Beschreibung

OPTOELEKTRONISCHER HALBLEITERCHIP UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERCHIPS

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen besonders effizienten optoelektronischen Halbleiterchip

bereitzustellen. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen

optoelektronischen Halbleiterchips anzugeben.

Zunächst wird ein optoelektronischer Halbleiterchip

angegeben. Der Halbleiterchip kann beispielsweise in

Leuchtdioden oder SSL- oder SMT-Bauelementen oder als

Laserdiodenchip eingesetzt werden. Der Halbleiterchip eignet sich beispielsweise für den Einsatz in Videoleinwänden oder in Scheinwerfern, insbesondere Frontscheinwerfern, für

Fahrzeuge. Ferner eignet sich der Halbleiterchip für

Sensoren, wie 3D-Sensoren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterchips umfasst dieser eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge ist bevorzugt zusammenhängend, insbesondere einfach zusammenhängend, ausgebildet.

Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem

Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein

Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, wie Al _n In _] __ _n-m Ga _m N, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie

Al _n In _] __ _n-m Ga _m P, oder um ein Arsenid-

Verbindungshalbleitermaterial , wie Al _n In _] __ _n-m Ga _m As oder Al _n In _] __ _n-m Ga _m AsP, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und m + n < 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge

Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen

Bestandteile des Kristallgitters der

Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN.

Eine laterale Ausdehnung des Halbleiterchips, gemessen entlang der Haupterstreckungsebene der

Halbleiterschichtenfolge, ist beispielsweise höchstens 5 % oder höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

optoelektronische Halbleiterchip mehrere Halbleiterstrukturen mit jeweils einem aktiven Bereich. Die aktiven Bereiche umfassen insbesondere jeweils wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- QuantentopfStruktur, kurz MQW. Neben dem aktiven Bereich umfassen die Halbleiterstrukturen bevorzugt jeweils zwei Halbleiterabschnitte, zwischen denen der aktive Bereich angeordnet ist. Die Halbleiterabschnitte auf

unterschiedlichen Seiten des aktiven Bereichs können

unterschiedlich dotiert sein. Der aktive Bereich der Halbleiterstrukturen ist zum Beispiel jeweils dreidimensional geformt. Eine Grenzfläche zwischen dem aktiven Bereich und einem angrenzenden

Halbleiterabschnitt ist zum Beispiel nicht durchgehend eben, sondern beispielsweise gekrümmt oder weist Kanten auf. Die Grenzfläche hat zum Beispiel die Form der Mantelfläche eines Kegels oder eines Kegelstumpfes oder einer Pyramide oder eines Pyramidenstumpfes.

Das Halbleitermaterial der Halbleiterstrukturen kann auf dem gleichen III-V-Verbindungshalbleitermaterial basieren wie die Halbleiterschichtenfolge. Lediglich die genaue

stöchiometrische Zusammensetzung der Halbleiterstrukturen unterscheidet sich dann beispielsweise von der der

Halbleiterschichtenfolge .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die aktiven

Bereiche jeweils zur Emission und/oder Absorption von

elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Insbesondere sind die aktiven Bereiche zur Emission und/oder Absorption im sichtbaren Spektralbereich oder im nahen UV-Bereich oder im nahen infraroten Bereich eingerichtet. Beispielsweise sind die aktiven Bereiche zur Emission und/oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung in einem Bereich zwischen einschließlich 350 nm und 850 nm eingerichtet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform hängen die aktiven Bereiche unterschiedlicher Halbleiterstrukturen nicht zusammen. Das heißt, die aktiven Bereiche unterschiedlicher Halbleiterstrukturen sind voneinander getrennt und

voneinander beabstandet. Bevorzugt hängen auch die

Halbleiterstrukturen untereinander nicht zusammen, sondern sind voneinander getrennt und beabstandet. Die Halbleiterstrukturen oder eine Teilmenge der

Halbleiterstrukturen können beispielsweise in einer Ebene parallel zu einer Haupterstreckungsebene der

Halbleiterschichtenfolge nebeneinander angeordnet sein.

Beispielsweise sind die Halbleiterstrukturen regelmäßig oder unregelmäßig entlang dieser Ebene angeordnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen jeweils als Nanorod oder als Mikrorod, zu Deutsch Nanostab oder Mikrostab, ausgebildet. Die

Halbleiterstrukturen sind also längliche Strukturen mit einem Aspektverhältnis von zumindest 1 oder zumindest 1,3 oder zumindest 2, wobei das Aspektverhältnis als Verhältnis von Länge zu Durchmesser definiert ist. Das Aspektverhältnis ist zum Beispiel höchstens 10 oder höchstens 5. Nanorods haben einen Durchmesser von zum Beispiel zumindest 10 nm und höchstens 1 ym. Mikrorods haben zum Beispiel einen

Durchmesser von mehr als 1 ym und zum Beispiel höchstens 10 ym. Die Nanostäbe oder Mikrostäbe können beispielsweise jeweils die Form eines viereckigen oder sechseckigen

Obelisken oder einer Pyramide oder eines Kegels oder eines Zylinders aufweisen. Längsachsen der Halbleiterstrukturen verlaufen beispielsweise im Rahmen der Herstellungstoleranz alle parallel zueinander. Die Längsachsen der

Halbleiterstrukturen verlaufen im Rahmen der

Herstellungstoleranz bevorzugt senkrecht zur

Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge.

Die Nanorods oder Mikrorods können insbesondere in einer Kern-Hüllen-Struktur ausgebildet sein. Das heißt, ein

Halbleiterabschnitt bildet einen Kern, der von dem aktiven Bereich zumindest teilweise ummantelt ist. Der aktive Bereich wiederum ist von einem weiteren Halbleiterabschnitt in Form einer Schicht ummantelt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen in der Halbleiterschichtenfolge

eingebettet oder vergraben. Insbesondere sind die

Halbleiterstrukturen epitaktisch mit der

Halbleiterschichtenfolge überwachsen. Die

Halbleiterstrukturen sind beispielsweise in alle lateralen Richtungen, parallel zur Haupterstreckungsebene der

Halbleiterschichtenfolge, oder in alle Raumrichtungen

vollständig von der Halbleiterschichtenfolge umgeben.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der

optoelektronische Halbleiterchip eine

Halbleiterschichtenfolge und mehrere Halbleiterstrukturen mit jeweils einem aktiven Bereich. Die aktiven Bereiche sind jeweils zur Emission und/oder Absorption von

elektromagnetischer Strahlung eingerichtet. Die aktiven

Bereiche unterschiedlicher Halbleiterstrukturen hängen nicht zusammen. Die Halbleiterstrukturen sind jeweils als Nanorod oder als Mikrorod ausgebildet. Die Halbleiterstrukturen sind in der Halbleiterschichtenfolge eingebettet.

Der vorliegenden Erfindung liegt insbesondere die Idee zu Grunde, aktive oder passive Halbleiterstrukturen in einer Halbleiterschichtenfolge zu vergraben. Als passive Strukturen können die Halbleiterstrukturen zum Beispiel

Konversionselemente sein. Als aktive Strukturen sind die Halbleiterstrukturen zur intrinsischen Erzeugung von

elektromagnetischer Strahlung eingerichtet und können

beispielsweise verschiedene Pixel eines Halbleiterchips bilden. Durch das Einbetten der Halbleiterstrukturen in der Halbleiterschichtenfolge ist eine finale Verkapselungsschicht für die Halbleiterstrukturen nicht notwendig. Auch für die thermischen Eigenschaften ist das Einbetten der

Halbleiterstrukturen vorteilhaft .

Durch Einstellen der Dichte der Halbleiterstrukturen kann die Intensität oder der Farbort des Halbleiterchips eingestellt werden. Außerdem können die Halbleiterstrukturen mit der Halbleiterschichtenfolge überwachsen sein. Beim Wachstum der Halbleiterschichtenfolge wirken sich die Halbleiterstrukturen positiv im Hinblick auf die Reduktion von Gitterdefekten aus. Die Halbleiterstrukturen können beispielsweise wie ein PSS (Patterned Saphire Substrate) wirken. Durch das Einstellen der Durchmesser der Halbleiterstrukturen kann die Wellenlänge der von den Halbleiterstrukturen emittierten oder

absorbierten Strahlung eingestellt werden. Details dazu sind beispielsweise dem Papier „Full-Color Single Nanowire Pixels for Projection Displays" Yong-Ho Ra et al . , Nano Lett . , 2016, 16 (7), pp 4608-4615 zu entnehmen, dessen Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen Konversionselemente. In diesem Fall sind die Halbleiterstrukturen also passive Elemente.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die

Halbleiterschichtenfolge eine aktive Schicht, die im

bestimmungsgemäßen Betrieb eine Primärstrahlung erzeugt oder absorbiert. Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine QuantentopfStruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs, kurz SQW, oder in Form einer Multi- QuantentopfStruktur, kurz MQW. Die aktive Schicht kann im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV- Bereich oder im IR-Bereich erzeugen oder absorbieren. Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge kann

zusammenhängend ausgebildet sein. Eine laterale Ausdehnung der aktiven Schicht beträgt beispielsweise zumindest 95 % der lateralen Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Konversionselemente dazu eingerichtet, die Primärstrahlung in eine Sekundärstrahlung zu konvertieren oder eine

Sekundärstrahlung in die Primärstrahlung zu konvertieren. Die Primärstrahlung und die Sekundärstrahlung umfassen

unterschiedliche Wellenlängenbereiche. Dazu absorbieren die Halbleiterstrukturen die Primärstrahlung. Durch eine

Rekombination der aus der Absorption entstehenden Elektron- Loch-Paare in dem aktiven Bereich wird die Sekundärstrahlung emittiert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen mit der Halbleiterschichtenfolge

epitaktisch überwachsen. Dabei handelt es sich nicht nur um ein Verfahrensmerkmal, sondern ebenso um ein gegenständliches Merkmal, welches am fertigen Halbleiterchip nachgewiesen werden kann. Insbesondere ist zwischen den

Halbleiterstrukturen und der Halbleiterschichtenfolge in diesem Fall kein Verbindungsmaterial, wie beispielsweise ein Klebstoff, angeordnet, sondern die beiden Komponenten grenzen direkt aneinander.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen zwischen der aktiven Schicht und einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Auf dem Aufwachssubstrat ist die Halbleiterschichtenfolge

gewachsen. Das Aufwachssubstrat ist Teil des Halbleiterchips. Das Aufwachssubstrat kann Saphir sein. Beispielsweise handelt es sich bei dem Halbleiterchip dann um einen so genannten Saphir-Chip oder einen Flip-Chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Halbleiterchip frei von einem Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge. Nach dem Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf einem Aufwachssubstrat ist das Aufwachssubstrat also abgelöst worden. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich insbesondere um einen Dünnfilm-Chip.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterchip einen Träger, auf dem die

Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Der Träger

unterscheidet sich von dem Aufwachssubstrat . Der Träger stabilisiert insbesondere die Halbleiterschichtenfolge. Der Träger kann elektrisch leitend sein. Bei dem Träger kann es sich um einen Silizium-Träger handeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die aktive Schicht zwischen dem Träger und den Halbleiterstrukturen angeordnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform verjüngen sich die Halbleiterstrukturen jeweils entlang einer Längsachse der Halbleiterstruktur. Beispielsweise verjüngen sich die

Halbleiterstrukturen alle entlang derselben Richtung. Zum Beispiel verjüngen sich alle Halbleiterstrukturen in Richtung hin oder alle in Richtung weg von der aktiven Schicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst der

Halbleiterchip eine Mehrzahl von einzeln und unabhängig ansteuerbaren Pixeln. Ein angesteuertes Pixel emittiert oder absorbiert elektromagnetische Strahlung. Bei dem

Halbleiterchip handelt es sich dann um einen pixelierten Halbleiterchip .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind unterschiedlichen Pixeln unterschiedliche Halbleiterstrukturen zugeordnet.

Beispielsweise sind einem Pixel jeweils zwei, als

Konversionselemente ausgebildete Halbleiterstrukturen

zugeordnet, die die Primärstrahlung der aktiven Schicht jeweils in unterschiedliche Sekundärstrahlungen konvertieren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die aktive

Schicht mehrere Erhebungen auf, wobei jeder Erhebung eine Halbleiterstruktur zugeordnet ist. Bei den Erhebungen handelt es sich insbesondere um Auswölbungen oder Ausstülpungen der aktiven Schicht, die sich senkrecht zu einer

Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht erstrecken. Die Erhebungen in der aktiven Schicht können beispielsweise durch das Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf den

Halbleiterstrukturen bedingt sein. Beispielsweise sind die Erhebungen durch so genannter V-Pits gebildet. Die V-Pits können dann jeweils einer Halbleiterstruktur zugeordnet sein. Durch die Erhebungen in der aktiven Schicht kann die

Leuchtdichte erhöht werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterstrukturen in einer Spiegelschicht der

Halbleiterschichtenfolge eingebettet. Die Spiegelschicht ist insbesondere ein Bragg-Spiegel aus mehreren

Halbleiterschichten. Die Spiegelschicht kann epitaktisch gewachsen sein. Zum Beispiel umfasst die Spiegelschicht eine Schicht aus n-dotiertem AlInN und eine Schicht aus GaN. Die Spiegelschicht ist bevorzugt ein Spiegel für die von der aktiven Schicht emittierte Primärstrahlung. Einzelne

Schichten der Spiegelschicht erfüllen zum Beispiel die l/4- Bedingung in Bezug auf die Primärstrahlung. Dadurch kann die Primärstrahlung vorteilhaft dazu gebracht werden, länger in der Spiegelschicht zu verweilen, was wiederum die

Konversionswahrscheinlichkeit durch die Konversionselemente erhöht .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind zumindest einige Halbleiterstrukturen lateral neben der aktiven Schicht angeordnet. Insbesondere sind diese Halbleiterstrukturen in einer gleichen Ebene wie die aktive Schicht angeordnet. Die Halbleiterstrukturen lateral neben der aktiven Schicht dienen insbesondere zur Konversion der seitlich emittierten

PrimärStrahlung .

Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge ist

beispielsweise in eine Mehrzahl von Pixel strukturiert, wobei im Bereich zwischen je zwei Pixeln Halbleiterstrukturen in einer gemeinsamen Ebene mit der aktiven Schicht angeordnet sind .

Weitere Halbleiterstrukturen können über oder unter der aktiven Schicht in einer anderen Ebene als die aktive Schicht angeordnet sein.

Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Das Verfahren eignet sich insbesondere dazu, einen wie eben beschriebenen Halbleiterchip herzustellen. Alle im Zusammenhang mit dem optoelektronischen Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind daher auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips einen Schritt A) , in dem ein Aufwachssubstrat mit einer

Wachstumsseite bereitgestellt wird. In einem Schritt B) werden Halbleiterstrukturen mit jeweils einem aktiven Bereich auf der Wachstumsseite aufgewachsen, insbesondere epitaktisch aufgewachsen . In einem Schritt C) wird eine

Halbleiterschichtenfolge auf der Wachstumsseite aufgewachsen, insbesondere epitaktisch aufgewachsen . Dabei ist jede

Halbleiterstruktur ein Nanorod oder ein Mikrorod. Die aktiven Bereiche der Halbleiterstrukturen sind jeweils zur Emission und/oder Absorption von elektromagnetischer Strahlung

eingerichtet. Die aktiven Bereiche unterschiedlicher

Halbleiterstrukturen hängen nicht zusammen. Die

Halbleiterstrukturen werden bei dem Verfahren in der

Halbleiterschichtenfolge eingebettet .

Die Schritte B) und C) werden bevorzugt abwechselnd

ausgeführt. Beispielsweise wird zuerst ein Teil der

Halbleiterschichtenfolge gewachsen, anschließend werden die Halbleiterstrukturen gewachsen, und daraufhin wird ein weiterer Teil der Halbleiterschichtenfolge gewachsen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Halbleiterstrukturen mit der Halbleiterschichtenfolge

überwachsen. Das heißt, die Halbleiterschichtenfolge wird auf den Halbleiterstrukturen gewachsen, wobei die

Halbleiterstrukturen bevorzugt ein Wachstum der

Halbleiterschichtenfolge mit einer geringeren Defektdichte bewirken. Zum Beispiel bewirken die Halbleiterstrukturen ein laterales Zusammenwachsen der Halbleiterschichtenfolge

(ELOG) . Nachfolgend werden ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip sowie ein hier beschriebenes Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen:

Figuren 1A, 1B, IC, IE, 3A, 3B, 5A, 5B, 9

Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Halbleiterchips in verschiedenen Ansichten,

Figuren 2A bis 21, 4A bis 4F, 6A bis 6E Positionen in

verschiedenen Ausführungsbeispielen des Verfahrens zur

Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips,

Figuren ID und 7 Ausführungsbeispiele von

Halbleiterstrukturen in Detailansichten,

Figuren 8A bis 8D Positionen in einem weiteren

Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips sowie ein

Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips.

In den Figuren 1A bis IC ist ein erstes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 in

perspektivischen Ansichten und Seitenansicht dargestellt. Der Halbleiterchip 100 umfasst ein Aufwachssubstrat 3, beispielsweise ein Saphirsubstrat. Auf dem Aufwachssubstrat 3 ist eine Hilfsschicht 13 gewachsen. Die Hilfsschicht 13 ist eine Halbleiterschicht und basiert beispielsweise auf GaN.

Auf der Hilfsschicht 13 sind Halbleiterstrukturen 21, 22 in Form von Nanorods oder Mikrorods gewachsen. Bei den

Halbleiterstrukturen 21, 22 handelt es sich um

Konversionselemente. Erste Halbleiterstrukturen 21

unterscheiden sich von zweiten Halbleiterstrukturen 22 beispielsweise hinsichtlich der Konversionseigenschaften. Die Halbleiterstrukturen 21, 22 basieren beispielsweise auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial .

Die Halbleiterstrukturen 21, 22 sind mit einer

Halbleiterschichtenfolge 1, die zum Beispiel auf AlInGaN basiert, überwachsen. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst eine erste Halbleiterschicht 11. Die erste Halbleiterschicht 11 ist zum Beispiel n-dotiert. Der ersten Halbleiterschicht 11 ist eine aktive Schicht 10 in Form eines

Multiquantentopfs, MQW, nachgeordnet. Der aktiven Schicht 10 wiederum ist eine zweite Halbleiterschicht 12, die zum

Beispiel p-dotiert ist, nachgeordnet.

Weiter ist in Figuren 1A bis IC ein erstes Kontaktelement 41 zur Kontaktierung der ersten Halbleiterschicht 11 und ein zweites Kontaktelement 42 zur Kontaktierung der zweiten

Halbleiterschicht 12 gezeigt. Beide Kontaktelemente 41, 42 sind auf einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet. Das erste

Kontaktelement 41 ist in einer Ausnehmung der

Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet, in der die erste

Halbleiterschicht 11 freigelegt ist. Die Kontaktelemente 41, 42 können mit Kontaktdrähten 43 von einer dem

Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite her kontaktiert werden. Bei dem Halbleiterchip 100 der Figuren 1A bis IC handelt es sich insbesondere um einen so genannten Saphir-Chip.

In der Figur ID ist eine Detailansicht einer ersten

Halbleiterstruktur 21 gezeigt. Zu erkennen ist, dass die erste Halbleiterstruktur 21 einen ersten Halbleiterabschnitt

211 in Form eines Kerns umfasst. Der erste

Halbleiterabschnitt 211 ist mit einem aktiven Bereich 210 ummantelt. Der aktive Bereich 210 dient zur Absorption und/oder Emission von elektromagnetischer Strahlung. Der aktive Bereich 210 ist von einem zweiten Halbleiterabschnitt

212 in Form einer Schicht ummantelt. Außerdem sind in der Figur 1 die Reste einer Maske 25 gezeigt, die zum Wachstum der ersten Halbleiterstrukturen 21 verwendet wurde.

In der Figur IE ist ein zweites Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Wiederum handelt es sich hier um einen Saphir-Chip. Anders als in den Figuren 1A bis IC sind die als Konversionselemente

ausgebildeten Halbleiterstrukturen 21, 22 nun auf einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite der aktiven Schicht 10 in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingebettet. Auf einer der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des

Aufwachssubstrats 3 ist ein Spiegel 7, beispielsweise ein Bragg-Spiegel , angeordnet. Ein solcher Spiegel 7 kann auch in dem Ausführungsbeispiel der Figuren 1A bis IC vorgesehen sein .

In den Figuren 2A bis 21 sind verschiedene Positionen in einem ersten Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur

Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips der

Figuren 1A bis IC gezeigt. In der Figur 2A ist zunächst ein Aufwachssubstrat 3 mit einer Hilfsschicht 13 bereitgestellt. Die Hilfsschicht 13 ist eine Halbleiterschicht und ist auf einer Wachstumsseite 31 des Aufwachssubstrats 3 epitaktisch aufgewachsen .

In der Figur 2B ist eine erste Halbleiterstruktur 21 in Form eines Nanorods oder Mikrorods auf der Wachstumsseite 31 des Aufwachssubstrats 3 aufgewachsen . Dazu wurde zunächst eine Maske 25 auf die Wachstumsseite 31 aufgebracht. Die Maske 25 kann beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden

Material, zum Beispiel mit einem Fotolackmaterial und/oder mit einem Siliziumoxid und/oder mit einem Siliziumnitrid, gebildet sein. Anschließend wurde die Maske 25 strukturiert, indem Löcher in die Maske 25 eingebracht wurden. Die Größe der Löcher in der Maske 25 definiert dabei den Durchmesser der später entstehenden Halbleiterstrukturen. Innerhalb der Löcher wurden dann die ersten Halbleiterstrukturen 21 gewachsen. Dies sind zum Beispiel grüne Konversionselemente.

In der Figur 2C ist die Maske 25 erneut mit Löchern

strukturiert. Innerhalb der zusätzlichen Löcher sind zweite Halbleiterstrukturen 22 wieder in Form von Nanorods oder Mikrorods gewachsen. Für die zweiten Halbleiterstrukturen 22 sind beispielsweise die Durchmesser anders gewählt als für die ersten Halbleiterstrukturen 21. Es handelt sich hier zum Beispiel um rote Konversionselemente. Die ersten

Halbleiterstrukturen 21 sind mit einer Passivierung 26, zum Beispiel Si02 oder SiN, überzogen. Anders als in Figur 2B und

2C dargestellt, können die ersten Halbleiterstrukturen 21 und die zweiten Halbleiterstrukturen 22 aber auch gleichzeitig gewachsen werden. In der Figur 2D ist die Position der Figur 2C nochmals in perspektivischer Ansicht und Querschnittsansicht dargestellt.

In den Figuren 2E bis 2G ist dargestellt, wie die

Halbleiterstrukturen 21, 22 zunächst mit einer ersten

Halbleiterschicht 11, anschließend einer aktiven Schicht 10 und daraufhin mit einer zweiten Halbleiterschicht 12

überwachsen werden, so dass eine Halbleiterschichtenfolge 1 entsteht, in der die Halbleiterstrukturen 21, 22 eingebettet sind. Die erste Halbleiterschicht 11 kann zum Beispiel eine Spiegelschicht, insbesondere einen Braggspiegel , umfassen oder daraus bestehen.

In den Figuren 2H und 21 ist gezeigt, wie die

Halbleiterschichten 11, 12 anschließend mit Kontaktelementen

41, 42 kontaktiert werden.

In den Figuren 3A und 3B ist ein zweites Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 dargestellt. Bei diesem Halbleiterchip 100 handelt es sich um einen so

genannten Flip-Chip. Die Kontaktelemente 41, 42 zur

Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 1 sind auf einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite der

Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet. Zwischen der

Halbleiterschichtenfolge 1 und den Kontaktelementen 41, 42 ist eine Kontaktschicht 6 zur Kontaktierung der zweiten

Halbleiterschicht 12 sowie ein Spiegel 7 angeordnet. Die Kontaktschicht 6 ist mit einer zweiten Elektrode 420

elektrisch leitend verbunden. Die erste Halbleiterschicht 11 ist über Durchkontaktierungen 411, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 12 und die aktive Schicht 10 erstrecken, mit einer ersten Elektrode 410 verbunden. Beide Elektroden 410, 420 sind auf derselben Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet. Auf den Elektroden 410, 420 ist eine Isolationsschicht 8 angeordnet. Durch die Isolationsschicht 8 hindurch sind die Elektroden 410, 420 mit den Kontaktelementen 41, 42 elektrisch leitend verbunden.

In den Figuren 4A bis 4F sind verschiedene Positionen eines Ausführungsbeispiels zur Herstellung des Halbleiterchips 100 der Figuren 3A und 3B gezeigt. Zunächst wird beispielsweise das Verfahren wie im Zusammenhang mit den Figuren 2A bis 2G erläutert durchgeführt. Die in der Figur 4A dargestellte Position schließt sich an die Position der Figur 2G an.

In der Figur 4A sind von einer dem Aufwachssubstrat 3

abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 her

Öffnungen in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingebracht, die sich durch die zweite Halbleiterschicht 12 und die aktive Schicht 10 bis hinein in die erste Halbleiterschicht 11 erstrecken und in der ersten Halbleiterschicht 11 münden. Anschließend werden auf die zweite Halbleiterschicht 12 eine Kontaktschicht 6, zum Beispiel aus Silber, (Figur 4B) und ein Spiegel 7, zum Beispiel aus Metall, (Figur 4C) aufgebracht. Die Öffnungen werden mit einem elektrisch leitenden Material, wie einem Metall, aufgefüllt (Figur 4C) . Dadurch entstehen Durchkontaktierungen 411 zur Kontaktierung der ersten

Halbleiterschicht 11. Auf den Spiegel 7 werden Elektroden 410, 420 aufgebracht (Figur 4D) . Die erste Elektrode 410 ist mit den Durchkontaktierungen 411 elektrisch leitend

verbunden. Die zweite Elektrode 420 ist über Löcher in dem Spiegel 7 mit der Kontaktschicht 6 elektrisch leitend

verbunden. In der Figur 4E ist auf die Elektroden 410, 420 eine Isolationsschicht 8 aufgebracht. Die Isolationsschicht 8 umfasst beispielsweise Siliziumoxid oder Siliziumnitrid. In der Figur 4F sind dann noch Kontaktelemente 41, 42 auf einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite der

Isolationsschicht 8 aufgebracht.

In den Figuren 5A und 5B ist ein drittes Ausführungsbeispiel des optoelektronischen Halbleiterchips 100 dargestellt.

Anders als in den vorherigen Ausführungsbeispielen ist nun das Aufwachssubstrat abgelöst. Dafür ist zusätzlich ein

Träger 5, beispielsweise einen Siliziumträger, auf eine der aktiven Schicht 10 abgewandten Seite der zweiten

Halbleiterschicht 12 aufgebracht. Zwischen der zweiten

Halbleiterschicht 12 und dem Träger 5 ist außerdem ein

Spiegel 7 vorgesehen, der gleichzeitig als zweite Elektrode 420 zur Kontaktierung der zweiten Halbleiterschicht 12 dient. Auf eine der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Seite der zweiten Elektrode 420 ist eine erste Elektrode 410

aufgebracht. Die beiden Elektroden 410, 420 sind durch eine Isolationsschicht 8 voneinander getrennt und elektrisch isoliert. Die erste Elektrode 410 ist über

Durchkontaktierungen 411, die sich durch die

Isolationsschicht 8, die zweite Elektrode 24, die zweite Halbleiterschicht 12 und die aktive Schicht 10 bis hinein in die erste Halbleiterschicht 11 erstrecken, mit der ersten Halbleiterschicht 11 elektrisch leitend verbunden. Auf der ersten Elektrode 410 ist der Träger 5 aufgebracht.

Auf einer der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten Seite des Trägers 5 ist ein erstes Kontaktelement 41 aufgebracht. Der Träger 5 ist in diesem Fall bevorzugt elektrisch leitend.

In die Halbleiterschichtenfolge 1 ist außerdem eine

Ausnehmung eingebracht, die sich von einer dem Träger 5 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 bis hin zur zweiten Elektrode 420 erstreckt. In der Ausnehmung ist ein zweites Kontaktelement 42 zur elektrischen Kontaktierung der zweiten Elektrode 420 vorgesehen. Das zweite Kontaktelement 42 kann von einer dem Träger 5 abgewandten Seite der

Halbleiterschichtenfolge 1 her mit einem Kontaktdraht 43 elektrisch kontaktiert werden (Figur 5B) .

In den Figuren 6A bis 6B sind verschiedene Positionen in einem Ausführungsbeispiel zur Herstellung des

optoelektronischen Halbleiterchips gemäß der Figuren 5A und 5B dargestellt. Zunächst wurde beispielsweise wiederum das Verfahren gemäß den Schritten 2A bis 2G ausgeführt. Die

Position der Figur 6A schließt sich an die Position der Figur 2G an .

In der Figur 6A sind zunächst Öffnungen in die

Halbleiterschichtenfolge 1 von einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite her in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingebracht. Außerdem ist ein Spiegel 7, der gleichzeitig eine zweite Elektrode 420 bildet, auf die zweite

Halbleiterschicht 12 aufgebracht. Dann wird auf den Spiegel 7 eine Isolationsschicht 8 aufgebracht (Figur 6B) . Auf die Isolationsschicht 8 wird eine erste Elektrode 410 aufgebracht (Figur 6C) . Außerdem sind die Öffnungen mit einem elektrisch leitenden Material aufgefüllt, das mit der ersten Elektrode 410 elektrisch leitend verbunden ist. Dadurch sind

Durchkontaktierungen 411 in der Halbleiterschichtenfolge 1 entstanden. In der Figur 6D ist auf die erste Elektrode 410 ein Träger 5 aufgebracht, der elektrisch leitend mit der ersten Elektrode 410 verbunden ist. Anschließend wird das Aufwachssubstrat 3 abgelöst (Figur 6E) .

In der Figur 7 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für die Halbleiterstrukturen dargestellt. Die Halbleiterstrukturen können Kern-Hülle-Stäbe sein, die zum Beispiel zylinderförmig, pyramidenförmig oder obeliskenförmig

ausgebildet sind. Die aktiven Bereiche 210 der

Halbleiterstrukturen können jeweils in Form eines

Multiquantentopfs ausgebildet sein.

Figur 8A zeigt eine erste Position in einem weiteren

Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips. Auf einem Aufwachsubstrat 3 ist ein erster Teil einer Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht 10 gewachsen.

In der Figur 8B ist eine zweite Position des Verfahrens gezeigt, bei dem die Halbleiterschichtenfolge zusammen mit der aktiven Schicht 10 strukturiert ist. Dabei ist in einigen Bereichen die aktive Schicht 10 entfernt. Dies wird

beispielsweise durch einen Ätzprozess unter Verwendung einer Ätzmaske erreicht.

In der dritten Position der Figur 8C sind

Halbleiterstrukturen 21, 22 in Form von Nanorods oder

Mikrorods auf dem Rest der Halbleiterschichtenfolge

gewachsen. Die Halbleiterstrukturen 21, 22 sind

Konversionselemente zur Konversion der von der aktiven

Schicht 10 emittierten Primärstrahlung. Die

Halbleiterstrukturen 21, 22 werden sowohl in den Bereichen aufgewachsen, in denen die aktive 10 entfernt wurde, als auch in den übrigen Bereichen. In den Bereichen, in denen die aktive Schicht 10 entfernt wurde, liegen die

Halbleiterstrukturen 21, 22 auf der gleichen Höhe wie die aktive Schicht 10 und liegen insbesondere in einer durch die aktive Schicht 10 definierten Ebene. In der Figur 8D ist eine vierte Position des Verfahrens gezeigt, in der die Halbleiterstrukturen 21, 22 mit weiterem Halbleitermaterial überwachsen sind und die

Halbleiterschichtenfolge 1 fertig gestellt ist. Figur 8D zeigt gleichzeitig ein Ausführungsbeispiel eines fertigen optoelektronischen Halbleiterchips 100.

Der Halbleiterchip 100 der Figur 8D umfasst eine segmentierte aktive Schicht 10. Jedes Segment der aktiven Schicht 10 stellt beispielsweise ein Pixel dar. Diese sind

beispielsweise einzeln und unabhängig ansteuerbar. Die von den Segmenten der aktiven Schicht 10 emittierte

Primärstrahlung wird durch die über den Segmenten

angeordneten Halbleiterstrukturen 21, 22 konvertiert. Die Halbleiterstrukturen 21, 22 lateral neben den Segmenten der aktiven Schicht 10 konvertieren die seitlich emittierte

PrimärStrahlung .

In der Figur 9 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterchips 100 gezeigt. Der

Halbleiterchip 100 umfasst nur eine einzige, zusammenhängende und unterbrechungsfreie aktive Schicht 10. Diese reicht aber nicht bis zu dem seitlichen Grenzen der

Halbleiterschichtenfolge 1, sondern ist lateral von

Halbleiterstrukturen 21, 22 umgeben, die seitlich emittierte Primärstrahlung konvertieren. Über der aktiven Schicht 10, auf einer dem Aufwachssubstrat 3 abgewandten Seite der aktiven Schicht 10, sind weitere Halbleiterstrukturen 21, 22 zur Konversion der emittierten Primärstrahlung vorgesehen.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 122 684.5, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben sind.

Bezugszeichenliste

I Halbleiterschichtenfolge

3 Aufwachssubstrat

6 Kontaktschicht

7 Spiegel

8 Isolationsschicht

10 aktive Schicht

II erste Halbleiterschicht

12 zweite Halbleiterschicht

13 Hilfsschicht

21 erstes Konversionselement

22 zweites Konversionselement

25 Maske

26 Passivierung

31 Wachstumsseite

41 erstes Kontaktelement

42 zweites Kontaktelement

43 Kontaktdraht

100 optoelektronischer Halbleiterchip

210 aktiver Bereich

211 Halbleiterschicht

212 Halbleiterschicht

410 erste Elektrode

411 Durchkontaktierung

420 zweite Elektrode