DE102019108216A1

DE102019108216A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit dielektrischer Schicht und transparenter leitfähiger Schicht und Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102019108216A1
Application number: DE102019108216.1A
Authority: DE
Inventors: Ivar Tångring
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2019-03-29
Publication date: 2020-10-01
Also published as: DE112020001697A5; US20220190222A1; WO2020200881A1

Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) umfasst eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine dielektrische Schicht (105), sowie eine transparente leitfähige Schicht (107). Die erste und die zweite Halbleiterschicht (110, 120) sind unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt, und eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) ist aufgeraut. Die dielektrische Schicht (105) ist über der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet und hat eine planare erste Hauptoberfläche auf der von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite. Die transparente leitfähige Schicht (107) ist über der von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der dielektrischen Schicht (105) angeordnet.

Description

Eine Leuchtdiode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Üblicherweise umfasst eine LED unterschiedlich dotierte Halbleiterschichten sowie eine aktive Zone. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich der aktiven Zone rekombinieren, beispielsweise, weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Generell wird nach Konzepten gesucht, mit denen eine verbesserte Ladungsträgerinjektion in die aktive Zone bewirkt werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein verbessertes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements zur Verfügung zu stellen.
Gemäß Ausführungsformen wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine dielektrische Schicht, sowie eine transparente leitfähige Schicht. Die erste und die zweite Halbleiterschicht sind unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt, und eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht ist aufgeraut. Die dielektrische Schicht ist über der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet und hat eine planare erste Hauptoberfläche auf der von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite. Die transparente leitfähige Schicht ist über der von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der dielektrischen Schicht angeordnet.
Beispielsweise ist die transparente leitfähige Schicht über Kontaktöffnungen, die sich durch die dielektrische Schicht erstrecken, mit der ersten Halbleiterschicht verbunden.
Gemäß Ausführungsformen weist das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner eine erste Stromaufweitungsstruktur auf, die mit der ersten Halbleiterschicht verbunden ist. Die erste Stromaufweitungsstruktur kann auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein. Beispielsweise ist die erste Stromaufweitungsstruktur auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht angeordnet.
Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann weiterhin eine Passivierungsschicht auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht umfassen, wobei die Passivierungsschicht zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur angeordnet ist.
Beispielsweise hat die transparente leitfähige Schicht einen Brechungsindex n3, und ein Brechungsindex n4 der Passivierungsschicht erfüllt folgende Beziehung: n4 > 0,75 x n3.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Stromaufweitungsstruktur auch auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sein. Beispielsweise kann die erste Stromaufweitungsstruktur über erste Kontaktelemente, die sich durch die erste und die zweite Halbleiterschicht hindurch erstrecken, mit der ersten Halbleiterschicht verbunden sein.
Das optoelektronisches Halbleiterbauelement kann ferner eine Vergussmasse über der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht aufweisen, wobei ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25. Beispielsweise können die Brechungsindizes n1 und n2 folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < n1/n2 < 1,1. Bei Betrachtung temperaturabhängiger Brechungsindizes ist beabsichtigt, dass diese Relationen über die gesamte Anwendungstemperatur erfüllt sind. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann n1 gleich n2 sein.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, das Aufrauen einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht und das Ausbilden einer dielektrischen Schicht über der ersten Hauptoberfläche. Das Verfahren umfasst weiterhin das Planarisieren einer Oberfläche der dielektrischen Schicht, und das Ausbilden einer transparenten leitfähigen Schicht über der dielektrischen Schicht.
Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden von Kontaktöffnungen in der dielektrischen Schicht vor Ausbilden der transparenten leitfähigen Schicht umfassen.
Darüber hinaus kann das Verfahren das Ausbilden einer ersten Stromaufweitungsstruktur über der transparenten leitfähigen Schicht sowie das Ausbilden einer Passivierungsschicht auf einer von der ersten Halbleiterschicht abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht umfassen, wobei die Passivierungsschicht zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur ausgebildet wird.
Das Verfahren kann weiterhin das Aufbringen einer Vergussmasse über der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht umfassen, wobei ein Material der dieelektrischen Schicht derart ausgewählt wird, dass ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25. Beispielsweise können die Brechungsindizes n1 und n2 folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < n1/n2 < 1,1 oder auch n1 = n2.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt sind, sowie eine erste Stromaufweitungsstruktur, die mit der ersten Halbleiterschicht verbunden und auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine Passivierungsschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, wobei die Passivierungsschicht zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur angeordnet ist.
Beispielsweise hat eine an die Passivierungsschicht angrenzende Schicht einen Brechungsindex n5, und ein Brechungsindex n4 der Passivierungsschicht erfüllt folgende Beziehung: n4 > 0,75 × n5.
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Ausführungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Beschreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittelbar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechende Elemente und Strukturen.

1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
1C zeigt vergrößerte Querschnittsansichten eines Details zur Erläuterung eines weiteren Merkmals.
2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
2B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen.
3A bis 3E veranschaulichen schematische Querschnittsansichten eines Werkstücks bei der Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
4 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Durchführung des Verfahrens gemäß weiteren Ausführungsformen.
5A bis 5F veranschaulichen schematische Querschnittsansichten eines Teils eines Werkstücks bei Durchführung weiterer Verfahrensschritte.
6A bis 6C zeigen schematische Querschnittsansichten eines Teils eines Werkstücks bei Durchführung des Verfahrens gemäß weiteren Ausführungsformen.
7A zeigt eine schematische Querschnittsansicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Durchführung eines weiteren Verfahrensschritts.
7B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements nach Durchführung eines weiteren Verfahrenschritts.
8 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.

In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „vor“, „hinter“, „vorne“, „hinten“ usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Figuren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschränkend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Bereich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisunterlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Beispielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermaterial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleitermaterial, beispielsweise einem GaAs-Substrat, GaN-Substrat oder Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein.
Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Al-GaInBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga₂O₃, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halbleiter“ auch organische Halbleitermaterialien ein.
Der Begriff „Substrat“ umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrichtung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentlichen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann beispielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe „haben“, „enthalten“, „umfassen“, „aufweisen“ und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weiteren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die unbestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusammenhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden“ eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch verbundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt miteinander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ, und eine zweite Halbleiterschicht 120 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ. Die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 sind unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt. Eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 stellt eine Lichtaustrittsfläche dar, über die erzeugte elektromagnetische Strahlung auskoppelbar ist. Die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ist aufgeraut. Beispielsweise kann eine Höhe d eines hervorstehenden Bereichs 114, d.h. ein Abstand zwischen höchster Erhebung und größter Vertiefung in einem Bereich von 0,5 bis 5 µm liegen. Beispielsweise kann dieser Abstand d in einem Bereich von 1 bis 3 µm liegen. Ein mittlerer Abstand zwischen zwei hervorstehenden Bereichen 114 kann in einem Bereich von 1 bis 5 µm liegen. Dabei ist zu berücksichtigen, dass die Aufrauung derart ausgestaltet ist, dass die hervorstehenden Bereiche 114 jeweils in zwei, beispielsweise zueinander senkrechten Raumrichtungen in einer horizontalen Ebene vorliegen. Die Form der hervorstehenden Bereiche 114 kann beispielsweise pyramidenförmig sein oder kann jede beliebige andere Form annehmen. Beispielsweise sind die vorstehenden Bereiche 114 zufällig angeordnet, wobei die Erzeugung von optischen Moden vermieden oder unterdrückt wird.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement weist darüber hinaus eine dielektrische Schicht 105 auf. Die dielektrische Schicht 105 ist über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet und hat eine planare erste Hauptoberfläche 106 auf der von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite. Die dielektrische Schicht 105 füllt somit die Zwischenräume zwischen benachbarten hervorstehenden Bereichen 114 derart aus, dass ein Teil der dielektrischen Schicht 105 noch über den hervorstehenden Bereichen 114 angeordnet ist und eine planare Oberfläche 106 ausbildet. Die dieelektrische Schicht 105 kann direkt an die erste Halbleiterschicht 110 angrenzen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 weist darüber hinaus eine transparente leitfähige Schicht 107 über der von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der dielektrischen Schicht 105 auf. Beispielsweise grenzt die transparente leitfähige Schicht 107 direkt an die planare erste Hauptoberfläche 106 der dielektrischen Schicht 105 an.
Beispielsweise können die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 auf dem (In)GaN, (In)Ga(Al)P, (In) (Al) GaAs oder anderen Halbleitermaterial-Systemen, insbesondere solchen, die zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung geeignet sind, basieren.
Eine aktive Zone 115 kann zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein. Die aktive Zone kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung „Quantentopf-Struktur“ entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten.
Die dielektrische Schicht 105 kann beispielsweise Siliziumdioxid enthalten. Ein Brechungsindex der dielektrischen Schicht 105 kann wesentlich geringer als der Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht 110 sein. Ist beispielsweise die erste Halbleiterschicht 110 aus GaN aufgebaut, so hat diese beispielsweise einen Brechungsindex von 2,4. Demgegenüber kann eine dielektrische Schicht 105 aus SiO₂ einen Brechungsindex von etwa 1,46haben. Weiterhin kann die transparente leitfähige Schicht 107 einen größeren Brechungsindex als die dielektrische Schicht 105 haben. Der Brechungsindex der transparenten leitfähigen Schicht 107 kann weiterhin zwischen dem Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht 110 und dem Brechungsindex der dielektrischen Schicht 105 liegen. Beispielsweise kann der Brechungsindex der transparenten leitfähigen Schicht ungefähr in einem Bereich von 1,8 bis 2 liegen. Gemäß Ausführungsformen kann ein Brechungsindex der dielektrischen Schicht 105 derart ausgewählt sein, dass er ähnlich oder gleich dem Brechungsindex einer Vergussmasse (dargestellt in 7A) ist, die an das optoelektronische Halbleiterbauelement angrenzt. Es ist auch möglich, dass keine Vergussmasse an das optoelektronische Halbleiterbauelement angrenzt. In diesem Fall kann beispielsweise der Brechungsindex der dielektrischen Schicht möglichst klein sein. Beispielsweise kann, wenn keine Vergussmasse an das optoelektronische Halbleiterbauelement angrenzt, der Brechungsindex der dielektrischen Schicht kleiner als 1,5, beispielsweise kleiner als 1,4 sein. Generell können ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25.
1A veranschaulicht beispielhaft die Wirkung der dielektrischen Schicht 105 anhand von Lichtstrahlen 152, die aus der ersten Halbleiterschicht 110 austreten. Durch die Anwesenheit der dielektrischen Schicht 105 wird erreicht, dass lediglich derartige Lichtstrahlen von der ersten Halbleiterschicht 110 in die transparente leitfähige Schicht 107 durchgelassen werden, die an der in Propagationsrichtung folgenden Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 107 oder Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 107 und dem angrenzenden Medium nicht reflektiert werden. Genauer gesagt sorgt die dielektrische Schicht 105 dafür, dass Lichtstrahlen, die einen derartigen Austrittswinkel haben, dass ein hoher Anteil dieser Lichtstrahlen an der Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 107 und dem angrenzenden Medium reflektiert wird, bereits an der Grenzfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der dielektrischen Schicht 105 reflektiert werden. Auf diese Weise lassen sich Absorptionsverluste in der transparenten leitfähigen Schicht 107 verringern. Dadurch, dass der Brechungsindex der dielektrischen Schicht 105 an den Brechungsindex eines Mediums, das an die transparente leitfähige Schicht 107 angrenzt, angepasst ist, kann verhindert werden, dass Lichtstrahlen, die aufgrund ihres Austrittswinkel an der Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht und dem angrenzenden Medium reflektiert werden würden, in die transparente leitfähige Schicht eintreten. Auf diese Weise lassen sich Verluste, beispielsweise durch Absorption von elektromagnetischer Strahlung, die an der Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 107 und dem angrenzenden Medium reflektiert worden ist, vermeiden.
1A zeigt emittierte Lichtstrahlen 152, die beispielsweise vollständig an der Grenzfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der dielektrischen Schicht 105 reflektiert werden. Ein Anteil weiterer emittierter Lichtstrahlen 152 wird, in Abhängigkeit von ihrem Austrittswinkel und dem Verhältnis der jeweiligen Brechungsindizes, erst an der Grenzfläche zwischen der dielektrischen Schicht 105 und der angrenzenden transparenten leitfähigen Schicht 107 reflektiert werden. Ein weiterer Anteil der emittierten Lichtstrahlen 152 wird jeweils durch die Grenzfläche durchgelassen werden. In 1A ist ferner zu berücksichtigen, dass die Winkel, unter denen die Lichtstrahlen jeweils aus den einzelnen Schichten austreten, nicht unbedingt korrekt angegeben sind und dass, in Abhängigkeit vom Brechungsindex der jeweiligen Schichten, die dargestellten Lichtstrahlen mehr oder weniger stark gebrochen werden können.
Generell kann durch die Anwesenheit der transparenten leitfähigen Schicht 107 eine verbesserte Strominjektion bewirkt werden. Aufgrund der Anwesenheit der speziell ausgebildeten dielektrischen Schicht 105 zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der transparenten leitfähigen Schicht 107 lassen sich Absorptionsverluste in der transparenten leitfähigen Schicht 107 verringern. Durch die verbesserte Strominjektion ergeben sich eine geringere Vorwärtsspannung und ein höherer Wirkungsgrad. Weiterhin ergibt sich eine homogenere Stromverteilung und damit ein höherer Quantenwirkungsgrad bei der Erzeugung der elektromagnetischen Strahlung. Durch diese Effekte wird zusätzlich die Wärmeerzeugung innerhalb des Chips verringert, wodurch im Chip eine niedrigere Temperatur herrscht, was wiederum die genannten positiven Effekte weiter verstärkt.
Die transparente leitfähige Schicht 107 ist über erste Kontaktbereiche 108 lokal mit der ersten Halbleiterschicht 110 verbunden. Beispielsweise können Kontaktöffnungen 112 in der dielektrischen Schicht 106 ausgebildet sein, über die das transparente leitfähige Material 107 lokal über erste Kontaktbereiche 108 mit der ersten Halbleiterschicht 110 verbunden ist. Die Kontaktöffnungen 112 erstrecken sich teilweise durch die erste Halbleiterschicht 110.
1A zeigt weiterhin Strompfade 151, über die jeweils Ladungsträger in die aktive Zone 115 injiziert werden können. Durch die Kombination der transparenten leitfähigen Schicht 107 und die ersten Kontaktbereiche 108 kann eine besonders gleichmäßige Strominjektion bewirkt werden. Beispielsweise können die ersten Kontaktbereiche 108 eine Fläche von kleiner als 5 % der Chipoberfläche belegen. Beispielsweise können die ersten Kontaktbereiche 108 weniger als 1 % der Chipoberfläche belegen. Die ersten Kontaktbereiche 108 können beispielsweise einen Durchmesser von kleiner als 10 µm, beispielsweise kleiner als 4 µm haben. Der Abstand zwischen benachbarten ersten Kontaktbereichen 108 kann beispielsweise weniger als 100 µm betragen, beispielsweise etwa 50 µm.
Ein Material der transparenten leitfähigen Schicht 107 kann beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid („TCO, trasparent conductive oxide“), beispielsweise Indium-Zinnoxid („ITO - Indium tin oxide“), Indium-Zinkoxid (IZO) oder Zinkoxid (ZnO) sein. Beispielsweise kann eine Schichtdicke der transparenten leitfähigen Schicht 107 kleiner als 500 nm sein.
Wie in 1A dargestellt ist, ist eine zweite Kontaktschicht 125 in Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Ein Material der zweiten Kontaktschicht 125 kann beispielsweise Silber umfassen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann auf einem Träger 130 montiert sein. Weiterhin kann eine dielektrische Einkapselung 132 die zweite Kontaktschicht 125 umschließen.
Gemäß Ausführungsformen, die in 1A veranschaulicht sind, kann eine erste Stromaufweitungsstruktur 109 über einer Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 107 angeordnet sein. Über die erste Stromaufweitungsstruktur 109 kann der Strom in die transparente leitfähige Schicht 107 eingeprägt werden. Gemäß den in 1A dargestellten Ausführungsformen ist die erste Stromaufweitungsstruktur 109 auf einer von der zweiten Halbleiterschicht 120 abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet. Die erste Stromaufweitungsstruktur 109 ist somit auf der Lichtaustrittsseite des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 angeordnet. Aufgrund der verbesserten Stromverteilung, die durch die transparente leitfähige Schicht 107 verursacht wird, kann eine laterale Ausdehnung der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 verringert werden. Dadurch werden Absorptionsverluste weiter verringert.
Weiterhin kann durch die Anwesenheit der dielektrischen Schicht 105 zwischen der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 und der ersten Halbleiterschicht 110 die Absorption von erzeugter elektromagnetischer Strahlung durch die erste Stromaufweitungsstruktur 109 reduziert werden. Das ist darauf zurückzuführen, dass nur elektromagnetische Strahlung, die durch die dielektrische Schicht 105 transmittiert worden ist, von der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 absorbiert werden kann. Aufgrund dieser Filterfunktion der dielektrischen Schicht 105 verlässt der Anteil der Strahlung, der nicht von der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 absorbiert wird, das optoelektronische Halbleiterbauelement endgültig. Als Folge ist ein Absorptionsgrad der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 beispielsweise proportional zu der Fläche der ersten Stromaufweitungsstruktur 109.
Im Vergleich zu einer Anordnung, bei der die erste Stromaufweitungsstruktur 109 direkt an die erste Halbleiterschicht 110 angrenzt und somit keine Schicht mit einer Filterfunktion zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der Stromaufweitungssttruktur 109 angeordnet ist, kann die Absorption von erzeugter elektromagnetischer Strahlung somit weiter verringert werden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass, wenn die erste Stromaufweitungsstruktur 109 direkt an die erste Halbleiterschicht 110 angrenzen würde, der Anteil der Strahlung, der nicht durch die Stromaufweitungsstruktur 109 absorbiert wird und erneut in den Halbleiterstapel zurückreflektiert wird, erhöht wird, wodurch die Absorptionswahrscheinlichkeit ansteigt.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die beispielsweise in 2A oder 2B dargestellt sind, kann die erste Stromaufweitungsstruktur 109 jedoch auf einer von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein.
1B zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den in 1A dargestellten Komponenten weist das in 1B dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement eine Passivierungsschicht 103 auf, die über einer Hauptoberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 107 zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 angeordnet ist. Ein Material der Passivierungsschicht 103 kann derart ausgewählt sein, dass sie im Wesentlichen absorptionsfrei ist und einen Brechungsindex n4 hat, der an den Brechungsindex n3 der transparenten leitfähigen Schicht 107 angepasst ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Brechungsindex der Passivierungsschicht 103 auch etwas höher als der Brechungsindex der transparenten leitfähigen Schicht 107 sein. Generell kann folgende Beziehung gelten: n4 > 0,75 × n3. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht undotiertes Zinkoxid enthalten.
Wie nachfolgend unter Bezugnahme auf 1C veranschaulicht werden wird, können durch diese Passivierungsschicht 103 Absorptionsverluste durch die erste Stromaufweitungsstruktur 109 verringert werden. Als Ergebnis kann die Schichtdicke der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 größer gemacht werden, ohne dass die Absorption erhöht werden würde. Als Folge kann, um eine erwünschte Stromstärke zu erreichen, die Flächenbelegung der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 verringert werden. Dadurch kann die Effizienz des Bauelements weiter erhöht werden. Eine Schichtdicke der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 kann größer als 2 µm sein.
1C veranschaulicht im linksseitigen Teil einen emittierten Lichtstrahl bei einem optoelektronischen Halbleiterbauelement ohne Passivierungsschicht. Der rechtsseitige Teil der 1C veranschaulicht den Verlauf eines emittierten Lichtstrahls 152 in einem optoelektronischen Halbleiterbauelement mit Passivierungsschicht 103. Der emittierte Lichtstrahl 152 wird an der Grenzfläche zwischen der ersten Halbleiterschicht 110 und der dielektrischen Schicht 105 gebrochen und an der Grenzfläche zur transparenten leitfähigen Schicht 107erneut gebrochen, so dass er unter einem Winkel α bezogen auf eine Oberflächennormale propagiert. Wie im linksseitigen Teil der 1C dargestellt ist, wird er bei Austritt aus der transparenten leitfähigen Schicht 107 erneut gebrochen, so dass er bei einem Winkel β, der größer als der Winkel α ist, austritt. Als Folge kann ein verhältnismäßig großer Anteil der emittierten Strahlung von der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 absorbiert werden.
Liegt hingegen zusätzlich die Passivierungsschicht 103 vor, deren Brechungsindex größer als der von Luft oder größer als 1 ist, so wird ein geringerer Anteil der Lichtstrahlen in Richtung der ersten Stromaufweitungsstrukturen 109 gebrochen. Beispielsweise wird im Idealfall, beispielsweise wenn die Passivierungsschicht 103 denselben Brechungsindex wie die transparente leitfähige Schicht 107 hat, keine Brechung an der Grenzfläche zwischen der transparenten leitfähigen Schicht 107 und der Passivierungsschicht 103 auftreten. Als Folge wird ein Lichtstrahl 152 erst beim Übergang von der Passivierungsschicht zum angrenzenden Medium unter einem Winkel β gebrochen. An dieser Stelle befindet sich der Lichtstrahl 152 jedoch auf Höhe der Oberfläche der ersten Stromaufweitungsstruktur 109, so dass der Lichtstrahl nicht mehr durch die erste Stromaufweitungsstruktur 109 absorbiert wird. Beispielsweise kann die Passivierungsschicht 103 einen Brechungsindex haben, der größer als 1,3 ist. Gemäß Ausführungsformen kann der Brechungsindex ungefähr 1,4 oder größer sein, beispielsweise größer als 1,8 sein. Gemäß Ausführungsformen kann der Brechungsindex ungefähr gleich oder sogar größer als der der transparenten leitfähigen Schicht 107 sein.
Generell kann die beschriebene Passivierungsschicht 103 über einer beliebig ausgestalteten Lichtaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements angeordnet sein, unabhängig von der Anwesenheit beispielsweise der dielektrischen Schicht 105 und der transparenten leitfähigen Schicht 107. Weitere Ausführungsformen betreffen somit ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, welches eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst. Die erste und die zweite Halbleiterschicht sind unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner eine erste Stromaufweitungsstruktur, die mit der ersten Halbleiterschicht verbunden und auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst weiterhin eine Passivierungsschicht auf einer von der zweiten Halbleiterschicht abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht, wobei die Passivierungsschicht zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur angeordnet ist.
Beispielsweise hat eine an die Passivierungsschicht angrenzende Schicht einen Brechungsindex n5, und ein Brechungsindex n4 der Passivierungsschicht folgende Beziehung: n4 > 0,75 × n5. Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht oder eine transparente leitfähige Schicht an die Passivierungsschicht 103 angrenzen.
Wie unter Bezugnahme auf die 1A bis 1C beschrieben wurde, kann die erste Stromaufweitungsstruktur 109 über der Lichtemissionsoberfläche des optoelektronischen Bauelements angeordnet sein.
2A zeigt ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, bei dem die erste Stromaufweitungsstruktur 109 auf einer von der Lichtemissionsoberfläche abgewandten Seite des Halbleiterschichtstapels vorliegt. Wie in 2A weiter dargestellt ist, umfasst auch hier das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 eine erste Halbleiterschicht 110 und eine zweite Halbleiterschicht 120, die unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinandergestapelt sind. Eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 ist aufgeraut, in ähnlicher Weise wie unter Bezugnahme auf 1A bis 1C beschrieben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst eine dielektrische Schicht 105, die über der ersten Hauptoberfläche 115 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet ist und eine planare erste Hauptoberfläche 106 auf der von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite hat. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner eine transparente leitfähige Schicht 107 über der von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der dielektrischen Schicht 105. Die zweite Halbleiterschicht 120 ist mit einer zweiten Kontaktschicht 125 verbunden. Die zweite Kontaktschicht 125 grenzt direkt an eine von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandte Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 120 an.
Die erste Stromaufweitungsstruktur 109 ist auf einer von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht 120 angeordnet. Die erste Stromaufweitungsstruktur 109 kann beispielsweise einen Träger 119 für das optoelektronische Halbleiterbauelement ausbilden. Die erste Stromaufweitungsstruktur 109 ist über ein erstes Kontaktelement 113 mit der transparenten leitfähigen Schicht 107 verbunden. Weiterhin ist die transparente leitfähige Schicht 107 über Kontaktöffnungen 112 in der dielektrischen Schicht 105 mit der ersten Halbleiterschicht 110 verbunden. Beispielsweise können die Kontaktöffnungen 112 in der dielektrischen Schicht 106 ausgebildet sein, über die das transparente leitfähige Material 107 lokal über erste Kontaktbereiche 108 mit der ersten Halbleiterschicht 110 verbunden ist. Die Kontaktöffnungen 112 erstrecken sich teilweise durch die erste Halbleiterschicht 110.
Gemäß weiteren Ausführungsformen, die in 2B dargestellt sind, können die Kontaktelemente 113 derart ausgebildet sein, dass sie einen elektrischen Kontakt zur ersten Halbleiterschicht 110 herstellen und weiterhin mit der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 verbunden sind. Beispielsweise kann in diesem Fall ein Teil der ersten Halbleiterschicht 110 Teil des ersten Kontaktelements 113 sein. Genauer gesagt, erfolgt in diesem Fall der elektrische Kontakt von der transparenten leitfähigen Schicht 107 über gegebenenfalls den ersten Kontaktbereich und einen Teil der ersten Halbleiterschicht 110 zu der ersten Stromaufweitungsstruktur 109. Die Kontaktöffnungen 112 können eine gleiche oder fast gleiche Größe wie die Kontaktelemente 113 haben. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Größe der Kontaktöffnungen 112 von der Größe der Kontaktelemente 113 verschieden sein. Beispielsweise kann die Anzahl an Kontaktöffnungen 112 in der dielektrischen Schicht 105 größer als die Anzahl an Kontaktelementen 113 sein. Beispielsweise kann die Anzahl an Kontaktöffnungen doppelt so groß wie oder größer als die Anzahl an Kontaktelementen 113 sein.
Beispielsweise kann bei den in 2A und 2B gezeigten Ausführungsformen die erste Stromaufweitungsstruktur 109 in einem Randbereich 148 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 mit der transparenten leitfähigen Schicht 107 verbunden sein.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen beschrieben. 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines Werkstücks 20. Über ein Wachstumssubstrat 100, beispielsweise einem Saphirsubstrat, wird ein Halbleiterschichtstapel epitaktisch aufgewachsen. Der Halbleiterschichtstapel umfasst beispielsweise eine erste Halbleiterschicht 110 von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n-Typ und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ. Eine aktive Zone (nicht dargestellt in 3A) kann zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 angeordnet sein. Eine zweite Kontaktschicht 125 wird über der zweiten Halbleiterschicht 120 ausgebildet. Beispielsweise kann die zweite Kontaktschicht 125 Silber enthalten. Beispielsweise kann die zweite Kontaktschicht 125 strukturiert werden, so dass sie nur einen Teil der Oberfläche der zweiten Halbleiterschicht 120 bedeckt.
Sodann wird, wie in 3B dargestellt ist, eine dielektrische Einkapselung 132 über der zweiten Kontaktschicht 125 ausgebildet. Beispielsweise kann die dielektrische Einkapselung 132 eine oder mehrere dielektrische Schichten umfassen. Beispielsweise kann die dielektrische Einkapselung 132 geeignet sein, die zweite Kontaktschicht 125 vor Umwelt- oder Feuchtigkeitseinflüssen zu schützen.
Die Einkapselung 132 kann sodann strukturiert werden, wie in 3C veranschaulicht ist. Beispielsweise kann als Ergebnis eine Oberfläche der zweiten Kontaktschicht 125 unbedeckt sein. Nachfolgend kann beispielsweise ein Träger 130 über dem Werkstück aufgebracht werden. Beispielsweise kann der Träger ein Siliziumwafer sein und über ein geeignetes Lotmaterial 134 über der zweiten Kontaktschicht 125 aufgebracht werden.
3D zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 20. Anschließend kann das Wachstumssubstrat 100 entfernt werden, beispielsweise über Laser-Lift-Off-Verfahren. Das Werkstück 20 wird gedreht, so dass als Ergebnis die erste Halbleiterschicht 110 die oberste Oberfläche bildet. 3E zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 20.
4 zeigt ein Beispiel eines Werkstücks 20 zur Herstellung des beispielsweise in 2A gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelements. Hier ist der Träger aus dem Material der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 aufgebaut. Unabhängig von der genauen Beschaffenheit des Werkstücks 20 liegt eine erste Oberfläche 110 als zu bearbeitende Hauptoberfläche vor. Erste Kontaktelemente 113 sind angeordnet, um die erste Stromaufweitungsstruktur 109 mit der Oberfläche des Werkstücks 20 zu verbinden. Beispielsweise kann das leitfähige Material der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 in einem Randbereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements an einer ersten Oberfläche freiliegen oder mit einem isolierenden Material bedeckt sein.
Ausgehend von der in 3E oder 4 dargestellten Struktur wird als Nächstes ein Verfahren zur Aufrauung der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 durchgeführt. Gemäß Ausführungsformen kann die Aufrauung beispielsweise durch Ätzen der Oberfläche mit KOH oder durch strukturiertes Ätzen unter Verwendung einer Fotoresistmaske durchgeführt werden. Gemäß Ausführungsformen kann das Verfahren derart ausgeführt werden, dass die Oberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 in Bereichen, in denen später Kontaktöffnungen 112 auszubilden sind, nicht aufgeraut wird. Als Ergebnis weist die Oberfläche 111 hervorstehende Bereiche 114 auf, wie in 5A gezeigt ist.
Sodann wird, wie in 5B veranschaulicht ist, eine dielektrische Schicht 105 aufgebracht. Beispielsweise kann die Schicht 105 konform oder auch einebnend aufgebracht werden.
Anschließend erfolgt, wie in 5C gezeigt ist, ein Zurückschleifen der dielektrischen Schicht 105, so dass ein Teil der dielektrischen Schicht 105 über den hervorstehenden Bereichen 114 der ersten Halbleiterschicht 110 verbleibt. Beispielsweise kann eine Schichtdicke der über den hervorstehenden Bereichen 114 verbleibenden dielektrischen Schicht 105 mehr als 100 nm sein. Gemäß Ausführungsformen kann die Schichtdicke kleiner als 1 µm sein. Beispielsweise kann eine planare Oberfläche 106 der dielektrischen Schicht 105 durch ein CMP-(„chemisch mechanisches Polier“-)Verfahren hergestellt werden.
Nachfolgend werden Kontaktöffnungen 112 in dem Verbund aus erster Halbleiterschicht 110 und dielektrischer Schicht 105 ausgebildet, wie in 5D gezeigt ist. Beispielsweise kann das durch Strukturieren einer fotolithografischen Maske und einem nachfolgenden Ätzschritt, der die dielektrische Schicht 105 sowie einen Teil der ersten Halbleiterschicht 110 ätzt, erfolgen. Sodann kann gegebenenfalls der erste Kontaktbereich 108 ausgebildet werden. Beispielsweise kann ein spezielles Kontaktmaterial in dem Kontaktbereich 108 ausgebildet werden. Beispiele für ein geeignetes Kontaktmaterial umfassen beispielsweise Silber oder Gold oder Zinkoxid. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der erste Kontaktbereich 108 auch durch Ausbilden der transparenten leitfähigen Schicht 107 ausgebildet werden. Beispielsweise können zur Ausbildung des ersten Kontaktbereichs andere Prozessparameter als bei Ausbildung der transparenten leitfähigen Schicht 107 verwendet werden. Sodann wird die transparente leitfähige Schicht 107 derart ausgebildet, dass sie die Oberfläche der dielektrischen Schicht 105 bedeckt, wie in 5E gezeigt ist.
Anschließend erfolgt ein Rückschleifen, beispielsweise durch ein CMP-Verfahren wie in 5F gezeigt ist.
Die Kontaktöffnungen 112 und gegebenenfalls die ersten Kontaktbereiche 108 werden derart platziert, dass sie einen Kontakt zur ersten Halbleiterschicht bereitstellen.
Wird das in 4 dargestellte Werkstück 20 bearbeitet, so werden zusätzliche Kontaktöffnungen 112 so ausgebildet, dass sie auch die ersten Kontaktelemente 113 kontaktieren. Die ersten Kontaktelemente 113 durchdringen die erste und die zweite Halbleiterschicht 110, 120 und stellen einen Kontakt zur ersten Stromaufweitungsstruktur 109 dar. Gegebenenfalls können die ersten Kontaktelemente 113 auch weggelassen werden, so dass die transparente leitfähige Schicht 107 ausschließlich über den Handbereich des Trägers 119, der gleichzeitig die erste Stromaufweitungsstruktur 109 darstellt, ausgebildet wird.
Die nachfolgenden 6A bis 6C veranschaulichen weitere Verfahrensschritte, durch die - bei Herstellung des in den 1A bis 1C gezeigten optoelektronischen Halbleiterbauelements - die erste Stromaufweitungsstruktur 109 über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 bereitgestellt wird.
Beispielsweise kann zunächst eine Metallschicht aufgebracht und strukturiert werden. Zusätzlich können Bondpads aufgebracht werden, durch die ein elektrischer Kontakt zur ersten Stromaufweitungsstruktur 109 bewirkt werden kann.
6A zeigt ein Beispiel einer sich ergebenden Struktur. Als Nächstes wird, wie vorstehend beschrieben, eine Passivierungsschicht 103 ganzflächig abgeschieden (6B). Danach wird, wie in 6C gezeigt, ein Planarisierungsschritt, beispielsweise ein CMP-Verfahren durchgeführt, wodurch eine glatte Oberfläche erhalten wird. Als Ergebnis ist ein Teil der Oberfläche mit der Passivierungsschicht 103 belegt, ein anderer Teil ist mit der ersten Stromaufweitungsstruktur 109 belegt.
Gemäß Ausführungsformen kann das Halbleiterbauelement 10 weiter verarbeitet werden, indem zusätzlich eine Vergussmasse 128 über der Oberfläche beispielsweise der Passivierungsschicht 103 oder der transparenten leitfähigen Schicht 107 aufgebracht wird. Dies ist in 7A veranschaulicht. Die Vergussmasse 128 kann beispielsweise das optoelektronische Halbleiterbauelement schützen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Konvertermaterial in die Vergussmasse eingebettet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Konverterelement über die Vergussmasse 128 bzw. einen geeigneten Klebstoff mit der Passivierungsschicht 103 oder der transparenten leitfähigen Schicht 107 verbunden sein. Gemäß Ausführungsformen kann ein Brechungsindex der Vergussmasse 128 oder des Klebstoffs an den Brechungsindex der dielektrischen Schicht 105 angepasst sein. Beispielsweise kann ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25. Der Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht kann beispielsweise gleich dem Brechungsindex n2 der Vergussmasse sein. Die Vergussmasse kann zum Beispiel Silikon sein.
Beispielsweise können die Brechungsindizes n1 und n2 folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < n1/n2 < 1,1. Bei Betrachtung temperaturabhängiger Brechungsindizes ist beabsichtigt, dass diese Relationen über die gesamte Anwendungstemperatur erfüllt sind. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann n1 gleich n2 sein.
Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass elektromagnetische Strahlung, die aus dem Halbleiterschichtstapel in die dielektrische Schicht 105 ausgetreten ist, nicht an der Grenzfläche zu der Vergussmasse reflektiert wird sondern tatsächlich austritt. Durch diese Auswahl der Brechungsindizes kann bewirkt werden, dass erzeugte elektromagnetische Strahlung nur einmal durch die transparente leitfähige Schicht 107 propagiert, wodurch die Verluste durch Absorption verringert werden 7B zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen, bei denen die erste Stromaufweitungsstruktur 109 auf einer von der Lichtaustrittsseite abgewandten Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet ist. Auch hier ist die Vergussmasse 128 über der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht 107 angeordnet. Beispielsweise entspricht der Brechungsindex n2 der Vergussmasse 128 dem Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht 105 oder erfüllt die Beziehung: 0,75 < n1/n2 < 1,25. Wie weiterhin in 7B gezeigt ist, kann beispielsweise die erste Stromaufweitungsstruktur 109 in einem Randbereich 148 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 mit der transparenten leitfähigen Schicht 107 verbunden sein.
8 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Ausbilden (S100) eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, und das Aufrauen (S110) einer ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden (S120) einer dielektrischen Schicht über der ersten Hauptoberfläche, das Planarisieren (S130) einer Oberfläche der dielektrischen Schicht, und das Ausbilden (S140) einer transparenten leitfähigen Schicht über der dielektrischen Schicht.
Wie beschrieben worden ist, kann eine verbesserte Stromeinprägung unter gleichzeitiger Verringerung von Absorptionsverlusten erreicht werden. Aufgrund der verbesserten Stromzuführung kann das optoelektronische Halbleiterbauelement bei höheren Leistungen betrieben werden. Insbesondere gemäß Ausführungsformen, die in den 1A bis 1C gezeigt sind, kann gleichzeitig eine sehr gute thermische Anbindung des Halbleiterbauelements erzielt werden. Entsprechend ist das optoelektronische Halbleiterbauelement insbesondere in Anwendungsgebieten mit hoher Leistung, beispielsweise mehr als 3 bis 4 W/mm², beispielsweise mehr als 10 W/mm² einsetzbar.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpassungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
Bezugszeichenliste

10: optoelektronisches Halbleiterbauelement
15: emittierte elektromagnetische Strahlung
20: Werkstück
100: Wachstumssubstrat
103: Passivierungsschicht
105: dielektrische Schicht
106: erste Hauptoberfläche der dielektrischen Schicht
107: transparente leitfähige Schicht
108: erster Kontaktbereich
109: erste Stromaufweitungsstruktur
110: erste Halbleiterschicht
111: erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
112: Kontaktöffnung
113: erstes Kontaktelement
114: hervorstehender Bereich
115: aktive Zone
119: Träger
120: zweite Halbleiterschicht
125: zweite Kontaktschicht
128: Vergussmasse
130: Träger
132: dielektrische Einkapselung
134: Lotmaterial
136: erstes isolierendes Material
138: zweites isolierendes Material
140: Vergussmaterial
142: erstes Anschlusselement
143: erste Anschlussfläche
144: zweites Anschlusselement
146: zweite Anschlussfläche
148: Randbereich
151: Strompfad
152: emittierter Lichtstrahl
153: reflektierter Lichtstrahl

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, eine dielektrische Schicht (105), sowie eine transparente leitfähige Schicht (107), wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht (110, 120) unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt sind und eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110)aufgeraut ist, die dielektrische Schicht (105) über der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist und eine planare erste Hauptoberfläche (106) auf der von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite hat, und die transparente leitfähige Schicht (107) über der von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der dielektrischen Schicht (105) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1, bei dem die transparente leitfähige Schicht (107) über Kontaktöffnungen (112), die sich durch die dielektrische Schicht (105) erstrecken, mit der ersten Halbleiterschicht (110) verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 1 oder 2, ferner mit einer ersten Stromaufweitungsstruktur (109), die mit der ersten Halbleiterschicht (110) verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 3, bei dem die erste Stromaufweitungsstruktur (109) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (120) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 4, bei dem die erste Stromaufweitungsstruktur (109) auf einer von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht (107) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 4, ferner mit einer Passivierungsschicht (103) auf einer von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht (107), wobei die Passivierungsschicht (103) zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur (109) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 6, wobei die transparente leitfähige Schicht (107) einen Brechungsindex n3 hat und ein Brechungsindex n4 der Passivierungsschicht (103) folgende Beziehung erfüllt: n4 > 0,75 × n3.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 3, bei dem die erste Stromaufweitungsstruktur (109) auf einer von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der zweiten Halbleiterschicht (120) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 8, bei dem die erste Stromaufweitungsstruktur (109) über erste Kontaktelemente (113), die sich durch die erste und die zweite Halbleiterschicht (110, 120) hindurch erstrecken, mit der ersten Halbleiterschicht (110) verbunden ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Vergussmasse (128) über der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht (107), wobei ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht (105) und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse (128) folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 10, bei dem der Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht (105) und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse (128) folgende Beziehung erfüllen: 0,9 < n1/n2 < 1,1.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10), umfassend: Ausbilden (S100) eines Halbleiterschichtstapels, der eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, Aufrauen (S110) einer ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110); Ausbilden (S120) einer dielektrischen Schicht (105) über der ersten Hauptoberfläche (111), Planarisieren (S130) einer Oberfläche (106) der dielektrischen Schicht (105), und Ausbilden (S140) einer transparenten leitfähigen Schicht (107) über der dielektrischen Schicht(105).
Verfahren nach Anspruch 12, weiterhin umfassend das Ausbilden von Kontaktöffnungen (112) in der dielektrischen Schicht (105) vor Ausbilden der transparenten leitfähigen Schicht (107).
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, weiterhin umfassend das Ausbilden einer ersten Stromaufweitungsstruktur (109) über der transparenten leitfähigen Schicht (107) sowie das Ausbilden einer Passivierungsschicht (103) auf einer von der ersten Halbleiterschicht (110) abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Schicht (107), wobei die Passivierungsschicht (103) zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur (109) ausgebildet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin umfassend das Aufbringen einer Vergussmasse (128) über der Oberfläche der transparenten leitfähigen Schicht (107), wobei ein Material der dieelektrischen Schicht (105) derart ausgewählt wird, dass ein Brechungsindex n1 der dielektrischen Schicht (105) und der Brechungsindex n2 der Vergussmasse (128) folgende Beziehung erfüllen: 0,75 < n1/n2 < 1,25.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: eine erste Halbleiterschicht (110) von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht (120) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei die erste und die zweite Halbleiterschicht (110, 120) unter Ausbildung eines Schichtstapels übereinander gestapelt sind, ferner mit einer ersten Stromaufweitungsstruktur (109), die mit der ersten Halbleiterschicht (110) verbunden und auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (120) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist, und weiterhin umfassend eine Passivierungsschicht (103) auf einer von der zweiten Halbleiterschicht (120) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110), wobei die Passivierungsschicht (103) zwischen Bereichen der ersten Stromaufweitungsstruktur (109) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 16, wobei eine an die Passivierungsschicht (103) angrenzende Schicht einen Brechungsindex n5 hat und ein Brechungsindex n4 der Passivierungsschicht (103) folgende Beziehung erfüllt: n4 > 0,75 × n5.