DE10329364A1 - Elektrischer Kontakt für ein optoelekronisches Bauelement und Verfahren zu dessen Herstellung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung beschreibt einen lötbaren Spiegelkontakt für ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere für eine im infraroten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode. Der Kontakt enthält eine Spiegelschicht, die aus einer Schicht (2) aus einer Gold-Germanium-Legierung und einer Goldschicht (3) gebildet wird, eine nachfolgende Barrierenschicht (4) und eine Lotschicht (7), wobei die Barrierenschicht (4) aus einem mittels thermischer Verdampfung abscheidbaren Material, vorzugsweise einer Nickel-Chrom-Verbindung oder Wolfram, gebildet ist. Vorteilhaft enthält der elektrische Kontakt zwischen der Barrierenschicht (4) und der Lotschicht (7) eine Haftschicht (5) und eine Benetzungsschicht (6), und die Lotschicht (7) ist vorzugsweise mit einer Deckschicht (8) versehen.

Description

• Die Erfindung betrifft einen elektrischen Kontakt für ein optoelektronisches Bauelement, insbesondere für eine im infraroten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode (IRED), nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung.
• Nicht transparente elektrische Kontakte für lichtemittierende optoelektronische Bauelemente enthalten oftmals eine hochreflektierende Spiegelschicht, um ein Eindringen von aus dem Inneren des optoelektronischen Bauelements emittierter Strahlung in den Kontakt zu vermeiden und dadurch die Absorptionsverluste zu verringern. Diese Spiegelschicht sollte sich neben einer möglichst hohen Reflektivität auch durch einen möglichst geringen Kontaktwiderstand auszeichnen.
• In der DE 41 13 969 A1 wird ein Verfahren zur Herstellung von ohmschen Kontakten für Verbindungshalbleiter angegeben, bei dem zur Herstellung eines ohmschen Kontakts auf einer n-dotierten Halbleiterschicht eines III-V-Verbindungshalbleiters nachfolgend eine AuGe-Schicht und eine Au-Schicht abgeschieden werden. Ein solcher Kontakt eignet sich beispielsweise als ganzflächiger Rückseitenkontakt für Halbleiter-Leuchtdioden, die infrarotes oder sichtbares Licht emittieren.
• Um die Diffusion von Fremdmaterialien in die Spiegelschicht, die eine starke Verminderung der Reflektivität bewirken würden, zu verhindern, ist bekannt, zwischen die Lotschicht und die Spiegelschicht eine Barrierenschicht einzufügen. Beispielsweise wird in der DE 44 05 716 C2 die Verwendung einer Diffusionsbarriere aus einer aufgesputterten TiW(N)-Diffusionsbarriere offenbart. Ein Problem stellt oftmals die Haftung oder die Benetzung der Lotschicht auf der Barrierenschicht dar. Deshalb werden zwischen der Barrierenschicht und der Lotschicht eine Haft- und/oder Benetzungsschicht aufgebracht. Die vielfältigen Anforderungen an einen elektrischen Kontakt für ein optoelektronisches Bauelement können daher oftmals nur mit Schichtsystemen erfüllt werden, die aus einer Vielzahl von Schichten bestehen, zu deren Herstellung mehrere Verfahrensschritte, insbesondere mit verschiedenen Beschichtungstechnologien erforderlich sind.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen elektrischen Kontakt für ein optoelektronisches, insbesondere im infraroten Spektralbereich emittierendes, Bauelement anzugeben, dessen Schichtenfolge mit einem vergleichsweise geringem technischen Aufwand, insbesondere mit möglichst wenigen Verfahrensschritten, abgeschieden werden kann. Ferner soll ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Kontakts angegeben werden.
• Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen elektrischen Kontakt mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 bzw. ein Verfahren nach Patentanspruch 13 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
• Ein elektrischer Kontakt für ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung enthält eine Spiegelschicht aus einer Gold-Germanium-Legierung und Gold, eine nachfolgende Barrierenschicht und eine Lotschicht, wobei die Barrierenschicht aus einem mittels thermischer Verdampfung abscheidbaren Material gebildet ist. Unter thermischer Verdampfung wird ein Prozess verstanden, bei dem das abzuscheidende Material aus einem Reservoir, beispielsweise einem Schmelztiegel, durch Erhitzen, beispielsweise durch eine Widerstandsheizung oder durch einen Elektronenstrahl, in die Gasphase überführt wird. Insbesondere wird eine Abscheidung durch Kathodenzerstäubung (Sputtern) nicht zu diesen Verfahren gezählt.
• Zu den mittels thermischer Verdampfung abscheidbaren Materialien zählt insbesondere nicht das bekannte Barrierenschichtmaterial TiW(N), das üblicherweise durch reaktives Sputtern unter N-Partialdruck hergestellt wird.
• Der Aufbau der Spiegelschicht aus AuGe und Au und Verfahrensschritte zur Herstellung eines ohmschen Kontakts sind aus der Druckschrift DE 41 13 969 A1 bekannt, deren Inhalt durch Referenz in die vorliegende Beschreibung aufgenommen wird.
• Ein wesentlicher Schritt zum Herstellen des ohmschen Kontakts ist ein Sinterprozess, bei dem Germanium-Atome aus der AuGe-Schicht in die oberste Halbleiterschicht des optoelektronischen Bauelements hinein diffundieren und so einen ohmschen Kontakt herstellen. Vorzugsweise wird die Spiegelschicht vor dem Aufbringen der Barrierenschicht bei einer Temperatur von etwa 450° für etwa 13 Minuten gesintert.
• Dieser Prozess muß vor dem Aufbringen der Lotschicht erfolgen, da die Lotschicht, die typischerweise eine eutektische Au_0.88Ge_0.12-Legierung enthält, bei der Temperatur des Sinterprozesses aufschmelzen könnte.
• Durch die Verwendung eines mittels thermischer Verdampfung abscheidbaren Materials, beispielsweise einer Nickel-Chrom-Verbindung oder Wolfram, als Barrierenschichtmaterial, kann die Barrierenschicht mit dem gleichen Beschichtungsverfahren wie die nachfolgenden Schichten, insbesondere die Lotschicht, aufgebracht werden. Deshalb muß der Beschichtungsprozeß nach dem Sinterprozeß vorteilhaft nicht ein weiteres Mal unterbrochen werden. Das Verfahren zum Herstellen des elektrischen Kontakts umfasst daher bevorzugt nicht mehr als zwei Beschichtungs-Verfahrensschritte. Unter einem Beschichtungs-Verfahrensschritt wird dabei das Aufbringen von einer oder mehrerer Schichten verstanden, das mittels der gleichen Beschichtungstechnolgie und/oder in der gleichen Beschichtungsanlage erfolgt. Dadurch wird das Risiko einer Beschädigung des Chips, daß bei einem mehrfachen Transferieren zwischen verschiedenen Beschichtungsanlagen erhöht wäre, gering gehalten und eine Beschleunigung des gesamten Herstellungsprozesses erzielt.
• Vorzugsweise enthält die Barrierenschicht eine Nickel-Chrom-Verbindung oder Wolfram. Dies hat den Vorteil, daß diese Materialien effektiv die Diffusion von Materialien aus nachfolgenden Schichten, insbesondere der Lotschicht, in die Spiegelschicht verhindern. Bei einer beispielsweise aus einer eutektischen Gold-Germanium-Verbindung bestehenden Lotschicht wird insbesondere die Diffusion von Germanium in die Spiegelschicht verhindert, wodurch Absorptionsverluste aufgrund dieser Diffusion vermieden werden.
• Besonders bevorzugt besteht die Barrierenschicht aus einer Nickel-Chrom-Verbindung mit einer Zusammensetzung von 70% bis 90% Nickel und 10% bis 30% Chrom. Die Barrierenschicht muß eine ausreichende Dicke aufweisen, um ihre Wirkung als Diffusionsbarriere zu erfüllen. Vorzugsweise ist sie 100 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt 300 nm bis 500 nm dick.
• Die Spiegelschicht besteht bevorzugt aus einer etwa 50 nm dicken Gold-Germanium-Schicht und einer nachfolgenden, etwa 250 nm dicken Goldschicht.
• Zwischen der Barrierenschicht und der Lotschicht ist vorzugsweise eine Haftvermittlungsschicht enthalten, die beispielsweise Titan enthält und vorteilhaft etwa 100 nm dick ist.
• Vorzugsweise ist nachfolgend eine Benetzungsschicht aufgebracht, die eine gleichmäßige Benetzung mit dem Lot beim späteren Lötvorgang bewirkt, bei der es sich vorteilhaft um eine etwa 150 nm dicke Platinschicht handelt.
• Die Lotschicht enthält vorzugsweise eine eutektische Gold-Germanium-Legierung und ist beispielsweise etwa 1800 nm dick.
• Bevorzugt wird die Lotschicht mit einer etwa 100 nm dicken Deckschicht, die insbesondere aus Gold bestehen kann, abgedeckt.
• Bei dem optoelektronischen Bauelement kann es sich insbesondere um eine im infraroten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode handeln.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der 1 näher erläutert.
• 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen elektrischen Kontakt für ein optoelektronisches Bauelement gemäß der Erfindung.
• Eine Kontaktfläche 1 eines optoelektronischen Bauelements wird beispielsweise durch die Oberfläche eines n-dotierten III-V-Verbindungshalbleitermaterials wie zum Beispiel GaAs gebildet. Insbesondere kann es sich dabei um die Rückseite eines Substrats 9 handeln, auf das auf der Vorderseite eine Schichtenfolge aufgebracht ist, die eine im infraroten Spektralbereich emittierende aktive Zone enthält.
• Auf die Kontaktfläche 1 sind eine etwa 50 nm dicke Schicht 2 aus einer Gold-Germanium-Legierung und nachfolgend eine etwa 250 nm dicke Goldschicht 3 aufgebracht. Der Germaniumanteil der Gold-Germanium-Schicht 2 beträgt vorzugsweise etwa 1%.
• Mit einem Sinterprozeß, bei dem der Kontakt für etwa 13 min auf eine Temperatur von etwa 450° erhitzt wird, werden an der Kontaktfläche 1 Diffusionsprozesse angeregt, bei denen vor allem Germaniumatome aus der Gold-Germanium-Schicht 2 in die Kontaktfläche 1 des optoelektronischen Bauelements eindringen und so einen ohmschen Kontakt erzeugen. Der Sinterprozeß muß vor dem Aufbringen einer Lotschicht 7 erfolgen, da die Lotschicht 7 bei der Temperatur des Sinterprozesses aufschmelzen könnte. Beispielsweise beträgt die Schmelztemperatur für eine als Lotschicht 7 bevorzugte eutektische Gold-Germanium-Legierung mit 88% Gold und 12% Germanium etwa 360°. Für den Sinterprozeß ist daher eine Unterbrechung des Beschichtungsprozesses erforderlich.
• Auf die Goldschicht 3 ist nachfolgend eine Barrierenschicht 4 abgeschieden, die aus einer Nickel-Chrom-Verbindung oder aus Wolfram besteht. Die Barrierenschicht 4 hat den Zweck, die Diffusion von Material aus der Lotschicht 7 oder anderen der Barrierenschicht nachfolgenden Schichten in den aus der Goldschicht 3 und der Gold-Germanium-Schicht 2 gebildeten Spiegel zu verhindern. Die Verwendung einer Nickel-Chrom-Verbindung oder Wolfram als Material für die Barrierenschicht 4 hat den Vorteil, daß diese einerseits eine effektive Diffusionsbarriere, insbesondere für in einer aus Gold-Germanium bestehenden Lotschicht 7 enthaltenes Germanium darstellen, und andererseits, daß diese Materialien durch thermische Verdampfung abscheidbar sind. Da auch alle der Barrierenschicht 4 nachfolgenden Schichten, insbesondere die Lotschicht 7, ebenfalls mit thermischer Verdampfung abscheidbar sind, muß der Beschichtungsprozeß nach dem Sinterprozeß vorteilhaft nicht ein weiteres Mal unterbrochen werden. Die nachfolgenden Schichten können insbesondere in der gleichen Beschichtungsanlage aufgebracht werden, wodurch das Risiko für eine Beschädigung, Verschmutzung oder Bruch des Chips durch Vermeidung eines Transfers zwischen verschiedenen Beschichtungsanlagen gering gehalten wird. Gleichermaßen wird dadurch die benötigte Zeit für den gesamten Herstellungsprozeß des Kontakts reduziert.
• Um ihre Funktion als Diffusionsbarriere zu gewährleisten, darf die Barrierenschicht 4 nicht zu dünn sein. Die Dicke beträgt 100 nm bis 1000 nm, besonders bevorzugt 300 bis 500 nm.
• Auf der Barrierenschicht 4 ist vorteilhaft eine Haftschicht 5 abgeschieden, die eine gute Haftung der nachfolgenden Schichten des elektrischen Kontakts bewirkt, und vorteilhaft aus einer etwa 100 nm dicken Titanschicht besteht.
• Auf die Haftschicht 5 ist vorzugsweise eine Benetzungsschicht 6 aufgebracht, die eine gleichmäßige Benetzung der Kontaktfläche mit dem Lot beim späteren Lötvorgang bewirkt. Bevorzugt ist die Benetzungsschicht 6 eine etwa 150 nm dicke Platinschicht.
• Auf die Benetzungsschicht 6 ist die Lotschicht 7, bei der es sich vorzugsweise um eine eutektische Gold-Germanium-Legierung handelt, abgeschieden. Diese Lotschicht 7 ist beispielsweise etwa 1800 nm dick und kann vorzugsweise mit einer beispielsweise etwa 100 nm dicken Deckschicht 8 aus Gold versehen werden.
• Der beschriebene lötbare Spiegelkontakt kann durch dem Fachmann bekannte Verfahren, beispielsweise durch Ätzen oder Abhebetechnik (lift-off-Technik), strukturiert sein.
• Die Beschreibung der Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels ist selbstverständlich nicht als Einschränkung auf dieses zu verstehen.

Claims (15)

1. Elektrischer Kontakt für ein optoelektronisches Bauelement mit einer Spiegelschicht, die eine Schicht (2) aus einer Gold-Germanium-Legierung und eine Goldschicht (3) enthält, einer nachfolgenden Barrierenschicht (4) und einer Lotschicht (7), dadurch gekennzeichnet, daß die Barrierenschicht (4) aus einem mittels thermischer Verdampfung abscheidbaren Material gebildet ist.
2. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 1, bei dem die Barrierenschicht eine Nickel-Chrom-Verbindung oder Wolfram enthält.
3. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 2, bei dem die Nickel-Chrom-Verbindung 70% bis 90% Nickel und 10% bis 30% Chrom enthält.
4. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Barrierenschicht (4) zwischen 100 nm und 1000 nm, bevorzugt zwischen 300 nm und 500 nm, dick ist.
5. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Gold-Germanium-Schicht (2) etwa 50 nm dick ist, und die Goldschicht (3) etwa 250 nm dick ist.
6. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwischen der Barrierenschicht (4) und der Lotschicht (7) eine Haftvermittlungsschicht (5) enthält.
7. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 6, bei dem die Haftvermittlungsschicht (5) Titan enthält.
8. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der zwischen der Barrierenschicht (4) und der Lotschicht (7) eine Benetzungsschicht (6) enthält.
9. Elektrischer Kontakt nach Anspruch 8, bei dem die Benetzungsschicht (6) Platin enthält.
10. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Deckschicht (8) aus Gold auf die Lotschicht (7) aufgebracht ist.
11. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der auf eine Kontaktfläche (1) eines optoelektronischen Bauelements aufgebracht ist, die ein n-dotiertes III-V-Halbleitermaterial aufweist.
12. Elektrischer Kontakt nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das optoelektronische Bauelement eine im infraroten Spektralbereich emittierende Leuchtdiode ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem die Barrierenschicht (4) und die Lotschicht (7) mittels thermischer Verdampfung abgeschieden werden.
14. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts nach Anspruch 13, bei dem die aus der Gold-Germanium-Schicht (2) und der Goldschicht (3) gebildete Spiegelschicht für etwa 13 min bei etwa 450° gesintert wird.
15. Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Kontakts nach einem der Ansprüche 13 oder 14, das nicht mehr als zwei Beschichtungs-Verfahrensschritte umfaßt.