DE102018101700A1

DE102018101700A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements

Info

Publication number: DE102018101700A1
Application number: DE102018101700.6A
Authority: DE
Inventors: Brendan Holland; Markus Bröll
Original assignee: Osram Opto Semiconductors GmbH
Current assignee: Ams Osram International GmbH
Priority date: 2018-01-25
Filing date: 2018-01-25
Publication date: 2019-07-25
Also published as: US11342485B2; WO2019145431A1; US20210050484A1

Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einer Halbleiterschichtenfolge (10) mit einem ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, einer Reflexionsschicht (140) einer zwischen der Halbleiterschichtenfolge (10) und der Reflexionsschicht (140) angeordneten Passivierungsschicht (120) angegeben. Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement (1) eine erste Barriereschicht (131), die zwischen dem ersten Bereich (101) der Halbleiterschichtenfolge (10) und der Passivierungsschicht (120) angeordnet ist, und/oder eine zweite Barriereschicht (132), die zwischen der Reflexionsschicht (140) und der Passivierungsschicht (120) angeordnet ist. Die erste Barriereschicht (131) vermindert oder unterbindet eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht (120) in die Halbleiterschichtenfolge (10)und die zweite Barriereschicht (132) vermindert oder unterbindet eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht (120) in die Reflexionsschicht (140).

Description

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement kann es sich insbesondere um ein strahlungsemittierendes oder strahlungsdetektierendes optoelektronisches Halbleiterbauelement handeln, das im Betrieb elektromagnetische Strahlung, zum Beispiel Licht, emittiert oder detektiert.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte Haltbarkeit aufweist.
Eine weitere zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements anzugeben, das eine vereinfachte Herstellung ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps, eine Reflexionsschicht, eine Passivierungsschicht, eine erste Barriereschicht und/oder eine zweite Barriereschicht. Die Passivierungsschicht ist zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Reflexionsschicht angeordnet. Die erste Barriereschicht ist zwischen dem ersten Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht angeordnet und die zweite Barriereschicht ist zwischen der Passivierungsschicht und der Reflexionsschicht angeordnet. Vorzugsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine Mehrzahl von epitaktisch aufgewachsenen Halbleiterschichten. Der erste Bereich weist einen ersten Leitungstyp auf, der insbesondere mittels einer Dotierung mit Fremdatomen erzeugt ist.
Die Reflexionsschicht umfasst beispielsweise eine Metallschicht aus einem Edelmetall und/oder einer Edelmetalllegierung und weist insbesondere eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung auf, die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement im Betrieb emittiert oder detektiert wird.
Die Passivierungsschicht ist vorzugsweise elektrisch isolierend und optisch durchlässig ausgeführt. Sie dient insbesondere als Spiegelschicht, vorzugsweise unter Ausnutzung von Totalreflexion an ihren Grenzflächen. Weitergehend kann die Passivierungsschicht auch als Multilayerschicht in Form eines Bragg-Reflektors ausgeführt sein. Eine Multilayerschicht kann insbesondere eine Mehrzahl von Schichten unterschiedlicher Zusammensetzung umfassen. Ein Bragg-Reflektor weist eine alternierende Abfolge von dielektrischen Einzelschichten unterschiedlicher Brechungsindizes auf, deren Schichtdicken auf den Wellenlängenbereich der zu reflektierenden Strahlung abgestimmt sind. Zudem kann die Passivierungsschicht weitere Halbleiterschichten vor äußeren Umweltweinflüssen schützen.
Die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht sind insbesondere Diffusionsschutzschichten, die die Diffusion von Kontaminanten vermindern oder unterbinden. Die erste Barriereschicht schützt beispielsweise die Halbleiterschichtenfolge insbesondere vor den Kontaminanten aus der Passivierungsschicht, um eine unerwünschte Passivierung der Dotierung der Halbleiterschichtenfolge zu vermindern oder zu unterbinden. Die zweite Barriereschicht schützt insbesondere das in der Reflexionsschicht angeordnete Material beispielsweise vor den in der Passivierungsschicht angereicherten Kontaminanten. Somit lassen sich unerwünschte Reaktionen, die beispielsweise in Aufwölbungen oder Ablösungen innerhalb der Reflexionsschicht resultieren würden, vermindern oder unterbinden.
Beim Herstellungsprozess der Passivierungsschicht können beispielsweise Prozessgase wie H₂, N₂, NO₂, NH₃, O₂, H₂O die Passivierungsschicht kontaminieren. Diese Kontaminanten können zu einem späteren Zeitpunkt der Herstellung oder auch während des Betriebs des Bauteils in umliegende Halbleiterschichten diffundieren und dadurch unerwünschte Effekte auslösen. Beispielsweise können in andere Schichten eingebrachte Dotieratome ungewollt passiviert werden oder Aufwölbungen von Schichten durch unerwünschte chemische Reaktionen entstehen. Die erste Barriereschicht vermindert oder unterbindet diesen Diffusionsprozess und damit auch die damit einhergehenden negativen Folgen für die umliegenden Schichten.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement

- eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps,
- eine Reflexionsschicht,
- eine zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Reflexionsschicht angeordnete Passivierungsschicht,
- eine erste Barriereschicht, die zwischen dem ersten Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht angeordnet ist, und/oder eine zweite Barriereschicht, die zwischen der Passivierungsschicht und der Reflexionsschicht angeordnet ist, wobei
- die erste Barriereschicht eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht in die Halbleiterschichtenfolge vermindert oder unterbindet, und wobei
- die zweite Barriereschicht eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht in die Reflexionsschicht vermindert oder unterbindet.

Einem hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelement liegen unter anderem die folgenden Überlegungen zugrunde. Bei der Herstellung von optoelektronischen Halbleiterbauelementen ist es oftmals notwendig, Hochtemperaturausheilschritte auszuführen. Diese Ausheilschritte dienen dazu, eventuell bei einem vorhergehenden Prozessschritt in den aufgewachsenen Halbleiterschichten eingelagerte Kontaminationen, wie Gase oder sonstige unerwünschte Fremdatome, auszutreiben. Dadurch wird eine weitere Kontamination der nachfolgenden Halbleiterschichten vermieden und unerwünschte durch die Kontaminanten hervorgerufene Effekte, wie beispielsweise eine Sekundenalterung, Schwankungen in der Flussspannung oder Schwankungen des Lichtstroms, werden vermindert oder unterbunden. Allerdings können die beschriebenen Ausheilschritte für optoelektronische Halbleiterbauelemente eine zusätzliche Belastung, beispielsweise aufgrund thermisch induzierter Verspannungen, darstellen oder eine unerwünschte Diffusion von Elementen in dem Halbleiterbauelement begünstigen. Ferner kann auch eine Oxidation einer metallischen Spiegelschicht durch einen Ausheilschritt verursacht werden, wodurch die Reflektivität der Spiegelschicht abnimmt.
Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement macht unter anderem von der Idee Gebrauch, eine oder mehrere Barriereschichten zwischen den empfindlichen Halbleiterschichten und den mit den Kontaminanten belasteten Schichten einzubringen. Dadurch wird eine Diffusion von Kontaminanten in die Halbleiterschichten vermindert oder unterbunden. So kann vorteilhaft auf eine Entfernung der Kontaminanten durch einen Hochtemperaturausheilschritt verzichtet werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die erste Barriereschicht zwischen dem ersten Bereich der Halbleiterschichtenfolge und der Passivierungsschicht angeordnet, und die zweite Barriereschicht zwischen der Reflexionsschicht und der Passivierungsschicht angeordnet. Mit anderen Worten, das optoelektronische Halbleiterbauelement weist sowohl die erste Barriereschicht als auch die zweite Barriereschicht auf. Damit ist sowohl die Passivierungsschicht als auch die Reflexionsschicht vor der Diffusion von etwaigen Kontaminationen aus der Halbleiterschichtenfolge geschützt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermindert oder unterbindet die erste und/oder die zweite Barriereschicht die Diffusion von H₂, O₂, N₂, NH₃ aus der Passivierungsschicht in den ersten Bereich der Halbleiterschichtenfolge und/oder aus der Passivierungsschicht in die Reflexionsschicht. Diese Kontaminanten können unerwünschte Effekte in der Halbleiterschichtenfolge hervorrufen, wie beispielsweise eine unerwünschte Passivierung von Dotierstoffen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen die erste und/oder die zweite Barriereschicht eine Dicke von höchstens 100 nm, bevorzugt von höchstens 20 nm, besonders bevorzugt von höchstens 10 nm auf. Eine dünnere erste und/oder zweite Barriereschicht hat vorteilhaft weniger Einfluss auf die Totalreflexion beziehungsweise die Einkopplung von elektromagnetischer Strahlung in die Reflexionsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die erste und/oder die zweite Barriereschicht als eine ALD-Schicht (ALD: Atomic Layer Deposition) ausgeführt. ALD-Schichten können mittels eines ALD-Abscheideverfahren, bei dem eine Monolage von Atomen abgeschieden wird, hergestellt werden. Die Abscheidung der Monolage kann durch Abscheidung von mehreren Submonolagen, beispielsweise mittels eines metallorganischen Prekursors, wie Trimethylaluminium, erfolgen. Dabei verhindern die Methylgruppen mittels „sterischer Hinderung“ der einzelnen Liganden eine vollständige Monolage und bilden so zunächst eine Submonolage. Dieser Zyklus kann mehrere Male wiederholt werden, bis aus mehreren Submonolagen eine Monolage entsteht. Somit werden keine sich übereinander stapelnde Atomlagen ausgebildet, sondern es wird nur eine einatomare Schicht auf einer Fläche abgeschieden. Der Vorteil einer solchen monolagigen Abscheidung ist eine sehr gute Bedeckung und die Überformung selbst kleinster Partikel und Unebenheiten. Dadurch entsteht eine sehr dichte Schicht, die vorteilhaft eine gute Diffusionsbarriere darstellen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthalten die erste und/oder die zweite Barriereschicht mindestens eine der Verbindungen Al₂O₃, AlN oder Ta₂O₅ oder sind aus mindestens einer der Verbindungen Al₂O₃, AlN oder Ta₂O₅ gebildet. Diese Verbindungen eignen sich insbesondere aufgrund ihrer guten Abscheidbarkeit in einem ALD-Prozess und ihrer geringen optischen Absorption. Ebenso kann vorteilhaft eine verbesserte Haftung der Reflexionsschicht auf der Passivierungsschicht und der transparenten, leitfähigen Schicht auf der Passivierungsschicht erreicht werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Passivierungsschicht mindestens eines der folgenden Materialien oder besteht daraus: Siliziumoxid, Nioboxid, Titanoxid und/oder Magnesiumfluorid. Vorteilhaft weisen diese Materialien in einem sichtbaren Spektralbereich eine sehr geringe optische Absorption auf, sind gleichzeitig elektrisch isolierend und einfach herzustellen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Passivierungsschicht als Multilayerschicht ausgebildet, die mindestens zwei der im vorherigen Absatz genannten Materialien enthält. Insbesondere kann die Passivierungsschicht auch als Bragg-Reflektor (DBR, Distributed Bragg Reflector) ausgebildet sein. Mit einer derartigen als Bragg-Reflektor ausgestalteten Passivierungsschicht wird eine vorteilhaft hohe Reflektivität erzielt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements basiert zumindest eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial und/oder einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial und/oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial.
„Auf Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mP oder As_nGa_mIn_1-n-mP umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al bzw. As, Ga, In, P), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
„Auf Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mN aufweist oder aus diesem besteht, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es beispielsweise ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. 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 und/oder ergänzt sein können.
„Auf Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basierend“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass die Halbleiterschichtenfolge oder zumindest ein Teil davon, vorzugsweise Al_nGa_mIn_1-n-mAs umfasst, wobei 0 ≤ n ≤ 1, 0 ≤ m ≤ 1 und n+m ≤ 1 ist. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es ein oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (Al bzw. As, Ga, In), auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist der erste Leitungstyp p-leitend und vorzugsweise durch eine p-Dotierung mit Magnesium gebildet. Alternativ kann die p-Dotierung auch mit Zink oder Kohlenstoff gebildet sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist zwischen der Passivierungsschicht und dem ersten Bereich vorzugsweise zwischen der ersten Barriereschicht und dem ersten Bereich eine transparente, leitfähige Schicht angeordnet. Eine transparente, leitfähige Schicht kann beispielsweise als Indiumzinnoxidschicht ausgebildet sein. Die transparente, leitfähige Schicht dient einer homogenen Stromverteilung insbesondere bei der Verwendung von einem Halbleitermaterial wie beispielsweise InGaN, dessen Querleitfähigkeit dafür nicht ausreicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Reflexionsschicht eine transparente, leitfähige Schicht in Verbindung mit einer Goldschicht oder eine transparente, leitfähige Schicht in Verbindung mit einer Silberschicht. Die transparente, leitfähige Schicht kann in Kombination mit einer Goldschicht insbesondere die Haftung der Reflexionsschicht auf der Passivierungsschicht verbessern. Vorteilhaft kann auch die zweite Barriereschicht die Haftung zwischen einer Goldschicht und der Passivierungsschicht verbessern. Mit anderen Worten, die zweite Barriereschicht kann vorteilhaft die transparente, leitfähige Schicht zwischen einer Gold- oder Silberschicht als Reflexionsschicht und der Passivierungsschicht ersetzen. Unter einer Goldschicht ist dabei eine Gold enthaltende, mit Gold gebildete oder aus Gold bestehende Schicht zu verstehen. Unter einer Silberschicht ist entsprechend eine Silber enthaltende, mit Silber gebildete oder aus Silber bestehende Schicht zu verstehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Halbleiterschichtenfolge auf einer der Passivierungsschicht abgewandten Seite einen zweiten Bereich eines zweiten Leitungstyps auf. Zwischen dem ersten Bereich und dem zweiten Bereich ist ein aktiver Bereich ausgebildet, der zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist. Der aktive Bereich umfasst vorzugsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, single quantum well) oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion. Der zweite Leitungstyp ist insbesondere verschieden vom ersten Leitungstyp und beispielsweise mit einer n-Dotierung insbesondere mittels Phosphor gebildet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements sind die erste und/oder die zweite Barriereschicht für die aus dem aktiven Bereich im Betrieb emittierte oder detektierte elektromagnetische Strahlung durchlässig, insbesondere transparent oder transluzent ausgebildet.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Mit dem Verfahren kann insbesondere ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement hergestellt werden. Das heißt, sämtliche für das optoelektronische Halbleiterbauelement offenbarte Merkmale sind für das Verfahren offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird zunächst in einem Schritt A)eine Halbleiterschichtenfolge mit einem ersten Bereich eines ersten Leitungstyps bereitgestellt.
Danach folgt in einem Schritt B) das Abscheiden einer Passivierungsschicht mittels PVD oder PECVD auf dem ersten Bereich. Als PVD (physical vapour deposition) wird ein Abscheideverfahren bezeichnet, bei dem das Ausgangsmaterial, welches abgeschieden werden soll, mittels physikalischer Verfahren in die Gasphase überführt wird. Anschließend kondensiert das Material an der zu beschichtenden Oberfläche. Der Ausdruck PECVD (plasma-enhanced chemical vapour deposition) beschreibt ein Abscheideverfahren bei dem die chemische Abscheidung von Substanzen durch ein Plasma unterstützt wird. Bei beiden Verfahren können nachteiligerweise Prozessgase oder sonstige Verunreinigungen in der Prozesskammer die abgeschiedenen Schichten kontaminieren. Vorteilhaft können große Wachstumsraten bei relativ niedrigen Temperaturen erzielt werden.
Dem folgt in einem Schritt C) das Anordnen einer Reflexionsschicht auf der dem ersten Bereich abgewandten Seite der Passivierungsschicht. Die Reflexionsschicht umfasst beispielsweise ein transparentes, leitfähiges Oxid und eine Metallschicht die insbesondere ein Edelmetall und/oder eine Edelmetalllegierung aufweist. Die Reflexionsschicht besitzt eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung.
Zwischen Schritt A) und Schritt B) wird eine erste Barriereschicht zwischen dem ersten Bereich und der Passivierungsschicht ausgebildet und/oder zwischen Schritt B) und Schritt C) wird eine zweite Barriereschicht zwischen der Passivierungsschicht und der Reflexionsschicht ausgebildet. Die erste Barriereschicht und die zweite Barriereschicht können beispielsweise mittels Sputtern oder eines ALD-Verfahrens aufgebracht werden. Sputtern ist kosteneffizienter, während die mittels ALD-Verfahren erzeugten Schichten eine gegebene Oberfläche vorteilhaft besser überformen und somit eine dichtere Schicht ergeben.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das Verfahren frei von Ausheilschritten. Ein Ausheilschritt umfasst dabei eine Temperaturbehandlung des optoelektronischen Halbleiterbauelements, bei der beispielsweise die Temperatur auf 400°C bis 450°C gesteigert wird. Dadurch sollen unerwünschte Kontaminanten aus der Halbleiterschichtenfolge sowie der Passivierungsschicht ausgetrieben werden. Durch eine Vermeidung dieses Ausheilschrittes ist das optoelektronische Halbleiterbauelement vorteilhaft einer geringeren Temperaturbelastung ausgesetzt. Dadurch ergibt sich eine vorteilhaft erhöhte Freiheit bei der Auswahl der zu verwendenden Materialien für das optoelektronische Halbleiterbauelement.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterbauelements ergeben sich aus den folgenden, in Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten, Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:

1A einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
1B einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
2 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
3 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, und
4 einen schematischen Querschnitt durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel.

Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit den gleichen 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 für eine bessere Verständlichkeit übertrieben groß dargestellt sein.
1A zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 1 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 10 mit einem ersten Bereich 101 eines ersten Leitungstyps, eine Passivierungsschicht 120, eine Reflexionsschicht 140 sowie eine erste Barriereschicht 131. Die erste Barriereschicht 131 ist zwischen der Passivierungsschicht 120 und dem ersten Bereich 101 angeordnet. Die Reflexionsschicht 140 ist auf einer der ersten Barriereschicht 131 abgewandten Seite der Passivierungsschicht 120 angeordnet.
Die erste Barriereschicht 131 enthält beispielsweise ein Al₂O₃ und vermindert oder unterbindet eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht 120 in den ersten Bereich 101 der Halbleiterschichtenfolge 10. Der erste Bereich 101 umfasst beispielweise ein InGaAlP und ist vorzugsweise p-dotiert mittels Magnesium. Die Querleitfähigkeit von InGaAlP ist ausreichend groß, sodass auf eine Stromaufweitungsschicht aus beispielsweise einem transparenten leitfähigen Oxid vorteilhaft verzichtet werden kann. Die Reflexionsschicht 140 umfasst insbesondere eine Kombination eines transparenten leitfähigen Oxids mit einer Edelmetalllegierung oder einem Edelmetall wie beispielsweise Gold oder Silber und weist eine hohe Reflektivität für elektromagnetische Strahlung auf, die von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement im Betrieb emittiert oder detektiert wird.
1B zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das zweite Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel. Das in 1B dargestellte optoelektronische Halbleiterbauelement 1 verfügt jedoch anstelle der ersten Barriereschicht 131 über eine zweite Barriereschicht 132, die zwischen der Passivierungsschicht 120 und der Reflexionsschicht 140 angeordnet ist. Die zweite Barriereschicht 132 vermindert oder unterbindet eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht 120 in die Reflexionsschicht 140. Die Reflexionsschicht 140 reagiert insbesondere bei der Verwendung von Silber auf die in der Passivierungsschicht 120 enthaltenen Kontaminanten. Dadurch können Aufwölbungen oder unerwünschte Einfärbungen der Reflexionsschicht 140 entstehen, die durch die zweite Barriereschicht 132 vermindert oder unterbunden werden.
2 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das dritte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem ersten Ausführungsbeispiel und ist lediglich um eine transparente leitfähige Schicht 150 ergänzt. Die transparente leitfähige Schicht 150 ist zwischen der ersten Barriereschicht 131 und dem ersten Bereich 101 angeordnet und gewährleistet eine homogene Stromverteilung in dem ersten Bereich 101. Der erste Bereich 101 umfasst ein Halbleitermaterial wie beispielsweise ein InGaN und kann zum Anschluss eines pn-Übergangs vorgesehen sein. Da die Querleitfähigkeit von InGaN nicht ausreichend hoch ist, sorgt die transparente leitfähige Schicht 150 für eine lateral homogene Stromverteilung.
3 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das vierte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem dritten Ausführungsbeispiel und ist zusätzlich um eine zweite Barriereschicht 132 ergänzt. Dadurch ist vorteilhaft sowohl die Reflexionsschicht 140 als auch die Halbleiterschichtenfolge 10 vor den Auswirkungen der Kontaminanten in der Passivierungsschicht 120 geschützt.
4 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauelements 1. Das fünfte Ausführungsbeispiel entspricht im Wesentlichen dem vierten Ausführungsbeispiel und ist lediglich um einen aktiven Bereich 103, einen zweiten Bereich 102 eines zweiten Leitungstyps und eine weitere transparente, leitfähige Schicht 150 ergänzt. Der zweite Leitungstyp ist vom ersten Leitungstyp verschieden, weist insbesondere eine n-Leitfähigkeit auf und ist beispielsweise mittels einer Phosphor Dotierung hergestellt. Der aktive Bereich 103 umfasst beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, single quantum well) oder, besonders bevorzugt, eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung oder zur Strahlungsdetektion. Elektromagnetische Strahlung, die in dem aktiven Bereich 103 im Betrieb erzeugt wird kann das optoelektronischen Halbleiterbauelement 1 auf der dem aktiven Bereich 103 abgewandten Seite des zweiten Bereichs 102 verlassen. Die Reflexionsschicht 140 reflektiert einen Teil der elektromagnetischen Strahlung und erhöht so die Effizienz des Halbleiterbauelements 1. Die erste Barriereschicht 131 und die zweite Barriereschicht 132 sind optisch durchlässig ausgeführt und beeinflussen die elektromagnetische Strahlung somit nicht.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination an Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmale oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Bezugszeichenliste

1: optoelektronisches Halbleiterbauelement
10: Halbleiterschichtenfolge
101: erster Bereich
102: zweiter Bereich
103: aktiver Bereich
120: Passivierungsschicht
131: erste Barriereschicht
132: zweite Barriereschicht
140: Reflexionsschicht
150: transparente, leitfähige Schicht

Claims

Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit - einer Halbleiterschichtenfolge (10) mit einem ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, - einer Reflexionsschicht (140), - einer zwischen der Halbleiterschichtenfolge (10) und der Reflexionsschicht (140) angeordneten Passivierungsschicht (120), und - einer ersten Barriereschicht (131), die zwischen dem ersten Bereich (101) der Halbleiterschichtenfolge (10) und der Passivierungsschicht (120) angeordnet ist, und/oder einer zweiten Barriereschicht (132), die zwischen der Passivierungsschicht (120) und der Reflexionsschicht (140) angeordnet ist, wobei - die erste Barriereschicht (131) eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht (120) in die Halbleiterschichtenfolge (10) vermindert oder unterbindet, und wobei - die zweite Barriereschicht (132) eine Diffusion von Kontaminanten aus der Passivierungsschicht (120) in die Reflexionsschicht (140) vermindert oder unterbindet.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 1, das die erste Barriereschicht (131) und die zweite Barriereschicht (132) aufweist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 1, bei dem die erste Barriereschicht (131) und/oder die zweite Barriereschicht (132) die Diffusion von H₂, O₂, N₂, NH₃ aus der Passivierungsschicht (120) in den ersten Bereich (101) der Halbleiterschichtenfolge (10) und/oder aus der Passivierungsschicht (120) in die Reflexionsschicht (140) vermindern oder unterbinden.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 1, bei dem die erste Barriereschicht (131) und/oder die zweite Barriereschicht (132) eine Dicke von höchstens 100 nm, bevorzugt von höchstens 20 nm, besonders bevorzugt von höchstens 10 nm aufweisen.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 1, bei dem die erste Barriereschicht (131) und/oder die zweite Barriereschicht (132) als eine ALD-Schicht ausgeführt sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem Anspruch 1, bei dem die erste Barriereschicht (131) und/oder die zweite Barriereschicht (132) mindestens eine der Verbindungen Al₂O₃, AlN oder Ta₂O₅ enthalten oder aus mindestens einer der Verbindungen Al₂O₃, AlN oder Ta₂O₅ gebildet sind.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Passivierungsschicht (120) mindestens eines der folgenden Materialien enthält oder daraus besteht: Siliziumoxid, Nioboxid, Titanoxid und/oder Magnesiumfluorid.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Passivierungsschicht (120) als Multilayerschicht ausgebildet ist, die mindestens zwei der im vorherigen Anspruch genannten Materialien enthält.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zumindest eine Schicht des optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) auf einem Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial und/oder einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial und/oder einem Arsenid-Verbindungshalbleitermaterial basiert.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der erste Leitungstyp p-leitend ist und vorzugsweise durch eine p-Dotierung mit Magnesium gebildet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zwischen der Passivierungsschicht (120) und dem ersten Bereich (101) eine transparente, leitfähige Schicht (150) angeordnet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reflexionsschicht (140) eine transparente, leitfähige Schicht mit einer Goldschicht oder eine transparente, leitfähige Schicht mit einer Silberschicht umfasst.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Halbleiterschichtenfolge (10) auf einer der Passivierungsschicht (120) abgewandten Seite einen zweiten Bereich (102) eines zweiten Leitungstyps aufweist, und zwischen dem ersten Bereich (101) und dem zweiten Bereich (102) ein aktiver Bereich (103) ausgebildet ist, der zur Emission oder Detektion von elektromagnetischer Strahlung eingerichtet ist.
Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) gemäß dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die erste Barriereschicht (131) und/oder die zweite Barriereschicht (132) für die aus dem aktiven Bereich (103) im Betrieb emittierte oder detektierte elektromagnetische Strahlung durchlässig, insbesondere transparent oder transluzent ausgebildet sind.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) umfassend die folgenden Schritte: A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (10) mit einem ersten Bereich (101) eines ersten Leitungstyps, B) Abscheiden einer Passivierungsschicht (120) auf dem ersten Bereich (101) mittels PECVD oder PVD, C) Anordnen einer Reflexionsschicht (140) auf der dem ersten Bereich (101) abgewandten Seite der Passivierungsschicht (120), wobei zwischen Schritt A) und Schritt B) eine erste Barriereschicht (131) zwischen dem ersten Bereich (101) und der Passivierungsschicht (120) ausgebildet wird, und/oder wobei zwischen Schritt B) und Schritt C) eine zweite Barriereschicht (132) zwischen der Passivierungsschicht (120) und der Reflexionsschicht (140) ausgebildet wird.
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) gemäß dem vorherigen Anspruch, bei dem das Verfahren frei von Ausheilschritten ist.