CN102414826B - 具有反射层系统的光电子半导体本体 - Google Patents
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Abstract
提出了一种具有有源半导体层序列(10)和反射层系统(20)的光电子半导体本体(1)。反射层系统(20)具有邻接半导体层序列(10)的第一辐射透射层(21)和在第一辐射透射层(21)的背离半导体层序列(10)上的侧上的金属层(23)。第一辐射透射层(21)包含第一介电材料。在第一辐射透射层(21)和金属层(23)之间设置有包含附着改进的材料的第二辐射透射层(22)。金属层(23)直接施加到附着改进的材料上。附着改进的材料不同于第一介电材料并且选择为使得金属层(23)的附着相比较于在第一介电材料上的附着有所改进。
Description
本申请涉及一种具有反射层系统的光电子半导体本体。
本申请的任务是提出一种具有包含辐射透射层和金属层的反射层系统的光电子半导体本体，其中降低了金属层脱层的危险。
该任务通过具有权利要求1的特征的光电子半导体本体来实现。半导体本体的有利的扩展方案和改进方案在从属权利要求中说明，其公开内容明确地结合到说明书中。
提出了一种光电子半导体本体。半导体本体具有有源半导体层序列。有源半导体层序列适宜地包含n导电层、p导电层和在n导电层和p导电层之间的有源层。有源层优选具有pn结、双异质结构、单量子阱结构或多量子阱结构用于产生辐射。有源半导体层序列优选地设置用于发射电磁辐射，尤其是在红外，可见和/或紫外光谱范围中的电磁辐射。可替选地或者附加地，有源半导体层序列还设置用于接收电磁辐射。有源半导体层序列优选是外延层序列，其例如外延地沉积在生长衬底上，其中可以随后移除或者强烈薄化生长衬底。
附加地，光电子半导体本体具有反射层系统。反射层系统包含第一辐射透射层，其邻接有源半导体层序列。在一个优选的实施形式中，第一辐射透射层包含尤其是二氧化硅(SiO2)的介电材料。
在本上下文中，由如下材料组成构成的层称为“辐射透射层”，该材料组成对于如下电磁辐射是至少部分透射并且尤其透明还有，其中为了该电磁辐射的发射或接收设置有有源半导体层序列。在一个扩展方案中，第一辐射透射层包含分布布喇格反射器(DBR，分布布喇格反射器)，该反射器例如包含各具有SiO2层和TiO2层的多个层对。
此外，反射层系统包含金属层，该金属层在远离半导体层序列的方向上跟随在第一辐射透射层之后。换言之，金属层设置在第一辐射透射层的背离半导体层序列的侧上。
第二辐射透射层设置在第一辐射透射层和金属层之间。第二辐射透射层包含附着改进的材料或者由附着改进的材料构成。金属层直接施加在第二辐射透射层的附着改进的材料上。附着改进的材料不同于第一介电材料。其选择为使得金属层的附着相比较于在第一介电材料上的附着是改进的。
改进的附着尤其在如下情况下存在：必要以将金属层从附着改进的材料剥离的拉力和/或剪切力大于必要以将直接施加到第一介电材料上的相应的金属层从该第一介电材料剥离的相应的拉力和/或剪切力。
这种反射层系统是有利的，以便实现高反射率。例如，在半导体层序列中以平的角朝着反射层系统延伸的光束在半导体层序列和第一辐射透射层之间的界面上全反射。不满足全反射的反射条件并且进入第一辐射透射层的光束例如借助于金属层朝着半导体层序列向回反射。以这种方式可以实现大的角度范围上的高反射率。
如果金属层在反射层系统的透明层上的附着不足够，则存在如下危险，使得(例如通过金属层的至少部分的脱层)部件不可用，其中该透明层在朝向半导体层序列的方向上位于金属层的之前。
通过第二辐射透射层降低了该危险，借助于该第二辐射透射层可以实现金属层的特别良好的附着。尤其在批量生产这种部件时，以这种方式将部件的有缺陷的和/或不可用的比例有利地保持得特别小。
在一个优选的实施形式中，附着改进的材料为第二介电材料。第二介电材料适宜地不同与第一介电材料。尤其第二介电材料不用于二氧化硅。二氧化硅是具有对于金属层的特别不利的附着特性的介电材料。
优选地，尤其是第二介电材料的附着改进的材料为含氮化合物，例如为氮化铝(AlN)，如Si3N4的氮化硅(SixNy)或氮化钽(TaN)。发明人确定：借助于第二辐射透射层实现金属层的特别良好的附着，该第二辐射透射层包含含氮化合物作为附着改进的材料。金属层在尤其是Si3N4的含氮化合物上的附着尤其相对于在例如为二氧化硅的其他介电材料上有所改进。
在一个替选的实施形式中，附着改进的材料为透明导电氧化物(TCO，TransparentConducting Oxide)。透明导电氧化物优选是氧化铟钨(IWO)、氧化铟锌(IZO)或者氧化锌(ZnO)。发明人已经确定：例如借助于氧化锌实现金属层的特别良好的附着。例如为氧化铟锡(ITO，Indium Tin Oxide)的透明导电氧化物相对于二氧化硅也具有改进的附着。然而相对于这些其他的透明导电氧化物，氧化锌的附着特性是有利地更进一步改进。
第二辐射透射层在一个扩展方案中具有100nm或更小的层厚度。优选地，其具有10纳米或更小的层厚度。在这种层厚度的情况下，通过第二辐射透射层引起的吸收损耗有利地特别小。这样小的层厚度特别在作为附着改进的材料的透明导电氧化物的情况下是有利的，因为透明导电氧化物比较强地吸收。
在另一实施形式中，第二辐射透射层具有由带有交替地高和低的反射率的层对构成的层系统。这种层系统例如为分布布喇格反射器。这种分布布喇格反射器原则上对于本领域技术人员是已知的，因此在此不详细阐明。在当前的分布布喇格反射器中，一个层对、多个层对或每个层对包含由尤其是例如Si3N4的氮化硅或氧化锌的附着改进的材料构成的层。一个层对或多个层对的第二层例如由二氧化硅构成。在此重要的是，分布布喇格反射器在背离半导体层序列的侧上以由附着改进的材料构成的层结束，金属层然后直接施加到该层上。
在一个优选的实施形式中，金属层具有多层结构。多层结构具有朝向半导体层序列的增附层，该增附层直接施加到第二辐射透射层的附着改进的层上。在远离半导体层序列的方向上，反射器层跟随在增附层之后。
增附层包含如下金属的至少一种：Ti、Ta、Al、Pt、Pd、Cr和Ni。例如增附层由这些金属的一种或这些金属的合金构成。增附层优选具有50纳米或更小的厚度，尤其优选的是1纳米或更小。
金属层优选包含下述金属中的一种或由这些金属的一种构成：Al、Ag、Au。优选的是，这种/这些金属包含在反射器层中。反射器层优选地在背离半导体层序列的侧上邻接增附层。
其他优点和有利的扩展方案和改进方案从下述、与图1和2相关联地描述的的示例性实施例中得出。
其中：
图1示出了通过根据第一实施例的半导体本体的示意性横截面，以及
图2示出了通过根据第二实施例的半导体本体的示意性横截面。
在附图和实施例中，相似的或起相似作用的部件设有相同的附图标记。附图和在附图中所示的元件(尤其是层)的大小关系不应视为合乎比例的。此外为了更好的理解和/或更好的可示出性夸大地(例如夸厚地)示出各个元件。
图1示出根据第一实施例的光电子半导体本体1。半导体本体具有有源半导体层序列10。有源半导体层序列10例如外延地生长在生长衬底上(在图中没有示出)。生长衬底可以被移除或者强烈薄化。
有源半导体层序列10包含n导电层11，例如包含用于产生辐射的多量子阱结构的有源层12，和p导电层13。在此n导电层和p导电层11，13还可以交换顺序。
半导体层序列10的第一主面101上施加有反射层系统20。反射层系统20在此由第一辐射透射层21、第二辐射透射层22和金属层23构成。
第一辐射透射层21的第一主面211上施加有第二辐射透射层22。第一辐射透射层21以与第一主面211对置的第二主面212邻接半导体层序列10第一主面101。第二辐射透射层22的第一主面221上施加有金属层23。第二辐射透射层的与第一主面221对置的第二主面222邻接第一辐射透射层21的第一主面211。
第一辐射透射层21例如由二氧化硅(SiO2)构成。第二辐射透射层22在此由氮化硅Si3N4构成并且具有10nm或更小的层厚度D。在该实施例的一个变型方案中，第二辐射透射层22由透明导电氧化物ZnO构成。
在此，金属层23由增附层23A和反射器层23B构成，其中该金属层以主面232邻接第二辐射透射层22。增附层23A直接施加到附着改进的材料上，这就是说在此施加到氮化硅上或者在该实施例的变型方案中施加到第二辐射透射层22的氧化锌上。
增附层23A例如由铬(Cr)和/或钛(Ti)构成。反射器层23B直接施加到增附层上，该反射器层在此由银(Ag)构成。
图2示出光电子半导体本体的第二实施例。根据第二实施例的光电子半导体本体1在此与第一实施例的半导体本体的区别在于，第二辐射透射层22构建为分布布喇格反射器。
在该实施例中，第二辐射透射层由具有交替地高和低的反射率的层的层对22A、22B构成。例如，层对的第一层22A由具有大约n≈1.45的反射率n的二氧化硅构成，并且层对的第二层22B由具有大约n≈2的反射率n的氮化硅构成。DBR例如具有至少五对、尤其至少10对这种层对22A、22B。
DBR在第二辐射透射层22的背离半导体层序列的第一主面221上以氮化硅层22B结束，金属层23直接施加到该氮化硅层上。
本发明不通过根据实施例的说明来局限于此。更确切而言，本发明包括实施例和权利要求中的任意新特征以及特征的任意组合，即使该组合本身未在权利要求或实施例中明确说明。
本专利申请要求德国专利申请102009019524.6的优先权，其公开内容通过引用结合于此。
Claims (6)
1.一种光电子半导体本体(1)，具有有源半导体层序列(10)和反射层系统(20)，所述反射层系统具有邻接所述半导体层序列(10)的第一辐射透射层(21)以及设置在所述第一辐射透射层(21)的背离所述半导体层序列(10)的侧上的金属层(23)，其中所述第一辐射透射层包含第一介电材料，
其中所述有源半导体层序列(10)设置在所述第一辐射透射层(21)之上并且是外延层序列，其中在所述第一辐射透射层(21)和所述金属层(23)之间设置有第二辐射透射层(22)，所述第二辐射透射层包含附着改进的材料，所述金属层(23)直接施加到所述附着改进的材料上，并且所述附着改进的材料不同于所述第一介电材料并且选择为使得所述金属层(23)在附着改进的材料上的附着相比较于在所述第一介电材料上的附着有所改进，
其中
-所述第一辐射透射层(21)由二氧化硅构成，
-所述第二辐射透射层(22)的所述附着改进的材料由氧化铟锌或氧化锌构成，以及
所述第二辐射透射层(22)具有10nm或更小的层厚度，
其中所述第二辐射透射层(22)包含由具有交替地高和低的折射率的层对(22A，22B)构成的层系统，其中每一所述层对的一层(22B)由所述附着改进的材料构成。
2.根据权利要求1所述的光电子半导体本体(1)，其中所述金属层(23)具有多层结构，所述多层结构包含朝向所述半导体层序列(10)的增附层(23A)和在所述增附层(23A)的背离所述半导体层序列(10)的侧上的反射器层(23B)，其中所述增附层直接施加到所述附着改进的材料上。
3.根据权利要求2所述的光电子半导体本体(1)，其中所述增附层(23A)至少包含如下金属的一种：Ti、Ta、Al、Pt、Pd、Cr、Ni。
4.根据权利要求2所述的光电子半导体本体(1)，其中所述增附层(23A)具有1nm或更小的层厚度。
5.根据权利要求1所述的光电子半导体本体(1)，其中所述金属层(23)至少包含如下金属的一种：Al、Ag、Au。
6.根据权利要求2所述的光电子半导体本体(1)，其中所述反射器层(23B)至少包含如下金属的一种：Al、Ag、Au。
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