DE102021129843A1 - Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer vielzahl strahlungsemittierender halbleiterchips und strahlungsemittierender halbleiterchip Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (1) angegeben mit den Schritten:- Definieren von Positionen für Rekombinationszentren (22), die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind,- Herstellen der Rekombinationszentren (22) an den Positionen in einer aktiven Schicht (20),- Strukturieren in Halbleiterchips (1), derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (1a) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.

Description

  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips angegeben. Darüber hinaus wird ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung strahlungsemittierender Halbleiterchips anzugeben, die besonders effizient betrieben werden können. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, strahlungsemittierende Halbleiterchips anzugeben, die besonders effizient betreibbar sind.
  • Bei den hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich beispielsweise um Leuchtdiodenchips. In den strahlungsemittierenden Halbleiterchips wird durch strahlende Rekombination von Ladungsträgerpaaren elektromagnetische Strahlung erzeugt. Vorliegend kann von den strahlungsemittierenden Halbleiterchips im Betrieb beispielsweise rotes Licht erzeugt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt zunächst ein Definieren von Positionen für Rekombinationszentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind. Das heißt, in einem ersten Verfahrensschritt werden Verfahren durchgeführt, mit denen die späteren Positionen von herzustellenden Rekombinationszentren festgelegt werden können. Durch das Definieren wird vorgegeben, an welchen Stellen Rekombinationszentren zur strahlenden Rekombination bevorzugt oder mit einer größeren Wahrscheinlichkeit erzeugt werden als an anderen Positionen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem Rekombinationszentren an den Positionen in einer aktiven Schicht der strahlungsemittierenden Halbleiterchips hergestellt werden. Das heißt, an den zuvor definierten Positionen werden Rekombinationszentren beispielsweise durch epitaktisches Wachstum erzeugt. Dabei ist es beispielsweise wahrscheinlicher, dass die Rekombinationszentren an den zuvor definierten Positionen erzeugt werden, als an anderen Positionen. Die Rekombinationszentren werden in einer aktiven Schicht erzeugt, die in den fertiggestellten strahlungsemittierenden Halbleiterchips die Rekombinationszentren umfasst, an oder in denen die elektromagnetische Strahlung im fertiggestellten Halbleiterchip durch strahlende Rekombination erzeugt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Strukturieren der Halbleiterchips, derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren entfernt von den Rändern des Halbleiterchips angeordnet sind.
  • Die herzustellenden strahlungsemittierenden Halbleiterchips weisen beispielsweise eine Strahlungsaustrittsfläche auf, die durch eine Hauptfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips gebildet ist. Die Richtungen, in denen sich diese Hauptfläche erstreckt, sind die lateralen Richtungen. Senkrecht dazu verläuft die vertikale Richtung, die zum Beispiel parallel zu einer Wachstumsrichtung der epitaktisch hergestellten Schichten des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft. In einer vertikalen Projektion der Rekombinationszentren auf diese Hauptfläche liegen die Rekombinationszentren im Mittel näher an einem Flächenschwerpunkt dieser Hauptfläche als an einem Rand dieser Hauptfläche. Damit sind die Rekombinationszentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
    • - Definieren von Positionen für Rekombinationszentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind,
    • - Herstellen der Rekombinationszentren an den Positionen in einer aktiven Schicht,
    • - Strukturieren in Halbleiterchips, derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind.
  • Das hier beschriebene Verfahren kann insbesondere mit der hier angegebenen Reihenfolge von Verfahrensschritten durchgeführt werden.
  • Dem hier beschriebenen Verfahren liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Insbesondere bei rotes Licht emittierenden strahlungsemittierenden Halbleiterchips werden durch die Strukturierung in einzelne Halbleiterchips oft Rekombinationskanäle am Chiprand erzeugt. Über diese Kanäle rekombinieren Ladungsträger meist nicht-strahlend. Aus diesem Grund ist die Effizienz solcher strahlungsemittierender Halbleiterchips relativ schlecht.
  • Vorliegend werden bei der Herstellung der strahlungsemittierenden Halbleiterchips zunächst Positionen für Rekombinationszentren definiert, an denen die Rekombinationszentren dann hergestellt werden.
  • Im nächsten Schritt erfolgt eine Strukturierung der Halbleiterchips derart, dass die Rekombinationszentren nicht an den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind.
  • Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Ladungsträger nicht an den Chiprändern, sondern im Chipinneren rekombinieren, was die Effizienz steigert, da die nicht-strahlende Rekombination auf diese Weise unterdrückt wird.
  • Bei den hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips kann es sich insbesondere um sogenannte Mikro-LEDs handeln, die eine Kantenlänge vom höchstens 100 µm, insbesondere von höchstens 50 µm oder von höchstens 5 µm aufweisen und die eine Leuchtfläche von kleiner 0,01 mm2, insbesondere von kleiner 0,000025 mm2 aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zum Definieren der Positionen Mesa-Strukturen und/oder Stufen in einer Halbleiterschicht und/oder einem Aufwachssubstrat erzeugt, wobei sich die Positionen für die Rekombinationszentren an den Rändern und/oder den Ecken der Mesa-Struktur befinden. Bei der Mesa-Struktur handelt es sich um eine Erhebung, die eine Hauptfläche aufweist, die sich zum Beispiel parallel zur Haupterstreckungsebene des herzustellenden Halbleiterchips erstreckt. Diese Hauptfläche ist zum Beispiel im Rahmen der Herstellungstoleranz rechteckig. Sie ist vom Rand der Mesa-Struktur begrenzt und weist zum Beispiel vier Ecken auf.
  • Dabei weist ein Material zur Bildung der Rekombinationszentren eine größere Gitterkonstante als das Material, in dem die Mesa-Strukturen und/oder Stufen gebildet sind, auf. Dieser Ausführungsform liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, dass an den Rändern und/oder den Ecken der Mesa-Strukturen und/oder Stufen das Material zur Bildung der Rekombinationszentren, welches die größere Gitterkonstante aufweist, mehr Platz hat, um sich auszudehnen und dort weniger gestaucht wird. Aus diesem Grund sind die auf diese Weise definierten Positionen energetisch günstiger als Positionen in der Mitte der Mesa-Strukturen und/oder Stufen.
  • Somit können Positionen für die Rekombinationszentren definiert werden, an denen sich bei der Herstellung der Rekombinationszentren diese mit einer größeren Wahrscheinlichkeit anwachsen als im Zentrum der Mesa-Strukturen und/oder Stufen. Dies kann durch entsprechende Wachstumsbedingungen unterstützt werden, zum Beispiel durch eine große Oberflächenbeweglichkeit und/oder verringerte Wachstumsraten. Eine erhöhte Oberflächenbeweglichkeit kann beispielsweise durch eine erhöhte Wachstumstemperatur erzeugt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens haben die Mesa-Strukturen und/oder Stufen eine laterale Ausdehnung, die kleiner ist als die Diffusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinationszentren während der Herstellung der Rekombinationszentren. Die laterale Ausdehnung ist dabei beispielsweise die maximale laterale Erstreckung der Mesa-Struktur an ihrer Hauptfläche.
  • Die Diffusionslänge kann über die Materialwahl des Materials zur Bildung der Rekombinationszentren sowie des Materials, in dem die Mesa-Strukturen und/oder Stufen gebildet sind, der Wachstumstemperatur und/oder der Wachstumsrate oder andere Wachstumsparameter eingestellt werden. Dadurch, dass die Diffusionslänge größer ist als die maximale laterale Ausdehnung der Mesa-Strukturen und/oder Stufen, ist es beim Herstellen der Rekombinationszentren möglich, dass die energetisch günstigste Position zur Bildung der Rekombinationszentren eingenommen wird und sich die Rekombinationszentren mit größerer Wahrscheinlichkeit an den Rändern der Mesa-Strukturen und/oder Stufen als in deren Zentrum bilden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden zum Definieren der Positionen Defekte in einer Halbleiterschicht und/oder einem Aufwachssubstrat erzeugt oder genutzt, wobei sich die Positionen an den Defekten befinden. Dieser Ausführungsform liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Defekte, die in vertikaler Richtung oder in lateraler Richtung verlaufen, das Verspannungsfeld in einem Halbleiterkörper lokal beeinflussten. Damit können Positionen zum Einbau von Atomen entstehen, die energetisch günstiger sind als andere Positionen. An diesen energetisch günstigeren Positionen können sich daher die Rekombinationszentren bilden.
  • Die Defekterzeugung und/oder Defektlokalisierung kann beispielsweise durch Elektronenstrahl, Nanoprägelithografie oder andere Techniken unterstützt werden. Auf diese Weise können die Positionen für die Rekombinationszentren definiert werden. Dabei ist insbesondere ein Abstand zwischen benachbarten Defekten in lateraler Richtung kleiner als die Diffusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinationszentren während der Herstellung der Rekombinationszentren. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass bei der Bildung der Rekombinationszentren die energetisch günstigeren Positionen, zum Beispiel an den Defekten, eingenommen werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die Rekombinationszentren nach ihrer Herstellung mit zumindest einer weiteren Halbleiterschicht überwachsen. Auf diese Weise können die Rekombinationszentren in eine umgebende Halbleiterschicht eingebettet werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:
    • - Bereitstellen eines Aufwachssubstrats,
    • - Aufwachsen einer n-dotierten Halbleiterschicht auf das Aufwachssubstrat,
    • - Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht auf der n-dotierten Halbleiterschicht,
    • - Strukturieren von Mesa-Strukturen in der undotierten Halbleiterschicht,
    • - Aufwachsen einer aktiven Schicht mit den Rekombinationszentren an den Rändern und/oder Ecken der Mesa-Strukturen,
    • - Überwachsen der aktiven Schicht mit der undotierten Halbleiterschicht,
    • - Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht auf die undotierte Halbleiterschicht,
    • - Erzeugen von Gräben, die sich durch die aktive Schicht erstrecken, zum Strukturieren in Halbleiterchips, derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind.
  • Alternativ ist es auch möglich, dass zunächst eine p-dotierte Halbleiterschicht aufgewachsen wird, auf die dann das Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht erfolgt, in der die Mesa-Strukturen strukturiert werden.
  • Die aktive Schicht kann beispielsweise eine benetzende Schicht umfassen, auf der nachfolgend die Rekombinationszentren aufgewachsen werden. Die benetzende Schicht kann mit dem Material der Rekombinationszentren gebildet sein. In diesem Fall kann zum Wachstum der Rekombinationszentren beispielsweise zunächst eine dünne benetzende Schicht auf den Mesa-Strukturen aufwachsen werden und die Rekombinationszentren bilden sich auf dieser Schicht an den Rändern und/oder Ecken der Mesa-Strukturen.
  • Die Gräben, die sich durch die aktive Schicht erstrecken, können sich beispielsweise bis in die n-dotierte Halbleiterschicht oder das Aufwachssubstrat hinein erstrecken. Die Gräben umgeben in lateraler Richtung einen Bereich vollständig, der den herzustellenden strahlungsemittierenden Halbleiterchip darstellt. Begrenzt sind die Gräben durch die Ränder der herzustellenden Halbleiterchips, von denen sich die Rekombinationszentren entfernt befinden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die aktive Schicht Indium, zum Beispiel in Form von InGaAs oder InAs, wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist. Teile oder das komplette Arsen (As) können auch durch Phosphor (P) ersetzt sein. Insgesamt ist der herzustellende Halbleiterchip dann auf einem Arsenid-Verbindungs-Halbleitermaterial basierend. Dies bedeutet in diesem Zusammenhang, dass zum Beispiel die aktive Schicht und/oder das Aufwachssubstrat, vorzugsweise AlnGamIn1-n-mAs umfassen, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al beziehungsweise As, Ga, In), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Es wird weiter ein strahlungsemittierender Halbleiterchip angegeben. Der hier beschriebene strahlungsemittierende Halbleiterchip kann insbesondere durch ein hier beschriebenes Verfahren hergestellt werden. Sämtliche Ausführungsformen des Verfahrens sind auch für den Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst gemäß zumindest einer Ausführungsform einen aktiven Bereich, der Rekombinationszentren, die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind, umfasst. Ferner umfasst der Halbleiterchip insbesondere einen Halbleiterbereich, der den aktiven Bereich in vertikalen Richtungen umgibt. Der aktive Bereich weist zumindest einen Durchbruch auf. Der Durchbruch ist mit Material des Halbleiterbereichs befüllt und zumindest manche der Rekombinationszentren sind am Durchbruch angeordnet.
  • Bei der Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips resultiert der mit dem Halbleitermaterial befüllte Durchbruch aus den Abständen benachbarter Mesa-Strukturen, an deren Ränder die Wahrscheinlichkeit für die Anordnung von Rekombinationszentren erhöht ist.
  • Insbesondere ist der Halbleiterbereich undotiert und grenzt an einen n-dotierten Bereich sowie einen p-dotierten Bereich des Halbleiterchips an.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Rekombinationszentren Quantenpunkte oder umfassen solche. Die Quantenpunkte können Indium enthalten und zum Beispiel im Materialsystem InGaAs oder InAs gebildet sein. Teile oder das komplette Arsen (As) können auch durch Phosphor (P) ersetzt werden. Die Indium-Konzentration in den Quantenpunkten ist zumindest stellenweise größer als 50 %. In den Quantenpunkten kann beispielsweise eine Rekombination von Ladungsträgern zu rotem Licht erfolgen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Durchbruch in einem Zentrum des Halbleiterchips ausgebildet ist, wobei Rekombinationszentren in lateraler Richtung um den Durchbruch angeordnet sind.
  • Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 1A bis 1E ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der 2A und 2B ist ein Prinzip zur Definition der Position von Rekombinationszentren, wie es in einem Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens zum Einsatz kommt, näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellungen der 3A bis 3D sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 4A und 4B sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Halbleiterchips näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellung der 5 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
  • Anhand der schematischen Darstellung der 6 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 1A bis 1E ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei dem Verfahren wird eine Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips 1 hergestellt.
  • Dazu wird zunächst ein Aufwachssubstrat 4 bereitgestellt. Bei dem Aufwachssubstrat 4 handelt es sich vorliegend beispielsweise um ein GaAs-Substrat.
  • Auf das Aufwachssubstrat 4 wird eine n-dotierte Halbleiterschicht 51 insbesondere epitaktisch aufgewachsen.
  • An der dem Aufwachssubstrat 4 abgewandten Seite der n-dotierten Halbleiterschicht 51 wird eine undotierte Halbleiterschicht 61 insbesondere epitaktisch aufgewachsen, 1A.
  • In einem nachfolgenden Verfahrensschritt, 1B, erfolgt eine Strukturierung von Mesa-Strukturen 3 in der undotierten Halbleiterschicht 61.
  • Durch diese Strukturierung erfolgt ein Definieren von Positionen für Rekombinationszentren 22, die zu einer strahlenden Rekombination von Ladungsträgerpaaren eingerichtet sind.
  • Diese Rekombinationszentren 22 werden in einem nächsten Verfahrensschritt, 1C, an diesen Positionen - den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa-Struktur 3 aufgewachsen.
  • Die Rekombinationszentren 22 werden in einer aktiven Schicht 20 aufgewachsen, die beispielsweise eine benetzende Schicht 21 umfasst, auf der die Rekombinationszentren 22 entstehen.
  • Bei den Rekombinationszentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte.
  • Das Material, mit dem die Rekombinationszentren 22 gebildet werden, weist dabei eine größere Gitterkonstante als das Material auf, in dem die Mesa-Strukturen 3 gebildet sind. Beispielsweise sind die Mesa-Strukturen 3 mit einem Halbleitermaterial wie GaAs oder InGaAs gebildet, wobei die Rekombinationszentren im Materialsystem InGaAs oder InAs gebildet sind und die Indium-Konzentration in den Rekombinationszentren 22 größer ist als in den darunterliegenden Schichten 61, 51. Teile oder das komplette Arsen (As) können auch durch Phosphor (P) ersetzt sein.
  • Die aktive Schicht 20 wird dabei unter Wachstumsbedingungen gewachsen, bei denen die Diffusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinationszentren 22 größer ist als die laterale Ausdehnung l der Mesa-Strukturen 3. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Wahl von Wachstumsparametern wie Wachstumstemperatur, Wachstumsdruck und Wachstumsrate erreicht werden. Beispielsweise bildet sich in der aktiven Schicht 20 zunächst eine benetzende Schicht 21, in der die Rekombinationszentren 22 als verdickte Bereiche am Rand 3a und/oder in den Ecken 3b der Mesa-Strukturen entstehen.
  • Im nachfolgenden Verfahrensschritt, 1D, erfolgt ein Überwachsen der aktiven Schicht 20, die die Rekombinationszentren 22 umfasst mit der undotierten Halbleiterschicht 61. Auf diese Weise sind die Rekombinationszentren 22 in der Halbleiterschicht 61 eingebettet.
  • Nachfolgend erfolgt das Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht 71 auf die undotierte Halbleiterschicht 61. Dies ist in Verbindung mit der 1D dargestellt.
  • Im nächsten Verfahrensschritt, 1E, werden Gräben 9 erzeugt, die sich durch die aktive Schicht 20 erstecken. Die Gräben 9 werden an Positionen derart erzeugt, dass zumindest manche der Rekombinationszentren 22 entfernt von den Rändern der Halbleiterchips angeordnet sind.
  • Zum Beispiel werden die Gräben 9 durch die Zentren der Mesa-Strukturen 3 erzeugt und erstrecken sich bis in die n-dotierte Halbleiterschicht 51 oder das Aufwachssubstrat 4. Dies ist in der 1E dargestellt.
  • Nachfolgend können das Aufwachssubstrat 4 und ein Teil der n-dotierten Schicht 51 entfernt werden, so dass einzelne Halbleiterchips, wie sie in Verbindung mit der 4 näher beschrieben sind, entstehen.
  • Alternativ können die Halbleiterchips 1 miteinander verbunden bleiben und auf diese Weise Pixel oder Bildpunkte einer größeren, übergeordneten Struktur bilden. Die gezeigt Ränder 1a der Halbleiterchips 1 stellen dann Ränder der einzelnen Pixel dar. Die größere, übergeordnete Struktur ist dann ein pixelierter Halbleiterchip.
  • In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der 2A und 2B ist ein Prinzip zum Definieren von Positionen für Rekombinationszentren 22 näher erläutert.
  • In den schematischen Schnittdarstellungen der 2A und 2B ist eine Mesa-Struktur 3 schematisch dargestellt, die mit Material der undotierten Halbleiterschicht 61 gebildet ist.
  • Auf die Mesa-Struktur 3 ist Material der aktiven Schicht 20 aufgebracht. Die Mesa-Struktur 3 ist beispielsweise mit GaAs gebildet. Die aktive Schicht 20 ist mit InAs gebildet. Die aktive Schicht 20 hat damit größere Moleküle als die darunterliegende Mesa-Struktur 3. Dadurch wächst die aktive Schicht 20 kompressiv verspannt auf der Mesa-Struktur 3 auf.
  • Wie in der 2B dargestellt ist, haben Moleküle der aktiven Schicht 20, die am Rand 3a der Mesa-Struktur 3 angeordnet sind, eine energetisch günstigere Position, da Möglichkeit zum Verspannungsabbau besteht. Die gestrichelte Linie zeigt dabei den unverspannten Zustand mit der geringsten mechanischen Energie. Am Rand 3a der Mesa-Struktur 3 ist die Abweichung von der gestrichelten Linie kleiner als im Zentrum der Struktur.
  • Wie in Verbindung mit der schematischen Schnittdarstellung der 3A und 3B gezeigt ist, wird während des Wachstums der aktiven Schicht 20 mit den Rekombinationszentren 22 mehr Material an den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa-Strukturen 3 angeordnet (vergleiche dazu die Pfeile in der 3A). Dies führt zu einer dickeren aktiven Schicht 20 an den Rändern 3a und/oder den Ecken 3b der Mesa-Strukturen 3 und damit zur Bildung von Rekombinationszentren 22, bei denen es sich um Quantenpunkte handeln kann. Diese bilden sich vermehrt an den Rändern 3a und an den Ecken 3b der Mesa-Strukturen 3. Diese dickere aktive Schicht 20 führt zusammen mit einer erhöhten Indiumkonzentration zu energetisch niedrigeren Energieniveaus über die dann die strahlende Rekombination in diesen Stellen ermöglicht wird.
  • Die schematische Draufsicht der 3C zeigt eine Draufsicht auf die Mesa-Strukturen 3 mit den Rekombinationszentren 22, die an den Ecken 3b der Mesa-Strukturen 3 in der Nähe der Ränder 3a angeordnet sind.
  • Die schematische Schnittdarstellung der 3D zeigt die Situation nach Bildung der Gräben 9. Wie dort zu sehen ist, befinden sich für die einzelnen Halbleiterchips 1 die Rekombinationszentren 22 entfernt von den Rändern 1a der Halbleiterchips 1. Dadurch, dass die Rekombinationszentren 22 nicht an den Chiprändern 1a angeordnet sind, ist die Wahrscheinlichkeit für eine nicht-strahlende Rekombination stark reduziert.
  • In Verbindung mit der 4A ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterchips 1 näher erläutert. Wie in der 4B dargestellt, kann der Halbleiterchip 1 mit weiteren Halbleiterchips, die gleichartig ausgebildet sind, monolithisch verbunden sein und ein Pixel einer übergeordneten Struktur bilden.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 umfasst einen aktiven Bereich 2. Der aktive Bereich 2 geht aus der aktiven Schicht 20 hervor, die die Rekombinationszentren 22 umfasst. Bei den Rekombinationszentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst weiter einen Halbleiterbereich 6, der den aktiven Bereich in vertikaler Richtung V umgibt. Der Halbleiterbereich 6 geht aus der Halbleiterschicht 61 hervor.
  • Der aktive Bereich 2 weist ferner einen Durchbruch 31 auf, in dem der aktive Bereich 2 vollständig mit dem Material des Halbleiterbereichs 6 befüllt ist. Der Durchbruch 31 ist vorliegend in einem Zentrum des Halbleiterchips 1 ausgebildet ist, wobei Rekombinationszentren 22 in lateraler Richtung L um den Durchbruch 31 herum angeordnet sind.
  • Auf diese Weise sind auch die Rekombinationszentren 22 in das Material des Halbleiterbereichs 6 eingebettet und allseitig von diesem umgeben.
  • Zumindest manche der Rekombinationszentren 22 sind am Durchbruch 31 angeordnet. Der Durchbruch 31 ist der Bereich zwischen benachbarten Mesa-Strukturen 3 während der Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips 1.
  • Ferner kann der Halbleiterchip, wie in der 4A dargestellt, einen n-dotierten Halbleiterbereich 5 und einen p-dotierten Bereich 7 aufweisen, die jeweils an den Halbleiterbereich 6 grenzen, der undotiert sein kann. Es ist ebenfalls denkar, dass der Halbleiterbereich 6 leicht mit einem der beiden oder beiden Dotierstoffen dotiert ist oder anders n-typ und/oder p-typ leitfähig gemacht ist.
  • Die Ausdehnung in lateraler Richtung L des Halbleiterchips liegt im Mikrometerbereich, so dass es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip um eine sogenannte Mikro-LED handeln kann.
  • In Verbindung mit der 4B ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterchips 1 näher erläutert. Anders als in der 4 dargestellt, kann der Halbleiterchip 1 auch mit weiteren Halbleiterchips, die gleichartig ausgebildet sind, monolithisch verbunden sein und ein Pixel einer übergeordneten Struktur bilden.
  • Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 1 umfasst einen aktiven Bereich 2. Der aktive Bereich 2 geht aus der aktiven Schicht 20 hervor, die die Rekombinationszentren 22 umfasst. Bei den Rekombinationszentren 22 handelt es sich beispielsweise um Quantenpunkte. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip umfasst weiter einen Halbleiterbereich 6, der den aktiven Bereich in vertikaler Richtung V umgibt. Der Halbleiterbereich 6 geht aus der Halbleiterschicht 61 hervor.
  • Der aktive Bereich 2 weist ferner einen Durchbruch 31 auf, in dem der aktive Bereich 2 vollständig mit dem Material des Halbleiterbereichs 6 befüllt ist. Auf diese Weise sind auch die Rekombinationszentren 22 in das Material des Halbleiterbereichs 6 eingebettet und allseitig von diesem umgeben. Anders als im Ausführungsbeispiel der 4A ist der Durchbruch 31 hier an einem Rand 1a des Halbleiterchips 1 ausgebildet. Auf diese Weise ist der Abstand zumindest mancher der Rekombinationszentren 22 vom Rand 1a besonders groß.
  • In Verbindung mit der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel lagern sich die Rekombinationszentren 22 an den Rändern 41a und/oder Ecken 41b von Stufen 41 an, die in das Substrat 4 strukturiert sind. Die Stufen 41 können zum Beispiel durch einen Offcut des Substrats 4 erzeugt werden. Mit diesem Verfahren ist es zum Beispiel möglich, Halbleiterchips 1 oder Pixel zu erzeugen, die besonders dicht angeordnet sind.
  • In Verbindung mit der 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei diesem Ausführungsbeispiel lagern sich die Rekombinationszentren 22 im Bereich von Defekten 9 an.
  • Das heißt, zum Definieren der Positionen für die Rekombinationszentren 22, bei denen es sich zum Beispiel um Quantenpunkte handelt, werden Defekte 9 in einer Halbleiterschicht und/oder dem Aufwachssubstrat 4 erzeugt oder genutzt, wobei sich die Positionen an den Defekten 9 befinden. Die Defekte 9, die in vertikaler Richtung V und/oder in lateraler Richtung L verlaufen, beeinflussten das Verspannungsfeld in der Halbleiterschicht und/oder dem Aufwachssubstrat 4 lokal. Damit können Positionen zum Einbau von Atomen entstehen, die energetisch günstiger sind als andere Positionen. An diesen energetisch günstigeren Positionen können sich daher die Rekombinationszentren 22 bilden.
  • Die Defekterzeugung und/oder Defektlokalisierung kann beispielsweise durch Elektronenstrahl, Nanoprägelithografie oder andere Techniken unterstützt werden. Auf diese Weise können die Positionen für die Rekombinationszentren definiert werden. Dabei ist insbesondere ein Abstand zwischen benachbarten Defekten 9 in lateraler Richtung L kleiner als die Diffusionslänge des Materials zur Bildung der Rekombinationszentren 22 während der Herstellung der Rekombinationszentren.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    strahlungsemittierender Halbleiterchip
    1a
    Rand des strahlungsemittierenden Halbleiterchips
    2
    aktiver Bereich
    20
    aktive Schicht
    21
    benetzende Schicht
    22
    Rekombinationszentrum
    3
    Mesa-Struktur
    3a
    Rand der Mesa-Struktur
    3b
    Ecke der Mesa-Struktur
    31
    Durchbruch
    4
    Aufwachssubstrat
    41
    Stufe
    41a
    Rand der Stufe
    41b
    Ecke der Stufe
    5
    n-dotierter Bereich
    51
    n-dotierte Halbleiterschicht
    6
    Halbleiterbereich
    61
    Halbleiterschicht
    7
    p-dotierter Bereich
    71
    p-dotierte Halbleiterschicht
    8
    Defekte
    9
    Graben
    l
    laterale Ausdehnung
    a
    Abstand
    L
    laterale Richtung
    V
    vertikale Richtung

Claims (14)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Vielzahl strahlungsemittierender Halbleiterchips (1) mit den Schritten: - Definieren von Positionen für Rekombinationszentren (22), die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind, - Herstellen der Rekombinationszentren (22) an den Positionen in einer aktiven Schicht (20), - Strukturieren in Halbleiterchips (1), derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (1a) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei zum Definieren der Position Mesa-Strukturen (3) und/oder Stufen (41) in einer Halbleiterschicht (51, 61) und/oder einem Aufwachssubstrat (4) erzeugt werden, wobei sich die Positionen an den Rändern (3a) und/oder den Ecken (3b) der Mesa-Strukturen (3) und/oder an den Rändern (41a) und/oder den Ecken (41b) der Stufen (41) befinden und ein Material zur Bildung der Rekombinationszentren (22) eine größere Gitterkonstante als das Material, in dem die Mesa-Strukturen (3) und/oder Stufen (41) gebildet sind, aufweist.
  3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Mesa-Strukturen (3) und/oder Stufen (41) eine laterale Ausdehnung (1) haben, die kleiner ist als die Diffusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinationszentren (22) während der Herstellung der Rekombinationszentren (22).
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei zum Definieren der Position Defekte (8) einer Halbleiterschicht (51, 61) und/oder eines Aufwachssubstrats (4) erzeugt oder genutzt werden, wobei sich die Positionen an den Defekten (8) befinden.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein Abstand (a) zwischen benachbarten Defekten (8) in lateraler Richtung (1) kleiner ist als die Diffusionslänge eines Materials zur Bildung der Rekombinationszentren (22) während der Herstellung der Rekombinationszentren (22).
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Rekombinationszentren (22) nach ihrer Herstellung mit zumindest einer weiteren Halbleiterschicht (61, 71) überwachsen werden.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche mit den folgenden Schritten: - Bereitstellen eines Aufwachssubstrats (4), - Aufwachsen einer n-dotierten Halbleiterschicht (51) auf das Aufwachssubstrat, - Aufwachsen einer undotierten Halbleiterschicht (61) auf der n-dotierten Halbleiterschicht (51), - Strukturieren von Mesa-Strukturen (3) in der undotierten Halbleiterschicht (61), - Aufwachsen einer aktiven Schicht (20) mit den Rekombinationszentren (22) an den Rändern (3a) und/oder Ecken (3b) der Mesa-Strukturen (3), - Überwachsen der aktiven Schicht (20) mit der undotierten Halbleiterschicht (61), - Aufwachsen einer p-dotierten Halbleiterschicht (71) auf die undotierte Halbleiterschicht (61), - Erzeugen von Gräben (9), die sich durch die aktive Schicht (20) erstrecken, zum Strukturieren in Halbleiterchips (1), derart, dass zumindest manche der Rekombinationszentren (22) entfernt von den Rändern (1a) der Halbleiterchips (1) angeordnet sind.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die aktive Schicht (20) Indium umfasst, wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist.
  9. Strahlungsemittierender Halbleiterchip mit - einem aktiven Bereich (2) der Rekombinationszentren (22), die zu einer strahlenden Rekombination von Landungsträgerpaaren eingerichtet sind, und - einem Halbleiterbereich (6), der den aktiven Bereich (2) in vertikalen Richtung umgibt, wobei - der aktive Bereich (2) einen Durchbruch (31) aufweist, - der Durchbruch (31) mit Material des Halbleiterbereichs (6) befüllt ist, und - zumindest manche der Rekombinationszentren (22) am Durchbruch (31) angeordnet sind.
  10. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem der Halbleiterbereich (6) undotiert ist und an einen n-dotierten Bereich (5) sowie einen p-dotierten Bereich (7) angrenzt.
  11. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß zumindest einem der beiden vorherigen Ansprüche, bei dem der aktive Bereich (2) Indium umfasst, wobei die Indium-Konzentration zumindest stellenweise größer als 50 % ist.
  12. Strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß zumindest einem der drei vorherigen Ansprüche, bei dem der Durchbruch (31) in einem Zentrum des Halbleiterchips (1) ausgebildet ist, wobei Rekombinationszentren (22) in lateraler Richtung (L) um den Durchbruch (31) angeordnet sind.
  13. Verfahren oder strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Rekombinationszentren (22) Quantenpunkte sind oder umfassen.
  14. Verfahren oder strahlungsemittierender Halbleiterchip gemäß einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die strahlungsemittierenden Halbleiterchips Mikro-LEDs sind.
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