WO2021110478A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einzeln ansteuerbaren kontaktelementen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einzeln ansteuerbaren kontaktelementen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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Norwin Von Malm
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Definitions

  • Surface-emitting lasers i.e. laser devices in which the laser light generated is emitted perpendicular to a surface of a semiconductor layer arrangement, can be used, for example, in 3D sensor systems, for example for face recognition or for distance measurement in autonomous driving.
  • the present invention is based on the object of providing an improved surface-emitting laser device.
  • an optoelectronic semiconductor component has a multiplicity of light-emitting devices.
  • the light-emitting devices each include a first resonator mirror, a second resonator mirror and an active zone, which is arranged between the first and the second resonator mirror and which is suitable for emitting electromagnetic radiation, and a second contact element.
  • the second contact elements and a first contact element which is connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type of the light-emitting device Lines is electrically connected, can be contacted by a first main surface of the light-emitting devices.
  • At least two of the second contact elements are each individually controllable. That is, the second contact elements can each be individually controllable.
  • the contact elements can also be activated in groups. The groups can each contain the same number or a different number of light-emitting devices.
  • the optoelectronic semiconductor component furthermore has an arrangement of circuits which are each suitable for driving the second contact elements of the light-emitting devices.
  • the arrangement of circuits is arranged in a circuit substrate.
  • the circuit substrate can be arranged adjacent to the first main surface.
  • the first conductivity type can be the p conductivity type.
  • the optoelectronic semiconductor component furthermore has a multiplicity of optical elements which are arranged on a side of the light-emitting devices which is remote from the first main surface. At least two of the optical elements are each designed differently, so that emitted radiation is emitted in different spatial directions.
  • the optical elements are arranged at a distance from a second main surface of the light-emitting devices. This can be done using suitable spacers.
  • the space between the optical Elements and the second main surface can, for example, contain air or a transparent material, for example a polymer or an oxide.
  • the optical elements can also directly adjoin the second main surface of the light-emitting devices.
  • optoelectronic devices to which different optical elements adjoin can each be individually controllable.
  • different spatial areas can be irradiated in a targeted manner.
  • different emission patterns can be generated over time.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a first contact layer which is connected to the first semiconductor layer.
  • the first contact layer can be arranged between the active zone and the first resonator mirror.
  • the optoelectronic semiconductor component can comprise first connecting lines which are suitable for connecting the first semiconductor layer of adjacent light-emitting devices to one another.
  • an electronic device comprises the optoelectronic semiconductor component as described above and a detector. Due to the special construction of the optoelectronic semiconductor component as described above, the detector can have a simpler construction. For example, the detector can have a single light-sensitive surface.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component with a plurality of light-emitting devices comprises the formation of a first resonator mirror, a second resonator mirror, an active zone between the first and the second resonator mirror and the formation of second contact elements. The active zone is suitable for emitting electromagnetic radiation.
  • the second contact elements and a first contact element which is electrically connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type of the light-emitting devices can be contacted by a first main surface of the light-emitting devices. At least two of the second contact elements can be controlled individually. This means that the second contact elements can each be controllable individually or in groups.
  • first the first resonator mirror, then the active zone and finally the second resonator mirror can be formed.
  • the second resonator mirror can also be formed first, then the active zone and finally the first resonator mirror.
  • the method may further include applying a circuit substrate in which an arrangement of circuits each suitable for driving the second contact elements of the light emitting devices is arranged over the first main surface of the light emitting devices.
  • the first and the second resonator mirror and the active zone are grown over a growth substrate which is removed after the circuit substrate has been applied.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-sectional view of an opto-electronic semiconductor component in accordance with embodiments.
  • FIGS. 2A to 2D show schematic cross-sectional views of further embodiments of optoelectronic semiconductor components.
  • FIGS. 3A and 3B show vertical cross-sectional views of an optoelectronic semiconductor component in accordance with further embodiments.
  • FIGS. 4A to 4G show a cross-sectional view of a workpiece when a method for producing an optoelectronic semiconductor component is carried out.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • FIG. 6 shows a schematic view of an electronic device according to embodiments.
  • Wafer or “semiconductor substrate” used in the following description may include any semiconductor-based structure that has a semiconductor surface. Wafer and structure are to be understood to include doped and undoped semiconductors, epitaxial semiconductor layers, possibly supported by a base substrate, and further semiconductor structures. For example, a layer made of a first semiconductor material on a growth substrate made of a second semiconductor material, for example a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate or an insulating Material, for example on a sapphire substrate, grown.
  • a layer made of a first semiconductor material on a growth substrate made of a second semiconductor material for example a GaAs substrate, a GaN substrate or a Si substrate or an insulating Material, for example on a sapphire substrate, grown.
  • the semiconductor can be based on a direct or an indirect semiconductor material.
  • semiconductor materials particularly suitable for generating electromagnetic radiation include nitride semiconductor compounds, which can be used to generate ultra violet, blue or longer-wave light, such as GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, Al-GalnBN, phosphide semiconductor compounds , through which, for example, green or longer-wave light can be generated, such as GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, InGaAsP and other semiconductor materials such as GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga203, diamond, hexagonal BN and combinations of the mentioned materials.
  • the stoichiometric ratio of the compound semiconductor materials can vary.
  • semiconductor materials can include silicon, silicon-germanium and germanium.
  • the term “semiconductor” also includes
  • substrate generally includes insulating, conductive or semiconductor substrates.
  • lateral and horizontal are intended to describe an orientation or alignment which runs essentially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be, for example, the surface of a wafer or a chip (die).
  • the horizontal direction can, for example, lie in a plane perpendicular to a direction of growth when layers are grown on.
  • vertical is intended to describe an orientation which is essentially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body.
  • the vertical direction can correspond, for example, to a direction of growth when layers are grown on.
  • electrically connected means a low-resistance electrical connection between the connected elements.
  • the electrically connected elements do not necessarily have to be directly connected to one another. Further elements can be arranged between electrically connected elements.
  • electrically connected also includes tunnel contacts between the connected elements.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 comprises a plurality of light-emitting devices 15.
  • the light- emitting devices 15 each comprise a first resonator mirror 115, a second resonator mirror 120 and an active zone 110 which is arranged between the first and second resonator mirrors 115, 120 and which is suitable for emitting electromagnetic radiation 30.
  • the light-emitting devices each further comprise a second contact element 130.
  • the second contact elements 130 and a first contact element 125 which is connected to semiconductor layers of a first conductivity type of the light-emitting devices 15, can be contacted by a first main surface 101 of the optoelectronic semiconductor component 10.
  • At least two of the second contact elements 130 of the plurality of light-emitting devices 15 can each be activated individually.
  • groups of light-emitting devices 15 can each be individually controllable.
  • all light-emitting devices 15 can each be individually controllable.
  • the illustrated in Fig. 1 optoelectronic semiconductor component 10 represents a so-called VCSEL, ie embodemit animal semiconductor laser with vertical resonator ("Vertical Cavity Surface-Emitting Laser").
  • a layer stack 123, the inter alia layers for forming the second resonator mirror 120 and of the active zone 110 is structured by separating trenches 113 to form a multiplicity of mesas 114.
  • the separating trenches 113 are arranged in such a way that they run, for example, in both the x and y directions and define a plurality of mesas 114.
  • the mesas 114 can have a rectangular, square, hexagonal or round shape, for example, in plan view.
  • the individual mesas 114 and consequently the light-emitting devices 15 can, for example, be arranged regularly, for example in rows and columns. According to further embodiments, They can also be arranged as a checkerboard pattern. According to further embodiments, they can also be arranged quasi-randomly.
  • an optoelectronic semiconductor component 10 can comprise more than 10 or more than 100 light-emitting devices 15; the number of light-emitting devices 15 can be, for example, less than 100,000 or less than 50,000.
  • the separating trenches 113 are dimensioned, for example, in such a way that they separate active zones 110 of adjacent light-emitting devices 15. Furthermore, the layers for forming the second resonator mirror 120 are severed by the trenches 113. As shown in FIG. 1, the separating trenches 113 according to embodiments do not cut through the layers of the first resonator mirror 115.
  • the semiconductor layer stack 123 can comprise a first semiconductor layer 111 of the first conductivity type, for example n- or p-type, and a second semiconductor layer 112 of the second conductivity type, for example p- or n-type.
  • the first contact element 125 is connected to the first semiconductor layer 111 of the first conductivity type.
  • the second contact element is connected to the second semiconductor layer 112 of the second conductivity type.
  • the active zone 110 is arranged between the first semiconductor layer 111 and the second semiconductor layer 112.
  • the active zone 110 can for example have a quantum well structure, for example a simple quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • SQW simple quantum well structure
  • MQW multiple quantum well structure
  • the term "quantum pot structure" has no meaning here with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • the first resonator mirror 115 can each have alternately stacked first layers 115a of a first composition and second layers 115b of a second composition.
  • the second resonator mirror 120 can also have alternating stacked layers 120a, 120b each with a different composition.
  • the alternately stacked layers of the first or second resonator mirror 115, 120 each have different refractive indices.
  • the layers can alternately have a high refractive index (n> 3.1) and a low refractive index (n ⁇ 3.1) and be designed as a Bragg reflector.
  • the layer thickness can be 1/4 or a multiple of 1/4, where 1 indicates the wavelength of the light to be reflected in the corresponding medium.
  • the first or the second resonator mirror 115, 120 can for example 2 to
  • a typical layer thickness of the individual layers can be about 30 to 150 nm, for example 50 nm.
  • the layer stack can furthermore contain one or two or more layers that are thicker than approximately 180 nm, for example thicker than 200 nm.
  • the second resonator mirror 120 can have a total reflectivity of 99.8% or more for the laser radiation.
  • the first resonator mirror 115 can be designed as a coupling-out mirror for the radiation from the resonator and has, for example, a lower reflectivity than the second resonator mirror.
  • Electromagnetic radiation generated in the active zone 110 can be reflected between the first resonator mirror 115 and the second resonator mirror 120 in such a way that in the Resonator forms a radiation field 21 for the generation of coherent radiation (laser radiation) via induced emission in the active zone.
  • the distance between the first and second resonator mirrors 115, 120 corresponds to at least half the effective emitted wavelength (l / 2h, where n corresponds to the refractive index of the active zone), so that standing waves can form within the resonator.
  • the generated laser radiation 30 can, for example, be coupled out of the resonator via the first resonator mirror 115.
  • the semiconductor laser device 10 thus forms a so-called VCSEL, that is, surface-emitting semiconductor laser with a vertical resonator (“Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser”).
  • the alternately stacked layers for forming the first and / or second resonator mirror 115, 120 can have semiconductor layers, of which at least one layer is doped in each case.
  • at least one semiconductor layer of the stacked layers of the first resonator mirror 115 can be doped with a first conductivity type, for example p- or n-type.
  • at least one of the semiconductor layers of the second resonator mirror 120 can be doped with dopants of a second conductivity type that is different from the first conductivity type, for example n- or p-type.
  • the first or the second resonator mirror 115, 120 can be constructed exclusively from dielectric layers.
  • the layer stack 123 additionally has a first semiconductor layer (not shown) of the first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type (not shown).
  • the age Nendingly arranged dielectric layers alternately have a high refractive index (n> 1.7) and a low refractive index (n ⁇ 1.7) and be designed as a Bragg reflector.
  • the semiconductor layers of the first and the second resonator mirror 115, 120 and the active region 110 based on the InGaAlP material system and semiconductor layers of the composition In x Ga y Al xy P x with 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 include.
  • the semiconductor layers of the first and second resonator mirrors 115, 120 and of the active zone 110 can be based on the AlGaAs layer system and each contain layers of the composition Al x Ga- x As, with 0 ⁇ x ⁇ 1.
  • An emitted wavelength of the optoelectronic semiconductor component 10 can be less than 1000 nm, for example.
  • the wavelength can be greater than 800 nm, for example.
  • the light-emitting devices 15 shown in FIG. 1 are not connected in parallel, for example, but the second contact elements 130 are each insulated from one another, for example. As a result, the light-emitting devices 15 can each be controlled individually.
  • the semi-conductor layers of the second conductivity type in each case of the light-emitting devices 15 can be connected to one another via a first contact layer 118 according to the embodiment.
  • the first contact layer 118 can be arranged between the active zone 110 and the first resonator mirror 115.
  • the first contact layer 118 can be, for example, a highly doped semiconductor layer of the first conductivity type.
  • the first contact layer 118 can have a very high transverse conductivity.
  • a material of the first contact layer 118 can be, for example, GaAs or InGaAs.
  • the first conductivity type can be the n-conductivity type.
  • the substrate 100 can be a growth substrate for growing the semiconductor layer stack 123.
  • the substrate 100 can be a GaAs substrate.
  • the layers of the first resonator mirror 115 may be arranged over the growth substrate 100.
  • the layers of the first resonator mirror 115 can be doped with the first conductivity type, for example.
  • the first contact layer 118 can be arranged above the first resonator mirror 115.
  • Layers of the active zone 110 are arranged over the first contact layer 118, followed by the layers of the second resonator mirror 120.
  • the layers of the second resonator mirror 120 can be doped with the second conductivity type, for example.
  • a buried insulating layer for example an oxide layer 126, can each be arranged in the edge region of the mesas 114, so that an aperture 127 is formed in each case in the central region of the mesa 114. Through this aperture 127 a bundling of the charge carriers and an optical inclusion of the generated electromagnetic power is generated.
  • the separating trenches 113 can extend up to an upper side of the first contact layer 118.
  • the separating trenches can for example be filled with an insulating material or else be filled with a conductive material which is isolated from the adjacent mesas by an insulating material.
  • a first connection can Binding element 124 to be connected to the first contact layer 118.
  • the first connecting element 124 can be connected to the first contact element 125 via a conductive filling 135, for example a metal filling.
  • Both the first contact element 125 and the plurality of second contact elements 130 are arranged on a first main surface 101 of the optoelectronic semiconductor component.
  • the individual light-emitting devices 15 can each be controlled from the first main surface 101 of the optoelectronic semiconductor component.
  • the contact trench 113 can also extend deeper into the semiconductor layer stack 123.
  • the electrical connection of the semiconductor layer of the first conductivity type can also be made possible via an alternative structure.
  • separating trenches 113 By filling the separating trenches 113, a particularly stable optoelectronic semiconductor component can be produced, in particular a plane-parallel and compact optoelectronic semiconductor component.
  • the risk of a short circuit between the light-emitting devices 15 is reduced.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 shown in FIG. 2A additionally comprises an arrangement of circuits 142i, 142 2 , 142 n , each of which is suitable, the second contact elements 130 of the light emitting devices 15 to drive. As shown in Fig. 2A, each of these circuits is assigned to exactly one light-emitting device and is therefore suitable for controlling it.
  • the arrangement of circuits can be arranged or formed in a circuit substrate.
  • the circuit substrate 140 can comprise a semiconductor substrate, for example made of silicon, in which the individual switching elements are implemented.
  • the circuits 142i, 142 2 can each be designed as an integrated circuit, for example as a CMOS circuit (“complementary metal-oxide-semiconductor”).
  • the control or driver circuits can in addition to their function fulfill further functions as a power source for the individual light-emitting devices 15.
  • they can contain shift registers, memory cells or digital data interfaces.
  • algorithms for evaluating a detector signal can be integrated .
  • the respective supply lines to the first contact element 125 can also be designed as a common connection line 147 in the circuit substrate 140.
  • the common connection line 147 can be connected, for example, to a first connection area 146 which is connected to the first contact element 125.
  • N may be the circuit configuration or the circuit substrate 140 with the disposed therein circuits 142i, 142 2, ⁇ 142 adjacent to the first Hauptoberflä surface 1 of the light emitting devices may be disposed.
  • the optoelectronic semiconductor component can be implemented in a particularly compact manner.
  • an extremely compact VCSEL emitter can be provided.
  • the individual light-emitting devices can each be controlled via short connecting lines, so that no additional inductances are generated or inductances are reduced.
  • possible lead Inductors do not limit the frequency.
  • extremely short pulses can be generated.
  • the electromagnetic radiation generated can be emitted via the growth substrate 100 and the second main surface 102 of the optoelectronic semiconductor component.
  • both the first contact element and the second contact elements can be contacted from the first main surface of the light-emitting devices, it is possible to manufacture the optoelectronic semiconductor component in a simple manner. For example, after the optoelectronic devices have been joined to the circuit substrate, further semiconductor processing methods can be dispensed with. In this way, for example, process-related damage to the circuit arrangement is avoided.
  • the second contact elements can each be individually controlled, further functionalities can be easily integrated into the optoelectronic semiconductor component. Furthermore, a radiated power can be adjusted in a simple manner by targeted operation of a selected number of light-emitting devices.
  • the first contact element 125 is provided with a semiconductor layer
  • the second contact elements 130 are each provided with a semiconductor layer
  • the first conductivity type can be the n-
  • Conductivity type, and the second conductivity type is P conductivity type.
  • the manufacturing process can be simplified.
  • the first conductivity type can be the p-conductivity type
  • the second conductivity type is the n-conductivity type.
  • the CMOS circuits 142i, 142 2 , ... 142 n the optoelectronic
  • the growth substrate 100 can also be removed. Because the layer stack 123 is connected to the circuit substrate 140, a stability of the arrangement can be achieved. A thin-film flip-chip VCSEL component can be implemented in this way.
  • the further components of the optoelectronic semiconductor components of FIG. 2B are similar to the components of the optoelectronic semiconductor components of FIG. 2A.
  • the arrangement of the light-emitting devices 15 is better cooled.
  • silicon has a significantly higher thermal conductivity than GaAs, which can be used as a material for the growth substrate.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 can be operated at higher power densities, which leads to an increased range.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 can be operated in a broader temperature range. Furthermore, when the growth substrate (for example GaAs) is removed, the emission of electromagnetic radiation with a wavelength that is smaller than a wavelength that corresponds to the band gap of the material of the growth substrate (860 nm in the case of GaAs) can be realized.
  • the growth substrate for example GaAs
  • the emission of electromagnetic radiation with a wavelength that is smaller than a wavelength that corresponds to the band gap of the material of the growth substrate (860 nm in the case of GaAs) can be realized.
  • an electrical connection of the semiconductor layers of the first conductivity type of the light-emitting device can in each case be realized via a first connecting line 149 which is arranged on a side of the semiconductor layer stack 123 facing away from the first main surface 101.
  • the first contact layer 118 can be made very thin or else can also be removed in regions of the optoelectronic semiconductor component.
  • An insulating material 151 can in each case be arranged over the first connecting lines 149 in order to insulate them from the outer region.
  • the ten ers ⁇ connection lines 149 are disposed such that they each ⁇ wells present in an area is to be expected in the low light emission.
  • the first connection lines 149 can ⁇ with the isolation trenches 113 and overlap the buried layer lierenden iso 126th
  • the optoelectronic semiconductor component can additionally have a layer 156 for beam shaping.
  • the layer 156 for beam shaping for example, a multi ⁇ number of optical elements 153i, 153 2, ... n have the 153rd
  • the op tables elements may face on the side of the second main top 102 of the optoelectronic semiconductor device is ⁇ be classified.
  • the optical elements 153i, 153 2 ,... 153 n can each be designed differently and thus enable the emitted electromagnetic radiation to be emitted in different solid angles.
  • the layer 156 for beam shaping are connected 123 easily with the semi ⁇ conductor layer stack.
  • the transparent substrate 154 having the optical elements 153i, 153 2, ..., n can 153, for example, be applied in such a way that an air gap 155 between the ⁇ layer stack 153 and the transparent substrate 154 is present. In this way, the emission characteristics of the optoelectronic semiconductor component can be adjusted further.
  • the Air gap 155 can also be filled with an insulating transparent mate rial, for example polymer or oxide. The arrangement shown in FIG.
  • the 2D thus makes it possible to control optoelectronic devices, each of which has a different radiation characteristic, in a targeted manner by the associated circuit 142i, 142 2 ,... 142 n .
  • optoelectronic devices or groups of these can be energized sequentially, each with a different emission characteristic.
  • the spatial resolution of a detector that detects the radiation of the optoelectronic semicon terbauelements is increased.
  • the detector can be significantly simplified, so that the costs of the overall system are reduced and the required installation space is reduced.
  • the detector can even have only a single light-sensitive surface and still record a three-dimensional image due to the sequential energization of the optoelectronic devices.
  • the layer 156 described in the context of the present description for beam shaping can contain refractive optics, for example a multi-lens array, or diffractive optics, for example a metal lens.
  • the layer 156 for beam shaping can be applied in an adjusted manner as a separately manufactured wafer, for example made of glass, quartz, silicon or other suitable materials.
  • the layer 156 for beam shaping can be produced from a liquid resin (spin-on glass, silicone, epoxy, acrylate, polyurethane, polycarbonate, poly-benzocyclobutene) by molding or multiphoton absorption.
  • FIG. 3A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component in accordance with further embodiments.
  • the conductive filling is here ment 135 in the separating trenches 113 each connected to one another via first connec tion elements 124.
  • the electrical connection may be the portions of the semiconductor layer are improved by the first conductivity type of each animal lichtemit ⁇ forming devices.
  • the first connec tion elements 124 form a grid which runs in front of and behind the drawing plane shown in the x direction.
  • the layer 156 may for beam shaping, so, for example, the trans ⁇ parente carrier 154 to the plurality of optical elements
  • the spacer 152 can be made of an electrically conductive or insulating material and can in each case be arranged in such a way that the regions in which electromagnetic radiation is emitted are exposed and are not covered by the spacer 152. This creates an interface between the adjoining medium and the air gap, which can further influence the optical properties of the light-emitting devices.
  • part of the conductive filling 135 in the connection trench 116, via which the first connecting element 124 is connected to the first contact element 125, can be replaced by insulation material 157.
  • insulation material 157 For example, can be reduced by a mecha ⁇ African strain within the optoelectronic semiconducting terbauelements.
  • the individual is a ⁇ optoelectronic semiconductor devices fabricated on the wafer level, such a stress can lead to a considerable bending of the wafer having a Processing the optoelectronic semiconductor components is difficult. For this reason, it can be advantageous to fill the edge region of the connection trench 116 with a potting material or spin-on glass.
  • the electrical contact is also realized by a conductive filling 135 with a smaller horizontal dimension.
  • the separating trenches 113 are each filled with insulation material 157 here. Because the isolation trenches 113 are each filled with the isolation material 157, there is an additional advantage that short circuits between the individual mesas 114 can be avoided.
  • a semiconductor layer stack 123 is applied to a growth substrate 100, for example a GaAs substrate.
  • the layer stack that is applied over the growth substrate 100 is generally referred to as a “semiconductor layer stack” 123.
  • Materials other than semiconductor materials can also be arranged in this semiconductor layer stack 123.
  • the layers for building up the first resonator mirror 115 like the first contact layer 118, can be arranged in the semiconductor layer stack 123.
  • the layers for forming the active zone 110 and the layers for forming the second resonator mirror 120 are arranged in the semiconductor layer stack 123.
  • the first contact layer 118 can be very thin or absent.
  • the first main surface 101 of the semiconductor layer stack 123 represents the first main surface of the optoelectronic semiconductor component and is exposed.
  • a first semiconductor layer of a first conductivity type for example n-type
  • the layers of the second resonator mirror 120 can contain one or more second semiconductor layers of the second conductivity type, for example p-type.
  • the layers of the first conductivity type can also be p-conductive and the layers of the second conductivity type are n-conductive.
  • the layers of the semiconductor layer stack 123 can initially be grown on a growth substrate, so that the n-conductive layers are grown first, followed by the p-conductive layers.
  • the semiconductor layer stack 123 produced can then be applied to a handling carrier 107, for example a silicon carrier, and connected to the latter via a connection material 105.
  • the p-conductive layers are arranged between the active zone 110 and the handling carrier 107.
  • circuits to be applied later can control the individual optoelectronic devices via n-contacts, which can possibly be implemented more efficiently.
  • separating trenches 113 are then formed in the semiconductor layer stack 123, as illustrated in FIG. 4C.
  • a multiplicity of mesas 114 are structured in this way.
  • the separating trenches 113 he extend, for example, both in the x and in the y direction.
  • a connection trench 116 is defined which, for example, connects the first contact layer 118 in an area, for example an edge area of the electronic semiconductor component, exposed.
  • the first semiconductor layer of the first conductivity type can be contacted via the connection trench 116, for example via the first contact layer 118.
  • the semiconductor layer stack 123 can additionally contain an etch stop layer (not shown). This can be arranged above the first contact layer 118, for example.
  • a buried insulating layer 126 is formed in the edge region of the mesas 114. This defines the aperture 127 in the central area of the individual mesas.
  • the buried insulating layer can be an oxide layer.
  • an insulating layer for example an SiO 2 layer, can also be formed on the first main surface 101 of the individual mesas, whereby an aperture is also formed.
  • a passivation layer 132 for example made of Al2O3, S13N4, S1O2 or a combination of these materials, can be formed.
  • second connecting elements 129 are formed on the first main surface 101 of the layer stack 123.
  • a first connecting element 124 is formed in the area of the connection trench 116 above the first contact layer 118.
  • the first and / or the second connecting element 124, 129 can be made from ZnO, gold or AuGe.
  • both the isolation trenches 113 and the connection trench 116 are filled with a conductive filling 135.
  • a conductive filling 135. For example, this can be done by a galvanic process.
  • the material of the conductive filling 135 comprise, for example, copper,
  • the height compensation can also take place by means of an insulator such as SiO2, spin-on-glass (SOG), potting compound or mold compound or other suitable insulating materials.
  • the insulating material can be applied in the connection trench 116 after the conductive filling 135 has been deposited. After the insulating material has been deposited, a planarization step can take place, for example by chemical mechanical polishing (CMP, "Chemical mechanical polishing").
  • a passivation layer 137 is applied. Furthermore, openings are formed in the passivation layer 137. Conductive material is then poured into the openings. As a result, the first contact element 125 is formed in the area of the connection trench 116. Furthermore, the second contact elements 130 are each formed over the mesas 114.
  • the electrically conductive material for forming the first and second contact elements 125, 130 can comprise gold, copper or nickel.
  • a CMP chemical mechanical polishing process
  • a first connection region 145 is arranged on a side of the circuit substrate 140 that faces the workpiece 108. Furthermore, a large number of second connection areas 146i, 146 2 .... 146 n arranged.
  • the first and second terminal preparation ⁇ che for example, of gold, copper or nickel Herge ⁇ presents his.
  • the circuits 142i, 142 2 , 142 n can each be uniquely linked to the second contact elements 130i,
  • one of the circuits 142i may also be connected in such a manner with a corresponding second contact element that is driven by a group of light emitting devices by the circuit 142i.
  • the workpiece 108 may in principle by a chip-to-wafer, wafer-to-wafer or thin film transfer process as in ⁇ play, m-transfer printing with a drive circuit 142 or an array of driving circuits 142i, 142 2,. .. 142 n be connected.
  • the arrangement of control circuits 142i, 142 2 ,... 142 n can be connected to the workpiece at the wafer level.
  • the connection can be made, for example, by a hybrid direct bonding process, thermocompression bonding or structured soldering metals.
  • the growth substrate 100 can be removed by grinding / polishing, by wet or dry etching or by a combination of these methods.
  • the optoelectronic semiconducting ⁇ example, terbauelement which is ge 2D shows in Figures 2A, 2B, 3A, 3B, 2C can be obtained.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component with a plurality of light-emitting devices comprises the formation (S100) of a first resonator mirror, a second resonator mirror and one active zone between the first and the second resonator mirror.
  • the active zone is suitable for emitting electromagnetic radiation.
  • the method further comprises forming (S130) a second contact element.
  • the second contact elements and a first contact element which is electrically connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type of the light-emitting devices, can be contacted from a first main surface of the light-emitting devices, and the second contact elements are each individually controllable.
  • the first resonator mirror, then the active zone and finally the second resonator mirror can be formed here. According to further refinements, first the second resonator mirror, then the active zone and finally the first resonator mirror can be formed.
  • Fig. 6 shows an electronic device 20 according to Ausense approximate forms.
  • the electronic device 20 comprises the optoelectronic semiconductor component 10 as described above be.
  • the electronic device can be a sensor, for example a sensor for face recognition or for distance measurement in autonomous driving.
  • the electronic device 20 can also include a suitable detector device 25.
  • electromagnetic laser radiation emitted by the optoelectronic semiconductor component 10 can be reflected by the object 200.
  • the reflected radiation can be detected by the detector 35.
  • the object 200 can, for example, be a face or a vehicle or also a lens of a cell phone or other electronic device.
  • the object 200 can also be another.
  • the electronic device 20 can furthermore comprise a circuit 35 for processing the measurement results obtained.
  • the circuit 35 can be suitable for controlling the individual circuits 142i, 142 2 , 142 n of the optoelectronic semiconductor component or for receiving control signals from them. Furthermore, the circuit 35 can receive signals from the sensor device 25 and obtain information from these signals, or process these signals further.
  • the electronic device 20 can be a ToF sensor (“Time of flight”) or another sensor for generating 3-D information about an object.
  • the electronic device 20 can be used inexpensively in mobile terminals such as mobile phones, PDAs ("personal digital assistants") and others. Furthermore, the electronic device 20 can be easily integrated into the outer skin of a vehicle.
  • a plurality of light-emitting devices each of which has a first resonator mirror (115), a second resonator mirror (120) and an active zone (110) which is arranged between the first and second resonator mirrors (115, 120) and which are suitable is to emit electromagnetic radiation (30), and a second contact element (130), wherein the second contact elements (130) and a first Kontak telement (125) with a first semiconductor layer (111) of a first conductivity type of the light-emitting before directions (15) is electrically connected, can be contacted by a first main surface (101) of the light-emitting devices, and at least two of the second contact elements (130) are each individually controllable.
  • the optoelectronic semiconductor device (10) according From ⁇ set 1, further comprising an array of circuits (142,
  • circuit substrate (140) is arranged in a circuit substrate (140).
  • the optoelectronic semiconductor device (10) is of p-conductivity type according to one of the preceding paragraphs, wherein the first conductivity type ⁇ .
  • Optoelectronic semiconductor component (10) furthermore with a plurality of optical elements (153i, 153 2 , ... 153 n ), which on a side facing away from the first main surface (101) of the lichtemit ⁇ animals devices (15) are arranged, wherein at least two of the optical elements (153i, 153 2, ... 153 n) are each formed differently under ⁇ so that emitted radiation is emitted in respective different spatial directions.
  • Optoelectronic semiconductor component (10) according to one of the preceding paragraphs, further comprising a first contact layer (118) which is connected to the first semiconductor layer (111), the first contact layer (118) between the active zone (110) and the first resonator mirror (115) is arranged.
  • Optoelectronic semiconductor component (10) according to one of the preceding paragraphs, further comprising first connecting lines (149) which are suitable for connecting the first semiconductor layer (111) of adjacent light-emitting devices (15) to one another.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component (10) with a plurality of light-emitting devices comprising:
  • Forming a first resonator mirror (115), a second resonator mirror (120) and an active zone (110) between the first and the second resonator mirror (115, 120), the active zone (110) being suitable for electromagnetic radiation (30) to emit, as well
  • Circuit substrate (140) in which an arrangement of circuits (1421, 142 2 , ... 142 n) each suitable for controlling the second contact elements (130) of the light-emitting devices is arranged above the first main surface ( 101) of the light emitting devices.

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) weist eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen (15) auf, die jeweils einen ersten Resonatorspiegel (115), einen zweiten Re- sonatorspiegel (120), eine aktive Zone (110) sowie ein zweites Kontaktelement (130) umfassen. Die aktive Zone (110) ist zwi- schen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120) angeordnet und geeignet, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren. Die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittieren- den Vorrichtungen (15) elektrisch verbunden ist, sind von ei- ner ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vor- richtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontak- telemente (130) sind jeweils einzeln ansteuerbar.

Description

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT MIT EINZELN
ANSTEUERBAREN KONTAKTELEMENTEN UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
BESCHREIBUNG
Oberflächenemittierende Laser, d.h. Laservorrichtungen, bei denen das erzeugte Laserlicht senkrecht zu einer Oberfläche einer Halbleiterschichtanordnung emittiert wird, können bei spielsweise in 3D-Sensorsystemen, beispielsweise zur Ge- sichtserkennung oder zur Abstandsmessung beim autonomen Fahren verwendet werden.
Generell werden Anstrengungen unternommen, derartige oberflä chenemittierende Laser zu verbessern.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte oberflächenemittierende Laservorrichtung zur Ver fügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Gemäß Ausführungsformen weist ein optoelektronisches Halblei terbauelement eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtun gen auf. Die lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen jeweils einen ersten Resonatorspiegel, einen zweiten Resonatorspiegel sowie eine aktive Zone, die zwischen dem ersten und dem zwei ten Resonatorspiegel angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung zu emittieren, sowie ein zweites Kontaktelement. Die zweiten Kontaktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ersten Halbleiterschicht von ei nem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrich- tungen elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Haupt oberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente sind jeweils ein zeln ansteuerbar. Das heißt, die zweiten Kontaktelemente kön nen jeweils einzeln ansteuerbar sein. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen können die Kontaktelemente auch in Gruppen ansteu erbar sein. Dabei können die Gruppen jeweils eine gleiche oder auch eine unterschiedliche Anzahl an lichtemittierenden Vor richtungen enthalten.
Gemäß Ausführungsformen weist das optoelektronische Halblei terbauelement ferner eine Anordnung von Schaltungen auf, die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente der licht emittierenden Vorrichtungen anzusteuern.
Beispielsweise ist die Anordnung von Schaltungen in einem Schaltungssubstrat angeordnet. Das Schaltungssubstrat kann an grenzend an die erste Hauptoberfläche angeordnet sein.
Beispielsweise kann der erste Leitfähigkeitstyp der p- Leitfähigkeitstyp sein.
Gemäß Ausführungsformen weist das optoelektronische Halblei terbauelement weiterhin eine Vielzahl von optischen Elementen auf, die auf einer von der ersten Hauptoberfläche abgewandten Seite der lichtemittierenden Vorrichtungen angeordnet sind. Dabei sind mindestens zwei der optischen Elemente jeweils un terschiedlich ausgebildet, so dass emittierte Strahlung in je weils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert wird.
Gemäß Ausführungsformen sind die optischen Elemente von einer zweiten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen beabstandet angeordnet sind. Dies kann durch geeignete Ab standshalter erfolgen. Der Zwischenraum zwischen den optischen Elementen und der zweiten Hauptoberfläche kann beispielsweise Luft oder ein transparentes Material, beispielsweise ein Poly mer oder ein Oxid, enthalten. Auf diese Weise kann die von den einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen emittierte Strah lung weiter geformt oder umgelenkt werden. Gemäß weiteren Aus führungsformen können die optischen Elemente auch direkt an die zweite Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtun gen angrenzen.
Gemäß Ausführungsformen können optoelektronische Vorrichtun gen, an die jeweils unterschiedliche optische Elemente angren zen, jeweils einzeln ansteuerbar sein. Auf diese Weise können beispielsweise gezielt unterschiedliche Raumbereiche bestrahlt werden. Weiterhin können im zeitlichen Verlauf jeweils unter schiedliche Emissionsmuster erzeugt werden.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine erste Kontaktschicht aufweisen, die mit der ersten Halbleiter schicht verbunden ist. Die erste Kontaktschicht kann zwischen der aktiven Zone und dem ersten Resonatorspiegel angeordnet sein.
Alternativ kann das optoelektronische Halbleiterbauelement erste Verbindungsleitungen umfassen, die geeignet sind, die erste Halbleiterschicht von benachbarten lichtemittierenden Vorrichtungen miteinander zu verbinden.
Gemäß Ausführungsformen umfasst eine elektronische Vorrichtung das optoelektronische Halbleiterbauelement wie vorstehend be schrieben und einen Detektor. Aufgrund des speziellen Aufbaus des optoelektronischen Halbleiterbauelements wie vorstehend beschrieben, kann der Detektor einen einfacheren Aufbau haben. Beispielsweise kann der Detektor eine einzige lichtempfindli che Fläche aufweisen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen umfasst das Ausbilden eines ersten Resonator spiegels, eines zweiten Resonatorspiegels, einer aktiven Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel sowie das Ausbilden von zweiten Kontaktelementen. Die aktive Zone ist geeignet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Die zweiten Kontaktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ersten Halbleiterschicht von einem erstem Leitfähig keitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch ver bunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche der licht emittierenden Vorrichtungen kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente sind einzeln ansteuerbar. Das heißt, die zweiten Kontaktelemente können jeweils einzeln oder in Gruppen ansteuerbar sein.
Beispielsweise kann zunächst der erste Resonatorspiegel, so dann die aktive Zone und schließlich der zweite Resonatorspie gel ausgebildet werden. Alternativ kann auch zunächst der zweite Resonatorspiegel, sodann die aktive Zone und schließ lich der erste Resonatorspiegel ausgebildet werden.
Das Verfahren kann ferner das Aufbringen eines Schaltungssub strats, in dem eine Anordnung von Schaltungen, die jeweils ge eignet sind, die zweiten Kontaktelemente der lichtemittieren den Vorrichtungen anzusteuern, angeordnet ist, über der ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen umfassen.
Gemäß Ausführungsformen werden der erste und der zweite Re sonatorspiegel sowie die aktive Zone über einem Wachstumssub strat aufgewachsen, welches nach Aufbringen des Schaltungssub strats entfernt wird. Der Fachmann wird zusätzliche Merkmale und Vorteile nach Lesen der folgenden Detailbeschreibung und Betrachten der begleiten den Zeichnungen erkennen.
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.
Fig. 1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen.
Die Figuren 2A bis 2D zeigen schematische Querschnittsansich ten weiterer Ausführungsformen von optoelektronischen Halblei terbauelementen .
Die Figuren 3A und 3B zeigen vertikale Querschnittsansichten eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiterer Ausführungsformen .
Die Figuren 4A bis 4G zeigen eine Querschnittsansicht eines Werkstücks bei Durchführung eines Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Fig. 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
Fig. 6 zeigt eine schematische Ansicht einer elektronischen Vorrichtung gemäß Ausführungsformen. In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die Begriffe "Wafer" oder "Halbleitersubstrat", die in der folgenden Beschreibung verwendet sind, können jegliche auf Halbleiter beruhende Struktur umfassen, die eine Halbleiter oberfläche hat. Wafer und Struktur sind so zu verstehen, dass sie dotierte und undotierte Halbleiter, epitaktische Halb leiterschichten, gegebenenfalls getragen durch eine Basisun terlage, und weitere Halbleiterstrukturen einschließen. Bei spielsweise kann eine Schicht aus einem ersten Halbleitermate rial auf einem Wachstumssubstrat aus einem zweiten Halbleiter material, beispielsweise einem GaAs-Substrat, einem GaN- Substrat oder einem Si-Substrat oder aus einem isolierenden Material, beispielsweise auf einem Saphirsubstrat, gewachsen sein.
Je nach Verwendungszweck kann der Halbleiter auf einem direk ten oder einem indirekten Halbleitermaterial basieren. Bei spiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung beson ders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise ultra violettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, AlGaN, AlGalnN, Al- GalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispiels weise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, InGaAsP sowie weitere Halbleitermaterialien wie GaAs, AlGaAs, InGaAs, AlInGaAs, SiC, ZnSe, ZnO, Ga203, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der Verbindungshalbleitermaterialien kann variie ren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Sili zium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen. Im Kontext der vorliegenden Beschreibung schließt der Begriff „Halblei ter" auch organische Halbleitermaterialien ein.
Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein. Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen.
Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
Fig. 1 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst eine Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 15. Die licht- emittierenden Vorrichtungen 15 umfassen jeweils einen ersten Resonatorspiegel 115, einen zweiten Resonatorspiegel 120 sowie eine aktive Zone 110, die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 115, 120 angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung 30 zu emittieren. Die licht emittierenden Vorrichtungen umfassen jeweils weiterhin ein zweites Kontaktelement 130. Die zweiten Kontaktelemente 130 und ein erstes Kontaktelement 125, das mit Halbleiterschichten von einem ersten Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vor richtungen 15 verbunden ist, sind von einer ersten Hauptober fläche 101 des optoelektronischen Halbleiterbauelements 10 kontaktierbar. Mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente 130 der Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuerbar. Beispielsweise können jeweils Gruppen von lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuer bar sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen können auch alle lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils einzeln ansteuer bar sein.
Das in Fig. 1 dargestellte optoelektronische Halbleiterbauele ment 10 stellt einen sogenannten VCSEL, d.h. oberflächenemit tierenden Halbleiterlaser mit Vertikalresonator ("Vertical- Cavity Surface-Emitting Laser") dar. Ein Schichtstapel 123, der unter anderem Schichten zur Ausbildung des zweiten Resona torspiegels 120 und der aktiven Zone 110 umfasst, ist durch Trenngräben 113 zu einer Vielzahl von Mesas 114 strukturiert. Dabei sind die Trenngräben 113 derart angeordnet, dass sie beispielsweise sowohl in x- als auch in y-Richtung verlaufen und eine Vielzahl von Mesas 114 definieren. Die Mesas 114 kön nen in Draufsicht beispielsweise eine rechteckige, quadrati sche, hexagonale oder runde Form haben. Die einzelnen Mesas 114 und folglich die lichtemittierenden Vorrichtungen 15 kön nen beispielsweise regelmäßig, beispielsweise in Reihen und Spalten angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kön- nen sie auch als Schachbrettmuster angeordnet sein. Gemäß wei teren Ausführungsformen können sie auch quasi-zufällig ange ordnet sein. Beispielsweise kann ein optoelektronisches Halb leiterbauelement 10 mehr als 10 oder mehr als 100 lichtemit tierende Vorrichtungen 15 umfassen, die Anzahl an lichtemit tierenden Vorrichtungen 15 kann beispielsweise kleiner als 100 000 oder kleiner als 50000 sein.
Die Trenngräben 113 sind beispielsweise derart bemessen, dass sie aktive Zonen 110 benachbarter lichtemittierende Vorrich tungen 15 trennen. Weiterhin werden die Schichten zur Ausbil dung des zweiten Resonatorspiegels 120 durch die Gräben 113 durchtrennt. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, durchtrennen die Trenngräben 113 gemäß Ausführungsformen die Schichten des ers ten Resonatorspiegels 115 nicht.
Der Halbleiterschichtstapel 123 kann eine erste Halbleiter schicht 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n- oder p-Typ, sowie eine zweite Halbleiterschicht 112 vom zwei ten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p- oder n-Typ umfassen. Das erste Kontaktelement 125 ist mit der ersten Halbleiter schicht 111 vom ersten Leitfähigkeitstyp verbunden. Das zweite Kontaktelement ist mit der zweiten Halbleiterschicht 112 vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden. Die aktive Zone 110 ist zwischen der ersten Halbleiterschicht 111 und der zweiten Halbleiterschicht 112 angeordnet. Die aktive Zone 110 kann beispielsweise eine Quantentopf-Struktur, beispielsweise eine einfache Quantentopf-Struktur (SQW, Single Quantum Well) oder eine Mehrfach-Quantentopf-Struktur (MQW, Multi Quantum Well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung "Quanten topf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten. Der erste Resonatorspiegel 115 kann jeweils alternierend ge stapelte erste Schichten 115a einer ersten Zusammensetzung und zweite Schichten 115b einer zweiten Zusammensetzung aufweisen. Der zweite Resonatorspiegel 120 kann ebenfalls alternierend gestapelte Schichten 120a, 120b mit jeweils unterschiedlicher Zusammensetzung aufweisen.
Die jeweils alternierend gestapelten Schichten des ersten oder zweiten Resonatorspiegels 115, 120 weisen jeweils unterschied liche Brechungsindizes auf. Beispielsweise können die Schich ten abwechselnd einen hohen Brechungsindex (n > 3,1) und einen niedrigen Brechungsindex (n < 3,1) haben und als Bragg- Reflektor ausgebildet sein.
Beispielsweise kann die Schichtdicke l/4 oder ein Mehrfaches von l/4 betragen, wobei l die Wellenlänge des zu reflektieren den Lichts in dem entsprechenden Medium angibt. Der erste oder der zweite Resonatorspiegel 115, 120 kann beispielsweise 2 bis
50 Einzelschichten aufweisen. Eine typische Schichtdicke der einzelnen Schichten kann etwa 30 bis 150 nm, beispielsweise 50 nm betragen. Der Schichtstapel kann weiterhin eine oder zwei oder mehrere Schichten enthalten, die dicker als etwa 180 nm, beispielsweise dicker als 200 nm sind. Beispielsweise kann der zweite Resonatorspiegel 120 ein Gesamtreflexionsvermögen von 99,8 % oder mehr für die Laserstrahlung haben. Der erste Re sonatorspiegel 115 kann als Auskoppelspiegel für die Strahlung aus dem Resonator ausgebildet sein und weist beispielsweise ein geringeres Reflexionsvermögen als der zweite Resonator spiegel auf.
In der aktiven Zone 110 erzeugte elektromagnetische Strahlung kann zwischen dem ersten Resonatorspiegel 115 und dem zweiten Resonatorspiegel 120 derart reflektiert werden, dass sich im Resonator ein Strahlungsfeld 21 für die Erzeugung kohärenter Strahlung (Laserstrahlung) über induzierte Emission in der ak tiven Zone ausbildet. Insgesamt entspricht der Abstand zwi schen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel 115, 120 mindestens der halben effektiven emittierten Wellenlänge (l/2h, wobei n der Brechzahl der aktiven Zone entspricht), so dass sich innerhalb des Resonators stehende Wellen ausbilden kön nen. Die erzeugte Laserstrahlung 30 kann beispielsweise über den ersten Resonatorspiegel 115 aus dem Resonator ausgekoppelt werden. Die Halbleiter-Laservorrichtung 10 bildet somit einen sogenannten VCSEL, d.h. oberflächenemittierenden Halbleiterla ser mit Vertikalresonator („Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser") aus.
Gemäß Ausführungsformen können die alternierend gestapelten Schichten zur Ausbildung des ersten und/oder zweiten Resona torspiegels 115, 120 Halbleiterschichten aufweisen, von denen mindestens eine Schicht jeweils dotiert ist. Beispielsweise kann mindestens eine Halbleiterschicht der gestapelten Schich ten des ersten Resonatorspiegels 115 mit einem ersten Leitfä higkeitstyp, beispielsweise p- oder n-Typ, dotiert sein. In entsprechender Weise kann mindestens eine der Halbleiter schichten des zweiten Resonatorspiegels 120 mit Dotierstoffen eines zweiten Leitfähigkeitstyps, der vom ersten Leitfähig keitstyp verschieden ist, beispielsweise n- oder p-Typ, do tiert sein.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann mindestens der erste oder der zweite Resonatorspiegel 115, 120 ausschließlich aus dielektrischen Schichten aufgebaut sein. In diesem Fall weist der Schichtstapel 123 zusätzlich eine erste Halbleiterschicht (nicht gezeigt) vom ersten Leitfähigkeitstyp sowie eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (nicht gezeigt) auf. Beispielsweise können in diesem Fall die alter- nierend angeordneten dielektrischen Schichten abwechselnd ei nen hohen Brechungsindex (n > 1,7) und einen niedrigen Bre chungsindex (n < 1,7) haben und als Bragg-Reflektor ausgebil det sein.
Beispielsweise können die Halbleiterschichten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 115, 120 sowie der aktiven Zone 110 auf dem InGaAlP-Materialsystem basieren und Halbleiter schichten der Zusammensetzung InxGayAli-x-yP mit 0 < x, y < 1 und x + y < 1 umfassen.
Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Halbleiterschich ten des ersten und des zweiten Resonatorspiegels 115, 120 so wie der aktiven Zone 110 auf dem AlGaAs-Schichtsystem basieren und jeweils Schichten der Zusammensetzung AlxGai-xAs, mit 0 < x < 1 enthalten.
Eine emittierte Wellenlänge des optoelektronischen Halbleiter bauelements 10 kann beispielsweise kleiner als 1000 nm sein.
Die Wellenlänge kann beispielsweise größer als 800 nm sein.
Die in Fig. 1 gezeigten lichtemittierenden Vorrichtungen 15 sind beispielsweise nicht parallel geschaltet, sondern die zweiten Kontaktelemente 130 sind beispielsweise jeweils vonei nander isoliert. Als Folge können die lichtemittierenden Vor richtungen 15 jeweils einzeln angesteuert werden. Die Halb leiterschichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp jeweils der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 können gemäß Ausführungs formen über eine erste Kontaktschicht 118 mit miteinander ver bunden sein. Beispielsweise kann die erste Kontaktschicht 118, wie in Fig. 1 gezeigt, zwischen der aktiven Zone 110 und dem ersten Resonatorspiegel 115 angeordnet sein. Die erste Kon taktschicht 118 kann beispielsweise eine hochdotierte Halb leiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp sein. Beispielswei- se kann die erste Kontaktschicht 118 eine sehr hohe Querleit fähigkeit haben. Ein Material der ersten Kontaktschicht 118 kann beispielsweise GaAs oder InGaAs sein. Gemäß Ausführungs formen, die in Fig. 1 gezeigt sind, kann der erste Leitfähig keitstyp der n-Leitfähigkeitstyp sein. Das Substrat 100 kann ein Wachstumssubstrat zum Aufwachsen des Halbleiterschichtsta- pels 123 sein. Beispielsweise kann das Substrat 100 ein GaAs- Substrat sein.
Wie in Fig. 1 veranschaulicht ist, können die Schichten des ersten Resonatorspiegels 115 über dem Wachstumssubstrat 100 angeordnet sein. Die Schichten des ersten Resonatorspie gels 115 können beispielsweise mit dem ersten Leitfähigkeits typ dotiert sein. Über dem ersten Resonatorspiegel 115 kann die erste Kontaktschicht 118 angeordnet sein. Über der ersten Kontaktschicht 118 sind Schichten der aktiven Zone 110 ange ordnet, gefolgt von den Schichten des zweiten Resonatorspie gels 120. Die Schichten des zweiten Resonatorspiegels 120 kön nen beispielsweise mit dem zweiten Leitfähigkeitstyp dotiert sein.
Eine vergrabene isolierende Schicht, beispielsweise eine Oxid schicht 126 kann jeweils im Randbereich der Mesas 114 angeord net sein, so dass im zentralen Bereich der Mesa 114 jeweils eine Apertur 127 ausgebildet wird. Durch diese Apertur 127 wird eine Bündelung der Ladungsträger und ein optischer Ein schluss der erzeugten elektromagnetischen Leistung erzeugt.
Die Trenngräben 113 können sich bis zu einer Oberseite der ersten Kontaktschicht 118 erstrecken. Die Trenngräben können beispielsweise mit einem isolierenden Material gefüllt sein oder aber mit einem leitenden Material gefüllt sein, welches durch ein isolierendes Material von den benachbarten Mesas isoliert ist. Wie in Fig. 1 gezeigt ist, kann ein erstes Ver- bindungselement 124 mit der ersten Kontaktschicht 118 verbun den sein. Das erste Verbindungselement 124 kann über eine lei tende Füllung 135, beispielsweise eine Metallfüllung mit dem ersten Kontaktelement 125 verbunden sein. Sowohl das erste Kontaktelement 125 als auch die Vielzahl der zweiten Kontakte lemente 130 sind an einer ersten Hauptoberfläche 101 des opto elektronischen Halbleiterbauelements angeordnet. Auf diese Weise können die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen 15 jeweils von der ersten Hauptoberfläche 101 des optoelektroni schen Halbleiterbauelements angesteuert werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Kontaktgraben 113 sich auch tiefer in den Halbleiterschichtstapel 123 hinein erstrecken. Bei spielsweise kann der elektrische Anschluss der Halbleiter schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp auch über eine alternati ve Struktur ermöglicht werden.
Durch das Füllen der Trenngräben 113 kann ein besonders stabi les optoelektronisches Halbleiterbauelement erzeugt werden, insbesondere ein planparalleles und kompaktes optoelektroni sches Halbleiterbauelement. Durch Füllen der Trenngräben 113 mit einem isolierenden Material wird das Risiko eines Kurz schlusses zwischen den lichtemittierenden Vorrichtungen 15 verringert .
Fig. 2A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Aus führungsformen. Zusätzlich zu den in Fig. 1 dargestellten Kom ponenten umfasst das optoelektronische Halbleiterbauele ment 10, das in Fig. 2A gezeigt ist, zusätzlich eine Anordnung von Schaltungen 142i, 1422, ··· 142n, die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente 130 der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 anzusteuern. Wie in Fig. 2A gezeigt ist, ist jede einzelne dieser Schaltungen genau einer lichtemittieren den Vorrichtung zugeordnet und somit geeignet, diese anzusteu- ern. Beispielsweise kann die Anordnung von Schaltungen in ei nem Schaltungssubstrat angeordnet oder ausgebildet sein. Bei spielsweise kann das Schaltungssubstrat 140 ein Halbleitersub strat, beispielsweise aus Silizium, umfassen, in dem die ein zelnen Schaltelemente ausgeführt sind. Beispielsweise können die Schaltungen 142i, 1422 jeweils als integrierte Schaltung, beispielsweise als CMOS-Schaltung („complementary metal-oxide- semiconductor", komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter) ausge führt sein. Die Ansteuer- oder Treiberschaltungen können zu sätzlich zu ihrer Funktion als Stromquelle für die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtungen 15 weitere Funktionen erfül len. Beispielsweise können sie Schieberegister, Speicherzellen oder digitale Daten-Schnittstellen enthalten. Gemäß Ausgestal tungen können jeweils Algorithmen zur Auswertung eines Detek torsignals (Time-to-Digital Converter, Histogram Processing) integriert sein.
Zusätzlich können die jeweiligen Zuleitungen zum ersten Kon taktelement 125 auch als eine gemeinsame Anschlussleitung 147 in dem Schaltungssubstrat 140 ausgebildet sein. Die gemeinsame Anschlussleitung 147 kann beispielsweise mit einem ersten An schlussbereich 146 verbunden sein, der mit dem ersten Kontak telement 125 verbunden ist. Die Schaltungsanordnung oder das Schaltungssubstrat 140 mit den darin angeordnet Schaltungen 142i, 1422, ··· 142n kann angrenzend an die erste Hauptoberflä che 1 der lichtemittierenden Vorrichtungen angeordnet sein.
Auf diese Weise kann das optoelektronische Halbleiterbauele ment in besonders kompakter Weise realisiert werden. Als Folge kann ein extrem kompakter VCSEL-Emitter bereitgestellt werden. Zusätzlich können die einzelnen lichtemittierenden Vorrichtun gen jeweils über kurze Verbindungsleitungen angesteuert wer den, so dass keine zusätzlichen Induktivitäten erzeugt bzw. Induktivitäten verringert werden. Insbesondere führen mögliche Induktivitäten nicht zu einer Frequenzbegrenzung. Als Folge können extrem kurze Pulse generiert werden. Wie in Fig. 2A ge zeigt ist, kann die erzeugte elektromagnetische Strahlung über das Wachstumssubstrat 100 und die zweite Hauptoberfläche 102 des optoelektronischen Halbleiterbauelements emittiert werden.
Dadurch, dass sowohl das erste Kontaktelement als auch die zweiten Kontaktelemente von der ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar sind, ist es möglich, das optoelektronische Halbleiterbauelement in einfa cher Weise herzustellen. Beispielsweise kann nach Zusammenfü gen der optoelelektronischen Vorrichtungen mit dem Schaltungs substrat auf weitere Halbleiterprozessierungsverfahren ver zichtet werden. Dadurch werden beispielsweise verfahrensbe dingte Schäden an der Schaltungsanordnung vermieden.
Dadurch, dass die zweiten Kontaktelemente jeweils einzeln an steuerbar sind, können in das optoelektronische Halbleiterbau element auf einfache Weise weitere Funktionalitäten integriert werden. Weiterhin kann eine ausgestrahlte Leistung durch ge zieltes Betreiben einer ausgewählten Anzahl von lichtemittie renden Vorrichtungen auf einfache Weise eingestellt werden.
Das erste Kontaktelement 125 ist mit einer Halbleiterschicht
111 vom ersten Leitfähigkeitstyp verbunden, und die zweiten Kontaktelemente 130 sind jeweils mit einer Halbleiterschicht
112 vom zweiten Leitfähigkeitstyp verbunden. Gemäß Ausfüh rungsformen kann der erste Leitfähigkeitstyp der n-
Leitfähigkeitstyp sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der P-Leitfähigkeitstyp. Bei diesen Ausführungsformen kann das Herstellungsverfahren vereinfacht sein. Gemäß weiteren Ausfüh rungsformen kann der erste Leitfähigkeitstyp der p- Leitfähigkeitstyp sein, und der zweite Leitfähigkeitstyp ist der n-Leitfähigkeitstyp. Bei diesen Ausführungsformen können die CMOS-Schaltungen 142i, 1422,... 142n die optoelektronischen
Vorrichtungen über n-dotierte Halbleiterbereiche ansteuern, was effizienter zu realisieren sein kann.
Gemäß Ausführungsformen, die in Fig. 2B veranschaulicht sind, kann das Wachstumssubstrat 100 auch entfernt sein. Dadurch, dass der Schichtstapel 123 mit dem Schaltungssubstrat 140 ver bunden ist, kann eine Stabilität der Anordnung erreicht wer den. Auf diese Weise lässt sich ein Dünnfilm-FlipChip-VCSEL- Bauelement realisieren. Die weiteren Komponenten der opto elektronischen Halbleiterbauelemente von Fig. 2B sind ähnlich zu den Komponenten des optoelektronischen Halbleiterbauele ments von Fig. 2A. Durch die Entfernung des Wachstumssubstrats aus dem thermischen Pfad wird die Anordnung der lichtemittie renden Vorrichtungen 15 besser entwärmt. Beispielsweise hat Silizium eine wesentlich höhere thermische Leitfähigkeit als GaAs, welches als Material für das Wachstumssubstrat verwendet werden kann. Als Folge kann das optoelektronische Halbleiter bauelement 10 bei höheren Leistungsdichten betrieben werden, was zu einer erhöhten Reichweite führt. Weiterhin kann das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 in einem breiteren Temperaturbereich betrieben werden. Weiterhin kann bei Entfer nung des Wachstumssubstrats (beispielsweise GaAs) auch die Emission von elektromagnetischer Strahlung mit einer Wellen länge, die kleiner als eine Wellenlänge, die der Bandlücke des Materials des Wachstumssubstrats entspricht (860 nm im Fall von GaAs) realisiert werden.
Gemäß Ausführungsformen, die in Fig. 2C veranschaulicht sind, kann eine elektrische Verbindung der Halbleiterschichten vom ersten Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtung jeweils über eine erste Verbindungsleitung 149, die auf einer von der ersten Hauptoberfläche 101 abgewandten Seite des Halb leiterschichtstapels 123 angeordnet ist, verwirklicht werden. Beispielsweise kann in diesem Fall die erste Kontaktschicht 118 sehr dünn ausgeführt werden oder aber auch in Bereichen des optoelektronischen Halbleiterbauelements entfernt werden. Ein isolierendes Material 151 kann jeweils über den ersten Verbindungsleitungen 149 angeordnet sein, um diese gegenüber dem äußeren Bereich zu isolieren. Beispielsweise sind die ers¬ ten Verbindungsleitungen 149 derart angeordnet, dass sie je¬ weils in einem Bereich vorliegen, in dem wenig Lichtemission zu erwarten ist. Beispielsweise können die ersten Verbindungs¬ leitungen 149 mit den Trenngräben 113 und der vergrabenen iso lierenden Schicht 126 überlappen.
Gemäß Ausführungsformen, die in Fig. 2D, 3A und 3B veranschau licht sind, kann das optoelektronische Halbleiterbauelement zusätzlich eine Schicht 156 zur Strahlformung aufweisen. Die Schicht 156 zur Strahlformung kann beispielsweise eine Viel¬ zahl von optischen Elementen 153i, 1532,...153n aufweisen. Die op tischen Elemente können auf der Seite der zweiten Hauptober fläche 102 des optoelektronischen Halbleiterbauelements ange¬ ordnet sein. Gemäß Ausführungsformen können die optischen Ele mente 153i, 1532,...153n jeweils unterschiedlich ausgebildet sein und somit eine Abstrahlung der emittierten elektromagnetischen Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumwinkel ermöglichen. Beispielsweise können die optischen Elemente 153i, 1532,...153n jeweils in einen transparenten Träger 154 integriert sein und ein Multilinsenarray ausbilden. Auf diese Weise kann die Schicht 156 zur Strahlformung auf einfache Weise mit dem Halb¬ leiterschichtstapel 123 verbunden werden. Der transparente Träger 154 mit den optischen Elementen 153i, 1532,...153n kann beispielsweise derart aufgebracht werden, dass ein Luft¬ spalt 155 zwischen dem Schichtstapel 153 und dem transparenten Träger 154 vorliegt. Auf diese Weise kann die Abstrahlcharak teristik des optoelektronischen Halbleiterbauelements weiter eingestellt werden. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann der Luftspalt 155 auch mit einem isolierenden transparenten Mate rial, beispielsweise Polymer oder Oxid gefüllt sein. Durch die in Fig. 2D gezeigte Anordnung ist es somit möglich, optoelekt ronische Vorrichtungen, die jeweils eine unterschiedliche Ab strahlcharakteristik haben, gezielt durch die zugehörige Schaltung 142i, 1422,... 142n anzusteuern. Beispielsweise können optoelektronische Vorrichtungen oder Gruppen von diesen mit jeweils unterschiedlicher Abstrahlcharakteristik sequentiell bestromt werden. Als Folge wird die räumliche Auflösung eines Detektors, der die Strahlung des optoelektronischen Halblei terbauelements detektiert, erhöht. Ferner kann der Detektor deutlich vereinfacht werden, so dass die Kosten des Gesamtsys tems verringert werden und der nötige Bauraum reduziert wird. Der Detektor kann sogar nur eine einzige lichtempfindliche Fläche aufweisen und durch die sequenzielle Bestromung der optoelektronischen Vorrichtungen dennoch ein räumliches Bild aufzeichnen .
Generell kann die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung be schriebene Schicht 156 zur Strahlformung eine refraktive Op tik, beispielsweise ein Multilinsenarray, oder eine diffrakti- ve Optik, beispielsweise eine Metalllinse enthalten. Die Schicht 156 zur Strahlformung kann als separat gefertigter Wafer, beispielsweise aus Glas, Quarz, Silizium oder anderen geeigneten Materialien justiert aufgebracht werden. Gemäß wei teren Ausführungsformen kann die Schicht 156 zur Strahlformung aus einem flüssigen Hartz (Spin-on-Glas, Silikon, Epoxid, Ac- rylat, Polyurethan, Polycarbonat, Poly-Benzocyclobuten) durch Abformung oder Mehrphotonenabsorption hergestellt werden.
Fig. 3A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß weiteren Aus führungsformen. Abweichend von Ausführungsformen, die in Fig. 2D veranschaulicht sind, ist hier die leitende Fül- lung 135 in den Trenngräben 113 jeweils über erste Verbin dungselemente 124 miteinander verbunden. Auf diese Weise kann die elektrische Verbindung unter den Teilen der Halbleiter schicht vom ersten Leitfähigkeitstyp der einzelnen lichtemit¬ tierenden Vorrichtungen verbessert werden. Die ersten Verbin dungselemente 124 bilden dabei ein Gitter aus, welches vor und hinter der dargestellten Zeichenebene in x-Richtung verläuft.
Gemäß den in Fig. 3A dargestellten Ausführungsformen kann die Schicht 156 zur Strahlformung, also beispielsweise der trans¬ parente Träger 154 mit der Vielzahl von optischen Elementen
1531, 1532,...153n direkt an den Halbleiterschichtstapel 123 an grenzen oder über einen Abstandshalter 152 von diesem beab- standet sein. Der Abstandshalter 152 kann aus einem elektrisch leitfähigen oder isolierenden Material hergestellt sein und jeweils derart angeordnet sein, dass die Bereiche, in denen elektromagnetische Strahlung emittiert wird, freiliegen und nicht mit dem Abstandshalter 152 bedeckt sind. Auf diese Weise entsteht eine Grenzfläche zwischen dem angrenzenden Medium und dem Luftspalt, der jeweils die optischen Eigenschaften der lichtemittierenden Vorrichtungen weiter beeinflussen kann.
Auch hier können die einzelnen optischen Elemente 153i,
1532,...153n jeweils unterschiedlich ausgebildet sein.
Gemäß Ausführungsformen, die in Fig. 3B veranschaulicht sind, kann in dem Anschlussgraben 116, über die das erste Verbin dungselement 124 mit dem ersten Kontaktelement 125 verbunden wird, ein Teil der leitenden Füllung 135 durch Isolationsmate rial 157 ersetzt sein. Beispielsweise kann dadurch eine mecha¬ nische Verspannung innerhalb des optoelektronischen Halblei terbauelements verringert werden. Insbesondere, wenn die ein¬ zelnen optoelektronischen Halbleiterbauelemente auf Waferebene hergestellt werden, kann eine derartige mechanische Spannung zu einer beträchtlichen Verbiegung des Wafers führen, die eine Verarbeitung der optoelektronischen Halbleiterbauelemente er schwert. Aus diesem Grunde kann es vorteilhaft sein, den Rand bereich des Anschlussgrabens 116 mit einem Vergussmaterial o- der Spin-On-Glass zu verfüllen. Der elektrische Kontakt wird weiterhin durch eine leitende Füllung 135 mit geringerer hori zontaler Abmessung verwirklicht. Wie in Fig. 3B gezeigt ist, sind hier die Trenngräben 113 jeweils mit Isolationsmateri al 157 gefüllt. Dadurch, dass die Isolationsgräben 113 jeweils mit dem Isolationsmaterial 157 gefüllt sind, ergibt sich zu sätzlich der Vorteil, dass Kurzschlüsse zwischen den einzelnen Mesas 114 vermieden werden können.
Nachfolgend wird ein Verfahren zur Herstellung eines opto elektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsformen näher beschrieben.
Fig. 4A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines Werkstücks 108 bei Durchführung des Verfahrens. Auf ein Wachs tumssubstrat 100, beispielsweise ein GaAs-Substrat, ist ein Halbleiterschichtstapel 123 aufgebracht. Im Kontext der vor liegenden Beschreibung wird der Schichtstapel, der über dem Wachstumssubstrat 100 aufgebracht wird, generell als "Halb leiterschichtstapel" 123 bezeichnet. Es können auch von Halb leitermaterialien verschiedene Materialien in diesem Halb leiterschichtstapel 123 angeordnet sein. Beispielsweise können die Schichten zum Aufbau des ersten Resonatorspiegels 115 so wie die erste Kontaktschicht 118 in dem Halbleiterschichtsta- pel 123 angeordnet sein. Weiterhin sind die Schichten zur Aus bildung der aktiven Zone 110 und die Schichten zur Ausbildung des zweiten Resonatorspiegels 120 in dem Halbleiterschichtsta- pel 123 angeordnet. Gemäß Ausführungsformen kann die erste Kontaktschicht 118 sehr dünn sein oder fehlen. Die erste Hauptoberfläche 101 des Halbleiterschichtstapels 123 stellt die erste Hauptoberfläche des optoelektronischen Halbleiter- bauelements dar und ist freiliegend. Beispielsweise können im Bereich des ersten Resonatorspiegels 115 eine erste Halb leiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, beispiels weise n-Typ enthalten sein. Die Schichten des zweiten Resona torspiegels 120 können eine oder mehrere zweite Halbleiter schichten vom zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ enthalten .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung (Fig. 4B) können die Schichten des ersten Leitfähigkeitstyps auch p-leitend sein und die Schichten des zweiten Leitfähigkeitstyps sind n- leitend. In diesem Fall können beispielsweise die Schichten des Halbleiterschichtstapels 123 zunächst auf einem Wachs tumssubstrat aufgewachsen werden, so dass die n-leitenden Schichten zuerst aufgewachsen werden, gefolgt von den p- leitenden Schichten. Der erzeugte Halbleiterschichtstapel 123 kann dann auf einen Handhabungsträger 107, beispielsweise ei nen Siliziumträger, aufgebracht und über ein Verbindungsmate rial 105 mit diesem verbunden werden. Als Folge sind die p- leitenden Schichten zwischen der aktiven Zone 110 und dem Handhabungsträger 107 angeordnet. Bei dieser Ausgestaltung können beispielsweise später aufzubringende Schaltungen die einzelnen optoelektronischen Vorrichtungen über n-Kontakte an steuern, was gegebenenfalls effizienter zu realisieren ist.
Ausgehend von der in Fig. 4A dargestellten Struktur werden an schließend, wie in Fig. 4C veranschaulicht, Trenngräben 113 in dem Halbleiterschichtstapel 123 ausgebildet. Dadurch wird eine Vielzahl von Mesas 114 strukturiert. Die Trenngräben 113 er strecken sich dabei beispielsweise sowohl in x- als auch in y- Richtung. Zusätzlich zur Strukturierung der Trenngräben 113 wird ein Anschlussgraben 116 definiert, der beispielsweise die erste Kontaktschicht 118 in einem Bereich, beispielsweise ei nem Randbereich des elektronischen Halbleiterbauelements, freilegt. Über den Anschlussgraben 116 kann die erste Halb leiterschicht vom ersten Leitfähigkeitstyp kontaktiert werden, beispielsweise über die erste Kontaktschicht 118. Beispiels weise kann der Halbleiterschichtstapel 123 zusätzlich eine Ätzstopp-Schicht (nicht dargestellt) enthalten. Diese kann beispielsweise über der ersten Kontaktschicht 118 angeordnet sein.
In einem darauffolgenden Schritt wird, wie beispielsweise in Fig. 4D veranschaulicht ist, eine vergrabene isolierende Schicht 126 im Randbereich der Mesas 114 ausgebildet. Dadurch wird die Apertur 127 im zentralen Bereich der einzelnen Mesas definiert. Beispielsweise kann die vergrabende isolierende Schicht eine Oxidschicht sein. Gemäß weiteren Ausführungsfor men kann aber auch auf der ersten Hauptoberfläche 101 der ein zelnen Mesas jeweils eine isolierende Schicht, beispielsweise eine Si02-Schicht ausgebildet werden, wodurch ebenfalls eine Apertur ausgebildet wird.
Nachfolgend kann gemäß Ausführungsformen eine Passivierungs schicht 132, beispielsweise aus AI2O3, S13N4, S1O2 oder einer Kombination dieser Materialien ausgebildet werden. Weiterhin werden zweite Verbindungselemente 129 auf der ersten Haupt oberfläche 101 des Schichtstapels 123 ausgebildet. Weiterhin wird im Bereich des Anschlussgrabens 116 über der ersten Kon taktschicht 118 ein erstes Verbindungselement 124 ausgebildet. Beispielsweise können das erste und/oder das zweite Verbin dungselement 124, 129 aus ZnO, Gold oder AuGe hergestellt wer den.
Nachfolgend werden gemäß Ausführungsformen sowohl die Isolati onsgräben 113 als auch der Anschlussgraben 116 mit einer lei tenden Füllung 135 gefüllt. Beispielsweise kann dies durch ein galvanisches Verfahren erfolgen. Beispiele für das Material der leitenden Füllung 135 umfassen beispielsweise Kupfer,
Gold, Silber, Nickel oder Wolfram. Durch das Füllen mit der leitenden Füllung 135 wird ein Höhenausgleich außerhalb der lichtemittierenden Vorrichtungen 15 geschaffen. Alternativ kann, wie in Fig. 3B gezeigt ist, der Höhenausgleich auch durch einen Isolator wie beispielsweise Si02, Spin-on-Glas (SOG), Vergussmasse bzw. Mold-Compound oder andere geeignete isolierende Materialien erfolgen. Beispielsweise kann das iso lierende Material nach Abscheiden der leitenden Füllung 135 in dem Anschlussgraben 116 aufgebracht werden. Nach dem Abschei den des isolierenden Materials kann ein Planarisierungsschritt erfolgen, z.B. durch chemisch-mechanisches Polieren (CMP, „Chemical mechanical polishing").
Nachfolgend wird, wie in Fig. 4G veranschaulicht, eine Passi vierungsschicht 137 aufgebracht. Weiterhin werden Öffnungen in der Passivierungsschicht 137 ausgebildet. Anschließend wird leitendes Material in die Öffnungen eingefüllt. Dadurch bildet sich im Bereich des Anschlussgrabens 116 das erste Kontaktele ment 125 aus. Weiterhin werden über den Mesas 114 jeweils die zweiten Kontaktelemente 130 ausgebildet. Beispielsweise kann das elektrisch leitfähige Material zur Ausbildung der ersten und zweiten Kontaktelemente 125, 130 Gold, Kupfer oder Nickel umfassen. Weiterhin kann ein CMP (Chemisch-Mechanisch-Polier Verfahren) durchgeführt werden. Auf diese Weise wird eine sehr plane Oberfläche des Werkstücks 108 erreicht. Entsprechend ist es möglich, das Werkstück 108 in einem nachfolgenden Schritt mit einem Schaltungssubstrat 140, in dem eine Vielzahl von Schaltungen 142i, 1422, ··· 142n ausgeführt ist, zu verbinden.
Wie in Fig. 4G gezeigt ist, ist auf einer Seite des Schal tungssubstrats 140, die dem Werkstück 108 zugewandt ist, ein erster Anschlussbereich 145 angeordnet. Weiterhin sind auf dieser Seite eine Vielzahl von zweiten Anschlussbereichen 146i, 1462.... 146n angeordnet. Die ersten und zweiten Anschlussberei¬ che können beispielsweise aus Gold, Kupfer oder Nickel herge¬ stellt sein. Die Schaltungen 142i, 1422, ··· 142n können dabei jeweils eineindeutig mit den zweiten Kontaktelementen 130i,
1302....130n in der Weise verbunden werden, dass eine Schaltung genau eine lichtemittierende Vorrichtung ansteuert. Gemäß wei¬ teren Ausführungsformen kann eine der Schaltungen 142i auch derart mit einem zugehörigen zweiten Kontaktelement verbunden sein, dass eine Gruppe von lichtemittierenden Vorrichtungen durch die Schaltung 142i angesteuert wird.
Das Werkstück 108 kann prinzipiell durch ein Chip-to-Wafer-, Wafer-to-Wafer- oder Dünnfilm-Transfer-Verfahren wie bei¬ spielsweise m-Transfer-Printing mit einer Ansteuerschaltung 142 oder einer Anordnung von Ansteuerschaltungen 142i, 1422,... 142n verbunden werden. Beispielsweise kann die Anordnung von Ansteuerschaltungen 142i, 1422, ...142n auf Waferebene mit dem Werkstück verbunden werden. Die Verbindung kann beispielsweise durch ein hybrides Direkt-Bond-Verfahren, Thermokompressions- bonden oder strukturierte Lotmetalle erfolgen.
Beispielsweise kann das Wachstumssubstrat 100 durch Schlei¬ fen/Polieren, durch ein Nass- oder Trockenätzen oder durch ei ne Kombination dieser Verfahren entfernt werden.
Als Folge kann beispielsweise das optoelektronische Halblei¬ terbauelement, das in den Figuren 2A, 2B, 3A, 3B, 2C, 2D ge zeigt ist, erhalten werden.
Fig. 5 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen. Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelements mit einer Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen, umfasst das Ausbilden (S100) eines ersten Re sonatorspiegels, eines zweiten Resonatorspiegels sowie einer aktiven Zone zwischen dem ersten und dem zweiten Resonator spiegel. Die aktive Zone ist geeignet, elektromagnetische Strahlung zu emittieren. Das Verfahren umfasst ferner das Aus bilden (S130) eines zweiten Kontaktelements. Die zweiten Kon taktelemente und ein erstes Kontaktelement, das mit einer ers ten Halbleiterschicht von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, sind von einer ersten Hauptoberfläche der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar, und die zweiten Kontaktelemente sind jeweils einzeln ansteuerbar. Hier kann zunächst der erste Resonatorspiegel, sodann die aktive Zone und schließlich der zweite Resonatorspiegel ausgebildet werden. Gemäß weiteren Ausgestaltungen kann zunächst der zweite Resonatorspiegel, dann die aktive Zone und schließlich der erste Resonatorspie gel ausgebildet werden.
Fig. 6 zeigt eine elektronische Vorrichtung 20 gemäß Ausfüh rungsformen. Die elektronische Vorrichtung 20 umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 wie vorstehend be schrieben. Beispielsweise kann die elektronische Vorrichtung ein Sensor sein, beispielsweise ein Sensor zur Gesichtserken nung oder zur Abstandsmessung beim autonomen Fahren. Gemäß Ausführungsformen kann die elektronische Vorrichtung 20 noch eine geeignete Detektoreinrichtung 25 umfassen. Beispielsweise kann von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement 10 emit tierte elektromagnetische Laserstrahlung von dem Objekt 200 reflektiert werden. Die reflektierte Strahlung kann von dem Detektor 35 detektiert werden. Das Objekt 200 kann beispiels weise ein Gesicht oder ein Fahrzeug oder auch eine Linse eines Mobiltelefons oder anderen elektronischen Geräts sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Objekt 200 auch ein ande res sein. Die elektronische Vorrichtung 20 kann weiterhin eine Schal tung 35 zur Verarbeitung der gewonnenen Messergebnisse umfas sen. Beispielsweise kann die Schaltung 35 geeignet sein, die einzelnen Schaltungen 142i, 1422, ··· 142n des optoelektroni schen Halbleiterbauelements zu steuern oder Steuerungssignale von diesen zu empfangen. Weiterhin kann die Schaltung 35 Sig nale von der Sensoreinrichtung 25 erhalten und aus diesen Sig nalen Informationen gewinnen, bzw. diese Signale weiterverar beiten. Beispielsweise kann die elektronische Vorrichtung 20 ein ToF-Sensor („Time of flight") oder ein anderer Sensor zur Erzeugung von 3-d Informationen über ein Objekt sein. Dadurch, dass wie vorstehend beschrieben worden ist, Einzel-Laser oder Gruppen von Lasern so gesteuert werden können, dass sie ge zielt unterschiedliche Raumrichtungen bestrahlen, kann die räumliche Auflösung des Detektors erhöht werden und/oder der Detektor deutlich vereinfacht werden. Insbesondere kann gemäß Ausführungsformen der Detektor sogar nur eine einzige licht empfindliche Fläche aufweisen und durch die sequenzielle Bestromung der optoelektronischen Vorrichtungen dennoch ein räumliches Bild aufzeichnen.
Als Folge können die Kosten des Systems deutlich verringert werden und auch der Bauraum weiter verkleinert werden. Auf grund der kompakten Bauweise kann die elektronische Vorrich tung 20 günstig in mobilen Endgeräten wie beispielsweise Mo biltelefonen, PDA's („personal digital assistent") und anderen eingesetzt werden. Weiterhin kann die elektronische Vorrich tung 20 einfach in die Außenhaut eines Fahrzeugs integriert werden.
Obwohl hierin spezifische Aus führungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt.
Im Folgenden werden diverse Vorrichtungen und Anordnungen als auch ein Herstellungsverfahren als Absätze aufgelistet. Die folgenden Absätze stellen verschiedene Aspekte und Umsetzungen der vorgeschlagenen Prinzipien und Konzepte dar, die in ver schiedenen Arten und Weisen kombiniert werden können. Derarti ge Kombinationen sind nicht auf die nachfolgend angegebenen beschränkt :
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer
Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen (15), die je weils einen ersten Resonatorspiegel (115), einen zweiten Resonatorspiegel (120) sowie eine aktive Zone (110), die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120) angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren, sowie ein zweites Kontaktelement (130) umfassen, wobei die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontak telement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittierenden Vor richtungen (15) elektrisch verbunden ist, von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar sind, und mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente (130) je weils einzeln ansteuerbar sind. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Ab¬ satz 1, ferner mit einer Anordnung von Schaltungen (142 ,
1422,...142n), die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktele¬ mente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) anzu steuern.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Ab¬ satz 2, bei dem die Anordnung von Schaltungen (142 ,
1422,...142n) in einem Schaltungssubstrat (140) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Ab¬ satz 3, bei dem das Schaltungssubstrat (140) angrenzend an die erste Hauptoberfläche (101) angeordnet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Absätze, bei dem der erste Leitfähigkeits¬ typ der p-Leitfähigkeitstyp ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Absätze, ferner mit einer Vielzahl von op tischen Elementen (153i, 1532,...153n), die auf einer von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der lichtemit¬ tierenden Vorrichtungen (15) angeordnet sind, wobei mindestens zwei der optischen Elemente (153i, 1532,...153n) jeweils unter¬ schiedlich ausgebildet sind, so dass emittierte Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert wird.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Ab¬ satz 6, bei dem die optischen Elemente (153i, 1532,...153n) von einer zweiten Hauptoberfläche (102) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) beabstandet angeordnet sind.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach Ab¬ satz 6 oder 7, bei dem optoelektronische Vorrichtungen (15), an die jeweils unterschiedliche optische Elemente (153i,
1532,...153n) angrenzen, jeweils einzeln ansteuerbar sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Absätze, ferner mit einer ersten Kontakt schicht (118), die mit der ersten Halbleiterschicht (111) ver bunden ist, wobei die erste Kontaktschicht (118) zwischen der aktiven Zone (110) und dem ersten Resonatorspiegel (115) ange ordnet ist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Absätze, ferner mit ersten Verbindungslei tungen (149), die geeignet sind, die erste Halbleiterschicht (111) von benachbarten lichtemittierenden Vorrichtungen (15) miteinander zu verbinden.
11. Elektronische Vorrichtung (20) mit dem optoelektroni schen Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Absätze und einem Detektor (200).
12. Elektronische Vorrichtung nach Absatz 11, bei der der Detektor (200) eine einzige lichtempfindliche Fläche (210) aufweist .
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) mit einer Vielzahl von lichtemit tierenden Vorrichtungen, umfassend:
Ausbilden (S100) eines ersten Resonatorspiegels (115), eines zweiten Resonatorspiegels (120) sowie einer aktiven Zone (110) zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120), wobei die aktive Zone (110) geeignet ist, elektro magnetische Strahlung (30) zu emittieren, sowie
Ausbilden (S130) einer Vielzahl von zweiten Kontaktele menten (130), wobei die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit einer ersten Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp der lichtemittieren den Vorrichtungen elektrisch verbunden ist, von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) kontaktierbar sind und die zweiten Kontaktelemente (130) jeweils einzeln an steuerbar sind. 14. Verfahren nach Absatz 13 ferner mit Aufbringen eines
Schaltungssubstrats (140), in dem eine Anordnung von Schaltun gen (1421, 1422,...142n) , die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen an zusteuern, angeordnet ist, über der ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen.
15. Verfahren nach Absatz 14, bei dem der erste und der zweite Resonatorspiegel (115, 120) sowie die aktive Zone (110) über einem Wachstumssubstrat (100) aufgewachsen werden, wel- ches nach Aufbringen des Schaltungssubstrats (140) entfernt wird.
BEZUGSZEICHENLISTE
10 Optoelektronisches Halbleiterbauelement
15 lichtemittierende Vorrichtung
20 elektronische Vorrichtung
25 Sensoreinrichtung
30 emittierte Strahlung
35 Verarbeitungseinrichtung
100 Wachstumssubstrat
101 erste Hauptoberfläche
102 zweite Hauptoberfläche
105 Verbindungsmaterial
107 Handhabungsträger
108 Werkstück
110 aktive Zone
111 erste Halbleiterschicht
112 zweite Halbleiterschicht
113 Trenngraben
114 Mesa
115 erster Resonatorspiegel
116 Anschlussgraben
118 erste Kontaktschicht
120 zweiter Resonatorspiegel
123 Schichtstapel
124 erstes Verbindungselement
125 erstes Kontaktelement
126 vergrabene isolierende Schicht
127 Apertur
129 zweites Verbindungselement
130, 130i, 1302,...130n zweites Kontaktelement
132 Passivierungsschicht
135 leitende Füllung
137 isolierende Schicht
140 Schaltungssubstrat 142i, 1422,...142n Schaltung
145i, 1452,...145n zweiter Anschlussbereich
146 erster Anschlussbereich
147 gemeinsame Anschlussleitung
149 erste Verbindungsleitung
151 isolierendes Material
152 Abstandshalter
153i, 1532,...153n optisches Element
154 transparenter Träger
155 Luftspalt
156 Schicht zur Strahlformung
157 Isolationsmaterial
200 Detektor
210 lichtempfindliche Fläche

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) mit einer
Vielzahl von lichtemittierenden Vorrichtungen (15), die je weils oder gemeinsam einen ersten Resonatorspiegel (115) aufweisen und je weils einen zweiten Resonatorspiegel (120) sowie eine aktive Zone (110), die zwischen dem ersten und dem zweiten Resonatorspiegel (115, 120) angeordnet ist und welche geeignet ist, elektromagnetische Strahlung (30) zu emittieren, eine erste Halbleiterschicht (111) von einem erstem Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (112) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, sowie ein mit der zweiten Halbleiterschicht (112) verbundenes zweites Kontaktelement (130) umfassen, wobei die zweiten Kontaktelemente (130) und ein erstes Kontaktelement (125), das mit den ersten Halbleiterschichten (111) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) elektrisch verbunden ist, von einer ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen kontaktierbar sind, wobei die ersten Halbleiterschichten (111) auf einer von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der ak tiven Zonen (110) angeordnet sind und auf der von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der aktiven Zonen (110) elektrisch miteinander verbunden sind, wobei die lichtemittierenden Vorrichtungen eingerichtet sind, erzeugte Laserstrahlung (30) via einer auf der von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der aktiven Zo nen (110) angeordneten zweiten Hauptoberfläche (102) auszukop peln, und mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente (130) je- weils einzeln ansteuerbar sind. 2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An¬ spruch 1, ferner mit einer Anordnung von Schaltungen (142 ,
1422,...142n), die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktele¬ mente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) anzu steuern.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An¬ spruch 2, bei dem die Anordnung von Schaltungen (142 ,
1422,...142n) in einem Schaltungssubstrat (140) angeordnet ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An¬ spruch 3, bei dem das Schaltungssubstrat (140) angrenzend an die erste Hauptoberfläche (101) angeordnet ist.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leitfähig keitstyp der p-Leitfähigkeitstyp ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer Vielzahl von optischen Elementen (153i, 1532,...153n), die auf einer von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der lichtemit¬ tierenden Vorrichtungen (15) angeordnet sind, wobei mindestens zwei der optischen Elemente (153i, 1532,...153n) jeweils unter¬ schiedlich ausgebildet sind, so dass emittierte Strahlung in jeweils unterschiedliche Raumrichtungen emittiert wird.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An¬ spruch 6, bei dem die optischen Elemente (153i, 1532,...153n) von der zweiten Hauptoberfläche (102) der lichtemittierenden Vor richtungen (15) beabstandet angeordnet sind.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 6 oder 7, bei dem optoelektronische Vorrichtungen (15), an die jeweils unterschiedliche optische Elemente (153i,
1532,...153n) angrenzen, jeweils einzeln ansteuerbar sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement einem der An sprüche 6 bis 8, wobei die optischen Elemente (153i, 1532, ..., 153n) einen gemeinsamen transparenten Träger (154) aufweisen, so dass sie ein Multilinsenarray ausbilden.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit einer ersten Kontakt schicht (118), die zwischen den aktiven Zonen (110) der licht emittierenden Vorrichtungen (15) und dem oder den ersten Re sonatorspiegeln (115) der lichtemittierenden Vorrichtungen
(15) angeordnet ist und die ersten Halbleiterschichten (111) elektrisch miteinander verbindet.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit ersten Verbindungs leitungen (149), die die ersten Halbleiterschichten (111) von benachbarten lichtemittierenden Vorrichtungen (15) elektrisch miteinander verbinden.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 11, wobei die Verbindungsleitungen (149) auf der zwei ten Hauptoberfläche (102) angeordnet sind.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit zwischen den licht emittierenden Vorrichtungen (15) angeordneten Trenngräben (113).
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 13, wobei die Trenngräben (113) mit einem Material, insbesondere einem isolierenden Material, gefüllt sind.
15. Optoelektronische Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, wobei die lichtemittierenden Vorrichtungen einen gemeinsamen ersten Resonatorspiegel (115) aufweisen, der nicht von den Trenngräben (113) durchtrennt ist.
16. Elektronische Vorrichtung (20) mit dem optoelektroni schen Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem Detektor (200).
17. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der der Detektor (200) eine einzige lichtempfindliche Fläche (210) aufweist .
18. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, umfassend :
Ausbilden (S100) des oder der ersten Resonatorspiegel (115), der zweiten Resonatorspiegel (120), der aktiven Zonen
(110) zwischen den ersten und den zweiten Resonatorspiegeln (115, 120) sowie der ersten Halbleiterschichten (111) und der zweiten Halbleiterschichten (112) der lichtemittierenden Vor richtungen (15), so dass die lichtemittierenden Vorrichtungen eingerichtet sind, erzeugte Laserstrahlung (30) via einer auf der von der ersten Hauptoberfläche (101) abgewandten Seite der aktiven Zonen (110) angeordneten zweiten Hauptoberfläche (102) auszukoppeln, elektrisches Verbinden der ersten Halbleiterschichten
(111) auf einer von der ersten Halbleiteroberfläche (101) ab gewandten Seite der aktiven Zonen (105), Ausbilden (S130) der zweiten Kontaktelemente (130), so wie des ersten Kontaktelements (125), so dass mindestens zwei der zweiten Kontaktelemente (130) jeweils einzeln ansteuerbar sind, das erste Kontaktelement mit den ersten Halbleiter- schichten (111) der lichtemittierenden Vorrichtungen elektrisch verbunden ist und so dass die ersten und zweiten Kontaktelemente von der ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen (15) kontaktierbar sind. 19. Verfahren nach Anspruch 18 ferner mit Aufbringen eines
Schaltungssubstrats (140), in dem eine Anordnung von Schaltun gen (1421, 1422,...142n) , die jeweils geeignet sind, die zweiten Kontaktelemente (130) der lichtemittierenden Vorrichtungen an zusteuern, angeordnet ist, über der ersten Hauptoberfläche (101) der lichtemittierenden Vorrichtungen.
20. Verfahren nach Anspruch 19, bei dem die ersten und die zweiten Resonatorspiegel (115, 120) sowie die aktive Zone (110) über einem Wachstumssubstrat (100) aufgewachsen werden, welches nach Aufbringen des Schaltungssubstrats (140) entfernt wird.
PCT/EP2020/083202 2019-12-04 2020-11-24 Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einzeln ansteuerbaren kontaktelementen und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements WO2021110478A1 (de)

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