DE102017117613A1

DE102017117613A1 - Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements

Info

Publication number: DE102017117613A1
Application number: DE102017117613.6A
Authority: DE
Inventors: Guido Weiss
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2017-08-03
Filing date: 2017-08-03
Publication date: 2019-02-07
Also published as: WO2019025091A1; DE112018003931A5; US20200203574A1; US11621373B2

Abstract

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend eine Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Träger (7), wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht (11), mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht (12) und eine zwischen den p- und n-dotierten Halbleiterschichten (11, 12) angeordnete aktive Schicht (13) aufweist, einen n-Anschlusskontakt (2), der zur elektrischen Kontaktierung der n-dotierten Halbleiterschicht (11) eingerichtet ist, einen p-Anschlusskontakt (3), der zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Halbleiterschicht (12) eingerichtet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) auf der dem Träger (7) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) eine erste Seite (4) aufweist, die der Halbleiterschichtenfolge (1) zugewandt angeordnet ist, wobei die erste Seite (4) im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche (43) und einen Innenbereich (44) aufweist, der von den Außenbereichen (43) begrenzt wird, wobei die Außenbereiche (43) der ersten Seite (4) unstrukturiert (42) sind, und wobei der Innenbereich (44) strukturiert (41) ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Bauelement. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements.
Optoelektronische Bauelemente wie beispielsweise Leuchtdioden, insbesondere mit einer Halbleiterschichtenfolge aus Indiumgalliumaluminiumphosphid, weisen in der Regel p-Anschlusskontakte auf, die glatt ausgeformt sind. Raue p-Kontakte können in diesem Fall bisher ganzflächig nicht verwendet werden wegen der sehr dünnen Stromaufweitungsschicht (SAW). Die Stromaufweitungsschicht würde dadurch zum Teil oder komplett entfernt werden.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes optoelektronisches Bauelement bereitzustellen. Insbesondere soll die Lichtauskopplung des optoelektronischen Bauelements verbessert werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements bereitzustellen, das ein verbessertes optoelektronisches Bauelement erzeugt.
Diese Aufgabe wird, oder diese Aufgaben werden, durch ein optoelektronisches Bauelement gemäß dem Anspruch 1 gelöst. Ferner werden diese Aufgaben oder wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements gemäß dem Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In zumindest einer Ausführungsform weist das optoelektronische Bauelement eine Halbleiterschichtenfolge auf. Die Halbleiterschichtenfolge ist auf einem Träger angeordnet. Die Halbleiterschichtenfolge weist mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht, mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht und eine zwischen den p- und n-dotierten Halbleiterschichten angeordnete aktive Schicht auf. Das Bauelement weist einen n-Anschlusskontakt auf. Der n-Anschlusskontakt ist zur elektrischen Kontaktierung der zumindest einen n-dotierten Halbleiterschicht eingerichtet. Das Bauelement weist einen p-Anschlusskontakt auf. Der p-Anschlusskontakt ist zur elektrischen Kontaktierung der zumindest einen p-dotierten Halbleiterschicht eingerichtet. Der n-Anschlusskontakt ist auf der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Der n-Anschlusskontakt weist eine erste Seite auf. Die erste Seite ist der Halbleiterschichtenfolge zugewandt angeordnet. Die erste Seite des n-Anschlusskontaktes weist im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche und einen Innenbereich auf. Der Innenbereich ist von den zwei Außenbereichen, insbesondere direkt mechanisch und/oder elektrisch, begrenzt. Die Außenbereiche der ersten Seite sind unstrukturiert ausgeformt. Der Innenbereich der ersten Seite ist strukturiert ausgeformt.
Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements. Vorzugsweise wird mit diesem hier beschriebenen Verfahren das hier beschriebene optoelektronische Bauelement erzeugt. Dabei gelten alle Definitionen und Ausführungen des optoelektronischen Bauelements auch für das Verfahren und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements zumindest die Schritte, insbesondere in der hier angegebenen Reihenfolge, auf:

A) Bereitstellen eines Trägers;
B) Aufbringen eines p-Anschlusskontakts zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer p-dotierten Halbleiterschicht;
C) Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge auf den p-Anschlusskontakt, wobei die Halbleiterschichtenfolge mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht, mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht und eine zwischen den p- und n-dotierten Halbleiterschichten angeordnete aktive Schicht aufweist;
D) Aufbringen eines n-Anschlusskontaktes auf die Halbleiterschichtenfolge, der zur elektrischen Kontaktierung der zumindest einen n-dotierten Halbleiterschicht eingerichtet ist, wobei der n-Anschlusskontakt eine erste Seite aufweist, die der Halbleiterschichtenfolge zugewandt angeordnet ist, wobei die erste Seite im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche und einen Innenbereich aufweist, der von den Außenseiten begrenzt wird, wobei die Außenbereiche der ersten Seite unstrukturiert sind und wobei der Innenbereich strukturiert ist.

Der Erfinder hat erkannt, dass durch das hier beschriebene optoelektronische Bauelement und dessen Herstellungsverfahren ein Bauelement bereitgestellt werden kann, das eine verbesserte Lichtauskopplung aufweist. Zudem kann der Kontrast, beispielsweise in Displays, wie zum Beispiel für Videowalls oder NPP-Anwendungen, durch Vermeidung von unerwünschten Reflektionen im Anschlusskontakt verbessert werden.
Bisher konnten raue Kontaktstrukturen, insbesondere raue n-Anschlusskontakte, wegen der sehr dünnen SAW nicht gefertigt werden. Die SAW würde dadurch zum Teil oder komplett entfernt werden.
Das hier beschriebene optoelektronische Bauelement weist einen n-Anschlusskontakt auf, der auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist. Der n-Anschlusskontakt ist in den Außenbereichen unstrukturiert ausgeformt, wohingegen der Innenbereich strukturiert ist. Mit anderen Worten weist der n-Anschlusskontakt einen schmalen glatten, unstrukturierten Rahmen auf, während der restliche Bereich, also insbesondere der Innenbereich des n-Anschlusskontakts, aufgeraut ist. Dadurch kann die Stromeinprägung am Rand, also im Außenbereich, ermöglicht werden, was zudem die Absorption unter dem n-Anschlusskontakt reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die laterale Ausdehnung des jeweiligen unstrukturierten Außenbereichs um ein Vielfaches kleiner als die laterale Ausdehnung des strukturierten Innenbereichs. Die laterale Ausdehnung des jeweiligen unstrukturierten Außenbereichs ist insbesondere zwischen 2 µm und 10 µm. Die laterale Ausdehnung des strukturierten Innenbereichs ist insbesondere zwischen 25 µm und 150 µm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Rauigkeit des jeweiligen Außenbereichs kleiner als 100 nm, insbesondere kleiner oder gleich 80 nm oder 50 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Rauigkeit des jeweiligen Innenbereichs größer als 300 nm, insbesondere größer oder gleich 350 nm oder 500 nm.
Die großflächige Aufrauung des Innenbereichs mit den schmalen unstrukturierten Außenbereichen, insbesondere mit einer lateralen Ausdehnung der jeweiligen Außenbereiche zwischen 2 µm und 10 µm, ermöglicht eine Reduzierung der Oberflächenreflektion und somit eine Verbesserung des Kontrastes in der Anwendung, beispielsweise für Displays. Mit anderen Worten kann durch das hier beschriebene optoelektronische Bauelement die Lichtausbeute verbessert werden und der Kontrast erhöht werden.
Mit ‚strukturiert‘ kann hier und im Folgenden insbesondere gemeint sein, dass der Innenbereich eine Aufrauung aufweist. Mit Aufrauung ist hier insbesondere eine mittlere Rauigkeit gemeint. Die mittlere Rauigkeit ist dem Fachmann hinreichend bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht erläutert. Der ‚unstrukturierte Außenbereich‘ kann hier und im Folgenden meinen, dass der Außenbereich glatt ist, also keine nennenswerte mittlere Rauigkeit aufweist. Mit ‚keine nennenswerten Rauigkeit‘ ist eine Rauigkeit von ≤ 100 nm gemeint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weisen die beiden Außenbereiche jeweils eine laterale Ausdehnung zwischen 2 µm und 10 µm auf. Durch die Ausgestaltung des n-Anschlusskontakts mit einem glatten Außenbereich oder glatten Außenbereichen und einem aufgerauten Innenbereich kann die Lichtauskopplung aus dem optoelektronischen Bauelement verbessert werden. Unterhalb des aufgerauten Innenbereichs findet keine Reflektion der Strahlung statt, wohingegen in dem glatten Außenbereich die Strahlung reflektiert wird und dabei leicht aus dem Bauelement heraus ausgekoppelt werden kann, was zu einer Erhöhung der Lichtauskopplung des Gesamtbauelements führt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt unterhalb des Innenbereichs der ersten Seite in der Halbleiterschichtenfolge keine Rekombination von Strahlung, wobei eine Rekombination in der aktiven Schicht im Bereich unterhalb der Außenbereiche des n-Anschlusskontaktes und in der Halbleiterschichtenfolge erfolgt, die nicht von dem n-Anschlusskontakt bedeckt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der n-Anschlusskontakt auf der dem Träger abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet. Der n-Anschlusskontakt weist eine zweite Seite auf, die der Halbleiterschichtenfolge abgewandt angeordnet ist. Die zweite Seite weist im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche, hier weitere zwei Außenbereiche genannt, und einen weiteren Innenbereich auf, der von den weiteren Außenbereichen begrenzt wird. Dabei gelten die Ausführungen und Definitionen der Außenbereiche gleichermaßen auch für die weiteren Außenbereiche und umgekehrt. Auch gelten dabei hier und im Folgenden die Ausführungen und Definitionen für den Innenbereich gleichermaßen auch für den weiteren Innenbereich und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Strukturierung des Innenbereichs der ersten Seite gleich der Strukturierung des Innenbereichs der zweiten Seite. Dies ist insbesondere durch die Herstellung bedingt. Vorzugsweise weist die Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge eine ganzflächig ausgeformte Strukturierung auf, mit Ausnahme von den Breichen, die von den Außenbereichen bedeckt sind. Anschließend kann der n-Anschlusskontakt aufgebracht werden, der eine erste Seite, die der Halbleiterschichtenfolge zugewandt ist, und eine zweite Seite, die der Halbleiterschichtenfolge abgewandt ist, aufweist. Die Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge setzt sich beim Aufbringen des n-Anschlusskontaktes über die Oberfläche der ersten Seite und gegebenenfalls über die Oberfläche der zweiten Seite fort. Mit anderen Worten wiederholt sich die Oberflächentopologie der Halbleiterschichtenfolge auch in der ersten und/oder zweiten Seite des n-Anschlusskontaktes. Ist die Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Außenbereiche und/oder weiteren Außenbereiche unstrukturiert, so sind die Außenbereiche und/oder weiteren Außenbereiche unstrukturiert. Ist die Halbleiterschichtenfolge im Bereich des Innenbereichs und/odes weiteren Innenbereichs strukturiert, so ist der Innenbereich und/oder weitere Innenbereich strukturiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der n-Anschlusskontakt ein Material oder eine Kombination von Materialien auf, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind oder daraus bestehen: Gold, Germanium, Goldgermanium, Nickel, Titan, Platin.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der n-Anschlusskontakt und/oder p-Anschlusskontakt ein transparentes, leitfähiges Oxid (TCO, transparent conductive oxide) auf oder besteht daraus.
Transparente, elektrisch leitende Oxide (TCO) sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Aluminiumzinkoxid (AZO). 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. Vorzugsweise weist der n-Anschlusskontakt und/oder p-Anschlusskontakt ITO auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erstreckt sich der p-Anschlusskontakt horizontal zwischen dem Träger und der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform kann als Träger ein Träger beispielsweise aus Silizium oder Germanium dienen. Alternativ kann der Träger aus zumindest einem Metall, einer Keramik, Saphir, harte Träger, wie Kunststoff, geformt sein. Allgemein ist insbesondere der Träger elektrisch leitfähig ausgeformt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode, kurz LED. Das Bauelement ist somit bevorzugt dazu eingerichtet, blaues oder weißes Licht zu emittieren.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement einen p-Anschlusskontakt auf. Der p-Anschlusskontakt bildet mit anderen Worten den p-Kontakt des optoelektronischen Halbleiterchips aus. Der p-Anschlusskontakt kann zum Beispiel ein Bondpad oder einen oder mehrere Kontaktstege aufweisen.
Der n-Anschlusskontakt kontaktiert die n-dotierte Halbleiterschicht elektrisch. Der n-Anschlusskontakt bildet mit anderen Worten den n-Kontakt des optoelektronischen Bauelements. Der n-Anschlusskontakt kann zum Beispiel ein Bondpad und/oder ein oder mehrere Kontaktstege aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Bauelements umfasst dieses zumindest eine Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge weist mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht, mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht und zwischen den beiden dotierten Halbleiterschichten angeordnete aktive Schichten auf. Die Halbleiterschichten des Bauelements basieren bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial. Das Verbindungshalbleitermaterial kann bevorzugt auf einem Nitrid-, Phosphid- oder Arsenidverbindungshalbleitermaterial basieren. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mP oder auch um ein Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial wie Al_nIn_1-n-mGa_mAs, wobei jeweils 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n + m ≤ 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Das optoelektronische Bauelement beinhaltet eine aktive Schicht mit mindestens einem pn-Übergang und/oder mit einer oder mit mehreren Quantentopfstrukturen. Im Betrieb des Bauelements wird in der aktiven Schicht eine elektromagnetische Strahlung erzeugt. Eine Wellenlänge oder ein Wellenlängenmaximum der Strahlung liegt bevorzugt im ultravioletten und/oder sichtbaren Bereich, insbesondere bei Wellenlängen zwischen einschließlich 420 nm und einschließlich 680 nm, zum Beispiel zwischen einschließlich 440 nm und einschließlich 480 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der n-Anschlusskontakt Seitenflächen auf. Die Seitenflächen sind vertikal zur ersten und zweiten Seite angeordnet. Die Seitenflächen sind vorzugsweise unstrukturiert, also insbesondere glatt ausgeformt. Mit ‚glatt‘ wird hier und im Folgenden eine Oberfläche gemäß Strukturierung mit Fotomaske (Liftoff oder aktiv) gemeint.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge auf der Seite, die dem n-Anschlusskontakt zugewandt ist und nicht von dem n-Anschlusskontakt bedeckt ist, strukturiert. Insbesondere ist die Strukturierung die gleiche wie die Strukturierung der ersten Seite oder die Strukturierung der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge, die in direktem Kontakt zum n-Anschlusskontakt über die erste Seite steht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die laterale Ausdehnung den n-Anschlusskontakts im Seitenquerschnitt gesehen kleiner als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise ist die laterale Ausdehnung des n-Anschlusskontaktes um den Faktor 2, 3, 4, 5 oder 6 kleiner als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der n-Anschlusskontakt im Seitenquerschnitt gesehen zentriert auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Halbleiterschichtenfolge auf der dem Träger gegenüberliegenden Seite strukturiert, insbesondere ganzflächig strukturiert, ausgeformt. Unter ‚strukturiert‘ ist hier insbesondere eine aufgeraute Oberfläche zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Strukturierung eine Aufrauung mit einer mittleren Rauigkeit zwischen 500 nm und 1000 nm, insbesondere zwischen 600 nm und 800 nm, besonders bevorzugt zwischen 650 nm und 750 nm, beispielsweise 600 nm, auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das Bauelement ein Konversionselement, auch als Konverterelement bezeichnet, auf. Das Konversionselement weist zumindest ein Konversionsmaterial, auch als Leuchtstoff bezeichnet, auf. Das Konversionsmaterial ist dazu eingerichtet, die beispielsweise von einem Halbleiterchip emittierte Strahlung in eine Strahlung mit veränderter Wellenlänge zu konvertieren. Insbesondere kann/können als Konversionsmaterial jedes herkömmliche Konversionsmaterial oder konventionelle Leuchtstoffe verwendet werden. Beispielsweise können die folgenden Konversionsmaterialien verwendet werden: Europiumdotierte Nitride, wie beispielsweise (Ca,Sr)AlSiN₃:Eu²⁺, Sr (Ca,Sr) Si₂Al₂N₆:Eu²⁺, (Sr,Ca)AlSiN₃*Si₂N₂O:Eu²⁺, (Ca,Ba,Sr ₂Si₅N₈:Eu²⁺, (Sr,Ca) [LiAl₃N₄]:Eu²⁺; Granate, wie beispielsweise (Gd,Lu,Tb,Y)₃(Al,Ga,D)₅(O,X)₁₂:RE mit X = Halogen, N oder zweiwertige Elemente, D = tri- or tetravalente Elemente und RE = Seltene Erdmetalle wie Lu₃ (Al_1-xGa_x)₅O₁₂:Ce³⁺,Y₃(Al_1-x Ga_x)₅O₁₂:Ce³⁺; europiumdotierte Sulfide, wie beispielsweise (Ca,Sr,Ba) S:Eu²⁺; SiAlONs, wie Li_xM_yLn_zSi_12-(m+n)Al_(m+n)O_nN_16-n; beta-SiAlONs, wie Si_6-xAl_zO_yN_8-y: RE_z; Nitridorthosilikate, wie beispielsweise AE_2-x-aRE_xEu_aSiO_4-xN_x, AE_2-x-aRE_xEU_aSi_1-yO_4-x-2yN_x mit RE = Seltenen Erdmetallen und AE = Erdalkalimetall; Chlorsilikate, wie beispielsweise Ca₈Mg(SiO₄)₄Cl₂:Eu²⁺; Chlorphosphate, wie beispielsweise (Sr,Ba,Ca,Mg)₁₀(PO₄)₆Cl₂: Eu²⁺; BAMlumineszierende Materialien aus dem Bariumoxid-, Magnesiumoxid- und Aluminiumoxidsystem, wie beispielsweise BaMgAl₁₀O₁₇:Eu²⁺; Halogenphosphate, wie beispielsweise M₅(PO₄)₃(Cl,F):(Eu²⁺,Sb³⁺,Mn²⁺) ; SCAP-lumineszierende Materialien, wie beispielsweise (Sr,Ba,Ca)₅(PO₄)₃Cl:Eu²⁺. Zudem können Konversionsmaterialien wie in EP 2549330 A1 beschrieben verwendet werden.
Als Konversionsmaterialien können auch Quantenpunkte (englisch: quantum dots) verwendet werden. Die Quantenpunkte können, in Form von nanokristallinen Materialien, die Materialien aus der Gruppe der II-VI-Verbindungen und/oder aus der Gruppe der III-V-Verbindungen und/oder aus der Gruppe der IV-VI-Verbindungen und/oder Metallnanokristalle aufweisen. Vorzugsweise sind die in dem Konversionsmaterial enthaltenen Quantenpunkte nicht toxisch.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A, 1B und 1C jeweils eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
2 eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform, und
3 eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß eines Vergleichsbeispiels.

In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige und gleichwirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt werden.
Die 1A zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform.
Das Bauelement 100 weist einen Träger 7, beispielsweise aus Silizium oder Germanium auf.
Auf diesem Träger 7 ist ein p-Anschlusskontakt 3 angeordnet, der zur elektrischen Kontaktierung der zumindest einen p-dotierten Halbleiterschicht 12 dient.
Das Bauelement weist eine Halbleiterschichtenfolge 1 auf, die zumindest eine n-dotierte Halbleiterschicht 11, eine aktive Schicht 13 und zumindest eine p-dotierte Halbleiterschicht 12 aufweist.
Über der n-dotierten Halbleiterschicht, die insbesondere aus einer Phosphidverbindung, wie InGaAlP, besteht, ist ein n-Anschlusskontakt 2 angeordnet.
Der n-Anschlusskontakt 2 weist eine erste Seite 4 und eine dem Träger 7 abgewandte zweite Seite 5 auf.
Die erste Seite 4 ist zwischen der n-dotierten Halbleiterschicht 11 und der zweiten Seite 5, insbesondere in direktem Kontakt mit der Oberfläche der n-dotierten Halbleiterschicht 11, angeordnet.
Die erste Seite 4 weist Außenbereiche 43 und einen Innenbereich 44 auf. Die laterale Ausdehnung der Außenbereiche L_A ist um ein Vielfaches kleiner als die laterale Ausdehnung des Innenbereichs L_I . Beispielsweise beträgt die laterale Ausdehnung des jeweiligen Außenbereichs 43 zwischen 2 µm und 10 µm.
Das Bauelement 100 der 1A zeigt eine unstrukturierte zweite Seite 5.
Alternativ, wie in 1B gezeigt, kann diese zweite Seite 5 auch strukturiert sein. Insbesondere weist die zweite Seite 5 die gleiche Strukturierung wie die erste Seite 4 auf.
Vorzugsweise ist die Strukturierung der ersten und/oder zweiten Seite 4, 5 identisch mit der Oberflächenstrukturierung der Halbleiterschichtenfolge 1, insbesondere der Oberflächenstrukturierung der zumindest einen n-dotierten Halbleiterschicht 11. Die Außenbereiche der ersten und zweiten Seite 43, 53 sind jeweils glatt ausgeformt.
Zusätzlich sind die Seitenflächen 6 des n-Anschlusskontaktes 2 glatt, also unstrukturiert ausgeformt.
Die Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 1 ist strukturiert 14 ausgeformt. Insbesondere weisen die Oberfläche der Halbleitschichtenfolge 1, die Oberfläche der ersten Seite 4 und die Oberfläche der zweiten Seite 5 eine gleiche Oberflächentopologie auf. Dies ist insbesondere durch die Herstellung bedingt.
Die 1C zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß einer Ausführungsform. Hier ist nochmal ein Ausschnitt der Halbleiterschichtenfolge 1 und des n-Anschlusskontaktes 2 gezeigt. Die laterale Ausdehnung des n-Anschlusskontaktes L_n ist kleiner als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge 1 L_H . Insbesondere ist die laterale Ausdehnung des n-Anschlusskontaktes um den Faktor 1,5 bis 20 kleiner als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge 1.
Die erste Seite 4 weist eine Strukturierung 41 des Innenbereichs 44 auf. Die erste Seite 4 weist keine Strukturierung in den Außenbereichen, also unstrukturierte Außenbereiche 42, 43 auf. Dasselbe gilt auch für die zweite Seite 5. Die zweite Seite 5 weist eine Strukturierung 51 des Innenbereichs 54 und keine Strukturierung 52 in den Außenbereichen 53 auf.
Die 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements 100 gemäß einer Ausführungsform.
Das optoelektronische Bauelement weist einen Träger 7 aus Silizium auf. Unterhalb des Trägers 7 ist ein Kontaktanschluss 9, beispielsweise aus Platingold, angeordnet.
Über dem Träger 7 ist ein Lot 16 angeordnet, das beispielsweise ITOAuTiNiAu und/oder InSnInNiTiAuPt aufweist.
Über dem Lot 16 ist ein p-Anschlusskontakt 3, insbesondere ein stromführendes p-Metall, beispielsweise aus ITO, Gold, Titan, Nickel und Gold, angeordnet.
Darüber kann eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer n-dotierten Halbleiterschicht 11, einer aktiven Schicht 13 und einer p-dotierten Halbleiterschicht 12 angeordnet sein.
Zwischen dem p-Anschlusskontakt 3 und der Halbleiterschichtenfolge 1 kann ein dielektrischer Spiegel 15, beispielsweise aus Siliziumoxid auf ITOAu, angeordnet sein.
Über der Halbleiterschichtenfolge 1 kann der n-Anschlusskontakt 2, der hier sowohl eine Strukturierung in der ersten Seite 4 als auch in der zweiten Seite 5 aufweist, angeordnet sein.
In den Randbereichen des n-Anschlusskontaktes 2 sind die Außenbereiche 43, 53 glatt ausgeformt. Zusätzlich können die Seitenflächen 6 des n-Anschlusskontaktes 2 glatt ausgeformt sein.
Auf dem Bauelement, insbesondere auf der Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge 1, die nicht von dem n-Anschlusskontakt 2 bedeckt ist, kann eine Passivierungsschicht 10, beispielsweise aus Siliziumnitrid, angeordnet sein.
Durch den mittig aufgerauten n-Anschlusskontakt 2 im Bereich des Innenbereichs kann der Strom nur noch über die Seitenränder, also die Außenbereiche, in Richtung des p-Anschlusskontaktes 3 fließen. Unter dem n-Anschlusskontakt 2 gibt es dadurch keine Rekombination mehr. Die Absorption wird reduziert. Außerdem reflektiert der n-Anschlusskontakt 2 kein von außen einfallendes Licht mehr. Der Kontrast in Displays, beispielsweise in Videowalls und NPP (Narrow Pixel Pitch), wird deutlich verbessert.
Die 3 zeigt eine schematische Seitenansicht eines optoelektronischen Bauelements gemäß eines Vergleichsbeispiels. Im Prinzip ist das hier beschriebene optoelektronische Bauelement 100 ähnlich dem in der 2 beschriebenen optoelektronischen Bauelement aufgebaut, mit Ausnahme der Ausgestaltung des n-Anschlusskontaktes 2.
Im Vergleich zu dem hier erfindungsgemäßen Bauelement ist der n-Anschlusskontakt 2 des Vergleichsbeispiels komplett glatt ausgeformt. Mit anderen Worten weist dieser keine Außenbereiche und Innenbereiche mit unterschiedlicher Strukturierung auf, sondern sowohl die erste Seite 4 als auch die zweite Seite 5 und die Seitenflächen sind glatt ausgeformt.
Durch den ganzflächigen glatten n-Anschlusskontakt 2 verteilt sich die Stromeinprägung über die gesamte n-Kontaktfläche des n-Anschlusskontaktes 2, wodurch eine Rekombination unter diesem n-Anschlusskontakt 2 begünstigt wird. Dadurch geht das Licht zum größten Teil durch Absorption am n-Anschlusskontakt 2 verloren, sodass die Lichtausbeute eines Bauelements gemäß des Vergleichsbeispiels kleiner ist als die Lichtausbeute eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß zumindest einer Ausführungsform. Die Bezugszeichen 17 zeigen den Lichtweg, 18 die Absorption unterhalb des n-Anschlusskontaktes und 19 den Stromfluss.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Merkmale können gemäß weiterer Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit in den Figuren gezeigt sind. Weiterhin können die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispiele zusätzliche oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen.
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

100: optoelektronisches Bauelement
1: Halbleiterschichtenfolge
11: n-dotierte Halbleiterschicht
12: p-dotierte Halbleiterschicht
13: aktive Schicht
14: Strukturierung der Halbleiterschichtenfolge
2: n-Anschlusskontakt
3: p-Anschlusskontakt
4: erste Seite
41: Strukturierung der ersten Seite
42: Unstrukturierung der ersten Seite
43: Außenbereiche der ersten Seite
44: Innenbereich der ersten Seite
5: zweite Seite
51: Strukturierung der zweiten Seite
52: Unstrukturierung der zweiten Seite
53: Außenbereiche der zweiten Seite
54: Innenbereich der zweiten Seite
6: Seitenflächen des n-Anschlusskontaktes
7: Träger
L_A: laterale Ausdehnung des Außenbereichs
L_I: laterale Ausdehnung des Innenbereichs
16: Lot
10: Passivierungsschicht
15: Spiegel
L_n: laterale Ausdehnung des n-Anschlusskontakts
L_H: laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge
9: Kontaktanschluss
17: Lichtweg
18: Absorption
19: Stromfluss

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 2549330 A1 [0036]

Claims

Optoelektronisches Bauelement (100) aufweisend - eine Halbleiterschichtenfolge (1) auf einem Träger (7), wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht (11), mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht (12) und eine zwischen den p- und n-dotierten Halbleiterschichten (11, 12) angeordnete aktive Schicht (13) aufweist, - einen n-Anschlusskontakt (2), der zur elektrischen Kontaktierung der n-dotierten Halbleiterschicht (11) eingerichtet ist, - einen p-Anschlusskontakt (3), der zur elektrischen Kontaktierung der p-dotierten Halbleiterschicht (12) eingerichtet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) auf der dem Träger (7) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) eine erste Seite (4) aufweist, die der Halbleiterschichtenfolge (1) zugewandt angeordnet ist, wobei die erste Seite (4) im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche (43) und einen Innenbereich (44) aufweist, der von den Außenbereichen (43) begrenzt wird, wobei die Außenbereiche (43) der ersten Seite (4) unstrukturiert (42) sind, und wobei der Innenbereich (44) strukturiert (41) ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach Anspruch 1, wobei die beiden Außenbereiche (43) jeweils eine laterale Ausdehnung (La) zwischen 2 µm und 10 µm aufweisen.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei unterhalb des Innenbereichs (44) der ersten Seite (4) in der Halbleiterschichtenfolge (1) keine Rekombination von Strahlung erfolgt, wobei eine Rekombination in der aktiven Schicht (13) im Bereich unterhalb der Außenbereiche (43) des n-Anschlusskontakts (2) und in der Halbleiterschichtenfolge (1) erfolgt, die nicht von dem n-Anschlusskontakt (2) bedeckt ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der n-Anschlusskontakt (2) auf der dem Träger (7) abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) eine zweite Seite (5) aufweist, die der Halbleiterschichtenfolge (1) abgewandt angeordnet ist, wobei die zweite Seite (5) im Seitenquerschnitt gesehen weitere zwei Außenbereiche (53) und einen weiteren Innenbereich (54) aufweist, der von den weiteren Außenbereichen (53) begrenzt wird.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung des Innenbereichs (44) der ersten Seite (4) gleich der Strukturierung des Innenbereichs (54) der zweiten Seite (5) ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der n-Anschlusskontakt (2) ein Material oder eine Kombination von Materialien aufweist, die aus folgender Gruppe ausgewählt sind: Gold, Germanium, Goldgermanium, Nickel, Titan, Platin.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der p-Anschlusskontakt (3) sich horizontal zwischen dem Träger (7) und der Halbleiterschichtenfolge (1) erstreckt.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der n-Anschlusskontakt (2) Seitenflächen (6) aufweist, die vertikal zur ersten und zweite Seite (4, 5) angeordnet sind, wobei die Seitenflächen (6) unstrukturiert sind.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) auf der Seite, die dem n-Anschlusskontakt (2) zugewandt ist und nicht von dem n-Anschlusskontakt (2) bedeckt ist, strukturiert ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die laterale Ausdehnung (Ln) des n-Anschlusskontaktes (2) im Seitenquerschnitt gesehen kleiner ist als die laterale Ausdehnung der Halbleiterschichtenfolge (LH).
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der n-Anschlusskontakt (2) im Seitenquerschnitt gesehen zentriert auf der Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Träger (7) aus Silizium oder Germanium geformt ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) auf der dem Träger (7) gegenüberliegenden Seite strukturiert ist.
Optoelektronisches Bauelement (100) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Strukturierung eine Aufrauung ist mit einer mittleren Rauigkeit zwischen 500 nm und 1000 nm.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements (100) nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 14 mit den Schritten: A) Bereitstellen eines Trägers (7), B) Aufbringen eines p-Anschlusskontakts (3) zur elektrischen Kontaktierung zumindest einer p-dotierten Halbleiterschicht (12), C) Aufbringen einer Halbleiterschichtenfolge (1) auf den p-Anschlusskontakt (3), wobei die Halbleiterschichtenfolge (1) mindestens eine n-dotierte Halbleiterschicht (11), mindestens eine p-dotierte Halbleiterschicht (12) und eine zwischen den p- und n-dotierten Halbleiterschichten (11, 12) angeordnete aktive Schicht (13) aufweist, D) Aufbringen eines n-Anschlusskontakts (2) auf die Halbleiterschichtenfolge (1), die zur elektrischen Kontaktierung der zumindest einen n-dotierten Halbleiterschicht (11) eingerichtet ist, wobei der n-Anschlusskontakt (2) eine erste Seite (4) aufweist, die der Halbleiterschichtenfolge (1) zugewandt angeordnet ist, wobei die erste Seite (4) im Seitenquerschnitt gesehen zwei Außenbereiche (43) und einen Innenbereich (44) aufweist, der von den Außenbereichen (43) begrenzt wird, wobei die Außenbereiche (43) der ersten Seite (4) unstrukturiert (42) sind, und wobei der Innenbereich (44) strukturiert (41) ist.