DE102004004780B9 - A method of manufacturing a device having an electrical contact area and a device having an electrical contact area - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes mit einem elektrischen Kontaktbereich (2) das mindestens folgende Schritte aufweist:
- Bereitstellen einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge (8) auf einem Substrat, die eine n-leitende AlGaInP- oder AlGaInAs-basierte Außenschicht (7) und eine elektromagnetische Strahlung emittierende aktive Zone umfasst, wobei die Außenschicht (7) auf einer der Halbleiterschichtenfolge (8) zugewandten Seite des Substrats angeordnet ist und zumindest teilweise Al und Ga in einem Verhältnis a:(1-a), mit 0,4 ≤ a ≤ 1 aufweist;
- Aufbringen von elektrischem Kontaktmaterial, welches Au und mindestens einen Dotierstoff aufweist, auf die Außenschicht (7), wobei der Dotierstoff mindestens ein Element aus der Gruppe Ge, Si, Sn und Te enthält;
- Tempern der Außenschicht (7).
- Providing an epitaxially grown semiconductor layer sequence (8) on a substrate comprising an n-type AlGaInP or AlGaInAs-based outer layer (7) and an active zone emitting electromagnetic radiation, wherein the outer layer (7) on one of the semiconductor layer sequence (8) facing side of the substrate and at least partially Al and Ga in a ratio a: (1-a), with 0.4 ≤ a ≤ 1;
- Applying electrical contact material comprising Au and at least one dopant, on the outer layer (7), wherein the dopant contains at least one element from the group Ge, Si, Sn and Te;
- Annealing the outer layer (7).
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes mit einem elektrischen Kontaktbereich, der auf einer Außenschicht einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist.The invention relates to a method for producing a component having an electrical contact region, which is arranged on an outer layer of an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Bauelement, welches eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit elektromagnetischer Strahlung emittierender aktiver Zone aufweist, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine Außenschicht aufweist, auf der ein elektrischer Kontakt aufgebracht ist.Furthermore, the invention relates to a component which has an epitaxial semiconductor layer sequence with an active region emitting electromagnetic radiation, wherein the semiconductor layer sequence has an outer layer on which an electrical contact is applied.
Die Außenschicht basiert insbesondere auf AlGaInP oder AlGaInAs.The outer layer is based in particular on AlGaInP or AlGaInAs.
Unter einer AlGaInP- bzw. AlGaInAs-basierten Schicht ist eine Schicht zu verstehen, die mindestens ein Material AlxGayIn1-x-yP oder AlxGayIn1-x-yAs mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x+y ≤ 1 umfasst. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die physikalischen Eigenschaften des Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In und P oder As), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.An AlGaInP or AlGaInAs-based layer is to be understood as meaning a layer which has at least one material Al x Ga y In 1-xy P or Al x Ga y In 1-xy As with 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≤ 1. This material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material. For the sake of simplicity, however, the above formula includes only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In and P or As), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
Bei kommerziellen, auf AlGaInP oder AlGalnAs basierenden Halbleiterbauelementen ist die Vorderseite, d.h. die von einem Aufwachssubstrat abgewandte Seite einer Halbleiterschichtenfolge, in der Regel derart dotiert, daß sie p-leitend ist. Dies liegt insbesondere in der Tatsache begründet, daß kommerzielle GaAs-Substrate in der erforderlichen Qualität nur als n-dotierte Substrate verfügbar sind, auf denen zunächst eine n-dotierte epitaktische Halbleiterstruktur aufgebracht wird. Aus diesem Grunde werden elektrische Kontakte bei AlGaInP-basierten Halbleiterschichtenfolgen bislang fast ausschließlich auf p-dotierten Schichten erzeugt.In commercial AlGaInP or AlGalnAs based semiconductor devices, the front side, i. the side facing away from a growth substrate side of a semiconductor layer sequence, usually doped such that it is p-type. This is particularly due to the fact that commercial grade GaAs substrates are available only as n-doped substrates on which an n-type epitaxial semiconductor structure is first deposited. For this reason, electrical contacts in AlGaInP-based semiconductor layer sequences have hitherto been generated almost exclusively on p-doped layers.
Unter einer Außenschicht oder einer außenliegenden Halbleiterschicht ist im Folgenden eine Halbleiterschicht einer Halbleiterschichtenfolge zu verstehen, der auf einer von zwei Hauptseiten zumindest in Teilbereichen keine weiteren Halbleiterschichten nachgeordnet sind. Insbesondere handelt es sich um eine Halbleiterschicht einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, der auf einer Seite zumindest in Teilbereichen keine weiteren Halbleiterschichten nachgeordnet sind.In the text which follows, an outer layer or an outer semiconductor layer is to be understood as meaning a semiconductor layer of a semiconductor layer sequence, which, on at least one of two main sides, is subordinate to no further semiconductor layers at least in partial regions. In particular, it is a semiconductor layer of an epitaxially grown semiconductor layer sequence, which are arranged on one side at least in subregions no further semiconductor layers.
Außenliegende n-leitende AlGaInP- oder AlGaInAs-basierende Halbleiterschichten, die elektrisch zu kontaktieren sind, kommen beispielsweise bei Dünnfilm-Leuchtdioden vor. Bei deren Herstellung wird die epitaktische Halbleiterschichtenfolge wie allgemein üblich mit einer p-leitenden Schicht abgeschlossen. Auf diese wird dann ein Trägersubstrat aufgebracht und das Aufwachssubstrat wird zumindest teilweise von der Halbleiterschicht entfernt, so daß eine n-leitende Halbleiterschicht, mit der beim Aufwachsen begonnen wurde, exponiert ist.External n-type AlGaInP or AlGaInAs-based semiconductor layers which are to be electrically contacted occur, for example, in thin-film light-emitting diodes. In their production, the epitaxial semiconductor layer sequence is completed as usual with a p-type layer. A carrier substrate is then applied to these and the growth substrate is at least partially removed from the semiconductor layer, so that an n-type semiconductor layer, which was started when grown, is exposed.
Eine weitere Möglichkeit, elektrisch zu kontaktierende, n-leitende außenliegende Halbleiterschichten zu erhalten, wenn das Aufwachsen mit einer p-leitenden Schicht abgeschlossen wird, ist, p-leitende Schichten an mindestens einer Stelle zu entfernen, bis ein Teil einer n-leitenden, zu kontaktierenden Schicht freiliegt. Auf diese Weise kann man beispielsweise bei einer Leuchtdiode beide elektrischen Kontakte auf einer Seite herstellen.Another way to obtain electrically conductive n-type outer semiconductor layers when the growth is completed with a p-type layer is to remove p-type layers at at least one location until a portion of n-type, to contacting layer is exposed. In this way, you can produce both electrical contacts on one side, for example, in a light-emitting diode.
Desweiteren sind auch Technologien denkbar, bei denen beim Aufwachsen einer epitaktischen AlGaInP- oder AlGaInAsbasierenden Halbleiterschichtenfolge mit einer p-leitenden Schicht begonnen und mit einer n-leitenden Schicht abgeschlossen wird, so daß von vornherein eine n-leitende Halbleiterschicht außenliegend ist.Furthermore, technologies are also conceivable in which the growth of an epitaxial AlGaInP- or AlGaInA-based semiconductor layer sequence is started with a p-type layer and terminated with an n-type layer, so that an n-type semiconductor layer is located outboard from the outset.
Um einen elektrischen Kontakt zu einer n-leitenden AlGaInP- oder AlGaInAs-basierten Halbleiterschicht zu erzeugen, kann z.B. mittels Direct-Wafer-Bonding ein elektrisch leitender Kontakt zu einem GaP-Zwischensubstrat erzeugt werden, auf welches dann ein elektrischer Anschlußkontakt aufgebracht wird (
Die Druckschrift
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Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe ein Verfahren bereitzustellen, mit dem ein elektrischer Kontaktbereich direkt auf einer n-leitenden AlGaInP- oder AlGaInAs-basierten Halbleiterschicht erzeugt werden kann. Desweiteren soll ein Bauelement mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge mit elektromagnetische Strahlung emittierender aktiver Zone, das einen derartigen elektrischen Kontakt aufweist, entwickelt werden.The object of the present invention is to provide a method with which an electrical contact region directly on an n-type AlGaInP or AlGaInAs-based semiconductor layer can be generated. Furthermore, a component with an epitaxial semiconductor layer sequence with electromagnetic radiation emitting active zone, which has such an electrical contact to be developed.
Diese Aufgaben werden durch ein Verfahren sowie durch ein Bauelement mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst.These objects are achieved by a method and by a component having the features of the independent patent claims.
Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen abhängigen Ansprüchen.Further refinements and developments of the invention will become apparent from the respective dependent claims.
Das Verfahren zum Herstellen eines Bauelementes beinhaltet ein Bereitstellen einer epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge, die eine zumindest teilweise exponierte n-leitende AlGaInP- oder AlGaInAs-basierte Außenschicht und eine elektromagnetische Strahlung emittierende aktive Zone umfasst. Auf die Außenschicht wird ein elektrisches Kontaktmaterial, welches Au und mindestens einen Dotierstoff aufweist, aufgebracht, wobei der Dotierstoff mindestens ein Element aus der Gruppe Ge, Si, Sn und Te enthält. Nachfolgend wird die Außenschicht getempert.The method of fabricating a device includes providing an epitaxially grown semiconductor layer sequence comprising an at least partially exposed AlGaInP or AlGaInAs-based n-type outer layer and an active region emitting electromagnetic radiation. An electrical contact material comprising Au and at least one dopant is applied to the outer layer, wherein the dopant contains at least one element from the group Ge, Si, Sn and Te. Subsequently, the outer layer is annealed.
Das Tempern bewirkt ein Eindiffundieren von Dotierstoff aus dem Kontaktmaterial in die Außenschicht, wodurch diese im Randbereich sehr stark n-dotiert wird. Dadurch wird eine Potentialbarriere zwischen der AlGaInP- oder AlGaInAs-basierten Außenschicht und dem Kontaktmaterial so schmal, dass effektiv ein ohmscher elektrischer Kontakt geschaffen ist. Die Bezeichnung Dotierstoff bezieht sich in diesem Zusammenhang also auf die Funktion des jeweiligen Stoffes in der Außenschicht, in welche dieser insbesondere beim Tempern hineindiffundiert.The tempering causes a diffusion of dopant from the contact material in the outer layer, whereby it is very heavily n-doped in the edge region. As a result, a potential barrier between the AlGaInP or AlGaInAs-based outer layer and the contact material becomes so narrow that an ohmic electrical contact is effectively created. The term dopant in this context therefore refers to the function of the respective substance in the outer layer, in which this particular diffuses during annealing.
Durch das Aufbringen einer elektrischen Kontaktstruktur direkt auf die n-leitende Außenschicht ergibt sich, verglichen mit einer Herstellung eines elektrischen Kontaktes über ein Zwischensubstrat, ein deutlich vereinfachtes Verfahren. Mit diesem lässt sich etwa eine einfache Schichtstruktur erreichen, so dass sowohl Herstellungskosten als auch Herstellungszeit eingespart werden können.The application of an electrical contact structure directly to the n-conducting outer layer results in a significantly simplified process as compared to producing an electrical contact via an intermediate substrate. With this, for example, a simple layer structure can be achieved, so that both production costs and production time can be saved.
Die Außenschicht basiert besonders bevorzugt auf einem qua ternären Halbleitermaterial, d.h. sie weist mindestens Al, Ga, In und P oder mindestens Al, Ga, In und As auf. Üblicherweise werden quaternäre Epitaxieschichten als elektrisch zu kontaktierende Außenschichten vermieden, oftmals werden gezielt zumindest ternäre Materialien oder GaAs als Außenschicht aufgebracht. Mittels der Erfindung ist jedoch insbesondere die Verwendung eines auf einem quaternären Halbleitermaterial basierenden Materials für die Außenschicht möglich. Dadurch kann sich ein Epitaxieverfahren zur Herstellung der Halbleiterschichtenfolge vereinfachen, etwa indem ein Aufwachsen einer zusätzlichen binären oder ternären Epitaxieschicht als Außenschicht über einem quaternären Halbleitermaterial überflüssig wird.The outer layer is particularly preferably based on a quaternary semiconductor material, i. it has at least Al, Ga, In and P or at least Al, Ga, In and As. Usually, quaternary epitaxial layers are avoided as outer layers to be electrically contacted, often at least ternary materials or GaAs are selectively applied as the outer layer. By means of the invention, however, it is possible in particular to use a material based on a quaternary semiconductor material for the outer layer. As a result, an epitaxial method for producing the semiconductor layer sequence can be simplified, for example, by making it unnecessary to grow an additional binary or ternary epitaxial layer as the outer layer over a quaternary semiconductor material.
Der Anteil von Dotierstoffen im elektrischen Kontaktmaterial beträgt mit besonderem Vorteil zwischen 0 und einschließlich 5 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 0 und einschließlich 3 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 und einschließlich 1,5 Gewichtsprozent.The proportion of dopants in the electrical contact material is with particular advantage between 0 and 5 percent by weight, preferably between 0 and 3 percent by weight, more preferably between 0.1 and 1.5 percent by weight inclusive.
Au und Dotierstoffe können gemeinsam in einer Legierung vorliegen, was eine mögliche Ausführungsform ist. Alternativ kann das elektrische Kontaktmaterial auch aus mehreren Materialschichten zusammengesetzt sein, von denen mindestens eine im Wesentlichen aus Au und mindestens eine weitere im Wesentlichen aus mindestens einem der Dotierstoffe besteht.Au and dopants may coexist in an alloy, which is one possible embodiment. Alternatively, the electrical contact material can also be composed of a plurality of material layers, of which at least one consists essentially of Au and at least one further consists essentially of at least one of the dopants.
Ebenfalls mit besonderem Vorteil weist das elektrische Kontaktmaterial mindestens eine Legierung mit Au und mindestens einem der Dotierstoffe auf, wobei das Verhältnis von Au und Dotierstoff etwa der jeweiligen eutektischen Zusammensetzung entspricht. Diese enthält bei Au-Ge etwa 12 Gewichtsprozent Ge, bei Au-Si etwa 3 Gewichtsprozent Si, bei Au-Sn etwa 20 Gewichtsprozent Sn und bei Au-Te etwa 42 Gewichtsprozent Te. Eutektische Zusammensetzungen weisen einen niedrigeren Schmelzpunkt auf, weshalb ein derart beschaffenes Kontaktmaterial zweckmäßigerweise etwa dann zu wählen ist, wenn vorgesehen ist, das Tempern und das Verlöten des Chips mit einem Bonddraht gleichzeitig durchzuführen oder wenn ein einfaches Ablösen des elektrischen Kontaktmaterials erwünscht ist.Also with particular advantage, the electrical contact material has at least one alloy with Au and at least one of the dopants, wherein the ratio of Au and dopant corresponds approximately to the respective eutectic composition. This contains about 12% by weight of Ge in Au-Ge, about 3% by weight of Si in the case of Au-Si, about 20% by weight of Sn in the case of Au-Sn and about 42% by weight of Te in the case of Au-Te. Eutectic compositions have a lower melting point, and therefore a contact material of this nature is expediently to be selected approximately when it is intended to carry out the tempering and soldering of the chip simultaneously with a bonding wire or if a simple detachment of the electrical contact material is desired.
Vor oder nach dem Tempern der Außenschicht wird bevorzugt elektrisches Anschlußmaterial derart aufgebracht, dass es Kontakt zu dem Kontaktmaterial hat. Der Kontakt sollte von einer Art sein, dass nach der Durchführung aller Verfahrensschritte ein elektrischer Kontakt zwischen elektrischem Anschluß- und Kontaktmaterial besteht.Before or after the tempering of the outer layer, electrical connection material is preferably applied in such a way that it has contact with the contact material. The contact should be of a type that, after performing all the process steps, there is an electrical contact between electrical connection and contact material.
Mit Vorteil weist das elektrische Anschlußmaterial gesehen von der Außenschicht mindestens eine erste und eine zweite Schicht auf, wobei die erste Schicht eine Diffusionssperre darstellt und die zweite Schicht eine elektrische Anschlußfläche ausbildet.Advantageously, the electrical connection material seen from the outer layer at least a first and a second layer, wherein the first layer is a diffusion barrier and the second layer forms an electrical connection surface.
Hierbei weisen die erste Schicht bevorzugt mindestens einen der Stoffe Ti, Pt, TiPt, TiW, TiN und TiW:N und die zweite Schicht mindestens einen der Stoffe Al, Ti, Pt und Au auf. Hierbei ist es auch möglich, dass die erste Schicht mehrere derartige Teilschichten aufweist.In this case, the first layer preferably has at least one of the substances Ti, Pt, TiPt, TiW, TiN and TiW: N and the second layer at least one of the substances Al, Ti, Pt and Au. In this case, it is also possible that the first layer has a plurality of such partial layers.
Besonders bevorzugt wird bei dem Verfahren vor dem Aufbringen des Kontaktmaterials zumindest eine für den elektrischen Kontaktbereich vorgesehene Fläche auf der n-leitenden Außenschicht gereinigt. Mit dieser Maßnahme läßt sich eine deutliche Verbesserung der Reproduzierbarkeit der elektrischen Kontakte hinsichtlich ihrer Leitfähigkeit erzielen, was für einen effektiven Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens in einer Serienproduktion erforderlich ist. In the method, prior to the application of the contact material, it is particularly preferable to clean at least one area provided for the electrical contact region on the n-conducting outer layer. With this measure, a significant improvement in the reproducibility of the electrical contacts in terms of their conductivity can be achieved, which is required for effective use of the method according to the invention in a series production.
Vor dem Aufbringen von Kontaktmaterial wird mit besonderem Vorteil eine Schicht aufgebracht, die mindestens einen der Stoffe Ti, Cr, V und Ni aufweist und eine Dicke zwischen 0,1 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen 1 und 20 nm aufweist, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Durch das Unterlegen des Kontaktmaterials mit derartigen Stoffen wird die niedrigste Temperatur zum Tempern, bei der noch ein ausreichend gut leitender elektrischer Kontakt ausgebildet werden kann, verringert. Zusätzlich wird dadurch die Haftung zwischen dem Kontaktmaterial und der Außenschicht verbessert.Before the application of contact material, it is particularly advantageous to apply a layer which has at least one of the substances Ti, Cr, V and Ni and has a thickness between 0.1 nm and 100 nm, preferably between 1 and 20 nm, the limits in each case are included. By lining the contact material with such substances, the lowest temperature for tempering, in which still a sufficiently good conductive electrical contact can be formed, reduced. In addition, the adhesion between the contact material and the outer layer is thereby improved.
Der elektrische Kontaktbereich wird bevorzugt erzeugt, indem in einem Schritt zunächst eine Maskenschicht auf die Außenschicht aufgebracht wird, in welche an den Stellen, an denen elektrische Kontaktbereiche vorgesehen sind, Fenster ausgebildet werden. Nach dem Aufbringen des elektrischen Anschlußmaterials wird das auf der Maskenschicht befindliche Kontakt- und Anschlußmaterial durch Entfernen der Maskenschicht abgehoben. Durch so ein Verfahren ist es möglich, den Kontaktbereich mit nur einem Lithographieverfahren herzustellen, selbst wenn dieser mehrere Schichten aufweist.The electrical contact region is preferably produced by first applying a mask layer to the outer layer in a first step, in which windows are formed at the locations where electrical contact regions are provided. After the application of the electrical connection material, the contact and connection material located on the mask layer is lifted off by removing the mask layer. By such a method, it is possible to produce the contact area with only one lithography process, even if it has multiple layers.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Außenschicht mit mindestens einem der Stoffe Te, Si, Se, S, Ge und Sn dotiert, mit einer Konzentration, die größer als oder gleich 5·1017 cm-3 ist und die bevorzugt im Bereich größer als oder gleich 8·1017 cm-3 und kleiner als oder gleich 5·1019 cm-3 liegt.In a particularly preferred embodiment of the method according to the invention, the outer layer is doped with at least one of the substances Te, Si, Se, S, Ge and Sn, with a concentration greater than or equal to 5 × 10 17 cm -3 and preferably in the Range greater than or equal to 8 · 10 17 cm -3 and less than or equal to 5 · 10 19 cm -3 .
Die Außenschicht ist vorteilhafterweise Bestandteil einer auf ein Aufwachssubstrat aufgewachsenen epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, welche mit der n-leitenden Außenschicht beginnend aufgewachsen ist. Die Außenschicht wird freigelegt, indem die Halbleiterschichtenfolge vorderseitig auf ein Trägersubstrat aufgebracht wird und nachfolgend das Aufwachssubstrat sowie etwaige Zwischenschichten zwischen dem Aufwachssubstrat und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge entfernt werden. Vorderseitig bedeutet in diesem Zusammenhang auf der von dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens kann das Trägersubstrat deutlich dünner als das Aufwachssubstrat gewählt werden.
Bevorzugt ist eine derartige epitaktische Halbleiterschichtenfolge eine Leuchtdioden-Schichtenfolge, insbesondere für eine Dünnfilm-Leuchtdiode.The outer layer is advantageously part of a grown on a growth substrate epitaxial semiconductor layer sequence, which is grown with the n-type outer layer beginning. The outer layer is exposed by the front side of the semiconductor layer sequence being applied to a carrier substrate and subsequently the growth substrate and any intermediate layers between the growth substrate and the epitaxial semiconductor layer sequence being removed. The front side means in this context on the side remote from the growth substrate side of the semiconductor layer sequence. In this embodiment of the method, the carrier substrate can be chosen significantly thinner than the growth substrate.
Such an epitaxial semiconductor layer sequence is preferably a light-emitting diode layer sequence, in particular for a thin-film light-emitting diode.
Ein Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip zeichnet sich insbesondere durch folgende charakteristische Merkmale aus:
- - an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche einer strahlungserzeugenden Epitaxieschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Epitaxieschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- - die Epitaxieschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20µm oder weniger, insbesondere
im Bereich von 10 µm auf; und - - die Epitaxieschichtenfolge enthält mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Epitaxieschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
- on a first main surface of a radiation-generating epitaxial layer sequence which faces toward a carrier element, a reflective layer is applied or formed which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial layer sequence;
- - The epitaxial layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range of 10 microns; and
- the epitaxial layer sequence contains at least one semiconductor layer having at least one surface which has a thorough mixing structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial epitaxial layer sequence, ie it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Leuchtdiodenchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben.A basic principle of a thin-film light-emitting diode chip is described, for example, in I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174 - 2176.
Vor dem Tempern wird zwischen dem Trägersubstrat und der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge zweckmäßigerweise eine Lotschicht ausgebildet. Nachfolgend wird bei einer Temperatur getempert, bei der die Lotschicht im wesentlichen nicht aufschmilzt.Before annealing, a solder layer is expediently formed between the carrier substrate and the epitaxial semiconductor layer sequence. Subsequently, it is annealed at a temperature at which the solder layer does not substantially melt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens wird vor dem Tempern auf der von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge abgewandten Oberfläche des Trägersubstrats ein elektrischer Rückseitenkontakt aufgebracht. Somit kann durch nur einen Tempervorgang sowohl der elektrische Kontaktbereich als auch der Rückseitenkontakt gleichzeitig getempert werden.In a particularly advantageous embodiment of the method, an electrical rear-side contact is applied before annealing on the surface of the carrier substrate facing away from the epitaxial semiconductor layer sequence. Thus, both the electrical contact area and the rear side contact can be annealed simultaneously by only one annealing process.
Das Trägersubstrat weist zweckmäßigerweise ein Halbleitermaterial, insbesondere GaAs oder Ge auf und der Rückseitenkontakt weist bevorzugt Au sowie mindestens einen der Stoffe Ge, Zn und Be auf.The carrier substrate expediently has a semiconductor material, in particular GaAs or Ge, and the rear-side contact preferably has Au and at least one of the substances Ge, Zn and Be.
Erfindungsgemäß weist die Außenschicht zumindest teilweise Al und Ga in einem Verhältnis a:(1-a), mit 0,4 ≤ a ≤ 1 auf.According to the invention, the outer layer at least partially Al and Ga in a ratio a: (1-a), with 0.4 ≤ a ≤ 1 on.
Bei auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierenden Bauelementen mit p-leitend dotierten Außenschichten weisen diese Außenschichten üblicherweise einen möglichst niedrigen Al-Gehalt auf, da sich mit steigendem Al-Gehalt deren elektrische Kontaktierbarkeit verschlechtert. Bei n-leitend dotierten Außenschichten von auf Phosphid-Verbindungshalbleitern basierenden Bauelementen wurde dagegen die überraschende Feststellung gemacht, dass sich die Kontaktierbarkeit der Außenschicht ab einem gewissen Al-Anteil mit steigendem Al-Gehalt zunächst verbessert, um darauf ein Maximum zu durchlaufen und mit weiter steigendem Al-Gehalt wieder schlechter zu werden.In the case of components based on phosphide compound semiconductors with p-type doped outer layers, these outer layers have usually the lowest possible Al content, since the electrical contactability worsens with increasing Al content. In n-type doped outer layers of phosphide compound semiconductors based components, however, the surprising finding was made that the contactability of the outer layer from a certain Al content initially improves with increasing Al content in order to pass through a maximum and with further increasing Al content is getting worse again.
Zudem konnte unerwartet festgestellt werden, dass sich bei elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelementen ab etwa dem gleichen Al-Anteil in der Außenschicht, ab dem eine Verbesserung der Kontaktierbarkeit beobachtet werden konnte, die Strahlungsausbeute des Bauelements mit steigendem Al-Gehalt verbessert.In addition, it was unexpectedly found that in electromagnetic radiation emitting devices from about the same Al content in the outer layer, from which an improvement in the contactability could be observed, the radiation efficiency of the device improves with increasing Al content.
Über den Al-Gehalt bzw. über das Verhältnis von Al und Ga in der Außenschicht lässt sich demnach sowohl die elektrische Kontaktierbarkeit der AlGaInP- oder AlGaInAs-basierten Schicht als auch die Strahlungsausbeute eines Bauelements deutlich verbessern. Je nachdem ob beispielsweise die Kontaktierbarkeit der Außenschicht oder die Strahlungsausbeute von größerer Bedeutung sind kann im Rahmen der Erfindung bei einem Verhältnis a:(1-a) von Al zu Ga in der Außenschicht ein Wert a, der knapp größer ist als 0,4, oder ein Wert, der deutlich größer ist als 0,4 besonders vorteilhaft sein.Accordingly, both the electrical contactability of the AlGaInP or AlGaInAs-based layer and the radiation yield of a component can be markedly improved via the Al content or via the ratio of Al and Ga in the outer layer. Depending on whether, for example, the contactability of the outer layer or the radiation yield of greater importance are within the scope of the invention at a ratio a: (1-a) of Al to Ga in the outer layer has a value a, which is just greater than 0.4, or a value that is significantly greater than 0.4 to be particularly advantageous.
In einer Ausführungsform des Verfahrens ist a vorteilhafterweise größer als oder gleich 0,45. In einer weiteren Ausführungsform ist a mit Vorteil größer oder gleich 0,5In one embodiment of the method, a is advantageously greater than or equal to 0.45. In a further embodiment, a is advantageously greater than or equal to 0.5
Bevorzugt beträgt der Wert für a maximal 0,65. Alternativ beträgt a bevorzugt maximal 0,6.The value for a is preferably at most 0.65. Alternatively, a is preferably not more than 0.6.
Mit Vorteil weist die Halbleiterschichtenfolge eine zwischen der Außenschicht und der aktiven Zone angeordnete Stromaufweitungsschicht auf, die zumindest teilweise Al und Ga in einem Verhältnis b:(1-b) aufweist, mit 0,4 ≤ b ≤ 1. Ähnlich wie bei der Außenschicht kann sich ein derartiger Al-Gehalt bzw. ein derartiges Verhältnis von Al und Ga auch in der Stromaufweitungsschicht vorteilhaft auf Eigenschaften des Bauelements auswirken.Advantageously, the semiconductor layer sequence has a current spreading layer arranged between the outer layer and the active zone, which at least partially comprises Al and Ga in a ratio b: (1-b), where 0.4 ≦ b ≦ 1. Similar to the outer layer Such an Al content or a ratio of Al and Ga in the current spreading layer also advantageously has an effect on the properties of the component.
Für den Parameter b sind in zwei vorteilhaften Ausführungsformen Werte von mindestens 0,45 bzw. von mindestens 0,5 vorgesehen.For the parameter b, values of at least 0.45 or of at least 0.5 are provided in two advantageous embodiments.
Bevorzugt entspricht das Verhältnis von Al und Ga zumindest in Teilen der Stromaufweitungsschicht im Wesentlichen einem Verhältnis von Al und Ga in Teilen der Außenschicht. Dadurch kann beispielsweise eine Epitaxie zum Aufwachsen der Stromaufweitungsschicht und der Außenschicht vereinfacht werden. Preferably, the ratio of Al and Ga at least in parts of the current spreading layer substantially corresponds to a ratio of Al and Ga in parts of the outer layer. As a result, for example, epitaxy for growing the current spreading layer and the outer layer can be simplified.
Ein erfindungsgemäßes Bauelement weist eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit elektromagnetische Strahlung emittierender aktiver Zone auf, wobei die Halbleiterschichtenfolge eine n-leitenden AlGaInP- oder AlGaInAs-basierte Außenschicht aufweist, auf der ein elektrischer Kontakt aufgebracht ist. Der elektrische Kontakt umfasst Kontaktmaterial, welches Au und mindestens einen Dotierstoff aufweist, wobei der Dotierstoff mindestens ein Element aus der Gruppe Ge, Si, Sn und Te enthält.A component according to the invention has an epitaxial semiconductor layer sequence with an active zone emitting electromagnetic radiation, the semiconductor layer sequence having an n-type AlGaInP or AlGaInAs-based outer layer on which an electrical contact is applied. The electrical contact comprises contact material which comprises Au and at least one dopant, wherein the dopant contains at least one element from the group Ge, Si, Sn and Te.
Die Außenschicht basiert besonders bevorzugt auf einem quaternären Halbleitermaterial.The outer layer is particularly preferably based on a quaternary semiconductor material.
Bevorzugt weist der elektrische Kontakt elektrisches Anschlußmaterial auf.Preferably, the electrical contact comprises electrical connection material.
Der Anteil von Dotierstoffen im elektrischen Kontaktmaterial beträgt mit besonderem Vorteil zwischen 0 und einschließlich 5 Gewichtsprozent, bevorzugt zwischen 0 und einschließlich 3 Gewichtsprozent, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 0,1 und einschließlich 1,5 Gewichtsprozent.The proportion of dopants in the electrical contact material is with particular advantage between 0 and 5 percent by weight, preferably between 0 and 3 percent by weight, more preferably between 0.1 and 1.5 percent by weight inclusive.
Mit Vorteil weist das elektrische Anschlußmaterial gesehen von der Außenschicht mindestens eine erste und eine zweite Schicht auf, wobei die erste Schicht eine Diffusionssperre darstellt und die zweite Schicht eine elektrische Anschlußfläche ausbildet.Advantageously, the electrical connection material seen from the outer layer at least a first and a second layer, wherein the first layer is a diffusion barrier and the second layer forms an electrical connection surface.
Hierbei weisen die erste Schicht bevorzugt mindestens einen der Stoffe Ti, Pt, TiPt, TiW, TiN und TiW:N und die zweite Schicht mindestens einen der Stoffe Al und Au auf. Es ist in diesem Zusammenhang auch möglich, dass die erste Schicht mehrere derartige Teilschichten aufweist.In this case, the first layer preferably has at least one of the substances Ti, Pt, TiPt, TiW, TiN and TiW: N and the second layer at least one of the substances Al and Au. It is also possible in this connection that the first layer has a plurality of such partial layers.
Das Kontaktmaterial ist vorteilhafterweise mit einer Schicht unterlegt, die mindestens einen der Stoffe Ti, Cr, V und Ni aufweist und eine Dicke zwischen 0,1 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen 1 und 20 nm aufweist, wobei die Grenzen jeweils eingeschlossen sind. Durch das Unterlegen des Kontaktmaterials mit derartigen Stoffen wird u.a. die Haftung zwischen dem Kontaktmaterial und Außenschicht verbessert.The contact material is advantageously underlaid with a layer which has at least one of the substances Ti, Cr, V and Ni and has a thickness between 0.1 nm and 100 nm, preferably between 1 and 20 nm, the limits being included in each case. By lining the contact material with such substances u.a. the adhesion between the contact material and outer layer is improved.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Bauteils ist die Außenschicht mit mindestens einem der Stoffe Te, Si, Se, S, Ge und Sn dotiert, mit einer Konzentration, die größer als oder gleich 5·1017 cm-3 ist und die bevorzugt im Bereich größer als oder gleich 8·1017 cm-3 und kleiner als oder gleich 5·1019 cm-3 liegt.In a particularly preferred embodiment of the component according to the invention, the outer layer is doped with at least one of the substances Te, Si, Se, S, Ge and Sn, with a concentration which is greater than or equal to 5 × 10 17 cm -3 and which preferably in Range greater than or equal to 8 · 10 17 cm -3 and less than or equal to 5 · 10 19 cm -3 .
Bevorzugt ist die epitaktische Halbleiterschichtenfolge des Bauteils eine Leuchtdioden-Schichtenfolge, insbesondere eine Dünnfilm-Leuchtdiode.The epitaxial semiconductor layer sequence of the component is preferably a light-emitting diode Layer sequence, in particular a thin-film light-emitting diode.
Erfindungsgemäß weist die Außenschicht zumindest teilweise Al und Ga in einem Verhältnis a:(1-a), mit 0,4 ≤ a ≤ 1 auf.According to the invention, the outer layer at least partially Al and Ga in a ratio a: (1-a), with 0.4 ≤ a ≤ 1 on.
In einer Ausführungsform des Bauelements ist, a mit besonderem Vorteil größer als oder gleich 0,45. In einer weiteren Ausführungsform ist a mit besonderem Vorteil größer oder gleich 0,5In one embodiment of the device, a is particularly preferably greater than or equal to 0.45. In a further embodiment, a is with particular advantage greater than or equal to 0.5
Bevorzugt beträgt der Wert für a maximal 0,65. Alternativ beträgt a bevorzugt maximal 0,6.The value for a is preferably at most 0.65. Alternatively, a is preferably not more than 0.6.
Mit Vorteil weist die Halbleiterschichtenfolge eine zwischen der Außenschicht und der aktiven Zone angeordnete Stromaufweitungsschicht auf, die zumindest teilweise Al und Ga in einem Verhältnis b:(1-b) aufweist, mit 0,4 ≤ b ≤ 1. Ähnlich wie bei der Außenschicht kann sich ein derartiger Al-Gehalt bzw. ein derartiges Verhältnis von Al und Ga auch in der Stromaufweitungsschicht vorteilhaft auf Eigenschaften des Bauelements auswirken.Advantageously, the semiconductor layer sequence has a current spreading layer arranged between the outer layer and the active zone, which at least partially comprises Al and Ga in a ratio b: (1-b), where 0.4 ≦ b ≦ 1. Similar to the outer layer Such an Al content or a ratio of Al and Ga in the current spreading layer also advantageously has an effect on the properties of the component.
Für den Parameter b sind in zwei vorteilhaften Ausführungsformen des Bauteils Werte von mindestens 0,45 bzw. von mindestens 0,5 vorgesehen.
Bevorzugt entspricht das Verhältnis von Al und Ga zumindest in Teilen der Stromaufweitungsschicht im Wesentlichen einem Verhältnis von Al und Ga in Teilen der Außenschicht. Dadurch kann beispielsweise die Epitaxie zum Aufwachsen der Stromaufweitungsschicht und der Außenschicht vereinfacht sein.For the parameter b, values of at least 0.45 or of at least 0.5 are provided in two advantageous embodiments of the component.
Preferably, the ratio of Al and Ga at least in parts of the current spreading layer substantially corresponds to a ratio of Al and Ga in parts of the outer layer. As a result, for example, the epitaxy for growing the current spreading layer and the outer layer can be simplified.
Weitere Vorteile und bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den nachfolgend in Verbindung mit den
- die
1a und1b verschiedene Verfahrensstadien eines ersten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, - die
2a bis2e verschiedene Verfahrensstadien eines zweiten Ausführungsbeispiels des Verfahrens, und -
3 die Strahlungsausbeute von elektromagnetische Strahlung emittierenden Bauelementen mit unterschiedlichen Werten für Φ in Abhängigkeit von a.
- the
1a and1b various process stages of a first embodiment of the method according to the invention, - the
2a to2e different process stages of a second embodiment of the method, and -
3 the radiation yield of electromagnetic radiation emitting devices with different values for Φ as a function of a.
Die aktive Zone weist beispielsweise einen strahlungserzeugenden pn-Übergang oder eine strahlungserzeugende Einfach- oder Mehrfach-Quantenstruktur auf. Solche Strukturen sind dem Fachmann bekannt und werden von daher nicht näher erläutert. Das Aufwachssubstrat
In
Die Anschlußschicht
Als eine weitere Alternative kann die Kontaktschicht
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge
Das Trägersubstrat
Die Außenschicht
Nachfolgend wird der Dünnfilm-Leuchtdioden-Chip
Das Aufbringen der Ti-Schicht
In
In
Bei dem in
Φ-Werte von Bauelementen mit a zwischen knapp 0,35 und knapp 0,65 sind aufgetragen. Die Strahlungsausbeute Φ nimmt mit steigendem a zu, wobei Φ(a≈0,65) gegenüber Φ(a≈0,35) um etwa 50 % erhöht ist.Φ values of devices with a between 0.35 and 0.65 are plotted. The radiation efficiency Φ increases with increasing a, whereby Φ (a≈0.65) is increased by about 50% compared to Φ (a≈0.35).
Zusätzlich zu den in
Wie im allgemeinen Teil der Beschreibung bereits beschrieben, können ganz unterschiedliche Werte für a von Vorteil sein, je nachdem wie groß beispielsweise die Bedeutung der Kontaktierbarkeit der Außenschicht
Die Beschreibung des Verfahrens und des Bauteils anhand der Ausführungsbeispiele ist selbstverständlich nicht als Beschränkung der Erfindung auf diese anzusehen. Beipielsweise kann die epitaktische Halbleiterschichtenfolge mit einer n-leitenden AlGaInP- oder AlGaInAs-basierten Außenschicht abschließend aufgewachsen sein, so dass diese von vornherein exponiert ist und direkt elektrisch kontaktiert werden kann. Zudem muß dass Kontaktmaterial und/oder das Anschlußmaterial nicht in Form einer Schicht aufgebracht werden. Vielmehr kann das elektrische Kontaktmaterial auch in beliebiger Form und auch auf mehrere, nicht zusammenhängende Bereiche verteilt aufgebracht werden. Ebenso muß das Anschlußmaterial keineswegs ganzflächig auf das Kontaktmaterial aufgebracht werden, sondern es reicht, wenn sich die Materialien an einer Stelle, z.B. in einer Ebene senkrecht zur Außenschicht, derart berühren, dass sich ein ausreichend gut leitender, elektrischer Kontakt zwischen ihnen ausbilden kann.The description of the method and the component with reference to the embodiments is of course not to be regarded as limiting the invention to these. For example, the epitaxial semiconductor layer sequence may be finally grown with an n-type AlGaInP or AlGaInAs-based outer layer so that it is exposed from the outset and can be contacted directly electrically. In addition, the contact material and / or the connection material need not be applied in the form of a layer. Rather, the electrical contact material can be applied distributed in any form and also on several non-contiguous areas. Likewise, the terminal material by no means must be applied over the entire surface of the contact material, but it is sufficient if the materials in one place, e.g. in a plane perpendicular to the outer layer, in such a way that a sufficiently good conductive, electrical contact between them can form.
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