OPTOELEKTRONISCHES BAUELEMENT UND VERFAHREN ZUM HERSTELLEN EINES OPTOELEKTRONISCHEN BAUELEMENTS

Es werden ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements beschrieben .

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021130775 . 9 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .

Halbleiterlaser finden aufgrund ihrer geringen Größe und ihrem Leistungsspektrum eine Viel zahl von Anwendungen, beispielsweise in integrierten Sensorlösungen .

Halbleiterlaser können generell in zwei Klassen eingeteilt werden : Kantenemittierende Laser ( englisch : edge-emitting laser ) , bei denen sich das Laserlicht parallel zu einer Waferoberfläche des Halbleiterchips ausbreitet und an einer gespaltenen Kante reflektiert oder ausgekoppelt wird, und oberflächenemittierende Laser ( englisch : Surface-emitting lasers ) , bei denen sich das Licht senkrecht zur Halbleiter- Wafer-Oberfläche ausbreitet .

Eine Kategorie von oberflächenemittierenden Lasern, ist so eingerichtet , dass sich Laserlicht im Wesentlichen in einer Kavität entlang der Waferoberfläche ausbreitet ( englisch : in- plane laser ) . Eine Realisierung dieses Lasertyps ist der oberflächenemittierende photonische Kristall-Laser ( englisch : Photonic Crystal Surface-Emitting Laser, kurz : PCSEL ) , bei dem ein in einer Ebene liegender Laserresonator mit einer photonischen Kristallstruktur realisiert wird . Die gleiche Struktur reflektiert auch einen Teil des Lichts , um den Ausgangsstrahl zu bilden . Hier kann ein Einzel frequenzbetrieb erreicht werden, was zum Beispiel für Anwendungen in der 3D- Sensorik und der optischen Datenübertragung vorteilhaft sein kann .

Oberflächenemittierende Photonische Kristall-Laser, oder PCSELs , lassen sich beispielsweise durch Stapelanordnungen funktionaler Schichten realisieren . Derzeit werden PCSEL durch Aufwachsen und Ätzen von photonischen Kristallstrukturen zum Beispiel in p-AlGaAs hergestellt . Dies hat mehrere Nachteile , wie etwa eine geringe Mobilität in p-AlGaAs , erforderliche hochreflektierende Reflektoren ( DBRs , Distributed Bragg reflectors ) auf der n-dotierten Seite und thermische Probleme durch Substrate wie ein GaAs- Substrat .

Eine Aufgabe ist es , ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements anzugeben, die eine einfachere Herstellung und verbesserte Lasercharakteristik erlauben .

Diese Aufgaben werden durch das optoelektronische Bauelement und dem Laser gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst . Weitere Ausgestaltungen des optoelektronischen Bauelements und des Verfahrens zur Herstellung des optoelektronischen Bauelements sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche .

Dem Folgenden wird zugrunde gelegt , dass j edes in Bezug auf eine beliebige Aus führungs form beschriebene Merkmal allein oder in Kombination mit anderen im Weiteren beschriebenen Merkmalen verwendet werden kann und auch in Kombination mit einem oder mehreren Merkmalen einer beliebigen anderen Aus führungs form oder einer beliebigen Kombination einer anderen Aus führungs form verwendet werden kann, sofern dies nicht als Alternative beschrieben ist . Darüber hinaus können auch Äquivalente und Modi fikationen, die nachstehend nicht beschrieben sind, verwendet werden, ohne vom Anwendungsbereich des vorgeschlagenen optoelektronischen Bauelements und dem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements abzuweichen, die in den begleitenden Ansprüchen definiert sind .

Im Folgenden wird ein verbessertes Konzept auf dem Gebiet optischer Bauelemente , insbesondere von Halbleiterlasern vorgestellt .

Gemäß einer Aus führungs form umfasst ein optoelektronisches Bauelement eine Stapelanordnung . Die Stapelanordnung weist einen photonischen Kristall und ein Verstärkungsmedium auf . Dabei umfasst das Verstärkungsmedium eine Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer ersten Halbleiterschicht , einer aktiven Schicht und einer zweiten Halbleiterschicht . Der photonische Kristall ist elektromagnetisch mit dem Verstärkungsmedium gekoppelt . Die Stapelanordnung ist auf einem Substrat angeordnet . Dabei ist eine Verkapselungsschicht zwischen dem Substrat und der Stapelanordnung angeordnet .

Die Verkapselungsschicht ist beispielsweise eine Dünnschicht oder ein Dünnschichtfilm, die durch eine Dünnschichttechnik ( englisch : thin film) auf dem Verstärkungsmedium und/oder dem Substrat strukturiert wurde . Die Verkapselungsschicht ist gewissermaßen eine Prozessschicht , die aus der Herstellung des optoelektronischen Bauelements resultiert . Durch ihren Einsatz wird eine vorteilhafte Schichtenfolge in der Halbleiterschichtenfolge ermöglicht , mit der eine verbesserte Lasercharakteristik möglich wird . Die Verkapselungsschicht trennt während der Herstellung die Halbleiterschichtenfolge und/oder das Substrat von der Umgebung und schütz diese vor Umwelteinflüssen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die erste Halbleiterschicht zumindest eine p-dotierte Halbleiterschicht . Die zweite Halbleiterschicht umfasst zumindest eine n-dotierte Halbleiterschicht .

Insbesondere ist die n-dotierte Halbleiterschicht dem photonischen Kristall zugewandt oder umfasst diesen . Beispielsweise weisen der photonische Kristall und die zweite Halbleiterschicht dasselbe Halbleitermaterial auf . Dies hat unter anderem den Vorteil höherer Mobilität als im Vergleich zur p-dotierte Halbleiterschicht . Die vorgestellte Abfolge von n-dotierter Halbleiterschicht und p-dotierter Halbleiterschicht wird durch die Verkapselungsschicht möglich .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst die aktive Schicht eine Mehrfachquantentopfstruktur . Diese Quantentöpfe sind ein aktives Medium und dazu eingerichtet , bei geeigneter Anregung, elektromagnetische Wellen durch stimulierte Emission zu emittieren .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Verkapselungsschicht eingerichtet , die Stapelanordnung elektrisch leitend mit dem Substrat zu verbinden . Neben der Verkapselung von Halbleiterschichtenfolge und/oder Substrat ermöglicht die Verkapselung durch geeignete Strukturierung eine Kontaktierung über das Substrat . Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist wenigstens eine Metallschicht in die Verkapselungsschicht strukturiert . Die Metallschicht vermittelt den elektrischen Kontakt über das Substrat .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist ein Übergitter, welches eine Schichtenfolge von dünnen Schichten umfasst , die sich periodisch wiederholen, auf der photonischen Kristallstruktur angeordnet . Das Übergitter stellt eine planare Oberfläche bereit und reduziert den Einfluss möglicher Störstellen auf den Betrieb des optoelektronischen Bauelements , insbesondere als Laser .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Element eine erste teilweise Verkapselungsschicht mit einer ersten Metallschicht auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge . Zudem umfasst die Verkapselungsschicht eine zweite teilweise Verkapselungsschicht mit einer zweiten Metallschicht auf dem Substrat . Dabei ist das Verstärkungsmedium so auf dem Substrat montiert , dass die teilweisen Verkapselungsschichten die Verkapselungsschicht formen und die Metallschichten aufeinander zu liegen kommen und so die Metallschicht formen .

Die teilweisen Verkapselungsschichten können weilweise nur auf dem Substrat oder nur auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgeschieden werden . Mit Vorteil können teilweise Verkapselungsschichten sowohl auf dem Substrat und auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgeschieden werden . Durch Montage der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat wird schließlich die Verkapselungsschicht geformt . Es wird weiterhin ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements angegeben . Sämtliche für das optoelektronische Bauelement of fenbarten Merkmale sind auch für das Verfahren of fenbart , und umgekehrt .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements die folgenden Schritte . Zunächst wird ein Verstärkungsmedium mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit zumindest einer ersten Halbleiterschicht , einer aktiven Schicht und einer zweiten Halbleiterschicht auf einem Hil fsträger bereitgestellt . In der Folge wird eine Verkapselungsschicht auf dem Substrat und/oder auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgeschieden . Das Verstärkungsmedium wird auf dem Substrat montiert , sodass die Verkapselungsschicht zwischen dem Substrat und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist . Schließlich wird der Hil fsträger entfernt .

Die Verkapselungsschicht ist beispielsweise eine Dünnschicht oder ein Dünnschichtfilm, die durch eine Dünnschichttechnik ( englisch : thin film) auf dem Verstärkungsmedium und/oder dem Substrat strukturiert wurde . Die Verkapselungsschicht ermöglicht eine vorteilhafte Schichtenfolge in der Halbleiterschichtenfolge , mit der eine verbesserte Lasercharakteristik möglich wird . Die Verkapselungsschicht trennt während der Herstellung die Halbleiterschichtenfolge und/oder das Substrat von der Umgebung und schütz diese vor Umwelteinflüssen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird eine Metallschicht in die Verkapselungsschicht strukturiert . Die Metallschicht ermöglicht eine elektrische Verbindung zwischen Substrat und Haiblei ter schichtenfolge .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird eine erste teilweise Verkapselungsschicht mit einer ersten Metallschicht auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgeschieden . Eine zweite teilweise Verkapselungsschicht mit einer zweiten Metallschicht wird auf dem Substrat abgeschieden . Das Verstärkungsmedium wird so auf dem Substrat montiert , dass die teilweisen Verkapselungsschichten die Verkapselungsschicht formen und die Metallschichten aufeinander zu liegen kommen und so die Metallschicht formen .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird auf der ersten und/oder der zweiten Metallschicht eine Sperrschicht abgeschieden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form weisen die teilweisen Verkapselungsschichten unterschiedliche Höhenprofile auf . Durch die unterschiedlichen Höhenprofile kann die Montage der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat geführt werden . Beispielsweise können die Verkapselungsschichten mit zueinander inversen Höhenprofilen strukturiert werden, so dass sie die Montage gewissermaßen selbst zentrieren .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird ein photonischer Kristall in die epitaktische Halbleiterschichtenfolge nachgewachsen nachdem die Verkapselungsschicht zwischen dem Substrat und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge angeordnet wurde . Die auf dem Substrat montierte epitaktische Halbleiterschichtenfolge kann in der Folge weiter prozessiert werden . Insbesondere wird dazu der Hil fsträger entfernt . Dies eröf fnet die zweite Halbleiterschicht für weitere Prozessschritte , was in bisherigen Verfahren nicht möglich war . So kann beispielsweise der photonische Kristall in die zweite Halbleiterschicht strukturiert , insbesondere nachgewachsen werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form werden die Verfahrensschritte auf Waferebene durchgeführt und so parallel eine Viel zahl von optoelektronischen Bauelementen mit der Verkapselungsschicht versehen . Schließlich wird der Wafer in einzelne optoelektronische Bauelemente vereinzelt . Alternativ können die Verfahrensschritte mit wenigstens einem vereinzelten optoelektronischen Bauelement durchgeführt werden .

Gemäß zumindest einer Aus führungs form wird ein Übergitter, welches eine Schichtenfolge von dünnen Schichten umfasst , die sich periodisch wiederholen, auf der photonischen Kristallstruktur angeordnet .

Weitere vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des optoelektronischen Bauelements sowie des Verfahrens zum Herstellen des optoelektronischen Bauelements ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Aus führungsbeispielen .

Es zeigen :

Figur 1 eine beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements , Figur 2 eine beispielhafte Aus führungs form eines

Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements ,

Figur 3A, 3B j eweils beispielhafte

Aus führungs formen des zweiten Verf ährens ab schnitt s ,

Figur 4 eine weitere beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements , und

Figur 5 eine weitere beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements .

Figur 1 zeigt eine beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements . Das optoelektronische Bauelement umfasst eine Stapelanordnung ( englisch : stack) welche einen photonischen Kristall 1 und ein Verstärkungsmedium 2 aufweist . Die Stapelanordnung ist auf einem Substrat 3 angeordnet . Ferner ist eine Verkapselungsschicht 4 zwischen dem Substrat und der Stapelanordnung angeordnet .

Der photonische Kristall 1 umfasst beispielsweise eine dünne Schicht aus Halbleitermaterial , zum Beispiel Galliumarsenid, GaAs , Galliumnitrid, GaN, oder Indiumphosphid, InP, welches für eine zu emittierende elektromagnetische Welle transparent , d . h . nicht oder nur wenig absorbierend ist . Die zu emittierende elektromagnetische Welle liegt beispielsweise im Infrarot , IR, Ultravioletten, UV, oder im Sichtbaren, VIS , Teil des elektromagnetischen Spektrums . Der photonische Kristall umfasst eine photonische Struktur 11 , die eine periodische Struktur des Brechungsindex darstellt und es ermöglicht , elektromagnetische Wellen durch optische Prozesse , wie Beugung und Interferenz zu führen, zu filtern und/oder wellenlängenselektiv zu reflektieren . Die periodische photonische Struktur bestimmt bzw . definiert beispielsweise Emissionsrichtung, Wellenlänge und Divergenz der mit dem optoelektronischen Bauelement emittierbaren elektromagnetischen Welle .

Die photonische Struktur 11 umfasst ein- oder zweidimensional angeordnete Strukturelemente 12 ( englisch : voids ) , die so in einem Muster ( z . B . ein quadratisches oder dreieckiges Muster ) angeordnet sind, dass sie die photonische Struktur bilden, die sich über eine bestimmte Richtung oder Fläche erstreckt . Die Strukturelemente können Luftlöcher oder dielektrisches Material aufweisen . Als zweidimensionale photonische Struktur, fungiert diese gewissermaßen als lateraler Hohlraum . Beispielsweise ist die photonische Struktur durch Abstand ( englisch : pitch) der Strukturelemente untereinander bzw . deren Füll faktoren, und anderen Parametern charakterisiert . In der Zeichnung ist die Ausdehnung des photonischen Kristalls in einer Ebene nicht dargestellt . Es ergibt sich beispielsweise eine zweidimensionale Verteilung der periodischen photonischen Struktur . Grundsätzlich kann sich der photonische Kristall 1 aber auch entlang einer Richtung erstrecken, so dass sich eine eindimensionale Verteilung der periodischen photonische Struktur ergibt .

Das Verstärkungsmedium 2 umfasst eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge 20 mit einer ersten Halbleiterschicht 21 , einer aktiven Schicht 22 und einer zweiten Halbleiterschicht 23 . Dabei weist die erste Halbleiterschicht eine p-dotierte Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht eine n-dotierte Halbleiterschicht auf . Beispielsweise umfassen die p-dotierte Halbleiterschicht P-AlGaAs und die n-dotierte Halbleiterschicht N-AlGaAs . Die aktive Schicht umfasst eine Mehrfach-Quantentopfstruktur ( englisch : quantum wells ) . Diese Quantentöpfe sind ein aktives Medium und dazu eingerichtet , bei geeigneter Anregung, elektromagnetische Wellen durch stimulierte Emission zu emittieren . Die aktive Schicht ist in der Halbleiterschichtenfolge zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht angeordnet .

In der ersten Halbleiterschicht 21 ist zudem ein Bragg- Spiegel 24 ( abgekürzt DBR von englisch distributed Bragg reflector ) strukturiert . Der Bragg-Spiegel umfasst eine Schichtenfolge aus alternierenden, dünnen Schichten unterschiedlicher Brechungsindi zes , beispielsweise Schichten aus Dielektrika .

Die Halbleiterschichtenfolge 20 des Verstärkungsmediums 2 bildet einen gemeinsamen Wellenleiter, der gewissermaßen durch zwei Begrenzungsschichten begrenzt ist . Das Verstärkungsmedium 2 wird zum einen durch den photonischen Kristall 1 begrenzt . Zum anderen ist das Verstärkungsmedium durch die Verkapselungsschicht 4 zwischen dem Substrat 3 und der Halbleiterschichtenfolge begrenzt .

Das Substrat 3 umfasst beispielsweise Galliumarsenid GaAs , Sili zium, Germanium oder Saphir oder besteht aus Galliumarsenid, Sili zium, Germanium oder Saphir . Insbesondere ist das Substrat transparent für solche elektromagnetische Strahlung, die durch stimulierte Emission mittels der aktiven Schicht 22 der Halbleiterschichtenfolge 20 generiert wird . Transparent bedeutet hier und im Folgenden, dass zumindest 80% , bevorzugt zumindest 90% , der in das Substrat einkoppelten elektromagnetischen Strahlung durch das Substrat transmittiert wird .

Die Verkapselungsschicht 4 ist eine Dünnschicht oder ein Dünnschichtfilm, die durch eine Dünnschichttechnik ( englisch : thin film) auf dem Verstärkungsmedium 2 und/oder dem Substrat 3 strukturiert wurde . Die Verkapselungsschicht ist gewissermaßen eine Prozessschicht , die aus dem hier vorgeschlagenen Herstellungsverfahren resultiert . Des Weiteren ist eine Metallschicht 41 in die Verkapselungsschicht strukturiert . Die Verkapselungsschicht umfasst beispielsweise dielektrisches Material wie SiOx, AlOx, SiNx oder gesputtertes Sili zium . Die Metallschicht ist eingerichtet , das Verstärkungsmedium mit dem Substrat elektronisch leitend zu verbinden, beispielweise , wenn das optoelektronische Bauelement von der Substratseite aus kontaktiert werden soll . Dazu kann auf dem Substrat eine erste Elektrode ausgebildet sein, zum Beispiel ein p-Kontakt ( in der Abbildung nicht gezeigt ) .

Auf dem photonischen Kristall 1 ist ferner eine zweite Elektrode 13 angeordnet , zum Beispiel ein n-Kontakt . Die Elektrode umfasst beispielsweise ein für die zu emittierende elektromagnetische Welle reflektives Material ( zum Beispiel Au oder Al ) . Optional kann die Elektrode wie hier dargestellt von einem I solator umfasst sein, der in Form einer Apertur 14 ausgestaltet ist , um eine Stromöf fnung bereitzustellen .

Der photonische Kristall 1 ist elektromagnetisch mit dem Verstärkungsmedium 2 gekoppelt . Der Begri f f „elektromagnetisch gekoppelt" bezeichnet eine räumliche Nähe , die im Betrieb des optoelektronischen Bauelements (beispielsweise als Laser ) dazu führt , dass sich zwischen photonischem Kristall und der aktiven Schicht 22 ( zum Beispiel Mehrfach-Quantentopfstruktur ) ein evanes zentes Feld ausbildet .

Mittels der beiden Elektroden kann das optoelektronische Bauelement zu stimulierter Emission und zur Emission elektromagnetischer Welle als Laserstrahlung angeregt werden . Die Laserverstärkung durch stimulierte Emission kann so durch Kopplung der photonischen Struktur 11 mit der aktiven Schicht 22 (Mehrfach-Quantentopfstruktur ) unterhalb der photonischen Schicht innerhalb der evanes zenten Felder erreicht werden .

Der Bragg-Spiegel 24 unterstützt dabei durch Reflektion der Laserstrahlung die Emission auf der Seite des photonischen Kristalls und durch die Apertur 14 . Dies ist in der Abbildung mit einem Pfeil angedeutet .

Figur 2 zeigt eine beispielhafte Aus führungs form eines Verfahrens zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements . Die Abbildung zeigt eine Übersicht mit fünf Verfahrensabschnitten . Das gezeigte Verfahren ist insbesondere geeignet , das optoelektronische Bauelement herzustellen, das im Zusammenhang mit Figur 1 diskutiert wurde .

In einem ersten Verfahrensabschnitt wird auf einem Hil fsträger 5 das Verstärkungsmedium 2 auf gewachsen . Dies erfolgt durch epitaktisches Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge 20 . Dazu wird zunächst die zweite Halbleiterschicht 23 , insbesondere als n-dotierte Halbleiterschicht auf gewachsen . In der Folge wird die aktive Schicht 22 und schließlich die erste Halbleiterschicht 21 , insbesondere als p-dotierte Halbleiterschicht , auf gewachsen . In dieser beispielhaften Aus führungs form wird zudem der Bragg-Spiegel 24 in die erste Halbleiterschicht 21 strukturiert .

In einem zweiten Verfahrensabschnitt wird die Verkapselungsschicht 2 durch eine Dünnschichttechnik aufgebracht . Die Verkapselungsschicht kann auf dem Verstärkungsmedium 2 ( der ersten Halbleiterschicht bzw . dem Bragg-Spiegel ) und/oder dem Substrat 3 strukturiert werden . Beispielsweise wird eine erste teilweise Verkapselungsschicht 42 auf dem Verstärkungsmedium und eine zweite teilweise Verkapselungsschicht 43 auf dem Substrat strukturiert . In der Folge wird das Substrat auf dem Verstärkungsmedium montiert ( auf der Seite der ersten Halbleiterschicht bzw . dem Bragg- Spiegel ) . Weitere Details sind der folgenden Beschreibung der Figuren 3A und 3B zu entnehmen .

Im zweiten Verfahrensschritt wird zudem der Hil fsträger 5 entfernt und somit die zweite Halbleiterschicht 23 , beispielsweise n-dotierte Halbleiterschicht , als äußere Schicht der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 20 freigelegt . Das Verstärkungsmedium mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist nunmehr auf dem Substrat angeordnet . Der Hil fsträger kann mechanisch entfernt werden, beispielsweise mittels Grinding und Polishing ( z . B . CMP ) oder Trockenätzen mittels Plasmaprozessen bis zu einer Zieltiefe .

In einem dritten Verfahrensabschnitt wird das Verstärkungsmedium 2 strukturiert . Dazu werden in die zweite , gewissermaßen freiliegende , Halbleiterschicht 23 , beispielsweise die n-dotierte Halbleiterschicht , Strukturelemente 12 geätzt ( englisch : etching) . Die Strukturelemente werden beispielsweise ein- oder zweidimensional angeordnet und formen so die photonische Struktur 11 .

In einem vierten Verfahrensabschnitt wird die photonische Struktur 11 mit dem Material der zweiten Halbleiterschicht nachgewachsen ( englisch : lateral overgrowth / regrowth) . Auf diese Weise wird schließlich der photonische Kristall geformt . Wie in der folgenden Beschreibung der Figuren 3A und 3B noch ausgeführt werden wird, entspricht dieser Verfahrensabschnitt einem Nachwachsen nach Kontaktierung ( englisch : regrowth after bonding) . Eine erste Kontaktierung des optoelektronischen Bauelements erfolgt beispielsweise schon im zweiten Verfahrensabschnitt durch die Strukturierung der Verkapselungsschicht und Verbindung mit einer Elektrode des Substrats (nicht gezeigt ) .

In einem fünften Verfahrensabschnitt wird eine Elektrode 13 auf dem photonische Kristall 1 angeordnet . Die Elektrode ist zum Beispiel ein n-Kontakt . Die Elektrode umfasst beispielsweise ein für die zu emittierende elektromagnetische Welle reflektives Material ( zum Beispiel Au oder Al ) . Optional kann die Elektrode wie hier dargestellt von einem I solator umfasst sein, der in Form einer Apertur 14 ausgestaltet ist , um eine Stromöf fnung bereitzustellen . Für die Apertur kann schon im dritten Verfahrensabschnitt die zweite Halbleiterschicht durch Ätzen strukturiert werden oder, alternativ, in diesem fünften Verfahrensabschnitt .

Optional kann eine Antireflexionsschicht , beispielsweise auf dem Substrat , angeordnet werden (nicht gezeigt ) . Die Figuren 3A und 3B zeigen j eweils beispielhafte Aus führungs formen des zweiten Verfahrensabschnitts . Beide Beispiele erfolgen auf der Basis einer Dünnschichttechnik .

Figur 3A zeigt das im ersten Verfahrensabschnitt auf dem Hil fsträger auf gewachsene Verstärkungsmedium mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge . Die Verkapselungschicht 4 wird als Teilschicht zunächst auf der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge durch Dünnschichttechnik abgeschieden . Diese erste teilweise Verkapselungschicht 42 ist strukturiert in dem Sinne , dass sie einen Bereich aufweist , in den eine erste Metallschicht 44 abgeschieden wird . In ähnlicher Weise wird die Verkapselungschicht als zweite Teilschicht 43 auf einer Oberfläche des Substrats 3 abgeschieden . Diese weitere teilweise Verkapselungschicht ist analog strukturiert und umfasst einen Bereich, in den eine zweite Metallschicht 44 abgeschieden wird .

Die in den oben erwähnten Teilschritten mit teilweisen Verkapselungschichten 42 , 43 versehen Komponenten, also Substrat 3 und Verstärkungsmedium 2 , werden in einem weiteren Teilschritt miteinander verbunden . Dabei kommen die beiden teilweisen Metallschichten aufeinander zu liegen und werden verbunden . Dadurch entsteht schließlich die Verkapselungschicht . Zudem wird ein Bereich hergestellt , der die beiden teilweisen Metallschichten 44 , 45 zu einer Metallschicht 41 verbindet . Diese Metallschicht ist elektrisch leitend und verbindet so das Verstärkungsmedium bzw . die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 20 mit dem Substrat . Die teilweisen Verkapselungschichten 42 , 43 verkapseln während des Prozessablaufes das Substrat 3 und das Verstärkungsmedium 2 vor Umwelteinflüssen . Dadurch ist es möglich, die beiden Komponenten in einem Reaktor oder Wafer- Prozess zu prozessieren ohne Verunreinigungen oder Störstellen zu erlauben . Die Verkapselungschicht umfasst beispielsweise dielektrische Material , wie etwa SiOx, AlOx, SiNx, AINx, ( gesputtertes ) Si oder hochschmel zendes Punktmetall ( englisch : point metal ) wie Md oder Wol fram . Die Metallschicht umfasst beispielsweise Au, Al oder InX . Die Metallschicht kann beispielsweise mit der Dünnschichttechnik so in der Verkapselungschicht strukturiert werden, dass sie im Wesentlichen eine laterale Ausdehnung entsprechend der Apertur 14 aufweist . Die laterale Ausdehnung der Metallschicht kann alterativ der Ausdehnung des Substrats oder Wafers entsprechen . In solchen Fällen kann die Metallschicht auch ohne weitere dielektrische Verkapselungsmaterialen abgeschieden werden und bildet so die Verkapselungschicht .

Figur 3B zeigt ebenfalls das im ersten Verfahrensabschnitt auf dem Hil fsträger 5 auf gewachsene Verstärkungsmedium 2 mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge 20 und das Substrat 3 . Abweichend von dem Aus führungsbeispiel der Figur 3B wird die Verkapselungschicht 4 bzw . die werden die teilweisen Verkapselungschichten 42 , 43 anders strukturiert und abgeschieden . Die Metallschichten 44 , 45 werden j eweils mit einer Sperrschicht 46 versehen, die ebenfalls durch Dünnschichttechnik abgeschieden wird . Die Sperrschicht umfasst beispielsweise InNi oder Au mit AuTiPt . Insbesondere dient die Sperrschicht als Di f fusionsbarriere . Zudem können die teilweisen Verkapselungschichten 42 , 43 mit unterschiedlichem Höhenprofil abgeschieden werden . In der Abbildung sind beispielsweise zwei Höhenprofile dargestellt , die zudem im Wesentlichen invers zueinander sind . Zudem können die Größen, beispielsweise die j eweilige laterale Ausdehnung der teilweisen Metallschichten 44 , 45 unterschiedlich sein . Auf diese Weise kann bei der Verbindung der teilweisen Verkapselungschichten 42 , 43 zur Verkapselungschicht 4 gewissermaßen eine Selbst Zentrierung genutzt werden . So können aufwendige Justageschritte vermieden oder reduziert werden .

Das hier vorgestellte Verfahren kann auf Waferebene durchgeführt werden und so parallel eine Viel zahl von optoelektronischen Bauelementen mit der Verkapselungssschicht versehen . Im Anschluss kann der Wafer in einzelne optoelektronische Bauelemente vereinzelt werden . Alternativ kann das Verfahren mit schon vereinzelten optoelektronischen Bauelementen durchgeführt werden .

Figur 4 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements . Bei einer Herstellung auf Waferebene vor der Vereinzelung ergibt sich, wie in der Abbildung angedeutet , beispielsweise am Rand des Wafers ein Bereich ohne Metallschicht . Die dort befindliche Verkapselungssicht kann eine signi fikante laterale Ausdehnung aufweisen, die bis 2 bis 10 mm weit sein kann .

Der Rand 31 des Wafers kann mit einer weiteren Verkapselungsschicht versehen werden, um den Wafer oder die optoelektronischen Bauelemente zu verkapseln . Diese seitliche Verkapselungsschicht 47 kann mehrere Teilschichten aufweisen, die beispielsweise durch Atomlagenabscheidung ( englisch atomic layer deposition, ALD) von einer Rückseite des Substrats oder vom Hil fsträger aus erfolgen . Auf diese Weise wird auch der Rand verkapselt . Durch Entfernen des Hil fsträgers 5 verbleibt dann beispielsweise lediglich die seitliche Verkapselungsschicht .

Figur 5 zeigt eine weitere beispielhafte Aus führungs form eines optoelektronischen Bauelements . Im vierten Verfahrensschritt wird die photonische Kristallstruktur mit dem Material der zweiten Halbleiterschicht nachgewachsen ( englisch : lateral overgrowth / regrowth) . In diesem Verfahrensschritt kann das Material beispielsweise zusammenwachsen (Koales zenz ) . Die aus dem Nachwachsen resultierende Oberfläche der photonischen Kristallstruktur kann Störstellen oder ähnlichen rau sein .

Das gezeigte optoelektronischen Bauelement umfasst ein Übergitter 15 ( engl . superlattice ) welches eine Schichtenfolge von dünnen Schichten umfasst , die sich periodisch wiederholen, und auf der photonischen Kristallstruktur angeordnet ist . Die Herstellung des Übergitters kann beispielsweise im Anschluss an das Nachwachsen durch Molekularstrahlepitaxie , chemische Gasphasenabscheidung ( englisch chemical vapour deposition, CVD) , oder metallorganische Gasphasenepitaxie ( engl . metal organic chemical vapor phase epitaxy, MOVPE ) erfolgen . Alternativ, oder ergänzend, kann die photonische Kristallstruktur und/oder das Übergitter durch Chemischmechanisches Polieren, ( CMP, engl : chemical mechanical polishing) planarisiert werden . Eventuell auftretende Störstellen werden so den Betrieb des optoelektronischen Bauelements , insbesondere als Laser, nicht oder zumindest reduziert beeinflussen . Die vorstehende Beschreibung erläutert einige Merkmale in konkreten Einzelheiten . Diese sollen nicht als Beschränkungen des Umfangs des verbesserten Konzepts oder dessen, was beansprucht werden kann, ausgelegt werden, sondern vielmehr als beispielhafte Beschreibungen von Merkmalen, die lediglich für bestimmte Aus führungs formen des verbesserten Konzepts spezi fisch sind . Bestimmte Merkmale , die in dieser Beschreibung im Zusammenhang mit einzelnen Aus führungs formen beschrieben werden, können auch in Kombination in einer einzigen Aus führungs form realisiert werden . Umgekehrt können verschiedene Merkmale , die im Zusammenhang mit einer einzelnen Aus führungs form beschrieben sind, auch in mehreren Aus führungs formen separat oder in j eder geeigneten Unterkombination implementiert werden . Darüber hinaus können, obwohl Merkmale oben als in bestimmten Kombinationen als zusammen wirkend beschrieben und sogar ursprünglich als solche beansprucht werden, ein oder mehrere Merkmale aus einer beanspruchten Kombination in einigen Fällen aus der Kombination herausgenommen werden, und die beanspruchte Kombination kann auf eine Unterkombination oder Variation einer Unterkombination gerichtet sein .

Auch wenn in den Zeichnungen Vorgänge in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt sind, ist dies nicht so zu verstehen, dass diese Vorgänge in der gezeigten Reihenfolge oder in sequenzieller Reihenfolge ausgeführt werden müssen, oder dass alle dargestellten Vorgänge ausgeführt werden müssen, um die gewünschten Ergebnisse zu erzielen . Unter bestimmten Umständen können abweichende Reihenfolgen oder eine Parallelverarbeitung vorteilhaft sein . Es wurde eine Reihe von Implementierungen beschrieben .

Nichtsdestotrotz können verschiedene Modi fikationen vorgenommen werden, ohne von Geist und Umfang des verbesserten Konzepts abzuweichen . Dementsprechend fallen auch andere Implementierungen in den Anwendungsbereich der Ansprüche .

Bezugs zeichenliste

1 photonischer Kristall

2 Verstärkungsmedium

3 Substrat

4 Verkapselungsschicht

5 Hil fsträger

11 photonische Struktur

12 Strukturelemente

13 Elektrode

14 Apertur

15 Übergitter

20 epitaktische Halbleiterschichtenfolge

21 erste Halbleiterschicht

22 aktive Schicht

23 zweite Halbleiterschicht

24 Bragg Spiegel

31 Rand ( des Wafers )

41 Metallschicht

42 teilweise Verkapselungsschicht

43 teilweise Verkapselungsschicht

44 Metallschicht

45 Metallschicht

46 Sperrschicht

47 seitliche Verkapselungsschicht