STRAHLUNGSEMITTIERENDER HALBLEITERCHIP UND VERFAHREN ZUR

HERSTELLUNG EINES STRAHLUNGSEMITTIERENDEN HALBLEITERCHIPS

Es werden ein strahlungsemittierender Halbleiterchip und ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip anzugeben, der besonders effizient betrieben werden kann. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen strahlungsemittierenden Halbleiterchips anzugeben.

Bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip handelt es sich zum Beispiel um einen Leuchtdiodenchip, der im Betrieb infrarotes Licht, farbiges oder weißes Licht beliebiger Farbtemperatur abstrahlt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen ersten dotierten Bereich. Der erste dotierte Bereich ist mit einem dotierten Halbleitermaterial gebildet. Beispielsweise handelt es sich bei dem Halbleitermaterial des ersten dotieren Bereichs sowie bei dem Halbleitermaterial der nachfolgenden Bereiche jeweils um ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Insgesamt kann es sich bei dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip dann um einen Halbleiterchip handeln, der auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial basiert. Ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial weist wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe, wie beispielsweise B,

Al, Ga, In, und ein Element aus der fünften Hauptgruppe, wie beispielsweise N, P, As, auf. Insbesondere umfasst der Begriff " III-V-Verbindungshalbleitermaterial " die Gruppe der binären, ternären oder quaternären Verbindungen, die wenigstens ein Element aus der dritten Hauptgruppe und wenigstens ein Element aus der fünften Hauptgruppe enthalten, beispielsweise Nitrid- und Phosphid-Verbindungshalbleiter. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem zum Beispiel ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.

Beispielsweise basiert der Halbleiterchip auf dem Materialsystem InGaAlP oder dem Materialsystem InGaAlAs oder dem Materialsystem InGaAlN.

Bei dem ersten dotierten Bereich kann es sich beispielsweise um einen p-dotierten Bereich oder einen n-dotierten Bereich handeln .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der Halbleiterchip einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung, insbesondere Licht, vorgesehen ist und der an den ersten dotierten Bereich grenzt. Im aktiven Bereich des strahlungsemittierenden Halbleiterchips wird die elektromagnetische Strahlung erzeugt, die im Betrieb vom strahlungsemittierenden Halbleiterchip emittiert wird.

Der aktive Bereich umfasst dazu beispielsweise eine MehrfachquantentopfStruktur , eine EinfachquantentopfStruktur oder eine Heterostruktur, wie beispielsweise eine Doppelheterostruktur oder einen p-n-Übergang. Die Bezeichnung QuantentopfStruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.

Der aktive Bereich grenzt beispielsweise direkt an den ersten dotierten Bereich an.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen zweiten dotierten Bereich, der an einer dem ersten dotierten Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet ist. Der zweite dotierte Bereich ist ungleichnamig zum ersten dotierten Bereich dotiert. Das heißt, ist der erste dotierte Bereich beispielsweise p-dotiert, so ist der zweite dotierte Bereich n-dotiert. Ist der erste dotierte Bereich zum Beispiel n-dotiert, so ist der zweite dotierte Bereich p- dotiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der erste dotierte Bereich strukturiert. Das heißt insbesondere, dass der erste dotierte Bereich in seiner Form während der Herstellung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips durch ein Strukturierungsverfahren verändert wird. Bei dem ersten dotierten Bereich handelt es sich dann insbesondere nicht um eine ebene Schicht, die sich im Rahmen der

Herstellungstoleranz hauptsächlich in zwei Raumdimensionen erstreckt, sondern bei dem ersten dotierten Bereich kann es sich um eine dreidimensionale Struktur handeln. Der erste dotierte Bereich weist dann insbesondere eine nicht-plane, zum Beispiel gekrümmt verlaufende Außenfläche auf.

In einer Schnittebene, die senkrecht zu einer

Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips verläuft, kann der erste dotierte Bereich beispielsweise die Form eines Trapezes aufweisen. Die dreidimensionale Form des ersten dotierten Bereichs kann im Rahmen der Herstellungstoleranz dann entsprechend ein Prisma sein. Ferner ist es möglich, dass die dreidimensionale Form des ersten dotierten Bereichs einer Stufenpyramide, einer Halbkugel oder eines Halbzylinders ähnelt oder entspricht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bedeckt der aktive Bereich den ersten dotierten Bereich an einer Seitenfläche und an einer Deckfläche. Das heißt, der aktive Bereich ist nicht nur als Schicht, die sich hauptsächlich in zwei Raumdimensionen erstreckt an einer Deckfläche des ersten dotierten Bereichs angeordnet, sondern der aktive Bereich folgt dem ersten dotierten Bereich zumindest stellenweise konform nach, sodass der erste dotierte Bereich auch an einer Seitenfläche vom Material des aktiven Bereichs bedeckt ist.

Dabei ist es möglich, dass der aktive Bereich sich kontinuierlich von einer Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs zu einer Deckfläche des ersten dotierten Bereichs erstreckt. Ferner ist es möglich, dass der aktive Bereich nicht zusammenhängend ausgebildet ist und den ersten dotierten Bereich nur stellenweise an einer Seitenfläche und auf der Deckfläche bedeckt. Bei der Deckfläche des ersten dotierten Bereichs handelt es sich beispielsweise um eine Außenfläche des ersten dotierten Bereichs, die parallel zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips verläuft. Beispielsweise verläuft die Deckfläche im Rahmen der Herstellungstoleranz parallel zu einer Haupterstreckungsebene eines Substrats, auf dem der strahlungsemittierende Halbleiterchip hergestellt ist.

Eine Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs verläuft dabei quer zu einer Haupterstreckungsebene des strahlungsemittierenden Halbleiterchips. Der erste dotierte Bereich kann dabei zwei oder mehr solcher Seitenfläche aufweisen. Die Seitenflächen können die Deckfläche des ersten dotierten Bereichs mit einer der Deckfläche abgewandten Bodenfläche des ersten dotierten Bereichs verbinden. Die Bodenfläche des ersten dotierten Bereichs steht beispielsweise mit einem Substrat, auf dem der erste dotierte Bereich aufgewachsen ist oder einem Träger, auf dem der erste dotierte Bereich aufgebracht ist, in direktem Kontakt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der Halbleiterchip einen ersten dotierten Bereich, einen aktiven Bereich, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist und der an den ersten dotierten Bereich grenzt und einen zweiten dotierten Bereich, der an einer dem ersten dotierten Bereich abgewandten Seite des aktiven Bereichs angeordnet ist. Dabei ist der erste dotierte Bereich strukturiert und der aktive Bereich bedeckt den ersten dotierten Bereich an einer Seitenfläche und an einer

Deckfläche. Einem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchip liegen dabei unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde: Die Effizienz von strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist oftmals durch eine geringe Strahlungsauskopplungseffizienz und aufgrund nicht strahlender Rekombinationen negativ beeinflusst.

Die geringe Strahlungsauskopplungseffizienz kann auf eine totale interne Reflexion zurückzuführen sein, die insbesondere bei strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit einer ebenen Lichtaustrittsfläche auftreten können. Dies kann dann auch dazu führen, dass im strahlungsemittierenden Halbleiterchip erzeugte elektromagnetische Strahlung nur in engen Winkelbereichen aus dem Halbleiterchip austreten kann.

Dem hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchip liegt nun unter anderem die Idee zugrunde, den aktiven Bereich einem ersten dotierten Bereich, der strukturiert ist nachzuordnen, sodass der aktive Bereich neben einer Deckfläche des ersten dotierten Bereichs auch an einer Seitenfläche angeordnet ist. Auf diese Weise wird besonders viel elektromagnetische Strahlung erzeugt, deren Hauptabstrahlrichtung senkrecht oder nahezu senkrecht zu einer Strahlungsauskoppelfläche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft, wodurch die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten von Totalreflexion im strahlungsemittierenden Halbleiterchip reduziert ist.

Weiterhin ist dadurch der Winkelbereich, in dem vom Halbleiterchip elektromagnetische Strahlung abgestrahlt wird, vergrößert. Im Idealfall ist der aktive Bereich in seinem Verlauf kurvig und beispielsweise stellenweise in einer Schnittebene senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des optoelektronischen Halbleiterchips kreisförmig. Das Gleiche gilt dann bevorzugt auch für die Strahlungsauskoppelfläche des Halbleiterchips.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips bedeckt der aktive Bereich die Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs vollständig.

In diesem Fall kann die Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs beispielsweise im Rahmen der Herstellungstoleranz eben ausgebildet sein und der aktive Bereich ist auf dieser ebenen Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs aufgebracht. Der aktive Bereich kann sich dann beispielsweise kontinuierlich von der ersten Seitenfläche zur Deckfläche des ersten dotierten Bereichs erstrecken. Beispielsweise ist es dabei möglich, dass der erste dotierte Bereich wenigstens zwei, zum Beispiel oder vier solcher Seitenfläche aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip eine Haupterstreckungsebene auf und der aktive Bereich verläuft stellenweise schräg zur Haupterstreckungsebene. Beispielsweise verläuft die Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips parallel zur Deckfläche eines Substrats, auf dem der Halbleiterchip erzeugt ist.

Die Haupterstreckungsebene verläuft beispielsweise schräg oder senkrecht zu einer Wachstumsrichtung, mit der die Bereiche des strahlungsemittierenden Halbleiterchips epitaktisch aufgewachsen werden. Der aktive Bereich kann dabei stellenweise schräg zur Haupterstreckungsebene und stellenweise parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips auf dem ersten dotierten Bereich angeordnet sein. Beispielsweise verläuft der aktive Bereich, dort wo er auf eine Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs aufgebracht ist, schräg zur Haupterstreckungsebene und dort, wo er auf eine Deckfläche des ersten dotierten Bereichs aufgebracht ist, parallel zur Haupterstreckungsebene .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verläuft der aktive Bereich gekrümmt. Das heißt, in dieser Ausführungsform kann der aktive Bereich zumindest näherungsweise eine Krümmung aufweisen und beispielsweise dem Verlauf einer Kugeloberfläche stellenweise folgen. Dies ist dann der Fall, wenn der erste dotierte Bereich eine entsprechend strukturierte Außenfläche aufweist.

Beispielsweise kann sich der aktive Bereich stellenweise in Richtung des Substrats krümmen. Der aktive Bereich kann mit dem Substrat in direktem Kontakt stehen. Beispielweise steht der aktive Bereich lediglich stellenweise in direktem Kontakt mit dem Substrat. Insbesondere kann der aktive Bereich mit einem elektrisch isolierten Bereich des Substrats in direktem Kontakt stehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips ist der erste dotierte Bereich stufenartig strukturiert und weist in einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips mehrere Ebenen auf. Das heißt, der erste dotierte Bereich kann beispielsweise der Form einer Stufenpyramide angenähert sein. Der aktive Bereich kann sich dann sowohl an den Seitenflächen des ersten dotierten Bereichs, die quer oder senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips verlaufen und den Flächen des ersten dotierten Bereichs, die parallel zur Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips verlaufen, befinden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips verjüngt sich der erste dotierte Bereich in einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips. Das heißt, in einer Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene nimmt der Flächeninhalt einer Querschnittsfläche, die parallel zur Haupterstreckungsebene verläuft, des ersten dotierten Bereichs ab.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips umfasst der strahlungsemittierende Halbleiterchip einen ersten Kontakt, der elektrisch leitend mit dem ersten dotierten Bereich verbunden ist, wobei sich der erste Kontakt in den ersten leitenden Bereich hinein erstreckt.

Der erste Kontakt kann beispielsweise mit einem elektrisch leitenden Material, insbesondere einem metallischen Material oder transparente leitfähige Oxide, gebildet sein. Der erste Kontakt kann sich insbesondere im Bereich eines geometrischen Zentrums des ersten dotierten Bereichs in diesen hinein erstrecken. Der erste Kontakt kann dabei ebenfalls derart ausgebildet sein, dass es sich in einer Richtung senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene des Halbleiterchips hin verjüngt. Mit einem solchen ersten Kontakt ist es möglich, den strahlungsemittierenden Halbleiterchip besonders gleichmäßig zu kontaktieren.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips handelt es sich bei dem Halbleiterchip um einen Mikro-Leuchtdiodenchip. Der strahlungsemittierende Halbleiterchip weist dann eine Kantenlänge kleiner oder gleich 20 gm auf. Bei der Kantenlänge handelt es sich dann beispielsweise um die Kante des strahlungsemittierenden Halbleiterchips mit der geringsten lateralen Erstreckung. In einer anderen Richtung kann der strahlungsemittierende Halbleiterchip dann eine Kantenlänge aufweisen, die größer 20 gm ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips weist der Halbleiterchip eine nicht-plane, insbesondere gekrümmt verlaufende Strahlungsauskoppelfläche auf, durch die die im Betrieb erzeugte Strahlung den Halbleiterchip verlassen kann. Die Strahlungsauskoppelfläche kann durch eine Außenfläche des Halbleiterchips gebildet sein.

Der Halbleiterchip weist dann bevorzugt ferner einen nicht planen, insbesondere gekrümmt verlaufenden aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich kann dabei eine der

Strahlungsauskoppelfläche zugewandte Außenfläche aufweisen, die ähnlich oder parallel zur Strahlungsauskoppelfläche verläuft.

Sind die Strahlungsauskoppelfläche und der aktive Bereich nicht-plan, so kann die elektromagnetische Strahlung des Halbleiterchips vorzugsweise an jeder Stelle des aktiven Bereichs in einem großen Winkelbereich emittiert werden. Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebener strahlungsemittierender Halbleiterchip hergestellt werden.

Das heißt, sämtliche für den strahlungsemittierenden Halbleiterchip offenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt.

Bei dem Verfahren wird zunächst ein Substrat bereitgestellt. Bei dem Substrat kann es sich beispielsweise um ein Aufwachssubstrat handeln, das je nach Material des Halbleiterchips, welches auf das Substrat abgeschieden wird, beispielsweise mit Saphir, SiC, GaAs, Si, InP und dergleichen gebildet sein kann. Das Substrat weist eine Haupterstreckungsebene auf, die zum Beispiel parallel zu einer Deckfläche des Substrats, auf die die nachfolgenden Schichten abgeschieden werden, verläuft. Bei dem Substrat kann es sich ferner hier und im Folgenden um ein Aufwachssubstrat und/oder um epitaktisch gewachsene Schichten handeln, die auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsen sind. Das Aufwachssubstrat kann dann auch entfernt sein.

Das Substrat kann zumindest stellenweise elektrisch isolierend ausgebildet sein. Mit anderen Worten weist das Substrat zumindest stellenweise elektrisch nicht leitende Bereiche auf. Beispielsweise ist das Substrat elektrisch isolierend ausgebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem ein erster dotierter Bereich abgeschieden wird. Das Abscheiden des ersten dotierten Bereichs erfolgt beispielsweise epitaktisch. Dabei ist es möglich, dass der erste dotierte Bereich direkt auf das Substrat abgeschieden wird oder, dass sich zwischen Substrat und erstem dotiertem Bereich Pufferschichten befinden. Der erste dotierte Bereich wird beispielsweise mit einem n-dotierten oder einem p-dotierten Halbleitermaterial gebildet .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt, bei dem ein Strukturieren des ersten dotierten Bereichs derart erfolgt, dass sich der erste dotierte Bereich in einer Richtung weg vom Substrat verjüngt.

Die Strukturierung des ersten dotierten Bereichs kann dabei beispielsweise durch Materialabtrag, wie beispielsweise Ätzen, erfolgen. Darüber hinaus ist es möglich, dass der erste dotierte Bereich unter der Verwendung von Masken aufgewachsen wird. Dabei ist es möglich, dass zur Strukturierung des ersten dotierten Bereichs nachfolgend Masken Verwendung finden, die voneinander verschiedene Maskenöffnungen aufweisen, in denen das Material des ersten aktiven Bereichs abgeschieden wird. Zum Beispiel kann dann beim Wachstum des ersten aktiven Bereichs die Größe der Maskenöffnung sukzessive verringert werden, wodurch ebenfalls eine Verjüngung des ersten dotierten Bereichs in einer Richtung weg vom Substrat erreicht wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt ein Abscheiden eines aktiven Bereichs derart, dass der aktive Bereich eine Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs bedeckt. Der aktive Bereich befindet sich dann im fertiggestellten Halbleiterchip mit einer Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs insbesondere in direktem Kontakt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Verfahrensschritt, bei dem das Abscheiden eines zweiten dotierten Bereichs auf dem aktiven Bereich erfolgt. Der zweite dotierte Bereich ist ungleichnamig zum ersten dotierten Bereich dotiert. Der aktive Bereich und der zweite dotierte Bereich können sich in direktem Kontakt zueinander befinden. Das Abscheiden des aktiven Bereichs erfolgt insbesondere ebenfalls epitaktisch und kann in der gleichen Epitaxieanlage wie das Abscheiden des ersten dotierten Bereichs erfolgen.

Das Abscheiden des zweiten dotierten Bereichs erfolgt ebenfalls epitaktisch und kann in der gleichen Epitaxieanlage wie das Abscheiden des aktiven Bereichs erfolgen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte:

Bereitstellen eines Substrats,

Abscheiden eines ersten dotierten Bereichs,

Strukturieren des ersten dotierten Bereichs derart, dass sich der erste dotierte Bereich in einer Richtung weg vom Substrat verjüngt,

Abscheiden eines aktiven Bereichs, derart, dass der aktive Bereich eine Seitenfläche des ersten dotierten Bereichs bedeckt,

Abscheiden eines zweiten dotierten Bereichs auf dem aktiven Bereich.

Dabei ist es insbesondere möglich, dass die Verfahrensschritte in einer anderen als der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden. Zum Beispiel kann das Abscheiden des aktiven Bereichs vor dem Abscheiden eines der dotierten Bereiche erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Strukturieren des ersten Bereichs mehrfach, sodass der erste Bereich stufig strukturiert ist und entlang der Richtung weg vom Substrat mehrere Ebenen aufweist. Das Strukturieren kann dabei beispielsweise durch entsprechendes Ätzen des ersten Bereichs erfolgen oder durch Strukturierung während des Aufwachsens des ersten Bereichs mittels Masken.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Teil des aktiven Bereichs vor dem erstmaligen Abscheiden des ersten dotierten Bereichs und des zweiten dotierten Bereichs abgeschieden. Mit anderen Worten, erfolgt in dieser Ausführungsform des Verfahrens ein Abscheiden zumindest eines Teils des aktiven Bereichs, bevor einer der dotierten Bereiche erzeugt wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der aktive Bereich stellenweise entfernt, bevor ein Abscheiden des ersten dotierten Bereichs und des zweiten dotierten Bereichs erfolgt. Beispielsweise wird der aktive Bereich großflächig auf dem Substrat abgeschieden. Anschließend wird der aktive Bereich stellenweise entfernt und in die derart hergestellten Öffnungen des aktiven Bereichs wird Material des ersten dotierten Bereichs und/oder des zweiten dotierten Bereichs abgeschieden.

Im Folgenden werden der hier beschriebene optoelektronische Halbleiterchip sowie das hier beschriebene Verfahren anhand von Figuren und den dazugehörigen Ausführungsbeispielen näher erläutert . Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis ID ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 2 und 3 sind Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips näher erläutert .

Anhand der perspektivischen schematischen Darstellung der Figuren 4A und 4B ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips näher erläutert.

Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 5A bis 5D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.

Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips näher erläutert.

Anhand der schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 7A bis 7D sowie der Figuren 8A bis 8E sind weitere Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.

Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 9 und 10 sind weitere Ausführungsbeispiele von hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips näher erläutert.

Anhand der schematischen Darstellungen der Figuren 11A bis 11F ist die Funktionsweise eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips näher erläutert. Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.

In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 1A bis ID ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Bei dem Verfahren wird ein Substrat 1 bereitgestellt.

Auf dem Substrat 1 wird ein erster dotierter Bereich 2 abgeschieden. Bei dem ersten dotierten Bereich 2 handelt es sich beispielsweise um einen Bereich, der mit einem p- dotierten Halbleitermaterial gebildet ist.

Nachfolgend erfolgt eine Strukturierung des ersten dotierten Bereichs 2, so dass dieser wie in der Figur 1A schematisch dargestellt in einem Querschnitt senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene L des Halbleiterchips 10 trapezförmig ausgebildet ist. Der derart strukturierte erste Bereich 2 verjüngt sich in einer Richtung R vom Substrat 1 weg.

Der erste dotierte Bereich 2 weist dann Seitenflächen 2a auf, die quer zur Haupterstreckungsebene L verlaufen. Ferner weist der erste dotierte Bereich 2 eine Deckfläche 2b auf, die parallel zur Haupterstreckungsebene L verläuft.

Nachdem der erste dotierte Bereich 2 strukturiert ist und für ein Überwachsen vorbereitet ist, erfolgt ein Überwachsen durch Abscheiden eines aktiven Bereichs 3 derart, dass der aktive Bereich eine Seitenfläche 2a des ersten dotierten Bereichs 2 bedeckt.

Vorliegend überdeckt der aktive Bereich 3 die Seitenflächen 2a sowie die Deckfläche 2b des ersten dotierten Bereichs 2 vollständig und konform. Dies ist in der Figur 1B dargestellt .

Zum Überwachsen mit dem aktiven Bereich sind die Seitenflächen 2a des ersten dotierten Bereichs vorzugsweise Gruppe V-terminiert. Auf diese Weise kann der aktive Bereich mit besonders guter Kristallqualität auf der Deckfläche 2b, die beispielsweise parallel zur (001)-Kristallebene verläuft und in Seitenflächen 2a aufgewachsen werden.

In einem nächsten Verfahrensschritt, Figur IC, werden die seitlichen Bereiche des aktiven Bereichs 3 entfernt, so dass nur Bereiche des aktiven Bereichs 3 verbleiben, die an einer Seitenfläche 2a und der Deckfläche 2b des ersten dotierten Bereichs 2 angeordnet sind.

Dazu kann eine entsprechende Maske 5 aufgebracht werden. Die Maske 5 kann beispielsweise mit SiN _x , SiON oder SiOg gebildet werden und zum Beispiel mittels eines ALD-Verfahrens aufgebracht werden. Das Entfernen des aktiven Bereichs 3 im nicht von der Maske 5 überdeckten Bereich erfolgt beispielsweise mittels trocken- oder nasschemischen Ätzens.

Im nächsten Verfahrensschritt, Figur ID, erfolgt das Abscheiden eines zweiten dotierten Bereichs 4 auf dem aktiven Bereich 3. Der zweite dotierte Bereich 4 ist beispielsweise durch ein n-dotiertes Halbleitermaterial gebildet. Es resultiert ein strahlungsemittierender Halbleiterchip 10, wie er schematisch in der Figur ID dargestellt ist, bei dem der erste Bereich 2 strukturiert ist und der aktive Bereich den ersten dotierten Bereich 2 an den Seitenflächen 2a und einer Deckfläche 2b bedeckt.

Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 10 kann dabei wie in der Figur ID dargestellt einen ersten dotierten Bereich mit genau einer Deckfläche 2b, die parallel zu der Haupterstreckungsebene L des Halbleiterchips 10 verläuft, aufweisen. Dabei entspricht die Strukturgröße der Strukturierung des ersten dotierten Bereichs 2 in etwa der Kantenlänge x des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10. Mit anderen Worten weist der erste dotierte Bereich 2 an seiner der Deckfläche 2b abgewandten Bodenfläche 2c eine laterale Erstreckung auf, die wenigstens 20 %, insbesondere wenigstens 50 % oder wenigstens 80 % der Kantenlänge x des Halbleiterchips 10 entspricht.

Die schematische Schnittdarstellung der Figur 2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10. In diesem Ausführungsbeispiel ist im Vergleich zum Ausführungsbeispiel der Figur ID die Größe der Deckfläche 2b des ersten dotierten Bereichs 2 reduziert. Auf diese Weise entspricht die Form des aktiven Bereichs 3 mehr der Form eines Halbkreises als dies beispielsweise für das Ausführungsbeispiel der Figur ID der Fall ist. Die Wahrscheinlichkeit für eine Totalreflexion beim Austritt aus dem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 10 ist dadurch weiter reduziert und die Effizienz des Halbleiterchips 10 ist vergrößert, der Flächeninhalt des aktiven Bereichs 3 ist jedoch gegenüber dem Ausführungsbeispiel der Figur ID reduziert.

Die schematische Schnittdarstellung der Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel der Figuren 2 und ID sind im Ausführungsbeispiel der Figur 3 nun die Kontakte 7 und 8 zur externen Kontaktierung des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 ergänzt. Dabei erstreckt sich der erste Kontakt 7 zumindest durch das Substrat 1 und/oder eine epitaktische gewachsene Schicht. Der zweite Kontakt 8 ist beispielsweise als strahlungsdurchlässiger Kontakt auf dem zweiten dotierten Bereich 4 aufgebracht. Bei dem zweiten Kontakt 8 kann es sich beispielsweise um einen Kontakt handeln, der mit einem TCO-Material wie beispielsweise ITO gebildet ist. Die Außenfläche des zweiten Kontakts 8 bildet die Strahlungsauskoppelfläche 10a des Halbleiterchips 10.

Die schematische perspektivische Darstellungen der Figur 4A und 4B zeigen weitere Ausführungsbeispiele eines hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10. In diesen Ausführungsbeispielen erstreckt sich der Halbleiterchip 10 in einer Raumrichtung länger als in die andere Raumrichtung. Das heißt, der Halbleiterchip 10 weist eine Kantenlänge x und eine weitere Kantenlänge y auf, wobei die weitere Kantenlänge y groß gegen die Kantenlänge x ist.

Der strahlungsemittierende Halbleiterchip 10 hat damit eine streifenförmige Erstreckung und der Flächeninhalt der Abschnitte des aktiven Bereichs 3, die auf Seitenflächen 2a des ersten dotierten Bereichs 2 aufgebracht sind, ist besonders groß im Vergleich zum Flächeninhalt der Deckfläche 2b.

Dadurch ist zum einen die Wahrscheinlichkeit für eine Totalreflexion beim Austritt von elektromagnetischer Strahlung aus dem Halbleiterchip 10 reduziert und zum anderen ist die Wahrscheinlichkeit von nichtstrahlender Rekombination an der Oberfläche ebenfalls reduziert.

Ist der Halbleiterchip 10 beispielsweise im Materialsystem InGaAlP gebildet, so sind die schrägen Bereiche des aktiven Bereichs 3 parallel zur (111)x-Facette, wobei x=A und B sein kann, orientiert. Für andere Materialsysteme können andere Facetten vorteilhaft sein.

Wie in der Figur 4B gezeigt, kann der Halbleiterchip 10 in beiden seitlichen Richtungen durch Seitenflächen 2a begrenzt sein. Eine solche 3D-Geometrie führt zu einer noch stärkeren Unterdrückung nicht strahlender Rekombinationen. Die Größe des Halbleiterchips 10 ist durchstimmbar, die Emission senkrecht zur Auskopplungsfläche 10a ist maximiert, die Fläche zur Aufbrechung von Totalreflexion ist maximiert, was zu einer erhöhten Effizienz führt. Substrat und Kontakte sind in der Figur 4B nicht dargestellt.

Insgesamt zeichnet sich ein hier beschriebener strahlungsemittierender Halbleiterchip 10 durch eine verbesserte Strahlungsauskopplungseffizienz aus, da besonders viel elektromagnetische Strahlung senkrecht zur Strahlungsauskoppelfläche 10a auf diese auftrifft und die Wahrscheinlichkeit für eine nicht strahlende Rekombination ebenfalls reduziert ist. In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der Figuren 5A bis 5D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird der erste dotierte Bereich 2 wie in den Figuren 5A und 5B dargestellt durch mehrfaches Überwachsen stufenartig strukturiert, so dass der erste dotierte Bereich 2 in der Richtung R, die zum Beispiel senkrecht zur Haupterstreckungsebene L verläuft, mehrere Ebenen 21, 22, 23 aufweist.

Im nächsten Verfahrensschritt, Figur 5C, wird der aktive Bereich 3 dann konform abgeschieden, so dass dieser entlang der Ebenen 21, 22, 23 entsprechende Abschnitte 31, 32, 33 aufweist, die schräg zur Haupterstreckungsebene L verlaufen.

Die zweite dotierte Schicht 4 wird entsprechend konform über dem aktiven Bereich 3 abgeschieden, Figur 5D.

Damit kann eine Ausführungsform des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 realisiert werden, wie sie in der Figur 6 idealisiert dargestellt ist. Dort ist der erste dotierte Bereich 2 halbkugelförmig strukturiert und der aktive Bereich 3 entsprechend konform auf den ersten dotierten Bereich 2 aufgebracht. Im aktiven Bereich 3 erzeugte elektromagnetische Strahlung 9 trifft dann größtenteils senkrecht auf die Außenfläche des Halbleiterchips 10 und kann ohne nennenswerte Totalreflexion emittiert werden. Es resultiert eine theoretische Strahlungsauskoppeleffizienz von 69,6 % gegenüber einer Strahlungsauskoppeleffizienz von nur circa 14 % für einen plan ausgebildeten aktiven Bereich. Dabei wird angenommen, dass das Halbleitermaterial des zweiten dotierten Bereichs einen Brechungsindex von 3 aufweist und das Substrat 1 reflektierend, beispielsweise als Bragg-Reflektor, ausgebildet ist. Ferner ist die Strahlungsauskoppelfläche 10a konform zur Außenfläche des aktiven Bereichs 3 gekrümmt, die der Strahlungsauskoppelfläche 10a zugewandt ist.

In Verbindung mit den schematischen Schnittdarstellungen der Figuren 7A bis 7D ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert.

In diesem Ausführungsbeispiel wird der erste dotierte Bereich 2 nachfolgend unter Verwendung unterschiedlicher Masken 5 geätzt, so dass ebenfalls ein stufenartiges oder stufenförmiges Profil resultiert mit Ebenen 21 bis 25 des ersten dotierten Bereichs 2. Auf diese Weise sind je nach verwendeter Maske unterschiedliche Geometrien für den ersten dotierten Bereich 2 möglich, zum Beispiel die Form einer Stufenpyramide oder einer angenäherten Halbkugel.

Die Ätzschritte sind in Verbindung mit den Figuren 7B und 7C dargestellt .

In der Figur 7D ist gezeigt, dass in jeder Ebene Abschnitte 31 bis 35 des aktiven Bereichs 3 angeordnet sind, die sich jeweils bis zur Seitenfläche 2a in jeder Ebene des ersten dotierten Bereichs 2 erstrecken. Nachfolgend kann ein zweiter dotierter Bereich 4 entsprechend aufgebracht werden (nicht dargestellt) .

In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der Figuren 8A bis 8E ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. In diesem Ausführungsbeispiel wird die aktive Schicht 3 wie schon im Ausführungsbeispiel der Figuren 7A bis 7D lediglich in der (001)-Ebene gewachsen, wodurch ein technisch besonders einfacher Wachstumsprozess möglich ist.

Zunächst wird der aktive Bereich 3 dabei großflächig auf das Substrat 1 abgeschieden, Figur 8A.

Anschließend wird durch Ätzen ein Teil des aktiven Bereichs 3 entfernt, so dass lediglich ein Ring auf dem Substrat 1 verbleibt, der mit Material des aktiven Bereichs 3 gebildet ist.

Auf die freigelegten Bereiche des Substrats 1 wird nachfolgend der erste dotierte Bereich 2 innerhalb des Rings und der zweite dotierte Bereich 4 außerhalb des Rings abgeschieden. Dies ist in der Figur 8C dargestellt.

Dieses Verfahren wird für immer kleiner werdende Durchmesser von ringförmigen aktiven Bereichen 3 wiederholt, Figur 8D.

Die dotierten Bereiche 2, 4 sowie die aktiven Bereiche 3 können über ein MOCVD-Verfahren abgeschieden werden, wobei Wachstumsmasken, die mit Siliziumdioxid oder Siliziumnitrid gebildet sind, zum Einsatz kommen.

Anschließend wird ein erster Kontakt 7 entweder durch das Substrat 1 hindurch erzeugt, Figur 8 E, oder das Substrat 1 wird abgelöst und der erste Kontakt 7 wird erzeugt (nicht dargestellt) .

Es resultieren optoelektronische Halbleiterchips 10 wie sie schematisch in den Figuren 9 und 10 dargestellt sind, wobei eine halbkugelförmige Ausgestaltung der Außenfläche des aktiven Bereichs 3 durch möglichst viele Epitaxieschritte erreicht werden kann. Im Zentrum des ersten dotierten Bereichs 2 erstreckt sich der erste Kontakt 7 in den ersten dotierten Bereich 2 hinein.

In Verbindung mit den schematischen Darstellungen der Figuren 11A bis 11F ist die Funktionsweise von hier beschriebenen strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 näher erläutert.

Die Figur 11A zeigt einen strahlungsemittierenden Halbleiterchip 10 mit einer flachen

Strahlungsauskopplungsfläche 10a. Hohe Brechungsindizes des Halbleitermaterials des strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 führen wie in der Figur 11A dargestellt zu einem kleinen Extraktionskegeln der emittierten Strahlung.

Ein kleiner Extraktionskegel behindert die Emission aus dem aktiven Bereich 3.

Die Figur 11B zeigt, dass durch die Einführung einer gekrümmten Strahlungsauskopplungsfläche 10a wie sie sich für einen hier beschriebenen Halbleiterchip 10 ergibt der Extraktionskegel stark vergrößert wird.

Die Figur 11C zeigt die Abstrahlung vom Rand eines strahlungsemittierenden Halbleiterchips 10 mit einer flachen Strahlungsauskopplungsfläche 10a.

Die Figur H D zeigt, dass durch die Einführung einer gekrümmten Strahlungsauskopplungsfläche 10a die Emission, die vom Rand des aktiven Bereichs 3 erfolgt, nicht so stark von dem verbesserten Extraktionskegel profitiert wie die Emission aus der Mitte des Halbleiterchips 10.

Die Figur 11E zeigt die Emission von einem strahlungsemittierenden Halbleiterchip 10 mit einer flachen Strahlungsauskopplungsfläche 10a und einem flachen aktiven Bereich 3.

Die Figur 11F zeigt, dass durch die Krümmung des aktiven Bereichs das Problem der Emission vom Rand des aktiven

Bereichs 3 gelöst ist. Gleichzeitig ergibt sich durch die gekrümmte Strahlungsauskopplungsfläche 10a ein verbesserter Extraktionskegel mit einem vergrößerten Öffnungswinkel. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der

Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den

Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021 109 960.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugszeichenliste

1 Substrat

2 erster dotierter Bereich

2a Seitenfläche

2b Deckfläche

2c Bodenfläche

21..25 Ebene

3 aktiver Bereich 31..35 Abschnitt

4 zweiter dotierter Bereich

5 Maske

6 (001)-Ebene

7 erster Kontakt

8 zweiter Kontakt

9 elektromagnetische Strahlung

L Haupterstreckungsebene

R Richtung x Kantenlänge y weitere Kantenlänge

10 Halbleiterchip

10a Strahlungsauskoppelfläche