DE102015109786A1 - Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie optoelektronisches Halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie optoelektronisches Halbleiterbauelement Download PDF

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben, aufweisend die folgenden Schritte: – Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1), aufweisend eine lichtemittierende und/oder -absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungseben der Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (1a), – Aufbringen eines Schichtenstapels (2) auf die Deckfläche (1a), wobei der Schichtenstapel (2) eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (2a) in der Stapelrichtung (z) nachgeordnete Zwischenfläche (2a) umfasst, – Aufbringen einer Kontaktschicht (3), die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche (2a), wobei – der Schichtenstapel (2) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.

Description

  • Die Druckschrift US 2011/0284893 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie ein optoelektronisches Halbleiterbauelement.
  • Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer verbesserten elektrischen Kontaktierung anzugeben. Ferner soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer verbesserten elektrischen Kontaktierung angegeben werden.
  • Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann dazu eingerichtet sein, im Betrieb Licht zu emittieren und/oder zu absorbieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode, eine Fotodiode und/oder eine Halbleiterlaserdiode.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der sie sich in lateralen Richtungen erstreckt. Senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft eine Stapelrichtung der Halbleiterschichtenfolge. Entlang der Stapelrichtung weist die Halbleiterschichtenfolge eine Dicke auf, die klein ist gegen die maximale Erstreckung der Halbleiterschichtenfolge in den lateralen Richtungen. Eine Hauptebene der Halbleiterschichtenfolge bildet eine Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge.
  • Die Halbleiterschichtenfolge kann epitaktisch, insbesondere mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE), auf einen Aufwachsträger aufgewachsen sein. Hierbei ist es möglich, dass der Aufwachsträger in einem dem Aufwachsen nachfolgenden Verfahrensschritt von der Halbleiterschichtenfolge wieder entfernt wird. Die Halbleiterschichtenfolge kann eine Vielzahl von Halbleiterschichten enthalten, die in der Stapelrichtung übereinander angeordnet sind. Jede der Halbleiterschichten kann sich entlang der Haupterstreckungsebene erstrecken. Die Halbleiterschichten können mit einem Halbleitermaterial gebildet sein. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren.
  • „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend“ kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolgen oder zumindest eine Halbleiterschicht davon, bevorzugt jede Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge, ein Nitrid-III/V-Verbindungshalbleitermaterial, vorzugsweise AlyInxGa1-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 AlyInxGa1-x-yN-Materials im Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al, Ga, In, N), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine lichtemittierende und/oder lichtabsorbierende aktive Zone. Die Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge ist der aktiven Zone in der Stapelrichtung nachgeordnet. Insbesondere emittiert beziehungsweise absorbiert die aktive Zone Licht im sichtbaren und/oder ultravioletten Bereich des elektromagnetischen Spektrums. Das emittierte Licht kann eine Wellenlänge, insbesondere eine Peak-Wellenlänge, von wenigstens 200 nm und höchstens 540 nm, bevorzugt wenigstens 400 nm und höchstens 500 nm und besonders bevorzugt wenigstens 430 nm und höchstens 470 nm, aufweisen.
  • Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine erste Halbleiterschicht, die aktive Zone, eine zweite Halbleiterschicht und eine hochdotierte Halbleiterschicht. Die hochdotierte Halbleiterschicht kann beispielsweise p-dotiert sein. Die aktive Zone kann zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sein. Dabei kann die aktive Zone zum Beispiel als eine Schicht oder eine Schichtenfolge vorliegen und mit einem Halbleitermaterial gebildet sein. Ferner kann die hochdotierte Halbleiterschicht in Stapelrichtung auf der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, dass die zweite Halbleiterschicht und die hochdotierte Halbleiterschicht in direktem Kontakt zueinander stehen und insbesondere elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Eine Außenfläche der hochdotieren Halbleiterschicht kann die Deckfläche bilden.
  • Die hochdotierte Halbleiterschicht kann insbesondere mit Magnesium dotiert sein. Die Dotierstoff-Konzentration von Magnesium in der hochdotierten Halbleiterschicht kann wenigstens 5·1019/cm3, bevorzugt wenigstens 1,0·1020/cm3 und besonders bevorzugt wenigstens 1,2·1020/cm3, und höchstens 9·1020/cm3, bevorzugt höchstens 5·1020/cm3 und besonders bevorzugt höchstens 2·1020/cm3, betragen. Die hochdotierte Halbleiterschicht kann beispielsweise mit einem sauerstoffhaltigen Gas aktiviert werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schichtenstapel auf die Deckfläche aufgebracht. Der Schichtenstapel kann beispielsweise mittels epitaktischen Abscheidens und/oder Sputterns auf die Deckfläche aufgebracht werden. Der Schichtenstapel kann mehrere Schichten aufweisen, die in Stapelrichtung übereinander angeordnet sind und sich jeweils entlang der Haupterstreckungsebene erstrecken können.
  • Der Schichtenstapel weist eine Oxidschicht auf, die Indium enthält. Insbesondere kann die Oxidschicht Indiumoxid, bevorzugt In2O3, enthalten oder im Rahmen der Herstellungstoleranzen daraus bestehen. Dass eine Schicht „im Rahmen der Herstellungstoleranzen“ aus einem Material besteht bedeutet hierbei und im Folgenden, dass herstellungsbedingte Unreinheiten eines weiteren Materials in der besagten Schicht enthalten sein können.
  • Der Schichtenstapel weist ferner eine Zwischenfläche auf, die der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordnet ist. Bei der Zwischenfläche kann es sich um eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Außenfläche des Schichtenstapels handeln. Insbesondere kann die Zwischenfläche durch eine Außenfläche der Oxidschicht gebildet sein.
  • Der Schichtenstapel und insbesondere die Oxidschicht können lichtdurchlässig ausgebildet sein. Eine Schicht beziehungsweise ein Schichtenstapel ist hierbei und im Folgenden „lichtdurchlässig“ ausgebildet, wenn besagte Schicht beziehungsweise besagter Schichtenstapel für das im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements von der aktiven Zone emittierte beziehungsweise absorbierte Licht einen Transmissionskoeffizienten von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 90 % und besonders bevorzugt wenigstens 95 %, aufweist.
  • Es ist ferner möglich, dass der Schichtenstapel elektrisch leitend ausgebildet ist. Insbesondere kann der Schichtenstapel elektrisch leitend mit der Halbleiterschichtenfolge verbunden sein. Beispielsweise steht der Schichtenstapel mit der hochdotierten Halbleiterschicht in direktem elektrischen Kontakt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Zwischenfläche eine Kontaktschicht aufgebracht. Die Kontaktschicht ist mit Indiumzinnoxid (ITO) gebildet. Insbesondere kann die Kontaktschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen aus Indiumzinnoxid bestehen. Beispielsweise ist die Kontaktschicht mit InaSn1-aO, mit 0,75 ≤ a ≤ 0,99, bevorzugt a ≤ 0,98, gebildet.
  • Das Aufbringen der Kontaktschicht kann insbesondere unter Verwendung einer plasmafreien Abscheidemethode, wie beispielsweise MOVPE, erfolgen. Hierdurch kann sich eine monokristallin ausgebildete Kontaktschicht ergeben, die frei von Korngrenzen sein können. Im Gegensatz hierzu ist es möglich, dass eine beispielsweise mittels Sputtern aufgebrachte Kontaktschicht stets Korngrenzen aufweist.
  • Die Kontaktschicht kann lichtdurchlässig ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine dem Schichtenstapel abgewandte Außenfläche der Kontaktschicht eine Lichtdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Durch die Lichtdurchtrittsfläche kann Licht aus dem optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgekoppelt beziehungsweise in dieses eingekoppelt werden.
  • Insbesondere ist die Kontaktschicht elektrisch leitend ausgebildet. Die Kontaktschicht kann der elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge dienen. Insbesondere kann die Kontaktschicht anhand des Schichtenstapels mit der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn. Dass eine Schicht beziehungsweise ein Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von einem Element und/oder einem Material ist, kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass lediglich Spuren des besagten Elements und/oder Materials aufgrund von herstellungsbedingten Verunreinigungen in der Schicht beziehungsweise in dem Schichtenstapel vorhanden sind. Eine Diffusion des Elements und/oder des Materials aus benachbarten Schichten in die Schicht beziehungsweise in den Schichtenstapel ist hierbei ebenfalls als herstellungsbedingte Verunreinigung anzusehen. Der Schichtenstapel enthält somit im Rahmen der Herstellungstoleranzen kein Zinn, insbesondere kein Indiumzinnoxid. Insbesondere kann die Anzahl der Zinn-Atome in dem Schichtenstapel höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % und besonders bevorzugt höchstens 0,1 %, der Anzahl der Indium-Atome in dem Schichtenstapel betragen oder Zinn ist im Schichtenstapel nicht nachweisbar.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge, aufweisend eine lichtemittierende und/oder lichtabsorbierende aktive Zone und eine der aktiven Zone in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden Stapelrichtung nachgeordnete Deckfläche,
    • – Aufbringen eines Schichtenstapels auf die Deckfläche, wobei der Schichtenstapel eine Oxidschicht, die Indium enthält, und eine der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordnete Zwischenfläche umfasst,
    • – Aufbringen einer Kontaktschicht, die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche, wobei
    • – der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
  • Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
  • Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements soll ein direktes Aufbringen der Kontaktschicht auf die Halbleiterschichtenfolge vermieden werden um die elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge zu verbessern. Hierfür wird zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Kontaktschicht der Schichtenstapel angeordnet. Mit dem Schichtenstapel kann ein direktes Angrenzen der Kontaktschicht an die Halbleiterschichtenfolge vermieden werden und insbesondere die Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge bereits vor dem Abscheiden der Kontaktschicht geschützt werden.
  • Bei einem alternativen Halbleiterbauelement, bei dem die Kontaktschicht, beispielsweise mittels Sputtern, direkt auf die Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird und somit kein Schichtenstapel vorhanden ist, kann es in einem alternativen Grenzbereich zwischen der Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge zu Rissen, Verunreinigungen und/oder Defekten in der Halbleiterschichtenfolge und/oder in der Kontaktschicht kommen. Hierdurch kann der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge bei dem alternativen Halbleiterbauelement verschlechtert werden und dadurch insbesondere der Spannungsabfall an dem alternativen Grenzbereich erhöht sein.
  • Durch das Einbringen des Schichtenstapels wird der Spannungsabfall an dem Halbleiterbauelement im Vergleich zu dem alternativen Halbleiterbauelement um bis zu 100 mV reduziert. Hierbei hat sich überraschenderweise gezeigt, dass aufgrund des Schichtenstapels die Materialqualität, beispielsweise die Qualität der Kristallstruktur und/oder die Unversehrtheit, in einem ersten Grenzbereich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Schichtenstapel und/oder in einem zweiten Grenzbereich zwischen dem Schichtenstapel und der Kontaktschicht verbessert werden kann. Insbesondere die Oxidschicht, die Indium enthält, kann hierbei zur Verbesserung der Kristallqualität und/oder zum Schutz der Kristallstruktur der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge beitragen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Aufbringen der Oxidschicht zunächst eine Nitridschicht, die Indium enthält, bereitgestellt. Das Bereitstellen der Nitridschicht kann durch ein Wachstumsverfahren, wie beispielsweise MOVPE, Molekularstrahlexpitaxie (MBE) oder Sputtern bereitgestellt werden.
  • Die Nitridschicht kann insbesondere mit Indiumnitrid, bevorzugt InN, gebildet sein oder daraus bestehen. Die Nitridschicht kann lichtundurchlässig ausgebildet sein. Eine Schicht ist hierbei und im Folgenden „lichtundurchlässig“ ausgebildet, wenn die Schicht für das im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements von der aktiven Zone emittierte beziehungsweise absorbierte Licht einen Transmissionskoeffizienten von höchstens 60 %, bevorzugt höchstens 50 % und besonders bevorzugt höchstens 40 % aufweist. Insbesondere kann eine lichtundurchlässige Schicht eine Energiebandlücke, deren Größe unterhalb der Energie eines Photons des von der aktiven Zone emittierten und/oder absorbierten Lichts liegt. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht zu der Oxidschicht in einem Oxidationsschritt. Der Oxidationsschritt kann in einem dem Abscheiden der Nitridschicht nachfolgenden Verfahrensschritt erfolgen. Beispielsweise kann der Oxidationsschritt direkt nach dem Abscheiden durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Oxidationsschritt bereits während des Abscheidens durchgeführt wird.
  • Für die Oxidation kann ein sauerstoffhaltiges Gas in eine Reaktionskammer, in der zumindest der Oxidationsschritt durchgeführt wird, eingelassen werden. Bei der Oxidation der Nitridschicht wird der in der Nitridschicht enthaltene Stickstoff durch Sauerstoff ersetzt.
  • Nach dem Oxidationsschritt kann der Schichtenstapel lediglich bereichsweise Stickstoff enthalten. Alternativ oder zusätzlich kann der Schichtenstapel nach der Oxidation lichtdurchlässig ausgebildet sein. Es ist ferner möglich, dass die Nitridschicht in dem Oxidationsschritt vollständig zu der Oxidschicht oxidiert werden. Insbesondere kann die Oxidschicht nach dem Oxidationsschritt im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Stickstoff sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufbringen der Oxidschicht die folgenden Schritte:
    • – Bereitstellen einer Nitridschicht, die Indium enthält und
    • – zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht zu der Oxidschicht in einem Oxidationsschritt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der Nitridschicht mittels epitaktischen Abscheidens. Insbesondere kann die Nitridschicht epitaktisch auf in vorangegangenen Verfahrensschritten bereitgestellte Schichten des herzustellenden Halbleiterbauelements aufgewachsen werden.
  • Im Gegensatz zu einem direkten Abscheiden der Oxidschicht ist zum Abscheiden der Nitridschicht die Bereitstellung von Sauerstoff nicht nötig. Der zur Oxidation benötigte Sauerstoff kann lediglich in dem Oxidationsschritt bereitgestellt werden. Dies kann auch außerhalb einer Kammer für das epitaktische Aufwachsen erfolgen. Der Oxidationsschritt kann insbesondere aufgrund einer möglichen Lichtundurchlässigkeit der Nitridschicht erforderlich sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Oxidationsschritt nach dem Aufbringen der Kontaktschicht durchgeführt. Es wird somit zunächst die Kontaktschicht auf die Zwischenfläche des Schichtenstapels abgeschieden und anschließend der Oxidationsschritt durchgeführt. Die Oxidation der Nitridschicht erfolgt dann durch die Kontaktschicht hindurch. Hierbei ist es möglich, dass die Kontaktschicht ebenfalls teilweise oxidiert wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest der Oxidationsschritt in einer Reaktionskammer durchgeführt. Es ist möglich, dass weitere Verfahrensschritte in der Reaktionskammer durchgeführt werden. Bei der Reaktionskammer kann es sich insbesondere um die für das epitaktische Abscheiden mittels MOVPE verwendete Kammer handeln.
  • Während des Oxidationsschritts beträgt eine Reaktionstemperatur in der Reaktionskammer wenigstens 460 °C, bevorzugt wenigstens 480 °C und besonders bevorzugt wenigstens 500 °C. Ferner beträgt die Reaktionstemperatur höchstens 720 °C, bevorzugt höchstens 700 °C und besonders bevorzugt höchstens 650 °C. Die Nitridschicht wird somit getempert. Es ist ferner möglich, dass während des Oxidationsschritts sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, in die Reaktionskammer eingeleitet wird. Durch das Bereitstellen von Sauerstoff und das gleichzeitige Einstellen der Reaktionstemperatur wird die Oxidation der Nitridschicht ermöglicht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Oxidschicht mittels epitaktischen Abscheidens von Indiumoxid. Insbesondere wird die Oxidschicht epitaktisch, beispielsweise mittels MOVPE, auf in vorangegangenen Verfahrensschritten bereitgestellte Schichten des herzustellenden Halbleiterbauelements aufgewachsen. Hierbei ist es insbesondere möglich, dass das Verfahren keinen separaten Oxidationsschritt für die Oxidation einer Nitridschicht umfasst.
  • Beispielsweise kann zunächst die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf den Aufwachsträger aufgewachsen werden. Beispielsweise ist die Halbleiterschichtenfolge mit InnGa1-nN gebildet. Durch eine allmähliche Reduktion des Galliums und/oder des Stickstoffs und einer Erhöhung des Sauerstoffanteils in der Reaktionskammer kann zu dem epitaktischen Aufwachsen von Indiumoxid oder gegebenenfalls Indiumnitrid gewechselt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen. Ferner kann das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgen. Es ist zudem möglich, dass der gesamte Schichtenstapel unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen epitaktisch abgeschieden wird.
  • Ein dreidimensionales Wachstums kann mit dem Volmer-Weber-Wachstumsmodell oder mit dem Stranski-Krastanov-Wachstumsmodell beschrieben werden. Für ein dreidimensionales Wachstum sind insbesondere spezielle Wachstumsbedingungen, wie beispielsweise eine Reduktion der Reaktortemperatur, die Erhöhung des Reaktordrucks und/oder die Reduktion des V/III-Verhältnisses, erforderlich. Bei einem dreidimensionalen Wachstum kann die Wachstumsrate entlang der Stapelrichtung im Vergleich zu der Wachstumsrate entlang zumindest einer der lateralen Richtungen erhöht sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Nitridschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln auf. Es ist alternativ möglich, dass das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht mehrlagige, untereinander nicht verbundene Inseln aufweist. Insbesondere sind die Inseln in lateralen Richtungen nicht miteinander verbunden. Mit anderen Worten, die Nitridschicht und/oder die Oxidschicht ist nicht zusammenhängend ausgebildet. Insbesondere kann die Zwischenfläche unzusammenhängend ausgebildet sein. Beispielsweise weisen die Inseln einen trapezförmigen und/oder dreieckigen Querschnitt entlang der Stapelrichtung auf. Die Inseln können pyramidenartig und/oder pyramidenstumpfartig ausgebildet sein. „Mehrlagig“ bedeutet hierbei und im Folgenden, dass die Inseln mehrere, übereinander gewachsene Monolagen enthalten. Unter einer „Monolage“ ist hierbei und im Folgenden eine durchgängige Schicht von Atomen bzw. Molekülen zu verstehen, wobei die Schichthöhe nur ein Atom bzw. Molekül beträgt. Insbesondere liegen in einer Monolage keine gleichen Atome bzw. Moleküle übereinander.
  • Durch das epitaktische Abscheiden unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen kann sich insbesondere eine unvollständige Überdeckung der Deckfläche durch die Nitridschicht und damit durch die Oxidschicht ergeben. Mit anderen Worten, die Deckfläche ist in den Bereichen zwischen den Inseln der Oxidschicht frei von der Nitridschicht. Beispielsweise können die Oxidschicht oder gegebenenfalls die Nitridschicht direkt auf der Deckfläche aufgewachsen werden. In diesem Fall kann die Deckfläche direkt nach dem Aufwachsen der Oxidschicht oder der Nitridschicht in den Bereichen zwischen den Inseln der Oxidschicht beziehungsweise der Nitridschicht frei zugänglich sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen derart, dass die Nitridschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln aufweist.
  • Es ist ferner möglich, dass das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen. Insbesondere erfolgt das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht oder der Nitridschicht unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen. Es ist zudem möglich, dass der gesamte Schichtenstapel unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen epitaktisch abgeschieden wird.
  • Bei einem zweidimensionalen Wachstum werden die Atomlagen der Oxidschicht Monolage für Monolage aufgewachsen. Beispielsweise umfasst die zweidimensional aufgewachsene Oxidschicht und/oder die Nitridschicht in Stapelrichtung wenigstens eine und höchstens drei, bevorzugt höchstens zwei, Monolagen. Ein zweidimensionales Wachstum kann beispielsweise mit einem Frank-van-der-Merve-Wachstumsmodell oder mit dem Stranski-Krastanov-Wachstumsmodell beschrieben werden. Bei einem zweidimensionalen Wachstum kann die Wachstumsrate entlang zumindest einer der lateralen Richtungen höher oder genauso hoch wie die Wachstumsrate entlang der Stapelrichtung sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Oxidschicht zusammenhängend ausgebildet. Mit anderen Worten, die Oxidschicht ist einstückig ausgebildet. Insbesondere kann die Zwischenfläche einfach zusammenhängend ausgebildet sein. Insbesondere kann die Oxidschicht die Deckfläche vollständig überdecken. Mit anderen Worten, nach dem Abscheiden der Nitridschicht oder der Oxidschicht ist die Deckfläche nicht mehr frei zugänglich. Ferner ist es möglich, dass der gesamte Schichtenstapel zusammenhängend ausgebildet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen derart, dass die Oxidschicht zusammenhängend ausgebildet ist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schichtenstapel eine erste Zwischenschicht. Die erste Zwischenschicht ist mit Indiumgalliumoxid, bevorzugt InGaO3, gebildet. Die erste Zwischenschicht kann im Rahmen der Herstellungstoleranzen aus Indiumgalliumoxid bestehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Aufbringen der ersten Zwischenschicht zunächst eine Nitridzwischenschicht, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist, epitaktisch abgeschieden. Beispielsweise kann die Nitridzwischenschicht epitaktisch direkt auf die Deckfläche abgeschieden werden. Insbesondere erfolgt das Abscheiden der Nitridzwischenschicht vor dem Abscheiden der Nitridschicht. Die Nitridzwischenschicht kann somit in Stapelrichtung vor der Nitridschicht angeordnet sein. Anschließend erfolgt eine zumindest teilweise Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht in dem Oxidationsschritt. Insbesondere erfolgt die Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht in demselben Verfahrensschritt wie die Oxidation der Nitridschicht zu der Oxidschicht. Nach dem Oxidationsschritt ist die erste Zwischenschicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Oxidschicht angeordnet. Insbesondere kann die erste Zwischenschicht direkt an die Oxidschicht angrenzen.
  • Alternativ kann die erste Zwischenschicht mittels epitaktischen Abscheidens von Indiumgalliumoxid, insbesondere auf die Deckfläche, bereitgestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Kontaktschicht auf die Zwischenfläche unter Wachstumsbedingungen, bei denen sich im Fall eines direkten Aufbringens auf die Deckfläche eine (100)-Orientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht ergeben würde und wobei die Kristallstruktur der Kontaktschicht eine (111)-Kristallorientierung aufweist. Die Zahlen in den Klammern geben hierbei die Miller-Indizes der Gitterebene, welche der Deckfläche am nächsten ist, an. Bei einer (100)-Kristallorientierung liegen die Außenflächen des Kristalls parallel zu einer der Würfelflächen der Elementarzelle. Bei einer (111)-Kristallorientierung liegen die Außenflächen des Kristalls diagonal zu seinen Elementarzellen. Hierbei wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich trotz der Wahl für Wachstumsbedingungen für eine (100)-Kristallorientierung eine (111)-Kristallorientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht ausbildet. Eine solche (111)-Kristallorientierung zeichnet sich beispielsweise durch einen besonders guten elektrischen Kontakt zu den darunterliegenden Schichten aus.
  • Bei einem alternativen Halbleiterbauelement, bei dem die Kontaktschicht direkt auf die Deckfläche aufgebracht wird, werden Wachstumsbedingungen für (100)-Kristallorientierung der Kontaktschicht gewählt, da sich hierbei eine bessere Verbindung und/oder eine bessere Kristallqualität des Grenzbereichs zwischen der Kontaktschicht und der Deckfläche ergeben.
  • Es wird ferner ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist vorzugsweise mittels eines der hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Das heißt, sämtliche für das Verfahren offenbarte Merkmale sind auch für das Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses eine Halbleiterschichtenfolge mit einer lichtemittierenden und/oder lichtabsorbierenden aktiven Zone und mit einer Deckfläche, die der aktiven Zone in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge verlaufenden Stapelrichtung nachgeordnet ist. Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen auf der Deckfläche aufgebrachten Schichtenstapel mit einer Oxidschicht, die Indium enthält, und einer der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordneten Zwischenfläche. Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst zudem eine auf der Zwischenfläche aufgebrachte Kontaktschicht, die mit Indiumzinnoxid gebildet ist. Der Schichtenstapel ist im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn.
  • Dass der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist, kann beispielsweise mittels einer EDX-Analyse (EDX = Energiedispersive Röntgenspektroskopie) am fertiggestellten Halbleiterbauelement überprüft werden. Mittels einer EDX-Analyse kann insbesondere die Elementzusammensetzung der einzelnen Schichten des optoelektronischen Halbleiterbauelements untersucht werden. Insbesondere kann mit einer EDX-Analyse eine EDX-Spektrum der chemischen Elemente in dem Halbleiterbauelement als Funktion der Position der untersuchten Schicht entlang der Stapelrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise steigt ausgehend von der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge in Stapelrichtung zunächst der Sauerstoff-Anteil in dem EDX-Spektrum an. Ab der Zwischenfläche kann beispielsweise der Zinn-Anteil des EDX-Spektrums ansteigen.
  • Beispielsweise kann die Oxidschicht durch eine zumindest teilweise Oxidation einer Nitridschicht hergestellt worden sein. Eine solche Oxidation ist beispielsweise durch ein Vorhandensein von Stickstoff in der Oxidschicht nachweisbar. Es ist alternativ möglich, dass die Oxidschicht durch epitaktisches Abscheiden von Indiumoxid hergestellt worden ist. Bei einem epitaktischen Abscheiden der Oxidschicht ergibt sich eine kontinuierliche Änderung der Kristallstruktur und/oder der chemischen Zusammensetzung der einzelnen Schichten in Stapelrichtung, insbesondere über mehrere Monolagen hinweg. Zwischen den nacheinander aufgewachsenen einzelnen Schichten, insbesondere zwischen der gegebenenfalls vorhandenen ersten Zwischenschicht und der Oxidschicht, bildet sich ein Übergangsbereich aus, in dem sich die Zusammensetzung des Kristalls ändert. Der Übergangsbereich kann in der Stapelrichtung eine Dicke von ein bis zwei Monolagen aufweisen. Anhand des Vorhandenseins eines solchen Übergangsbereichs kann die Verwendung einer epitaktischen Abscheidemethode an dem fertiggestellten Halbleiterbauelement nachgewiesen werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oxidschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Gallium. Mit anderen Worten, die Oxidschicht besteht nicht aus Indiumgalliumoxid. Hierbei können herstellungsbedingte Unreinheiten von Gallium in der Oxidschicht vorhanden sein. Beispielsweise beträgt die Anzahl der Gallium-Atome in der Oxidschicht höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % und besonders bevorzugt höchstens 0,1 %, der Anzahl der Indium-Atome in der Oxidschicht. Dass die Oxidschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Gallium ist, kann ebenfalls mit einer EDX-Analyse nachgewiesen werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Schichtenstapel eine erste Zwischenschicht auf, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist. Die erste Zwischenschicht ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Oxidschicht angeordnet. Die erste Zwischenschicht grenzt direkt an die Oxidschicht an. Ferner kann die erste Zwischenschicht direkt an die Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge angrenzen. Alternativ kann zwischen der ersten Zwischenschicht und der Halbleiterschichtenfolge eine zweite Zwischenschicht angeordnet sein.
  • Beispielsweise kann die erste Zwischenschicht durch eine zumindest teilweise Oxidation einer Nitridzwischenschicht hergestellt worden sein. Eine solche Oxidation ist beispielsweise durch ein Vorhandensein von Stickstoff in der ersten Zwischenschicht nachweisbar. Es ist alternativ möglich, dass die erste Zwischenschicht durch epitaktisches Abscheiden von Indiumgalliumoxid, beispielsweise auf die Deckfläche, hergestellt worden ist. Insbesondere kann das epitaktische Wachstum der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge kontinuierlich in das epitaktische Wachstum der ersten Zwischenschicht übergehen indem der bei der dem Wachstum der Halbleiterschichtenfolge verwendete Stickstoff kontinuierlich durch Sauerstoff ersetzt wird.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Schichtenstapel eine zweite Zwischenschicht. Die zweite Zwischenschicht ist mit Indiumgalliumnitrid gebildet. Die zweite Zwischenschicht kann im Rahmen der Herstellungstoleranzen aus Indiumgalliumnitrid bestehen. Die zweite Zwischenschicht ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der ersten Zwischenschicht angeordnet. Ferner grenzt die zweite Zwischenschicht direkt an die Deckfläche an. Die zweite Zwischenschicht ist im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Sauerstoff.
  • Es ist insbesondere möglich, dass der Schichtenstapel ausschließlich aus der ersten Zwischenschicht, der zweiten Zwischenschicht und der Oxidschicht besteht. Insbesondere kann der Schichtenstapel in Stapelrichtung zunächst die zweite Zwischenschicht, anschließend die erste Zwischenschicht und darauffolgend die Oxidschicht umfassen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Schichtenstapel Indiumnitrid auf. An einem solchen Aufweisen von Indiumnitrid kann ein Herstellungsverfahren für die Oxidschicht an dem fertiggestellten Halbleiterbauelement nachgewiesen werden. So ist es insbesondere möglich, dass die Oxidschicht durch Abscheiden einer Nitridschicht und anschließendes Oxidieren der Nitridschicht in dem Oxidationsschritt hergestellt wurde. Bei einer nicht vollständigen Oxidation der Nitridschicht bleiben Reste von Indiumnitrid in dem Schichtenstapel vorhanden. Diese Reste können beispielsweise mit einer EDX-Analyse, mittels Röntgenbeugung (Englisch: x-ray diffraction, XRD) und/oder mittels Spektroskopie nachgewiesen werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Kristallstruktur der Kontaktschicht eine (111)-Kristallorientierung auf. Die Kristallstruktur der Kontaktschicht kann beispielsweise mit röntgenografischen Methoden und/oder elektronenmikroskopischen Beugungsverfahren bestimmt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Oxidschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln auf. Mit anderen Worten, die Oxidschicht ist mittels eines dreidimensionalen Wachstums gewachsen worden. Eine Ausdehnung der Inseln in lateralen Richtungen kann insbesondere höchstens die Wellenlänge des von der aktiven Zone emittierten und/oder absorbierten Lichts betragen. Beispielsweise dienen die Inseln als Auskopplungsstrukturen des von der aktiven Zone in Richtung der Oxidschicht emittierten Lichts. Alternativ oder zusätzlich können die Inseln als Einkopplungsstrukturen des aus Richtung der Oxidschicht einfallenden und von der aktiven Zone absorbierten Lichts dienen. Auskopplungs- beziehungsweise Einkopplungsstrukturen können hierbei und im Folgenden Strukturen sein, die die Transmission des emittierten und/oder absorbierten Lichts an der Grenzfläche zwischen den Inseln und den in Stapelrichtung an die Inseln direkt angrenzenden Schichten verbessern. Insbesondere können die Inseln hierfür in den lateralen Richtungen eine mittlere Ausdehnung aufweisen, die in maximal der Wellenlänge des Lichts entspricht. Mit anderen Worten, die Reflexion von auf die besagte Grenzfläche treffenden Lichts wird reduziert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oxidschicht zusammenhängend ausgebildet. Mit anderen Worten, die Oxidschicht weist keine Löcher und/oder Ausnehmungen auf. Insbesondere ist die Oxidschicht einstückig ausgebildet. Eine zusammenhängend ausgebildete Oxidschicht kann unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen aufgewachsen worden sein.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt eine mittlere Dicke der Oxidschicht entlang der Stapelrichtung wenigstens 0,5 und höchstens drei Monolagen. Die mittlere Dicke der Oxidschicht ist hierbei die mathematisch gemittelte Dicke. So ist es insbesondere möglich, dass die Oxidschicht Bereiche aufweist, an denen die Oxidschicht lokal eine Dicke, die mehr als drei Monolagen oder weniger als 0,5 Monolagen beträgt, aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt eine mittlere Höhe der Inseln entlang der Stapelrichtung wenigstens 50, bevorzugt wenigstens 100, und höchstens 200, bevorzugt höchstens 160, Monolagen. Insbesondere kann die mittlere Höhe der Inseln wenigstens 25 nm, bevorzugt wenigstens 50 nm, und höchstens 100 nm, bevorzugt höchstens 80 nm, betragen. Eine Höhe der Inseln ist hierbei durch die Anzahl der Monolagen in einer Insel gegeben. Die mittlere Höhe der Insel ist die Anzahl der Monolagen aller Inseln gemittelt über die Anzahl der Inseln. So ist es insbesondere möglich, dass zumindest eine der Inseln eine Anzahl von weniger als 50, bevorzugt weniger als 100, beziehungsweise mehr als 200, bevorzugt mehr als 160, Monolagen aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen ein erster Grenzbereich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Schichtenstapel und/oder ein zweiter Grenzbereich zwischen dem Schichtenstapel und der Kontaktschicht eine geringere Dichte an Defekten auf als ein alternativer Grenzbereich zwischen einer Halbleiterschichtenfolge und einer Kontaktschicht eines alternativen Halbleiterbauelements, bei dem die Kontaktschicht direkt auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Insbesondere kann der alternative Grenzbereich eine höhere Anzahl an Verunreinigungen, Defekten und/oder Schädigungen als der erste und/oder der zweite Grenzbereich aufweisen.
  • Bei dem alternativen Grenzbereich wird durch das Abscheiden der Kontaktschicht auf die Halbleiterschichtenfolge eine Beschädigung der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge hervorgerufen. Insbesondere sind die Kontaktschicht und die Halbleiterschichtenfolge mit äußerst unterschiedliche Materialien gebildet, wodurch sich herstellungsbedingt Verunreinigungen und/oder Defekte ausbilden. Durch das Einbringen des Schichtenstapels zwischen die Halbleiterschichtenfolge und die Kontaktschicht kann eine allmähliche Anpassung der Kristallstruktur und/oder der Materialien erfolgen.
  • Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert.
  • Die 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Die 2 zeigt einen Verfahrensschritt eines Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens.
  • Die 3 zeigt ein alternatives optoelektronisches Halbleiterbauelement.
  • Die 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Die 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eines hier beschriebenen Verfahrens.
  • Die 6 zeigt die Austrittsarbeit verwendeter Materialien als Funktion der Energiebandlücke.
  • Die 7 zeigt Röntgenbeugungs-Spektren eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Die 8 zeigt ein skizziertes EDX-Signal eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
  • Anhand der schematischen Schnittansicht der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Das Halbleiterbauelement umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1, einen Schichtenstapel 2 sowie eine Kontaktschicht 3.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 1 erstreckt sich entlang einer Haupterstreckungsebene. Senkrecht zu der Haupterstreckungsebene verläuft die Stapelrichtung z.
  • Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst in Stapelrichtung aufeinanderfolgend eine erste Halbleiterschicht 11, eine aktive Zone 12, eine zweite Halbleiterschicht 13 und eine hochdotierte Halbleiterschicht 14. Bei der ersten Halbleiterschicht 11 kann es sich beispielsweise um eine n-leitende Halbleiterschicht handeln. Die zweite Halbleiterschicht 13 kann p-leitend ausgebildet sein. Die aktive Zone 12 ist zur Emission und/oder Detektion von Licht vorgesehen. Eine Außenfläche der hochdotierten Halbleiterschicht 14 bildet die Deckfläche 1a der Halbleiterschichtenfolge 1. Die Deckfläche 1a folgt der aktiven Zone 12 der Halbleiterschichtenfolge 1 in der Stapelrichtung z nach.
  • Die hochdotierte Halbleiterschicht 14 kann p-leitend ausgebildet sein und mit Magnesium dotiert sein. Die hochdotierte Halbleiterschicht 14 kann beispielsweise in einem Verfahrensschritt mit Sauerstoff, insbesondere unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Gases, aktiviert worden sein. Hierfür kann beispielsweise im Anschluss an das epitaktische Abscheiden der hochdotierten Halbleiterschicht 14 in der Reaktorkammer die Temperatur in der Reaktorkammer auf circa 615°C abgesenkt werden. Unter der Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases kann in einem weiteren Prozessschritt das p-leitende Material der hochdotierten Halbleiterschicht aktiviert werden.
  • Auf die Deckfläche 1a ist der Schichtenstapel 2 aufgebracht. Der Schichtenstapel 2 umfasst eine zweite Zwischenschicht 22, eine erste Zwischenschicht 21 und eine Oxidschicht 20. Die zweite Zwischenschicht 22 ist auf der Deckfläche 1a der Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Die zweite Zwischenschicht 22 kann beispielsweise mit Indiumgalliumnitrid gebildet sein. Die erste Zwischenschicht 21 kann beispielsweise mit Indiumgalliumoxid gebildet sein. Ferner kann die Oxidschicht 20 mit Indiumoxid gebildet sein oder daraus bestehen. Eine der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Außenfläche der Oxidschicht 20 bildet eine Zwischenfläche 2a des Schichtenstapels 2.
  • Anders als in der 1 gezeigt ist es möglich, dass keine zweite Zwischenschicht 22 vorhanden ist und die erste Zwischenschicht 21 direkt auf die Deckfläche 1a aufgebracht ist. Zudem ist es möglich, dass der Schichtenstapel 2 ausschließlich die Oxidschicht 20 umfasst.
  • Auf der Zwischenfläche 2a ist die Kontaktschicht 3 aufgebracht. Die Kontaktschicht 3 ist beispielsweise mit Indiumzinnoxid gebildet. Insbesondere ist die Kontaktschicht 3 lichtdurchlässig ausgebildet. Eine Außenfläche der Kontaktschicht 3 bildet eine Lichtdurchtrittsfläche 3a des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem Schichtenstapel 2 ist ein erster Grenzbereich 32 und zwischen dem Schichtenstapel 2 angeordnet und der Kontaktschicht 3 ist ein zweiter Grenzbereich 33 angeordnet. Der erste Grenzbereich 32 und/oder der zweite Grenzbereich 33 weisen eine geringere Defektdichte als ein alternativer Grenzbereich 31 (in der 1 nicht gezeigt), bei dem die Kontaktschicht 3 direkt auf die Deckfläche 1a aufgebracht ist, auf.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 2 ist ein Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. In dem gezeigten Verfahrensschritt ist auf die Deckfläche 1a eine Nitridzwischenschicht 202 aufgebracht und auf die Nitridzwischenschicht 202 in Stapelrichtung folgend eine Nitridschicht 201 aufgebracht. Es ist jedoch alternativ auch möglich – anders als in 2 gezeigt – dass keine Nitridzwischenschicht 202 vorhanden ist.
  • Die Nitridzwischenschicht 202 und die Nitridschicht 201 enthalten ein Nitrid. Die Nitridzwischenschicht 202 kann mit Indiumgalliumnitrid gebildet sein. Die Nitridschicht 202 kann mit Indiumnitrid gebildet sein.
  • Im dargestellten Verfahrensschritt wird sauerstoffhaltiges Gas 51 bereitgestellt. Mittels des sauerstoffhaltigen Gases 51 erfolgt eine Oxidation der Nitridschicht 201 zu der Oxidschicht 20. Hierbei ist es möglich, dass die Nitridschicht 201 lediglich teilweise zu der Oxidschicht 20 oxidiert wird. Es ist ferner möglich, dass die Nitridschicht 201 vollständig zu der Oxidschicht 20 oxidiert wird.
  • Zudem kann eine Oxidation der Nitridzwischenschicht 202 zu der ersten Zwischenschicht 21 erfolgen. Es ist ferner möglich, dass die Nitridzwischenschicht 202 nur teilweise oxidiert wird. Insbesondere kann ein Teil von der Nitridzwischenschicht 202 zu der ersten Zwischenschicht 21 oxidiert werden, während ein weiterer Teil der Nitridzwischenschicht 202 nicht oxidiert wird und die zweite Zwischenschicht 22 bildet.
  • Die 3 zeigt ein alternatives Halbleiterbauelement anhand einer schematischen Schnittdarstellung. Das alternative Halbleiterbauelement umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1, die den gleichen Aufbau wie die Halbleiterschichtenfolge 1 des optoelektronischen Halbleiterbauelements der 1 aufweist. Auf die Deckfläche 1a der Halbleiterschichtenfolge 1 ist die Kontaktschicht 3 aufgebracht. Hierdurch ergibt sich ein alternativer Grenzbereich 31 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3. Aufgrund des Fehlens des Schichtenstapels 2 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3 weist der alternative Grenzbereich 31 eine höhere Anzahl von Defekten, Verunreinigungen und/oder Schädigungen auf. Die Kontaktschicht 3 des alternativen Halbleiterbauelements kann beispielsweise mittels einem schonenden Abscheideverfahren, wie beispielsweise Aufdampfen, erfolgen, um die Schädigungen innerhalb des alternativen Grenzbereichs zu minimieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Kontaktschicht 3 mittels Sputtern aufgebracht werden.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der 1 ist ein Bereich der ersten Halbleiterschicht 11 freigelegt, in dem eine weitere Deckfläche 1a‘ der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet ist. Auf der weiteren Deckfläche 1a‘ ist eine weitere Kontaktschicht 3‘ aufgebracht. Die weitere Kontaktschicht 3‘ weist denselben Aufbau, insbesondere dieselbe Kristallorientierung, wie die Kontaktschicht 3 auf. Es ist insbesondere möglich, dass sowohl die Kontaktschicht 3 als auch die weitere Kontaktschicht 3‘ eine (111)-Kristallorientierung der Kristallstruktur aufweisen. Auf der weiteren Kontaktschicht 3‘ ist eine Kontaktierung 4 angeordnet, die mit der weiteren Kontaktschicht 3‘ in direktem Kontakt steht. Die Kontaktierung 4 kann mit einem Metall, wie beispielsweise Platin, gebildet sein.
  • Anhand der schematischen Schnittdarstellung der 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterbauelements sowie eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Auf der Deckfläche 1a der Halbleiterschichtenfolge 1 ist der Schichtenstapel 2 aufgebracht. Der Schichtenstapel 2 ist vorliegend mit dreidimensionale Wachstumsbedingungen gewachsen worden.
  • Hierdurch ergibt sich eine Aufteilung des Schichtenstapels 2 in Inseln 200. Die Inseln 200 sind auf der Deckfläche 1a voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die Inseln 200 in lateralen Richtungen miteinander nicht verbunden. Die Inseln 200 weisen einen trapezförmigen und/oder dreiecksförmigen Querschnitt auf.
  • Auf die Zwischenschicht 2a und die von dem Schichtenstapel 2 beziehungsweise der Oxidschicht 20 nicht bedeckten Bereiche der Deckfläche 1a ist die Kontaktschicht 3 aufgebracht. Die Form der Kontaktschicht 3 folgt der Form des Schichtenstapels 2. Insbesondere weist die Strahlungsdurchtrittsfläche 3a jeweils einen gleichmäßigen Abstand zu den darunterliegenden Schichten auf. Mit anderen Worten, die Kontaktschicht 3 ist eine konforme Schicht und weist im Rahmen der Herstellungstoleranzen eine gleichmäßige Dicke auf.
  • Anhand der Austrittsarbeit W als Funktion der Energiebandlücke EB der 6 ist eine Funktionsweise des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Beispielsweise ist die zweite Halbleiterschicht 13 und/oder die hochdotierte Halbleiterschicht 14 mit p-leitendem Galliumnitrid, das eine Austrittsarbeit von etwa 7,5 eV aufweist, gebildet. Zur elektrischen Kontaktierung der hochdotierten Halbleiterschicht 14 und/oder der zweiten Halbleiterschicht 13 ist ein Material wünschenswert, das ebenfalls eine hohe Austrittsarbeit aufweist. Beispielsweise eignen sich hierfür Platin (Austrittsarbeit: 5,65 eV) oder Nickel (Austrittsarbeit: 5,15 eV) auf. Platin und Nickel sind jedoch lichtundurchlässig und eignen sich somit nicht als Vorderseitenkontakt eines Halbleiterbauelements. Galliumindiumoxid weist ebenfalls eine hohe Austrittsarbeit von 5,4 eV auf. Im Gegensatz zu Galliumindiumoxid ist jedoch Indiumzinnoxid (Austrittsarbeit: 4,7 bis 4,8 eV) als Material gut bekannt. Ferner weist Galliumindiumoxid eine höhere Absorption des in der aktiven Zone erzeugten Lichts auf.
  • Anhand der Röntgenbeugungs-Spektren (englisch: X-ray diffraction, XRD) der 7 ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Gezeigt ist die Signalintensität I in Zählrate pro Sekunde (cps, counts per second) als Funktion des zweifachen Reflexionswinkels auf der Ebene 2Θ in Grad. Hierbei ist ein Spektrum vor einem Oxidationsschritt 71, ein Spektrum nach dem Oxidationsschritt 72 sowie ein Vergleichsspektrum 73, bei dem keine Oxidation durchgeführt wurde, gezeigt.
  • Das Spektrum vor der Oxidation 71 weist ein erstes Maximum 701 sowie ein zweites Maximum 703 auf. Das erste Maximum 701 entspricht dem in der Nitridschicht 201 enthaltenen Indiumnitrid. Das zweite Maximum 703 entspricht dem in der Halbleiterschichtenfolge 1 enthaltenen Galliumnitrid.
  • Das Spektrum nach der Oxidation 72 weist ein zweites Maximum 702 auf. Das zweite Maximum 702 entspricht dem durch die Oxidation erzeugten Indiumoxid der Oxidschicht 20. Zudem ist das erste Maximum 701 bei Indiumnitrid nicht mehr erkennbar. Das Indiumnitrid wurde zu Indiumoxid oxidiert. Das dritte Maximum 703 hat sich im Rahmen der Messgenauigkeit nicht verändert. Das Material der Halbleiterschichtenfolge 1 wurde somit durch die Oxidation nicht oxidiert und/oder verändert.
  • Das Vergleichsspektrum 73 zeigt das Röntgenbeugungs-Spektrum eines alternativen Halbleiterbauelements. Das Vergleichsspektrum 73 weist im Rahmen der Messgenauigkeit lediglich das dritte Maximum 703 auf.
  • Anhand des skizzierten EDX-Spektrums der 8 ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement näher erläutert. Ein normiertes EDX-Signal S ist als Funktion der Position in Stapelrichtung z aufgetragen. Im Bereich der Deckfläche 1a steigt ein Oxid-Anteil 81 an. Im Bereich der Zwischenfläche 2a steigt ein Zinn-Anteil 82 an. Die steigenden Flanken der EDX-Signale des Oxid-Anteils 81 und des Zinn-Anteils 72 sind in Stapelrichtung z versetzt zueinander angeordnet. Anhand dieser unterschiedlichen Positionen der steigenden Flanken kann das Vorhandensein des Schichtenstapels 2 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3 an dem fertiggestellten Halbleiterbauelement nachgewiesen werden.
  • Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese 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.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Halbleiterschichtenfolge
    1a
    Deckfläche
    1a‘
    weitere Deckfläche
    11
    erste Halbleiterschicht
    12
    aktive Zone
    13
    zweite Halbleiterschicht
    14
    hochdotierte Halbleiterschicht
    2
    Schichtenstapel
    2a
    Zwischenfläche
    20
    Oxidschicht
    21
    erste Zwischenschicht
    22
    zweite Zwischenschicht
    200
    Inseln
    201
    Nitridschicht
    202
    Nitridzwischenschicht
    3
    Kontaktschicht
    3‘
    weitere Kontaktschicht
    3a
    Strahlungsdurchtrittsfläche
    31
    alternativer Grenzbereich
    32
    erster Grenzbereich
    33
    zweiter Grenzbereich
    4
    Kontaktierung
    51
    sauerstoffhaltiges Gas
    71
    Spektrum vor Oxidation
    72
    Spektrum nach Oxidation
    73
    Vergleichsspektrum
    701
    erstes Maximum
    702
    zweites Maximum
    703
    drittes Maximum
    81
    Oxid-Anteil
    82
    Zinn-Anteil
    I
    XRD-Intensität
    Θ
    XRD-Winkel
    S
    normiertes EDX-Signal
    z
    Stapelrichtung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 2011/0284893 A1 [0001]

Claims (20)

  1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten: – Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1), aufweisend eine lichtemittierende und/oder -absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungseben der Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (1a), – Aufbringen eines Schichtenstapels (2) auf die Deckfläche (1a), wobei der Schichtenstapel (2) eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (2a) in der Stapelrichtung (z) nachgeordnete Zwischenfläche (2a) umfasst, – Aufbringen einer Kontaktschicht (3), die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche (2a), wobei – der Schichtenstapel (2) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
  2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei das Aufbringen der Oxidschicht (20) die folgenden Schritte umfasst: – Bereitstellen, insbesondere epitaktisches Abscheiden, einer Nitridschicht (201), die Indium enthält, – zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht (201) zu der Oxidschicht (20) in einem Oxidationsschritt.
  3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch, wobei der Oxidationsschritt nach dem Aufbringen der Kontaktschicht (3) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei – zumindest der Oxidationsschritt in einer Reaktionskammer durchgeführt wird und – während des Oxidationsschritts eine Reaktionstemperatur in der Reaktionskammer wenigstens 460°C und höchstens 720°C beträgt.
  5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aufbringen der Oxidschicht (20) mittels epitaktischen Abscheidens von Indiumoxid erfolgt.
  6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht (201) unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Nitridschicht (201) eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln (200) aufweist.
  7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht (20) zusammenhängend ausgebildet ist.
  8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Schichtenstapel (2) eine erste Zwischenschicht (21) umfasst, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist, wobei das Aufbringen der ersten Zwischenschicht die folgenden Schritte umfasst: – epitaktisches Abscheiden einer Nitridzwischenschicht, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist, – zumindest teilweise Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht (21) in dem Oxidationsschritt.
  9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aufbringen der Kontaktschicht (3) auf die Zwischenfläche unter Wachstumsbedingungen erfolgt, bei denen sich im Fall eines direkten Aufbringens auf die Deckfläche (1a) eine (100)-Kristallorientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) ergeben würde und wobei die Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) eine (111)-Kristallorientierung aufweist.
  10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement, umfassend – eine Halbleiterschichtenfolge (1) aufweisend eine lichtemittierende und/oder -absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (1a), – einen auf der Deckfläche (1a) aufgebrachten Schichtenstapel (2) aufweisend eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (1a) in der Stapelrichtung (z) nachgeordnete Zwischenfläche (2a) und – eine auf der Zwischenfläche (2a) aufgebrachte Kontaktschicht (3), die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, wobei – der Schichtenstapel (2) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
  11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Oxidschicht (20) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Gallium ist.
  12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schichtenstapel ferner eine erste Zwischenschicht (21) aufweist, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist, wobei die erste Zwischenschicht (21) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der Oxidschicht (20) angeordnet ist und direkt an die Oxidschicht (20) angrenzt.
  13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schichtenstapel (2) ferner eine zweite Zwischenschicht (22) aufweist, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist, wobei – die zweite Zwischenschicht (22) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und der ersten Zwischenschicht (21) angeordnet ist und direkt an die Deckfläche (1a) angrenzt und – die zweite Zwischenschicht (22) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Sauerstoff ist.
  14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schichtenstapel (2) Indiumnitrid aufweist.
  15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) eine (111)-Kristallorientierung aufweist.
  16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Oxidschicht (20) eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln (200) aufweist.
  17. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Oxidschicht (20) zusammenhängend ausgebildet ist.
  18. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine mittlere Dicke der Oxidschicht (20) entlang der Stapelrichtung (z) wenigstens 0,5 und höchstens 3 Monolagen beträgt.
  19. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem eine mittlere Höhe der Inseln (200) entlang der Stapelrichtung (z) wenigstens 50 und höchstens 200 Monolagen beträgt.
  20. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem ein erster Grenzbereich (32) zwischen der Halbleiterschichtenfolge (1) und dem Schichtenstapel (2) und/oder ein zweiter Grenzbereich (33) zwischen dem Schichtenstapel (2) und der Kontaktschicht (3) eine geringere Dichte an Defekten als ein alternativer Grenzbereich (31) zwischen einer Halbleiterschichtenfolge (1) und einer Kontaktschicht (3) eines alternativen Halbleiterbauelements, bei dem die Kontaktschicht (3) direkt auf die Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht ist, aufweist.
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