DE102012106998A1 - Reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung Download PDF

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Simeon Katz
Jürgen Off
Korbinian Perzlmaier
Kai Gehrke
Rolf Aidam
Thorsten Passow
Jürgen Däubler
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Ams Osram International GmbH
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Abstract

Es wird ein reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement (100) angegeben, umfassend: – eine erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (1), – eine transparente leitfähige Oxidschicht (3), – eine Spiegelschicht (4), und – eine zwischen der ersten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht (1) und der transparenten leitfähigen Oxidschicht (3) angeordnete zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2), wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2) an einer der transparenten leitfähigen Oxidschicht (3) zugewandten Grenzfläche (23) N-Face-Domänen (22) aufweist, und wobei die N-Face-Domänen (22) an der Grenzfläche (23) einen Flächenanteil von mindestens 95 % aufweisen. Weiterhin wird ein Verfahren zur Herstellung des Kontaktschichtsystems angegeben.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement, das insbesondere zur Herstellung eines p-Kontakts einer Nitrid-Verbindungshalbleiter-LED geeignet ist, sowie ein Verfahren zur Herstellung des Kontaktschichtsystems.
  • Es sind so genannte Dünnfilm-Leuchtdiodenchips bekannt, bei denen das ursprüngliche Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge abgelöst und stattdessen die Halbleiterschichtenfolge an einer dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüberliegenden Seite mit einem Träger verbunden ist. Die Strahlungsaustrittsfläche des Leuchtdiodenchips ist in diesem Fall an einer dem Träger gegenüberliegenden Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, also an der Seite des ursprünglichen Aufwachssubstrats. Bei einem derartigen Dünnfilm-Leuchtdiodenchip ist es vorteilhaft, wenn die dem Träger zugewandte Seite der Halbleiterschichtenfolge mit einer Spiegelschicht versehen ist, um in die Richtung des Trägers emittierte Strahlung in die Richtung der Strahlungsaustrittsfläche umzulenken und dadurch die Strahlungsausbeute zu erhöhen.
  • Die Spiegelschicht grenzt bei einem Dünnfilm-Leuchtdiodenchip in der Regel an einen p-Typ-Halbleiterbereich des Leuchtdiodenchips an, wobei die Spiegelschicht auch zur elektrischen Kontaktierung des p-Typ-Halbleiterbereichs dient. Für den sichtbaren Spektralbereich wird typischerweise Silber als Material für die Spiegelschicht gewählt, da sich Silber durch eine hohe Reflexion im sichtbaren Spektralbereich auszeichnet.
  • Es hat sich herausgestellt, dass an dem p-Kontakt zur Silberschicht beim Betrieb des Leuchtdiodenchips ein Spannungsabfall von beispielsweise etwa 170 mV–250 mV auftritt, wobei der Kontaktwiderstand etwa 5·10–3 Ωcm2 bis etwa 7·10–3 Ωcm2 beträgt.
  • Nitridverbindungshalbleiter bilden beim epitaktischen Wachsen in der Regel eine Wurtzit-Kristallstruktur aus, deren kristallographische c-Achse parallel zur Wachstumsrichtung verläuft. In Abhängigkeit von den Wachstumsparametern können dabei Domänen in der so genannten Ga-Face-Ausrichtung, die der kristallografischen [0001]-Richtung entspricht, oder Domänen mit der so genannten N-Face-Ausrichtung, die der kristallografischen [000-1]-Richtung entspricht, entstehen. Derartige Domänen können sich in polaren, aber auch in semipolaren oder nicht-polaren Nitridverbindungshalbleitern ausbilden.
  • Nitridverbindungshalbleiter weisen in der Regel piezoelektrische Eigenschaften auf, d. h. sie weisen auch ohne äußeres elektrisches Feld eine elektrische Polarisation auf. Die Orientierung dieses elektrischen Feldes ist für die Ga-Face-Ausrichtung und die N-Face-Ausrichtung entgegengesetzt. Aus diesem Grund weisen Domänen mit Ga-Face-Ausrichtung und N-Face-Ausrichtung verschiedene elektrische Eigenschaften auf.
  • In der Druckschrift WO 2010/045907 A1 wird ein Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement beschrieben, bei dem eine p-Kontaktschicht aus einem Nitrid-Verbindungshalbleiter an eine Anschlussschicht angrenzt, wobei die p-Kontaktschicht an einer Grenzfläche zur Anschlussschicht erste Domänen mit einer Ga-Face-Ausrichtung und zweite Domänen mit einer N-Face-Ausrichtung aufweist. Es wird angegeben, dass der Flächenanteil der N-Face-Domänen vorzugsweise zwischen 30 Prozent und 60 Prozent betragen sollte, um einen möglichst geringen Kontaktwiderstand zu erzielen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Kontaktschichtsystem zur Ausbildung des p-Kontakts eines optoelektronischen Nitrid-Verbindungshalbleiter-Bauelements anzugeben, das sich sowohl durch einen geringen Kontaktwiderstand als auch durch eine hohe Reflexion für die von dem optoelektronischen Bauelement emittierte Strahlung auszeichnet. Weiterhin soll ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung des Kontaktschichtsystems angegeben werden.
  • Diese Aufgaben werden durch ein reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das reflektierende Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement umfasst gemäß mindestens einer Ausführungsform eine erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht, eine transparente leitfähige Oxidschicht und eine Spiegelschicht. Zwischen der ersten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähigen Oxidschicht ist vorteilhaft eine zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht angeordnet, die an einer der transparenten leitfähigen Oxidschicht zugewandten Grenzfläche N-Face-Domänen aufweist, wobei die N-Face-Domänen an der Grenzfläche einen Flächenanteil von mindestens 95 % aufweisen.
  • Das hier beschriebene reflektierende Kontaktschichtsystem macht sich die Erkenntnis zu Nutze, das mittels der zwischen der ersten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähigen Oxidschicht angeordneten zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht mit einem sehr hohen Flächenanteil von N-Face-Domänen ein elektrischer Kontakt realisiert werden kann, der sich sowohl durch eine hohe Reflektivität als auch einen geringen Kontaktwiderstand auszeichnet.
  • Der geringe Kontaktwiderstand beruht insbesondere darauf, dass die N-Face-Domänen die Eigenschaften eines n-Typ-Halbleitermaterials aufweisen. Dieser Effekt beruht vermutlich darauf, dass in den N-Face-Domänen Kristalldefekte auftreten, welche die Akzeptoren des nominell p-dotierten Halbleitermaterials überkompensieren. Dadurch, dass die N-Face-Domänen n-Typ-Eigenschaften aufweisen, bildet sich an der Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der angrenzenden Schicht aus dem transparenten leitfähigen Oxid ein lokaler Tunnelübergang aus. Dieser Effekt bewirkt den elektrischen Anschluss der transparenten leitfähigen Oxidschicht nahezu ohne Spannungsabfall.
  • Die Spiegelschicht grenzt vorteilhaft an die von der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht abgewandte Grenzfläche der transparenten leitfähigen Oxidschicht an und bewirkt eine hohe Reflektivität für aus dem Halbleitermaterial auf das Kontaktschichtsystem auftreffende Strahlung. Der Kontaktwiderstand und die Verlustspannung sind bei dem Kontaktschichtsystem vorteilhaft geringer als bei einem direkten Aufbringen der Spiegelschicht auf das p-dotierte Nitridverbindungshalbleitermaterial. Der Kontaktwiderstand kann insbesondere nur 5·10–5 Ωcm2 oder weniger betragen.
  • Weiterhin wird mit dem derart aufgebauten Kontaktschichtsystem eine hohe Reflektivität erzielt. Die hohe Reflektivität beruht insbesondere auf dem hohen Flächenanteil der vergleichsweise glatten N-Face-Domänen an der Grenzfläche. Dadurch werden insbesondere Verluste durch Lichtstreuung an der Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähigen Oxidschicht vermindert. Licht aus dem Halbleitermaterial kann daher ohne signifikante Streuverluste in die transparente leitfähige Oxidschicht eindringen und wird an der gegenüberliegenden Grenzfläche der Spiegelschicht in Richtung der Halbleiterschichten zurückreflektiert.
  • Die transparente leitfähige Oxidschicht weist vorteilhaft einen geringeren Brechungsindex als die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht auf. Somit tritt an der Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähige Oxidschicht zumindest für den Anteil des aus Halbleitematerial kommenden Lichts, das mit einem Einfallswinkel größer als dem Totalreflexionswinkel auf die Grenzfläche auftrifft, Totalreflexion auf. Die Totalreflexion wird durch eine besonders glatte Grenzfläche aufgrund der Vermeidung von Streuverlusten begünstigt. Somit trägt auch die Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähige Oxidschicht zur Reflektivität des Kontaktschichtsystems bei. Auf diese Weise wird vorteilhaft die gesamte Reflektivität des Kontaktschichtsystems erhöht.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die zweite Nitridverbindungshalbleiterschicht bei einem sehr hohen Flächenanteil von N-Face-Domänen von mindestens 95 % eine glattere Grenzfläche ausbildet als bei einem geringeren Flächenanteil von N-Face-Domänen.
  • Bei einer bevorzugten Ausgestaltung weisen die N-Face-Domänen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht an der Grenzfläche zur transparenten leitfähigen Oxidschicht einen Flächenanteil von mindestens 98 % auf.
  • Bei einer besonders bevorzugten Ausgestaltung weist die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht an der gesamten Grenzfläche zur transparenten leitfähigen Oxidschicht N-Face-Domänen auf. In diesem Fall wird eine besonders glatte Grenzfläche erzielt und somit eine hohe Reflexion erzielt.
  • Die rms (root mean square)-Rauheit der Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähigen Oxidschicht beträgt vorteilhaft weniger als 7 nm. Bevorzugt beträgt die rms-Rauheit weniger als 5 nm und besonders bevorzugt weniger als 3 nm.
  • Der Flächenanteil der N-Face-Domänen an der Grenzfläche zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht und der transparenten leitfähigen Oxidschicht kann insbesondere durch die Höhe der Dotierstoffkonzentration und die Wachstumsbedingungen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht eingestellt werden. Die Ausbildung von N-Face-Domänen wird durch eine hohe Dotierstoffkonzentration begünstigt. Die Dotierstoffkonzentration in der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht beträgt vorteilhaft mehr als 2·1020 cm–3, bevorzugt mehr als 3·1020 cm–3 und besonders bevorzugt mehr als 5·1020 cm–3.
  • Weiterhin hat die Schichtdicke der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht einen Einfluss auf die Domänenstruktur an der Grenzfläche. Um einen hohen Flächenanteil an N-Face-Domänen zu erzielen, weist die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht vorteilhaft eine Dicke von mindestens 10 nm, bevorzugt von mindestens 20 nm und besonders bevorzugt von mindestens 40 nm auf. Beispielsweise kann die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht zwischen einschließlich 10 nm und einschließlich 50 nm dick sein.
  • Es hat sich herausgestellt, dass die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht mit einem hohen Anteil sehr glatter N-Face-Domänen insbesondere durch epitaktisches Aufwachsen auf die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht mittels Molekularstrahlepitaxie herstellbar ist. Insbesondere wurde festgestellt, dass sich durch das Aufwachsen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht ein noch geringerer Kontaktwiderstand erzielen lässt als beim Aufwachsen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE).
  • Die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht weist vorzugsweise GaN auf. Vorteilhaft weist auch die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht GaN auf. Insbesondere können sowohl die erste als auch die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht GaN-Schichten sein. Als p-Dotierstoff für die erste und/oder die zweite Nitridverbindungshalbleiterschicht wird vorzugsweise Magnesium eingesetzt.
  • Die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht grenzt vorteilhaft an die transparente leitfähige Oxidschicht an. Transparente leitfähige 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, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs.
  • Die transparente leitfähige Oxidschicht weist gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder Zink-Oxid (ZnO) auf. Diese transparenten leitfähigen Oxide zeichnen sich durch eine hohe Transparenz und eine hohe elektrische Leitfähigkeit aus. Die transparente leitfähige Oxidschicht kann einen Dotierstoff enthalten, beispielsweise kann sie eine mit Aluminium dotierte Zinkoxidschicht sein.
  • Die Spiegelschicht grenzt vorteilhaft an einer der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht gegenüberliegenden Grenzfläche an die transparente leitfähige Oxidschicht an. Die Spiegelschicht enthält vorzugsweise ein Metall oder eine Metalllegierung. Zur Erzielung einer hohen Reflexion im sichtbaren Spektralbereich enthält die Spiegelschicht vorzugsweise Silber oder besteht daraus.
  • Bei dem Verfahren zur Herstellung eines reflektierenden Kontaktschichtsystems wird zumindest die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt. Es hat sich herausgestellt, dass insbesondere die Herstellung mittels Molekularstrahlepitaxie die Ausbildung von N-Face-Domänen mit sehr glatten Grenzflächen ermöglicht. Insbesondere wurde festgestellt, dass sich mit einer durch Molekularstrahlepitaxie hergestellten zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht ein besonders geringer Kontaktwiderstand erzielen lässt.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens ergeben sich aus der Beschreibung des reflektierenden Kontaktschichtsystems und umgekehrt.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den 1 und 2 näher erläutert.
  • Es zeigen:
  • 1 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch ein reflektierendes Kontaktschichtsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
  • 2 ein optoelektronisches Bauelement mit einem reflektierenden Kontaktschichtsystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
  • Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind in den Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
  • Das in 1 dargestellte Ausführungsbeispiel eines reflektierenden Kontaktschichtsystems für ein optoelektronisches Bauelement umfasst eine erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 1 und eine zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2, welche an die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 1 angrenzt. Die p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschichten 1, 2 umfassen beispielsweise jeweils ein Nitridverbindungshalbleitermaterial mit der Zusammensetzung InxAlyGa1-x-yN, wobei 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1 gilt. Die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 1 und die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 sind vorzugsweise jeweils GaN-Schichten. Die p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschichten 1, 2 können insbesondere Magnesium als p-Dotierstoff aufweisen.
  • Weiterhin enthält das reflektierende Kontaktschichtsystem eine an die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 angrenzende transparente leitfähige Oxidschicht 3. Die transparente leitfähige Oxidschicht 3 enthält vorzugsweise Indiumzinnoxid oder Zinkoxid. Alternativ sind aber auch andere transparente leitfähige Oxide geeignet.
  • An einer von den p-dotierten Nitrid-Verbindungshalbleiterschichten 1, 2 abgewandten Seite der transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 ist eine Spiegelschicht 4 angeordnet. Bei der Spiegelschicht 4 handelt es sich vorzugsweise um eine Schicht aus einem Metall oder einer Metalllegierung. Die Spiegelschicht 4 enthält vorzugsweise Silber oder besteht daraus.
  • Die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 enthält vorteilhaft N-Face-Domänen 22. Neben den N-Face-Domänen 22 kann die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 zumindest zu einem geringen Anteil auch Ga-Face-Domänen 21 aufweisen.
  • An der Grenzfläche 23 zur transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 beträgt der Flächenanteil der N-Face-Domänen 22 in der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 vorteilhaft mindestens 95 %, bevorzugt mindestens 98 % und besonders bevorzugt mindestens 99 %. Insbesondere kann die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 an der gesamten Grenzfläche 23 zur transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 N-Face-Domänen 22 aufweisen.
  • Der hohe Flächenanteil der N-Face-Domänen 22 an der Grenzfläche 23 der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 hat den Vorteil, dass ein elektrischer Kontakt zu der transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 mit geringem Kontaktwiderstand ausgebildet wird, ohne dass die Reflektivität der Kontaktschichtenfolge beeinträchtigt wird. Eine Verminderung der Reflektivität könnte insbesondere bei einem geringeren Flächenanteil der N-Face-Domänen 22 auftreten, da bei einem größeren Flächenanteil von Ga-Face-Domänen 21, beispielsweise bei etwa gleich großen Flächenanteilen von Ga-Face-Domänen 21 und N-Face-Domänen 22, eine erhöhte Rauheit der Grenzfläche 23 auftreten kann. Zwar ist aus der in der Einleitung zitierten Druckschrift WO 2010/045907 A1 bekannt, dass sich besonders geringer Kontaktwiderstand insbesondere auch mit etwa gleich großen Anteilen von N-Face-Domänen und Ga-Face-Domänen erzielen lässt. Dies kann aber aufgrund einer erhöhten Grenzflächenrauheit bei einem reflektierenden Kontaktschichtsystem zu einer verminderten Reflektivität führen. Es hat sich vorteilhaft herausgestellt, dass mit einem hohem Flächenanteil der N-Face-Domänen 22 von mindestens 95 % ein Kontaktschichtsystem realisiert werden kann, dass sich sowohl durch einen geringen Kontaktwiderstand als auch eine hohe Reflektivität auszeichnet.
  • Die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 weist aufgrund des hohen Flächenanteils der N-Face-Domänen 22 eine sehr glatte Grenzfläche 23 zur nachfolgenden transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 auf. Vorteilhaft beträgt die rms-Rauheit der Grenzfläche 23 zwischen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 und der transparenten leitfähigen Oxidschicht 3 weniger als 7 nm, bevorzugt weniger als 5 nm und besonders bevorzugt weniger als 3 nm.
  • Die bevorzugte Ausbildung von N-Face-Domänen 22 in der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 wird durch eine hohe Dotierstoffkonzentration begünstigt. Vorteilhaft beträgt die Dotierstoffkonzentration in der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 mindestens 2·1020 cm–3, bevorzugt mindestens 3·1020 cm–3 und besonders bevorzugt mindestens 5·1020 cm–3.
  • Der Flächenanteil der N-Face-Domänen 22 an der Grenzfläche 23 wird auch durch die Schichtdicke der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 beeinflusst. Vorteilhaft beträgt die Schichtdicke der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 mindestens 10 nm, bevorzugt mindestens 20 nm und besonders bevorzugt mindestens 40 nm. Die Schichtdicke der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 beträgt beispielsweise zwischen 10 nm und 50 nm.
  • Weiterhin beeinflussen die Prozessbedingungen, insbesondere das verwendete Beschichtungsverfahren zum Aufwachsen der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2, den Anteil der N-Face-Domänen 22 in der zweiten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht 2. Bei einem vorteilhaften Verfahren zur Herstellung des reflektierenden Kontaktschichtsystems wird zumindest die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2 mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt.
  • In 2 ist beispielhaft ein optoelektronisches Bauelement 100 schematisch im Querschnitt dargestellt, das eine reflektierende Kontaktschichtenfolge gemäß einem Ausführungsbeispiel enthält.
  • Das optoelektronische Bauelement 100 enthält eine auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierende Epitaxieschichtenfolge 8. „Auf einem Nitridverbindungshalbleiter basierend“ bedeutet im vorliegenden Zusammenhang, dass die Epitaxieschichtenfolge 8 oder zumindest eine Schicht davon ein III-Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise InxAlyGa1-x-yN umfasst, wobei 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 einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen physikalischen Eigenschaften des InxAlyGa1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (In, Al, Ga, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Die Epitaxieschichtenfolge 8 enthält einen n-Typ-Halbleiterbereich 5, eine aktive Schicht 6 und einen p-Typ-Halbleiterbereich 7. Der n-Typ-Halbleiterbereich 5, die aktive Schicht 6 und der p-Typ-Halbleiterbereich 7 können jeweils mehrere Schichten aufweisen, die zur Vereinfachung nicht im Einzelnen dargestellt sind. Es ist auch möglich, dass n-Typ-Halbleitebereich 5, die aktive Schicht 6 oder der p-Typ-Halbleiterbereich 7 eine oder mehrere undotierte Schichten enthalten. Der p-Typ-Halbleiterbereich 7 enthält insbesondere die erste p-dotierte Halbleiterschicht 1 und die zweite p-dotierte Halbleiterschicht 2 des Kontaktschichtsystems.
  • Die aktive Schicht 6 kann insbesondere eine strahlungsemittierende oder eine strahlungsempfangende aktive Schicht sein. Die aktive Schicht 6 kann zum Beispiel als pn-Übergang, als Doppelheterostruktur, als Einfach-Quantentopfstruktur oder Mehrfach-Quantentopfstruktur ausgebildet sein. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur umfasst dabei jegliche Struktur, bei der Ladungsträger durch Einschluss (Confinement) eine Quantisierung ihrer Energiezustände erfahren. 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 aktive Schicht 6 kann insbesondere eine oder mehrere Schichten aus InGaN enthalten.
  • Bei dem optoelektronischen Bauelement 100 handelt es sich um einen so genannten Dünnfilm-Leuchtdiodenchip, bei dem ein zum Aufwachsen der Epitaxieschichtenfolge 8 verwendetes Aufwachssubstrat von der Epitaxieschichtenfolge 8 abgelöst wurde. Die Epitaxieschichtenfolge 8 ist an einer dem ursprünglichen Aufwachssubstrat gegenüber liegenden Seite mit einem Träger 11 verbunden worden. Das optoelektronische Bauelement 100 enthält also kein Aufwachssubstrat der Epitaxieschichtenfolge 8 wie beispielsweise ein Saphirsubstrat. Die Epitaxieschichtenfolge 8 ist an der Rückseite des optoelektronischen Bauelements 100 mittels einer Verbindungsschicht 10, beispielsweise einer Lotschicht, mit dem Träger 11 verbunden. Der Träger 11 kann beispielsweise Silizium, Germanium, eine Keramik, ein Metall oder eine Metalllegierung aufweisen.
  • Bei dem optoelektronischen Bauelement 100 ist der n-Typ-Halbleiterbereich 5 der Strahlungsaustrittsfläche 14 und der p-Typ-Halbleiterbereich 7 dem Träger 11 zugewandt.
  • Die elektrische Kontaktierung des p-Typ-Halbleiterbereichs 7 erfolgt von der dem Träger 11 zugewandten Rückseite des optoelektronischen Bauelements 100 her mit dem reflektierenden Kontaktschichtsystem. Das reflektierende Kontaktschichtsystem enthält eine erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 1, eine zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2, eine transparente leitfähige Oxidschicht 3 und eine Spiegelschicht 4. Die vorteilhaften Ausgestaltungen des reflektierenden Kontaktschichtsystems 1, 2, 3, 4 und die daraus resultierenden Vorteile entsprechen dem im Zusammenhang mit der 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel und werden daher nicht nochmals erläutert.
  • Durch die in dem reflektierenden Kontaktschichtsystem vorgesehene Spiegelschicht 4 wird vorteilhaft Strahlung 15, welche von der aktiven Schicht 6 in Richtung des Trägers 11 abgestrahlt wird, in Richtung der Strahlungsaustrittsfläche 14 reflektiert. Auf diese Weise wird eine Absorption der zur Rückseite des optoelektronischen Bauelements 100 emittierten Strahlung im Träger 11 verhindert und auf diese Weise die Effizienz des optoelektronischen Bauelements 100 erhöht.
  • Zwischen der Spiegelschicht 4 und der Lotschicht 10 sind vorzugsweise eine oder mehrere funktionelle Schichten 9 angeordnet, beispielsweise eine Schichtenfolge 9, die ausgehend von der Spiegelschicht 4 Teilschichten aus Titan, Platin und Gold aufweist. In diesem Fall fungiert die Teilschicht aus Platin vorteilhaft als Diffusionsbarriere, welche die Diffusion von Bestandteilen nachfolgender Schichten in die Spiegelschicht 4 und umgekehrt verhindert. Die Teilschicht aus Gold fungiert aufgrund der hohen elektrischen Leitfähigkeit als Stromaufweitungsschicht und die nachfolgende Titanschicht als Haftvermittlerschicht für weitere nachfolgende Schichten.
  • Zur Herstellung der externen elektrischen Anschlüsse sind beispielsweise eine erste Kontaktmetallisierung 12 an der Rückseite des Trägers 11 und eine zweite Kontaktmetallisierung 13 auf einem Teilbereich der Strahlungsaustrittsfläche 14 vorgesehen.
  • Das reflektierende Kontaktschichtsystem, welches durch die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 1, die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht 2, die transparente leitfähige Oxidschicht 3 und die Spiegelschicht 4 gebildet wird, zeichnet sich durch eine hohe Reflektivität für die von der aktiven Zone 6 emittierte Strahlung 15 sowie durch einen sehr geringen Kontaktwiderstand aus. Der Kontaktwiderstand kann insbesondere 5·10–5 Ωcm2 oder weniger betragen.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele 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.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • 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.
  • Zitierte Patentliteratur
    • WO 2010/045907 A1 [0007, 0039]

Claims (14)

  1. Reflektierendes Kontaktschichtsystem für ein optoelektronisches Bauelement (100), umfassend: – eine erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (1), – eine transparente leitfähige Oxidschicht (3), – eine Spiegelschicht (4), und – eine zwischen der ersten p-dotierten Nitridverbindungshalbleiterschicht (1) und der transparenten leitfähigen Oxidschicht (3) angeordnete zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2), wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2) an einer der transparenten leitfähigen Oxidschicht (3) zugewandten Grenzfläche (23) N-Face-Domänen (22) aufweist, und wobei die N-Face-Domänen (22) an der Grenzfläche (23) einen Flächenanteil von mindestens 95 % aufweisen.
  2. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach Anspruch 1, wobei die N-Face-Domänen (22) an der Grenzfläche (23) einen Flächenanteil von mindestens 98 % aufweisen.
  3. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2) an der gesamten Grenzfläche (23) N-Face-Domänen (22) aufweist.
  4. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzfläche (23) eine rms-Rauheit von weniger als 7 nm aufweist.
  5. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Grenzfläche (23) eine rms-Rauheit von weniger als 3 nm aufweist.
  6. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) eine Dotierstoffkonzentration von mehr als 2·1020 cm–3 aufweist.
  7. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) eine Dotierstoffkonzentration von mehr als 5·1020 cm–3 aufweist.
  8. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) eine Dicke von mindestens 10 nm aufweist.
  9. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2) mittels Molekularstrahlepitaxie epitaktisch auf die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (1) aufgewachsen ist.
  10. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste p-dotierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (1) GaN aufweist.
  11. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiter-Schicht (2) GaN aufweist.
  12. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die transparente leitfähige Oxidschicht (3) Indiumzinnoxid oder Zinkoxid aufweist.
  13. Reflektierendes Kontaktschichtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Spiegelschicht (4) Silber enthält.
  14. Verfahren zur Herstellung eines reflektierenden Kontaktschichtsystems nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest die zweite p-dotierte Nitridverbindungshalbleiterschicht (2) mittels Molekularstrahlepitaxie hergestellt wird.
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