DE-102024132377-A1 - InGaN-VCSEL VIA EPITAKTISCH LATERALEM ÜBERWACHSEN

Abstract

Es wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelementes bereitgestellt. Das Verfahren aufweisend: Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht auf oder über einem Substrat, das eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die lateral an eine dielektrische Struktur angrenzt, mittels eines Verfahrens zum epitaktischen lateralen Überwachsens derart, dass die erste Halbleiterschicht die dielektrische Struktur von der zweiten Halbleiterschicht aus lateral überwächst; wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet werden; Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf oder über der ersten Halbleiterschicht derart, dass die erste Halbleiterschicht und die dritte Halbleiterschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, wobei die dritte Halbleiterschicht eingerichtet wird, eine lichterzeugende Schichtenstruktur des vertikalen Oberflächenemitters aufzuweisen; und Entfernen des Substrats und Entfernen zumindest eines Teils der ersten Halbleiterschicht.

Inventors

• Hubert Halbritter
• Norwin Von Malm

Assignees

• AMS-OSRAM INTERNATIONAL GMBH

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241106

Claims (20)

1. Verfahren zum Herstellen eines vertikalen Oberflächenemitters, das Verfahren aufweisend: Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht auf oder über einem Substrat, das eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die lateral an eine dielektrische Struktur angrenzt, mittels eines Verfahrens zum epitaktischen lateralen Überwachsens derart, dass die erste Halbleiterschicht die dielektrische Struktur von der zweiten Halbleiterschicht aus lateral überwächst; wobei die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht ein Halbleitermaterial aufweisen oder daraus gebildet werden; Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf oder über der ersten Halbleiterschicht derart, dass die erste Halbleiterschicht und die dritte Halbleiterschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, wobei die dritte Halbleiterschicht eingerichtet wird, eine lichterzeugende Schichtenstruktur des vertikalen Oberflächenemitters aufzuweisen; und Entfernen des Substrats und Entfernen zumindest eines Teils der ersten Halbleiterschicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erste Halbleiterschicht derart entfernt wird, dass die Grenzfläche frei ist von erster Halbleiterschicht.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 , ferner aufweisend, nach dem Entfernen der ersten Halbleiterschicht, Ausbilden einer dielektrischen Schicht auf oder über der gemeinsamen Grenzfläche.
4. Verfahren nach Anspruch 3 ferner aufweisend: ein Ermitteln einer Dicke der dritten Halbleiterschicht; und Ausbilden der dielektrischen Schicht mit einer Dicke basierend auf einer vorgegebenen optischen Länge der optischen Kavität des vertikalen Oberflächenemitters und korrespondierend zu der ermittelten Dicke der dritten Halbleiterschicht und der vorgegebenen optischen Länge.
5. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die erste Halbleiterschicht derart entfernt wird, dass eine vierte Halbleiterschicht einen verbleibenden Teil der ersten Halbleiterschicht auf oder über der Grenzfläche aufweist und die vierte Halbleiterschicht einen Teil der optischen Kavität des vertikalen Oberflächenemitters ausbildet.
6. Verfahren nach Anspruch 5 , wobei die vierte Halbleiterschicht eine Dicke von weniger als 2 µm aufweist; oder wobei die vierte Halbleiterschicht eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 10 µm bis ungefähr 25 µm aufweist.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6 , ferner aufweisend ein Ermitteln einer Dicke der ersten Halbleiterschicht basierend auf einer beabsichtigten der optischen Länge der Kavität des vertikalen Oberflächenemitters; und Ausbilden der vierten Halbleiterschicht mit einer Dicke basierend auf einer vorgegebenen optischen Länge der optischen Kavität des vertikalen Oberflächenemitters und korrespondierend zu der ermittelten Dicke der dritten Halbleiterschicht und der vorgegebenen optischen Länge.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , ferner aufweisend, Ausbilden einer Spiegelstruktur auf oder über der gemeinsamen Grenzfläche.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , ferner aufweisend: Ausbilden einer oder mehrerer Linsen auf oder über der gemeinsamen Grenzfläche; wobei die eine oder mehreren Linsen mittels eines Ätzverfahrens ausgebildet werden.
10. Verfahren nach Anspruch 9 , ferner aufweisend, Ausbilden einer Spiegelstruktur auf oder über der gemeinsamen Grenzfläche; wobei die Spiegelstruktur auf oder über der einen oder den mehreren Linsen ausgebildet wird.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 , ferner aufweisend ein Ausbilden einer Stoppstruktur für ein chemisch-mechanisches Polieren, wobei die Stoppstruktur in der dritten Halbleiterschicht ausgebildet wird, sodass die erste Halbleiterschicht frei ist von Stoppstruktur.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , ferner aufweisend: ein Ausbilden einer ersten Apertur auf oder über der dritten Halbleiterschicht, wobei die erste Apertur eine elektrische Apertur und/oder eine optische Apertur ist; und ein Ausbilden einer Teststruktur, wobei die Teststruktur mit einer zweiten Apertur ausgebildet wird, die größer ist als die erste Apertur.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 , ferner aufweisend: ein Ausbilden einer Vielzahl von vertikalen Oberflächenemittern auf einem gemeinsamen Substrat, wobei die Dicke der dritten Halbleiterschicht für jeden vertikalen Oberflächenemitter ermittelt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 , ferner aufweisend: ein Ausbilden eines Vias in der dritten Halbleiterschicht von der Seite der gemeinsamen Grenzfläche aus, insbesondere mittels FlipChip-Kontaktierung.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 , ferner aufweisend: Ausbilden eines elektrischen Kontaktes des vertikalen Oberflächenemitters auf oder über der gemeinsamen Grenzfläche, wobei der elektrische Kontakt auf dem verbleibenden Teil der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist, oder wobei der elektrische Kontakt auf der durch das Entfernen der ersten Halbleiterschicht freigelegten dritten Halbleiterschicht angeordnet wird.
16. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15 , ferner aufweisend: wobei das Substrat ein Trägersubstrat aufweist, auf dem eine weitere Halbleiterschicht ausgebildet ist, wobei die zweite Halbleiterschicht und die dielektrische Struktur auf der weiteren Halbleiterschicht ausgebildet sind, wobei die zweite Halbleiterschicht und die weitere Halbleiterschicht epitaktisch gewachsene Schichten sind.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16 , wobei die lichterzeugende Schichtenstruktur eine Vielzahl von lichterzeugenden Schichtenstruktur aufweist, die lateral nebeneinander ausgebildet werden und miteinander verschaltet werden.
18. Vertikaler Oberflächenemitter aufweisend: eine Halbleiterschicht mit einer lichterzeugenden Schichtenstruktur, wobei die Halbleiterschicht zwischen einer ersten Spiegelstruktur und einer zweiten Spiegelstruktur angeordnet ist; und eine dielektrische Schicht zwischen der lichterzeugenden Schichtenstruktur und einer der Spiegelstrukturen, wobei die dielektrische Schicht eine oder mehrere Linsen aufweist.
19. Vertikaler Oberflächenemitter gemäß Anspruch 18 , wobei die eine der Spiegelstrukturen direkt auf der einen oder mehreren Linsen ausgebildet ist.
20. Vertikaler Oberflächenemitter gemäß Anspruch 18 oder 19 , wobei die eine Spiegelstruktur einen DBR-Spiegel aufweist oder derart eingerichtet ist.

Description

Diese Offenbarung bezieht sich auf vertikale Oberflächenemitter und Verfahren zu deren Herstellung. Es ist bekannt vertikale Oberflächenemitter (engl. vertical cavity surface emitting laser, VCSEL) aus Indiumgalliumnitrad (InGaN) auf Substraten aus Galliumnitrad (GaN), beispielsweise 2" GaN-Wafer, aufzuwachsen. Dies ermöglicht Substrate mit einer geringen Defektdichte sicherzustellen für Bauelemente mit einer hohen Lebensdauer. Diese Substrate sind jedoch sehr kostenintensiv und die Größenbeschränkung dieser Substrate macht es schwierig, diese Technologie für Anwendungen für den Massenmarkt zu skalieren. Es ist eine Aufgabe dieser Erfindung ein elektronisches Bauelement Substrat-unabhängiger bzw. mit einer größeren Vielfalt an Substraten ausbilden zu können. Dadurch können Oberflächenemitter auf GaN-Basis auf kostengünstigeren Substraten ausgebildet werden. In einem Aspekt wird ein Verfahren zum Herstellen eines elektronischen Bauelementes bereitgestellt. Das Verfahren aufweisend: Ausbilden einer ersten Halbleiterschicht auf oder über einem Substrat, das eine zweite Halbleiterschicht aufweist, die lateral an eine dielektrische Struktur angrenzt, mittels eines Verfahrens zum epitaktischen lateralen Überwachsens derart, dass die erste Halbleiterschicht die dielektrische Struktur von der zweiten Halbleiterschicht aus lateral überwächst. Die erste Halbleiterschicht und die zweite Halbleiterschicht weisen ein Halbleitermaterial auf oder werden daraus gebildet. Das Verfahren weist weiterhin ein Ausbilden einer dritten Halbleiterschicht auf oder über der ersten Halbleiterschicht derart auf, dass die erste Halbleiterschicht und die dritte Halbleiterschicht eine gemeinsame Grenzfläche aufweisen, wobei die dritte Halbleiterschicht eingerichtet wird, eine lichterzeugende Schichtenstruktur des vertikalen Oberflächenemitters aufzuweisen. Das Verfahren weist weiterhin ein Entfernen des Substrats und ein Entfernen zumindest eines Teils der ersten Halbleiterschicht auf. Anschaulich kann beispielsweise ein kostengünstigeres Saphir-Substrat anstatt eines kostenintensiven GaN-Substrates verwendet werden. Die dielektrische Struktur wird in dem zweiten Bereich lateral von der ersten Halbleiterschicht epitaktisch überwachsen (engl. epitaktisch lateral overgrowth, ELOG). Die dritte Halbleiterschicht kann dadurch über der dielektrischen Struktur eine geringere Defektdichte aufweisen als in dem Bereich über der zweiten Halbleiterschicht. Die erste Halbleiterschicht ermöglicht eine qualitative hochwertig Oberfläche, beispielsweise mit verbesserter bzw. geringer Oberflächenrauheit, für das Ausbilden der dritten Halbleiterschicht. Alternativ oder zusätzlich ermöglicht das Verfahren ein präzises Ausbilden einer optischen Kavität bei einem Oberflächenemitter, wobei die dritte Halbleiterschicht ein Teil der optischen Kavität ist. Dies wird ermöglicht durch eine geringe Defektdichte an der Position der optischen Apertur bzw. der Stromapertur des aktiven Bereichs in der dritten Halbleiterschicht in einem Oberflächenemitter. In einem weiteren Aspekt wird ein vertikaler Oberflächenemitter bereitgestellt, aufweisend: eine Halbleiterschicht mit einer lichterzeugenden Struktur, wobei die Halbleiterschicht zwischen einer ersten Spiegelstruktur und einer zweiten Spiegelstruktur angeordnet ist; und eine dielektrische Schicht zwischen der lichterzeugenden Struktur und einer der Spiegelstrukturen, wobei die dielektrische Schicht eine oder mehrere Linsen aufweist. In den Zeichnungen beziehen sich gleiche Bezugszeichen im Allgemeinen auf dieselben Teile in den verschiedenen Ansichten. Die Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei der Schwerpunkt im Allgemeinen auf der Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung liegt. In der folgenden Beschreibung werden verschiedene Aspekte der Erfindung unter Bezugnahme auf die folgenden Zeichnungen beschrieben, in denen:1A bis 1H schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines vertikalen Oberflächenemitters;2A bis 2F schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;3 eine schematische Querschnittsansichten einer Struktur im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;4A bis 4D schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;5 eine schematische Querschnittsansichten einer Struktur im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;6 eine schematische Querschnittsansichten einer Struktur im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;7A und 7B schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;8A bis 8C schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;9A und 9B schematische Querschnittsansichten von Strukturen im Verfahren zum Herstellen eines Oberflächenemitters;10A bis 10C schematische Querschnittsansichten von Strukturen im