WO2013135526A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

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WO2013135526A1
WO2013135526A1 PCT/EP2013/054362 EP2013054362W WO2013135526A1 WO 2013135526 A1 WO2013135526 A1 WO 2013135526A1 EP 2013054362 W EP2013054362 W EP 2013054362W WO 2013135526 A1 WO2013135526 A1 WO 2013135526A1
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WO
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layer
carrier
semiconductor chip
bragg mirror
optoelectronic semiconductor
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/054362
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French (fr)
Inventor
Joachim Hertkorn
Karl Engl
Andreas Weimar
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/10—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a light reflecting structure, e.g. semiconductor Bragg reflector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/44—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the coatings, e.g. passivation layer or anti-reflective coating
    • H01L33/46—Reflective coating, e.g. dielectric Bragg reflector

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • This task is among others by a
  • Optoelectronic semiconductor chip a carrier.
  • the carrier is the semiconductor chip mechanically
  • the carrier is a silicon substrate.
  • the carrier is a silicon substrate.
  • the Bragg mirror includes one or a plurality of first sub-layers and one or more second sub-layers.
  • the first and second sub-layers follow each other alternately and are made of materials with
  • the semiconductor layer sequence comprises one or more active layers for generating electromagnetic radiation.
  • the active layer comprises one or more pn junctions or one or more quantum well structures.
  • the active layer is adapted to produce visible or ultraviolet radiation.
  • a wavelength of the generated radiation is preferably between 430 nm and 560 nm inclusive.
  • Semiconductor layer sequence means in particular that the semiconductor layer sequence that for generating radiation
  • a semiconductor material of the semiconductor layer sequence is preferably a nitride compound semiconductor material such as Al n In n m m Ga m N with 0 -S n ⁇ 1, 0 -S m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1
  • Substances may be replaced and / or supplemented.
  • 0 -S n ⁇ 0.2 and / or 0.35 -S m ⁇ 0.95 and / or 0 ⁇ 1 nm ⁇ 0.5.
  • the stated ranges of values for n and m are preferably valid for all sub-layers of the semiconductor layer sequence, wherein
  • the semiconductor layer sequence to have one or more
  • Interlayers are preferably less than or equal to 20 nm.
  • the Bragg mirror is applied and grown on the carrier. This may mean that the Bragg mirror is in direct contact with the carrier.
  • the fact that the Bragg mirror has grown on the carrier is, for example, by means of
  • the Bragg mirror then represents a growth basis for the semiconductor layer sequence.
  • a proof that the semiconductor layer sequence has grown on the Bragg mirror can be made by means of TEM.
  • the Bragg mirror can then serve as a heat spreader.
  • III-nitride means that a nitride of an element from the third main group of the periodic table of the chemical
  • Optoelectronic semiconductor chip a carrier and a Bragg mirror having at least a first sub-layer and at least a second sub-layer.
  • a gallium nitride based functional semiconductor layer sequence is deposited on the Bragg mirror or on the support and includes at least one active layer for generating a
  • the Bragg mirror is mounted on the carrier.
  • the first sublayers of the Bragg mirror comprise or consist of a metal nitride or a III nitride.
  • the Bragg mirror can serve as a kind of buffer layer for gallium nitride-based growth
  • Spectral range radiation-absorbing support on the finished semiconductor chip allows.
  • Partial layers formed of aluminum nitride. The first
  • Partial layers then have a comparatively high
  • first partial layers are made of aluminum nitride does not exclude that the first Sublayers other substances, in particular in the form of
  • the first partial layer of the Bragg mirror which is closest to the carrier has, preferably directly on one
  • a thickness of this aluminum layer is, for example, one, two or three atomic
  • this aluminum layer is free or substantially free of nitrogen. It then comes the carrier on the carrier top not directly in contact with nitrogen.
  • Partial layer of the Bragg mirror on a second layer of A1N is deposited more slowly than a subsequent third layer of A1N.
  • the second and third layers preferably follow one another directly and in particular also directly follow the first layer.
  • this first partial layer of the Bragg mirror consists of the three layers mentioned. This first
  • Partial layer of the Bragg mirror can be generated by means of epitaxy or sputtering, all other partial layers of the Bragg mirror are then preferably produced by sputtering. According to at least one embodiment, the first
  • Sub-layer oxygen added is preferably at least 0.1% or at least 0.2% or at least 0.5%. Further, a weight proportion of the oxygen is preferably at most 10% or at most 5% or at most 1.5%.
  • the introduction of oxygen into an AIN layer is also specified in the publication DE 100 34 263 B4, the disclosure of which is incorporated by reference.
  • an oxygen content in the first sub-layer is monotonously or strictly monotonically reduced in a direction away from the carrier.
  • a highest oxygen concentration is present directly on the support.
  • the oxygen content may decrease stepwise or linearly.
  • Partial layer has a thickness of at least 10 nm or from
  • the thickness is at least 30 nm or at least 50 nm.
  • the thickness is at most 1000 nm or at most 200 nm or at most 150 nm. In particular, the thickness is approximately 100 nm.
  • the first partial layer of the Bragg mirror closest to the carrier is produced with a thickness which is different from the thicknesses
  • the Thicknesses have a deviation of, for example, at least 10% or at least 25%. Alternatively or additionally, the thicknesses deviate from one another by at most 75% or by at most 50%.
  • the first partial layer of the Bragg mirror closest to the carrier has the same thickness as the further first partial layers of the Bragg mirror, in particular with a tolerance of at most 10% or at most 5%.
  • this comprises a heat spreader.
  • the heat spreader is located on one of the semiconductor layer sequence
  • the heat spreader and the first sublayers of the Bragg mirror are formed of the same material, with different dopings
  • Heat spreaders as well as the first partial layers of A1N. According to at least one embodiment, the
  • the Masking layer preferably comprises or consists of a nitride or oxide.
  • the masking layer is or comprises one of the following materials: a silicon nitride, a silicon oxide, a silicon oxynitride, a boron nitride, a magnesium oxide.
  • Masking layer is preferably at most 2 nm or at most 1 nm or at most 0.5 nm.
  • the masking layer is made with a thickness which is on average one or two monolayers. With such a thin one
  • Masking layers may be so-called in-situ masking.
  • the masking layer may be formed by sputtering or by MOVPE, organometallic
  • Gas phase epitaxy be generated.
  • a sputtered SiC ⁇ masking layer but this may also have a significantly greater thickness, for example between 100 nm and 400 nm inclusive.
  • comparatively thick masking layer is preferably structured photolithographically.
  • the masking layer is located between the Bragg mirror and the
  • the masking layer may be in direct contact with the Bragg mirror and / or with the semiconductor layer sequence.
  • Masking layer with a coverage of at least 20% or at least 50% or at least 55% applied to the Bragg mirror.
  • the Bragg mirror Preferably, the
  • the semiconductor chip comprises a coalescing layer.
  • the coalescing layer can be part of the functional semiconductor layer sequence or lie outside the functional semiconductor layer sequence.
  • the coalescing layer is formed of doped or undoped GaN. A thickness of
  • the coalescing layer is at least 300 nm or at least 400 nm and alternatively or additionally at most 3 ⁇ m or at most 1.2 ⁇ m.
  • Coalescing layer of openings in the masking layer thus preferably touches a layer of the Bragg layer closest to the semiconductor layer sequence.
  • the layer of the Bragg mirror closest to the semiconductor layer sequence is preferably one of the first partial layers.
  • the coalescing layer forms a coherent layer.
  • Coalescing layer especially in direct contact, an intermediate layer grown.
  • the intermediate layer is preferably an AlGaN layer having an aluminum content of between 75% and 100% inclusive.
  • Intermediate layer is preferably between 5 nm and 50 nm inclusive, in particular between 10 nm and 20 nm inclusive. It may be doped, the intermediate layer. In accordance with at least one embodiment, a plurality of intermediate layers are present, wherein the intermediate layers in each case within the scope of the manufacturing tolerances equal
  • Interlayers are preferably each a GaN layer, which may be doped or undoped.
  • the GaN layer is also preferably in direct contact with the two adjacent intermediate layers.
  • a thickness of the GaN layer is then preferably at least 20 nm or at least 50 nm or at least 500 nm and can
  • the Bragg mirror comprises at least two or at least three or at least five of the first and the second partial layers.
  • the Bragg mirror includes at most 20 or at most 10 or at most 5 of the first and the second partial layers.
  • the Bragg mirror preferably has an increased number of first partial layers by one, based on the number of second partial layers.
  • the Bragg mirror is bounded in each case by a respective one of the first partial layer both on the side facing the carrier and on the side facing the semiconductor layer sequence.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • a semiconductor chip is produced as indicated in connection with one or more of the above-mentioned embodiments.
  • Features of the method are therefore also disclosed for the optoelectronic semiconductor chip and vice versa.
  • the method comprises at least or exclusively the following steps:
  • the carrier remains in the finished semiconductor chip on the Bragg mirror and the Bragg mirror remains on the semiconductor layer sequence.
  • At least the first partial layer of the Bragg mirror closest to the carrier which is particularly preferably located directly on the carrier top side, is produced by sputtering.
  • sputtering can produce thick layers comparatively cost-effectively and at high growth rates.
  • up to 1 ⁇ m thick layers can be deposited, for example, from AlN.
  • the equipment in which the sputtering is performed may be gallium-free.
  • Gallium is in one
  • Epitaxy plant for MOVPE typically present as an impurity since gallium-containing layers are required especially for emitting in the blue spectral light emitting diodes. Contamination of gallium may be associated with
  • Meltback refers to a brownish, relatively soft compound of gallium and silicon. Through the gallium, silicon is released from the growth substrate and it result in a blossoming and holes in one
  • graphite holders are typically used due to the high temperatures in the MOVPE process.
  • the graphite holder can be covered by a thin, whitish layer of aluminum and / or gallium in the MOVPE, resulting in a
  • Gas phase epitaxy reactor is the occupancy of the
  • all sublayers of the Bragg mirror are produced by sputtering.
  • some of the sublayers can be made by gas phase epitaxy.
  • the masking layer can also be produced by sputtering.
  • the sputtering has a temperature between inclusive
  • a pressure during sputtering is in particular between 10 ⁇ 3 mbar and once 10 ⁇ 2 mbar.
  • a growth rate during sputtering is preferably at least 0.03 nm / s and / or at most 0.5 nm / s.
  • Sputtering is preferably carried out under an atmosphere of argon and nitrogen.
  • a ratio of argon to nitrogen is preferably 1: 2, with a tolerance of at most 15% or at most 10%.
  • the sputtering is a so-called pulsed sputtering. For example, then there are several sources, among which the
  • Growth substrate rotates. For example, Al and N are then alternately and sequentially deposited at a particular location of the growth substrate. For example, a frequency at which the growth substrate is rotated is on the order of 1 Hz.
  • the Bragg mirror and, if appropriate, the heat spreader are produced in a sputtering deposition system and the
  • Semiconductor layer sequence is grown in a different gas phase epitaxy reactor.
  • the sputter deposition system is free of gallium and / or free of graphite.
  • FIGS 1 to 5 are schematic sectional views of
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • Semiconductor chip 1 comprises a carrier 2 with a
  • the carrier 2 is
  • Layer 60 is generated.
  • the carrier 2 is a so-called foreign substrate that is made of another
  • the carrier 2 may be a silicon substrate.
  • a Bragg mirror 3 is generated, preferably by means of sputtering.
  • the Bragg mirror 3 has a plurality of first partial layers 31 and a plurality of second partial layers 32.
  • the number of partial layers 31, 32 may differ from the illustrated number.
  • the Bragg mirror 3 is on either side of one of the first
  • Sublayers 31 limited. All first partial layers 31 and all second partial layers 32 are preferably each made of the same material.
  • the first partial layers 31 are in particular made of A1N
  • the second partial layers 32 are made of a
  • Material formed with a smaller refractive index such as a silicon oxide or a silicon nitride.
  • Sublayers 31, 32 each have an optical thickness which corresponds to a quarter of a main wavelength, English peak wavelength, which corresponds to the radiation generated in the semiconductor layer sequence 6 during operation.
  • the semiconductor layer sequence 6 is generated directly, in particular by organometallic
  • the semiconductor layer sequence 6 is based on InAlGaN and comprises at least one of
  • Provision of radiation generated active layer 60 A the support 2 facing away from the boundary surface of the
  • Semiconductor layer sequence 6 represents a
  • Radiation exit side 65 It is possible that to improve a radiation decoupling the
  • Radiation exit side 65 is structured, for example by means of a roughening.
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • the first partial layer 31 closest to the carrier 2 has a thickness deviating from the other first partial layers 31.
  • the nearest sub-layer 31 about 100 nm and the thicknesses of the other sub-layers 31 are each about 50 nm.
  • the nearest to the carrier 2 first sub-layer 31 may thus have a greater thickness than the other first
  • the second sub-layers 32 have
  • Semiconductor layer sequence 6 is a radiation-transmissive
  • Component 9 attached. Such a device 9 may also be present in all other embodiments.
  • the component 9 is, for example, a
  • the component 9 may be an optical element such as a converging lens or a microlens array.
  • a not shown connecting means for example a
  • Adhesive layer are located.
  • a heat spreader 8 is optionally attached to the underside 28 of the carrier 2 facing away from the semiconductor layer sequence 6.
  • the heat spreader 8 may also be present in all other embodiments.
  • the heat spreader 8 is made of the same material as the first
  • Heat spreaders 8 formed from AIN and grown by sputtering on the support base 28.
  • the heat spreader 8 can be sputtered under the same conditions as the first partial layers 31 of the Bragg mirror 3.
  • the heat spreader 8 is preferably produced in front of the Bragg mirror 3 and / or in front of the semiconductor layer sequence 6. A deviating process sequence is also possible.
  • a thickness of the heat spreader 8 preferably corresponds
  • the thickness of the heat spreader 8 is not shown to scale in the figures.
  • the heat spreader 8 preferably has the same or similar thermal expansion property as the heat spreader
  • Burdens on the semiconductor layer sequence 6 can be avoided or at least reduced.
  • the carrier 2 When generating the semiconductor layer sequence 6, the carrier 2 has, for example, an average diameter D of approximately 100 mm or approximately 150 mm or approximately 200 mm.
  • An average thickness t of the carrier 2 is for example in the range of a few 100 ym.
  • the carrier 2 is preferably made comparatively thin. A quotient of the mean diameter D and the average thickness t of the carrier 2 is preferred
  • this quotient is at most 450 or
  • a masking layer 4 for example of SiN or S1O2, is attached to the mirror top side 36.
  • the masking layer 4 has Openings 40.
  • the openings 40 in the masking layer are produced for example photolithographically,
  • the masking layer 4 is made of S1O2
  • the coalescing layer 5 is formed, in particular, from n-doped GaN or, preferably, undoped GaN.
  • the active layer 60 is formed by a plurality of InGaN-based quantum well structures with barrier layers therebetween. On a side of the active layer 60 facing away from the carrier 2 there is a p-doped GaN layer.
  • n-type GaN layer and the p-type GaN layer may be combined with
  • Semiconductor layer sequence 6 takes place with the aid of or through the n-GaN layer.
  • an optional one is located between the coalescence layer 5 and the semiconductor layer sequence 6
  • the interlayer 56 is preferably formed of AlGaN having an Al content of between 75% and 100% inclusive, and has, for example, a thickness of between 15 nm and 20 nm inclusive.
  • Interlayers are present. Between adjacent ones Intermediate layers are then preferably each doped GaN layers, not drawn.
  • the Bragg mirror 3 is produced on the carrier underside 28 opposite the semiconductor layer sequence 6 and the semiconductor layer sequence 6 on the carrier top side 21.
  • the carrier 2 is preferably a growth substrate for the carrier
  • Semiconductor layer sequence 6 for example, a sapphire substrate which is radiation-transmissive.
  • the Bragg mirror 3 is preferably produced directly on the carrier 2.
  • the Bragg mirror then preferably functions as a heat spreader 8.
  • an AIN layer, an AlGaN layer, a layer corresponding to the first sublayer of the Bragg mirror closest to the carrier, a masking layer can be arranged between the carrier 2 and the semiconductor layer sequence 6 Coalescing layer and / or an intermediate layer, as in connection in particular with FIGS. 3 and 4

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der optoelektronische Halbleiterchip (1) einen Träger (2) sowie einen Bragg-Spiegel (3) mit mindestens einer ersten Teilschicht (31) und mit mindestens einer zweiten Teilschicht (32). Eine auf Galliumnitrid basierende, funktionale Halbleiterschichtenfolge (6) ist auf dem Bragg-Spiegel (3) aufgebracht und beinhaltet mindestens eine aktive Schicht (60) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Der Bragg-Spiegel (3) ist auf dem Träger (2) aufgebracht. Die ersten Teilschichten (31) des Bragg-Spiegels (3) umfassen ein Metallnitrid oder ein III-Nitrid oder bestehen hieraus.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. In der Druckschrift US 2009/0142870 AI ist ein
optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit einer hohen
Lichtauskoppeleffizienz anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch einen
optoelektronischen Halbleiterchip und durch ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
optoelektronische Halbleiterchip einen Träger. Bei dem Träger handelt es sich um die den Halbleiterchip mechanisch
stützende und mechanisch tragende, bevorzugt starre
Komponente. Beispielsweise handelt es sich bei dem Träger um ein Silizium-Substrat. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der
Halbleiterchip mindestens einen oder genau einen Bragg- Spiegel, englisch auch als Distributed Bragg Reflector oder kurz DBR bezeichnet. Der Bragg-Spiegel umfasst eine oder mehrere erste Teilschichten und eine oder mehrere zweite Teilschichten. Die ersten und zweiten Teilschichten folgen abwechselnd aufeinander und sind aus Materialien mit
unterschiedlichen Brechungsindices für eine von dem
Halbleiterchip im Betrieb emittierte Strahlung geformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
Halbleiterchip eine funktionale Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine oder mehrere aktive Schichten zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Die aktive Schicht umfasst einen oder mehrere pn-Übergänge oder einen oder aus mehrere Quantentopfstrukturen .
Insbesondere ist die aktive Schicht zur Erzeugung einer sichtbaren oder ultravioletten Strahlung eingerichtet. Eine Wellenlänge der erzeugten Strahlung liegt bevorzugt zwischen einschließlich 430 nm und 560 nm. Funktionale
Halbleiterschichtenfolge bedeutet insbesondere, dass die Halbleiterschichtenfolge die zur Strahlungserzeugung
vorgesehene Komponente des Halbleiterchips ist und primär nur diese Funktion ausübt.
Bei einem Halbleitermaterial der Halbleiterschichtenfolge handelt es sich bevorzugt um ein Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIni-n-mGamN mit 0 -S n < 1, 0 -S m < 1 und n + m < 1. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, Ga, In sowie N, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer
Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können. Gemäß zumindest einer Ausführungsform gilt: 0 -S n < 0,2 und/oder 0,35 -S m < 0,95 und/oder 0 < 1-n m < 0,5. Die genannten Wertebereiche für n und m gelten bevorzugt für alle Teilschichten der Halbleiterschichtenfolge, wobei
Dotierstoffe nicht erfasst sind. Es ist jedoch möglich, dass die Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere
Zwischenschichten aufweist, für die von den genannten Werte für n, m abgewichen ist und statt dessen gilt, dass
0,75 -S n < 1 oder 0,80 -S n < 1. Eine Dicke dieser
Zwischenschichten ist bevorzugt kleiner oder gleich 20 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Bragg-Spiegel auf dem Träger aufgebracht und aufgewachsen. Dies kann bedeuten, dass der Bragg-Spiegel in unmittelbarem Kontakt zu dem Träger steht. Dass der Bragg-Spiegel auf dem Träger aufgewachsen ist, ist zum Beispiel mittels
Transmissionselektronenmikroskopie, kurz TEM, nachweisbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge insbesondere unmittelbar auf dem Bragg-Spiegel aufgewachsen. Der Bragg-Spiegel stellt dann eine Wachstumsgrundlage für die Halbleiterschichtenfolge dar. Ein Nachweis dafür, dass die Halbleiterschichtenfolge auf dem Bragg-Spiegel aufgewachsen ist, kann mittels TEM erfolgen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge auf einer dem Träger
gegenüberliegenden Seite des Bragg-Spiegel aufgebracht und aufgewachsen. Der Bragg-Spiegel kann dann als Wärmespreitzer dienen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Teilschichten des Bragg-Spiegels aus einem Metallnitrid oder III-Nitrid gebildet oder weisen ein solches Material auf. III-Nitrid bedeutet, dass ein Nitrid eines Elements aus der dritten Hauptgruppe des Periodensystems der chemischen
Elemente vorliegt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip einen Träger sowie einen Bragg-Spiegel mit mindestens einer ersten Teilschicht und mit mindestens einer zweiten Teilschicht. Eine auf Galliumnitrid basierende, funktionale Halbleiterschichtenfolge ist auf dem Bragg-Spiegel oder auf den Träger aufgebracht und beinhaltet mindestens eine aktive Schicht zur Erzeugung einer
elektromagnetischen Strahlung. Der Bragg-Spiegel ist auf dem Träger abgebracht. Die ersten Teilschichten des Bragg- Spiegels umfassen ein Metallnitrid oder ein III-Nitrid oder bestehen hieraus.
Durch die Verwendung eines solchen Bragg-Spiegels können beispielsweise Silizium-Substrate als Träger verwendbar sein. Der Bragg-Spiegel kann also als eine Art Pufferschicht für das Aufwachsen der auf Galliumnitrid basierenden
Halbleiterschichtenfolge fungieren. Ferner ist durch den Bragg-Spiegel ein Verbleiben eines im sichtbaren
Spektralbereich Strahlungsabsorbierenden Trägers an dem fertigen Halbleiterchip ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die ersten
Teilschichten aus Aluminiumnitrid gebildet. Die ersten
Teilschichten weisen dann einen vergleichsweise hohen
Brechungsindex im Bereich von ungefähr 2,0 bis 2,4 für
Strahlung im ultravioletten und sichtbaren Spektralbereich auf. Dass die ersten Teilschichten aus Aluminiumnitrid geformt sind schließt nicht aus, dass die ersten Teilschichten weitere Stoffe, insbesondere in Form von
Dotierungen, aufweisen können. Die wesentlichen Bestandteile der ersten Teilschichten sind dann jedoch Aluminium und
Stickstoff. Beispielsweise machen alle anderen Stoffe an den ersten Teilschichten einen Anteil von insgesamt höchstens
10 Atom-% oder höchstens 2 Atom-% oder von höchstens 1 Atom-% aus .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips weist die dem Träger nächstgelegene erste Teilschicht des Bragg-Spiegels , die bevorzugt unmittelbar auf einer
Trägeroberseite des Trägers aufgebracht oder aufgewachsen ist, einen mehrlagigen Aufbau auf. Zum Beispiel ist eine erste, dem Träger nächstgelegene Lage durch eine dünne
Aluminiumschicht gebildet. Eine Dicke dieser Aluminiumschicht liegt beispielsweise bei einer, zwei oder drei atomaren
Monolagen. Bevorzugt ist diese Aluminiumschicht frei oder im Wesentlichen frei von Stickstoff. Es gerät dann der Träger an der Trägeroberseite nicht direkt mit Stickstoff in Kontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist diese erste
Teilschicht des Bragg-Spiegels eine zweite Lage aus A1N auf. Insbesondere ist diese zweite Lage langsamer abgeschieden als eine darauffolgende dritte Lage aus A1N. Die zweite und die dritte Lage folgen bevorzugt unmittelbar aufeinander und folgen insbesondere auch unmittelbar auf die erste Lage.
Insbesondere besteht diese erste Teilschicht des Bragg- Spiegels aus den drei genannten Lagen. Diese erste
Teilschicht des Bragg-Spiegels kann mittels Epitaxie oder Sputtern erzeugt werden, alle weiteren Teilschichten des Bragg-Spiegels sind dann bevorzugt mit Sputtern erzeugt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist den ersten
Teilschichten oder nur der dem Träger nächstgelegenen
Teilschicht Sauerstoff beigegeben. Ein Gewichtsanteil des Sauerstoffs liegt bevorzugt bei mindestens 0,1 % oder bei mindestens 0,2 % oder bei mindestens 0,5 %. Ferner beträgt ein Gewichtsanteil des Sauerstoffs bevorzugt höchstens 10 % oder höchstens 5 % oder höchstens 1,5 %. Das Einbringen von Sauerstoff in eine AIN-Schicht ist auch in der Druckschrift DE 100 34 263 B4 angegeben, deren Offenbarungsgehalt durch Rückbezug aufgenommen wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Sauerstoffanteil in der ersten Teilschicht in eine Richtung weg von dem Träger monoton oder streng monoton verkleinert. Insbesondere liegt in einer dünnen Schicht mit einer Dicke zwischen einschließlich 10 nm und 30 nm unmittelbar am Träger eine höchste Sauerstoffkonzentration vor. In Richtung weg von dem Träger kann der Sauerstoffgehalt stufenförmig oder linear abnehmen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist diese erste
Teilschicht eine Dicke von mindestens 10 nm oder von
mindestens 30 nm oder von mindestens 50 nm auf. Alternativ oder zusätzlich beträgt die Dicke höchstens 1000 nm oder höchstens 200 nm oder höchstens 150 nm. Insbesondere liegt die Dicke bei zirka 100 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips ist die dem Träger nächstgelegene erste Teilschicht des Bragg- Spiegels mit einer Dicke erzeugt, die von den Dicken
mindestens zwei weiterer ersten Teilschichten abweicht, wobei die weiteren ersten Teilschichten bevorzugt alle dieselbe Dicke aufweisen, im Rahmen der Herstellungstoleranzen. Die Dicken weisen eine Abweichung voneinander von beispielsweise mindestens 10 % oder mindestens 25 % auf. Alternativ oder zusätzlich weichen die Dicken um höchstens 75 % oder um höchstens 50 % voneinander ab.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die dem Träger nächstgelegene erste Teilschicht des Bragg-Spiegels dieselbe Dicke auf wie die weiteren ersten Teilschichten des Bragg- Spiegels, insbesondere mit einer Toleranz von höchstens 10 % oder von höchstens 5 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterchips umfasst dieser einen Wärmespreitzer . Der Wärmespreitzer befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Unterseite des Trägers. Bevorzugt umfasst der
Wärmespreitzer ein Metallnitrid und/oder ein III-Nitrid oder besteht hieraus.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind der Wärmespreitzer und die ersten Teilschichten des Bragg-Spiegels aus demselben Material geformt, wobei unterschiedliche Dotierungen
vorliegen können. Insbesondere bestehen sowohl der
Wärmespreitzer als auch die ersten Teilschichten aus A1N. Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen der
Wärmespreitzer und die Halbleiterschichtenfolge oder der Wärmespreitzer und die Halbleiterschichtenfolge zusammen mit dem Bragg-Spiegel gleiche Dicken auf. Die Dicken sind
insbesondere gleich mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 2 oder von höchstens einem Faktor 1,5.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet der
Halbleiterchip eine Maskierungsschicht. Die Maskierungsschicht umfasst oder besteht bevorzugt aus einem Nitrid oder Oxid. Beispielsweise besteht oder umfasst die Maskierungsschicht eines der folgenden Materialien: Ein Siliziumnitrid, ein Siliziumoxid, ein Siliziumoxinitrid, ein Bornitrid, ein Magnesiumoxid. Eine Dicke der
Maskierungsschicht beträgt bevorzugt höchstens 2 nm oder höchstens 1 nm oder höchstens 0,5 nm. Insbesondere ist die Maskierungsschicht mit einer Dicke gefertigt, die im Mittel eine oder zwei Monolagen beträgt. Bei solch dünnen
Maskierungsschichten kann es sich um so genannte in-situ- Maskierungen handeln. Die Maskierungsschicht kann durch Sputtern oder durch MOVPE, metallorganische
Gasphasenepitaxie, erzeugt sein. Insbesondere im Falle einer aufgesputterten SiC^-Maskierungsschicht kann diese aber auch eine deutlich größere Dicke aufweisen, zum Beispiel zwischen einschließlich 100 nm und 400 nm. Eine solche,
vergleichsweise dicke Maskierungsschicht wird bevorzugt photolithographisch strukturiert . Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die Maskierungsschicht zwischen dem Bragg-Spiegel und der
Halbleiterschichtenfolge. Die Maskierungsschicht kann sich hierbei in unmittelbarem Kontakt zu dem Bragg-Spiegel und/oder zu der Halbleiterschichtenfolge befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Maskierungsschicht mit einem Bedeckungsgrad von mindestens 20 % oder von mindestens 50 % oder von mindestens 55 % auf den Bragg-Spiegel aufgebracht. Bevorzugt beträgt der
Bedeckungsgrad höchstens 90 % oder höchstens 80 % oder höchstens 70 %. Mit anderen Worten ist dann der Träger, in Draufsicht gesehen, zu den genannten Anteilen von einem Material der Maskierungsschicht überdeckt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Halbleiterchip eine Koaleszenzschicht. Die Koaleszenzschicht kann ein Teil der funktionalen Halbleiterschichtenfolge sein oder außerhalb der funktionalen Halbleiterschichtenfolge liegen. Bevorzugt ist die Koaleszenzschicht aus dotiertem oder aus undotiertem GaN geformt. Eine Dicke der
Koaleszenzschicht beträgt insbesondere mindestens 300 nm oder mindestens 400 nm und alternativ oder zusätzlich höchstens 3 ym oder höchstens 1,2 ym.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform geht die
Koaleszenzschicht von Öffnungen in der Maskierungsschicht aus. Die Koaleszenzschicht berührt also bevorzugt eine der Halbleiterschichtenfolge nächstgelegene Schicht des Bragg-
Spiegels. Bei der der Halbleiterschichtenfolge nächstgelegene Schicht des Bragg-Spiegels handelt es sich bevorzugt um eine der ersten Teilschichten. In Richtung weg von dem Träger bildet die Koaleszenzschicht eine zusammenhängende Schicht aus. Durch die Kombination der Maskierungsschicht mit der Koaleszenzschicht ist ein defektreduziertes Wachsen der
Halbleiterschichtenfolge möglich .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf der
Koaleszenzschicht, insbesondere in unmittelbarem Kontakt, eine Zwischenschicht aufgewachsen. Die Zwischenschicht ist bevorzugt eine AlGaN-Schicht mit einem Aluminiumgehalt zwischen einschließlich 75 % und 100 %. Eine Dicke der
Zwischenschicht liegt bevorzugt zwischen einschließlich 5 nm und 50 nm, insbesondere zwischen einschließlich 10 nm und 20 nm. Es kann die Zwischenschicht dotiert sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind mehrere Zwischenschicht vorhanden, wobei die Zwischenschichten jeweils im Rahmen der Herstellungstoleranzen gleich
ausgebildet sein können. Zwischen zwei benachbarten
Zwischenschichten befindet sich bevorzugt je eine GaN- Schicht, die dotiert oder undotiert sein kann. Die GaN- Schicht steht ferner bevorzugt in unmittelbarem Kontakt zu den zwei benachbarten Zwischenschichten. Eine Dicke der GaN- Schicht liegt dann bevorzugt bei mindestens 20 nm oder bei mindestens 50 nm oder bei mindestens 500 nm und kann
alternativ oder zusätzlich höchstens 1000 nm oder höchstens 2000 nm oder höchstens 3000 nm betragen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der Bragg- Spiegel mindestens zwei oder mindestens drei oder mindestens fünf der ersten sowie der zweiten Teilschichten. Alternativ oder zusätzlich beinhaltet der Bragg-Spiegel höchstens 20 oder höchstens 10 oder höchstens 5 der ersten sowie der zweiten Teilschichten. Bevorzugt weist der Bragg-Spiegel eine um eins erhöhte Anzahl der ersten Teilschichten auf, bezogen auf die Anzahl der zweiten Teilschichten. Insbesondere ist der Bragg-Spiegel sowohl an der dem Träger zugewandten als auch an der der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite von jeweils einer der ersten Teilschicht begrenzt.
Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Insbesondere wird ein Halbleiterchip hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für den optoelektronischen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt. In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren mindestens oder ausschließlich die folgenden Schritte:
- Bereitstellen des Trägers,
- Aufbringen des Bragg-Spiegels auf der Trägeroberseite, - Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge auf einer dem
Träger abgewandten Spiegeloberseite mittels
Gasphasenepitaxie .
Der Träger verbleibt hierbei im fertigen Halbleiterchip an dem Bragg-Spiegel und der Bragg-Spiegel verbleibt an der Halbleiterschichtenfolge .
In mindestens einer Ausführungsform des Verfahrens wird mindestens die dem Träger nächstgelegene erste Teilschicht des Bragg-Spiegels, die sich besonders bevorzugt unmittelbar auf der Trägeroberseite befindet, durch Sputtern erzeugt.
Im Gegensatz zu MOVPE können mittels Sputtern vergleichsweise kostengünstig und mit hohen Wachstumsgeschwindigkeiten dicke Schichten erzeugt werden. So können innerhalb weniger Minuten beispielsweise bis zu 1 μιη dicke Schichten etwa aus A1N abgeschieden werden.
Ferner kann die Anlage, in der das Sputtern durchgeführt wird, frei von Gallium sein. Gallium liegt in einer
Epitaxieanlage für MOVPE typischerweise als Verunreinigung vor, da speziell für im blauen Spektralbereich emittierende Leuchtdioden galliumhaltige Schichten benötigt werden. Durch Verunreinigungen von Gallium kann in Verbindung mit
Siliziumsubstraten allerdings so genannter Meltback
entstehen. Meltback bezeichnet eine bräunliche, relativ weiche Verbindung aus Gallium und Silizium. Durch das Gallium wird Silizium aus dem Aufwachssubstrat ausgelöst und es resultieren ein Aufblühungen und Löcher an einer zum
Aufwachsen vorgesehenen Oberfläche des Siliziumsubstrats. Dies kann zu schlechteren Wachstumsergebnissen führen. Außerdem ist es möglich, durch das Sputtern die Verwendung von Aluminium in dem MOVPE-Prozess zur Erzeugung der
Halbleiterschichtenfolge zu reduzieren. Als Substrathalter werden aufgrund der hohen Temperaturen im MOVPE-Prozess typisch Graphithalter eingesetzt. Der Graphithalter kann von einer dünnen, weißlichen Schicht mit Aluminium und/oder mit Gallium in der MOVPE belegt werden, wodurch sich ein
thermisches Abstrahlverhalten und ein Aufheizverhalten des Graphithalters verändert. Durch das Erzeugen der ersten
Teilschichten mittels Sputtern, außerhalb eines
Gasphasenepitaxie-Reaktors, ist die Belegung des
Graphithalters mit Aluminium deutlich reduziert und Parameter für den MOVPE-Prozess sind einfacher einstellbar.
Es ist möglich, dass alle Teilschichten des Bragg-Spiegels durch Sputtern erzeugt werden. Alternativ können einige der Teilschichten durch Gasphasenepitaxie hergestellt werden. Es kann auch die Maskierungsschicht durch Sputtern erzeugt sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens liegt bei dem Sputtern eine Temperatur zwischen einschließlich
550 °C und 900 °C vor. Ein Druck beim Sputtern liegt ferner insbesondere zwischen einschließlich 10~3 mbar und einmal 10~ 2 mbar. Es beträgt eine Aufwachsrate beim Sputtern bevorzugt mindestens 0,03 nm/s und/oder höchstens 0,5 nm/s . Das
Sputtern wird bevorzugt unter einer Atmosphäre mit Argon und Stickstoff durchgeführt. Ein Verhältnis Argon zu Stickstoff liegt bevorzugt bei 1:2, mit einer Toleranz von höchstens 15 % oder von höchstens 10 %. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist das Sputtern ein sogenanntes pulsed sputtern. Zum Beispiel sind dann mehrere Quellen vorhanden, unter denen sich das
Aufwachssubstrat dreht. Zum Beispiel werden AI und N dann abwechselnd und zeitlich nacheinander an einer bestimmten Stelle des Aufwachssubstrats aufgebracht. Ein Frequenz, mit der das Aufwachssubstrat gedreht wird, liegt beispielsweise in der Größenordnung von 1 Hz .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Bragg-Spiegel und gegebenenfalls der Wärmespreitzer in einer Sputter-Depositionsanlage erzeugt und die
Halbleiterschichtenfolge wird in einem davon verschiedenen Gasphasenepitaxiereaktor gewachsen. Besonders bevorzugt ist die Sputter-Depositionsanlage frei von Gallium und/oder frei von Graphit.
Nachfolgend wird ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figuren 1 bis 5 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips . In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterchips 1 illustriert. Der
Halbleiterchip 1 umfasst einen Träger 2 mit einer
Trägeroberseite 21 und einer dieser gegenüberliegenden
Trägerunterseite 28. Bei dem Träger 2 handelt es sich
bevorzugt um ein Aufwachssubstrat , auf dem eine
Halbleiterschichtenfolge 6 mit mindestens einer aktiven
Schicht 60 erzeugt wird. Insbesondere stellt der Träger 2 ein sogenanntes Fremdsubstrat dar, das aus einem anderen
Materialsystem gebildet ist als die Halbleiterschichtenfolge 6. Bei dem Träger 2 kann es sich um ein Silizium-Substrat handeln .
Unmittelbar auf der Trägeroberseite 21 ist ein Bragg-Spiegel 3 erzeugt, bevorzugt mittels Sputtern. Der Bragg-Spiegel 3 weist mehrere erste Teilschichten 31 sowie mehrere zweite Teilschichten 32 auf. Die Anzahl der Teilschichten 31, 32 kann von der dargestellten Anzahl abweichen. Bevorzugt wird der Bragg-Spiegel 3 beiderseits von einer der ersten
Teilschichten 31 begrenzt. Alle erste Teilschichten 31 und alle zweiten Teilschichten 32 sind bevorzugt jeweils aus demselben Material gefertigt.
Die ersten Teilschichten 31 sind insbesondere aus A1N
gebildet. Die zweiten Teilschichten 32 sind aus einem
Material mit einem kleineren Brechungsindex geformt, etwa aus einem Siliziumoxid oder einem Siliziumnitrid. Die
Teilschichten 31, 32 weisen jeweils eine optische Dicke auf, die einem Viertel einer Hauptwellenlänge, englisch Peak wavelength, der in der Halbleiterschichtenfolge 6 im Betrieb erzeugten Strahlung entspricht. An einer dem Träger 2 abgewandten Spiegeloberseite 36 des Bragg-Spiegels 3 ist unmittelbar die Halbleiterschichtenfolge 6 erzeugt, insbesondere durch metallorganische
Gasphasenabscheidung . Die Halbleiterschichtenfolge 6 basiert auf InAlGaN und umfasst mindestens eine zur
Strahlungserzeugung vorgesehene aktive Schicht 60. Eine dem Träger 2 abgewandte Begrenzungsfläche der
Halbleiterschichtenfolge 6 stellt eine
Strahlungsaustrittsseite 65 dar. Es ist möglich, dass zur Verbesserung einer Strahlungsauskopplung die
Strahlungsaustrittsseite 65 strukturiert ist, beispielsweise mittels einer Aufrauung.
Zur Vereinfachung der Darstellung sind elektrische Kontakte, elektrische Kontaktschichten oder StromaufWeitungsschichten des Halbleiterchips 1 nicht gezeichnet. Ebenso wenig sind optional vorhandene Mantelschichten, Kontaktschichten,
Wellenleiterschichten und/oder Barriereschichten in den
Figuren nicht dargestellt.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterchips 1 illustriert. Anders als in Figur 1 weist die dem Träger 2 nächstgelegene erste Teilschicht 31 eine von den anderen ersten Teilschichten 31 abweichende Dicke auf. Beispielsweise beträgt die Dicke der dem Träger 2
nächstgelegenen Teilschicht 31 etwa 100 nm und die Dicken der weiteren Teilschichten 31 liegen bei je ungefähr 50 nm. Die dem Träger 2 nächstgelegene erste Teilschicht 31 kann somit eine größere Dicke aufweisen als die anderen ersten
Teilschichten 31. Die zweiten Teilschichten 32 weisen
beispielsweise eine Dicke von jeweils ungefähr 70 nm auf. Optional ist an der Strahlungsaustrittsseite 65 der
Halbleiterschichtenfolge 6 ein strahlungsdurchlässiges
Bauelement 9 angebracht. Ein solches Bauelement 9 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Bei dem Bauelement 9 handelt es sich zum Beispiel um eine
Schutzschicht oder um eine Versiegelungsschicht, um die Halbleiterschichtenfolge 6 vor schädlichen Umwelteinflüssen zu schützen. Ebenso ist es möglich, dass das
strahlungsdurchlässige Bauelement 9 durch ein
Konversionsmittel zu einer mindestens teilweisen
Wellenlängenumwandlung von in der aktiven Schicht 60
erzeugter Strahlung ist. Weiterhin kann es sich bei dem Bauelement 9 um ein optisches Element wie eine Sammellinse oder ein Mikrolinsenarray handeln. Zwischen dem Bauelement 9 und der Halbleiterschichtenfolge 6 kann sich ein nicht gezeichnetes Verbindungsmittel, beispielsweise eine
Klebeschicht, befinden.
Ferner ist optional an der der Halbleiterschichtenfolge 6 abgewandten Unterseite 28 des Trägers 2 ein Wärmespreitzer 8 angebracht. Der Wärmespreitzer 8 kann auch in allen anderen Ausführungsbeispielen vorhanden sein. Bevorzugt ist der Wärmespreitzer 8 aus demselben Material wie die ersten
Teilschichten 31 gebildet. Insbesondere ist der
Wärmespreitzer 8 aus AIN geformt und durch Sputtern auf die Trägerunterseite 28 aufgewachsen. Der Wärmespreitzer 8 kann unter denselben Bedingungen gesputtert sein wie die ersten Teilschichten 31 des Bragg-Spiegels 3. Bevorzugt wird der Wärmespreitzer 8 vor dem Bragg-Spiegel 3 und/oder vor der Halbleiterschichtenfolge 6 erzeugt. Eine hiervon abweichende Verfahrensreihenfolge ist aber ebenso möglich. Eine Dicke des Wärmespreitzers 8 entspricht bevorzugt
ungefähr einer Dicke der Halbleiterschichtenfolge 6 oder einer Gesamtdicke aus der Halbleiterschichtenfolge 6 und dem Bragg-Spiegel 3. Die Dicke des Wärmespreitzers 8 ist in den Figuren nicht maßstabsgetreu dargestellt.
Es weist der Wärmespreitzer 8 bevorzugt dieselben oder ähnliche thermische Ausdehnungseigenschaft auf wie die
Halbleiterschichtenfolge 6 und/oder der Bragg-Spiegel 3. Bei Temperaturänderungen des Halbleiterchips 1, insbesondere nach einem Wachsen der Halbleiterschichtenfolge 6, sind daher Verbiegungen des Trägers 2 und damit einhergehende
Belastungen der Halbleiterschichtenfolge 6 vermeidbar oder zumindest reduzierbar.
Beim Erzeugen der Halbleiterschichtenfolge 6 weist der Träger 2 beispielsweise einen mittleren Durchmesser D von ungefähr 100 mm oder von ungefähr 150 mm oder von ungefähr 200 mm auf. Eine mittlere Dicke t des Trägers 2 liegt beispielsweise im Bereich einiger 100 ym. Um eine Kompensation einer
Verkrümmung des Trägers 2 durch den Wärmespreitzer 8 zu erleichtern, ist der Träger 2 bevorzugt vergleichsweise dünn gestaltet. Ein Quotient aus dem mittleren Durchmesser D und der mittleren Dicke t des Trägers 2 beträgt bevorzugt
mindestens 150 oder mindestens 200. Alternativ oder
zusätzlich beträgt dieser Quotient höchstens 450 oder
höchstens 300. Bevorzugt ist das Verhältnis aus dem
Durchmesser D und der Dicke t auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen derart gewählt.
Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 3 gezeigt, ist an der Spiegeloberseite 36 eine Maskierungsschicht 4, beispielsweise aus SiN oder S1O2, angebracht. Die Maskierungsschicht 4 weist Öffnungen 40 auf. Die Öffnungen 40 in der Maskierungsschicht werden beispielsweise photolithographisch erzeugt,
insbesondere falls die Maskierungsschicht 4 aus S1O2
gefertigt ist. In den Öffnungen 40 wächst eine
Koaleszenzschicht 5 an der dem Träger 2 entferntest liegenden ersten Teilschicht 31 an. In Richtung weg von dem Träger 2 wächst die Koaleszenzschicht 5 zu einer zusammenhängenden Schicht zusammen. Die Koaleszenzschicht 5 ist insbesondere aus n-dotiertem GaN oder, bevorzugt, aus undotiertem GaN gebildet.
Die aktive Schicht 60 ist beispielsweise durch eine Mehrzahl von InGaN-basierten Quantentopfstrukturen mit dazwischen liegenden Barriereschichten geformt. An einer dem Träger 2 abgewandten Seite der aktiven Schicht 60 befindet sich eine p-dotierte GaN-Schicht.
Die n-GaN-Schicht und die p-GaN-Schicht können mit
elektrischen Kontakten 91, 92 versehen sein. Eine
Stromaufweitung an der dem Träger 2 zugewandten Seite der
Halbleiterschichtenfolge 6 erfolgt mit Hilfe der oder durch die n-GaN-Schicht .
Beim Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1, wie in Figur 4 dargestellt, befindet sich zwischen der Koaleszenzschicht 5 und der Halbleiterschichtenfolge 6 optional eine
Zwischenschicht 56. Die Zwischenschicht 56 ist bevorzugt aus AlGaN mit einem AI-Anteil zwischen einschließlich 75 % und 100 % geformt und hat zum Beispiel eine Dicke zwischen einschließlich 15 nm und 20 nm.
Anders als dargestellt ist es möglich, dass mehrere
Zwischenschichten vorhanden sind. Zwischen benachbarten Zwischenschichten befinden sich dann bevorzugt jeweils dotierte GaN-Schichten, nicht gezeichnet.
Beim Ausführungsbeispiel gemäß Figur 5 ist der Bragg-Spiegel 3 an der der Halbleiterschichtenfolge 6 gegenüberliegenden Trägerunterseite 28 erzeugt und die Halbleiterschichtenfolge 6 an der Trägeroberseite 21. Bei dem Träger 2 handelt es sich bevorzugt um ein Wachstumssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge 6, zum Beispiel um ein Saphir- Substrat, das strahlungsdurchlässig ist. Auch der Bragg- Spiegel 3 ist bevorzugt unmittelbar an dem Träger 2 erzeugt. Der Bragg-Spiegel fungiert dann bevorzugt als Wärmespreitzer 8. Zwischen dem Träger 2 und der Halbleiterschichtenfolge 6 kann sich optional eine AIN-Schicht, eine AlGaN-Schicht , eine Schicht entsprechend der dem Träger nächstgelegenen ersten Teilschicht des Bragg-Spiegels , eine Maskierungsschicht, eine Koaleszenzschicht und/oder eine Zwischenschicht befinden, wie in Verbindung insbesondere mit den Figuren 3 und 4
beschrieben. Diese optionalen Schichten sind in Figur 5 nicht gezeichnet .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 102 148.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit
- einem Träger (2),
- einem Bragg-Spiegel (3) mit mindestens einer ersten
Teilschicht (31) und mit mindestens einer zweiten
Teilschicht (32), und
- einer auf Galliumnitrid basierenden, funktionalen Halbleiterschichtenfolge (6) mit mindestens einer aktiven Schicht (60) zur Erzeugung einer
elektromagnetischen Strahlung,
wobei
- der Bragg-Spiegel (3) auf dem Träger (2) aufgebracht ist,
- die Halbleiterschichtenfolge (6) auf dem Bragg-
Spiegel (3) oder auf dem Träger (2) aufgebracht ist, und
- die ersten Teilschichten (31) ein Metallnitrid und/oder ein III-Nitrid umfassen oder hieraus bestehen.
2. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Träger (2) ein Siliziumsubstrat ist und die ersten Teilschichten (31) Aluminiumnitrid aufweisen oder hieraus bestehen.
3. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die dem Träger (2) nächstgelegene erste
Teilschicht (31) unmittelbar auf einer Trägeroberseite (21) aufgebracht ist,
wobei dieser ersten Teilschicht (31) Sauerstoff
beigegeben ist und ein Gewichtsanteil des Sauerstoffs zwischen einschließlich 0,1 % und 10 % liegt, und wobei der Anteil des Sauerstoffs in dieser ersten
Teilschicht (31) in eine Richtung weg von dem Träger (2) monoton abnimmt.
4. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die dem Träger (2) nächstgelegene erste
Teilschicht (31) unmittelbar auf einer Trägeroberseite (21) aufgebracht ist,
wobei eine Dicke dieser ersten Teilschicht (31) von den Dicken von mindestens zweier weiterer ersten
Teilschichten (31) abweicht.
5. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die dem Träger (2) nächstgelegene erste
Teilschicht (31) unmittelbar auf einer Trägeroberseite (21) aufgebracht ist,
wobei diese erste Teilschicht (31) eine Dicke zwischen einschließlich 50 nm und 200 nm aufweist.
6. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend einen Wärmespreitzer (8),
wobei der Wärmespreitzer (8) sich an einer der
Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Unterseite (28) des Trägers (2) befindet und ein Metallnitrid und/oder ein III-Nitrid umfasst oder hieraus besteht.
7. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
bei dem der Wärmespreitzer (8) und die Halbleiterschichtenfolge (2), mit einer Toleranz von höchstens einem Faktor 2, gleiche Dicken aufweisen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Wärmespreitzer und die ersten Teilschichten (31) aus demselben Material geformt sind.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
ferner umfassend eine auf SiN oder S1O2 basierende Maskierungsschicht (4),
wobei sich die Maskierungsschicht (4) zwischen dem Bragg-Spiegel (3) und der Halbleiterschichtenfolge (6) befindet, und
wobei die Maskierungsschicht (4) den Bragg-Spiegel (4) mit einem Bedeckungsgrad zwischen einschließlich 50 % und 90 % bedeckt, in Draufsicht gesehen.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach dem
vorhergehenden Anspruch,
ferner umfassend eine Koaleszenzschicht (5) aus
dotiertem oder undotiertem GaN mit einer Dicke zwischen einschließlich 300 nm und 1,2 ym,
wobei die Koaleszenzschicht (5) , ausgehend von
Öffnungen (40) in der Maskierungsschicht (4), in
Richtung weg von dem Träger (2) eine zusammenhängende Schicht ausbildet.
Optoelektronischer Halbleiterchip (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Bragg-Spiegel (3) zwischen einschließlich 3 und 20 erste sowie zweite Teilschichten (31, 32) aufweist . Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten:
- Bereitstellen des Trägers (2),
- Aufbringen des Bragg-Spiegels (3) auf der
Trägeroberseite (21),
- Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge (2) auf einer dem Träger (2) abgewandten Spiegeloberseite (36) mittels Epitaxie und/oder Sputtern,
wobei
- der Träger (2) an dem Bragg-Spiegel (3) und die
Halbleiterschichtenfolge (2) an dem Bragg-Spiegel (3) verbleibt, und
- mindestens die dem Träger (2) nächstgelegene erste Teilschicht (31) des Bragg-Spiegels (3), die sich unmittelbar auf der Trägeroberseite (21) befindet, durch Sputtern erzeugt wird.
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem das Sputtern bei einer Temperatur zwischen einschließlich 550 °C und 900 °C und bei einem Druck zwischen einschließlich 1 x 10~3 mbar und 1 x 10~2 mbar durchgeführt wird,
wobei eine Aufwachsrate beim Sputtern zwischen
einschließlich 0,03 nm/s und 0,5 nm/s eingestellt wird und das Sputtern unter einer Atmosphäre mit Ar und mit 2 durchgeführt wird und ein Verhältnis Ar zu 2 bei 1 zu 2 liegt, mit einer Toleranz von höchstens 15 %.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13 zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips (1) mit mindestens den Merkmalen nach Anspruch 6, bei dem ein Quotient aus einem mittleren Durchmesser (D) des Trägers (2) und einer mittleren Dicke (t) des Trägers (2) zwischen einschließlich 150 und 450 liegt, wobei an der Trägerunterseite (28) der Wärmespreitzer (8) durch Sputtern erzeugt wird.
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