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1. (WO2017097597) METHOD FOR PRODUCING OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR CHIPS, AND OPTOELECTRONIC SEMICONDUCTOR CHIP
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Beschreibung

Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen

Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Darüber hinaus wird ein

optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren

anzugeben, mit dem Halbleiterchips mit einer hohen externen Quanteneffizienz herstellbar sind.

Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.

Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen

Ansprüche .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips. Bei dem optoelektronischen Halbleiterchip handelt es sich

insbesondere um eine Leuchtdiode, kurz LED.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Bereitstellens einer Aufwachsfläche. Die

Aufwachsfläche ist dazu eingerichtet, für ein insbesondere epitaktisches Wachstum als Ausgangsfläche zu dienen. Bei der Aufwachsfläche handelt es sich beispielsweise um eine

Oberfläche eines Aufwachssubstrats . Ebenso ist es möglich, dass die Aufwachsfläche durch eine Anwachsschicht auf einem Substrat gebildet ist. Beispielsweise ist die Aufwachsfläche aus einem oder mehreren der nachfolgenden Materialien

gebildet oder besteht aus einem oder mehreren dieser

Materialien: GaN, A1N, SiC, Saphir.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine Vielzahl von Halbleitersäulen auf der Aufwachsfläche gewachsen. Die

Halbleitersäulen sind bevorzugt separiert voneinander und nicht durchgehend durch ein Material der Halbleitersäulen selbst miteinander verbunden. Die Halbleitersäulen wachsen bevorzugt in Richtung senkrecht zur Aufwachsfläche,

insbesondere ausschließlich in Richtung senkrecht zur

Aufwachsfläche. Ein Aspektverhältnis der Halbleitersäulen, also ein Quotient aus einer mittleren Höhe und einem

mittleren Durchmesser der Halbleitersäulen, beträgt bevorzugt mindestens 3 oder 5 oder 10 oder 20.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Halbleitersäulen Seitenflächen auf. Die Seitenflächen sind quer, insbesondere senkrecht zur Aufwachsfläche orientiert. Ferner weisen die Halbleitersäulen jeweils Oberseiten oder Spitzen auf. Die Oberseitseiten oder Spitzen weisen eine von den Seitenflächen verschiedene Orientierung zur

Aufwachsfläche auf. Bei den Oberseitseiten oder Spitzen handelt es sich beispielsweise um pyramidenförmige oder kegelförmige Bereiche an einer der Aufwachsfläche abgewandten Seite der Halbleitersäulen. Die Oberseiten oder Spitzen verschmälern sich bevorzugt, in Richtung weg von der

Aufwachsfläche. Nachfolgend können die Begriffe Oberseiten und Spitzen, sofern nicht abweichend dargestellt,

hinsichtlich der Halbleitersäulen synonym verwendet werden.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt des Wachsens von Halbleiterumhüllungen an den Halbleitersäulen. Ein Wachstum der Halbleiterumhüllungen kann von den Spitzen der Halbleitersäulen ausgehen. Bevorzugt jedoch ist das Wachsen der Halbleiterumhüllungen nicht auf die Spitzen der Halbleitersäulen beschränkt. So können die Halbleiterumhüllungen die Seitenflächen der Halbleitersäulen teilweise oder vollständig bewachsen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterumhüllungen den Halbleitersäulen eineindeutig zugeordnet. Dies kann bedeuten, dass jede der

Halbleitersäulen von genau einer der Halbleiterumhüllungen umgeben ist und dass sich in jeder der Halbleiterumhüllungen genau eine der Halbleitersäulen befindet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterumhüllungen hinsichtlich einer der Aufwachsfläche abgewandten Oberseite bereichsweise oder vollständig als Pyramiden geformt. Der Begriff Pyramide schließt nicht notwendigerweise aus, dass sich ein Flankenwinkel in Richtung weg von der Aufwachsfläche entlang der Pyramiden ändert. In Draufsicht gesehen handelt es sich bei den Pyramiden

bevorzugt um hexagonale und/oder regelmäßige Pyramiden, deren Grundfläche dann ein regelmäßiges Sechseck ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die

Halbleiterumhüllungen eine aktive Zone aufgewachsen. Die aktive Zone ist zur Strahlungserzeugung eingerichtet.

Bevorzugt wird in der aktiven Zone sichtbares Licht,

insbesondere blaues Licht, erzeugt. Die aktive Zone

beinhaltet mindestens einen pn-Übergang, eine

Einfachquantentopfstruktur oder eine

Mehrfachquantentopfstruktur, auch als MQW bezeichnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die aktive Zone eine dotierte Halbleiterschicht gewachsen. Die dotierte Halbleiterschicht weist bevorzugt eine den

Halbleiterumhüllungen entgegengesetzte

Ladungsträgerleitfähigkeit auf. Ist beispielsweise die dotierte Halbleiterschicht p-dotiert, so sind die

Halbleiterumhüllungen und bevorzugt auch die Halbleitersäulen n-dotiert .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht derart auf die

Halbleiterumhüllungen aufgewachsen, sodass die aktive Zone und auch die dotierte Halbleiterschicht eine Oberseite der Halbleiterumhüllungen bevorzugt formgetreu nachbilden. Das heißt insbesondere, dass die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht mindestens bereichsweise pyramidenförmig gestaltet sind. In einem Querschnitt senkrecht zur

Aufwachsfläche gesehen können somit die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht als dreieckiges Sägezahnmuster erscheinen. Dabei können, im Querschnitt gesehen, die aktive Zone, die dotierte Halbleiterschicht und/oder die Spitzen der Halbleiterumhüllungen parallel zueinander verlaufen oder auch in einem bevorzugt konstanten Winkel zueinander, falls eine Schichtdicke etwa der aktiven Zone entlang der Spitzen der Halbleiterumhüllungen variiert.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die dotierte Halbleiterschicht eine lichtdurchlässige, elektrisch

leitfähige Elektrodenschicht aufgebracht. Die

Elektrodenschicht ist bevorzugt aus einem transparenten, leitfähigen Oxid, kurz TCO, hergestellt. Beispielsweise ist die Elektrodenschicht aus einer oder aus mehreren

Teilschichten aus Indium-Zinn-Oxid, kurz ITO, erzeugt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird durch die

Halbleitersäulen, die Halbleiterumhüllungen, die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht eine

Halbleiterschichtenfolge gebildet. Die

Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie

AlnIn]__n_mGamP oder auch um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamAs oder wie AlnGamIn]__n_mAskP]__k, wobei jeweils 0 ^ n 1, 0 ^ m 1 und n + m < 1 sowie 0 ^ k < 1 ist. Bevorzugt gilt dabei für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der

Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die

Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche

Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.

In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen Halbleiterchips,

insbesondere LEDs, eingerichtet und umfasst zumindest die folgenden Schritte, bevorzugt in der angegebenen Reihenfolge: A) Bereitstellen einer Aufwachsfläche,

B) Wachsen einer Vielzahl von separaten Halbleitersäulen auf der Aufwachsfläche, wobei die Halbleitersäulen quer zur

Aufwachsfläche orientierte Seitenflächen und der

Aufwachsfläche abgewandte Oberseiten oder Spitzen aufweisen, C) Wachsen von Halbleiterumhüllungen an den Halbleitersäulen, sodass die Halbleiterumhüllungen die Seitenflächen zumindest zum Teil überwachsen, zumindest bereichsweise als Pyramiden geformt werden und eineindeutig den Halbleitersäulen

zugeordnet werden,

D) Wachsen einer zur Strahlungserzeugung eingerichteten aktiven Zone und nachfolgend einer dotierten

Halbleiterschicht auf die Halbleiterumhüllungen, sodass die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht eine Oberseite der Halbleiterumhüllungen bevorzugt formgetreu nachbilden, und

E) Aufbringen einer lichtdurchlässigen, elektrisch

leitfähigen Elektrodenschicht auf die dotierte

Halbleiterschicht .

In Halbleiterschichtenfolgen für Leuchtdioden treten Verluste etwa durch nichtstrahlende Ladungsträgerrekombination auf. Insbesondere weisen sogenannte Auger-Verluste eine kubische Abhängigkeit von einer Ladungsträgerdichte auf. Mit anderen Worten nehmen Auger-Verluste sehr stark mit der

Ladungsträgerdichte und damit mit der Stromdichte zu. Eine Reduzierung der effektiven Stromdichte in der Leuchtdiode geht damit einher mit einer erheblichen Reduzierung solcher Verluste. Mit dem hier beschriebenen Verfahren ist ein

Halbleiterchip erzielbar, der bei einer vergleichsweise kleinen belegten Fläche auf dem Wachstumssubstrat eine große Fläche der aktiven Zone aufweist. Somit können, bezogen auf eine belegte Fläche an dem Aufwachssubstrat , gleichbleibende Helligkeiten bei einer reduzierten effektiven Stromdichte erzielt werden. Hierdurch sind LEDs mit einer hohen externen Quanteneffizienz realisierbar.

Alternative Möglichkeiten, die effektive Stromdichte zu reduzieren, liegen darin, eine Grundfläche des

Halbleiterchips zu vergrößern und eine planar geformte aktive Zone zu verwenden. Hierdurch lassen sich jedoch weniger Halbleiterchips pro Wafer erzielen, wodurch sich höhere

Herstellungskosten ergeben. Eine weitere Möglichkeit liegt darin, eine aktive Zone auf Halbleitersäulen direkt

aufzuwachsen. Die Halbleitersäulen weisen dabei im

Wesentlichen senkrechte Flächen zur Aufwachsfläche auf. Um eine ausreichende Flächenvergrößerung durch solche Säulen zu erzielen, müssen die Säulen über ein vergleichsweise hohes Aspektverhältnis, also über einen großen Quotienten aus Höhe zu Durchmesser, verfügen. Dies führt in der Regel zu einem vergleichsweise unregelmäßigen Bewachsen der Säulen mit der aktiven Zone. Weiterhin weisen solche senkrecht zur

Aufwachsfläche orientierten Halbleiterflächen oft eine hohe Defektdichte auf, wodurch eine Effizienz reduziert wird.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren können durch die

Halbleiterumhüllungen schräg zur Aufwachsfläche verlaufende

Seiten der Halbleitersäulen als Grundlage für die aktive Zone verwendet werden. Hierdurch ist ein gleichmäßigeres Wachsen der aktiven Zone auf Flächen mit einer gegenüber senkrechten Flächen reduzierten Defektdichte erzielbar. Ferner ist durch die pyramidenförmigen Halbleiterumhüllungen eine signifikante Flächenvergrößerung der aktiven Zone, relativ zur

Aufwachsfläche, erzielbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform basiert der

Halbleiterchip auf dem Materialsystem AlInGaN. Insbesondere basiert die aktive Zone dann auf dem Materialsystem GaN/InGaN oder AI InGaN/GaN/AlGa .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei den Seitenflächen der Halbleitersäulen um unpolare Facetten, beispielsweise im Materialsystem GaN um m-Flächen oder a-Flächen, welche senkrecht zur c-Ebene orientiert sind. Bei den der Aufwachsfläche abgewandten Oberseiten der

Halbleiterumhüllungen hingegen handelt es sich bevorzugt um semipolare Facetten, die schräg zur Aufwachsfläche orientiert sind .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt ein Winkel oder ein mittlerer Winkel der Oberseiten der

Halbleiterumhüllungen, relativ zu einem Lot zur

Aufwachsfläche, bei mindestens 1° oder 3° oder 5° und/oder bei höchstens 26° oder 23° oder 21° oder 17° oder 15°. Mit anderen Worten sind die Oberseiten der Halbleiterumhüllungen leicht schräg und fast senkrecht zur Aufwachsfläche

orientiert. Dies gilt hinsichtlich der gesamten Oberseiten oder bevorzugt für einen Großteil der Oberseiten oder für einen mittleren Winkel.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die

Halbleiterumhüllungen an der Oberseite komplett als

Pyramiden, insbesondere als hexagonale und/oder regelmäßige Pyramiden, geformt. Die Pyramide der Halbleiterumhüllungen hat dabei bevorzugt einen anderen Winkel als eine

gegebenenfalls an den Spitzen der Halbleitersäulen vorhandene Pyramide .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Pyramiden, als die die Halbleiterumhüllungen geformt sind, an ihren Spitzen flacher geformt als in der Aufwachsfläche zugewandten

Fußbereichen. Insbesondere kann eine Steigung von Flanken der Pyramiden hin zur Spitze kontinuierlich abnehmen. Eine

minimale Steigung der Oberfläche der Halbleiterumhüllungen ist bevorzugt größer als eine maximale Steigung von Pyramiden der Halbleitersäulen selbst.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Aufwachsfläche teilweise von einer Maskenschicht bedeckt. Die Maskenschicht weist vor dem Schritt B) viele Öffnungen auf. Die Öffnungen sind beispielsweise durch ein Ätzverfahrung und/oder ein Nanodruckverfahren erzeugt. Bevorzugt liegen die Öffnungen in der Maskenschicht in einer regelmäßigen Anordnung vor, beispielsweise in einem Rechteckgitter oder einem

Sechseckgitter.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden in Schritt B) die Halbleitersäulen aus den Öffnungen heraus gewachsen.

Dabei ist es möglich, dass die Halbleitersäulen nur oder im Wesentlichen nur senkrecht zur Aufwachsfläche gewachsen werden, sodass also die Halbleitersäulen entlang ihrer gesamten Höhe einen Durchmesser aufweisen, der gleich oder nahezu gleich einem Durchmesser der Öffnungen ist.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Halbleiterumhüllungen in Schritt C) bis an die Aufwachsfläche oder bis an die Maskenschicht heran gewachsen, das heißt, die Halbleiterumhüllungen können in direktem Kontakt zu der Aufwachsfläche oder zu der bevorzugt vorhandenen

Maskenschicht stehen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wächst in Schritt C) eine der Aufwachsfläche zugewandte Seite der

Halbleiterumhüllungen zusammen. Mit anderen Worten erfolgt eine Koaleszenz. Somit kann in Schritt D) eine durchgehende, zusammenhängende und gegebenenfalls löcherfreie aktive Zone auf den Halbleiterumhüllungen aufgewachsen werden. In

Draufsicht gesehen kann somit die Aufwachsfläche vollständig von den Halbleiterumhüllungen und optional von der aktiven Zone bedeckt werden. Entsprechendes kann für die dotierte Halbleiterschicht, die auf die aktive Zone aufgebracht wird, gelten .

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das Wachsen der Halbleiterumhüllungen in Schritt C) beendet, bevor

benachbarte Halbleiterumhüllungen aneinanderstoßen und/oder zusammenwachsen. Mit anderen Worten erfolgt dann gerade keine Koaleszenz durch die Halbleiterumhüllungen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbleibt nach

Beendigung des Schritts C) zwischen benachbarten

Halbleiterumhüllungen ein Zwischenraum, in Richtung parallel zur Aufwachsfläche. Benachbarte Halbleiterumhüllungen von benachbarten Halbleitersäulen berühren sich dann nicht oder zumindest nicht gezielt.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Halbleiterumhüllungen in Schritt C) bei einer Temperatur von mindestens 850 °C oder 900 °C oder 950 °C oder 975 °C

gewachsen. Alternativ oder zusätzlich liegt diese Temperatur bei höchstens 1100 °C oder 1050 °C oder 1025 °C. Mit anderen Worten erfolgt das Wachsen der Halbleiterumhüllungen bei einer relativ hohen Temperatur.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Erzeugen der Halbleiterumhüllungen in einem Reaktor, besonders bevorzugt im selben Reaktor wie das Erzeugen der

Halbleitersäulen. Ein Reaktordruck beim Erzeugen der

Halbleiterumhüllungen liegt bevorzugt bei mindestens 20 mbar oder 40 mbar oder 60 mbar und/oder bei höchstens 500 mbar oder 250 mbar oder 200 mbar oder 150 mbar.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird beim Erzeugen der Halbleiterumhüllungen als Trägergas 2 oder H2 oder eine

Mischung aus 2 und H2 verwendet. Dabei ist es möglich, dass als Versorgungsgas für Stickstoff Ammoniak, NH3, verwendet wird. Als Versorgungsgase für eine metallische Komponente, insbesondere für Gallium, werden bevorzugt Trimethylgallium und/oder Triethylgallium verwendet. Es ist möglich, dass die Gase für Stickstoff und für das Metall periodisch oder aperiodisch moduliert werden, um ein Wachstum der

Halbleiterumhüllungen mit Facetten mit einer gewünschten Orientierung relativ zur c-Kristallachse zu erzielen. Dabei ist es nicht zwingend erforderlich, dass das Wachsen der

Facetten mit Parametern entsprechend eines thermodynamischen Gleichgewichts erfolgt. Das kann bedeuten, dass die Facetten der Halbleiterumhüllung nicht notwendigerweise

thermodynamisch stabil sind oder dass die Facetten der

Halbleiterumhüllungen aus einer Vielzahl von finiten, stabilen Facetten zusammengesetzt sind.

Eine Möglichkeit, die Halbleitersäulen zu erzeugen, ist in der Druckschrift Jana Hartmann et al . , Growth mechanisms of GaN microrods for 3D core-shell LEDs: The influence of silane flow, in Phys. Status Solidi A, 1-7 (2015) / DOI

10.1002 /pssa .201532316, angegeben. Der Offenbarungsgehalt dieser Druckschrift hinsichtlich des Wachsens der

Halbleitersäulen wird durch Rückbezug mit aufgenommen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Halbleiterumhüllungen und die aktive Zone derart gewachsen, dass ein Quotient aus einer Strahlungserzeugenden Fläche der fertigen aktiven Zonen und der Aufwachsfläche mindestens 3 oder 4 oder 6 und/oder höchstens 30 oder 20 oder 15 beträgt. Dieser Quotient wird nachfolgend auch als Flächenfaktor, abgekürzt A, bezeichnet.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die

Halbleitersäulen in Schritt B) in einem regelmäßigen Raster mit einem mittleren Rastermaß gewachsen. Das mittlere

Rastermaß beträgt bevorzugt mindestens 1 ym oder 1,5 ym und/oder höchstens 6 ym oder 4 ym. Bei dem Rastermaß handelt es sich um einen mittleren Abstand von benachbarten, am nächsten beieinanderliegenden Halbleitersäulen.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Halbleitersäulen nach dem Schritt B) einen mittleren

Durchmesser auf, der bei mindestens 0,4 ym oder 0,6 ym liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt der mittlere Durchmesser bei höchstens 2 ym oder 1,2 ym oder 1 ym.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die

Halbleitersäulen nach dem Schritt B) eine mittlere Höhe auf, die bei mindestens 1 ym oder 3 ym oder 5 ym liegt. Alternativ oder zusätzlich liegt die mittlere Höhe bei höchstens 50 ym oder 15 ym.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform beträgt eine Differenz aus dem mittleren Rastermaß und dem mittleren Durchmesser mindestens 0,2 ym oder 0,3 ym und/oder höchstens 3,4 ym oder 2 ym oder 1 ym oder 0,6 ym. Hierdurch ist es möglich, dass die Halbleiterumhüllungen mit einer Dicke im Bereich von mindestens 100 nm oder 200 nm und/oder von höchstens 1 ym oder 0,5 ym oder 0,3 ym erzeugt werden können.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden im oder nach dem Schritt B) , bevorzugt vor dem Schritt E) , an den Fußbereichen der Halbleiterumhüllungen und/oder an den Spitzen der

Halbleiterumhüllungen jeweils elektrische Isoliergebiete erzeugt. Über solche Isoliergebiete ist es möglich,

Leckströme oder Kurzschlüsse an Knickpunkten der Oberseite der Halbleiterumhüllungen zu verhindern. Mit anderen Worten werden durch die Isoliergebiete Spitzen und Senken an den Halbleiterumhüllungen elektrisch isoliert. Die Isoliergebiete können im Querschnitt gesehen dreieckig geformt sein.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird vor oder im

Schritt C) auf die Seitenflächen der Halbleitersäulen

zumindest stellenweise eine elektrische Isolierschicht aufgebracht, das heißt, die Isolierschicht kann die

Seitenflächen der Halbleitersäulen vollständig oder,

bevorzugt, nur teilweise bedecken. Eine solche Isolierschicht kann strukturiert sein, um ein Erzeugen der

Halbleiterumhüllungen an bestimmten Stellen der

Halbleitersäulen zu unterbinden. Über eine solche

Isolierschicht ist es möglich, an den Halbleitersäulen mehrere voneinander separierte Halbleiterumhüllungen zu erzeugen .

Darüber hinaus wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der optoelektronische Halbleiterchip ist bevorzugt mit einem Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale für das Verfahren sind daher auch für den fertigen Halbleiterchip offenbart und umgekehrt.

In mindestens einer Ausführungsform umfasst der

optoelektronische Halbleiterchip eine Kontaktfläche,

bevorzugt eine n-Kontaktflache . Die Kontaktfläche kann der Aufwachsfläche entsprechen. Ferner beinhaltet der

Halbleiterchip eine Vielzahl von separaten Halbleitersäulen auf der Kontaktfläche, wobei die Halbleitersäulen quer zur Kontaktfläche orientierte Seitenflächen und der Kontaktfläche abgewandte Oberseiten oder Spitzen aufweisen. Die

Halbleitersäulen sind eineindeutig Halbleiterumhüllungen zugeordnet, wobei die Halbleiterumhüllungen die Seitenflächen der Halbleitersäulen teilweise oder vollständig bedecken und die Halbleiterumhüllungen teilweise oder vollständig als

Pyramiden geformt sind. Zur Strahlungserzeugung ist zumindest eine aktive Zone auf den Halbleiterumhüllungen aufgebracht und auf der zumindest einen aktiven Zone befindet sich eine dotierte Halbleiterschicht, die bevorzugt eine der

Kontaktschicht entgegengesetzte Polarität aufweist. Die aktive Zone und die dotierte Halbleiterschicht bilden die Halbleiterumhüllungen bevorzugt formgetreu nach, insbesondere in einem Querschnitt gesehen. Auf der dotierten

Halbleiterschicht befindet sich eine lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Elektrodenschicht. Ein Quotient aus einer Strahlungserzeugenden Fläche der aktiven Zone und der Kontaktfläche, in Draufsicht gesehen, beträgt mindestens 3.

Nachfolgend werden ein hier beschriebenes Verfahren und ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip 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:

Figur 1 schematische Schnittdarstellungen von

Verfahrensschritten eines hier beschriebenen

Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips,

Figuren 2, 3, 7 und 13 schematische Schnittdarstellungen von Halbleiterumhüllungen und Halbleitersäulen für hier beschriebene optoelektronische

Halbleiterchips,

Figuren 4 bis 6 und 8 bis 12 schematische

Schnittdarstellungen und Elektronenmikroskop- Aufnahmen von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips, und

Figur 14 schematische Darstellungen von

Emissionseigenschaften von Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen

Halbleiterchips .

In Figur 1 ist in Schnittdarstellungen schematisch ein Verfahren zur Herstellung von optoelektronischen

Halbleiterchips 1 illustriert. Gemäß Figur 1A wird ein Aufwachssubstrat 2 bereitgestellt, beispielsweise ein elektrisch leitfähiges Substrat. Auf eine Aufwachsfläche 20 des Aufwachssubstrats 2 wird eine Maskenschicht 23

aufgebracht und mit Öffnungen versehen. In den Öffnungen liegt die Aufwachsfläche 20 frei.

Gemäß Figur 1B werden Halbleitersäulen 3 aus den Öffnungen herausgewachsen. Die Halbleitersäulen 3 werden dabei im Wesentlichen vertikal, also in Richtung parallel zu einem Lot zur Aufwachsfläche 20, erzeugt. Die Halbleitersäulen 3 weisen Seitenflächen 32 und Oberseiten oder Spitzen 33 auf. Die Seitenflächen 32 sind senkrecht zur Aufwachsfläche 20 orientiert. Die Spitzen 33 sind je als Pyramide mit

vergleichsweise flachen Seitenflächen gestaltet.

Bei der Maskenschicht 23 handelt es sich bevorzugt um eine elektrisch isolierende, dielektrische Schicht. Die

Maskenschicht 23 ist beispielsweise aus einem Siliziumoxid, einem Siliziumnitrid oder aus Tantaloxid gebildet. Eine Dicke der Maskenschicht 23 liegt bevorzugt bei mindestens 20 nm und/oder bei höchstens 500 nm oder 200 nm.

In Figur 1B ist gezeigt, dass auf die Halbleitersäulen 3 jeweils Halbleiterumhüllungen 4 aufgewachsen werden. Das Aufwachsen der Halbleiterumhüllungen 4 erfolgt bei

vergleichsweise hohen Temperaturen. Hierdurch weist eine dem Aufwachssubstrat 2 abgewandte Oberseite 40 der fertigen

Halbleiterumhüllungen relativ kleine Winkel zu dem Lot L zur Aufwachsfläche 20 auf. Dabei können die

Halbleiterumhüllungen 4 einen Fußbereich 42 mit einer relativ großen Steigung und eine Spitze 44 mit einer vergleichsweise geringen Steigung aufweisen. Dabei ist die Steigung in den Spitzen 44 der Halbleiterumhüllungen größer als in den

Spitzen 33 der Halbleitersäulen 3. Die Halbleiterumhüllungen 4 bedecken dabei die Seitenflächen 32 der Halbleitersäulen 3 zum Teil. Die Halbleiterumhüllungen 4 reichen nicht bis zur Maskenschicht 23 heran, sodass ein freier Zwischenraum zwischen den Halbleiterumhüllungen 4 und der Maskenschicht 23 gebildet ist.

Durch die pyramidalen Strukturen der Halbleiterumhüllungen 4 ist bereits eine effiziente Lichtauskopplung von Strahlung aus dem Halbleiterchip heraus gewährleistet. Ein separates Erzeugen einer Aufrauung durch Materialwegnahme, insbesondere durch Ätzen, ist nicht erforderlich.

Die Halbleitersäulen 3 sowie die Halbleiterumhüllungen 4 werden hinsichtlich ihrer Form also allein durch ein Wachsen erzeugt. Es ist damit vermeidbar, dass zum Herstellen der Halbleitersäulen 3 sowie der Halbleiterumhüllungen 4 Material entfernende Verfahrensschritte wie Ätzen herangezogen werden müssen .

Weitere Verfahrensschritte wie das Aufbringen einer aktiven Zone, das Erzeugen zumindest einer weiteren dotierten

Halbleiterschicht oder das Anbringen von elektrischen

Kontaktschichten ist zur Vereinfachung der Darstellung in Figur 1 nicht gezeigt.

Beim Ausführungsbeispiel, wie in Figur 2 gezeigt, weisen die Halbleiterumhüllungen 4 an der Spitze 44 einen relativ großen Winkel l zum Lot L zur Aufwachsfläche 20 auf. In dem

Fußbereich 42 ist der Winkel 2 zum Lot L vergleichsweise klein. Die Halbleiterumhüllung 4 reicht bis an die

Aufwachsfläche 20 heran.

In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Halbleiterumhüllungen 4 gezeigt. Die Halbleiterumhüllungen 4 sind im Querschnitt gesehen näherungsweise dreieckig geformt und weisen näherungsweise einen konstanten Flankenwinkel auf, beispielsweise mit einer Toleranz von höchstens 5° oder 3° oder 1,5°. Schematisch eingetragen sind eine Höhe H, ein Durchmesser D und ein Rastermaß P der Halbleitersäulen 3.

In den Figuren 3B und 3D sind für verschiedene Höhen H, Durchmesser D die Flankenwinkel zugehöriger

Halbleiterumhüllungen 4 aufgetragen. Ferner ist ein

Facettentyp F in Form von Miller 'sehen Indizes angegeben. In den Figuren 3C und 3E sind entsprechende Auftragungen der Höhe H gegenüber einem Flächenfaktor A angegeben. Der

Flächenfaktor A ist eine Fläche der Oberseite 40 der

Halbleiterumhüllungen 4, geteilt durch eine Größe der

Aufwachsfläche 20. Hierbei sind in den Figuren 3C und 3E die Flächenfaktoren A einerseits nur für die Halbleitersäulen 3 sowie andererseits für die Halbleiterumhüllungen 4

aufgetragen. Zu erkennen ist, dass der Flächenfaktor A für die Halbleiterumhüllungen 4 signifikant größer ist als für die Halbleitersäulen 3 allein.

Der Durchmesser D liegt bevorzugt im Bereich von 1 ym bis 1,5 ym. Die Höhe H liegt insbesondere im Bereich von einigen Mikrometern. Der Winkel ist bevorzugt kleiner als 17°. Ein Facettentyp der Oberseite 40 ist damit bevorzugt, in

Miller 'sehen Indizes, 2 0 2 1 oder 3 0 3 1 oder 4 0 4 1.

Entsprechende Facettentypen können auch bei allen anderen Ausführungsbeispielen vorliegen.

Die Halbleitersäulen 3, die Halbleiterumhüllungen 4 sowie die weiteren Halbleiterkomponenten des Halbleiterchips basieren dabei auf dem Materialsystem AlInGaN. Insbesondere sind die Halbleitersäulen 3 und die Halbleiterumhüllungen 4 je aus n-dotiertem GaN.

Durch die Halbleiterumhüllungen 4 ist ein höherer

Flächenfaktor A erzielbar als allein durch die

Halbleitersäulen 3 mit unpolaren Facetten. Durch ein

Umwachsen der Halbleitersäulen 3 mit den

Halbleiterumhüllungen 4 ist eine größere Licht erzeugende Fläche einer aktiven Zone erzielbar. Die

Halbleiterumhüllungen 4 haben semipolare Facetten und können mit einer geringen Defektdichte erzeugt werden. Hierdurch sind insgesamt bei einer relativ geringen Stromdichte eine hohe Lichtausbeute pro Flächeneinheit der Aufwachsfläche 20 und eine hohe Effizienz erreichbar.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 4, siehe die

Schnittdarstellung in Figur 4A und die Elektronenmikroskop-Aufnahme in Figur 4B, sind die Halbleiterumhüllungen 4 derart gewachsen, dass sie in direktem Kontakt zu der Maskenschicht 23 stehen. Benachbarte Halbleiterumhüllungen 4 berühren sich nicht. Gemäß Figur 4A ist auf die Halbleiterumhüllungen 4 die aktive Zone 5 aufgebracht, auf der sich wiederum eine

dotierte Halbleiterschicht 6 befindet. Bevorzugt sind die Halbleitersäulen 3 und die Halbleiterumhüllungen 4 n-dotiert und die dotierte Halbleiterschicht 6 ist p-dotiert,

insbesondere aus p-dotiertem GaN. Die aktive Zone 5 ist bevorzugt aus Quantentopfschichten aus InGaN und aus

Barriereschichten aus GaN gebildet.

Auf der Halbleiterschicht 6 befindet sich die

lichtdurchlässige, elektrisch leitfähige Elektrodenschicht 7, beispielsweise aus ITO. Elektrische Kontakte zur externen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterchips 1 sind nicht gezeichnet. Das Substrat 2 ist elektrisch leitfähig oder hin zu den Halbleitersäulen 3 mit einer nicht

gezeichneten elektrisch leitfähigen Beschichtung versehen, die als weitere Elektrodenschicht dient. An einer dem

Aufwachssubstrat 2 abgewandten Seite besteht eine elektrische Verbindung zwischen benachbarten Halbleiterumhüllungen 4 über die bevorzugt durchgehende Elektrodenschicht 7.

Das Ausführungsbeispiel der Figur 5, siehe die

Schnittdarstellung in Figur 5A sowie die Elektronenmikroskop-Aufnahmen in den Figuren 5B und 5C, entspricht im

Wesentlichen dem Ausführungsbeispiel der Figur 4. Jedoch reichen die Halbleiterumhüllungen 4 nicht bis an die

Maskenschicht 23 heran.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 6, siehe die

Schnittdarstellung in Figur 6A sowie die Elektronenmikroskop-Aufnahme in Figur 6B, sind die Spitzen 44 der

Halbleiterumhüllungen 4 als hexagonale, regelmäßige Pyramiden geformt. Entlang des Lots L zur Aufwachsfläche 20 machen die Spitzen 44 einen Großteil der Halbleiterumhüllungen 4 aus, beispielsweise mindestens 60 % oder 80 % oder 90 % entlang des Lots L. Der Fußbereich 42 ist mit nur einem kleinen

Flankenwinkel zum Lot L gestaltet und somit näherungsweise als Sechskantprisma geformt. Entlang des Lots L macht der Fußbereich 42 nur einen kleinen Teil aus. Benachbarte

Halbleiterumhüllungen 4 berühren sich nicht.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 7, siehe die

elektronenmikroskopische Aufnahme, ist der näherungsweise prismatische Fußbereich 42 entlang des Lots länger gestaltet als in Figur 6. Beispielsweise macht der Fußbereich 42 dann entlang des Lots mindestens 40 % oder 50 % und/oder höchstens 70 % oder 60 % der Halbleiterumhüllungen 4 aus.

In dem Ausführungsbeispiel der Figur 8, gezeigt als

Schnittdarstellung, berühren die Halbleiterumhüllungen 4 die Maskenschicht 23. Benachbarte Halbleiterumhüllungen 4 stoßen zwischen den Halbleitersäulen 3 zusammen, sodass in

Draufsicht gesehen eine geschlossene, zusammenhängende

Schicht aus den einzelnen Halbleiterumhüllungen 4 gebildet ist, die die Aufwachsfläche 20 vollständig bedeckt.

Auch beim Ausführungsbeispiel der Figur 9 sind, wie in Figur 8, die Halbleiterumhüllungen 4 koalesziert. Jedoch reichen, anders als in Figur 8, die Halbleiterumhüllungen 4 nicht bis an die Maskenschicht 23 heran.

Gemäß Figur 10 befinden sich, im Querschnitt gesehen, an Knickbereichen der aktiven Zone 5 elektrische Isoliergebiete 8. Über die elektrischen Isoliergebiete 8 im dem

Aufwachssubstrat 2 nächstgelegenen Bereich der

Halbleiterumhüllungen 4 ist verhindert, dass eine Bestromung der aktiven Zone 5 in diesem Gebiet erfolgt. Zur Herstellung der Isoliergebiete 8 werden die Zwischenbereiche zwischen den Halbleiterumhüllungen 4 beispielsweise vollständig mit einem Material für die Isoliergebiete 8 aufgefüllt, das

anschließend teilweise entfernt wird. Die Isoliergebiete 8 sind beispielsweise aus Siliziumdioxid hergestellt.

Gemäß Figur 11 sind die Halbleiterumhüllungen 4 von der Maskenschicht 23 beabstandet. Im Übrigen entspricht das Ausführungsbeispiel der Figur 11 dem Ausführungsbeispiel der Figur 10.

Beim Ausführungsbeispiel der Figur 12 sind zusätzlich an den Knickbereichen an den Spitzen der Halbleiterumhüllungen 4 weitere elektrische Isoliergebiete 8b angebracht, zusätzlich zu den Isoliergebieten 8a in den Senken. Die Isoliergebiete 8a, 8b werden, wie bevorzugt auch in allen anderen

Ausführungsbeispielen, direkt auf die dotierte

Halbleiterschicht 6 aufgebracht, alternativ direkt auf die aktive Zone 5. Die Elektrodenschicht 7 wird nach den

Isoliergebieten 8a, 8b erzeugt. Hierdurch sind Leckströme oder elektrische Kurzschlüsse in den Knickbereichen der aktiven Zone 5 verhinderbar.

In den schematischen Schnittdarstellungen in den Figuren 13A und 13B sind mehrere Halbleiterumhüllungen 4 an je einer der Halbleitersäulen 3 angebracht. Die Halbleiterumhüllungen 4 sind voneinander beabstandet. Eine oberste

Halbleiterumhüllung 4 ist pyramidal geformt mit einem

Fußbereich 42, der prismatisch gestaltet ist. Die untere Halbleiterumhüllung 4 ist rein prismatisch oder als

Pyramidenstumpf mit einem kleinen Winkel zum Lot L gestaltet.

Bereiche der Seitenflächen 32, die nicht von den

Halbleiterumhüllungen 4 bedeckt sind, können mit einer elektrischen Isolierschicht 83, beispielsweise aus einem Siliziumnitrid, bedeckt sein. Über den Bedeckungsgrad der Seitenflächen 32 mit der Isolierschicht 83 sind Gebiete definierbar, in denen die Halbleiterumhüllungen 4 erzeugt werden .

Gemäß Figur 13B sind zwei der näherungsweise prismatischen, unteren Halbleiterumhüllungen 4 vorhanden. Eine

Isolierschicht 83 ist in Figur 13B nicht vorhanden. Eine entsprechende Isolierschicht 83 kann zuerst aufgebracht und nach dem Erzeugen der Halbleiterumhüllungen 4 wieder entfernt werden .

In Figur 14 sind Emissionseigenschaften von hier

beschriebenen aktiven Zonen auf Halbleiterumhüllungen 4 gezeigt. Die Figuren 14A, 14B betreffen dabei

Ausführungsformen, wie in den Figuren 6 und 7 angegeben. Die Figuren 14C und 14D sind auf Ausführungsbeispiele gerichtet, wie obenstehend in Verbindung mit Figur 4 erläutert.

Gemäß der Figuren 14A, 14B erfolgt eine Strahlungserzeugung überwiegend nahe der Spitze der Halbleitersäulen. Hierdurch ist eine vergleichsweise geringe spektrale Breite der

Emission erzielbar. Gemäß Figur 14A beträgt die spektrale Emissionsbreite, FWHM, ungefähr 42 nm. Demgegenüber ist die spektrale Emissionsbreite in Figur 14C vergrößert auf ungefähr 47 nm. Die Stärke der Lichtemission ist dabei in den Figuren 14B und 14D durch die Schraffur angedeutet, größere Schraffurdichten entsprechen einer höheren Lichtemission.

Dies liegt insbesondere daran, dass an einem Spitzenbereich eine vergleichsweise langwellige Strahlung emittiert wird, wohingegen nahe den Fußbereichen eine relativ kurzwellige Strahlung erzeugt wird. Durch eine Eingrenzung des Bereichs, in dem Strahlung erzeugt wird, ist das Emissionsspektrum in seiner spektralen Breite reduzierbar. Umgekehrt sind

besonders breite Emissionsspektren, beispielsweise zur

Erzeugung von Licht mit einem hohen Farbwiedergabeindex, durch die Strukturen der Figur 14D erreichbar.

Ferner ist aus den Figuren 14B und 14D erkennbar, dass durch die Halbleiterumhüllungen eine Lichtauskopplung insbesondere im Bereich der Spitzen erhöht ist.

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

Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2015 121 554.3, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Bezugs zeichenliste

1 optoelektronischer Halbleiterchip

2 Aufwachssubstrat

20 Aufwachsfläche / n-Kontaktfläche

23 Maskenschicht

3 Halbleitersäule

32 Seitenflächen der Halbleitersäule

33 Spitzen der Halbleitersäule

4 Halbleiterumhüllungen

40 Oberseite der Halbleiterumhüllungen

42 Fußbereich der Halbleiterumhüllungen

44 Spitzen der Halbleiterumhüllungen

5 aktive Zone

6 dotierte Halbleiterschicht

7 lichtdurchlässige Elektrodenschicht

8 elektrische Isoliergebiete

83 elektrische Isolierschicht

A Flächenfaktor

D mittlerer Durchmesser der Halbleitersäulen in ym

F Facettentyp (Miller 'sehe Indizes)

H mittlere Höhe der Halbleitersäulen in ym

I Intensität in willkürlichen Einheiten

L Lot zur Aufwachsfläche

P mittleres Rastermaß der Halbleitersäulen

α mittlerer Winkel der Oberseiten zum Lot

λ Wellenlänge in nm