschritt B einen weiteren Teilschritt B1 und der Verfahrensschritt B weitere Teilschritte B2 und 33 aufweist mit B1) Großflächiges Aufbringen der ersten Gitterschicht (7), B2) Aufbringen einer Maskenschicht mit einer Mehrzahl von senkrecht zur Abstrahlrichtung (99) des aktiven Bereichs (11) verlaufenden Streifen und dazwischen liegenden Zwischenräumen und B3) Nasschemisches Ätzen der ersten Gitterschicht (7) in den Bereichen der Zwischenräume der Maskenschicht.