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Die
vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper
mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem
Nitrid-Verbindungshalbleiter basiert. Die Halbleiterschichtenfolge
ist derart mit einem elektrischen Kontaktmaterial versehen, dass
dieses an eine n-leitend dotierte epitaktische Halbleiterschicht
der Halbleiterschichtenfolge angrenzt. Die Anmeldung betrifft zudem
ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optoelektronischen
Halbleiterkörpers.
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In
der
US 2007/0012944
A1 ist ein optoelektronischer Halbleiterkörper
der eingangs genannten Art offenbart. Der beschriebene Halbleiterkörper weist
beispielsweise eine n-leitend dotierte epitaktische Schicht aus
GaN auf, die eine äußere Hauptfläche
des Halbleiterkörpers bildet, welche von einer p-leitend
dotierten epitaktischen Schicht abgewandt ist. Auf der Hauptfläche
der n-leitend dotierten epitaktischen Halbleiterschicht ist ein
elektrisches Kontaktmaterial in Form eines metallischen Bondpads
angeordnet. Auf einer der Hauptfläche gegenüber
liegenden Seite der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge grenzt
ein weiteres elektrisches Kontaktmaterial an eine p-leitend dotierte
epitaktische Halbleiterschicht an.
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Es
ist eine Aufgabe, einen optoelektronischen Halbleiterkörper
anzugeben, bei dem ein besonders zuverlässiger elektrisch
leitfähiger Kontakt zwischen einem elektrischen Kontaktmaterial
und einem n-leitend dotierten epitaktischen Halbleitermaterial,
das auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basiert, realisierbar
ist, wobei dieser Kontakt zudem einen möglichst geringen
elektrischen Widerstand aufweisen soll. Weiterhin soll ein Verfahren
zum Herstellen eines derartigen optoelektronischen Halbleiterkörpers
angegeben werden.
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Es
wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer
epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf Nitrid-Verbindungshalbleitern
basiert, angegeben. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine epitaktische
Pufferschicht, eine aktive Zone und eine zwischen der Pufferschicht
und der aktiven Zone angeordnete epitaktische Kontaktschicht auf.
In einer Ausführungsform basieren insbesondere die Pufferschicht
und die Kontaktschicht auf Nitrid-Verbindungshalbleitern.
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Auf
Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend bedeutet, dass die Halbleiterschichtenfolge
mindestens eine Schicht und bevorzugt mehrere Schichten mit einem
Material oder mehreren Materialien der Nitrid-Verbindungshalbleiter
aufweist. Nitrid-Verbindungshalbleiter sind Verbindungshalbleitermaterialien,
die Stickstoff enthalten, wie Materialien aus dem System InxAlyGa1-x-yN
mit 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und
x + y ≤ 1. 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, N), auch wenn diese teilweise durch weitere Stoffe ersetzt
oder ergänzt sein können.
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Die
Pufferschicht weist in einer Ausführungsform GaN auf. Zusätzlich
oder alternativ weist die Kontaktschicht GaN auf. Das bedeutet,
dass in diesem Schichten jeweils sowohl Ga als N als wesentliche
Bestandteile des Materials enthalten sind. Das Material der Schichten
ist jedoch nicht notwendigerweise ein binäres Halbleitermaterial,
sondern es kann auch ein ternäres oder ein quaternäres
Halbleitermaterial sein. Ein Material, das GaN aufweist, kann im
Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere auch AlGaN, InGaN
oder AlInGaN sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform
weist die Pufferschicht und zusätzlich oder alternativ
die Kontaktschicht binäres Halbleitermaterial mit GaN auf.
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Der
optoelektronische Halbleiterkörper weist in der Halbleiterschichtenfolge
eine Ausnehmung auf, die sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge
aus durch die Pufferschicht hindurch erstreckt. Die Ausnehmung endet
gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers
in einem Bereich der Kontaktschicht.
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In
der Ausnehmung ist ein elektrisches Kontaktmaterial angeordnet,
das in der Ausnehmung an die Kontaktschicht angrenzt. Dies bietet
die Möglichkeit, einen elektrischen Kontakt nicht oder
nicht nur zwischen dem Kontaktmaterial und einer außen
liegenden Schicht der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge auszubilden,
sondern einen Kontakt insbesondere zwischen dem elektrischen Kontaktmaterial und
der Kontaktschicht, die von der Pufferschicht bedeckt ist und durch
die Ausnehmung teilweise freigelegt wird, auszubilden. Dadurch kann
die Pufferschicht beispielsweise mit Hinblick auf ihre Kristallqualität
optimiert werden und die Kontaktschicht hinsichtlich ihrer Kontaktierbarkeit
mittels eines elektrischen Kontaktmaterials optimiert werden.
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Das
elektrische Kontaktmaterial ist kein Halbleitermaterial der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge. In einer Ausführungsform weist
das elektrische Kontaktmaterial metallisch leitendes Material auf.
In einer Weiterbildung enthält das Kontaktmaterial mindestens
ein Metall und/oder mindestens ein transparentes elektrisch leitfähiges
Oxid (TCO, transparent conductive Oxide).
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Eine
weitere Ausführungsform des Halbleiterkörpers
sieht vor, dass die Pufferschicht eine geringere n-Dotierstoffkonzentration
als die Kontaktschicht aufweist. Die Pufferschicht kann insbesondere
nominell undotiert oder nur teilweise nominell n-leitend dotiert
sein. In einer Ausgestaltung beträgt die maximale n-Dotierstoffkonzentration
innerhalb der Pufferschicht weniger als 3 × 1018 cm–3 oder weniger als 1 × 1018 cm–3.
Die maximale n-Dotierstoffkonzentration innerhalb der Pufferschicht
kann mit Vorteil auch weniger als 7 × 1017 cm–3 oder weniger als 5 × 1017 cm–3 betragen.
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Die
n-Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht beträgt
in einer Ausführungsform mindestens 3 × 1018 cm–3,
5 × 1018 cm–3,
7 × 1018 cm–3 oder
1 × 1019 cm–3.
Generell ist eine möglichst hohe n-Dotierstoffkonzentration
in der Kontaktschicht vorteilhaft.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist die Pufferschicht
eine Dicke von größer als oder gleich 0,15 µm,
bevorzugt von 0,5 µm auf. Die Dicke kann insbesondere auch
größer als 0,7 µm oder größer
als 1 µm sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform weist eine Außenfläche
der Pufferschicht eine mittlere Rauhigkeit auf, die mehr als 2-mal
so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer Bodenfläche
der Ausnehmung. Mit Vorteil ist die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche
mehr als 5-mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit
einer Bodenfläche der Ausnehmung.
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Zusätzlich
oder alternativ weist eine Außenfläche der Pufferschicht
eine mittlere Rauhigkeit auf, die mehr als 2 mal so groß ist
wie die mittlere Rauhigkeit einer von der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Fläche des elektrischen Kontaktmaterials. Mit
Vorteil ist die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche mehr
als 5-mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit der von
der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Fläche des elektrischen
Kontaktmaterials.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Kontaktmaterial
mit einem Bondpad des Halbleiterkörpers elektrisch leitend
verbunden oder bildet es ein Bondpad.
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In
einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung
in die Kontaktschicht hinein.
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Eine
weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Halbleiterkörper
frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
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In
einer weiteren Ausführungsform ist auf einer der Ausnehmung
gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge ein
weiteres elektrisches Kontaktmaterial angeordnet.
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Es
wird eine Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
angegeben, bei dem eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf
Nitrid-Verbindungshalbleitern basiert, bereitgestellt wird. Die
Halbleiterschichtenfolge enthält eine epitaktische Pufferschicht,
eine aktive Zone und eine epitaktische Kontaktschicht. Die Pufferschicht
ist nominell undotiert oder zumindest teilweise n-leitend dotiert.
Die aktive Zone ist geeignet, eine elektromagnetische Strahlung
zu emittieren oder zu empfangen. Die Kontaktschicht ist zwischen
der Pufferschicht und der aktiven Zone angeordnet. In einem weiteren
Verfahrensschritt erfolgt ein Ausbilden einer Ausnehmung durch die
Pufferschicht und mindestens bis zur Kontaktschicht. Elektrisches
Kontaktmaterial wird in der Ausnehmung angeordnet, so dass es an
die Kontaktschicht angrenzt.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist
eine n-Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht größer
als in der Pufferschicht.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird die Ausnehmung derart
tief ausgebildet, dass sie sich in die Kontaktschicht hinein erstreckt.
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In
einer weiteren Ausführungsform wird eine Außenfläche
der Pufferschicht aufgeraut wird. Mit Vorteil erfolgt das Aufrauen
der Außenfläche der Pufferschicht nach dem Anordnen
des Kontaktmaterials in der Ausnehmung.
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Weitere
Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen
des optoelektronischen Halbleiterkörpers ergeben sich aus
den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten
Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel des
optoelektronischen Halbleiterkörpers,
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2 eine
schematische Schnittansicht des in 1 dargestellten
optoelektronischen Halbleiterkörpers,
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3 eine
schematische Schnittansicht des optoelektronischen Halbleiterkörpers
gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
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4 eine
schematische Schnittansicht des optoelektronischen Halbleiterkörpers
gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
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5 bis 7 schematische
Schnittansichten einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge während
verschiedenen Verfahrensstadien des Verfahrens gemäß eines
ersten Ausführungsbeispiels, und
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8 und 9 schematische
Schnittansichten eines epitaktischen Halbleiterschichtenstapels
während verschiedener Verfahrensstadien des Verfahrens
gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
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In
den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder
gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen
versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse
der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht
anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren
Verständnis übertrieben groß dargestellt.
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Bei
der in 1 dargestellten Draufsicht auf einen optoelektronischen
Halbleiterkörper 1 ist eine Pufferschicht 21 eines
epitaktischen Halbleiterschichtenstapels sowie ein Kontaktmaterial 4 zu
erkennen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist
die Pufferschicht 21 eine äußere Schicht
des Halbleiterschichtenstapels, das heißt ihre vom Halbleiterschichtenstapel
abgewandte Hauptfläche grenzt den Halbleiterschichtenstapel
auf einer seiner zwei Hauptseiten. Unter Hauptflächen einer
Schicht sind jeweils die beiden einander gegenüberliegenden
Flächen zu verstehen, die die Schicht senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene
begrenzen. Entsprechend sind die Hauptseiten des Halbleiterschichtenstapels diejenigen
beiden Seiten, die durch Hauptflächen von Schichten des
Halbleiterschichtenstapels begrenzt sind.
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Die
Pufferschicht muss jedoch nicht notwendigerweise die äußere
Schicht sein. Vielmehr kann sie beispielsweise zumindest teilweise
von einer weiteren epitaktischen Halbleiterschicht des Schichtenstapels
bedeckt sein, welche beispielsweise den wesentlichen Teil der Außenfläche
auf diese Hauptseite des Halbleiterschichtenstapels bildet.
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Das
elektrische Kontaktmaterial 4 ist in Form eines Rahmens
ausgebildet. In 1 ist der Rahmen geschlossen,
er könnte jedoch auch unterbrochen sein. Ebenso ist es
grundsätzlich möglich, dass das elektrische Kontaktmaterial 4 in
einer beliebigen anderen Form auf dem Halbleiterschichtenstapel
aufgebracht ist.
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Ein
Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 bildet ein Bondpad 41 oder
ist elektrisch leitend mit dem Bondpad 41 verbunden. Das
Bondpad 41 hat eine Außenfläche, die
geeignet ist, daran einen Bonddraht mechanisch und elektrisch leitfähig
mit dem Material, das die Außenfläche des Bondpads
bildet, zu befestigen.
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Vom
Bondpad 41 gehen elektrische Kontaktbahnen 42 aus.
Diese haben den Zweck, dass elektrischer Strom bei Betrieb des optoelektronischen Halbleiterkörpers
möglichst gleichmäßig über gesamte
Halbleiterschichtenfolge verteilt in die Halbleiterschichtenfolge
injiziert wird. Die Kontaktbahnen 42 verlaufen beispielsweise
entlang des seitlichen Randes der Halbleiterschichtenfolge. Es ist
jedoch beispielsweise auch möglich, dass mindestens eine Kontaktbahn
durch die Mitte der Halbleiterschichtenfolge verläuft.
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In
den 2 bis 9 sind jeweils schematische
Schnittansichten des optoelektronischen Halbleiterkörpers
oder der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gemäß verschiedener
Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei diese Schnittansichten
in etwa einer Draufsicht auf einen Schnitt entlang der in 1 eingezeichneten
gestrichelten Linie AB entsprechen.
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Bei
dem in 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
ist das elektrische Kontaktmaterial 4 in mindestens einer
Ausnehmung 3 angeordnet. Die Ausnehmung 3 erstreckt
sich von einer äußeren Hauptfläche der
Halbleiterschichtenfolge 2 durch die Pufferschicht 21 hindurch
und mindestens bis zu der Kontaktschicht 22. Bei dem veranschaulichten
Beispiel grenzt die Pufferschicht unmittelbar an die Kontaktschicht 23 an.
Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass
zwischen der Pufferschicht und der Kontaktschicht noch mindestens
eine weitere Halbleiterschicht angeordnet ist.
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Die
Ausnehmung 3 erstreckt sich zum Beispiel in die Kontaktschicht 22 hinein.
Bezogen auf eine Gesamtdicke der Kontaktschicht 22 kann
sich die Ausnehmung beispielsweise von einschließlich 20 bis
einschließlich 80 der Dicke in die Kontaktschicht 22 hinein
erstrecken. Beispielsweise endet die Ausnehmung 3 ungefähr
bei halber Dicke der Kontaktschicht 22. Die Dicke wird
senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Kontaktschicht gemessen.
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In
der Ausnehmung 3 ist elektrisches Kontaktmaterial 4 angeordnet,
das innerhalb der Ausnehmung an die Kontaktschicht 22 angrenzt.
Das Kontaktmaterial 4 grenzt insbesondere an eine Bodenfläche 221 der
Ausnehmung 3, die zumindest teilweise durch Material der
Kontaktschicht 22 gebildet ist. An der Grenzfläche
zwischen der Bodenfläche 221 und dem elektrischen
Kontaktmaterial 4 ist ein elektrisch gut leitender Kontakt
zwischen dem Kontaktmaterial 4 und der Kontaktschicht 22 ausgebildet.
Der elektrische Kontakt hat näherungsweise die Eigenschaften eines
ohmschen Kontakts. In der Fachwelt wird er deshalb häufig
vereinfachend ohmscher Kontakt genannt.
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Das
elektrische Kontaktmaterial 4 ragt teilweise aus der Ausnehmung 3 heraus,
das heißt ein Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 ragt
von dem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel 2 weg.
Dadurch ist das elektrische Kontaktmaterial 4, insbesondere
im Bereich des Bondpads 41, gut von außen elektrisch
kontaktierbar.
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Die
Ausnehmung 3 weist eine Tiefe auf, die mindestens so groß ist
wie die Dicke 5 der Pufferschicht 21. Bevorzugt
ist die Tiefe der Ausnehmung 3 größer
als die Dicke 5 der Pufferschicht 21. Die Dicke 5 der
Pufferschicht 21 beträgt beispielsweise mehr als
0,15 µm. Sie beträgt beispielsweise auch weniger als
5 µm. Gut geeignete Dicken 5 sind beispielsweise 0,5 µm,
1 µm, 1,5 µm oder 2 µm.
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Der
Halbleiterkörper ist insbesondere ein strahlungsemittierender
und/oder strahlungsdetektierender Halbleiterchip auf Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern.
Darunter fallen vorliegend insbesondere solche Halbleiterchips,
bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge
mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material
aus dem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial-System aufweist.
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Die
aktive Zone weist einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur,
einen Einfachquantentopf (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur
(MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung
Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich
der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit
unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und
Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele
für MQW-Strukturen sind in den Druckschriften
WO 01/39282 ,
US 5,831,277 ,
US 6,172,382 31 und
US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt
insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
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Beispielsweise
sind die Pufferschicht 21 und die Kontaktschicht 22 jeweils
eine GaN-Schicht.
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Die
Außenfläche
211 der Pufferschicht
21 ist aufgeraut.
Sie weist Unebenheiten auf, die geeignet sind, Totalreflektionen
an der Außenfläche
211 zu verringern
und eine Strahlungsauskopplung über die Außenfläche
211 und
aus dem Halbleiterschichtenstapel
2 zu erhöhen.
Die Außenfläche
211 ist insbesondere
mikrostrukturiert. Ein Halbleiterchip mit einer mikrostrukturierten
Auskoppelfläche sowie ein Verfahren zur Mikrostrukturierung
einer Strahlungsauskoppelfläche einer strahlungsemittierenden
Halbleiterschichtfolge auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial
ist beispielsweise in der
WO 2005/106972 offenbart,
deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit in die vorliegende Anmeldung
mit aufgenommen wird.
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Die
Bodenfläche 221 der Ausnehmung 3 ist im
Unterschied zur Außenfläche 211 der Pufferschicht 21 möglichst
eben. Sie weist eine Rauhigkeit auf, die beispielsweise mehr als
5-mal geringer ist als die Rauhigkeit der Außenfläche 211.
Es wurde festgestellt, dass eine möglichst glatte Bodenfläche 221 vorteilhaft
für das Ausbilden eines elektrisch leitfähigen
Kontaktes zwischen dem Kontaktmaterial 4 und der Kontaktschicht 22 ist.
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Das
Kontaktmaterial 4 weist beispielsweise ein Metall oder
mehrere Metalle auf oder besteht aus einem oder mehreren Metallen.
Zusätzlich oder alternativ kann das elektrische Kontaktmaterial 4 jedoch auch
ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid, ein so genanntes
TCO wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO) aufweisen.
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In
einem Ausführungsbeispiel weist das Kontaktmaterial 4 eine
Schicht mit Titan, die an die Bodenfläche 221 angrenzt,
eine auf der Schicht mit Titan aufgebrachte Schicht mit Platin sowie
eine auf der Schicht mit Platin aufgebrachte Schicht mit Gold auf.
Die Schicht mit Titan weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich
50 und einschließlich 200 nm auf, z. B. 100 nm. Die Schicht
mit Platin weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich
50 und einschließlich 300 nm auf, z. B. 100 nm. Die Schicht
mit Gold weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich
0,5 µm und einschließlich 4 µm auf. Die
Schichten, insbesondere die Schicht mit Gold, können auch
noch dicker sein. Die Schichten können jeweils auch aus
dem angegebenen Material bestehen.
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Die
Pufferschicht 21 ist beispielsweise eine nominell undotierte
GaN-Schicht. Nominell undotiert heißt, dass sie eine deutlich
geringere n-Dotierstoffkonzentration aufweist als nominell n-leitend
dotierte Halbleiterschichten des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 2.
Beispielsweise ist die Dotierstoffkonzentration in der gesamten
Pufferschicht kleiner als 1 × 1018 cm–3, bevorzugt kleiner als 7 × 1017 cm–3, besonders
bevorzugt kleiner als 5 × 1017 cm–3. Die Dotierstoffkonzentration
kann beispielsweise maximal ungefähr 3 × 1017 cm–3 betragen.
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Alternativ
kann die Pufferschicht 21 auch zumindest teilweise n-leitend
dotiert sein. Die Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 21 ist
jedoch geringer als die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 22.
Beispielsweise beträgt die Dotierstoffkonzentration in
der Pufferschicht 21 überall weniger als 3 × 1018 cm–3.
Verglichen mit der Pufferschicht weist die Kontaktschicht 22 eine
relativ große Dotierstoffkonzentration auf. Die Kontaktschicht
ist beispielsweise n-leitend dotiert, mit einer Dotierstoffkonzentration
von beispielsweise größer als oder gleich 8 × 1018 cm–3.
Zum Beispiel beträgt die n- Dotierstoffkonzentration in
der Kontaktschicht etwa 1 × 1019 cm–3 oder mehr. Es ist auch möglich,
dass nur ein Teil der Kontaktschicht 22 eine derart hohe
Dotierstoffkonzentration aufweist, und die Dotierstoffkonzentration
in übrigen Teilen der Kontaktschicht 22 etwas
geringer ist.
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Es
wurde festgestellt, dass sich die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 sowohl
hinsichtlich ihrer Kristallqualität als auch hinsichtlich
ihrer elektrischen Kontaktierbarkeit vorteilhaft realisieren lässt, wenn
eine Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 21 möglichst
gering ist und die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 22 verglichen
damit möglichst hoch ist. Eine möglichst dicke,
möglichst gering dotierte Pufferschicht 21 kann
sich positiv auf die Kristallqualität der Halbleiterschichtenfolge
auswirken.
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Der
in 2 dargestellte Halbleiterkörper 1 ist
beispielsweise frei von einem Epitaxiesubstrat. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist
beispielsweise beginnend mit der Pufferschicht 21 auf einem
Epitaxiesubstrat gewachsen worden. Nachfolgend wurde das Epitaxiesubstrat
entfernt. Dabei kann jegliches Material des Epitaxiesubstrats vollständig
entfernt sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass
ein Teil vom Material des Epitaxiesubstrats als Teil des Halbleiterkörpers
verbleibt und nicht entfernt wird.
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Im
Allgemeinen ist der optoelektronische Halbleiterkörper
insbesondere ein Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip.
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Ein
Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip zeichnet sich insbesondere
durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale
aus:
- – an einer zu einem Trägerelement
hin gewandten ersten Hauptfläche der strahlungserzeugenden, epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht
oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung
in diese zurückreflektiert;
- – der Dünnfilmhalbleiterchip enthält
ein Trägerelement, bei dem es sich nicht um das Aufwachssubstrat
handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen
wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich
an der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde,
- – das Aufwachssubstrat der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge
ist von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge entfernt oder
derart gedünnt, dass es zusammen mit der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge alleine nicht frei tragend ist, oder
- – die epitaktische Halbleiterschichtenfolge weist eine
Dicke im Bereich von 20 µm oder weniger, insbesondere im
Bereich von 10 µm auf.
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Das
Trägerelement ist bevorzugt durchlässig für
eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung ausgebildet.
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Weiterhin
enthält die epitaktische Halbleiterschichtenfolge bevorzugt
mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche,
die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer
annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge führt, d. h. sie weist ein möglichst
ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
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Ein
Grundprinzip eines Dünnfilm-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. Beispiele für
Dünnfilm-Halbleiterchips sind in den Druckschriften
EP 0905797 A2 und
WO 02/13281 A1 beschrieben,
deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug
aufgenommen wird.
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Der
Halbleiterkörper muss jedoch kein Lumineszenzdiodenchip,
sondern kann auch ein strahlungsdetektierender Chip, beispielsweise
für einen optischen Sensor sein.
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Bei
dem in 2 dargestellten Halbleiterkörper ist
auf einer der Ausnehmung 3 gegenüber liegenden
Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise ein
weiteres elektrisches Kontaktmaterial 6 angeordnet, das
eine Kontaktelektrode des Halbleiterkörpers 1 bildet.
Das Kontaktmaterial 4 in der Ausnehmung 3 bildet
eine n-Elektrode oder einen Teil einer solchen n-Elektrode. Das
Kontaktmaterial 6 der gegenüberliegenden Elektrode
ist auf einer elektrisch isolierenden Schicht 7 aufgebracht.
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Die
elektrisch isolierende Schicht 7 weist beispielsweise ein
dielektrisches Material wie zum Beispiel Siliziumdioxid auf oder
besteht aus einem solchen. Zudem enthält die Schicht 7 mindestens
eine Ausnehmung, die sich vertikal durch die Schicht 7 erstreckt.
In dem Bereich der Ausnehmung ist der Halbleiterschichtenstapel 2 elektrisch
leitend kontaktierbar. Bevorzugt weist die elektrisch isolierende Schicht 7 eine
Mehrzahl derartiger Ausnehmungen auf. Eine derartige Kombination
aus elektrisch isolierendem Material 7 und elektrischem
Kontaktmaterial 6 kann eine hohe Reflektivität
aufweisen.
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Die
Halbleiterschichtenfolge 2 weist neben der Pufferschicht 21 und
der Kontaktschicht 22 beispielsweise eine aktive Zone 24 und
eine p-leitend dotierte Halbleiterschicht 25 auf. Zwischen
der p-leitend dotierten Halbleiterschicht 25 und dem elektrischen
Kontaktmaterial 6 kann beispielsweise optional eine n-leitend
dotierte Halbleiterschicht angeordnet sein, die jedoch nicht in 2 dargestellt
ist. In diesem Fall kann zwischen der p-leitend dotierten Halbleiterschicht 25 und
dieser n-leitend dotierten Halbleiterschicht ein Tunnelkontakt ausgebildet
sein.
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Weiterhin
ist es möglich, dass zwischen der Kontaktschicht 22 und
der aktiven Zone 24 eine oder mehrere weitere Halbleiterschichten
angeordnet sind. Beispielsweise ist an dieser Stelle eine n-leitend dotierte
Halbleiterschicht 23 angeordnet, die an die Kontaktschicht 22 angrenzt
und mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 3,5 × 1018 cm–3 n-leitend
dotiert ist. Als n-Dotierstoff ist zum Beispiel Silizium geeignet.
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Bei
dem in 3 veranschaulichten Halbleiterkörper 1 ist
im Unterschied zu dem vorhergehend im Zusammenhang mit 2 beschriebenen
Ausführungsbeispiel zumindest ein Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 in
der Ausnehmung 3 mit einem elektrisch isolierenden Material 43 unterlegt.
Beispielsweise ist das Bondpad 41 teilweise oder vollständig
mit dem isolierenden Material 43 unterlegt. Als isolierendes
Material eignet sich ein Dielektrikum, beispielsweise Siliziumdioxid.
Das isolierende Material ist auf der Bodenfläche 221 der
Ausnehmung aufgebracht, es grenzt insbesondere an die Bodenfläche
an. Durch das elektrisch isolierende Material 43 kann vermieden
werden, dass bei Betrieb des Halbleiterkörpers eine zu
hohe lokale elektrische Stromdichte unterhalb des Bondpads 41 besteht,
die sich negativ auf die Funktionalität des optoelektronischen Halbleiterkörpers
auswirken könnte.
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Bei
dem in 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel
weist die Ausnehmung 3 unterschiedlich tief ausgebildete
Bereiche auf. Beispielsweise sind Teile der Ausnehmung 3,
in denen die elektrische Kontaktbahn 42 angeordnet ist,
tiefer ausgebildet als Teile der Ausnehmung, in denen das Bondpad 41 angeordnet
ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das
Bondpad 41 teilweise oder ganz außerhalb der Ausnehmung 3 angeordnet
ist, das heißt das Bondpad ist zumindest teilweise auf
der Außenfläche 211 angeordnet.
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Im
Bereich der Kontaktbahnen 42 ist das Kontaktmaterial 4 vollständig
innerhalb der Ausnehmung 3 angeordnet, das heißt
das Kontaktmaterial ragt nicht aus der Ausnehmung 3 heraus.
Im Bereich des Bondpads 41 ragt das Kontaktmaterial 4 dagegen
zumindest teilweise vom Halbleiterschichtenstapel 2 weg,
was günstig hinsichtlich der äußeren
elektrischen Kontaktierbarkeit des Halbleiterkörpers 1 ist. Es
ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass auch das
elektrische Kontaktmaterial 4, das das Bondpad 41 bildet,
zumindest in Teilbereichen oder insgesamt vollständig in
der Ausnehmung 3 angeordnet ist und nicht über
die Ausnehmung 3 hinausragt oder bis zum Rand der Ausnehmung
hinreicht.
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In
den 5 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel
des Verfahrens veranschaulicht. Bei dem Verfahren wird eine Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt,
die eine Pufferschicht 21, eine Kontaktschicht 22,
eine n-leitend dotierte Schicht 23, eine aktive Zone 24 und
eine p-leitend dotierte Schicht 25 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge
kann noch weitere Schichten enthalten, beispielsweise zwischen der
n-leitend dotierten Schicht 23 und der aktiven Zone 24.
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Auf
einer ihrer zwei Hauptseiten weist die Halbleiterschichtenfolge
eine Außenfläche 211 auf. Diese Außenfläche
ist beispielsweise durch eine der zwei Hauptflächen der
Pufferschicht 21 gebildet.
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Die
epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 kann hergestellt
werden, indem die Schichten auf einem geeigneten Epitaxiesubstrat
aufgewachsen werden. Das Epitaxiesubstrat weist beispielsweise Siliziumcarbid
oder Saphir auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 wird dabei
zum Beispiel mit der Pufferschicht 21 beginnend auf dem
Epitaxiesubstrat aufgewachsen. Nachfolgend wird das Epitaxiesubstrat
zum Beispiel von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
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Vorzugsweise
vor dem Entfernen des Epitaxiesubstrats kann die in den 2 bis 4 jeweils dargestellte
Kontaktstruktur mit einer elektrisch isolierenden Schicht 7 und
einem elektrischen Kontaktmaterial 6 ausgebildet werden,
was in den 5 bis 7 jedoch
nicht veranschaulicht ist. Das Ausbilden dieser Kontaktstruktur
kann jedoch grundsätzlich auch nach dem Entfernen des Epitaxiesubstrats
erfolgen.
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Nachfolgend
wird in der Halbleiterschichtenfolge 2 mindestens eine
Ausnehmung 3 ausgebildet. Das Ausbilden der Ausnehmung
kann beispielsweise fotolithografisch unter Verwendung einer fotostrukturierbaren
Maskenschicht erfolgen. Eine derartige Maskenschicht ist in den 6 und 7 nicht
dargestellt, obwohl sie in einer zweckmäßigen
Ausführungsform auch während des Aufbringens des
elektrischen Kontaktmaterials 4 vorhanden sein kann, siehe 7.
Unerwünschtes elektrisches Kontaktmaterial kann dann mit
Vorteil in einem Lift-off Prozess zusammen mit der fotostrukturierbaren
Maskenschicht entfernt werden. Derartige Verfahrensschritte sind
dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
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Das
Ausbilden der Ausnehmung kann beispielsweise unter Verwendung von
Reaktivem-Ionen-Ätzen und/oder beispielsweise nasschemisch erfolgen.
Auch für das Aufbringen von dem elektrischen Kontaktmaterial 4 können
herkömmliche Verfahrensschritte wie zum Beispiel Aufdampfen und/oder
Aufsputtern verwendet werden.
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Bei
dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt ein Verfahrensschritt
zum Aufrauen der Außenfläche
211 erst
nach dem Anordnen des elektrischen Kontaktmaterials in der Ausnehmung
3.
Dadurch kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass
die Bodenfläche der Ausnehmung
221 möglichst
eben oder glatt ausgebildet wird und durch einen Verfahrensschritt
zum Aufrauen diesbezüglich nicht mehr beeinträchtigt
werden kann. Ein Verfahren zum Aufrauen der Außenfläche
211 ist
beispielsweise in der
WO
2005/106972 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vorhergehend
bereits durch Rückbezug in dieser Anmeldung aufgenommen
ist. Der aus dem Verfahren resultierende Halbleiterkörper
1 ist
in
2 veranschaulicht.
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Ein
alternatives Beispiel für das Verfahren ist in den 8 und 9 veranschaulicht.
Ein Unterschied ist, dass ein Verfahrensschritt zum Aufrauen der
Außenfläche 211 vor dem Ausbilden der
Ausnehmung 3 erfolgt. Die Ausnehmung 3 wird beispielsweise
durch ein Ätzen in eine raue Oberfläche hinein
erstellt, was zur Folge hat, dass die Bodenfläche 211 der
Ausnehmung 3 ebenfalls rau ist. Die Rauhigkeit der Bodenfläche 221 kann
dabei etwas weniger stark ausgeprägt sein als die Rauhigkeit
der Außenfläche 211. Beispielsweise ist
die Rauhigkeit der Bodenfläche 221 jedoch weniger
als 5-mal oder weniger als 2-mal kleiner als die Rauhigkeit der
Außenfläche 211. Es wurde festgestellt,
dass selbst bei einer rauen Bodenfläche 221 ein
guter elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen dem elektrischen
Kontaktmaterial 4 und der Kontaktschicht 22 ausgebildet
werden kann. Obwohl eine möglichst glatte Bodenfläche
der Ausnehmung vorteilhaft erscheint, kann die Bodenfläche 221 jedoch
auch rau ausgebildet sein.
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Der
optoelektronische Halbleiterkörper und das Verfahren sind
nicht durch ihre Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele
auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Anmeldung 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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2007/0012944
A1 [0002]
- - WO 01/39282 [0043]
- - US 5831277 [0043]
- - US 617238231 [0043]
- - US 5684309 [0043]
- - WO 2005/106972 [0045, 0072]
- - EP 0905797 A2 [0057]
- - WO 02/13281 A1 [0057]
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
-
- - I. Schnitzer
et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174–2176 [0057]