DE102012111573A1 - Optoelectronic semiconductor device e.g. LED, has an intermediate layer made of transparent conducting oxide (TCO) material and which produces/receives a radiation having predetermined refractive index, during the operation of device - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements. The present application relates to an optoelectronic semiconductor component and to a method for producing an optoelectronic semiconductor component.
Bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Lumineszenzdioden finden oftmals Metallschichten Anwendung, die die im Betrieb emittierte Strahlung reflektieren. Auch bei der Verwendung von Metall mit einer vergleichsweise hohen Reflektivität wird jedoch ein nicht unerheblicher Strahlungsanteil absorbiert und geht somit verloren.In the case of optoelectronic semiconductor components such as, for example, light-emitting diodes, metal layers are often used which reflect the radiation emitted during operation. Even when using metal with a comparatively high reflectivity, however, a not insignificant proportion of radiation is absorbed and is thus lost.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem Absorptionsverluste vermindert sind. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solches Halbleiterbauelement einfach und zuverlässig erstellbar ist.An object is to provide an optoelectronic semiconductor device in which absorption losses are reduced. Furthermore, a method is to be specified, with which such a semiconductor device can be created simply and reliably.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.This object is achieved inter alia by an optoelectronic semiconductor component or a method for producing an optoelectronic semiconductor component according to the independent patent claims. Further embodiments and expediencies are the subject of the dependent claims.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Die zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung liegt beispielsweise im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component has a semiconductor body which has an active region provided for generating and / or receiving radiation. The radiation to be generated and / or to be received is, for example, in the infrared, visible or ultraviolet spectral range.
Beispielsweise ist der aktive Bereich zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, weist bevorzugt ein III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial auf.For example, the active region is arranged between a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type different from the first conductivity type. The semiconductor body, in particular the active region, preferably has a III-V compound semiconductor material.
III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (AlxInyGa1-x-yN) über den sichtbaren (AlxInyGa1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder AlxInyGa1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (AlxInyGa1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.III-V compound semiconductor materials are capable of generating radiation in the ultraviolet (Al x In y Ga 1-xy N) over the visible (Al x In y Ga 1-xy N, especially for blue to green radiation, or Al x In y Ga 1-xy P, in particular for yellow to red radiation) up to the infrared (Al x In y Ga 1-xy As) spectral range is particularly suitable. In each case, 0 ≦ x ≦ 1, 0 ≦ y ≦ 1 and x + y ≦ 1, in particular with x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 and / or y ≠ 0. With III-V compound semiconductor materials, In particular, from the said material systems, high internal quantum efficiencies can continue to be achieved in the generation of radiation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht ist vorzugsweise als eine metallische Spiegelschicht ausgebildet. Eine metallische Spiegelschicht zeichnet sich durch eine Reflektivität aus, die weitgehend unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlung ist. Die Spiegelschicht weist zweckmäßigerweise für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung eine hohe Reflektivität, beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 60 %, auf. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component has a mirror layer. The mirror layer is preferably formed as a metallic mirror layer. A metallic mirror layer is characterized by a reflectivity which is largely independent of the angle of incidence of the radiation. The mirror layer expediently has a high reflectivity, for example a reflectivity of at least 60%, for the radiation to be generated and / or to be received during operation of the semiconductor component.
Beispielsweise enthält die Spiegelschicht Silber, Rhodium, Palladium, Nickel, Chrom oder Aluminium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien. Diese Materialien zeichnen sich insbesondere im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich durch eine hohe Reflektivität aus. Für den infraroten Spektralbereich eignet sich beispielsweise Gold.By way of example, the mirror layer contains silver, rhodium, palladium, nickel, chromium or aluminum or a metallic alloy with at least one of the materials mentioned. These materials are characterized in particular in the visible and ultraviolet spectral range by a high reflectivity. For the infrared spectral range, for example, gold is suitable.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Zwischenschicht auf. Die Zwischenschicht ist insbesondere zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht angeordnet. Insbesondere grenzt die Zwischenschicht an den Halbleiterkörper an. Weiterhin grenzt die Zwischenschicht an der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite an die Spiegelschicht an. Zwischen der Spiegelschicht und dem Halbleiterkörper ist also nur die Zwischenschicht angeordnet. Vorzugsweise ist die Zwischenschicht durchgängig zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht angeordnet. Das heißt, die Spiegelschicht grenzt an keiner Stelle direkt an den Halbleiterkörper an. Eine Strahlungsabsorption an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht kann so vermieden werden.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component has an intermediate layer. The intermediate layer is in particular at least partially disposed between the semiconductor body and the mirror layer. In particular, the intermediate layer adjoins the semiconductor body. Furthermore, the intermediate layer adjoins the mirror layer on the side facing away from the semiconductor body. Between the mirror layer and the semiconductor body so only the intermediate layer is arranged. Preferably, the intermediate layer is arranged continuously between the semiconductor body and the mirror layer. That is, the mirror layer does not directly adjoin the semiconductor body at any point. A radiation absorption at an interface between the semiconductor body and the mirror layer can thus be avoided.
Die Zwischenschicht ist beispielsweise auf einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise verläuft die Hauptfläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs. The intermediate layer is arranged, for example, on a main surface of the semiconductor body. For example, the main surface is parallel to a main extension plane of the active region.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements enthält die Zwischenschicht ein TCO-Material.In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the intermediate layer contains a TCO material.
TCO-Materialien sind transparente, leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO“), in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid (ZnO), Zinnoxid (SnO), 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. Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.TCO materials are transparent, conductive oxides ("TCO" for short), usually metal oxides such as zinc oxide (ZnO), tin oxide (SnO), cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO). In addition to binary metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or In 2 O 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 4 , CdSnO 3 , ZnSnO 3 , MgIn 2 O 4 , GaInO 3 , Zn 2 In 2 O 5 or In 4 Sn 3 O 12 or mixtures different transparent conductive oxides to the group of TCOs. Furthermore, the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 auf. Im Zweifel bezieht sich der Brechungsindex auf eine Peak-Wellenlänge der zu erzeugenden oder zu empfangenden Strahlung. Bevorzugt ist der Brechungsindex kleiner als oder gleich 1,60. Beispielsweise beträgt der Brechungsindex zwischen einschließlich 1,30 und einschließlich 1,60. In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the intermediate layer has a refractive index of at most 1.70 for the radiation to be generated and / or to be received during operation of the semiconductor component. In doubt, the refractive index refers to a peak wavelength of the radiation to be generated or received. Preferably, the refractive index is less than or equal to 1.60. For example, the refractive index is between 1.30 and 1.60 inclusive.
Je kleiner der Brechungsindex der Zwischenschicht ist, desto größer kann der Brechungsindex-Unterschied zwischen dem an die Zwischenschicht angrenzenden Material des Halbleiterkörpers und der Zwischenschicht sein. Je größer der Brechungsindex-Unterschied ist, desto kleiner ist der Grenzwinkel für Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Zwischenschicht. Strahlung, die in einem Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, der größer ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion, wird verlustfrei an der Zwischenschicht totalreflektiert. Für diesen Strahlungsanteil ist somit die Gefahr einer Strahlungsabsorption an der vom Halbleiterkörper aus gesehen der Zwischenschicht nachgeordneten Spiegelschicht vermieden. Strahlung, die in einem kleineren Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, tritt dagegen durch die Zwischenschicht hindurch und kann an der Spiegelschicht reflektiert werden.The smaller the refractive index of the intermediate layer, the greater the refractive index difference between the material of the semiconductor body adjacent to the intermediate layer and the intermediate layer. The larger the difference in refractive index, the smaller the critical angle for total reflection at the interface between the semiconductor body and the intermediate layer. Radiation incident on the major surface at an angle to the normal larger than the critical angle for total reflection is totally reflected lossless at the intermediate layer. For this proportion of radiation, the risk of radiation absorption at the mirror layer downstream of the intermediate layer, as seen from the semiconductor body, is thus avoided. Radiation incident on the major surface at a smaller angle to the normal, on the other hand, passes through the intermediate layer and may be reflected at the mirror layer.
In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Auf dem Halbleiterkörper ist zumindest bereichsweise eine Spiegelschicht angeordnet, wobei zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, die ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist.In at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component has a semiconductor body with an active region provided for generating and / or receiving radiation. At least in regions, a mirror layer is arranged on the semiconductor body, wherein an intermediate layer which contains a TCO material is arranged at least in regions between the semiconductor body and the mirror layer and has a refractive index of at most 1 for the radiation to be generated and / or received during operation of the semiconductor component , 70.
Mittels der Spiegelschicht in Verbindung mit der Zwischenschicht ist vereinfacht ein omnidirektionaler Spiegel realisiert, der sich durch besonders geringe Absorptionsverluste auszeichnet. Omnidirektional bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sowohl Strahlungsanteile mit einem kleinen Auftreffwinkel, beispielsweise von 10 Grad oder weniger zur Normalen, als auch mit einem großen Auftreffwinkel, beispielsweise von 45 Grad oder mehr, reflektiert werden. By means of the mirror layer in conjunction with the intermediate layer, an omnidirectional mirror is realized in a simplified manner, which is characterized by particularly low absorption losses. In this context, omnidirectional means, in particular, that both radiation components with a small incidence angle, for example of 10 degrees or less to the normal, and with a large incidence angle, for example of 45 degrees or more, are reflected.
Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Zwischenschicht können zudem im Betrieb des Halbleiterbauelements Ladungsträger durch die Zwischenschicht hindurch in den Halbleiterkörper injiziert oder im Fall eines Strahlungsempfängers durch die Zwischenschicht hindurch aus dem Halbleiterkörper abgeführt werden. Due to the electrical conductivity of the intermediate layer, charge carriers can also be injected into the semiconductor body through the intermediate layer during operation of the semiconductor component or, in the case of a radiation receiver, can be removed from the semiconductor body through the intermediate layer.
Das Ausbilden von Aussparungen in der Zwischenschicht für die elektrische Kontaktierung ist somit nicht erforderlich. The formation of recesses in the intermediate layer for electrical contacting is therefore not required.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht eine poröse Struktur auf. Die poröse Struktur ist insbesondere dafür vorgesehen, den Brechungsindex der Zwischenschicht zu verringern. Als Maß für die Porosität kann das Verhältnis zwischen dem Brechungsindex der Zwischenschicht und dem Brechungsindex des TCO-Materials der Zwischenschicht herangezogen werden. In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the intermediate layer has a porous structure. The porous structure is particularly intended to reduce the refractive index of the intermediate layer. As a measure of the porosity, the ratio between the refractive index of the intermediate layer and the refractive index of the TCO material of the intermediate layer can be used.
Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen einer Zwischenschicht mit einer porösen Struktur – entgegen dem üblichen Bestreben nach einem möglichst homogenen Schichtaufbau frei von Poren oder Einschlüssen – insgesamt verbesserte optoelektronische Eigenschaften des Halbleiterbauelements erzielt werden können. It has been found that by providing an intermediate layer with a porous structure-contrary to the usual desire for a homogeneous layer structure free of pores or inclusions-overall improved optoelectronic properties of the semiconductor device can be achieved.
Vorzugsweise weist der Brechungsindex der Zwischenschicht aufgrund der porösen Struktur höchstens 90 % des Brechungsindices des TCO-Materials auf. Mittels der porösen Struktur kann ein vergleichsweise niedriger Brechungsindex, insbesondere ein Brechungsindex von höchstens 1,70 auch mit einem Ausgangsmaterial für die Zwischenschicht erzielt werden, das ohne die poröse Struktur einen höheren Brechungsindex aufweisen würde. Preferably, the refractive index of the intermediate layer due to the porous structure at most 90% of the refractive index of the TCO material. By means of the porous structure, a comparatively low refractive index, in particular a refractive index of at most 1.70, can also be achieved with a starting material for the intermediate layer, which without the porous structure would have a higher refractive index.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht eine Mehrzahl von Zwischenräumen auf, die frei von TCO-Material sind. Die Zwischenräume sind vorzugsweise mit einem Gas, beispielsweise Luft gefüllt. Gase eignen sich aufgrund des besonders niedrigen Brechungsindices, beispielsweise eines Brechungsindices von 1 für Luft, besonders für die Zwischenräume. Der über die Zwischenräume und das TCO-Material der Zwischenschicht gemittelte Brechungsindex kann so besonders einfach reduziert werden.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer has a plurality of interspaces which are free of TCO material. The intermediate spaces are preferably filled with a gas, for example air. Gases are suitable because of the particularly low refractive indices, for example a refractive index of 1 for air, especially for the interstices. The refractive index averaged over the intermediate spaces and the TCO material of the intermediate layer can thus be reduced particularly easily.
Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Zwischenräume zumindest teilweise mit einem Material befüllt sind, das einen niedrigeren Brechungsindex als das TCO-Material aufweist.In principle, however, it is also conceivable that the intermediate spaces are at least partially filled with a material which has a lower refractive index than the TCO material.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die Zwischenräume zumindest teilweise als Poren ausgebildet, die vollständig von dem TCO-Material umschlossen sind. Die Poren können einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 µm aufweisen. In accordance with at least one embodiment of the semiconductor component, the intermediate spaces are formed at least partially as pores, which are completely enclosed by the TCO material. The pores may have an average diameter of between 1 nm and 5 μm inclusive.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bildet das TCO-Material säulenförmige Strukturelemente. Insbesondere sind die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen ausgebildet. Die säulenförmigen Strukturelemente sind beispielsweise in lateraler Richtung, also in einer entlang der Hauptfläche verlaufenden Richtung nebeneinander angeordnet. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the TCO material forms columnar structural elements. In particular, the spaces between the structural elements are formed. The columnar structural elements are arranged side by side, for example, in the lateral direction, that is to say in a direction running along the main surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das optoelektronische Halbleiterbauelement als ein Halbleiterchip ausgebildet. Insbesondere ist das optoelektronische Halbleiterbauelement als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet, der einen Träger aufweist, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist. Der Träger ist also Teil des Halbleiterchips. Die Spiegelschicht ist zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Halbleiterkörper in vertikaler Richtung zwischen einer dem Träger zugewandten Hauptfläche und einer vom Träger abgewandten Strahlungsdurchtrittsfläche. Im Falle eines Strahlungsemitters, beispielsweise eines Lumineszenzdiodenchips, etwa eines Leuchtdioden-Halbleiterchips, kann im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung besonders effizient an der Zwischenschicht und der Spiegelschicht reflektiert werden und durch die Strahlungsdurchtrittsfläche austreten. Im Falle eines Strahlungsempfängers, beispielsweise eines als Photodiode ausgeführten Halbleiterchips kann die durch die Strahlungsdurchtrittsfläche eintretende Strahlung, die bei einem ersten Durchgang durch den aktiven Bereich noch nicht absorbiert wird, an der Zwischenschicht und der Spiegelschicht reflektiert werden und nachfolgend vom aktiven Bereich absorbiert werden.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic semiconductor component is designed as a semiconductor chip. In particular, the optoelectronic semiconductor component is designed as a thin-film semiconductor chip which has a carrier to which the semiconductor body is attached. The carrier is thus part of the semiconductor chip. The mirror layer is arranged between the semiconductor body and the carrier. Expediently, the semiconductor body extends in the vertical direction between a main surface facing the carrier and a radiation passage surface facing away from the carrier. In the case of a radiation emitter, for example a luminescence diode chip, for example a light-emitting diode semiconductor chip, radiation generated in the active region and emitted in the direction of the carrier can be reflected particularly efficiently at the intermediate layer and the mirror layer and exit through the radiation passage area. In the case of a radiation receiver, for example a semiconductor chip embodied as a photodiode, the radiation entering through the radiation passage area, which is not yet absorbed in a first passage through the active region, can be reflected at the intermediate layer and the mirror layer and subsequently absorbed by the active region.
Die beschriebene Zwischenschicht eignet sich jedoch grundsätzlich für alle Arten von Halbleiterbauelementen, bei denen für eine auf den Halbleiterkörper aufgebrachte Schicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig ein geringer Brechungsindex gewünscht ist.However, the intermediate layer described is basically suitable for all types of semiconductor components in which a high electrical conductivity and at the same time a low refractive index is desired for a layer applied to the semiconductor body.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist.In a method for producing an optoelectronic semiconductor component, according to at least one embodiment, a semiconductor body is provided, which has an active region provided for generating and / or receiving radiation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht auf den Halbleiterkörper aufgebracht, wobei die Zwischenschicht ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist. In accordance with at least one embodiment of the method, an intermediate layer is applied to the semiconductor body at least in regions, wherein the intermediate layer contains a TCO material and has a refractive index of at most 1.70 for the radiation to be generated and / or to be received during operation of the semiconductor component.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf der Zwischenschicht eine Spiegelschicht aufgebracht, beispielsweise mittels Sputterns oder Aufdampfens. Insbesondere ist die Zwischenschicht beim Aufbringen der Spiegelschicht in lateraler Richtung völlig unstrukturiert.In accordance with at least one embodiment of the method, a mirror layer is applied to the intermediate layer, for example by sputtering or vapor deposition. In particular, the intermediate layer during application of the mirror layer in the lateral direction is completely unstructured.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zwischenschicht derart aufgebracht, dass sie eine poröse Struktur aufweist. Anstatt der Abscheidung einer möglichst homogenen Struktur wird also gezielt eine Zwischenschicht mit einer porösen Struktur vorgesehen.In accordance with at least one embodiment of the method, the intermediate layer is applied in such a way that it has a porous structure. Instead of depositing a structure that is as homogeneous as possible, an intermediate layer with a porous structure is thus deliberately provided.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Material für die Zwischenschicht in einer Lösung auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Durch das Verdunsten eines Lösungsmittels während einer Pyrolyse wird eine poröse Struktur der Zwischenschicht gebildet. Zwischenräume in Form von Poren in der Zwischenschicht können so auf einfache Weise hergestellt werden.In accordance with at least one embodiment of the method, a material for the intermediate layer is applied in a solution to the semiconductor body. The evaporation of a solvent during pyrolysis forms a porous structure of the intermediate layer. Interstices in the form of pores in the intermediate layer can thus be produced in a simple manner.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Material für die Zwischenschicht mittels Tauchbeschichtens (Dip Coating) oder Rotationsbeschichtens (Spin Coating) aufgebracht. According to at least one embodiment of the method, a material for the intermediate layer is applied by means of dip coating or spin coating.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zwischenschicht auf dem Halbleiterkörper abgeschieden, beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert. Insbesondere erfolgt die Abscheidung in einem Winkel von höchstens 45 Grad, bevorzugt von höchstens 25 Grad, zu einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers, auf der die Zwischenschicht abgeschieden wird.In accordance with at least one embodiment of the method, the intermediate layer is deposited on the semiconductor body, for example vapor-deposited or sputtered on. In particular, the deposition takes place at an angle of at most 45 degrees, preferably of at most 25 degrees, to a main surface of the semiconductor body on which the intermediate layer is deposited.
Es hat sich gezeigt, dass bei einer Abscheidung unter einem derart flachen Winkel Abschattungseffekte dazu führen, dass säulenartige Strukturelemente ausgebildet werden, wobei zwischen den säulenartigen Strukturelementen Zwischenräume entstehen. Eine Haupterstreckungsrichtung der säulenartigen Strukturelemente kann schräg oder senkrecht zur Hauptfläche des Halbleiterkörpers stehen.It has been found that, when deposited at such a shallow angle, shadowing effects result in the formation of columnar structural elements, with gaps being created between the columnar structural elements. A main extension direction of the columnar structure elements may be inclined or perpendicular to the main surface of the semiconductor body.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement angeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt. The method described is particularly suitable for producing an optoelectronic semiconductor component described above. In connection with the semiconductor device cited features can therefore also be used for the procedure and vice versa.
Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren.Further embodiments, developments and expediencies will become apparent from the description of the embodiments in conjunction with the figures.
Es zeigen: Show it:
die
die
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen. The same, similar or equivalent elements are provided in the figures with the same reference numerals.
Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.The figures are each schematic representations and therefore not necessarily to scale. Rather, comparatively small elements and in particular layer thicknesses may be exaggerated for clarity.
In
Das Halbleiterbauelement
Der Halbleiterkörper
Auf der der Strahlungsdurchtrittsfläche
Auf der Hauptfläche
Die Zwischenschicht
Beispielsweise wurde durch eine poröse Schicht aus mit Aluminium dotierten Zinkoxid ein Brechungsindex von 1,57 bei einer Vakuum-Wellenlänge von 450 nm realisiert. Der Brechungsindex einer homogenen Schicht aus diesem Material hätte dagegen einen Brechungsindex von über 1,75.For example, a refractive index of 1.57 was realized at a vacuum wavelength of 450 nm through a porous layer of aluminum-doped zinc oxide. On the other hand, the refractive index of a homogeneous layer of this material would have a refractive index greater than 1.75.
Auf der dem Halbleiterkörper
Für einen Halbleiterkörper auf der Basis von Galliumnitrid zur Erzeugung von Strahlung im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich eignet sich beispielsweise eine Spiegelschicht, die Silber enthält oder aus Silber besteht. Alternativ kann die Spiegelschicht aber auch eines der vorstehend genannten Materialien aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen. For a gallium nitride-based semiconductor body for generating radiation in the visible or ultraviolet spectral range, for example, a mirror layer containing silver or made of silver is suitable. Alternatively, however, the mirror layer may also comprise or consist of one of the aforementioned materials.
Aufgrund des vergleichsweise kleinen Brechungsindices der Zwischenschicht
Strahlung, die unter einem Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, der kleiner ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion, tritt dagegen durch die Zwischenschicht
Gleichzeitig ist die Zwischenschicht
Insbesondere kann die Zwischenschicht
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt
Bei einem Halbleiterchip in Flip-Chip-Geometrie, bei dem das Aufwachssubstrat zumindest zum Teil im Halbleiterchip verbleibt, können die Spiegelschicht und die Zwischenschicht auf der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein.In the case of a semiconductor chip in flip-chip geometry, in which the growth substrate remains at least partially in the semiconductor chip, the mirror layer and the intermediate layer can be arranged on the side of the semiconductor body facing away from the growth substrate.
In den
Bei dem in
Bei dem in
Mittels der porösen Struktur ist also auch bei Verwendung eines TCO-Materials mit einem Brechungsindex von 1,8 oder mehr eine Zwischenschicht mit einem Brechungsindex von 1,7 oder weniger erzielbar. Thus, even with the use of a TCO material having a refractive index of 1.8 or more, an intermediate layer having a refractive index of 1.7 or less can be obtained by the porous structure.
Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist in den
Wie in
Auf die vom Aufwachssubstrat
Beispielsweise kann ein Material für die Zwischenschicht in einer Lösung auf den Halbleiterkörper
In einem Pyrolyse-Schritt kann aus diesem Material eine TCO-Schicht ausgebildet werden. Hierbei wird die Pyrolyse gezielt so durchgeführt, dass durch das Verdunsten des Lösungsmittels eine poröse Struktur in der Zwischenschicht
Dadurch ergibt sich eine Porenstruktur, wie sie in
Alternativ kann das Aufbringen der Zwischenschicht mittels eines CVD(chemical vapor deposition)- oder eines PVD(physical vapor deposition)-Abscheideverfahrens, beispielsweise Aufdampfens oder Aufsputterns, erfolgen. Hierbei wird die Abscheidung in einem flachen Winkel, insbesondere in einem Winkel von höchstens 45 Grad, bevorzugt von höchstens 30° zur Hauptfläche des Halbleiterkörpers, durchgeführt. Durch einen derart flachen Winkel bewirken Abschattungseffekte eine Ausbildung von säulenförmigen Strukturelementen
Nachfolgend wird auf der Zwischenschicht
Nachfolgend wird der Halbleiterkörper
Für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements werden ein erster Kontakt
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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist. The invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, which in particular includes any combination of features in the patent claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the patent claims or the exemplary embodiments.
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DE201210111573 DE102012111573A1 (en) | 2012-11-29 | 2012-11-29 | Optoelectronic semiconductor device e.g. LED, has an intermediate layer made of transparent conducting oxide (TCO) material and which produces/receives a radiation having predetermined refractive index, during the operation of device |
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DE102012111573A1 true DE102012111573A1 (en) | 2014-03-13 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017050392A (en) * | 2015-09-01 | 2017-03-09 | ローム株式会社 | Semiconductor light-emitting element |
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2012
- 2012-11-29 DE DE201210111573 patent/DE102012111573A1/en not_active Withdrawn
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