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WO2012028511A1 - Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Download PDF

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Publication number
WO2012028511A1
WO2012028511A1 PCT/EP2011/064554 EP2011064554W WO2012028511A1 WO 2012028511 A1 WO2012028511 A1 WO 2012028511A1 EP 2011064554 W EP2011064554 W EP 2011064554W WO 2012028511 A1 WO2012028511 A1 WO 2012028511A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
layer
transparent conductive
semiconductor chip
conductive oxide
semiconductor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2011/064554
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christoph Klemp
Stefanie BRÜNINGHOFF
Karl Engl
Markus Maute
Robert Walter
Oliver Guenther
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ams Osram International GmbH
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Osram Opto Semiconductors GmbH filed Critical Osram Opto Semiconductors GmbH
Publication of WO2012028511A1 publication Critical patent/WO2012028511A1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10H—INORGANIC LIGHT-EMITTING SEMICONDUCTOR DEVICES HAVING POTENTIAL BARRIERS
    • H10H20/00—Individual inorganic light-emitting semiconductor devices having potential barriers, e.g. light-emitting diodes [LED]
    • H10H20/80—Constructional details
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    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
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    • H10H20/80—Constructional details
    • H10H20/83—Electrodes
    • H10H20/832—Electrodes characterised by their material
    • H10H20/833—Transparent materials

Definitions

  • LED chips for light emitting diodes often have a reflective layer of a suitable one
  • reflective material for example, to direct light generated in the chip in a particular direction and thus to achieve an increase in the radiated light output and / or a certain emission characteristics.
  • suitable reflective materials such as silver can be corroded by surrounding materials and / or by substances from the environment and thus impaired in their reflectivity.
  • such materials such as silver can be corroded by surrounding materials and / or by substances from the environment and thus impaired in their reflectivity.
  • corrosion can be caused by moisture from the environment, which can penetrate into the chip and react with the reflective material.
  • dielectric materials such as silicon dioxide or
  • At least one more object of certain embodiments is to
  • the active region may be particularly suitable for electromagnetic radiation, in particular light,
  • Semiconductor chip can thus be formed as a radiation-emitting or radiation-receiving semiconductor chip.
  • the substrate may be a growth substrate or a support member, as further discussed below.
  • the semiconductor layer sequence can be embodied as an epitaxial layer sequence, that is to say as an epitaxially grown semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor layer sequence may be designed, for example, on the basis of InGaAlN.
  • InGaAlN-based semiconductor chips and semiconductor layer sequences fall in particular those in which the epitaxial
  • semiconductor layer sequences comprising at least one InGaAlN based active layer or region may preferentially emit electromagnetic radiation in an ultraviolet to green wavelength range.
  • Semiconductor layer sequence may have different individual layers, of which at least one single layer
  • Material from the II IV compound semiconductor material system In x Al y Gai x -yP with 0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1 and x + y ⁇ 1 has.
  • semiconductor layer sequences or semiconductor chips having at least one active layer or active region based on InGaAlP may be preferred
  • electromagnetic radiation with one or more emit spectral components in a green to red wavelength range electromagnetic radiation with one or more emit spectral components in a green to red wavelength range.
  • an active layer comprising an AlGaAs-based material may be capable of emitting electromagnetic radiation having one or more spectral components in a red to infrared wavelength range.
  • An I I-VI compound semiconductor material system may comprise at least one element of the second main group, such as
  • an I I-VI compound semiconductor material system comprises a binary, ternary or quaternary compound comprising at least one
  • Element from the sixth main group includes.
  • Such a binary, ternary or quaternary compound can also be used.
  • the I I-VI compound semiconductor materials include ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, ZnS, CdS, ZnCdS, MgBeO.
  • the semiconductor layer sequence may further include a substrate on which the above-mentioned III-V or II-VI compound semiconductor material system is deposited.
  • the substrate may comprise a semiconductor material, for example a compound semiconductor material system mentioned above.
  • the substrate may include sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si and / or Ge may include or be of such material.
  • the semiconductor layer sequence can be used as active region
  • a conventional pn junction for example, a conventional pn junction, a
  • Double heterostructure a single quantum well structure (SQW structure) or a multiple quantum well structure (MQW structure) have.
  • the term quantum well structure includes in the context of the application in particular any
  • quantum well structure does not include information about the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures.
  • the semiconductor layer sequence can, in addition to the active region, further functional layers and
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Such structures include the active region or the further functional layers and regions
  • Buffer layers, barrier layers and / or protective layers also perpendicular to the growth direction of
  • the Semiconductor layer sequence for example, the Semiconductor layer sequence may be arranged around, that is approximately on the side surfaces of the semiconductor layer sequence.
  • Optoelectronic semiconductor chip designed as a thin-film semiconductor chip.
  • a reflective layer in the form of the mirror layer is applied or formed which forms at least a part of the semiconductor layer sequence produced in the semiconductor layer sequence
  • the semiconductor layer sequence reflects electromagnetic radiation back into them; the semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 ⁇ or less, in particular in the range of 10 ⁇ on;
  • the semiconductor layer sequence contains at least one
  • Semiconductor layer having at least one surface which has a mixing structure, which leads in the ideal case to an approximately ergodic distribution of light in the epitaxially grown semiconductor layer sequence, that is, it has a possible ergodisch stochastic
  • the substrate of the optoelectronic semiconductor chip which is formed, for example, as a carrier element of an optoelectronic semiconductor chip designed as a thin-film semiconductor chip, has one of the materials mentioned above for growth substrates.
  • the substrate may also be a plastic
  • a plastic film for example, a plastic film, or a metal
  • Optoelectronic semiconductor chip on a mirror layer which is completely in a layer with a transparent
  • Mirror layer on a material that is sensitive to externally applied to the mirror layer materials This may mean, in particular, that the mirror layer acts from outside on the mirror layer
  • Reflectivity can be limited or changed.
  • Materials which act on the mirror layer from outside can be, for example, materials from the semiconductor layer sequence, from connecting layers between the semiconductor layer
  • That the mirror layer is completely embedded in the layer with the transparent conductive oxide here and hereinafter means that the layer with the transparent conductive oxide has a double layer comprising two Partial layers forms, between which the mirror layer
  • each of the partial layers of the layer with the transparent conductive oxide extends in a lateral direction, that is to say along the main plane of extension of the layer
  • the transparent conductive oxide fulfills the function of a conventionally known mirror dielectric.
  • the layer of the transparent conductive oxide has the further advantage that the transparent conductive oxide enables electrical conductivity of the layered parquet formed by the mirror layer and the transparent conductive oxide layer, so that the layer having the transparent conductive oxide With the mirror layer embedded therein, for example, it is also possible to form an electrical contact layer for the semiconductor layer sequence. Furthermore, the mirror layer in a Faraday cage formed by the layer of transparent conductive oxide is resistant to external electric fields and hence to migration of pollutants therein
  • Transparent conductive oxides are transparent, conductive materials, usually metal oxides, such as zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO), in addition to binary metal oxygen compounds, such as
  • ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 ⁇ 3 also include ternary metal oxygen compounds, such as Zn 2 SnO 4, CdSnO 3, ZnSnO 3, Mgln 2 O 4 , GalnO 3, Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 2, or mixtures of different transparent conductive oxides from the group TCOs.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the transparent conductive oxide in particular has a metal oxide with zinc, tin and / or indium.
  • the transparent conductive oxide in particular has a metal oxide with zinc, tin and / or indium.
  • transparent conductive oxide zinc oxide, tin oxide and / or indium tin oxide (ITO) have.
  • the form is
  • the mirror layer and the layer with the transparent conductive oxide are on a surface facing away from the substrate
  • the mirror layer may in particular be advantageous if, for example, in the case of an optoelectronic semiconductor chip designed as a radiation-emitting semiconductor chip
  • the mirror layer and the layer are transparent
  • Such an arrangement of the mirror layer can in particular in the case of a thin-film semiconductor chip formed as described above optoelectronic
  • conductive oxide is an electrical contact layer for the
  • Contact layers form an electrical contact, preferably an ohmic contact, with the semiconductor layer sequence.
  • the mirror layer has an electrically conductive material.
  • the mirror layer comprises a metal or is formed from a metal.
  • the metal may comprise silver or gold, or may form an alloy with or be made of these materials.
  • the metal may comprise silver or gold, or may form an alloy with or be made of these materials.
  • Wavelength range of the light emitted or to be received by the active region may be mirror materials
  • the mirror layer is structured. This may mean in particular that the
  • Substrate extends, but that in the lateral direction
  • the mirror layer may have openings for this purpose or even separate areas.
  • the structuring of the mirror layer can in particular, for example, to special structures of
  • the layer with the transparent conductive oxide is unstructured. That can
  • each surface of the mirror layer is surrounded by the layer with the transparent conductive oxide.
  • the layer with the transparent conductive oxide is in a region of
  • Substrate from above and / or below the mirror layer has a thickness of greater than or equal to 10 nm.
  • the layer having the transparent conductive oxide may also have a thickness of less than or equal to 1000 nm. This may mean in particular that the layer with the transparent conductive oxide above or below the mirror layer has such a thickness.
  • the layer with the transparent conductive oxide can also have such a thickness or a region of such width in a lateral direction laterally next to the mirror layer
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor chip has a step in which a semiconductor layer sequence is applied to a substrate.
  • the substrate can be any suitable material.
  • Semiconductor layer sequence on the substrate includes the growth of the semiconductor layer sequence on the substrate.
  • Substrate include.
  • a mirror layer is applied, which is embedded in a layer with a transparent conductive oxide.
  • Semiconductor layer sequence are applied, which is then transferred to a carrier element or carrier substrate designed as a substrate, so that the mirror layer,
  • the embedded in the layer with the transparent conductive oxide is arranged between the substrate and the semiconductor layer sequence.
  • the mirror layer with the transparent conductive oxide may also be applied to the substrate before the application of the semiconductor layer sequence.
  • the mirror layer is applied in partial steps together with the transparent conductive oxide.
  • the transparent conductive oxide can be applied over a large area in the form of a first partial layer in a first partial step. Subsequently, the Mirror layer can be applied to the first sub-layer with the transparent conductive oxide and then a second sub-layer with the transparent conductive oxide.
  • the first and second partial layers can be applied as a double layer in such a way that the mirror layer applied therebetween extends completely from the two partial layers
  • the mirror layer can be coated with the second layer before applying the second layer
  • the mirror layer already with a structuring
  • Application method such as a vapor deposition or
  • the mirror layer can also be applied over a large area on the first part layer with the transparent conductive oxide and then subsequently by a suitable
  • Structuring process such as wet chemical or
  • Figure 1 is a schematic representation of a
  • FIGS. 2 and 3 are schematic representations of
  • optoelectronic semiconductor chips 100, 200, 300 are shown below, which are embodied purely by way of example as radiation-emitting or light-emitting thin-film semiconductor chips having radiation-emitting active regions. Alternatively, the
  • Semiconductor chips may be formed with a semiconductor layer sequence 1 on a growth substrate. Furthermore, the optoelectronic semiconductor chips can alternatively also
  • FIG. 1 shows an example of an embodiment
  • optoelectronic semiconductor chip 100 which has a
  • Semiconductor layer sequence 1 based on an AlGaAs Compound semiconductor material system has.
  • the semiconductor layer sequence 1 has an active region 2, which is designed as a multiple quantum well structure, as by the multilayer design of the active region 2
  • this is grown on a suitable growth substrate.
  • suitable n-doped AlGaAs layers then the active region 2 and then suitable p-doped AlGaAs layers are grown.
  • the p-doped layers are provided with mesa structure forming pits.
  • p-doped contact regions 13 made of GaAs with a dopant concentration of approximately 5 ⁇ 10 19 cnf 3 are applied.
  • the p-doped side of the semiconductor layer sequence 1 is subsequently coated over its entire area with a first partial layer 41 of a transparent conductive oxide.
  • a transparent conductive oxide This may preferably comprise or be ZnO, indium zinc oxide (IZO) or indium tin oxide (ITO).
  • IZO indium zinc oxide
  • ITO indium tin oxide
  • a mirror layer 3 which contains, for example, silver and / or gold, is deposited on the first partial layer 41 comprising the transparent conductive oxide.
  • the mirror layer 3 is applied in such a way that it does not reach all the way to the edge of the first partial layer 41 with the transparent conductive oxide.
  • this can also be structured.
  • a second partial layer 42 with the transparent conductive oxide is applied to the mirror layer 3 and the first partial layer 41 with the transparent conductive oxide, so that the first and second partial layers 41, 42 together form a layer 4 with the transparent conductive oxide, in which the mirror layer 3 is completely embedded.
  • the first and second partial layers 41, 42 have at the edges of the mirror layer 3 on a common interface, as indicated by the dashed line in this area. As a result, the first and second partial layers 41, 42 form a continuous, the mirror layer 3 entirely
  • the layer thickness of the layer 4 with the transparent conductive oxide is particularly preferably greater than or equal to 10 nm and less than or equal to 1000 nm.
  • connection layer 12 may, for example, also
  • a substrate 5 is provided which, for example, is germanium and which has on one main surface a connection layer 52,
  • a contact layer 51 for example made of ZnO.
  • Conductive oxide is applied to the connection layer 12 on the connection layer 52 of the substrate 5 and connected thereto. Subsequently, the growth substrate of the semiconductor layer sequence 1 can be detached and the the
  • Substrate 5 facing away from the surface of the semiconductor layer sequence is provided with a surface structure 14 in the form of roughening and with a structured electrical contact 11.
  • Semiconductor layer sequence 1 are still further coated with a passivation layer 15, for example of silicon nitride.
  • the surface structure 14 may have, for example, microprisms or flattened microprisms for improving the light extraction from the semiconductor layer sequence 1.
  • the thus produced optoelectronic semiconductor chip 100 thus has between the substrate 5 and the
  • semiconductor chips 100 according to the embodiment of Figure 1 shown.
  • the semiconductor layer sequences 1 of the semiconductor chips 200 and 300 are based on gallium nitride. These are in a similar process for the production of
  • Carrier substrate 5 applied.
  • FIG. 2 shows an exemplary embodiment of a
  • a barrier layer 53 which serves as a diffusion barrier for
  • Semiconductor layer sequence 1 has.
  • the layer 4 is arranged with the transparent conductive oxide, in which the mirror layer 3 is embedded. Im shown
  • the mirror layer 3 is doing
  • the mirror layer 3 points
  • the passivation layer 15 is made
  • FIG. 3 shows an exemplary embodiment of a semiconductor chip 300 in which, in comparison with FIG.
  • Layer region of the semiconductor layer sequence 1 range.
  • the contacts 11 are surrounded by the passivation layer 15 and electrically insulated from the p-doped side and the active region 2 of the semiconductor layer sequence 1.
  • the semiconductor chip 300 For contacting the substrate 5 facing p-doped side of the semiconductor layer sequence, the semiconductor chip 300 on a Stromaufweitungstik 16, wherein for further improving the reflection of the active region in the second
  • embedded mirror layer 3 is formed as an electrical contact layer for the semiconductor layer sequence 1.
  • Semiconductor chips based on arsenide or nitride compound semiconductor material systems can also be used for example on phosphide.

Landscapes

  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterchip mit einer Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich (2) auf einem Substrat (5) und mit einer Spiegelschicht (3) angegeben, die vollständig in einer Schicht (4) mit einem transparenten leitenden Oxid eingebettet ist. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips angegeben.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterchip und Verfahren zur
Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2010 035 966.1, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Es werden ein optoelektronischer Halbleiterchip und ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips angegeben.
Leuchtdiodenchips für lichtemittierende Dioden (LEDs) weisen oft eine reflektierende Schicht aus einem geeigneten
reflektierenden Material auf, um beispielsweise im Chip erzeugtes Licht in eine bestimmten Richtung zu lenken und damit eine Erhöhung der abgestrahlten Lichtleistung und/oder eine bestimmte Abstrahlcharakteristik zu erreichen. Geeignete reflektierende Materialien wie beispielsweise Silber können jedoch durch umgebende Materialien und/oder durch Stoffe aus der Umgebung korrodiert und damit in ihrer Reflektivität beeinträchtigt werden. Insbesondere kann eine solche
Korrosion beispielsweise durch Feuchtigkeit aus der Umgebung hervorgerufen werden, die in den Chip eindringen und mit dem reflektierenden Material reagieren kann.
Nach dem bisherigen Stand der Technik lässt sich ein
reflektierendes Material jedoch nicht mit bekannten
dielektrischen Materialien wie etwa Siliziumdioxid oder
Siliziumnitrid gegen Korrosion durch Feuchtigkeit schützen. Eine ausreichende Kapselung in einem Leuchtdiodenchip gelingt derzeit nur durch ein direktes Aufbringen beziehungsweise Einbringen des reflektierten Materials in die
Epitaxieschichtenfolge des Leuchtdiodenchips, was jedoch die reflektierende Wirkung des reflektierten Materials reduziert
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es, einen optoelektronischen Halbleiterchip mit einer
Halbleiterschichtenfolge anzugeben. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten Aus führungs formen ist es, ein
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips mit einer Halbleiterschichtenfolge anzugeben
Diese Aufgaben werden durch einen Gegenstand und ein
Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen des Gegenstands und des Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor.
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist ein
optoelektronischer Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich auf. Der aktive Bereich kann dabei insbesondere geeignet sein, elektromagnetische Strahlung, insbesondere Licht,
beispielsweise mit einer ultravioletten bis infraroten und besonders bevorzugt mit einer sichtbaren Wellenlänge, abzustrahlen oder zu empfangen. Der optoelektronische
Halbleiterchip kann somit als strahlungsemittierender oder auch als strahlungsempfangender Halbleiterchip ausgebildet sein .
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist der
optoelektronische Halbleiterchip ein Substrat auf, auf dem die Halbleiterschichtenfolge mit dem aktiven Bereich angeordnet ist. Das Substrat kann ein Aufwachssubstrat oder ein Trägerelement sein, wie unten weiter ausgeführt ist.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene Halbleiterschichtenfolge, ausgeführt sein. Dabei können der Halbleiterchip
beziehungsweise die Halbleiterschichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. Unter InGaAlN- basierten Halbleiterchips und Halbleiterschichtenfolgen fallen insbesondere solche, bei denen die epitaktisch
hergestellte Halbleiterschichtenfolge in der Regel eine
Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten
aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht oder einen aktiven Bereich auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung in einem ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich können die
Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise der Halbleiterchip auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die
Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine Einzelschicht ein
Material aus dem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai-x-yP mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1 aufweist. Halbleiterschichtenfolgen oder Halbleiterchips, die zumindest eine aktive Schicht oder einen aktiven Bereich auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt
elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich können die
Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise der Halbleiterchip auch andere III-V-Verbindungshalbleitermaterialsysteme, beispielsweise ein AlGaAs-basiertes Material, oder II-VI- Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein AlGaAs-basiertes Material aufweist, geeignet sein, elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten Wellenlängenbereich zu emittieren.
Ein I I-VI-Verbindungshalbleitermaterialsystem kann wenigstens ein Element aus der zweiten Hauptgruppe, wie beispielsweise
Be, Mg, Ca, Sr, und ein Element aus der sechsten Hauptgruppe, wie beispielsweise 0, S, Se, aufweisen. Insbesondere umfasst ein I I-VI-Verbindungshalbleitermaterialsystem eine binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung, die wenigstens ein
Element aus der zweiten Hauptgruppe und wenigstens ein
Element aus der sechsten Hauptgruppe umfasst. Eine solche binäre, ternäre oder quaternäre Verbindung kann zudem
beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie
zusätzliche Bestandteile aufweisen. Beispielsweise gehören zu den I I-VI-Verbindungshalbleitermaterialien ZnSe, ZnTe, ZnO, ZnMgO, ZnS, CdS, ZnCdS, MgBeO.
Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin ein Substrat aufweisen, auf dem die oben genannten III-V- oder II-VI- Verbindungshalbleitermaterialsystem abgeschieden sind. Das Substrat kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem, umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein.
Die Halbleiterschichtenfolge kann als aktiven Bereich
beispielsweise einen herkömmlichen pn-Übergang, eine
Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopfstruktur (SQW- Struktur) oder eine Mehrfach-Quantentopfstruktur (MQW- Struktur) aufweisen. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst im Rahmen der Anmeldung insbesondere jegliche
Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss
( "confinement " ) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren können. Insbesondere beinhaltet die Bezeichnung Quantentopfstruktur keine Angabe über die Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Die Halbleiterschichtenfolge kann neben dem aktiven Bereich weitere funktionale Schichten und
funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten, Kontaktschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus. Solche Strukturen den aktiven Bereich oder die weiteren funktionalen Schichten und Bereiche
betreffend sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich
Aufbau, Funktion und Struktur bekannt und werden von daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Darüber hinaus können zusätzliche Schichten, etwa
Pufferschichten, Barriereschichten und/oder Schutzschichten auch senkrecht zur Aufwachsrichtung der
Halbleiterschichtenfolge beispielsweise um die Halbleiterschichtenfolge herum angeordnet sein, also etwa auf den Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist der
optoelektronische Halbleiterchip als Dünnfilm-Halbleiterchip ausgeführt .
Ein Dünnfilm-Halbleiterchip zeichnet sich insbesondere durch eines oder mehrere der folgenden charakteristischen Merkmale aus:
an einer zu einem Trägerelement oder einem Substrat hin gewandten ersten Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht in Form der Spiegelschicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten
elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert; die Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μπι oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μπι auf; und
- die Halbleiterschichtenfolge enthält mindestens eine
Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktisch gewachsenen Halbleiterschichtenfolge führt, das heißt sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches
Streuverhalten auf.
Ein Grundprinzip eines Dünnschicht-Halbleiterchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren
Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird. Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das Substrat des optoelektronischen Halbleiterchips, das beispielsweise als Trägerelement eines als Dünnfilm-Halbleiterchip ausgeführten optoelektronischen Halbleiterchips ausgebildet ist, eines der oben für Aufwachssubstrate genannten Materialien auf.
Weiterhin kann das Substrat auch einen Kunststoff,
beispielsweise eine Kunststofffolie, oder ein Metall,
beispielsweise in Form einer Metallschicht oder einer
Metallfolie, aufweisen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist der
optoelektronische Halbleiterchip eine Spiegelschicht auf, die vollständig in einer Schicht mit einem transparenten
leitenden Oxid eingebettet ist.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die
Spiegelschicht ein Material auf, das empfindlich gegenüber von Außen auf die Spiegelschicht einwirkenden Materialien ist. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Spiegelschicht durch von Außen auf die Spiegelschicht einwirkende
Materialien korrodiert oder auf andere Weise in seiner
Reflektivität eingeschränkt oder verändert werden kann. Von Außen auf die Spiegelschicht einwirkende Materialien können beispielsweise Materialien aus der Halbleiterschichtenfolge, aus Verbindungsschichten zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und einem Substrat oder auch aus der Umgebung des optoelektronischen Halbleiterchips sein, im letzteren Fall insbesondere Sauerstoff und/oder Feuchtigkeit. Dass die Spiegelschicht vollständig in der Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid eingebettet ist, bedeutet hier und im Folgenden, dass die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid eine Doppelschicht umfassend zwei Teilschichten bildet, zwischen der die Spiegelschicht
angeordnet ist. Dabei erstreckt sich jede der Teilschichten der Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid in lateraler Richtung, also entlang der Haupterstreckungsebene der
Spiegelschicht, über die Spiegelschicht hinaus, so dass die beiden Teilschichten in lateraler Richtung neben der
Spiegelschicht zusammentreffen und so auch die Ränder der Spiegelschicht vollständig umgeben. Dadurch ist die
Spiegelschicht allseitig von der Schicht mit dem
transparenten leitenden Oxid umgeben und von dieser
verkapselt .
Mit Vorteil hat sich gezeigt, dass eine Korrosion der
Spiegelschicht durch die Verwendung von transparenten
leitenden Oxiden, die eine Schicht bilden, in die die
Spiegelschicht vollständig eingebettet ist, verhindert beziehungsweise in erheblichem Maße vermindert werden kann. Das transparente leitende Oxid erfüllt dabei die Funktion eines herkömmlich bekannten Spiegel-Dielektrikums. Im
Vergleich zu solchen weist die Schicht aus dem transparenten leitenden Oxid aber den weiteren Vorteil auf, dass das transparente leitende Oxid eine elektrische Leitfähigkeit des Schichtparketts gebildet durch die Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid ermöglicht, so dass die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid mit der darin eingebetteten Spiegelschicht beispielsweise auch eine elektrische Kontaktschicht für die Halbleiterschichtenfolge bilden kann. Weiterhin ist die Spiegelschicht in einem durch die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid gebildeten Faraday' sehen Käfig gegen äußere elektrische Felder und damit auch gegen eine Migration von Schadstoffen in solchen
elektrischen Feldern abgeschirmt. Mit Vorteil kann dadurch die Lebensdauer der Spiegelschicht und damit auch die Lebensdauer des optoelektronischen
Halbleiterchips auch unter hohem feuchten Einfluss im
Vergleich zu bekannten Leuchtdiodenchips erhöht werden.
Transparente leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO) . Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie
beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2Sn04, CdSn03, ZnSnOß, Mgln204, GalnOß, Zn2In205 oder In4Sn30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs . Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist das transparente leitende Oxid insbesondere ein Metalloxid mit Zink, Zinn und/oder Indium auf. Insbesondere kann in besonders
bevorzugten Aus führungs formen die Schicht mit dem
transparenten leitenden Oxid Zinkoxid, Zinnoxid und/oder Indiumzinnoxid (ITO) aufweisen.
In einer besonders bevorzugten Aus führungs form ist die
Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid aus ZnO und die Spiegelschicht aus Silber.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form sind die Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid auf einer dem Substrat abgewandten Oberfläche der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Eine derartige Anordnung der Spiegelschicht kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn beispielsweise im Falle eines als strahlungsemittierendem Halbleiterchip ausgeführten optoelektronischen
Halbleiterchips Licht durch das Substrat abgestrahlt werden soll.
Gemäß einer besonders bevorzugten Aus führungs form sind die Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten
leitenden Oxid zwischen dem aktiven Bereich und dem Substrat angeordnet. Das kann insbesondere bedeuten, dass die
Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten
leitenden Oxid an die Halbleiterschichtenfolge angrenzen und somit zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Substrat angeordnet sind. Eine derartige Anordnung der Spiegelschicht kann insbesondere bei einem als oben beschriebener Dünnfilm- Halbleiterchip ausgebildeten optoelektronischen
Halbleiterchip vorteilhaft sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form bilden die
Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten
leitenden Oxid eine elektrische Kontaktschicht für die
Halbleiterschichtenfolge beziehungsweise für den aktiven Bereich. Das kann insbesondere bedeuten, dass die
Spiegelschicht und die Schicht mit dem transparenten
leitenden Oxid alleine oder mit weiteren elektrischen
Kontaktschichten einen elektrischen Kontakt, vorzugsweise einen ohmschen Kontakt, mit der Halbleiterschichtenfolge bilden . Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Spiegelschicht ein elektrisch leitendes Material auf. Dadurch kann die elektrische Leitfähigkeit des Schichtkomplexes gebildet aus der Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid und der darin eingebetteten Spiegelschicht mit Vorteil erhöht werden, was insbesondere im Falle der Ausbildung des Schichtkomplexes als elektrischen Kontakt für die Halbleiterschichtenfolge von Vorteil sein kann.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Spiegelschicht ein Metall auf oder ist aus einem Metall gebildet.
Insbesondere kann das Metall Silber und/oder Gold aufweisen oder eine Legierung mit diesen Materialien bilden oder aus diesen Materialien sein. Je nach Wellenlängenbereich des optoelektronischen Halbleiterchips, also je nach
Wellenlängenbereich des vom aktiven Bereich abgestrahlten oder zu empfangenden Lichts können Spiegelmaterialien
basierend auf Silber und/oder Gold eine vorteilhafte
Reflektivität aufweisen.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist die Spiegelschicht strukturiert. Das kann insbesondere bedeuten, dass die
Spiegelschicht sich nicht gänzlich in einer lateralen
Richtung über die Halbleiterschichtenfolge und/oder das
Substrat erstreckt, sondern dass in lateraler Richtung
Bereiche frei von der Spiegelschicht sind. Beispielsweise kann die Spiegelschicht dazu Öffnungen aufweisen oder auch voneinander getrennte Bereiche.
Die Strukturierung der Spiegelschicht kann dabei insbesondere beispielsweise an spezielle Strukturen der
Halbleiterschichtenfolgen, beispielsweise elektrische
Kontaktstrukturen und/oder Mesastrukturen, angepasst sein.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form ist die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid unstrukturiert. Das kann
insbesondere bedeuten, dass die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid auf beiden Hauptflächen der Spiegelschicht großflächig, das heißt frei von Öffnungen und
Unterbrechungen, ausgebildet ist. Ist die Spiegelschicht strukturiert, beispielsweise mittels Öffnungen oder
Unterbrechungen, ausgebildet, so kann die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid besonders bevorzugt auch die Öffnungen oder Unterbrechungen in der Spiegelschicht
ausfüllen. So kann gewährleistet werden, dass jede Oberfläche der Spiegelschicht von der Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid umgeben ist.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form weist die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid in einem Bereich vom
Substrat aus gesehen über und/oder unter der Spiegelschicht eine Dicke von größer oder gleich 10 nm auf. Weiterhin kann die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid auch eine Dicke von kleiner oder gleich 1000 nm aufweisen. Das kann insbesondere bedeuten, dass die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid über beziehungsweise unter der Spiegelschicht eine derartige Dicke aufweist. Weiterhin kann die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid auch in einer lateralen Richtung seitlich neben der Spiegelschicht eine derartige Dicke beziehungsweise einen derartig breiten Bereich
aufweisen. Je dicker die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid ausgebildet ist, desto besser kann die
Verkapselungswirkung sowie die Abschirmwirkung gegenüber äußeren elektrischen Feldern gewährleistet werden. Je dünner die Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid ausgebildet ist, desto weniger beeinflusst die Schicht mit dem
transparenten leitenden Oxid die reflektierende Wirkung der Spiegelschicht . Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips einen Schritt auf, bei dem eine Halbleiterschichtenfolge auf einem Substrat aufgebracht wird. Dabei kann das Substrat ein
Aufwachssubstrat sein, so dass das Aufbringen der
Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat das Aufwachsen der Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat beinhaltet.
Alternativ dazu kann das Aufbringen der
Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat auch das Übertragen beziehungsweise das Umbonden einer bereits auf einem
Aufwachssubstrat aufgewachsenen Halbleiterschichtenfolge auf ein als Trägerelement oder Trägersubstrat ausgebildetes
Substrat beinhalten. Gemäß einer weiteren Aus führungs form des Verfahrens wird eine Spiegelschicht aufgebracht, die in einer Schicht mit einem transparenten leitenden Oxid eingebettet ist. Dabei können die Spiegelschicht die Schicht mit dem transparenten
leitenden Oxid beispielsweise auf einer aufgewachsenen
Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden, die anschließend auf ein als Trägerelement oder Trägersubstrat ausgebildetes Substrat übertragen wird, so dass die Spiegelschicht,
eingebettet in der Schicht mit dem transparenten leitenden Oxid, zwischen dem Substrat und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Alternativ dazu kann die Spiegelschicht mit dem transparenten leitenden Oxid auch vor dem Aufbringen der Halbleiterschichtenfolge auf dem Substrat aufgebracht werden.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form wird die Spiegelschicht zusammen mit dem transparent leitenden Oxid in Teilschritten aufgebracht. Dazu kann in einem ersten Teilschritt das transparente leitende Oxid großflächig in Form einer ersten Teilschicht aufgebracht werden. Anschließend kann die Spiegelschicht auf der ersten Teilschicht mit dem transparenten leitenden Oxid aufgebracht werden und daran anschließend kann eine zweite Teilschicht mit dem
transparenten leitenden Oxid großflächig auf der
Spiegelschicht aufgebracht werden. Insbesondere können die erste und zweite Teilschicht als Doppelschicht derart aufgebracht werden, dass die zwischen diesen aufgebrachte Spiegelschicht von den beiden Teilschichten gänzlich
umschlossen wird.
Gemäß einer weiteren Aus führungs form kann die Spiegelschicht vor dem Aufbringen der zweiten Teilschicht mit dem
transparenten leitenden Oxid strukturiert werden. Dazu kann die Spiegelschicht bereits mit einem strukturierenden
Aufbringverfahren, beispielsweise einem Aufdampfen oder
Aufsputtern durch eine Maske, aufgebracht werden. Alternativ dazu kann die Spiegelschicht auch großflächig auf der ersten Teilschicht mit dem transparenten leitenden Oxid aufgebracht werden und dann anschließend durch ein geeignetes
Strukturierungsverfahren, etwa nasschemisches oder
trockenchemisches Ätzen, strukturiert werden.
Die beschriebenen Merkmale und Aus führungs formen für den optoelektronischen Halbleiterchip gelten gleichermaßen auch für das Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiterchips und umgekehrt.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Aus führungs formen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren 1 bis 3 beschriebenen
Aus führungs formen .
Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines
optoelektronischen Halbleiterchips gemäß einem
Aus führungsbeispiel ,
Figuren 2 und 3 schematische Darstellungen von
optoelektronischen Halbleiterchips gemäß weiteren
Aus führungsbeispielen .
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen
Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind grundsätzlich nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben dick oder groß dimensioniert dargestellt sein.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele für optoelektronische Halbleiterchips 100, 200, 300 gezeigt, die rein beispielhaft als strahlungs- beziehungsweise Licht emittierende Dünnfilm- Halbleiterchips mit strahlungsemittierenden aktiven Bereichen ausgebildet sind. Alternativ dazu können die
optoelektronischen Halbleiterchips aber auch als
Halbleiterchips mit einer Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem Aufwachssubstrat ausgebildet sein. Weiterhin können die optoelektronischen Halbleiterchips alternativ auch
beispielsweise einen strahlungs- beziehungsweise Licht empfangenden aktiven Bereich aufweisen.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel für einen
optoelektronischen Halbleiterchip 100 gezeigt, der eine
Halbleiterschichtenfolge 1 basierend auf einem AlGaAs- Verbindungshalbleitermaterialsystem aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge 1 weist einen aktiven Bereich 2 auf, der als Mehrfachquantentopfstruktur ausgeführt ist, wie durch die mehrschichtige Ausführung des aktiven Bereichs 2
angedeutet ist.
Zur Ausbildung der Halbleiterschichtenfolge 1 wird diese auf einem geeigneten Aufwachssubstrat aufgewachsen. Dazu werden zuerst geeignete n-dotierte AlGaAs-Schichten, anschließend der aktive Bereich 2 sowie anschließend geeignete p-dotiere AlGaAs-Schichten aufgewachsen. Die p-dotierten Schichten werden mit Mesastruktur-bildenden Vertiefungen versehen.
Weiterhin werden zur späteren Kontaktierung der p-dotierten Schichten p-dotierte Kontaktbereiche 13 aus GaAs mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 5xl019 cnf3 aufgebracht.
Die p-dotierte Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 wird anschließend ganzflächig mit einer ersten Teilschicht 41 aus einem transparenten leitenden Oxid beschichtet. Dieses kann bevorzugt ZnO, Indium-Zink-Oxid (IZO) oder Indium-Zinn-Oxid (ITO) aufweisen oder daraus sein. Anschließend wird auf die erste Teilschicht 41 mit dem transparenten leitenden Oxid eine Spiegelschicht 3 aufgebracht, die beispielsweise Silber und/oder Gold enthält oder daraus ist. Die Spiegelschicht 3 wird derart aufgebracht, dass sie nicht ganz bis zum Rand der ersten Teilschicht 41 mit dem transparenten leitenden Oxid reicht. Alternativ zu einer großflächigen Aufbringung der Spiegelschicht 3 kann diese auch strukturiert werden. Anschließend wird auf der Spiegelschicht 3 und der ersten Teilschicht 41 mit dem transparenten leitenden Oxid eine zweite Teilschicht 42 mit dem transparenten leitenden Oxid aufgebracht, so dass die erste und zweite Teilschicht 41, 42 zusammen eine Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid bilden, in die die Spiegelschicht 3 vollständig eingebettet ist. Die erste und zweite Teilschicht 41, 42 weisen an den Rändern der Spiegelschicht 3 eine gemeinsame Grenzfläche auf, wie durch die gestrichelte Linie in diesen Bereich angedeutet ist. Dadurch bilden die erste und zweite Teilschicht 41, 42 eine durchgängige, die Spiegelschicht 3 gänzlich
umschließende und einbettende Schicht 4. Die Schichtdicke der Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid ist besonders bevorzugt größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 1000 nm.
Auf der Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid wird weiterhin eine Verbindungsschicht 12 aufgebracht, die
beispielsweise Gold und/oder Zink aufweisen kann. Weiterhin kann die Verbindungsschicht 12 beispielsweise auch
Titanwolframnitrid und/oder eine Legierung mit Titan und/oder Platin und/oder Gold aufweisen. In einem weiteren Verfahrensschritt wird ein Substrat 5 bereitgestellt, das beispielsweise aus Germanium ist und das auf einer Hauptoberfläche eine Verbindungsschicht 52,
beispielsweise aus Zinn, und auf einer der Verbindungsschicht 52 gegenüberliegenden Hauptoberfläche eine Kontaktschicht 51 beispielsweise aus ZnO aufweist.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 mit der Spiegelschicht 3 und der diese umgebenden Schicht 4 mit dem transparenten
leitenden Oxid wird mit der Verbindungsschicht 12 auf der Verbindungsschicht 52 des Substrats 5 aufgebracht und mit diesem verbunden. Anschließend kann das Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 1 abgelöst werden und die dem
Substrat 5 abgewandte Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge wird mit einer Oberflächenstruktur 14 in Form von Aufrauungen sowie mit einem strukturierten elektrischen Kontakt 11 versehen. Die freiliegenden Oberflächen der
Halbleiterschichtenfolge 1 werden weiterhin noch mit einer Passivierungsschicht 15, beispielsweise aus Siliziumnitrid, beschichtet. Die Oberflächenstruktur 14 kann beispielsweise Mikroprismen oder abgeflachte Mikroprismen zur Verbesserung der Lichtauskopplung aus der Halbleiterschichtenfolge 1 aufweisen .
Der derart hergestellte optoelektronische Halbleiterchip 100 weist somit zwischen dem Substrat 5 und der
Halbleiterschichtenfolge 1 beziehungsweise zwischen dem
Substrat 5 und dem aktiven Bereich 2 die in die Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid eingebettete Spiegelschicht 3 auf, die im Betreib des Halbleiterchips 100 vom aktiven Bereich 2 in Richtung des Substrats 5 abgestrahltes Licht zur entgegen gesetzten Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 mit der Oberflächenstruktur 14 reflektiert.
Tests bei verschiedenen Umgebungstemperaturen, Temperaturen des aktiven Bereichs, angelegten Betriebsströmen und
relativen Feuchtigkeiten der Umgebung mit Halbleiterchips gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 mit einer
jeweiligen Chipfläche von 2 mm2 und einer Gesamtchipdicke von etwa 100 μπι mit Spiegelschichten aus Silber beziehungsweise Gold jeweils eingebettet in einer Schicht aus dem
transparenten leitenden Oxid ZnO mit einer Dicke von 840 nm haben gezeigt, dass die bei bekannten Leuchtdiodenchips typischerweise auftretende Korrosion von reflektierendem Material deutlich verringert oder sogar verhindert werden kann . In den folgenden Ausführungsbeispielen gemäß den Figuren 2 und 3 sind Varianten beziehungsweise Modifikationen des
Halbleiterchips 100 gemäß dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 gezeigt. Insbesondere basieren die Halbleiterschichtenfolgen 1 der Halbleiterchips 200 und 300 auf Galliumnitrid. Diese sind in einem ähnlichen Verfahren zur Herstellung von
Dünnfilm-Halbleiterchips wie in Verbindung mit dem
Ausführungsbeispiel in Figur 1 beschrieben auf einem
Trägersubstrat 5 aufgebracht.
In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel für einen
Halbleiterchip 200 gezeigt, der im Vergleich zum
Halbleiterchip 100 gemäß Figur 1 über der Verbindungsschicht 52 eine Sperrschicht 53, die als Diffusionssperre für
Material der Verbindungsschicht 52 in Richtung der
Halbleiterschichtenfolge 1 dient, aufweist. Darüber ist die Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid angeordnet, in der die Spiegelschicht 3 eingebettet ist. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Spiegelschicht 3 dabei
strukturiert ausgebildet. Die Spiegelschicht 3 weist dabei
Ausnehmungen beziehungsweise Unterbrechungen in Bereichen 16 der Halbleiterschichtenfolge 1 auf, in denen ein p-seitiger elektrischer Kontakt zur Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid unterdrückt ist. Weiterhin ist im gezeigten Ausführungsbeispiel die Passivierungsschicht 15 aus
Siliziumdioxid ausgebildet.
Die Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid, im gezeigten Ausführungsbeispiel ZnO, umschließt jeden
Teilbereich der strukturierten Spiegelschicht 3, so dass diese jeweils allseitig von der Schicht 4 umgeben und in diese eingebettet sind. In Figur 3 ist ein Ausführungsbeispiel für einen Halbleiterchip 300 gezeigt, bei dem im Vergleich zum
vorherigen Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 Kontakte 11 aufweist, die von der Schicht 4 mit dem transparenten
leitenden Oxid durch den aktiven Bereich 2 der
Halbleiterschichtenfolge 1 in den n-dotierten
Schichtenbereich der Halbleiterschichtenfolge 1 reichen.
Dadurch ist eine elektrische Kontaktierung der n-Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 mittels der Kontaktschicht 51 auf der der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandten
Hauptoberfläche des Substrats 5 und mittels der Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid und der darin eingebetteten Spiegelschicht 3 möglich. Die Kontakte 11 sind dabei von der Passivierungsschicht 15 umgeben und gegenüber der p-dotierten Seite und dem aktiven Bereich 2 der Halbleiterschichtenfolge 1 elektrisch isoliert.
Zur Kontaktierung der dem Substrat 5 zugewandten p-dotierten Seite der Halbleiterschichtenfolge weist der Halbleiterchip 300 eine Stromaufweitungsschicht 16 auf, wobei zur weiteren Verbesserung der Reflektion von im aktiven Bereich 2
erzeugter Strahlung zwischen der Stromaufweitungsschicht 6 und der Halbleiterschichtenfolge 1 in Teilbereichen eine weitere Spiegelbereiche 7 angeordnet sind. Die Kontaktierung der p-dotierten Seite der Halbleiterschichtenfolge 1 erfolgt dabei durch eine Öffnung 17 in der Passivierungsschicht 15, durch die die Stromaufweitungsschicht 6 zugänglich und kontaktierbar wird. In allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Schicht 4 mit dem transparenten leitenden Oxid mit der darin
eingebetteten Spiegelschicht 3 als elektrische Kontaktschicht für die Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet. Alternativ zu den gezeigten Ausführungsbeispielen mit
Halbleiterchips, die auf Arsenid- oder Nitrid- Verbindungshalbleitermaterialsystemen basieren, können diese beispielsweise auch auf Phosphid-
Verbindungshalbleitermaterialien oder beispielsweise auch auf I I-VI-VerbindungshalbleitermaterialSystemen basieren .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterchip mit einer
Halbleiterschichtenfolge (1) mit einem aktiven Bereich
(2) auf einem Substrat (5) und mit einer Spiegelschicht
(3), die vollständig in einer Schicht
(4) mit einem transparenten leitenden Oxid eingebettet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 1, wobei die Spiegelschicht (3) zwischen dem aktiven Bereich (2) und dem Substrat
(5) angeordnet ist.
Halbleiterchip nach Anspruch 1 oder 2, wobei die
Spiegelschicht (3) und die Schicht (4) mit dem
transparenten leitenden Oxid eine elektrische
Kontaktschicht für die Halbleiterschichtenfolge (1) bilden .
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spiegelschicht (3) ein elektrisch leitendes Material aufweist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spiegelschicht (3) aus einem Metall gebildet ist .
6. Halbleiterchip nach Anspruch 5, wobei das Metall Silber und/oder Gold aufweist.
Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das transparente leitende Oxid ein Metalloxid mit Zink, Zinn und/oder Indium aufweist.
8. Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Spiegelschicht (3) strukturiert ist.
9. Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei die Schicht (4) mit dem transparenten leitenden Oxid unstrukturiert ist.
10. Halbleiterchip nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das transparente leitende Oxid in einem Bereich vom Substrat (5) aus gesehen über und/oder unter der Spiegelschicht (3) eine Dicke von größer oder gleich 10 nm und kleiner oder gleich 1000 nm aufweist.
11. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips mit den Schritten:
- Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem
Substrat ( 5 ) ,
- Aufbringen einer Spiegelschicht (3), die in einer Schicht
(4) mit einem transparenten leitenden Oxid eingebettet ist mit den Teilschritten:
- Aufbringen einer ersten Teilschicht (41) mit dem
transparenten leitenden Oxid,
- Aufbringen der Spiegelschicht (3) auf der ersten
Teilschicht (41) und
- Aufbringen einer zweiten Teilschicht (42) mit dem
transparenten leitenden Oxid auf der Spiegelschicht (3) und der ersten Teilschicht (41) .
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem die Spiegelschicht
(3) vor dem Aufbringen der zweiten Teilschicht (42) strukturiert wird.
PCT/EP2011/064554 2010-08-31 2011-08-24 Optoelektronischer halbleiterchip und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips Ceased WO2012028511A1 (de)

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