Optoelektronisches Halbleiterbauelement

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben.

Die Druckschrift DE 19640594 sowie die Druckschrift US 2005/0247950 beschreiben optoelektronische Halbleiterbauelemente sowie Verfahren zu deren Herstellung.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine besonders hohe Lebensdauer aufweist. Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist. Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines solchen optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben.

Bei dem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich beispielsweise um eine Lumineszenzdiode, das heißt eine Leuchtdiode oder eine Laserdiode. Insbesondere kann es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement auch um eine RCLED (resonant cavity light emitting diode) oder einen VCSEL (vertical cavity surface emitting laser) handeln.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das optoelektronische Bauelement ein Trägersubstrat auf . Die funktionellen Schichten des optoelektronischen Halbleiterbauelements - das heißt eine Bauelementstruktur des optoelektronischen Halbleiterbauelements, die eine zur Strahlungserzeugung

vorgesehene aktive Schicht umfasst - sind mit dem TrägerSubstrat mechanisch fest verbunden. Weiter ist es möglich, dass die Bauelementstruktur des optoelektronischen Bauelements über das Trägersubstrat elektrisch kontaktierbar ist. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Trägersubstrat dabei nicht um ein Aufwachssubstrat, auf dem die Bauelementstruktur des optoelektronischen

Halbleiterbauelements epitaktisch abgeschieden ist, sondern um ein Substrat, auf das die Bauelementstruktur nach ihrer Herstellung aufgebracht wird oder auf das eine Nutzschicht aufgebracht wird, auf die nach dem Aufbringen die Bauelementstruktur epitaktisch abgeschieden wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Zwischenschicht, die eine Haftung zwischen dem Trägersubstrat und der Bauelementstruktur des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermittelt. Bei der Zwischenschicht kann es sich beispielsweise um eine Bondschicht handeln, mittels der das Trägersubstrat an die Bauelementstruktur gebondet ist. Ferner ist es möglich, dass die Zwischenschicht das Trägersubstrat mit einer Nutzschicht mechanisch verbindet. Auf die dem Trägersubstrat abgewandte Seite der Nutzschicht kann die Bauelementstruktur dann epitaktisch aufgewachsen sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Bauelementstruktur mit einer aktiven Schicht, die zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist. Vorzugsweise ist die aktive Schicht zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung im blauen und/oder ultravioletten Spektralbereich geeignet. Die aktive Schicht

kann dazu mehrere Halbleiterschichten umfassen. Beispielsweise umfasst die aktive Schicht einen pn-übergang, eine Heterostruktur, eine EinfachquantentopfStruktur und/oder eine Mehrfachquantentopfstruktur . Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst insbesondere auch jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss ("confinement") eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalitat der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge , Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement ein Trägersubstrat, eine Zwischenschicht, die eine Haftung zwischen dem Trägersubstrat und einer Bauelementstruktur vermittelt, wobei die Bauelementstruktur eine aktive Schicht umfasst, die zur Strahlungserzeugung vorgesehen ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die BauelementStruktur eine Nutzschicht auf. Die Nutzschicht ist mittels der Zwischenschicht mit dem Trägersubstrat verbunden. Auf die dem Trägersubstrat abgewandte Seite der Nutzschicht ist die Bauelementstruktur epitaktisch aufgewachsen. Das heißt die Bauelementstruktur mit der aktiven Schicht folgt der Nutzschicht in Wachstumsrichtung nach. Vorzugsweise besteht die Nutzschicht aus GaN mit einer besonders niedrigen Versetzungsdichte. Bevorzugt ist die Versetzungsdichte dabei kleiner als 10 ⁸ pro cm ² , besonders bevorzugt kleiner 10 ⁷ pro cm ² . Das heißt bei der Nutzschicht handelt es sich

beispielsweise um eine Schicht aus hochwertigem, defektarmen Halbleitermaterial wie GaN. Das Trägersubstrat hingegen kann aus einem kostengünstigeren Material, beispielsweise defektreichem GaN gebildet sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Nutzschicht eine Trennfläche auf, die dem TrägerSubstrat abgewandt ist. Die Nutzschicht ist beispielsweise aus einem dickeren Nutzsubstrat entlang der Trennfläche ausgelöst. Die Trennfläche ist vorzugsweise planarisiert und epitaktisch überwachsen. Beispielsweise ist die Bauelementstruktur auf diese planarisierte Trennfläche epitaktisch abgeschieden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Zwischenschicht elektrisch isolierend. Die Zwischenschicht kann dazu aus einem Siliziumnitrid oder einem Siliziumoxid bestehen oder zumindest eines dieser Materialien enthalten. Beispielsweise enthält die Zwischenschicht dabei zumindest eines der folgenden Materialien: SiN, Siθ2 _/ Si3N4, AI2O3, Ta2θs, HfO2.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht zumindest ein Oxid, Nitrid und / oder Fluorid zumindest einer der folgenden Elemente auf: Si, Mg, Al, Hf, Nb, Zr, Sc, Ta, Ga, Zn, Y, B, Ti.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements besteht die Zwischenschicht aus einer sauerstoffhaltigen Verbindung.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht einen Brechungsindex auf, der kleiner ist, als der Brechungsindex des Materials, aus dem die Nutzschicht gebildet ist. Die Zwischenschicht kann dann einen Spiegel für die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung bilden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Reflektivität der Zwischenschicht durch eine Schichtfolge von hoch und niedrig brechenden Schichten für kleine Einfallswinkel erhöht. Das heißt, die Zwischenschicht umfasst eine Schichtenfolge von alternierend hoch und niedrig brechenden Schichten, die beispielsweise eine Bragg-Spiegelstruktur bilden können.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Zwischenschicht auf der Seite, die der Bauelementstruktur zugewandt ist, besonders glatt ausgebildet. Eine solch glatte Zwischenschicht ermöglicht eine besonders gute Reflektivität der Zwischenschicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Seite der Zwischenschicht, die dem Trägersubstrat zugewandt ist, rau ausgebildet. Dies ermöglicht eine gute Transmission von elektromagnetischer Strahlung in Richtung hin zur Strahlungsaustrittsfläche des Halbleiterbauelements. Dies ist darauf zurückzuführen, dass eine solch raue Grenzfläche der Zwischenschicht die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion an der Zwischenschicht verringert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermittelt die Zwischenschicht einen

elektrischen Kontakt zwischen dem Trägersubstrat und der Bauelementstruktur . Die Zwischenschicht enthält oder besteht dann beispielsweise aus einem transparenten leitfähigen Oxid (transparent conductive oxide - TCO) , zum Beispiel ITO (indium tin oxide) oder ZnO.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Zwischenschicht für die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung zumindest teilweise durchlässig. Beispielsweise ist der Brechungsindex der Zwischenschicht dazu dem Brechungsindex des Materials, aus dem die Nutzschicht gebildet ist, und/oder dem Material, aus dem das Trägersubstrat gebildet ist, angepasst. Das heißt der Brechungsindex der Zwischenschicht ist dann in etwa gleich dem Brechungsindex des Materials, aus dem die Nutzschicht gebildet ist, und/oder in etwa gleich dem Brechungsindex des Materials, aus dem das Trägersubstrat gebildet ist. In etwa gleich heißt, dass der Brechungsindex der Zwischenschicht um maximal 20 % vom Brechungsindex des Materials, vorzugsweise maximal 10 %, besonders bevorzugt maximal 5 % vom Brechungsindex des Materials der Nutzschicht und/oder des Trägersubstrats abweicht.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist eine Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements aufgeraut. Eine solche Aufrauung kann beispielsweise mittels in-situ- Aufrauung während der Epitaxie durch V-förmige öffnungen erfolgen, die bevorzugt an Versetzungen auftreten. Eine weitere mögliche Technik zur Aufrauung der Strahlungsaustrittsfläche ist die Bildung von Mesetten auf der Strahlungsaustrittsfläche. Das heißt auf der

Strahlungsaustrittsfläche werden Mesa-Strukturen mittels epitaktischem Wachstums oder ätzen erzeugt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist zumindest auf eine Seite des optoelektronischen Halbleiterbauelements eine hochtransparente Kontaktschicht aufgebracht . Die hochtransparente Kontaktschicht kann beispielsweise ein transparentes leitfähiges Oxid enthalten oder einem solchen bestehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist das Halbleiterbauelement nach Art eines Flip-Chips ausgeführt. Dabei ist die Bauelementstruktur vorzugsweise mit einer reflektierenden Elektrode versehen. Die der

Bauelementstruktur abgewandte Seite des Trägersubstrats ist dann vorzugsweise, wie weiter oben beschrieben, aufgeraut und strukturiert, um die Lichtauskopplung durch das Substrat zu verbessern. Das heißt die Strahlungsaustrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zumindest stellenweise durch die der Bauelementstruktur abgewandte Seite des Trägersubstrats gebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die der Bauelementstruktur abgewandte Seite des Trägersubstrats verspiegelt, sodass die in der aktiven Schicht erzeugte elektromagnetische Strahlung reflektiert wird. In diesem Fall ist zumindest ein Teil der Strahlungsaustrittsfläche durch die dem Trägersubstrat abgewandte Seite der Bauelementstruktur gegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht einen

dielektrischen Spiegel oder bildet einen solchen dielektrischen Spiegel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht einen Bragg-Spiegel oder bildet einen solchen Bragg-Spiegel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Zwischenschicht zumindest eines der folgenden Materialien: SiN, SiO ₂ , Si3N4, AI2O3, Ta ₂ O ₅ , HfO ₂ .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht einen Bragg-Spiegel oder bildet einen Bragg-Spiegel, der eine Vielzahl sich abwechselnder erster und zweiter Schichten enthält. Dabei sind die ersten Schichten vorzugsweise aus SiO ₂ und/oder Al ₂ θ3 gebildet und die zweiten Schichten sind vorzugsweise aus Ta ₂ Os und/oder HfO ₂ gebildet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die als dielektrischer Spiegel oder Bragg-Spiegel ausgebildete Zwischenschicht eine Bondschicht, die eine Haftung zwischen dem Trägersubstrat und der Bauelementstruktur des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermittelt. Das heißt die Zwischenschicht nimmt in dieser Ausführungsform eine Doppelfunktion wahr: Sie dient zur Reflexion der in der aktiven Schicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung und sie vermittelt eine mechanische Haftung zwischen dem Trägersubstrat und der Bauelementstruktur.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Bauelement einen Auskoppelspiegel, der auf der der Zwischenschicht abgewandten Seite der Bauelementstruktur angeordnet ist. Beispielsweise ist der AuskoppelSpiegel durch zumindest einen der folgenden Spiegel gebildet: Metallischer Spiegel, dielektrischer Spiegel, Bragg-Spiegel .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Auskoppelspiegel einen Bragg-Spiegel, der eine Vielzahl sich abwechselnder erster und zweiter Schichten enthält. Dabei sind die ersten Schichten vorzugsweise aus Siθ2 und/oder AI2O3 gebildet und die zweiten Schichten sind vorzugsweise aus Ta2θs und/oder HfO2 gebildet.

Dabei ist es insbesondere möglich, dass die als Spiegel ausgebildete Zwischenschicht und der Auskoppelspiegel gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements einen Resonator für die in der aktiven Schicht der Bauelementstruktur des optoelektronischen Halbleiterbauelements erzeugte elektromagnetische Strahlung bilden. Diese Ausführungsform eignet sich besonders gut für eine RCLED oder einen VCSEL.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt der Abstand zwischen der Zwischenschicht und dem Auskoppelspiegel höchstens 10 μm, bevorzugt höchstens 3 μm, besonders bevorzugt höchstens 2 μm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zwischen der Bauelementstruktur und dem Auskoppelspiegel eine KontaktSchicht angeordnet, die ein

transparentes leitfähiges Oxid umfasst oder einem solchen besteht. Beispielsweise enthält oder besteht die Kontaktschicht aus ITO. Das heißt zwischen der der Zwischenschicht abgewandten Seite der Bauelementstruktur und dem Auskoppelspiegel ist eine Kontaktschicht angeordnet, die ein transparentes leitfähiges Oxid enthält oder aus einem solchen besteht. Vorzugsweise grenzen die Bauelementstruktur und der Auskoppelspiegel jeweils direkt an diese Kontaktschicht .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements erfüllt die Dicke der Kontaktschicht, die zwischen Bauelementstruktur und Auskoppelspiegel angeordnet ist, folgende Beziehung: d = (m λ/2) / n^s • Dabei ist d die Dicke der Kontaktschicht, λ die Wellenlänge der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung, ¹ ^-KS ^ie Brechzahl des Materials der Kontaktschicht und m eine natürlich Zahl ≥ 1.

Es wird ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren das Aufwachsen einer aktiven Schicht auf eine Nutzschicht. Bei der Nutzschicht handelt es sich zum Beispiel um eine Schicht aus GaN, die eine besonders kleine Versetzungsdichte aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Trägersubstrats . Bei dem Trägersubstrat kann es sich zum

Beispiel um ein kostengünstiges GaN-Substrat handeln, das eine relativ hohe Versetzungsdichte aufweist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren das Verbinden des Trägersubstrats mit einem Nutzsubstrat mittels einer Zwischenschicht. Bei dem Nutzsubstrat handelt es sich zum Beispiel um ein dickes, versetzungsarmes GaN-Substrat .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Verfahren das Herstellen einer Bruchkeimschicht im Nutzsubstrat . Beispielsweise kann diese Bruchkeimschicht mittels der Implantation von Wasserstoff-Ionen in das Nutzsubstrat erfolgen. Dadurch wird eine Bruchkeimschicht ausgebildet, entlang derer in einem nachfolgenden Verfahrensschritt ein Teil des Nutzsubstrats abgelöst werden kann, sodass eine Nutzschicht verbleibt, die mit dem Trägersubstrat über die Zwischenschicht verbunden ist. Beispielsweise kann die Nutzschicht durch Tempern vom verbleibenden Nutzsubstrat abgelöst werden. Ein solches Verfahren zur Herstellung eines Quasi-Substrats mit Nutzschicht ist zum Beispiel in der Druckschrift WO 2005/004231 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt diesbezüglich hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:

- Bereitstellen eines Trägersubstrats,

- Verbinden des Trägersubstrats mit einem Nutzsubstrat mittels einer Zwischenschicht,

- Herstellen einer Bruchkeimschicht im Nutzsubstrat,

- Ablösen eines Teils des Nutzsubstrats, sodass eine Nutzschicht verbleibt, die mit dem Trägersubstrat verbunden ist, und

- Aufwachsen einer Bauelementstruktur, die eine aktive Schicht umfasst, auf die Nutzschicht.

Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement sowie das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert. In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.

Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Figur 4 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Figur 6 zeigt eine schematische Auftragung der Reflektivität an der Zwischenschicht.

Figur 7 zeigt eine schematische Auftragung der Intensität der vom Bauelement emittierten Strahlung.

Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements .

Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst ein Trägersubstrat 1. Das Trägersubstrat 1 ist aus einem kostengünstigen GaN gebildet, das eine relativ hohe Versetzungsdichte aufweist .

Auf das Trägersubstrat .1 ist eine Zwischenschicht 2 aufgebracht, die einen niedrigeren Brechungsindex und eine gute Haftung auf GaN aufweist. Zum Beispiel ist die Zwischenschicht 2 aus Siθ2 gebildet. Die Dicke der Zwischenschicht 2 beträgt vorzugsweise wenigstens 100 ran.

Auf die Zwischenschicht 2 ist eine Bauelementstruktur 50 aufgebracht. Die BauelementStruktur 50 umfasst eine

Nutzschicht 3, die aus GaN besteht und zumindest teilweise aus einem Nutzsubstrat abgetrennt ist. Die Versetzungsdichte der Nutzschicht ist kleiner 10^ pro cm ² , bevorzugt kleiner

10 ⁷ pro cm ² . Die Nutzschicht 3 weist eine Trennschicht 4 auf, die dem Trägersubstrat 1 abgewandt ist. Die Nutzschicht 3 wurde entlang der Trennschicht 4 vom Nutzsubstrat abgetrennt.

Der Nutzschicht 3 folgt eine Elektroneninjektionsschicht 12 nach. Bei der Elektroneninjektionsschicht 12 handelt es sich zum Beispiel um eine Schicht, die aus n-AlInGaN besteht. Dabei ist es auch möglich, dass die Nutzschicht 3 die Elektroneninjektionsschicht 12 bildet. In diesem Fall ist die Nutzschicht 3 aus einem n-AlInGaN-Nutzsubstrat abgetrennt.

Der Elektroneninjektionsschicht 12 folgt eine aktive Schicht 5 nach. Die aktive Schicht 5 umfasst zumindest eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene Struktur. Beispielsweise kann die aktive Schicht 5 einen pn-übergang, eine Heterostruktur, eine Quantentopfstruktur und/oder eine MehrfachquantentopfStruktur enthalten .

Der aktiven Schicht 5 folgt eine zweite leitende Schicht - beispielsweise eine p-AHnGaN-Löcherinjektionsschicht 6 - nach, die auf ihrer der aktiven Schicht 5 abgewandten Seite vorzugsweise aufgeraut und/oder strukturiert ist, um die Wahrscheinlichkeit eines Strahlungsaustritts durch zu erhöhen. Dazu ist es auch möglich, dass Mesetten in Löcherinjektionsschicht 6 strukturiert sind.

Der Löcherinjektionsschicht 6 folgt eine Kontaktschicht 7 nach, die beispielsweise ein transparentes leitendes Oxid, wie ITO, enthält oder aus einem solchen besteht.

Auf die Kontaktschicht 7 ist ein Bondpad 8 aufgebracht, mittels dem das Bauelement zum Beispiel durch Drahtkontaktierung elektrisch kontaktiert werden kann.

Im Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, ist die Nutzschicht 3 oder die Elektroneninjektionsschicht 12 zumindest stellenweise von der dem Trägersubstrat abgewandten Seite her freigelegt. Auf die derart freigelegte Nutzschicht 3 ist ein Bondpad 9 aufgebracht, das zum n-seitigen Kontaktieren des optoelektronischen Halbleiterbauelements dient. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement, das in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, handelt es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode.

Alternativ zur in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen Ausführungsform kann das Trägersubstrat 1 elektrisch isolierend und transparent sein. Beispielsweise besteht das Trägersubstrat 1 dann aus Saphir. Die Zwischenschicht 2 weist dann vorzugsweise einen Brechungsindex auf, der kleiner als der von Saphir ist.

Alternativ ist es weiter möglich, dass n- und p-leitende Schichten vertauscht sind. Das heißt das Trägersubstrat kann auch an eine p-leitende Schicht grenzen.

Alternativ ist es weiter möglich, dass das Bauelement als Flip-Chip-Bauelement ausgeführt ist, bei dem ein hoch reflektierender Spiegel auf die Löcherinjektionsschicht 6 oder die Kontaktschicht 7 aufgebracht ist.

Bei vielen LEDs, zum Beispiel UV-LEDs auf Galliumnitridbasis hängt der interne Wirkungsgrad stark von der Defektdichte ab.

Diese Defektdichte ist wesentlich vom Substrat bestimmt. So sind Defektd.ich.ten bei der Heteroepitaxie von Galliumnitrid auf Saphir oder von Galliumnitrid auf Siliziumcarbid 10 ⁸ bis 10 ¹ O p _{ro cm} 2 möglich.

Der zweite Faktor für die Bauteileffizienz ist die Auskopplung der in der Halbleiterschicht erzeugten Lichtstrahlen vom Halbleiter in die Umgebung. Diese Auskopplung ist begrenzt durch Reflektionen an der Grenzfläche und durch Totalreflektionswinkel für den Materialübergang .

Effiziente Lichtauskopplung wird mit Dünnfilmtechnik erreicht. Das Prinzip ist, den erzeugten Lichtstrahlen mehrfach eine Chance zur Lichtauskopplung zu geben. Dazu wird die Strahlungsaustrittsfläche strukturiert oder aufgeraut, um eine Winkeländerung im Fall einer Reflektion zu erhalten, die gegenüber liegende Seite wird verspiegelt. Vorzugsweise wird die Struktur zwischen Oberfläche und Spiegel möglichst dünn gehalten, um Absorption im Material zu minimieren. In der Dünnfilm-Chiptechnologie dominiert heute das Laser-Liftoff- Verfahren zum Substrat-Trennen in Verbindung mit eutektischem Bonden. Alternativ ist ein Waferbond-Prozess kombiniert mit Schleifen und Wegätzen des Muttersubstrats möglich. Leuchtdiodenchips in Dünnfilmbauweise sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/13281 Al sowie EP 0 905 797 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Dünnfilmbauweise hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.

Eine weitere Möglichkeit, hohe Lichtauskopplung zu erhalten, sind Epitaxiestrukturen auf hochtransparentem Substrat (zum Beispiel Saphir) in Verbindung mit hochtransparenten

VorderseitenstromaufWeitungsschichten (-kontakten) und in Verbindung mit änderungen der Wege des reflektierten Lichts, wie Strukturierung oder Aufrauung von Oberflächen und/oder Grenzflächen. Auf Galliumnitridsubstraten ist die Effizienz einer derartigen Strukturierung jedoch stark reduziert, da Galliumnitrid vor allem für Strahlung im UV-Bereich stark absorbierend ist.

Die Figur 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements in einer schematischen Schnittdarstellung.

In diesem Ausführungsbeispiel ist die Zwischenschicht 2 elektrisch leitend ausgebildet und stellt einen Kontakt zur Bauelementstruktur 50 her. Die Zwischenschicht 2 besteht oder enthält ein transparentes leitfähiges Oxid wie ITO oder ZnO. Die der Bauelementstruktur 50 abgewandte Seite des Trägersubstrats 1 ist dann vorzugsweise für die in der aktiven Schicht 5 erzeugte elektromagnetische Strahlung 20 reflektierend ausgebildet.

Bevorzugt ist die aktive Schicht dabei geeignet, elektromagnetische Strahlung 20 mit einer Wellenlänge zu erzeugen, die kleiner als 380 nm ist. Die Nutzschicht 3 besteht oder enthält dann vorzugsweise AlGaN. Eine solche Nutzschicht kann auf ein GaN-Nutzsubstrat epitaxiert werden. Diese Schicht relaxiert beim Umbonden auf das Trägersubstrat nach dem Ablösen vom Nutzsubstrat, sodass für die Epitaxie der nachfolgenden Schichten der Bauelementstruktur 50 eine defektarme AlGaN-Nutzschicht 3 zur Verfügung steht, die in die Bauelementstruktur 50 integriert ist. Eine solche Nutzschicht 3 kann dann gleichzeitig eine Elektroneninjektionsschicht 12 bilden.

Weiter ist es möglich, dass die Nutzschicht 3 aus AlGaInN besteht oder dieses Material enthält.

Zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterbauelements, wie es beispielsweise in Verbindung mit den Figuren 1 oder 2 beschrieben ist, wird zunächst ein Quasisubstrat 10 hergestellt. Dazu wird beispielsweise ein hochwertiges GaN- Nutzsubstrat bereitgestellt, das vorzugsweise eine

Defektdichte von kleiner 10^ pro cm^, besonders bevorzugt von kleiner 10^ pro cm^ aufweist. Optional befindet sich auf dem GaN-Nutzsubstrat bereits eine epitaktisch aufgewachsene Schicht oder Schichtenfolge, die zumindest eines der folgenden Materialien enthalten kann: GaN, AlGaN, InGaN, AlInGaN.

Im GaN-Nutzsubstrat .wird eine Bruchkeimschicht erzeugt, die sich in lateraler Richtung parallel zu einer Hauptfläche des Galliumnitridsubstrats erstreckt. Die Bruchkeimschicht wird vorzugsweise durch die Implantation von Wasserstoff-Ionen von einer Seite des GaN-Nutzsubstrats her erzeugt.

Anschließend wird vor oder nach Erzeugung der Bruchkeimschicht das GaN-Nutzsubstrat auf ein Trägersubstrat 1 gebondet. Anschließend wird die Bruchkeimschicht zur Bildung eines lateralen Bruchs gebracht. Dies kann beispielsweise durch Tempern geschehen. Es resultiert eine Nutzschicht 3, die vom Nutzsubstrat auf das Trägersubstrat 1 übertragen ist.

Die Nutzschicht 3 ist mittels einer Zwischenschicht 2 mit dem Trägersubstrat 1 verbunden.

Die Figur 3 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements in einer schematischen Schnittdarstellung.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst wiederum ein Trägersubstrat 1, das beispielsweise aus kostengünstigem GaN gebildet ist, das eine relativ hohe Versetzungsdichte von größer 10 ⁹ pro cm ² aufweisen kann. Alternativ kann das Trägersubstrat 1 auch aus Saphir gebildet sein. Auf das TrägerSubstrat 1 ist eine Zwischenschicht 2 aufgebracht, die eine Haftung zwischen dem Trägersubstrat 1 und einer Bauelementstruktur 50 vermittelt. Im Ausführungsbeispiel der Figur 3 ist die Zwischenschicht 2 ein Bragg-Spiegel . Die Zwischenschicht 2 umfasst dann einen Bragg-Spiegel oder bildet einen Bragg-Spiegel, der eine Vielzahl sich abwechselnder erster und zweiter Schichten enthält. Dabei sind die ersten Schichten vorzugsweise aus Siθ2 und/oder AI2O3 gebildet und die zweiten Schichten sind vorzugsweise aus Ta2θ5 und/oder HfO2 gebildet.

Die Bauelementstruktur 50 umfasst eine Nutzschicht 3, die aus hochwertigem GaN besteht und aus einem Nutzsubstrat abgetrennt ist. Die Versetzungsdichte der Nutzschicht 3 ist kleiner 10 ⁸ pro cm ² , bevorzugt kleiner 10 ⁷ pro cm ² . Im Idealfall ist die Grenzfläche zwischen der Nutzschicht 3 und der restlichen Bauelementstruktur 50 störungsfrei. Die Nutzschicht 3 weist eine Trennschicht 4 auf, die dem Trägersubstrat 1 abgewandt ist. Die Nutzschicht 3 ist beispielsweise durch einen Ablöseprozess entlang der Trennschicht 4 aus dem Nutzsubstrat nach dem Bonden des Nutzsubstrats auf das Trägersubstrat 1 mittels der Zwischenschicht 2 abgetrennt.

Der Nutzschicht 3 folgt eine erste leitende Schicht nach, bei der es sich zum Beispiel um eine Elektroneninjektionsschicht 12 handelt. Die Elektroneninjektionsschicht 12 enthält oder besteht im Ausführungsbeispiel der Figur 1 aus n-AlInGaN.

Der Elektroneninjektionsschicht 12 folgt eine aktive Schicht 5 nach, die zumindest eine zur Strahlungserzeugung vorgesehene Struktur umfasst .

Der aktiven Schicht 5 folgt eine zweite leitende Schicht - zum Beispiel eine Löcherinjektionsschicht 6 - nach. Die Löcherinjektionsschicht 6 enthält oder besteht zum Beispiel aus p-dotiertem AlInGaN.

Der Löcherschicht 6 folgt eine Kontaktschicht 7 nach. Die Kontaktschicht 7 ist beispielsweise aus ITO (indium tin oxide) gebildet. Die Dicke der Kontaktschicht 7 beträgt vorzugsweise ein Vielfaches der halben Wellenlänge der in der aktiven Schicht erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20 geteilt durch die Brechzahl des Materials der KontaktSchicht 7. Besonders bevorzugt beträgt die Dicke der Kontaktschicht 7 die Wellenlänge der in der aktiven Schicht 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung 20 geteilt durch die Brechzahl des Materials der Kontaktschicht 7. Optional kann die KontaktSchicht 7 mit einem p+/n+-Tunnelübergang kombiniert sein.

Auf die der aktiven Schicht 5 abgewandte Seite der Kontaktschicht 7 ist ein metallischer Kontakt 8 aufgebracht, der beispielsweise ringförmig ausgebildet ist. In die Mitte des Rings ist ein Auskoppelspiegel 13 auf die Kontaktschicht 7 aufgebracht. Der Auskoppelspiegel 13 bildet mit dem durch die Zwischenschicht 2 gebildeten Spiegel einen Resonator für

die in der aktiven Schicht 5 erzeugte elektromagnetische Strahlung 20. Der Auskoppelspiegel 13 ist beispielsweise als dielektrischer Spiegel, vorzugsweise als Bragg-Spiegel ausgeführt . Der Auskoppelspiegel 13 kann in seinem Aufbau beispielsweise dem Spiegel der Zwischenschicht 2 entsprechen. Der Auskoppelspiegel 13 umfasst dann einen Bragg-Spiegel oder bildet einen Bragg-Spiegel, der eine Vielzahl sich abwechselnder erster und zweiter Schichten enthält. Dabei sind die ersten Schichten vorzugsweise aus Siθ2 und/oder AI2O3 gebildet und die zweiten Schichten sind vorzugsweise aus Ta2θ5 und/oder HfO2 gebildet.

Auf eine beispielsweise mittels einer Mesa-ätzung freigelegte Oberfläche der Elektroneninjektionsschicht 12 ist zumindest ein metallischer Bondpad 9 aufgebracht, mittels dem das optoelektronische Halbleiterbauelement n-seitig elektrisch kontaktiert werden kann.

Das optoelektronische Halbleiterbauelement der Figur 1 bildet vorzugsweise eine RCLED oder einen VCSEL.

Das Prinzip der RCLED oder des VCSEL ist das Einbetten einer Licht erzeugenden Schicht zwischen zwei Spiegeln. Die Spiegel können Metall- oder dielektrische Schichten sein.

Hier wird unter anderem ein Verfahren für VCSEL und RCLED auf Nitridbasis vorgestellt, die eine resonante Einbettung der aktiven Schicht 5 zwischen zwei Spiegel 2, 13 mit geringem Abstand ermöglicht und gleichzeitig eine defektarme Kristallstruktur beinhaltet.

Es wird unter anderem ein neues Verfahren vorgestellt, das aus gitterangepasster, versetzungsarmer Epitaxie eine RCLED-

oder VCSEL-Struktur mit geringer Anzahl von Moden durch geringen Spiegelabstand ermöglicht . Es kann optimal durch das Substrat Licht auskoppelt werden.

Das Substrat wird für einen späteren Ablöseprozess zum Beispiel mittels Wasserstoffimplantation präpariert. Das Substrat wird gegebenenfalls planarisiert und es wird ein Bragg-Spiegel auf das Substrat aufgebracht. Für den Bragg- Spiegel eignet sich zum Beispiel Siθ2-Tiθ2-Schichtenfolgen oder Siθ2-Ta2θ5 oder Siθ2-HfC>2 oder statt Siθ2 auch AI2O3. Gegebenenfalls ist eine SiO2-Absch.lussch.icht vorteilhaft. Die Siθ2 -Schicht wird direkt auf ein Trägersubstrat, zum Beispiel Saphir oder kostengünstiges - gegebenenfalls defektreiches - GaN gebondet. Eine Substrat-Nutzschicht 3 mit den dielektrischen Schichten der Zwischenschicht 2 wird durch Blistern und laterale Rissbildung vom Substrat abgetrennt. Die Reihenfolge der Schritte kann variiert werden.

Es wird gitterangepasst die LED- oder Laser-Struktur auf die umgebondete Nutzschicht 3 epitaxiert. Die Schichtdicke wird so gewählt, dass der optische Weg - = Dicke x Brechzahl - ein Vielfaches der halben Emissionswellenlänge - Lambda/2 - beträgt. Die bevorzugte Dicke ist weniger als 10 μm, bevorzugt geringer als 3 μm.

Anschließend wird die Chipstruktur prozessiert und die Vorderseite verspiegelt. Die Verspiegelung kann metallisch zum Beispiel aus oder mit Silber oder dielektrisch sein. Bevorzugt ist dabei eine hochtransparente Kontaktschicht mittels zum Beispiel ITO in Kombination mit einem darüber liegenden dielektrischen Spiegel. Die Dicke der Kontaktschicht beträgt bevorzugt ein Vielfaches von

(Wellenlänge/2) /Brechzahl, insbesondere Ix Wellenlänge/Brechzahl .

Das neuartige Bauteil besteht aus einem AlGaInN-Schichtpaket mit einer Licht erzeugenden, aktiven Schicht und einer

Versetzungsdichte kleiner 10^ pro cm^ . Das Schichtpaket liegt mindestens teilweise zwischen zwei Spiegeln, die Schichtdicke zwischen den Spiegeln 2, 13 beträgt unter 2 μm, bevorzugt unter 10 x Emissionswellenlänge/ (Brechzahl des Materials zwischen den Spiegeln 2, 13) .

Die Figur 4 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements in einer schematischen Schnittdarstellung. Im Unterschied zum in Verbindung mit der Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist der Auskoppelspiegel 13 in diesem Ausführungsbeispiel durch einen Metallspiegel gebildet, der mit der Kontaktschicht 7 einen ohmschen Kontakt bildet. Der Auskoppelspiegel 13 dient dadurch neben seinen optischen Eigenschaften auch zur Stromeinprägung in das optoelektronische Halbleiterbauelement .

Die Figur 5 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements in einer schematischen Schnittdarstellung. Im Unterschied zum in Verbindung mit der Figur 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel ist in diesem Ausführungsbeispiel der metallische Kontakt 8 ringförmig ausgeführt, derart, dass es sich am Rand des Bauelements befindet. Die vom metallischen Kontakt 8 unbedeckte Fläche der der aktiven Schicht 5 abgewandten Seite der Kontaktschicht 7 ist mit einem Auskoppelspiegel 13 bedeckt, der beispielsweise durch einen Bragg-Spiegel gebildet ist.

Die Figur 6 zeigt die Reflektivität an der Grenzfläche zwischen einer Siθ2 -Zwischenschicht 2 und GaN in Abhängigkeit von der Dicke d der Zwischenschicht 2 für eine Wellenlänge, der von der aktiven Schicht 5 erzeugten Strahlung von 460 nm. Die Reflektivität wurde dabei beispielsweise für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement, wie es in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, ermittelt.

Besonders vorteilhaft erweist sich die Zwischenschicht 2, wenn die in der aktiven Schicht 5 erzeugte elektromagnetische Strahlung stark im Trägersubstrat 1 absorbiert wird. Dies ist insbesondere für Emissionswellenlängen kleiner 380 nm bei einem GaN-Trägersubstrat der Fall.

Die Figur 7 zeigt das Intensitätsverhältnis der von der aktiven Schicht 5 erzeugten elektromagnetischen Strahlung für eine Defektdichte (DD) von 2 x 10^ pro cm^ im Vergleich zu einer Defektdichte von 2 x 10^ pro cπ\2. Vor allem für Wellenlängen kleiner 420 nm wirkt sich die aufgrund der Nutzschicht 3 reduzierte Defektdichte besonders vorteilhaft, beispielsweise bei einem Bauelement, wie es in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, aus.

Die 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 diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Diese Patentanmeldung beansprucht die Prioritäten der deutschen Patentanmeldungen 102006019109.9, 102006030252.4 und 102006061167.5 deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.