DE112022004339T5 - Optoelektronische vorrichtung und optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

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Abstract

Eine optoelektronische Vorrichtung (20) umfasst eine Anordnung von optoelektronischen Halbleitervorrichtungen (10). Die optoelektronische Vorrichtung (20) umfasst einen Halbleiterschichtstapel (105), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone (115) und einer zweiten Halbleiterschicht (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente (10) sind durch Trennelemente (125) getrennt, die sich vertikal durch den Halbleiterschichtstapel (105) erstrecken. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (10) sind dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) zu emittieren. Die optoelektronische Vorrichtung (20) umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht (130), die auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente (125) angeordnet sind.

Description

  • Displays, z.B. für Augmented- oder Virtual-Reality-Anwendungen, umfassen Arrays oder miniaturisierte LEDs („Light Emitting Diode“). Es wird versucht, Mikro-LEDs mit einer verbesserten Richtwirkung zu entwickeln.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte optoelektronische Vorrichtung sowie ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Erfindungsgemäß werden die vorstehenden Aufgaben durch den beanspruchten Gegenstand gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
  • Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst einen Halbleiterschichtstapel, mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente sind durch Trennelemente getrennt, die sich vertikal durch den Halbleiterschichtstapel erstrecken. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente sind dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung über eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht zu emittieren. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht, die auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente angeordnet sind.
  • Gemäß Ausführungsformen umfassen die Trennelemente einen leitenden Körper und eine Isolierschicht, die den leitenden Körper von dem Halbleiterschichtstapel isoliert. Eine größte horizontale Ausdehnung des Abschnitts der Metallschicht ist größer oder gleich einer kleinsten horizontalen Ausdehnung des leitenden Körpers.
  • Die Metallschicht kann Silber oder Gold oder ein anderes geeignetes reflektierendes Metall umfassen.
  • Gemäß Ausführungsformen nimmt die horizontale Ausdehnung der Abschnitte der Metallschicht mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche zu. Gemäß weiteren Ausführungsformen nimmt die horizontale Ausdehnung der Abschnitte der Metallschicht mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche ab.
  • Gemäß Beispielen kann eine dielektrische Schicht über Seitenwänden des Abschnitts der Metallschicht angeordnet sein.
  • Zum Beispiel kann eine Dicke der Metallschicht gleich oder größer als 0,1 * we sein, wobei we eine Breite eines emittierenden Bereichs ist. Im Allgemeinen kann we der größten horizontalen Ausdehnung der ersten und der zweiten Halbleiterschicht entsprechen.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Halbleiterschichtstapel, mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, und Trennelemente, die benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel angeordnet sind, wobei sich die Trennelemente vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels erstrecken. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung über eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht zu emittieren. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht, die auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente angeordnet sind. In der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht ist ein Hohlraum oder eine Mehrzahl von Löchern ausgebildet, wobei eine vertikale Ausdehnung v des Hohlraums oder der Mehrzahl von Löchern größer als 0,75*t ist, wobei t eine Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht bezeichnet. Die Tiefe einzelner Löcher kann unterschiedlich sein. Die Form der Löcher in der Draufsicht kann kreisförmig, quadratisch, rechteckig, dreieckig, sechseckig usw. sein und voneinander verschieden sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Halbleiterschichtstapel, mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Trennelemente sind benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel angeordnet, wobei sich die Trennelemente vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels erstrecken. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung über eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht zu emittieren. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht, die auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente angeordnet sind. In der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht ist eine Mehrzahl von Löchern ausgebildet, so dass in der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht eine geordnete photonische Struktur ausgebildet ist.
  • Beispielsweise umfasst jedes der Trennelemente einen leitenden Körper, der durch eine dielektrische Schicht von dem Halbleiterschichtstapel isoliert ist.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine dielektrische Füllung umfassen, die in dem Hohlraum oder in mindestens einem der Mehrzahl von Löchern angeordnet ist.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner ein transparentes leitendes Oxidmaterial, das in den Hohlraum oder in mindestens eines der Mehrzahl von Löchern gefüllt ist.
  • Beispielsweise ist der Halbleiterschichtstapel unter Ausbildung einer Mesa strukturiert, wobei ein Winkel einer Seitenwand des Hohlraums in Bezug auf eine horizontale Richtung kleiner als der Winkel einer Seitenwand der Mesa in Bezug auf die horizontale Richtung ist.
  • Gemäß Beispielen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner ein reflektierendes Material, das in mindestens einem der Löcher angeordnet ist.
  • Beispielsweise umfasst das reflektierende Material eine dielektrische Spiegelschicht, die auf Seitenwänden von mindestens einem der Löcher angeordnet ist.
  • Zusätzlich oder alternativ kann das reflektierende Material ein Metall umfassen.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halbleiterbauelement einen Halbleiterschichtstapel, mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone und einer zweiten Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung über eine erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht zu emittieren. Eine laterale Breite z der aktiven Zone ist kleiner als die kleinste laterale Breite c der ersten und der zweiten Halbleiterschicht.
  • Beispielsweise ist die laterale Breite der aktiven Zone kleiner als 0,3*c, wobei c die kleinste laterale Breite der ersten Halbleiterschicht bezeichnet.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine Linse umfassen, die über der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, wobei ein Brennpunkt der Linse an einer Position der aktiven Zone angeordnet ist.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ferner Trennelemente, die benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel angeordnet sind, wobei sich die Trennelemente vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels erstrecken.
  • Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner Abschnitte einer Metallschicht umfassen, die auf einer von der aktiven Zone abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente angeordnet sind.
  • Eine optoelektronische Vorrichtung umfasst eine Anordnung von optoelektronischen Halbleitervorrichtungen, wie vorstehend beschrieben.
  • Die optoelektronische Vorrichtung kann ferner Trennelemente umfassen, die ein Isoliermaterial umfassen, wobei die Trennelemente zwischen den optoelektronischen Halbleiterbauelementen an einer Position der ersten Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht angeordnet sind und eine vertikale Ausdehnung b aufweisen, die kleiner als eine Dicke des Halbleiterschichtstapels ist.
  • Die beigefügten Zeichnungen sind beigeschlossen, um ein weiteres Verständnis von Ausführungsformen der Erfindung zu liefern, und sie sind in diese Beschreibung einbezogen und bilden einen Teil davon. Die Zeichnungen veranschaulichen die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und dienen zusammen mit der Beschreibung der Erläuterung der Prinzipien. Weitere Ausführungsformen der Erfindung und viele der beabsichtigten Vorteile werden sofort erkannt, wenn sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung besser verstanden werden. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu relativ zueinander. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
    • 1A bis 1C zeigen vertikale Querschnittsansichten einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß Ausführungsformen.
    • 2A bis 2C veranschaulichen Querschnittsansichten einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 3A bis 3C zeigen vertikale Querschnittsansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß Ausführungsformen.
    • 3D und 3E zeigen horizontale Querschnittsansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß Ausführungsformen.
    • 4A und 4B zeigen Querschnittsansichten von Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 4C veranschaulicht eine weitere Modifikation eines Details eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
    • 5A bis 5C veranschaulichen Querschnittsansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
    • 6A und 6B veranschaulichen Querschnittsansichten von optoelektronischen Halbleiterbauelementen gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
  • In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil davon bilden und in denen zur Veranschaulichung spezifische Ausführungsformen veranschaulicht sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. In dieser Hinsicht wird Richtungsterminologie wie „Oberseite“, „Boden“, „Vorderseite“, „Rückseite“, „über“, „auf“, „oberhalb“, „vor“, „hinter“ usw. in Bezug auf die beschriebenen Figuren verwendet. Da Komponenten von Ausführungsformen der Erfindung in einer Anzahl von unterschiedlichen Ausrichtungen positioniert werden können, wird die Richtungsterminologie zu Zwecken der Veranschaulichung verwendet und ist in keiner Weise einschränkend. Es versteht sich, dass weitere Ausführungsformen verwendet und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne von dem durch die Ansprüche definierten Umfang abzuweichen.
  • Die Beschreibung der Ausführungsformen ist nicht einschränkend. Insbesondere können Elemente der im Folgenden beschriebenen Ausführungsformen mit Elementen unterschiedlicher Ausführungsformen kombiniert werden.
  • Die Begriffe „Wafer“ oder „Halbleitersubstrat“, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, können eine beliebige halbleiterbasierte Struktur umfassen, die eine Halbleiteroberfläche aufweist. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halbleiterschichten, die z. B. durch eine Basishalbleiterunterlage getragen werden, und weitere Halbleiterstrukturen umfassen. Zum Beispiel kann eine Schicht eines ersten Halbleitermaterials auf einem Wachstumssubstrat eines zweiten Halbleitermaterials aufgewachsen werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Wachstumssubstrat ein isolierendes Substrat sein, wie etwa ein Saphirsubstrat. Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direkten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für Halbleitermaterialien, die für die Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung besonders geeignet sind, umfassen Nitrid-Verbindungshalbleiter, durch die z. B. ultraviolettes oder blaues Licht oder Licht mit längerer Wellenlänge erzeugt werden kann, wie etwa GaN, InGaN, AlN, AlGaN, AlGaInN, Phosphid-Verbindungshalbleiter, durch die z. B. grünes oder Licht mit längerer Wellenlänge erzeugt werden kann, wie etwa GaAsP, AlGaInP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien, einschließlich AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2O3, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen dieser Materialien. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können auch Silizium, Silizium-Germanium und Germanium sein. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variieren. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung umfasst der Begriff „Halbleiter“ ferner organische Halbleitermaterialien.
  • Der Begriff „vertikal“, wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, soll eine Ausrichtung beschreiben, die senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers angeordnet ist.
  • Die Begriffe „lateral“ und „horizontal“, wie sie in dieser Beschreibung verwendet werden, sollen eine Ausrichtung parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers beschreiben. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder eines Chips (Die) sein.
  • Wie hier verwendet, sind die Begriffe „aufweisend“, „enthaltend“, „mit“, „umfassend“ und dergleichen offene Begriffe, die das Vorhandensein von angegebenen Elementen oder Merkmalen angeben, aber zusätzliche Elemente oder Merkmale nicht ausschließen. Die Artikel „ein“, „eine“ und „der/die/das“ sollen sowohl den Plural als auch den Singular umfassen, es sei denn, der Kontext gibt eindeutig etwas anderes an.
  • Wie in dieser Beschreibung verwendet, sollen die Begriffe „gekoppelt“ und/oder „elektrisch gekoppelt“ nicht bedeuten, dass die Elemente direkt miteinander gekoppelt sein müssen - Zwischenelemente können zwischen den „gekoppelten“ oder „elektrisch gekoppelten“ Elementen vorgesehen sein. Der Begriff „elektrisch verbunden“ soll eine niederohmige elektrische Verbindung zwischen den elektrisch miteinander verbundenen Elementen beschreiben.
  • Der Begriff „elektrisch verbunden“ umfasst ferner Tunnelkontakte zwischen verbundenen Elementen.
  • 1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß Ausführungsformen. Wie im Folgenden erläutert wird, umfasst die optoelektronische Vorrichtung 20 eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst einen Halbleiterschichtstapel 105, mit einer ersten Halbleiterschicht 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. n-Typ, einer aktiven Zone 115 und einer zweiten Halbleiterschicht 120 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. p-Typ.
  • Die aktive Zone 115 kann zum Beispiel einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einzelquantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW-Struktur) zum Erzeugen von Strahlung umfassen. In diesem Kontext hat der Begriff „Quantentopfstruktur“ keine Bedeutung in Bezug auf die Dimensionalität der Quantisierung. Somit umfasst er unter anderem Quantentöpfe, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie eine beliebige Kombination dieser Schichten.
  • Benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente sind durch Trennelemente 125 getrennt, die sich vertikal durch den Halbleiterschichtstapel 105 erstrecken. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 sind dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 zu emittieren. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht 130, die auf einer von der aktiven Zone 115 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente 125 angeordnet sind.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 kann über einem geeigneten Träger 100 angeordnet sein, der aus einem isolierenden, leitenden oder Halbleitermaterial hergestellt sein kann. Die Trennelemente 125, die zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen angeordnet sind, können einen leitenden Körper 126 und eine Isolierschicht 129 aufweisen, die den leitenden Körper 126 von dem Halbleiterschichtstapel 105 isoliert. Beispielsweise kann der leitende Körper eine metallische Trennschicht 127 aufweisen. Die metallische Trennschicht 127 kann z.B. ein transparentes leitendes Oxid wie ITO („Indium-Zinn-Oxid“) aufweisen. Die metallische Trennschicht 127 kann benachbart zu der Isolierschicht 129 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich die metallische Trennschicht 127 von einem Abschnitt unterhalb der zweiten Halbleiterschicht 120 zu einem Bereich oberhalb der aktiven Zone 115 erstrecken. Horizontale Abschnitte der metallischen Trennschicht können elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden sein.
  • Eine zweite Stromaufweitungsschicht 140 kann über dem Träger 100 angeordnet sein. Die zweite Stromaufweitungsschicht 140 kann über die metallische Trennschicht 127 elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht 120 verbunden sein. Abschnitte der zweiten Stromaufweitungsschicht 140 können einen Teil des leitenden Körpers 126 der Trennelemente 125 bilden.
  • Zum Beispiel kann die in 1A gezeigte Struktur durch Aufwachsen des Halbleiterschichtstapels 105 über einem Wachstumssubstrat gebildet werden, so dass die erste Halbleiterschicht 110 benachbart zu dem Wachstumssubstrat ist. Anschließend werden Trenngräben in dem Halbleiterschichtstapel 105 gebildet. Die Trenngräben sind mit der Isolierschicht 129 und der metallischen Trennschicht 127 ausgekleidet. Zum Beispiel kann die Isolierschicht 129 von Abschnitten entfernt werden, wo die Metallschicht 127 in Kontakt mit der zweiten Halbleiterschicht 120 ist. Danach wird eine weitere Metallschicht in den verbleibenden Abschnitt der Gräben gefüllt, um einen Teil des leitenden Körpers 126 und ferner die zweite Stromaufweitungsschicht 140 zu bilden. Aufgrund der Ausbildung der Trenngräben wird der Halbleiterschichtstapel 105 zu einer Mehrzahl von einzelnen Mesas 128 strukturiert. Die einzelnen Mesas 128, in denen die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 gebildet sind, können z.B. die Form eines Quadrats, eines Kreises, eines Quadrats mit abgerundeten Ecken, eines Sechsecks oder eines Sechsecks mit abgerundeten Ecken aufweisen. Beispiele der einzelnen Halbleiterbauelemente 10 können aus den in 3B und 3E gezeigten horizontalen Querschnittsansichten erkannt werden.
  • Ein Material der ersten und zweiten Halbleiterschichten 110, 120 kann InxGayAl1-x-yP umfassen, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, oder GaN und InGaN.
  • Die erste Stromaufweitungsschicht 135 kann über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein. Die Trennelemente 125 können sich zu der ersten Stromaufweitungsschicht 135 erstrecken. Ein horizontaler oberer Abschnitt der Isolierschicht 129 kann benachbart zu der ersten Stromaufweitungsschicht 135 sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 135 kann aus einem transparenten Material wie einem transparenten leitenden Oxid hergestellt sein oder kann auch Teil der ersten Halbleiterschicht 110 sein.
  • Abschnitte einer Metallschicht 130 sind auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Zum Beispiel kann die Metallschicht 130 ein üblicherweise verwendetes Kontaktmaterial wie AuGe, PdGe, Ag, Ag usw. umfassen. Die Metallschicht 130 kann mehrere Teilschichten umfassen. Zum Beispiel kann die Metallschicht 130 ferner eine Schicht aus transparentem leitendem Oxid wie ITO unter einem beliebigen dieser Kontaktmaterialien umfassen.
  • Darüber hinaus kann ein weiteres Metall über der Kontaktschicht gebildet sein. Das weitere Metall kann Silber oder Gold oder ein anderes Metall mit einem hohen Reflexionsvermögen umfassen. Eine horizontale Breite s des Abschnitts der Metallschicht kann größer oder kleiner oder gleich einer kleinsten Breite d des leitenden Körpers 126 des Trennelements 126 sein. Gemäß Ausführungsformen kann die horizontale Breite s größer oder gleich der kleinsten Breite d sein. In diesem Fall kann eine Richtwirkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung weiter verbessert werden.
  • Eine Höhe h der Abschnitte der Metallschicht kann gleich oder größer als 0,1 * we sein, wobei we die Breite des emittierenden Bereichs der lichtemittierenden Abschnitte ist.
  • Zum Beispiel kann eine Größe der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 kleiner als 10 µm sein. Wie ferner in 1A veranschaulicht ist, ist es aufgrund der Anwesenheit der Abschnitte der Metallschicht 130 möglich, den Strahl der emittierten elektromagnetischen Strahlung 15 zu formen. Daher wird die Richtwirkung der erzeugten elektromagnetischen Strahlung verbessert. Die Abschnitte der Metallschicht 130 können zwischen den jeweiligen Mesas 128 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können sie auch die Mesas in einem gewissen Ausmaß überlappen.
  • 1B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht der optoelektronischen Vorrichtung 20 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die optoelektronische Vorrichtung 20 von 1B umfasst die gleichen oder identischen Komponenten wie die in 1A gezeigte optoelektronische Vorrichtung. Anders als in 1A veranschaulichte Ausführungsformen umfasst die optoelektronische Vorrichtung von 1B Abschnitte einer Metallschicht 130, wobei die Seitenwände der Abschnitte geneigt sind. Wie in 1B veranschaulicht ist, kann die Seitenwand 131 einen Winkel α in Bezug auf die erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 aufweisen, der größer als 90° ist. Dementsprechend wird ein Durchmesser der Metallschicht 130 mit zunehmendem Abstand von der ersten Halbleiterschicht 110 kleiner. In diesem Fall bezeichnet der Begriff „größte horizontale Ausdehnung des Abschnitts der Metallschicht“ die Breite s des Abschnitts der Metallschicht in einem Bereich benachbart zu der ersten Halbleiterschicht 110. Dementsprechend implementieren die Abschnitte der Metallschicht 130 ein trapezförmiges Metallgitter. Zum Beispiel kann das trapezförmige Metallgitter durch Anpassen der Neigung einer negativen Fotolackseitenwandneigung und durch Verwenden eines Metallabscheidungsverfahrens mit besserer Konformität, z. B. Planetenelektronenstrahl, Sputtern oder Plattieren, gebildet werden. Danach kann, falls erforderlich, Polieren zum Freilegen des Fotolacks durchgeführt werden, gefolgt von einem Abhebeprozess. Gemäß weiteren Implementierungen kann dies auch durch Trockenätzen und Einstellen der Trockenätzselektivität eines Fotolackmaterials gegenüber der des Metalls erreicht werden.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 von 1C ist identisch oder umfasst identische Komponenten wie die in 1A und 1B veranschaulichte optoelektronische Vorrichtung. Anders als in 1A und 1B veranschaulichte Ausführungsformen weisen die Seitenwände 131 der Metallschicht 130 einen Winkel α in Bezug auf eine horizontale Ebene auf, der kleiner als 90° ist. Mit anderen Worten nimmt eine Breite s der Abschnitte der Metallschicht 130 mit zunehmendem Abstand von der ersten Halbleiterschicht zu. In diesem Fall ist die größte horizontale Ausdehnung s des Abschnitts der Metallschicht 130 auf einer von der ersten Halbleiterschicht 110 abgewandten Seite angeordnet.
  • Dementsprechend implementieren die Abschnitte der Metallschicht 130 ein umgekehrtes trapezförmiges Metallgitter. Das umgekehrte trapezförmige Metallgitter, das in 1C veranschaulicht ist, kann durch Anpassen einer positiven Fotolackseitenwandneigung, Abscheiden von Metall und durch Entfernen des Metalls oben durch Polieren, bis der Fotolack erreicht worden ist, gebildet werden. Danach wird das verbleibende Fotolackmaterial durch standardmäßige Fotolackablöseverfahren entfernt.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 von 2A umfasst die gleichen oder identischen Komponenten wie die in 1A gezeigte optoelektronische Vorrichtung 20. Zusätzlich sind Abschnitte einer dielektrischen Schicht 132 über den Abschnitten der Metallschicht 130 gebildet, wobei die Seitenwände 131 sowie der obere Abschnitt der Metallschicht 130 abgedeckt werden. Infolgedessen sind die Abschnitte der Metallschicht 130 durch die dielektrische Schicht 132 eingekapselt. Aufgrund der Anwesenheit der dielektrischen Schicht 132 kann die Absorption der emittierten elektromagnetischen Strahlung 15 durch die Metallschicht 130 reduziert werden.
  • Beispielsweise kann die dielektrische Schicht 132 einen dielektrischen Spiegel umfassen. Im Allgemeinen kann ein dielektrischer oder DBR-Spiegel erste Schichten einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten einer zweiten Zusammensetzung umfassen, die abwechselnd gestapelt sind. Die ersten und die zweiten Schichten können dielektrische Schichten sein. Beispielsweise können die ersten Schichten einen hohen Brechungsindex aufweisen und die zweiten Schichten können einen niedrigen Brechungsindex aufweisen. In diesem Kontext können die Begriffe „hoher Brechungsindex“ und „niedriger Brechungsindex“ bedeuten, dass der hohe Brechungsindex größer als ein bestimmter Wert ist, der von dem Materialsystem abhängen kann. Der niedrige Brechungsindex ist kleiner als der bestimmte Wert.
  • Beispielsweise kann die Schichtdicke ungefähr A/4 oder ein Vielfaches von A/4 sein, wobei A die Wellenlänge des in dem spezifischen Medium zu reflektierenden Lichts bezeichnet. Der dielektrische oder DBR-Spiegel kann mehr als zwei verschiedene Schichten umfassen. Beispielsweise kann eine maximale Anzahl von Schichten 10 sein. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann 30 bis 90 nm, z. B. ungefähr 50 nm, sein.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 von 2B umfasst die gleichen oder entsprechenden Komponenten wie die optoelektronische Vorrichtung 20 von 1B. Zusätzlich ist die dielektrische Schicht 132, die unter Bezugnahme auf 2A erläutert wurde, über der Metallschicht gebildet. Auf ähnliche Weise wie vorstehend erörtert wurde, kann die dielektrische Schicht 132 einen dielektrischen Spiegel umfassen.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 von 2C umfasst identische oder entsprechende Komponenten wie die optoelektronische Vorrichtung 20 von 1C. Zusätzlich ist die dielektrische Schicht 132, die unter Bezugnahme auf 2A erläutert wurde, über den Abschnitten der Metallschicht 130 gebildet. Auf ähnliche Weise wie vorstehend erörtert wurde, kann die dielektrische Schicht 132 einen dielektrischen Spiegel umfassen.
  • Gemäß Ausführungsformen kann die in 2A bis 2C veranschaulichte optoelektronische Vorrichtung weiter modifiziert werden, indem die dielektrische Schicht 132 auch über Abschnitten der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet wird. In diesem Fall kann die dielektrische Schicht optimiert werden, um eine hochreflektierende Schicht über dem Metall, aber eine antireflektierende Schicht über dem Halbleiter zu sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können separate dielektrische Schichten zum Abdecken der Abschnitte der Metallschicht 130 und zum Abdecken von Abschnitten der ersten Halbleiterschicht 110 verwendet werden.
  • 3A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Vorrichtung 20 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst eine Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10. Die optoelektronische Vorrichtung umfasst einen Halbleiterschichtstapel 105, mit einer ersten Halbleiterschicht 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps, z. B. n-Typ, einer aktiven Zone 115 und einer zweiten Halbleiterschicht 120 eines zweiten Leitfähigkeitstyps, z. B. p-Typ.
  • Die aktive Zone 115 kann zum Beispiel einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einzelquantentopfstruktur (SQW-Struktur) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW-Struktur) zum Erzeugen von Strahlung umfassen. In diesem Kontext hat der Begriff „Quantentopfstruktur“ keine Bedeutung in Bezug auf die Dimensionalität der Quantisierung. Somit umfasst er unter anderem Quantentöpfe, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie eine beliebige Kombination dieser Schichten.
  • Benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente sind durch Trennelemente 125 getrennt, die sich vertikal durch den Halbleiterschichtstapel 105 erstrecken. Die optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 sind dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 zu emittieren. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst ferner Abschnitte einer Metallschicht oder erste Kontaktelemente 136, die auf einer von der aktiven Zone 115 abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente 125 angeordnet sind.
  • Die optoelektronische Vorrichtung 20 kann über einem geeigneten Träger 100 angeordnet sein, der aus einem isolierenden, leitenden oder Halbleitermaterial hergestellt sein kann. Die Trennelemente 125, die zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen angeordnet sind, können einen leitenden Körper 126 und eine Isolierschicht 129 aufweisen, die den leitenden Körper 126 von dem Halbleiterschichtstapel 105 isoliert. Beispielsweise kann der leitende Körper eine metallische Trennschicht 127 aufweisen. Die metallische Trennschicht 127 kann z.B. ein transparentes leitendes Oxid wie ITO („Indium-Zinn-Oxid“) aufweisen. Die metallische Trennschicht 127 kann benachbart zu der Isolierschicht 129 angeordnet sein. Beispielsweise kann sich die metallische Trennschicht 127 von einem Abschnitt unterhalb der zweiten Halbleiterschicht 120 zu einem Bereich oberhalb der aktiven Zone 115 erstrecken. Horizontale Abschnitte der metallischen Trennschicht können elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden sein.
  • Ein Material der ersten und zweiten Halbleiterschichten 110, 120 kann InxGayAl1-x-yP umfassen, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, oder GaN und InGaN.
  • Eine zweite Stromaufweitungsschicht 140 kann über dem Träger 100 angeordnet sein. Die zweite Stromaufweitungsschicht 140 kann über die metallische Trennschicht 127 elektrisch mit der zweiten Halbleiterschicht 120 verbunden sein. Abschnitte der zweiten Stromaufweitungsschicht 140 können einen Teil des leitenden Körpers 126 der Trennelemente 125 bilden.
  • Zum Beispiel kann die in 3A gezeigte Struktur auf eine ähnliche Weise gebildet sein, wie oben unter Bezugnahme auf 1A erläutert wurde.
  • Die erste Stromaufweitungsschicht 135 kann über der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 angeordnet sein. Die Trennelemente 125 können sich zu der ersten Stromaufweitungsschicht 135 erstrecken. Ein horizontaler oberer Abschnitt der Isolierschicht 129 kann benachbart zu der ersten Stromaufweitungsschicht 135 sein. Die erste Stromaufweitungsschicht 135 kann aus einem transparenten Material wie einem transparenten leitenden Oxid hergestellt sein.
  • Abschnitte einer Metallschicht 136 sind auf einer Seite der ersten Halbleiterschicht angeordnet. Zum Beispiel kann die Metallschicht ein üblicherweise verwendetes Kontaktmaterial wie AuGe, PdGe, Ag, Ag usw. umfassen. Die Metallschicht kann mehrere Teilschichten umfassen. Zum Beispiel kann die Metallschicht ferner eine Schicht aus transparentem leitendem Oxid wie ITO unter einem beliebigen dieser Kontaktmaterialien umfassen. Zum Beispiel kann eine Größe der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 kleiner als 10 um sein.
  • Die Abschnitte 136 der leitenden Schicht können erste Kontaktelemente zum elektrischen Verbinden der ersten Stromaufweitungsschicht 135 implementieren. Eine Höhe h der ersten Kontaktelemente 136 kann beliebig sein. Zum Beispiel kann die Höhe h der ersten Kontaktelemente 136 kleiner als 0,1 * we sein, wobei we die Breite des emittierenden Bereichs eines lichtemittierenden Abschnitts ist.
  • 3B zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Vorrichtung 20 gemäß weiteren Ausführungsformen. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10. Die optoelektronische Vorrichtung 20 umfasst ähnliche oder identische Komponenten wie die in 3A veranschaulichte optoelektronische Vorrichtung. Zusätzlich umfasst jedes der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 ferner einen Hohlraum 107, der in der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 gebildet ist. Eine vertikale Ausdehnung v des Hohlraums ist größer als 0,75*t, wobei t eine Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht 150 bezeichnet. Mit anderen Worten kann die Tiefe v jedes der Hohlräume groß sein und die Hohlräume 107 können sich sogar zu einer Position der aktiven Zone 115 erstrecken. Infolgedessen ist Material der ersten Halbleiterschicht entfernt, um die Absorption zu reduzieren. Beispielsweise kann eine horizontale Breite w der Hohlräume 107 kleiner als eine Breite c sein, die der kleinsten horizontalen Ausdehnung der ersten oder der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 entsprechen kann. Zum Beispiel kann eine horizontale Breite der Hohlräume mindestens 1 µm betragen. Zum Beispiel kann eine horizontale Breite der Hohlräume kleiner als 0,9 * we sein, wobei we die Breite des lichtemittierenden Bereichs bezeichnet. Eine horizontale Ausdehnung w des Hohlraums 107 kann unter Berücksichtigung des Kompromisses zwischen Absorption und Stromausbreitung ausgewählt werden. Die Seitenwände des Hohlraums 107 müssen nicht in Bezug auf eine vertikale Richtung geneigt sein, wie in 3B gezeigt ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Seitenwände des Hohlraums 107 auch vertikal sein. Eine Breite we des Emissionsabschnitts, z. B. der Abstand zwischen benachbarten Trennelementen 125, kann kleiner als 100 µm oder kleiner, z. B. etwa 2 um, sein. Aufgrund der Ausbildung der Hohlräume wird ein Abschnitt mindestens der ersten Stromaufweitungsschicht 135 entfernt.
  • 3C zeigt eine weitere vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Vorrichtung, die eine Mehrzahl von optoelektronischen Halbleiterbauelementen umfasst. Abweichend von in 3B gezeigten Ausführungsformen ist in der ersten Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 eine Mehrzahl von Löchern 108 ausgebildet. Die Löcher können eine vertikale Ausdehnung v aufweisen, die größer als 0,75*t ist, wobei t eine Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht bezeichnet.
  • Die Löcher 108 können identisch oder voneinander verschieden sein. Zum Beispiel können sie sich in Tiefe, Form und/oder Breite unterscheiden. Darüber hinaus werden im Folgenden verschiedene Füllungen der Löcher 108 beschrieben. Die Füllungen der Löcher 108 können identisch oder voneinander verschieden sein. Zum Beispiel können einige der Löcher 108 gefüllt sein, während andere nicht gefüllt sind. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die anderen Löcher mit verschiedenen Materialien gefüllt sein. Der Abstand zwischen benachbarten Löchern 108 kann identisch oder voneinander verschieden sein.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Halbleiterkörper, der die Löcher 108 umfasst, wie z. B. in 3C veranschaulicht, eine geordnete photonische Struktur 106 implementieren. Zum Beispiel kann die geordnete photonische Struktur 106 einen photonischen Kristall umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die geordnete photonische Struktur auch einen photonischen Quasikristall umfassen. Ferner kann die geordnete photonische Struktur auch deterministische aperiodische Strukturen umfassen.
  • Im Allgemeinen bedeutet im Kontext der vorliegenden Offenbarung der Begriff „geordnete photonische Struktur“ eine Struktur, deren Strukturelemente an vorbestimmten Stellen angeordnet sind. Das Anordnungsmuster der Strukturelemente unterliegt einer spezifischen Ordnung. Die Funktionalität der geordneten photonischen Struktur ergibt sich aus der Anordnung der Strukturelemente. Die Strukturelemente sind beispielsweise so angeordnet, dass Beugungseffekte auftreten. Die Strukturelemente können beispielsweise periodisch angeordnet sein, so dass ein photonischer Kristall realisiert wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Strukturelemente so angeordnet sein, dass sie deterministische aperiodische Strukturen, beispielsweise Vogelspiralen, darstellen. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Strukturelemente so angeordnet sein, dass sie einen quasiperiodischen Kristall, beispielsweise ein archimedisches Gitter, realisieren.
  • 3D zeigt eine horizontale Querschnittsansicht des in 3B gezeigten Halbleiterbauelements. Die Querschnittsansicht ist zwischen I und I' genommen, wie in 3C veranschaulicht. Wie gezeigt ist, ist eine Mehrzahl von Halbleiterbauelementen 10 durch Trennelemente 125 getrennt. Der leitende Körper 126 weist eine metallische Trennschicht 127 auf. Die Trennelemente 125 weisen die Form eines Gitters auf. Wie vorstehend erörtert wurde, kann die Form der einzelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente z.B. die Form eines Quadrats, eines Kreises, eines Quadrats mit abgerundeten Ecken, eines Sechsecks oder eines Sechsecks mit abgerundeten Ecken sein. Ebenso kann die Form der Hohlräume 107 z.B. die Form eines Quadrats, eines Kreises, eines Quadrats mit abgerundeten Ecken, eines Dreiecks, eines Sechsecks oder eines Sechsecks mit abgerundeten Ecken sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen sind verschiedene Formen der Hohlräume 107 möglich.
  • 3E zeigt eine horizontale Querschnittsansicht der in 3C gezeigten optoelektronischen Vorrichtung. Die Querschnittsansicht ist zwischen I und I' genommen, wie in 3C veranschaulicht. Wie gezeigt ist, ist in der Halbleiterschicht 110 jedes der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 eine Mehrzahl von Löchern 108 angeordnet. Die Form der Löcher kann z.B. eine quadratische Form, eine kreisförmige Form, eine rechteckige Form oder eine beliebige andere Form sein.
  • 4A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß weiteren Ausführungsformen.
  • Komponenten der optoelektronischen Halbleiterbauelemente 10 können identisch oder ähnlich jenen sein, die unter Bezugnahme auf 3B erörtert wurden. Anders als in 3B veranschaulichte Ausführungsformen umfassen die optoelektronischen Halbleiterbauelemente ferner eine dielektrische Füllung 109, die in jedem der Hohlräume 107 ausgebildet ist. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Stromaufweitungsschicht 135 über den Hohlräumen 107 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die erste Stromaufweitungsschicht 135 von den Abschnitten direkt über den Hohlräumen 107 entfernt werden. In diesem Fall kann die Absorption durch die erste Stromaufweitungsschicht 135 reduziert werden.
  • Gemäß Ausführungsformen kann die dielektrische Füllung 109 den gleichen oder einen ähnlichen Brechungsindex wie die erste Halbleiterschicht 110 aufweisen. Infolgedessen kann die Lichtextraktion dieses optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 der Lichtextraktion eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ohne einen Hohlraum ähnlich sein. Wenn beispielsweise GaN als ein Material der ersten Halbleiterschicht genommen wird, kann Ti2O3 als ein indexangepasstes dielektrisches Material 109 verwendet werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die dielektrische Füllung 109 einen Brechungsindex aufweisen, der sich von dem Brechungsindex des benachbarten Halbleitermaterials unterscheidet.
  • Darüber hinaus muss, wie in 4A gezeigt ist, die Seitenwand 112 des Hohlraums 107 nicht parallel zu einer Seitenwand 114 der Mesa sein. Beispielsweise kann ein Winkel γ der Seitenwand 112 in Bezug auf eine horizontale Ebene kleiner als der Winkel zwischen der Seitenwand 114 der Mesa in Bezug auf die horizontale Ebene sein. Beispielsweise kann eine Differenz mindestens 15° betragen. Ferner kann gemäß Ausführungsformen eine Größe des Hohlraums im untersten Teil des Hohlraums 107 gleich oder größer als 1/3*z sein, wobei z eine laterale Breite der aktiven Zone bezeichnet.
  • Wenn die dielektrische Füllung 109 einen Brechungsindex aufweist, der sich von dem Brechungsindex des benachbarten Halbleitermaterials unterscheidet, können aufgrund von Brechung und reduzierter Absorption die Menge und Richtung der emittierten elektromagnetischen Strahlung geändert werden.
  • 4B zeigt ein optoelektronisches Bauelement 20, das dem in 3C gezeigten optoelektronischen Bauelement ähnlich ist. Abweichend von in 3C veranschaulichten Ausführungsformen ist die dielektrische Füllung 109 in die Löcher 108 gefüllt. Beispielsweise kann die dielektrische Füllung 109 einen Brechungsindex aufweisen, der dem Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht 110 ähnlich sein kann, um ähnliche Lichtextraktionseigenschaften bereitzustellen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die dielektrische Füllung 109 auf ähnliche Weise wie unter Bezugnahme auf 4A erörtert wurde, einen Brechungsindex aufweisen, der sich von dem Brechungsindex der ersten Halbleiterschicht unterscheidet. Infolgedessen können die Menge und Richtwirkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung 15 geändert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Halbleiterkörper, der die Löcher 108 umfasst, die gemäß in 4B gezeigten Ausführungsformen verwendet werden, eine geordnete photonische Struktur 106, z. B. einen photonischen Kristall oder deterministische aperiodische Strukturen, umfassen. Die geordnete photonische Struktur kann die Menge und Richtwirkung der emittierten elektromagnetischen Strahlung ändern. Ferner kann die geordnete photonische Struktur einen hohen Kontrast zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10 bereitstellen.
  • 4C veranschaulicht weitere Modifikationen der in 3C und 4B gezeigten Löcher 108. Wie gezeigt ist, können sich die Löcher 108 zu einer Tiefe v erstrecken, die größer als 0,75*t sein kann, was der Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht entspricht. Wie im linken Abschnitt von 4C veranschaulicht ist, kann ein Winkel β von Seitenwänden 116 der Löcher 108 in Bezug auf eine horizontale Ebene z. B. etwa 90° betragen. Mit anderen Worten können sich die Seitenwände 116 der Löcher 108 in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung erstrecken. Dementsprechend ändert sich der Durchmesser der Löcher 108 mit abnehmendem Abstand von der aktiven Zone 115 nicht wesentlich.
  • Gemäß weiteren Modifikationen kann der Winkel β größer als 90° sein, wie im mittleren Abschnitt von 4C veranschaulicht ist. Daher nimmt der Durchmesser des Lochs 108 mit abnehmendem Abstand von der aktiven Zone 115 ab.
  • Wie im rechten Abschnitt von 4C veranschaulicht ist, kann der Winkel β zwischen der Seitenwand 116 des Lochs 108 und einer horizontalen Ebene kleiner als 90° sein. Infolgedessen wird der Durchmesser der Löcher 108 mit abnehmendem Abstand von der aktiven Zone 115 größer.
  • Wenn die Mehrzahl von Löchern 108, die sich optional zu der aktiven Zone 115 erstrecken können, ausgebildet werden soll, ist es möglich, die erste Halbleiterschicht unter Verwendung eines SAG-Epitaxieverfahrens („Selektives Bereichswachstum“) aufzuwachsen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Halbleiterschicht aufgewachsen und anschließend geätzt werden.
  • Das Design der Löcher (z. B. Breite, Tiefe, Seitenwandneigung) kann für Richtwirkung und Emissionsverbesserung optimiert werden. Das spezifische Design kann durch entsprechendes Abstimmen des Lithographie- und Ätzverfahrens abgestimmt werden. Beispielsweise können die Trockenätzparameter geeignet ausgewählt werden. Ferner ist es möglich, die Kristallfacetten selektiv zu ätzen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann ein Epitaxieprozess, z. B. ein SAG-Epitaxieprozess, geeignet abgestimmt werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann in den Löchern 108 ein Modifikationsmaterial 113 angeordnet sein, das die optischen Eigenschaften der ersten Halbleiterschicht 110 wesentlich ändern kann. Beispielsweise kann, wie in 5A veranschaulicht, das Modifikationsmaterial 113 ein Auskleidungsmaterial sein, das die Seitenwände 116 der Löcher 108 abdeckt, ohne die Löcher 108 zu füllen. Beispielsweise kann das Modifikationsmaterial eine dielektrische Schicht mit einem anderen Brechungsindex als die erste Halbleiterschicht 110 sein. Aufgrund der Anwesenheit des Modifikationsmaterials 113 können die Auskopplung und Richtwirkung verbessert werden und das Übersprechen zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen kann reduziert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Modifikationsmaterial 113 ein transparentes leitendes Oxid sein. Infolgedessen kann der Stromfluss verbessert werden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen kann, wie in 5B gezeigt, das Modifikationsmaterial 113 eine Füllung sein. Das Modifikationsmaterial 113 kann auf ähnliche Weise wie vorstehend erörtert wurde, ein dielektrisches Material mit einem anderen Brechungsindex als die erste Halbleiterschicht 110 sein. Infolgedessen können die Auskopplung und Richtwirkung verbessert werden. Ferner kann das Übersprechen zwischen benachbarten optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10 reduziert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Modifikationsmaterial 113 ein transparentes leitendes Oxid umfassen und kann als Füllung implementiert sein.
  • Im Allgemeinen können die Schichtdicke und das Material des Modifikationsmaterials 113 für den gewünschten Emissionswinkel, die Emissionsverbesserung und andere Eigenschaften, wie z. B. Streuung, optimiert werden.
  • 5C zeigt eine Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Zusätzlich zu den zuvor beschriebenen Elementen umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 ein reflektierendes Material 117, das in den Löchern 108 angeordnet ist. Wie in 5C veranschaulicht, kann das reflektierende Material 117 durch einen dielektrischen oder DBR-Spiegel 118 implementiert sein, der auf der Seitenwand 116 des Lochs angeordnet ist, und ferner eine Metallfüllung, die in die Löcher 108 gefüllt ist.
  • Aufgrund der in 5C gezeigten Implementierungen kann die Auskopplung verbessert werden. Ferner können durch Anpassen der Abmessungen der Unterstruktur geführte Moden verbessert werden. Beispielsweise können sich die Löcher, die das reflektierende Material enthalten, zu der aktiven Zone 115 oder sogar zu der zweiten Halbleiterschicht 120 erstrecken. Dies kann durch einen Bottom-up-Ansatz erreicht werden, wie etwa durch Aufwachsen von Halbleiter-Nanostäben oder Nanofinnen mit eingebetteten aktiven Bereichen. Daher kann gemäß Ausführungsformen ein wellenleitender Effekt bereitgestellt werden. Infolgedessen kann eine gerichtete Aufwärtsemission erreicht werden. Ferner kann das Übersprechen reduziert werden und der Stromfluss kann optimiert werden. Der Fachmann wird erkennen, dass das Design und die Materialien des reflektierenden Materials 117 zum Verbessern der oben beschriebenen Effekte optimiert werden können.
  • 6A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht einer Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10 gemäß weiteren Ausführungsformen. Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement 10 umfasst einen Halbleiterschichtstapel 105, mit einer ersten Halbleiterschicht 110 eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer zweiten Halbleiterschicht 120 eines zweiten Leitfähigkeitstyps und einer aktiven Zone 115. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist dazu eingerichtet, erzeugte elektromagnetische Strahlung 15 über eine erste Hauptoberfläche 111 der ersten Halbleiterschicht 110 zu emittieren. Eine laterale Breite z der aktiven Zone 115 ist kleiner als die kleinste laterale Breite c der ersten und der zweiten Halbleiterschicht.
  • Wie in 6A gezeigt, nimmt die laterale Breite der Halbleiterschichten mit zunehmendem Abstand von dem Träger 100 zu. Dementsprechend entspricht die kleinste laterale Breite der ersten und der zweiten Halbleiterschicht der lateralen Breite c der zweiten Halbleiterschicht 120 an einem unteren Abschnitt, d. h. auf einer Seite benachbart zu dem Träger 100. Gemäß Ausführungsformen, die unter Bezugnahme auf 6A und 6B beschrieben sind, ist eine laterale Breite der aktiven Zone wesentlich kleiner als z. B. die Pixelemissionsapertur.
  • Mit anderen Worten kann der Emissionsabschnitt innerhalb des Halbleiterschichtstapels 105 als ein punktartiger Emitter betrachtet werden.
  • Die weiteren Komponenten des in 6A und 6B veranschaulichten Halbleiterbauelements sind ähnlich jenen, die vorstehend erörtert wurden. Beispielsweise kann ein Halbleiterschichtstapel 105, in dem die aktive Zone 115 eine kleinere Breite als eine Breite der ersten und der zweiten Halbleiterschicht aufweist, durch Ausbilden einer aktiven Zone mit einer horizontalen Breite, die einer Breite der benachbarten ersten oder zweiten Halbleiterschicht entspricht, ausgebildet werden. Ein photolithographischer Schritt wird durchgeführt, gefolgt von Ätzen der aktiven Zone 115, um die Breite z der aktiven Zone 115 zu reduzieren. Danach wird ein weiteres Epitaxieverfahren verwendet, um die zweite Halbleiterschicht 120 oder die erste Halbleiterschicht 110 aufzuwachsen. Infolgedessen wird eine aktive Zone 115 ausgebildet, die eine wesentlich kleinere laterale Breite als die benachbarten Halbleiterschichten aufweist und in den Halbleiterschichtstapel 105 eingebettet ist.
  • Das in 6A gezeigte optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst ferner eine Linse 122, die über der ersten Stromaufweitungsschicht 135 und über der ersten Hauptoberfläche 110 der ersten Halbleiterschicht ausgebildet ist. Die Linse 122 kann eine solche Form aufweisen, dass die aktive Zone 115 an einer Position eines Brennpunkts der Linse 122 angeordnet ist. Beispielsweise kann gemäß Ausführungsformen, die in 6A veranschaulicht sind, die erste Stromaufweitungsschicht 135 InGaAlP umfassen. Beim Herstellen der Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen kann eine weitere transparente InAlP-Schicht über der ersten Stromaufweitungsschicht 135 ausgebildet werden. Dann kann die InAlP-Schicht geätzt werden, um die Mikrolinsen 122 auszubilden. Beispielsweise kann die Form der Mikrolinsen 122 für Kollimation unter Berücksichtigung der gewünschten Lichtmenge in dem interessierenden Kegel optimiert werden. Die Form kann durch Einstellen der Form des Fotolacks, der die Materialschicht zum Ausbilden der Mikrolinsen abdeckt, und durch Variieren der Trockenätzbedingungen angepasst werden. Die Form des Fotolackmaterials kann durch Variieren der Verarbeitungsbedingungen variiert werden.
  • Ein anderes Verfahren kann Ätzen der Mikrolinsen durch Nassätzen zuerst unter Verwendung einer Fotolackmaske, bis die InGaAlP-Schicht erreicht worden ist, umfassen. Danach kann der Ätzprozess nach Entfernen der Fotolackmaske fortgesetzt werden, um die gewünschte Krümmung der InAlP-Linse zu erzeugen und somit eine Mikrolinse auszubilden.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Mikrolinsen aus einem Material mit einem Brechungsindex, der an das Material der Halbleiterschicht angepasst ist, ausgebildet sein. Beispielsweise können im Fall der Verwendung eines GaN-Halbleitermaterials die Linsen aus TiOx ausgebildet sein.
  • 6B zeigt ein Beispiel einer Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen 10. Gemäß in 6B veranschaulichten Ausführungsformen kann das Halbleitermaterial GaN umfassen und die Mikrolinsen können aus z. B. TiOx ausgebildet sein, um ein indexangepasstes Material zu erhalten. Beispielsweise umfassen die Trennelemente 125 zwischen benachbarten Halbleiterbauelementen 10 keinen leitenden Körper, wie es z. B. in 6A der Fall war. Stattdessen können die Trennelemente 125 nur ein Isoliermaterial 129 und/oder einen Hohlraum 124 umfassen. Zum Beispiel kann die in 6B gezeigte optoelektronische Vorrichtung 20 durch epitaktisches Aufwachsen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht 110, 120 sowie der aktiven Zone 115 über einem Wachstumssubstrat (nicht veranschaulicht) gebildet werden.
  • Abschnitte einer dielektrischen Schicht 123, z. B. SiO2, sind über dem Wachstumssubstrat angeordnet, um benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente 10 zu isolieren. Unter Verwendung dieses Verfahrens wird zuerst die erste Halbleiterschicht aufgewachsen, gefolgt von der aktiven Zone 115. Nach dem Strukturieren der aktiven Zone 115 wird die zweite Halbleiterschicht 120 epitaktisch aufgewachsen. Gemäß diesem Verfahren wird kein Halbleitermaterial über Abschnitten des Wachstumssubstrats aufgewachsen, die durch die Abschnitte der dielektrischen Schicht 123 abgedeckt sind. Nach dem Bilden der zweiten Stromaufweitungsschicht 140 über dem Träger 100 und dem Anbringen dieser an dem Halbleiterschichtstapel 105 wird das Wachstumssubstrat entfernt, um die dielektrische Schicht 123 freizulegen. Danach wird ein Material zum Bilden der Mikrolinsen, z. B. TiOx, über einer resultierenden Oberfläche gebildet. Die Materialschicht wird strukturiert, um eine Mehrzahl von Mikrolinsen 122 auszubilden, und ein erstes Kontaktelement 136 wird über einer sich ergebenden Oberfläche gebildet.
  • Wie vorstehend beschrieben, können durch z. B. Bilden von Abschnitten einer Metallschicht über der Emissionsoberfläche, Bilden von Hohlräumen in der ersten Halbleiterschicht und/oder Bilden von Linsen über den lichtemittierenden Abschnitten und Reduzieren einer Breite der aktiven Zone 115 Mikro-LEDs mit einer stark verbesserten Richtwirkung bereitgestellt werden. Zum Beispiel kann das Material der Linsen ein Material der Halbleiterschichten sein oder umfassen. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann sich das Material der Linsen von dem Material der Halbleiterschichten unterscheiden.
  • Eine optoelektronische Vorrichtung mit einer Anordnung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen, wie sie oben beschrieben wurde, kann z. B. als ein Virtual-Reality-Display, ein Augmented-Reality-Display oder ein allgemeines Projektionsbauelement verwendet werden.
  • Für solche Anwendungen kann jede einzelne Mikro-LED in der Anordnung einzeln adressierbar gemacht werden, zum Beispiel mittels einzelner p- oder n-Kontakte.
  • Während Ausführungsformen der Erfindung oben beschrieben wurden, ist es offensichtlich, dass weitere Ausführungsformen implementiert werden können. Zum Beispiel können weitere Ausführungsformen eine beliebige Unterkombination von Merkmalen umfassen, die in den Ansprüchen angegeben sind, oder eine beliebige Unterkombination von Elementen, die in den oben gegebenen Beispielen beschrieben sind. Dementsprechend sollten dieser Geist und Umfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die Beschreibung der hierin enthaltenen Ausführungsformen beschränkt sein.
  • BEZUGSZEICHENLISTE
    • 10
    optoelektronisches Halbleiterbauelement
    15
    emittierte elektromagnetische Strahlung
    20
    optoelektronische Vorrichtung
    100
    Träger
    105
    Halbleiterschichtstapel
    106
    geordnete photonische Struktur
    107
    Hohlraum
    108
    Loch
    109
    dielektrische Füllung
    110
    erste Halbleiterschicht
    111
    erste Hauptoberfläche der ersten Halbleiterschicht
    112
    Seitenwand des Hohlraums
    113
    Modifikationsmaterial
    114
    Seitenwand der Mesa
    115
    aktive Zone
    116
    Seitenwand des Lochs
    117
    reflektierendes Material
    118
    dielektrischer Spiegel
    120
    zweite Halbleiterschicht
    122
    Linse
    123
    dielektrische Schicht
    124
    Hohlraum
    125
    Trennelement
    126
    leitender Körper
    127
    metallische Trennschicht
    128
    Mesa
    129
    isolierende Schicht
    130
    Abschnitt einer Metallschicht
    131
    Seitenwand
    132
    dielektrische Schicht
    135
    erste Stromaufweitungsschicht
    136
    erstes Kontaktelement
    140
    zweite Stromaufweitungsschicht

Claims (23)

  1. Optoelektronische Vorrichtung (20), umfassend eine Anordnung von optoelektronischen Halbleitervorrichtungen (10), umfassend: einen Halbleiterschichtstapel (105), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone (115) und einer zweiten Halbleiterschicht (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei benachbarte optoelektronische Halbleiterbauelemente (10) durch Trennelemente (125) getrennt sind, die sich vertikal durch den Halbleiterschichtstapel (105) erstrecken, wobei die optoelektronischen Halbleiterbauelemente (10) dazu eingerichtet sind, erzeugte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) zu emittieren, wobei Abschnitte einer Metallschicht (130) auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente (125) angeordnet sind.
  2. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Trennelemente (125) einen leitenden Körper (126) und eine Isolierschicht (129) aufweisen, die den leitenden Körper (126) von dem Halbleiterschichtstapel (105) isoliert, wobei eine größte horizontale Ausdehnung des Abschnitts der Metallschicht (130) größer oder gleich einer kleinsten horizontalen Ausdehnung des leitenden Körpers (126) ist.
  3. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 1, wobei die Metallschicht eine horizontale Metallschicht ist.
  4. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallschicht (130) Silber oder Gold umfasst.
  5. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die horizontale Ausdehnung der Abschnitte der Metallschicht (130) mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche (111) zunimmt.
  6. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die horizontale Ausdehnung der Abschnitte der Metallschicht (130) mit zunehmendem Abstand von der ersten Hauptoberfläche (111) abnimmt.
  7. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend eine dielektrische Schicht (132) über Seitenwänden des Teils der Metallschicht (130) .
  8. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Dicke der Metallschicht (130) größer als 0,1 * we ist, wobei we eine Breite eines emittierenden Bereichs von mindestens einer der optoelektronischen Halbleitervorrichtungen ist.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: einen Halbleiterschichtstapel (105), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone (115) und einer zweiten Halbleiterschicht (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei Trennelemente (125) benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel (105) angeordnet sind, wobei sich die Trennelemente (125) vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels (105) erstrecken, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) dazu eingerichtet ist, erzeugte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) zu emittieren, wobei Abschnitte einer Metallschicht (130) auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente (125) angeordnet sind, wobei in der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) ein Hohlraum (107) oder eine Mehrzahl von Löchern (108) ausgebildet ist, wobei eine vertikale Ausdehnung v des Hohlraums (107) oder der Mehrzahl von Löchern (108) größer als 0,75*t ist, wobei t eine Schichtdicke der ersten Halbleiterschicht (110) bezeichnet.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: einen Halbleiterschichtstapel (105), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone (115) und einer zweiten Halbleiterschicht (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei Trennelemente (125) benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel (105) angeordnet sind, wobei sich die Trennelemente (125) vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels (105) erstrecken, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) dazu eingerichtet ist, erzeugte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) zu emittieren, wobei Abschnitte einer Metallschicht (130) auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente (125) angeordnet sind, wobei in der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) eine Mehrzahl von Löchern (108) ausgebildet ist, so dass in der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) eine geordnete photonische Struktur (106) ausgebildet ist.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 9 oder 10, wobei jedes der Trennelemente (125) einen leitenden Körper (126) aufweist, der durch eine dielektrische Schicht (129) von dem Halbleiterschichtstapel (105) isoliert ist.
  12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend eine dielektrische Füllung (109), die in dem Hohlraum (107) oder in mindestens einem der Mehrzahl von Löchern (108) angeordnet ist.
  13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner umfassend ein transparentes leitendes Oxidmaterial (113), das in den Hohlraum (107) oder in mindestens eines der Mehrzahl von Löchern (108) gefüllt ist.
  14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei der Halbleiterschichtstapel (105) strukturiert unter Ausbildung einer Mesa (128) strukturiert ist, wobei ein Winkel einer Seitenwand (112) des Hohlraums (107) in Bezug auf eine horizontale Richtung kleiner als der Winkel einer Seitenwand (114) der Mesa (128) in Bezug auf die horizontale Richtung ist.
  15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, ferner umfassend ein reflektierendes Material (117), das in mindestens einem der Löcher (108) angeordnet ist.
  16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 15, wobei das reflektierende Material (117) eine dielektrische Spiegelschicht (118) umfasst, die auf Seitenwänden (116) von mindestens einem der Löcher (108) angeordnet ist.
  17. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 15 oder 16, wobei das reflektierende Material (117) ein Metall umfasst.
  18. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfassend: einen Halbleiterschichtstapel (105), mit einer ersten Halbleiterschicht (110) eines ersten Leitfähigkeitstyps, einer aktiven Zone (115) und einer zweiten Halbleiterschicht (120) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement (10) dazu eingerichtet ist, erzeugte elektromagnetische Strahlung (15) über eine erste Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) zu emittieren, wobei eine laterale Breite z der aktiven Zone (115) kleiner ist als die kleinste laterale Breite c der ersten und der zweiten Halbleiterschicht (110, 120), ferner umfassend Trennelemente (125), die benachbart zu dem Halbleiterschichtstapel (105) angeordnet sind, wobei sich die Trennelemente (125) vertikal entlang des Halbleiterschichtstapels (105) erstrecken, und Abschnitte einer Metallschicht (130), die auf einer von der aktiven Zone (115) abgewandten Seite der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und an Positionen der Trennelemente (125) angeordnet sind.
  19. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 18, wobei die laterale Breite der aktiven Zone (115) kleiner ist als 0,3*c, wobei c die kleinste laterale Breite der ersten Halbleiterschicht (110) bezeichnet.
  20. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Anspruch 18 oder 19, ferner umfassend eine Linse (122), die über der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet ist, wobei ein Brennpunkt der Linse (122) an einer Position der aktiven Zone (115) angeordnet ist.
  21. Optoelektronische Vorrichtung (20), umfassend eine Anordnung von optoelektronischen Halbleitervorrichtungen (10) nach einem der Ansprüche 9 bis 17, 19 und 20.
  22. Optoelektronische Vorrichtung (20), umfassend eine Anordnung von optoelektronischen Halbleitervorrichtungen (10) nach Anspruch 18.
  23. Optoelektronische Vorrichtung (20) nach Anspruch 22, ferner umfassend Trennelemente (125), die ein Isoliermaterial (129) oder einen Hohlraum (124) umfassen, wobei die Trennelemente (125) zwischen den optoelektronischen Halbleiterbauelementen (10) an einer Position der ersten Hauptoberfläche (111) der ersten Halbleiterschicht (110) angeordnet sind und eine vertikale Ausdehnung b aufweisen, die kleiner als eine Dicke des Halbleiterschichtstapels (105) ist.
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