DE102018131404A1

DE102018131404A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung von optoelektronischen halbleiterbauteilen

Info

Publication number: DE102018131404A1
Application number: DE102018131404.3A
Authority: DE
Inventors: Korbinian Perzlmaier; Kerstin Neveling; Heribert Zull
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-12-07
Filing date: 2018-12-07
Publication date: 2020-06-10
Also published as: US11955588B2; US20220069183A1; WO2020114759A1; DE112019006054A5

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

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen angegeben.
Die Druckschrift DE 10 2015 111 046 A1 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 Al_nIn_1-n-mGa_mN, kurz AlInGaN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP, kurz AlInGaP, oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, kurz AlInGaAs, oder wie Al_nGa_mIn_1-n-mAs_kP_1-k, kurz AlGaInAsP, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 sowie 0 ≤ 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 AlGaInAsP. 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 Kontaktfläche 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 µm.
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 Kontaktfläche 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.
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 µm oder 0,2 µm und/oder um höchstens 0,5 µm oder 1 µm oder 2 µm. 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 AlGaInP, bevorzugt dotiert mit Te und/oder mit Si. Eine Dotierstoffkonzentration liegt beispielsweise bei mindestens 5 × 10¹⁸ pro cm³ oder bei mindestens 1 × 10¹⁹ pro cm³.
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 µm oder 0,2 µm oder 0,3 µm. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Breite bei höchstens 5 µm oder 1,5 µm oder 1 µm oder 0,5 µm.
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 100fach 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:

1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von Abwandlungen von Halbleiterbauteilen,
3 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von Verfahrensschritten eines hier beschriebenen Verfahrens zur Erzeugung von optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
6 bis 10 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
11 bis 19 schematische Draufsichten auf Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, und
20 bis 26 schematische Schnittdarstellungen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen.

In 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 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 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 3 bis 5 ist ein Herstellungsverfahren für ein Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 gezeigt. Gemäß 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 × 10¹⁷ pro cm³. Die Stromaufweitungsschicht 26 ist bevorzugt aus InAlP mit einer Te-Dotierung um 1 × 10¹⁸ pro cm³. Bei der Kontaktschicht 25 handelt es sich insbesondere um eine InAlGaP-Schicht, wie In (Al_0,5Ga_0,5)P, mit einer Te-Dotierung um 1 × 10¹⁹ pro cm³.
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 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 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 6 erläutert.
Schließlich ist in 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 µm² bis 5 mA pro µm² 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 5 dargestellt.
In 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 µm und 1 µm.
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 7 ist illustriert, dass die Durchkontaktierung 3 viele Durchstoßbereiche durch die Kontaktschicht 25 hindurch aufweist. Damit sind viele Kontaktflächen 32 gebildet und eine Gesamtgröße der Kontaktflächen 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 6 oder wie der Vergusskörper 6 der 5 vorhanden sein. Gleiches gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
In 8 ist der Bereich der Durchkontaktierung 3 an der Kontaktschicht 25 detaillierter dargestellt. Gemäß 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 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 Kontaktfläche 32 erzielbar.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel der 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 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 11 bis 16 sind verschiedene Realisierungsmöglichkeiten der Durchkontaktierung 3 und auch der weiteren Kontaktfläche 4 jeweils in Draufsicht auf die Rückseite 11 dargestellt.
Gemäß 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 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 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 µm. 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 µm eine größere Kontaktfläche 32, als im Falle von Geometrien, wie in der Abwandlung 9 der 2 dargestellt.
Gemäß 14 ist die Durchkontaktierung 3 in Draufsicht gesehen U-förmig gestaltet und umläuft den Kontakt 4 an drei Seiten.
Im Ausführungsbeispiel der 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 15 auch in einem Eckbereich liegen.
Im Ausführungsbeispiel der 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 Kontaktfläche 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 11 bis 15.
Die Gestaltungen der Durchkontaktierung 3 in Draufsicht, wie in den 11 bis 16 dargestellt, können jeweils für die Ausführungsbeispiele der 5 bis 9 herangezogen werden. Entsprechendes gilt für 10, wobei die Durchkontaktierungen 3 dann je an einem Rand der Rückseite 11 liegen.
In den 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 17 bis 19 gezeigten Geometrien können dabei jeweils an die in Draufsicht gesehene Form der Durchkontaktierung 3 der 11 bis 16 entsprechend angepasst werden. Somit sind die Gestaltungsmöglichkeiten der 17 bis 19 nicht auf kreisförmige oder ovale Geometrien beschränkt.
In 17 ist eine Form der Kontaktflächen 32 gezeigt, die beispielsweise aus Durchkontaktierungen 3 resultiert, wie in 9 illustriert. Somit liegen mehrere in Draufsicht gesehen konzentrische Kontaktflächen 32 vor. Die Ringe, die die Kontaktfläche 32 bilden, können äquidistant angeordnet sein oder auch variierende Abstände zueinander aufweisen.
In 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 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 7 ergeben.
Beim Ausführungsbeispiel der 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 10 steht jedoch ein Teil des zweiten Halbleiterbereichs 23 seitlich über die Durchkontaktierung 3 über.
Gemäß 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 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 22 ist im Vergleich mit 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 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 24 ist analog zu 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 21 erläutert.
Abweichend von der Darstellung in 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 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 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 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.
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: Kontaktfläche
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

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102015111046 A1 [0002]

Claims

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 Kontaktfläche (32) zwischen der Durchkontaktierung (3) und der Kontaktschicht (3) zur Ebene (P) einen Kontaktwinkel (w) von mindestens 20° und von höchstens 70° einschließt.
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.
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.
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.
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 Kontaktfläche (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).
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 AlGaInP ist.
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.
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 µm beträgt.
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.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktfläche (32) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen mehrere konzentrisch angeordnete ringförmige oder kreisringförmige Teile umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktschicht (25) mehrfach von der Durchkontaktierung (3) durchstoßen ist, sodass die Kontaktfläche (32) in Draufsicht auf die Ebene (P) gesehen mehrere nebeneinanderliegende ringförmige und/oder inselförmige Teile umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die nebeneinanderliegenden ringförmigen und/oder inselförmigen Teile regelmäßig angeordnet sind.
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.
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).
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.
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 Kontaktfläche (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).
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).