DE102011010629B4

DE102011010629B4 - Optoelektronische Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung derselben

Info

Publication number: DE102011010629B4
Application number: DE102011010629.4A
Authority: DE
Inventors: Shih.I Chen; Chia-Liang Hsu; Tzu Chieh Hsu; Chun-Yi Wu; Chien Fu Huang
Original assignee: Epistar Corp
Current assignee: Epistar Corp
Priority date: 2010-02-09
Filing date: 2011-02-08
Publication date: 2021-02-25
Anticipated expiration: 2031-02-09
Also published as: JP5635432B2; CN102148301B; US8207550B2; DE102011010629A1; KR101280400B1; TW201719931A; TW201806183A; TWI513040B; JP6917417B2; JP5908558B2; JP2016154244A; JP2018056586A; TWI762930B; CN103715320A; TWI395352B; KR20110093672A; JP2015039022A; US8474233B2; TW201334219A; TWI697133B

Abstract

Optoelektronische Vorrichtung, umfassend:
- ein Trägersubstrat (103);
- eine erste Fensterschicht (111) auf dem Trägersubstrat (103);
- eine zweite Fensterschicht (112) auf der ersten Fensterschicht (111);
- ein optoelektronisches System (120) zwischen der ersten Fensterschicht (111) und der zweiten Fensterschicht (112), wobei die zweite Fensterschicht (112) ein Halbleitermaterial umfasst, das sich von dem optoelektronischen System (120) unterscheidet;
- eine erste Kontaktschicht (130) auf der zweiten Fensterschicht (112);
- eine zweite Kontaktschicht (140) auf einer Oberfläche der ersten Fensterschicht (111); und
- eine Passivierungsschicht (180), die die zweite Fensterschicht (112) und die erste Kontaktschicht (130) bedeckt,
wobei die zweite Fensterschicht (112) aufgeraute Oberseiten- und Seitenflächen aufweist,
wobei die zweite Kontaktschicht (140) im Wesentlichen nicht mit der ersten Kontaktschicht (130) in vertikaler Richtung überlappt, und
wobei eine Breitendifferenz zwischen einer Breite der zweiten Fensterschicht (112) und einer Breite des Halbleitersystems (120) vorhanden ist, welche größer als 1 µm und kleiner als 10 µm ist.

Description

ERFINDUNGSHINTERGRUND
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Anmeldung betrifft eine optoelektronische Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung derselben.
VERWANDTE ANMELDUNGEN
In jüngster Zeit wurden Anstrengungen unternommen, um die Leuchtkraft lichtemittierender Dioden (LEDs) zu vergrößern, um Vorrichtungen auf dem Gebiet der Beleuchtungstechnik zu verbessern und ferner Energie zu sparen und den CO₂-Ausstoß zu verringern. Die LED-Leuchtkraft kann durch verschiedene Maßnahmen verstärkt werden. Eine davon ist die Vergrößerung der inneren Quanteneffizienz (IQE) durch Verbesserung der Qualität der Epitaxie, zur Verbesserung der Kombinationseffizienz von Elektronen und Löchern. Eine weitere Maßnahme ist die Vergrößerung der Lichtextraktionseffizienz (LEE), die sich auf den Zuwachs des Lichtes konzentriert, das durch die lichtemittierende Schicht abgestrahlt wird und aus der Vorrichtung dringt, so dass das Licht reduziert wird, das durch die LED-Struktur absorbiert wird.
US 2009 / 0 275 154 A1 offenbart eine lichtemittierende Vorrichtung mit einer lichtemittierenden Schicht und einer Lichtextraktionsschicht auf einer Oberfläche der lichtemittierenden Schicht. Auf einer anderen Oberfläche der lichtemittierenden Schicht ist eine Basisschicht angeordnet. Die Lichtextraktionsschicht weist aufgeraute Oberflächen auf.
US 2007 / 0 290 216 A1 offenbart eine lichtemittierende Vorrichtung mit einem ersten transparenten Substrat, einer ersten Kontaktschicht, einer aktiven Schicht, einer zweiten Kontaktschicht und einem zweiten transparenten Substrat.
US 2006 / 0 081 873 A1 und KR 10 2009 0 017 200 A offenbaren lichtemittierende Dioden.
JP 2007 - 242 645 A und JP H10 - 200 156 A offenbaren lichtemittierende Elemente.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft eine neuartige Struktur und ein Herstellungsverfahren für dieselbe zur Vergrößerung der Lichtextraktionseffizienz.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand abhängiger Ansprüche.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine optoelektronische Vorrichtung angegeben, umfassend: Optoelektronische Vorrichtung, umfassend: ein Trägersubstrat; eine erste Fensterschicht auf dem Trägersubstrat; eine zweite Fensterschicht auf der ersten Fensterschicht; ein optoelektronisches System zwischen der ersten Fensterschicht und der zweiten Fensterschicht, wobei die zweite Fensterschicht ein Halbleitermaterial umfasst, das sich von dem optoelektronischen System unterscheidet; eine erste Kontaktschicht auf der zweiten Fensterschicht; eine zweite Kontaktschicht auf einer Oberfläche der ersten Fensterschicht; und eine Passivierungsschicht, die die zweite Fensterschicht und die erste Kontaktschicht bedeckt, wobei die zweite Fensterschicht aufgeraute Oberseiten- und Seitenflächen aufweist, wobei die zweite Kontaktschicht im Wesentlichen nicht mit der ersten Kontaktschicht in vertikaler Richtung überlappt, und wobei eine Breitendifferenz zwischen einer Breite der zweiten Fensterschicht und einer Breite des Halbleitersystems vorhanden ist, welche größer als 1 µm und kleiner als 10 µm ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung angegeben, umfassend die folgenden Schritte: Schaffung eines Substrats; Bildung einer ersten Fensterschicht auf dem Substrat, Bildung eines optoelektronischen Systems auf der ersten Fensterschicht; Bildung einer zweiten Fensterschicht auf dem optoelektronischen System, wobei die zweite Fensterschicht ein Halbleitermaterial umfasst, dass sich von dem optoelektronischen System unterscheidet; Bildung einer ersten Kontaktschicht auf der zweiten Fensterschicht, Bildung einer zweiten Kontaktschicht auf einer Oberfläche der ersten Fensterschicht, wobei die zweite Kontaktschicht im Wesentlichen nicht mit der ersten Kontaktschicht in vertikaler Richtung überlappt; selektives Entfernen der zweiten Fensterschicht zur Bildung einer Breitendifferenz zwischen der zweiten Fensterschicht und dem optoelektronischen System, wobei die Breitendifferenz größer als 1 µm und kleiner als 10 µm ist; Nassätzen der Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht, sodass die Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht aufgeraut werden; und Bildung einer Passivierungsschicht, die die zweite Fensterschicht und die erste Kontaktschicht bedeckt.Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optoelektronische Vorrichtung geschaffen, umfassend: ein Substrat, eine erste Fensterschicht auf dem Substrat mit einem ersten Schichtwiderstand, einer ersten Dicke und einer ersten Störstellenkonzentration; eine zweite Fensterschicht mit einem zweiten Schichtwiderstand, einer zweiten Dicke und einer zweiten Störstellenlconzentration; und einem Halbleitersystem zwischen der ersten Fensterschicht und der zweiten Fensterschicht; welche zweite Fensterschicht ein Halbleitermaterial umfasst, das sich von dem Halbleitersystem unterscheidet, wobei der zweite Schichtwiderstand größer ist als der erste S chichtwiderstand.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optoelektronische Vorrichtung geschaffen, mit einem Substrat, einer Metallschicht mit einem Metallelement auf dem Substrat; einer ersten Fensterschicht, die das Metallelement enthält; und einer transparenten leitenden Schicht zwischen der Metallschicht und der ersten Fensterschicht; wobei eine Atomkonzentration des Metallelements in der ersten Fensterschicht kleiner ist als 1 × 10¹⁹ cm^-3.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine optoelektronische Vorrichtung geschaffen, umfassend: ein Substrat; eine Fensterschicht vom n-Typ auf dem Substrat; ein Halbleitersystem auf der Fensterschicht vom n-Typ; eine Fensterschicht vom p-Typ auf dem Halbleitersystem, wobei die optoelektronische Vorrichtung ein bernsteinfarbenes oder rotes Licht mit einer optischen Effizienz von zumindest 70 Lumen/Watt bei einer Betriebsstromdichte von 155,0-496,0 mA/mm² (ungefähr 0,1-0,32 mA/mil²) emittiert.
Ein Aspekt der vorliegenden Offenbarung schafft ein Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung. Das Verfahren umfasst die Schritte: Herstellung eines Substrats; Bildung eines Halbleitersystems auf dem Substrat; Bildung einer Fensterschicht auf dem Halbleitersystem; wobei die Fensterschicht ein Halbleitermaterial umfasst, das sich von dem Halbleitersystem unterscheidet; selektives Entfernen der Fensterschicht zur Bildung einer Breitendifferenz zwischen der Fensterschicht und dem Halbleitersystem, welche Breitendifferenz größer ist als 1 µm.
Figurenliste

1A bis 1H zeigen die jeweiligen Strukturen, die durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren Schritt für Schritt hergestellt werden können;
2 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt eine SEM-Fotografie einer Ausführungsform der optoelektronischen Vorrichtung; und
4 zeigt eine Draufsicht auf die erste ohmsche Kontaktschicht.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die 1A bis 1H zeigen entsprechende Strukturen, die Schritt für Schritt durch das Herstellungsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden. Gemäß 1A umfasst das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung einen Schritt der Bereitstellung eines Substrats 101 wie etwa eines Wachstumssubstrats zum Wachsen oder Tragen eines optoelektronischen Systems 120, und das Material für das Substrat 101 umfasst in nicht beschränkender Weise Germanium (Ge), Galliumarsenid (GaAs), Indiumphosphid (InP), Galliumphosphid (GaP), Saphir, Siliciumcarbid (SiC), Silicium (Si), Lithium-Aluminium-Oxid (LiAlO₂), Zinkoxid (ZnO), Galliumnitrid (GaN), Aluminiumnitrid (AIN), Glas, einen Verbund, Diamant, CVD-Diamant, diamantartigen Kohlenstoff (DLC), und so fort.
Eine erste Fensterschicht 111 ist auf dem Substrat 101 ausgebildet, und zwar aus einem Material, das zumindest ein Element enthält, das aus der folgenden Gruppe gewählt ist: Al, Ga, In, As, P and N, wie etwa GaN, AlGalnP oder andere geeignete Materialien. Die erste Fensterschicht 111 ist eine Schicht von einem Leitfähigkeitstyp, wie etwa (Al_xGa_(1-X))_0,5In_0,5P vom n-Typ oder vom p-Typ, mit 0,5≦x≦0,8. Die erste Fensterschicht 111 hat zwei gegenüberliegende Oberflächen, wobei die erste Oberfläche der ersten Fensterschicht 111 näher am Substrat 101 liegt.
Eine Übergangsschicht kann optional zwischen dem Substrat 101 und der ersten Fensterschicht 111 ausgebildet sein. Die Übergangsschicht zwischen zwei Materialsystemen kann als Puffersystem dienen. Für die Struktur der lichtemittierenden Diode wird die Übergangsschicht dazu verwendet, die Gitterfehlanpassungen zwischen zwei Materialsystemen zu reduzieren. Andererseits kann die Übergangsschicht auch eine einzige Schicht sein, aus verschiedenen Schichten bestehen, oder eine Struktur sein, in der zwei Materialien oder zwei getrennte Strukturen kombiniert sind, wobei das Material der Übergangsschicht organisch, anorganisch, metallisch, ein Halbleitermaterial und so weiter sein kann, und die Struktur kann eine Reflexionsschicht, eine Wärmeleitschicht, eine elektrische Leitschicht, eine ohmsche Kontaktschicht, eine Antideformationsschicht, eine Spannungsabbauschicht, eine Spannungsanpassungsschicht, eine Bindeschicht, eine Wellenlängenumwandlungsschicht, eine mechanische Befestigungsschicht und so weiter sein.
Als nächstes wird das optoelektronische System 120 auf der zweiten Oberfläche der ersten Fensterschicht 111 gebildet, umfassend zumindest eine erste Schicht 121 mit einer ersten Art von Leitfähigkeit, eine Umwandlungseinheit 122 und eine zweite Schicht 123 mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit als Abfolge. Die erste Schicht 121 und die zweite Schicht 123 sind zwei Einzelschichtstrukturen oder zwei Vielschichtstrukturen („Vielschicht“ bedeutet zwei oder mehr als zwei Schichten) mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten, elektrischen Eigenschaften, Polaritäten und/oder Dotierstoffen jeweils zur Schaffung von Elektronen oder Löchern. Falls die erste Schicht 121 und die zweite Schicht 123 aus Halbleitermaterialien bestehen, wie etwa (Al_XGa_(1-X)0,5In_0,5P, mit 0,5≦x≦0,8 kann die erste oder zweite Art von Leitfähigkeit der p-Typ oder der n-Typ sein. Die erste Fensterschicht 111 hat die gleiche Art von Leitfähigkeit wie die erste Schicht 121, wie etwa vom n-Typ. Darüber hinaus hat die erste Fensterschicht 111 eine größere Konzentration von Störstellen als die erste Schicht 121, so dass sie eine bessere Leitfähigkeit hat. Die Umwandlungseinheit 122, die zwischen der ersten Schicht 121 und der zweiten Schicht 123 angeordnet ist, ist ein Bereich in welchem die Lichtenergie und die elektrische Energie übertragen werden können oder zur Übertragung induziert werden können. Das optoelektronische System 120, etwa in einer Anwendung auf eine Halbleitervorrichtung, ein Gerät, ein Produkt oder einen Schaltkreis, kann die Lichtenergie und den elektrischen Energietransfer leiten oder induzieren. Genauer gesagt, das optoelektronische System umfasst zumindest eines der folgenden Elemente: eine lichtemittierende Diode (LED), eine Laserdiode (LD), eine Solarzelle, eine Flüssigkristallanzeige oder eine organische lichtemittierende Diode. Das optoelektronische System mit der Umwandlungseinheit 122 zur Umwandlung der elektrischen Energie in die Lichtenergie ist eine lichtemittierende Diode, eine Flüssigkristallanzeige oder eine organische lichtemittierende Diode. Das optoelektronische System mit der Umwandlungseinheit 122 zur Umwandlung der Lichtenergie in elektrische Energie ist eine Solarzelle oder eine optoelektronische Diode. Der Ausdruck „optoelektronisches System“ in der Beschreibung erfordert nicht, dass alle Untersysteme oder Einheiten in diesem System aus Halbleitermaterialien gefertigt sind. Andere Nichthalbleitermaterialien wie etwa Metall, Oxid, ein Isolator und so weiter können selektiv in dieses optoelektronische System 120 integriert sein.
Nimmt man die lichtemittierende Diode als Beispiel, so kann das Emissionsspektrum des übertragenen Lichts angepasst werden durch Änderung der physikalischen oder chemischen Anordnung von einer Schicht oder mehreren Schichten in dem optoelektronischen System 120. Die am häufigsten verwendeten Materialien sind aus der Serie von Aluminium-Gallium-Indium-Phosphid (AlGalnP), aus der Serie von Aluminium-Gallium-Indium-Nitrid (AlGalnN), aus der Serie von Zinkoxid (ZnO), und so weiter. Die Umwandlungseinheit 122 kann eine einzige Heterostruktur sein (SH), eine doppelte Heterostruktur (DH), eine doppelseitige Doppel-Heterostruktur (DDH), oder eine Multi-Quantentrog-Struktur (MWQ). Insbesondere umfasst die Umwandlungseinheit 122 eine MQW-Struktur mit einer Anzahl von Barriereschichten und Trogschichten, die wechselweise geschichtet sind, wobei jede der Barriereschichten (Al_yGa_(1-y))_0,5In_0,5P umfasst, mit 0,5≦y≦0,8; und jede der Trogschichten umfasst In_0,5Ga_0,5P. Im übrigen kann die Wellenlänge des emittierten Lichts auch eingestellt werden durch Veränderung der Anzahl der Paare der Quantentröge oder der Zusammensetzung der Barriereschicht, d.h. das emittierte Licht ist rotes Licht mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 600 und 630 nm mit y um 0,7 oder bernsteinfarbenes Licht mit einer dominanten Wellenlänge zwischen 580 und 600 nm, mit y um 0,55.
Es wird eine zweite Fensterschicht 112 auf einer ersten Oberfläche des optoelektronischen Systems 120 gebildet, deren Material zumindest ein Element enthält, das aus der Gruppe ausgewählt ist, die Al, Ga, In, As, P und N enthält, wie etwa GaN, AlGaInP oder andere geeignete Materialien, und die zweite Fensterschicht 112 enthält zumindest ein Material, das sich von dem optoelektronischen Halbleitersystem oder der zweiten Schicht 123 unterscheidet. Die zweite Fensterschicht 112 ist bevorzugt eine Schicht mit einer Art von Leitfähigkeit, die die gleiche ist wie bei der zweiten Schicht 123, wie etwa ein GaP-Schicht vom P-Typ. Bei einer weiteren Ausführungsform müssen die Seitenwand der zweiten Fensterschicht 112 und/oder des optoelektronischen Systems 120 nicht senkrecht zum Substrat sein, sondern kann vielmehr schräg stehen, wie in 3 angezeigt ist.
Es folgt die Bildung einer ersten ohmschen Kontaktschicht 130, die aus leitendem Material wie etwa einer BeAu- oder GeAu-Legierung besteht, auf der zweiten Fensterschicht 112, und hierdurch wird eine erste Schichtungsstruktur 10 gebildet, wie in 1A gezeigt ist, wobei die erste ohmsche Kontaktschicht 130 eine Anzahl von Fingern 132 umfasst, die sich zu Grenzen der ersten Schichtungsstruktur 10 erstrecken, wie in 4 dargestellt ist. Dann wird ein erster Legierungsprozess durchgeführt, bei einer Legierungstemperatur von etwa 300 °C - 500 °C oder mehr, zur Bildung eines ohmschen Kontakts zwischen der ersten ohmschen Kontaktschicht 130 und der zweiten Fensterschicht 112. Die Einzelheiten dieses Legierungsprozesses sind dem Fachmann wohl bekannt und werden hier daher nicht beschrieben.
Es folgt das Kleben eines Hilfssubstrats 102, das aus einem Hilfsmaterial wie etwa Glas gebildet wird, an die erste ohmsche Kontaktschicht 130 und die zweite Fensterschicht 112 der ersten Schichtungsstruktur 10, wie in 1B gezeigt ist, und das Entfernen des Substrats 101, so dass die erste Oberfläche der ersten Fensterschicht 111 frei liegt, wie in 1C gezeigt ist.
Es folgt die Bildung einer zweiten ohmschen Kontaktschicht 140, die aus leitendem Material wie etwa einer GeAu- oder BeAu-Legierung gebildet wird, auf der ersten Oberfläche der ersten Fensterschicht 111, und hierdurch die Bildung einer zweiten Schichtungsstruktur, wie in 1D gezeigt ist, wobei die zweite ohmsche Kontaktschicht 140 eine Anzahl von Punkten umfasst, die in einem zweidimensionalen Gitter angeordnet sind, und die vorzugsweise nicht mit der ersten ohmschen Kontaktschicht 130 in vertikaler Richtung überlappt, wie in den 1D und 4 gezeigt ist, so dass ein besserer Stromverteilungseffekt erzielt wird. Ein zweiter Legierungsprozess wird dann bei einer Legierungstemperatur von etwa 300 °C - 500 °C oder mehr durchgeführt, zur Bildung eines ohmschen Kontakts zwischen der zweiten ohmschen Kontaktschicht 140 und der ersten Fensterschicht 111. Die Einzelheiten des Legierungsvorgangs sind dem Fachmann wohl bekannt und hier daher nicht näher dargestellt.
Im folgenden wird eine transparente leitende Schicht 141 nachfolgend durch Elektronenstrahl oder Bedampfung gebildet, um die zweite ohmsche Kontaktschicht 140 zu bedecken, wobei das Material der transparenten leitenden Schicht 141 Metalloxid umfasst, wie etwa zumindest ein Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: Indium-Zinnoxid (ITO), Kadmium-Zinnoxid (CTO), Antimon-Zinnoxid, Indium-Zinnoxid, Zink-Aluminiumoxid, und Zink-Zinnoxid; und die Dicke beträgt etwa 0,005µm-0,5µm, 0,005µm-0,3µm, 0,005µm-0,2µm, 0,2µm-0,5µm, 0,3µm-0,5µm, 0,4µm-0,5µm, 0,2µm-0,4µm oder 0,2µm-0,3µm.
Im folgenden wird eine reflektierende Schicht 150 mit einem leitenden Material, das Metall enthält, wie etwa Ag, auf der transparenten leitenden Schicht 141 gebildet, wie in 1E gezeigt ist, und anschließend wird die reflektierende Schicht 150 an ein Trägersubstrat 103 durch eine Metallschicht 160 gebunden, wie in 1F dargestellt ist. In dieser Ausführungsform umfasst das Trägersubstrat 103 Si, und die Metallschicht 160, die als eine Bindeschicht dient, umfasst zumindest ein Material, das aus der folgenden Gruppe ausgewählt ist: In, Au, Sn, Pb, In-Au, SnAu, und Legierungen derselben.
Im folgenden wird das Hilfssubstrat 102 entfernt, um die erste ohmsche Kontaktschicht 130 und die zweite Fensterschicht 112 freizulegen, so dass eine dritte Schichtstruktur gebildet wird. Dann wird die Schichtstruktur durch den lithografischen Ätzprozess gemustert, so dass eine Anzahl von Chip-Bereichen (nicht dargestellt) auf dem Trägersubstrat 103 gebildet wird, wobei die Ätzmittel des Ätzvorgangs, z.B. trockenätzende Chemikalien, die Fluorid oder Chlorid enthalten, die zweite Fensterschicht 112 vergleichsweise schneller ätzen als das optoelektronische System 120, so dass ein erster Tafelbereich S1 auf der Oberfläche des optoelektronischen Systems 120 oder der zweiten Schicht 123 gebildet wird, und die Breite des optoelektronischen Systems 120 oder der zweiten Schicht 123 ist größer als die Breite der zweiten Fensterschicht 112 an der Schnittstelle des optoelektronischen Systems 120 oder zweiten Schicht 123 und der zweiten Fensterschicht 112, wie in 1G dargestellt ist. Es ist auch zu bemerken, dass ein zweiter Tafelbereich S2 auf der Oberfläche der ersten Fensterschicht 111 ausgebildet ist, und die Bodenbreite der ersten Fensterschicht 111 ist größer als diejenige des optoelektronischen Systems 120 oder der ersten Schicht 121.
Als nächstes werden zumindest die freiliegenden Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht 112 nass geätzt, so dass die freiliegenden Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht 112 aufgeraut werden, wobei die Ätzlösung, wie etwa eine Mischung aus Fluorwasserstoff (HF), Stickstoffsäure (HNO₃) und Essigsäure (CH₃COOH), die zweite Fensterschicht 112 vergleichsweise schneller ätzt als das optoelektronische System 120, so dass die Breitendifferenz L1 erweitert wird und größer wird, und die zweite Fensterschicht 112 hat eine vergrößerte Oberflächenrauheit, die höher ist als diejenige des optoelektronischen Systems 120, wobei die Breitendifferenz L1 größer ist als 1 µm und/oder kleiner ist als 10 µm, wie in 1H oder 3 dargestellt ist.
Schließlich wird ein erster Block 171 auf der ersten ohmschen Kontaktschicht 130 ausgebildet, ein zweiter Block 172 wird auf dem Trägersubstrat 103 ausgebildet, und eine Passivierungsschicht 180 bedeckt die zweite Fensterschicht 112 und die erste ohmsche Kontaktschicht 130 zur Bildung der optoelektronischen Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie in 2 dargestellt. Die Passivierungsschicht 180 dient als Schutzschicht zum Schutz der optoelektronischen Vorrichtung vor Umwelteinflüssen, wie etwa Feuchtigkeit oder mechanischen Beschädigungen. Die SEM-Fotografie der optoelektronischen Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform ist in 3 dargestellt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die erste Fensterschicht 111 Halbleitermaterial wie etwa (Al_xGa_(1-x))_0,5ln_0,5P, mit 0,5≦x≦0,8, und die Reflexionsschicht 150, die ein Metallelement wie z.B. Ag umfasst, wird nach den ersten und zweiten Legierungsvorgängen gebildet, derart, dass das Metallelement in der Reflexionsschicht weniger in die erste Fensterschicht 111 verteilt ist, wobei die erste Fensterschicht 111 ein Halbleitermaterial enthält, vorzugsweise ein Material mit im Wesentlichen der gleichen Zusammensetzung wie die erste Schicht 121. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Atomkonzentration des Metallelements in der ersten Fensterschicht kleiner als 1 × 10¹⁷ cm^-3, und die Atomkonzentration des Metallelements ist größer als 1 × 10¹⁶ cm^-3, so dass eine geringere Verschlechterung zur reflektierenden Schicht verursacht wird. Die Reflexionsschicht hat einen Reflexionsgrad größer als 90%.

Tabelle 1 zeigt die optischen Effizienzen, die unter vorgegebenen Bedingungen durch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung erzielt werden. Für eine optoelektronische Vorrichtung mit kleiner Chipgröße wie etwa 0,0064516 mm² (10 mil²) ist die optische Effizienz bei etwa 70 Lumen/Watt bei 20 mA oder 310,0 mA/mm² (ungefähr 0,2 mA/mil²) Betriebsstrom. Für eine optoelektronische Vorrichtung mit einer kleineren Chipgröße wie etwa 0,00903224 mm² (14 mil²) ist die optische Effizienz etwa bei 100 Lumen/Watt unter 20 mA oder 155,0 mA/mm² (ungefähr 0,1 mA/mil²) Betriebsstrom. Für eine optoelektronische Vorrichtung mit einer vergleichsweise größeren Chipgröße wie etwa 0,01806448 mm² (28 mil²) liegt die optische Effizienz etwa bei 106 Lumen/Watt bei 250 mA oder 496,0 mA/mm² (ungefähr 0,32 mA/ mil²) Betriebsstrom. Für eine optoelektronische Vorrichtung mit einer größeren Chipgröße wie etwa 0,02709672 mm² (42 mil²) liegt die optische Effizienz etwa bei 121 Lumen/Watt bei 350 mA oder 310,0 mA/mm² (ungefähr 0,2 mA/ mil²) Betriebsstrom. Es kann Tabelle 1 entnommen werden, dass die optoelektronische Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine optische Effizienz von zumindest 70 Lumen/Watt erreicht, oder vorzugsweise zumindest 100 Lumen/Watt bei einer Betriebsstromdichte von 155,0-496,0 mA/mm2 (ungefähr 0,1-0,32 mA/ mil²). Tabelle 1: Optische Effizienzen, gestestet unter vorgegebenen Bedingungen entsprechend Ausführungsformen der erfindungsgemäßen optoelektronischen Vorrichtung.

Chipgröße [mm²]	Betriebsstrom [mA]	Stromdichte [mA/mm²]	Optische Effizienz [Lumen/Watt]	Dominante Wellenlänge [nm]
0,0064516 (10 mil²)	20	310,0 (ungefähr 0,2 mA/mil²)	-70	-620
0,00903224 (14 mil²)	20	~ 155,0 (ungefähr 0,1 mA/mil²)	~90	-620
0,01806448 (28 mil²)	250	~ 496,0 (ungefähr 0,32 mA/mil²)	~106	-613
0,02709672 (42 mil²)	350	∼ 310,0 (ungefähr 0,2 mA/mil²)	~121	-613

Gemäß Ausführungsformen ist der Schichtwiderstand der ersten Fensterschicht 111 höher als derjenige der zweiten Fensterschicht 112. Ferner überlappt die zweite ohmsche Kontaktschicht 140 im Wesentlichen nicht mit der ersten ohmschen Kontaktschicht 130 in vertikaler Richtung. Daher sammelt sich der Betriebsstrom in der Nähe der zweiten ohmschen Kontaktschicht 140. Das Licht, das von der optoelektronischen Vorrichtung emittiert wird, entspricht dem Bereich der zweiten ohmschen Kontaktschicht 140 und wird nicht durch die erste ohmsche Kontaktschicht 130 blockiert, so dass der Effekt erzielt wird, dass der Betriebsstrom blockiert wird und zur seitlichen Stromausbreitung beigetragen wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Fensterschicht 111 eine niedrigere Störstellenkonzentration als die zweite Fensterschicht 112, so dass ein geringerer Schichtwiderstand erzielt wird als derjenige der zweiten Fensterschicht 112. Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die erste Fensterschicht 111 Störstellen vom n-Typ mit einer Störstellenkonzentration von etwa 1 × 10¹⁷ cm^-3 -5 × 10¹⁷ cm^-3, und die zweite Fensterschicht 112 umfasst Störstellenstellen vom p-Typ mit einer Störstellenkonzentration von 1 × 10¹⁸ cm^-3 -5 × 10¹⁸ cm^-3, die höher als diejenige der ersten Fensterschicht 111. Gemäß noch einer weiteren Ausführungsform ist die Dicke der ersten Fensterschicht mit etwa 1 µm - 5 µm kleiner als die Dicke der zweiten Fensterschicht 112, die zwischen 5 µm - 20 µm liegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann das Licht aufgrund der Tatsache, dass die Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht 112 aufgeraut sind, seitlich leicht austreten.
Die Chipbereiche können rechteckig sein, so dass die Leuchtkraft verbessert wird. Das Verhältnis von Länge zur Breite des Rechtecks liegt vorzugsweise von 1,5:1 bis 10:1.

Claims

Optoelektronische Vorrichtung, umfassend: - ein Trägersubstrat (103); - eine erste Fensterschicht (111) auf dem Trägersubstrat (103); - eine zweite Fensterschicht (112) auf der ersten Fensterschicht (111); - ein optoelektronisches System (120) zwischen der ersten Fensterschicht (111) und der zweiten Fensterschicht (112), wobei die zweite Fensterschicht (112) ein Halbleitermaterial umfasst, das sich von dem optoelektronischen System (120) unterscheidet; - eine erste Kontaktschicht (130) auf der zweiten Fensterschicht (112); - eine zweite Kontaktschicht (140) auf einer Oberfläche der ersten Fensterschicht (111); und - eine Passivierungsschicht (180), die die zweite Fensterschicht (112) und die erste Kontaktschicht (130) bedeckt, wobei die zweite Fensterschicht (112) aufgeraute Oberseiten- und Seitenflächen aufweist, wobei die zweite Kontaktschicht (140) im Wesentlichen nicht mit der ersten Kontaktschicht (130) in vertikaler Richtung überlappt, und wobei eine Breitendifferenz zwischen einer Breite der zweiten Fensterschicht (112) und einer Breite des Halbleitersystems (120) vorhanden ist, welche größer als 1 µm und kleiner als 10 µm ist.
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher das optoelektronische System (120) eine erste Halbleiterschicht (121) mit einer ersten Art von Leitfähigkeit umfasst, eine zweite Halbleiterschicht (123) mit einer zweiten Art von Leitfähigkeit, und eine Umwandlungseinheit (122) zwischen der ersten Halbleiterschicht (121) und der zweiten Halbleiterschicht (123).
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Fensterschicht (111) eine erste Dicke und eine erste Störstellenkonzentration aufweist und die zweite Fensterschicht (112) eine zweite Dicke und eine zweite Störstellenkonzentration aufweist, und wobei die zweite Dicke größer ist als die erste Dicke und/oder die zweite Störstellenkonzentration größer ist als die erste Störstellenkonzentration.
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, bei welcher die zweite Fensterschicht (112) ein Halbleitermaterial vom p-Typ umfasst.
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner umfassend eine transparente leitende Schicht (141) zwischen dem Trägersubstrat (103) und der ersten Fensterschicht (111).
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 5, bei welcher die transparente leitende Schicht (141) ein Metalloxid enthält.
Optoelektronische Vorrichtung gemäß Anspruch 6, ferner umfassend einen Metallreflektor (150) zwischen dem Trägersubstrat (103) und der transparenten leitenden Schicht (141).
Verfahren zur Herstellung einer optoelektronischen Vorrichtung, umfassend die folgenden Schritte: - Schaffung eines Substrats (101); - Bildung einer ersten Fensterschicht (111) auf dem Substrat (101), - Bildung eines optoelektronischen Systems (120) auf der ersten Fensterschicht (111); - Bildung einer zweiten Fensterschicht (112) auf dem optoelektronischen System (120), wobei die zweite Fensterschicht (112) ein Halbleitermaterial umfasst, dass sich von dem optoelektronischen System (120) unterscheidet; - Bildung einer ersten Kontaktschicht (130) auf der zweiten Fensterschicht (112), - Bildung einer zweiten Kontaktschicht (140) auf einer Oberfläche der ersten Fensterschicht (111), wobei die zweite Kontaktschicht (140) im Wesentlichen nicht mit der ersten Kontaktschicht (130) in vertikaler Richtung überlappt; - selektives Entfernen der zweiten Fensterschicht (112) zur Bildung einer Breitendifferenz zwischen der zweiten Fensterschicht (112) und dem optoelektronischen System (120), wobei die Breitendifferenz größer als 1 µm und kleiner als 10 µm ist; - Nassätzen der Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht (112), sodass die Oberseiten- und Seitenwandflächen der zweiten Fensterschicht (112) aufgeraut werden; und - Bildung einer Passivierungsschicht (180), die die zweite Fensterschicht (120) und die erste Kontaktschicht (130) bedeckt.