Optoelektronisches Halbleiterbauteil und photonischer

Kristall

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein photonischer Kristall angegeben.

In der Druckschrift Applied Physics Letters, Ausgabe 79, Nummer 26, Seiten 4280 bis 4282, Dezember 2001, ist eine

Lichtquelle angegeben, die gerichtete Strahlung emittiert und die einen zweidimensionalen photonischen Kristall beinhaltet.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das mit hoher Effizienz

Strahlung in einen bestimmten Raumwinkelbereich emittiert. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, einen

photonischen Kristall zu einer Strahlungseinkopplung oder zu einer Strahlungsauskopplung anzugeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beinhaltet dieses eine

Halbleiterschichtenfolge mit wenigstens einer aktiven

Schicht. Die mindestens eine aktive Schicht ist dazu

eingerichtet, im Betrieb des Halbleiterbauteils eine

elektromagnetische Strahlung zu erzeugen oder zu detektieren. Die aktive Schicht kann eine Einfach-Quantentopfstruktur oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur beliebiger Dimensionalität umfassen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist die in der aktiven Schicht erzeugte oder die von der aktiven Schicht zu detektierende Strahlung eine Scheitelwellenlänge, englisch peak wavelength, auf. Die Scheitelwellenlänge ist diejenige Wellenlänge, bei der im Spektrum der zu erzeugenden oder zu emittierenden Strahlung eine maximale Intensität vorliegt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beinhaltet dieses zumindest einen

photonischen Kristall. Der photonische Kristall ist zur

Einkopplung oder zur Auskopplung einer von der aktiven

Schicht erzeugten oder einer von der aktiven Schicht zu detektierenden Strahlung eingerichtet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall ein Material mit einer periodischen Variation des optischen

Brechungsindexes. Eine Periodizität der Änderung des

Brechungsindexes erfolgt dabei auf einer Skala der

Größenordnung der Vakuumwellenlänge der Strahlung, für die der photonische Kristall vorgesehen ist. Zum Beispiel erfolgt die Variation des Brechungsindexes auf Längen, die zwischen einschließlich einem Viertel und einem Vierfachen der

Scheitelwellenlänge liegen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall von der aktiven Schicht beabstandet. Mit anderen Worten grenzt die aktive Schicht nicht unmittelbar an den photonischen

Kristall. Die aktive Schicht ist auch kein Teil des

photonischen Kristalls.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall durch eine Überlagerung von mindestens zwei Gittern mit voneinander verschiedenen, auf die Scheitelwellenlänge normierten

reziproken Gitterkonstanten gebildet. Mit anderen Worten weist der photonische Kristall wenigstens zwei Gitter mit verschiedenen Gitterkonstanten auf, die miteinander

kombiniert sind. Eine eindimensionale oder eine

zweidimensionale Fourier-Analyse des photonischen Kristalls liefert also mindestens zwei voneinander verschiedene

Gitterkonstanten. Dass die reziproken Gitterkonstanten auf die

Scheitelwellenlänge normiert sind, kann folgendes bedeuten: Eine reziproke Gitterkonstante G* ergibt sich aus einer zugrunde liegenden realen Gitterkonstanten A in einem

eindimensionalen Fall aus dem Zusammenhang G* = 2π / A. Ein Wellenvektor kg bei der Scheitelwellenlänge λθ ergibt sich zu kg = 2π / λθ, wobei λθ die Scheitelwellenlänge im Vakuum ist. Die normierte reziproke Gitterkonstante G ergibt sich dann zu G = G* / kg = λθ / A. Für zum Beispiel ein zweidimensionales, hexagonales Gitter ergibt sich G = (2 λθ)/ (3 ^0,5 A) .

In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beinhaltet dieses wenigstens eine

Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht sowie zumindest einen photonischen Kristall zur Einkopplung oder zur Auskopplung einer von der mindestens einen aktiven

Schicht zu erzeugenden oder zu empfangenden Strahlung aus der oder in die Halbleiterschichtenfolge. Die Strahlung weist eine Scheitelwellenlänge auf. Der photonische Kristall ist von der aktiven Schicht beabstandet und durch eine

Überlagerung von mindestens zwei Gittern mit voneinander verschiedenen, auf die Scheitelwellenlänge normierten, reziproken Gitterkonstanten gebildet. Halbleiterschichtenfolgen, insbesondere zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung im ultravioletten, sichtbaren und/oder nahinfraroten Spektralbereich, weisen einen

vergleichsweise hohen Brechungsindex von beispielsweise mehr als 2 oder von mehr als 3,5 auf. Insbesondere durch den hohen Brechungsindex kann es zu einer Führung von Moden der

Strahlung in der Halbleiterschichtenfolge mit der aktiven Schicht kommen. Hierdurch kann eine Auskopplung dieser Moden aus der Halbleiterschichtenfolge erschwert sein.

Eine Möglichkeit, derartige Moden aus einer

Halbleiterschichtenfolge auszukoppeln, besteht darin, eine Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge aufzurauen. Hieraus resultiert im Allgemeinen eine Halbleiterschichtenfolge, die an der Hauptfläche ein Lambertscher Strahler ist oder die eine einem Lambertschen Strahler ähnliche

Abstrahlcharakteristik aufzeigt. Für Anwendungen, bei denen der Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel optische Systeme zu einer Fokussierung nachgeschaltet sind, kann eine

gerichtetere Abstrahlung als bei einem Lambertschen Strahler erwünscht sein.

Zu einer effizienten Lichtauskopplung und gerichteten

Abstrahlung kann ein photonischer Kristall an der

Halbleiterschichtenfolge geformt sein. Über einen

photonischen Kristall ist im Regelfall nur ein solcher

Strahlungsanteil auskoppelbar, der eine Bragg-Bedingung erfüllt. Die Bragg-Bedingung stellt insbesondere einen

Zusammenhang zwischen der Wellenlänge des Strahlungsanteils und der Gitterkonstanten des photonischen Kristalls her. Eine effiziente Auskopplung einer Strahlung erfolgt im Regelfall nur für solche Moden der Strahlung, für die die Bragg- Bedingung für die Gitterkonstante des photonischen Kristalls erfüllt ist.

Durch einen photonischen Kristall, der durch eine

Überlagerung von Gittern mit wenigstens zwei voneinander verschiedenen Gitterkonstanten gebildet ist, kann die Bragg- Bedingung für mehr Moden der Strahlung erfüllt werden, verglichen mit dem Fall, dass der photonische Kristall nur mit einem Gitter mit einer einzigen Gitterkonstanten gebildet ist. Durch einen solchen photonischen Kristall ist also insbesondere eine Auskoppeleffizienz von gerichtet

emittierter Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge steigerbar . Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils liegt ein Betrag aus einer Differenz von wenigstens zwei oder von allen der normierten, reziproken Gitterkonstanten zwischen einschließlich 0,5 und 2,5. Anders ausgedrückt gilt: 0,5 -S | G]_—G2 I - 2,5, wobei G]_ und G2 die zwei oder zwei der normierten, reziproken Gitterkonstanten des Gitters sind. Insbesondere liegt der Betrag zwischen einschließlich 0,8 und 1,3. Im Falle von mehr als zwei

Gitterkonstanten ist insbesondere G _] _ die größte und G2 die kleinste der Gitterkonstanten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weist eine der normierten, reziproken Gitterkonstanten einen Wert zwischen einschließlich 1,0 und 1,35 auf, bevorzugt zwischen einschließlich 1,05 und 1,25, insbesondere zwischen einschließlich 1,10 und 1,20.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils beträgt eine der normierten, reziproken Gitterkonstanten zwischen einschließlich 1,7 und 2,6, insbesondere zwischen einschließlich 1,7 und 1,9 oder

zwischen einschließlich 2,0 und 2,4. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall ein Teil der Halbleiterschichtenfolge. In diesem Fall ist der photonische Kristall bevorzugt aus dem gleichen Material geformt oder basiert auf dem gleichen Material, aus dem die

Halbleiterschichtenfolge gebildet ist. Beispielsweise ist der photonische Kristall dann in eine Schicht der

Halbleiterschichtenfolge strukturiert, insbesondere in eine äußerste Schicht der Halbleiterschichtenfolge. Ist der photonische Kristall durch eine Überlagerung von mindestens drei Gittern mit voneinander verschiedenen

Gitterkonstanten gebildet, so können sich die angegebenen Faktoren auf alle oder nur auf einen Teil der

Gitterkonstanten beziehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils gilt für eine, für zwei und/oder für alle der normierten reziproken Gitterkonstanten G der

Zusammenhang: 0,7 < G < n, wobei n ein maximaler

Brechungsindex der Halbleiterschichtenfolge ist, wobei zur Ermittlung des mittleren Brechungsindexes der

Halbleiterschichtenfolge der photonische Kristall selbst nicht einzubeziehen ist, in dem Fall, dass der photonische Kristall ein Teil der Halbleiterschichtenfolge ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils sind die mindestens zwei Gitter, die den photonischen Kristall bilden, durch Löcher in einer Schicht, insbesondere in einer Schicht der Halbleiterschichtenfolge, geformt. Die Löcher der mindestens zwei Gitter weisen

voneinander verschiedene mittlere Radien insbesondere größer als Null auf. Die Löcher von einem der Gitter können hierbei gleich Null sein, so dass stellenweise mit anderen Worten

Löcher in dem anderen Gitter weggelassen sind. Beispielsweise weisen die Löcher einen kreisförmigen oder ellipsenförmigen Grundriss auf. Ebenso können die Löcher einen quadratischen oder rechteckigen Grundriss, insbesondere mit abgerundeten Ecken, aufweisen.

Es kann der photonische Kristall hiernach durch ein einziges Übergitter mit einer einzigen Übergitterkonstante

beschreibbar sein, wobei Gitterpunkte dieses Übergitters durch Löcher mit unterschiedlichen Radien belegt sind. Die Verteilung der Radien der Löcher erfolgt nach den

Gitterkonstanten der zwei Gitter, deren Überlagerung den photonischen Kristall bildet, und ergibt sich nicht aus dem Übergitter .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils weisen die Löcher der beiden Gitter im Rahmen der Herstellungstoleranzen jeweils gleiche Tiefen auf. Insbesondere weichen die einzelnen Tiefen der Löcher der beiden Gitter um höchstens 25 % oder um höchstens 10 ~6 von einer mittleren Tiefe, gemittelt über die Löcher beider

Gitter, ab.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall durch eine Superposition der mindestens zwei Gitter gebildet.

Superposition bedeutet insbesondere, dass der photonische Kristall nicht durch ein einziges Übergitter beschreibbar ist, bei dem an allen Gitterpunkten des Übergitters Löcher mit unterschiedlichen Radien größer Null geformt sind.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils bedeutet Superposition, zusätzlich oder alternativ zu der im vorangehenden Absatz beschriebenen

Ausführungsform, dass der photonische Kristall Ausnehmungen mit vorgegebenen, unterschiedlichen Tiefen aufweist. Eine Gesamttiefe der Ausnehmungen ergibt sich bevorzugt aus einer Summe von Tiefen, die die einzelnen Gitter aufweisen würden, falls diese nicht superpositioniert wären.

Beispielsweise ist ein photonischer Kristall, der aus einer Überlagerung von zwei Gittern mit Löchern unterschiedlicher Radien geformt ist und ein Übergitter aufweist, bei dem alle Gitterplätze mit Löchern belegt sind, kein durch

Superposition zweier Gitter gebildeter photonischer Kristall ist, im vorliegenden Kontext. Ebenso ist es möglich, dass Superposition bedeutet, dass die Überlagerung der Gitter unabhängig voneinander erfolgen kann, so dass die genaue Positionierung des einen Gitters

unabhängig von der genauen Positionierung und/oder

Ausrichtung des anderen Gitters sein kann.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils tragen mindestens zwei der Gitter,

insbesondere alle Gitter des photonischen Kristalls mit einer Toleranz von höchstens 25 % gleich stark zu einer Auskopplung oder zur einer Einkopplung der Strahlung aus der oder in die Halbleiterschichtenfolge bei. Bevorzugt beträgt die Toleranz höchstens 10 %, insbesondere höchstens 5 %. Eine Bestimmung des Strahlungsanteils, dessen Einkopplung oder Auskopplung auf eines der Gitter des photonischen Kristalls zurückgeht, kann durch eine Analyse der von dem Halbleiterbauteil

beispielsweise emittierten Strahlungen in mehreren Bildebenen mit verschiedenen Abständen zu dem Halbleiterbauteil

erfolgen. In die Analyse kann insbesondere einfließen, welche spektralen Anteile in welche Raumwinkel emittiert werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist die mindestens eine aktive Schicht zur Erzeugung einer ultravioletten, sichtbaren und/oder

nahinfraroten Strahlung ausgebildet, wobei mindestens 40 % einer Intensität des von dem Halbleiterbauteil emittierten Lichts innerhalb eines Winkelbereichs, insbesondere eines Kegels, mit einem Öffnungswinkel von höchstens 50°,

insbesondere von höchstens 30°, aus dem photonischen Kristall emittiert wird. Der Raumwinkelbereich beträgt also zum

Beispiel höchstens 0,2π sr oder höchstens Ο,ΐπ sr. Mit anderen Worten erfolgt die Auskopplung der Strahlung aus der Halbleiterschichtenfolge heraus durch den photonischen

Kristall gerichtet in einen kleinen Raumwinkelbereich.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils emittiert das Halbleiterbauteil einen um mindestens 10 Prozentpunkte oder einem um mindestens 20 Prozentpunkte höheren Strahlungsanteil in einen

Raumwinkelbereich, der durch einen Kegel mit einem

Öffnungswinkel von 50° oder von 30° gebildet wird, als ein so genannter Lambert ' scher Strahler. Die Abstrahlung des

Halbleiterbauteils erfolgt also insbesondere gerichteter als bei einem Lambert ' sehen Strahler.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist eine der aktiven Schicht abgewandte Seite des photonischen Kristalls mit einer

strahlungsdurchlässigen, dielektrisch oder, bevorzugt, elektrisch leitfähigen Schicht bedeckt. Eine solche Schicht kann zu einer Stromaufweitung oder Stromverteilung dienen. Ausnehmungen des photonischen Kristalls, durch die eine

Variation des Brechungsindexes realisiert ist, können

vollständig oder teilweise mit einem Material der

strahlungsdurchlässigen Schicht gefüllt sein. Die

Gitterkonstanten des photonischen Kristalls sind dann

bevorzugt an den durch die strahlungsdurchlässige Schicht veränderten Brechungsindex der Ausnehmungen anzupassen.

Bevorzugt sind die Radien von den gegebenenfalls vorhanden Löchern der Gitter des photonischen Kristalls zusätzlich oder alternativ ebenso angepasst.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils basiert der photonische Kristall (4) auf einem oder auf mehreren der folgenden Materialien oder besteht hieraus: Al _n Ga _m I ni_ _n _ _m N, Al _n Ga _m I ni_ _n _ _m P, As _n Ga _m I ni- _n _ _m P, ZnO, ZnMgO, CdS, ZnCdS, MgBeO, ZnSe, ZnS, Indiumzinnoxid oder kurz ITO. Hierbei gilt 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n+m < 1, insbesondere 0 < n < 1, 0 < m < l und n+m < 1. Die genannten Materialen können zusätzlich Dotierstoffe wie zum Beispiel Si oder B enthalten.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist der photonische Kristall ein

eindimensionaler Kristall. Mit anderen Worten erfolgt dann eine Modulierung des Brechungsindexes des photonischen

Kristalls nur entlang genau einer Raumrichtung. Zum Beispiel sind dann Strukturelemente des photonischen Kristalls

grabenförmige Ausnehmungen, die bevorzugt jeweils entlang einer geraden Linie verlaufen, gebildet. Benachbarte

Ausnehmungen berühren sich bevorzugt nicht.

Mit anderen Worten kann eine Oberfläche des photonischen Kristalls, in einem Querschnitt gesehen, ähnlich einem

Rechteckspannungssignal oder mit Rechteck-Sägezähnen geformt sein. Hierbei weist insbesondere jeder zweite Reckteck- Sägezahn eine gleiche Breite auf und benachbarte Sägezähne weisen voneinander verschiedene Breiten auf.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauteils ist dieses eine Leuchtdiode.

Darüber hinaus wird ein photonischer Kristall angegeben. Bei dem photonischen Kristall kann es sich um einen photonischen Kristall handeln, wie er in Verbindung mit einer oder mehrerer der Ausführungsformen des optoelektronischen

Halbleiterbauteils beschrieben ist. Merkmale des

optoelektronischen Halbleiterbauteils sind daher auch für den hier beschriebenen photonischen Kristall offenbart und umgekehrt .

In mindestens einer Ausführungsform ist der photonische

Kristall für ultraviolette, sichtbare und/oder nahinfrarote Strahlung eingerichtet. Der photonische Kristall ist frei von einer zu einer Strahlungserzeugung oder zu einer

Strahlungsabsorption eingerichteten aktiven Schicht. Außerdem ist der photonische Kristall durch eine Überlagerung von mindestens zwei Gittern mit voneinander verschiedenen

reziproken Gitterkonstanten gebildet.

Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil sowie ein hier beschriebener photonischer Kristall unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von

Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Es zeigen: Figuren 1 und 2 schematische Schnittdarstellungen von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,

Figur 3 eine schematische Darstellung von Beispielen von

Spektren einer von hier beschriebenen

Halbleiterbauteilen emittierten Strahlung,

Figuren 4, 5, 7 und 10 schematische Draufsichten auf

Ausbildungsbeispiele von hier beschriebenen

photonischen Kristallen,

Figuren 6 und 8 schematische Darstellungen von

Auskoppeleffizienzen in Abhängigkeit von einem Abstrahlwinkel und von einer Wellenlänge von

Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen

Halbleiterbauteilen,

Figur 9 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur

Herstellung eines hier beschriebenen

Halbleiterbauteils, und

Figur 11 eine schematische Darstellung eines Beispiels einer

Modenverteilung eines Halbleiterbauteils. In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 in einer Schnittdarstellung schematisch dargestellt. Eine

Halbleiterschichtenfolge 2 weist eine aktive Schicht 3 auf, in den Figuren als Strich-Linie gekennzeichnet. Ferner umfasst die Halbleiterschichtenfolge 2 einen photonischen Kristall 4, der durch eine periodische Variation eines

Brechungsindexes in Form von Ausnehmungen in einer äußersten Schicht der Halbleiterschichtenfolge 2 gestaltet ist. Die Ausnehmungen reichen nicht bis zu der mindestens einen aktiven Schicht 3. In den Figuren ist der photonische

Kristall 4 durch eine Punkt-Linie von den weiteren Teilen der Halbleiterschichtenfolge 2 rein zeichnerisch abgeteilt. Der photonische Kristall 4 ist physisch Teil der

Halbleiterschichtenfolge 2 und ist mit dieser monolithisch geformt .

An einer dem photonischen Kristall 4 abgewandten Hauptseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 ist bevorzugt ein Spiegel 6 angebracht. Bei dem Spiegel 6 kann es sich um einen

Metallspiegel, beispielsweise mit oder aus Silber, handeln. Ebenso ist es möglich, dass der Spiegel 6 eine Kombination aus einem transparenten Material mit einem niedrigen

Brechungsindex und einer reflektierenden Metallschicht ist. Über den Spiegel 6 ist die Halbleiterschichtenfolge 2 an einem Träger 8 angebracht. Zur Vereinfachung der graphischen Darstellung sind elektrische Kontakte der

Halbleiterschichtenfolge 2 in den Figuren nicht dargestellt.

Ein Abstand D zwischen der aktiven Schicht 3 und dem Spiegel 6 beträgt zum Beispiel mindestens 100 nm und höchstens 6 ym. Bevorzugt beträgt der Abstand D zwischen einschließlich 100 nm und 2 ym oder zwischen einschließlich 100 nm und 150 nm. Der Abstand D ist bevorzugt ein ganzzahliges

Vielfaches einer Scheitelwellenlänge λθ*, addiert mit einem Viertel der Scheitelwellenlänge λθ*. Beispielsweise beträgt der Abstand D 0,75 λθ* oder 1,25 λθ* oder 1,75 λθ . λθ* ist hierbei eine Scheitelwellenlänge λθ im Vakuum geteilt durch einen mittleren Brechungsindex n des Bereichs der

Halbleiterschichtenfolge 2, der zwischen der Hauptseite 20 und der aktiven Schicht 3 liegt. Der Abstand D ist bevorzugt eine Distanz zwischen dem Spiegel 6 und einer Mitte der mindestens einen aktiven Schicht, insbesondere in einer Richtung senkrecht zu dem Spiegel 6. Insbesondere bei einer auf GaN oder InGaN basierenden Halbleiterschichtenfolge gilt für den Abstand D bevorzugt der Zusammenhang: 0,5 λθ/η < D < λθ/η. Ein Abstand T zwischen dem photonischen Kristall 4 und der aktiven Schicht 3 beträgt zum Beispiel mindestens 150 nm und höchstens 8 ym, insbesondere mindestens 500 nm und höchstens 6 ym. In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des

Halbleiterbauteils 1 dargestellt. Der photonische Kristall 4 ist an einer der aktiven Schicht 3 abgewandten Hauptseite 25 der Halbleiterschichtenfolge 2 von einer klarsichtigen, elektrisch leitfähigen Schicht 7 mindestens teilweise bedeckt. Die Schicht 7 kann Ausnehmungen des photonischen Kristalls 4, die in der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt sind, teilweise oder, wie in Figur 2 gezeigt, vollständig ausfüllen. Beispielsweise umfasst oder besteht die elektrisch leitfähige Schicht 7 aus einem transparenten leitfähigen Oxid, insbesondere aus Indiumzinnoxid, kurz ITO. Eine mittlere Dicke der elektrisch leitfähigen Schicht 7 beträgt beispielsweise zwischen einschließlich 80 nm und 400 nm, insbesondere um 120 nm. Durch die elektrisch leitfähige Schicht 7 kann eine

Stromverteilung in lateraler Richtung erfolgen oder

verbessert sein. Hierdurch ist insbesondere der Abstand T zwischen der aktiven Schicht 3 und dem photonischen Kristall 4 reduzierbar, wodurch eine insgesamt dünnere

Halbleiterschichtenfolge 2 erzielt werden kann.

In den Figuren 3A und 3B sind schematisch Spektren einer von den Halbleiterbauteilen 1 etwa gemäß den Figuren 1 und 2 erzeugten Strahlung dargestellt. Die Scheitelwellenlängen λθ sind jeweils diejenigen Wellenlängen λ, bei denen eine maximale Intensität I vorliegt. In Figur 3A liegt die

Scheitelwellenlänge λθ bei etwa 460 nm, in Figur 3B bei etwa 850 nm.

In Figur 4 sind verschiedene Draufsichten auf Beispiele der photonischen Kristalle 4 dargestellt. Die illustrierten photonischen Kristalle 4 können insbesondere bei einem

Halbleiterbauteil 1 gemäß den Figuren 1 und 2 vorliegen.

Der photonische Kristall 4 gemäß Figur 4A ist ein

eindimensionaler photonischer Kristall, das heißt, eine

Variation des Brechungsindexes erfolgt nur entlang genau einer lateralen Richtung. Der photonische Kristall 4 ist durch eine Überlagerung eines ersten Gitters 41 und eines zweiten Gitters 42 gebildet. Eine reale Gitterkonstante A2 des zweiten Gitters 42 beträgt die Hälfte einer realen

Gitterkonstante AI des ersten Gitters 41. Beide Gitter 41, 42 sind durch streifenförmige oder rillenartige Ausnehmungen, bevorzugt in der Halbleiterschichtenfolge 2, gebildet. Die Ausnehmungen verlaufen entlang gerader Linien. Breiten der Ausnehmungen der Gitter 41, 42 unterscheiden sich voneinander. Im Querschnitt gesehen weist eine Oberfläche des photonischen Kristalls 4 dann einen Rechteck-Sägezahnverlauf auf . Gemäß Figur 4B ist der photonische Kristall 4 durch eine Überlagerung von zwei Gittern mit Löchern 51, 52 mit

unterschiedlichen Radien gebildet. Alle Gitterpunkte eines Übergitters sind mit den Löchern 51, 52 der beiden Gitter, die den photonischen Kristall 4 bilden, besetzt, entsprechend der Gitterkonstanten der beiden Gitter. Eine Verteilung der Radien der Löcher 51, 52 ergibt sich also nicht alleine aus dem Übergitter und somit auch nicht eine Gesamtstruktur des photonischen Kristalls 4. Das Übergitter weist eine

quadratische Grundstruktur auf. Die Gitterkonstanten der beiden den photonischen Kristall 4 bildenden, überlagerten Gitter unterscheiden sich um einen Faktor 2.

Gemäß Figur 4C weist der photonische Kristall 4 eine

hexagonale Grundstruktur auf. Die beiden den photonischen Kristall 4 bildenden Gitter sind durch die Löcher 51, 52 mit unterschiedlichen Radien gebildet. Die Gitterkonstanten der beiden Gitter unterscheiden sich um einen Faktor 2.

Gemäß Figur 4D weist der photonische Kristall ebenfalls eine hexagonale Grundstruktur auf. Die Gitterkonstanten der den photonischen Kristall 4 bildenden Gitter unterscheiden sich um einen Faktor Wurzel aus 3 ~ 1,73.

Anders als in Figur 4 dargestellt können die den photonischen Kristall 4 bildenden Gitter auch Gitterkonstanten aufweisen, die sich um einen Faktor Wurzel aus 2 oder um ein Dreifaches oder Vierfaches voneinander unterscheiden. In Figur 5A ist detaillierter der photonische Kristall 4 gemäß Figur 4C illustriert. Die Löcher 51 des ersten Gitters weisen einen größeren Radius rl auf. Der Radius rl der Löcher 51 beträgt zum Beispiel zwischen einschließlich einem 0,40- fachen und einem 0,50-fachen der realen Gitterkonstante A des Gitters mit der kleineren Gitterkonstante. Die Radien r2 der kleineren Löcher 52 betragen beispielsweise zwischen

einschließlich dem 0,15-fachen und dem 0,30-fachen der realen Gitterkonstante A.

In Figur 5C ist ferner eine elektronenmikroskopische Aufnahme des photonischen Kristalls 4 gezeigt. Das Halbleiterbauteil 1 weist eine auf Galliumarsenid basierende

Halbleiterschichtenfolge mit einer Gesamtdicke (T + D) von zirka 800 nm auf und emittiert um eine Scheitelwellenlänge λθ von zirka 850 nm. Die Gitterkonstante A beträgt etwa 270 nm.

In Figur 5B ist ein Verhältnis aus Strahlungsintensitäten II und 12 der von den den photonischen Kristall 4 bildenden Gittern ausgekoppelten Strahlungsintensitäten in Abhängigkeit des Radius rl der Löcher 51 des ersten Gitters angegeben. Der Radius r2 der kleineren Löcher beträgt hierbei ein 0,21- faches der Gitterkonstanten A, vergleiche Figur 5A. Mit zunehmendem Wert der Radien rl steigt der Anteil der

Strahlung, der von den größeren Löchern 51 des Gitters mit der größeren realen Gitterkonstanten aus der

Halbleiterschichtenfolge 2 ausgekoppelt wird. Das Verhältnis II zu 12 ist also durch eine geeignete Wahl der Radien rl, r2 der Löcher 51, 52 der Gitter einstellbar.

In Figur 6 sind Fernfelder einer emittierten Strahlung in Abhängigkeit von einem Emissionswinkel Θ und in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ aufgetragen. In Figur 6A ist das Fernfeld eines Bauteils gezeigt, bei dem der photonische Kristall nur durch ein hexagonales Gitter gebildet ist, beispielsweise nur durch das Gitter mit den kleineren Löchern 52 gemäß Figur 5A. Zum Vergleich ist in Figur 6B das Fernfeld für das Halbleiterbauteil 1 mit dem photonischen Kristall 4 gemäß Figur 5C dargestellt. Helle Bereiche in Figur 6 sind Bereiche, in die verstärkt Strahlung von dem Bauteil oder dem Halbleiterbauteil 1 emittiert wird. In Figur 7A ist schematisch ein photonischer Kristall 4 illustriert, der durch eine Superposition der Gitter 41, 42 gebildet ist. Beispielsweise eine Gesamttiefe der

resultierenden Ausnehmungen in der Schicht, in der der photonische Kristall 4 geformt ist, ergibt sich aus einer Summe der Tiefen der Ausnehmungen, die auf das Gitter 41 zurückgehen sowie der Ausnehmungen, die auf das Gitter 42 zurückgehen. Hieraus resultiert eine vergleichsweise komplexe Struktur des photonischen Kristalls 4, siehe die

elektronenmikroskopische Aufnahme gemäß Figur 7B.

In Figur 7C ist ferner eine zweidimensionale Fourier- Transformation einer Oberseite des photonischen Kristalls 4 gemäß Figur 7B dargestellt. Die Fourier-Amplituden für eine stärkste Bande des Gitters 41 und für eine stärkste Bande des Gitters 42 sind, mit einer Toleranz von höchstens 25 % oder von höchstens 10 %, gleich groß. Mit anderen Worten sind die je stärksten Banden der Gitter 41, 42 in der Darstellung gemäß Figur 7C ungefähr gleich intensiv ausgeprägt. Aus der Fourier-Transformation ist ablesbar, dass die auf die beiden, superpositionierten Gitter zurückgehenden Intensitäten der emittierten Strahlung vergleichbar groß sind. In Figur 8A ist das optische Fernfeld für ein Bauteil angegeben, bei dem eine Abwandlung eines photonischen

Kristall mit nur einem einzigen Gitter, etwa nur dem Gitter 41 der Figur 7A, gebildet ist. In Figur 8B ist das Fernfeld für den photonischen Kristall 4 gemäß Figur 7B gezeigt. Das zugrunde liegende Halbleiterbauteil 1 basiert auf

Indiumgalliumnitrid. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine Gesamtdicke (D + T) von zirka 5 ym bis 6 ym auf. Die

Scheitelwellenlänge λθ liegt bei zirka 450 nm. Gemäß Figur 8A beträgt die eine einzige normierte, reziproke Gitterkonstante des hexagonalen Gitters 2,3. Gemäß Figur 8B betragen die normierten, reziproken Gitterkonstanten der zwei

superpositionierten Gitter zirka 1,15 und 2,3. Im Vergleich zu einem abgewandeltem photonischen Kristall etwa gemäß Figur 6A oder Figur 8A ist eine Intensität der von dem Halbleiterbauteil 1 emittierten Strahlung gemäß Figur 6B oder Figur 8B um mehrere Prozent erhöht. Darüber hinaus erfolgt die Emission der Strahlung jeweils konzentriert in einen vergleichsweise kleinen Raumwinkelbereich.

In Figur 9 ist ein Herstellungsverfahren für das

optoelektronische Halbleiterbauteil 1 illustriert. Mit dem Verfahren kann beispielsweise ein Halbleiterbauteil 1 gemäß Figur 7B hergestellt werden.

Gemäß Figur 9A wird über ein lithographisches Verfahren das Gitter 42 mittels eines Belichtens auf einen Fotolack 9, der auf der Halbleiterschichtenfolge 2 mit der aktiven Schicht 3 aufgebracht ist, übertragen. Alternativ kann ein Schreiben des Gitters 42 in den Fotolack 9 beispielsweise über

Elektronenstrahlung erfolgen. Hierdurch resultieren belichtete beziehungsweise mit Elektronen bestrahlte Bereiche 90 des Fotolacks 9.

Gemäß Figur 9B wird das weitere Gitter 41 ebenfalls auf den Fotolack 9 übertragen, so dass ein komplexeres Muster der belichteten beziehungsweise bestrahlten Bereiche 90 entsteht. Die Dosis der Belichtung beziehungsweise der Bestrahlung ist bevorzugt so gewählt, dass der Fotolack 9 durch die

Belichtung beziehungsweise durch die Bestrahlung nicht gesättigt wird. Bei dem Fotolack handelt es sich zum Beispiel um einen Positivlack.

In Figur 9C ist die Geometrie des Fotolacks 9 dargestellt, nach dem die belichteten oder bestrahlten Bereiche 90

entfernt wurden. Anschließend erfolgt ein Ätzen, wodurch die Struktur des Fotolacks 9 auf die Halbleiterschichtenfolge 2 übertragen wird, wodurch der photonische Kristall 4

resultiert, siehe Figur 9D. Anstelle eines lithographischen oder photolithographischen Verfahrens ist ein durch Superposition von zwei Gittern gebildeter photonischer Kristall 4 auch beispielsweise durch ein so genanntes Nanoimprint-Verfahren erzeugbar. Hierbei wird ein entsprechend geformter Stempel auf den Fotolack 9 gedrückt, worauf ein Ätzen erfolgt, so dass die Struktur des Stempels mit Hilfe des Fotolacks auf die

Halbleiterschichtenfolge 2 übertragbar ist.

In Figur 10 ist eine Draufsicht auf den photonischen Kristall 4 gemäß Figur 7B dargestellt. Der photonische Kristall 4 ist hierbei mit einer transparenten, elektrisch leitfähigen

Schicht 7 überdeckt, so dass beispielsweise das

Halbleiterbauteil 1 gemäß Figur 2 resultiert. In Figur 11 ist eine Modenintensität B _m einer Modenverteilung ß _m in Einheiten von kg = 2π / λθ dargestellt. Unterhalb von ß _m =1 ist die Modenintensität B _m um einen Faktor 50

vergrößert dargestellt. Die Modenverteilung ß _m weist ein breites Maximum um zirka 1,3 sowie ein schmäleres Maximum um zirka 2,3 auf. Mit einem photonischen Kristall 4 mit

reziproken Gitterkonstanten von 1,15 und 2,3, zum Beispiel wie in Figur 7B gezeigt, ist bei einer derartigen

Modenverteilung ß _m eine hohe Auskoppeleffizienz erzielbar.

Abhängig von der Modenverteilung ß _m sind die reziproken

Gitterkonstanten, insbesondere im Falle eines photonischen Kristalls 4, der durch eine Superposition zweier Gitter gebildet ist, anpassbar. Weist die Modenverteilung mehrere

Maxima auf, so kann der photonische Kristall 4 bevorzugt auch durch eine Überlagerung von mehr als zwei Gittern,

beispielsweise durch eine Überlagerung von drei oder von vier Gittern mit verschiedenen Gitterkonstanten, gebildet sein.

Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die

Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.

Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder dies Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2009 057 780.7, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.