WO2009068006A2 - Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers - Google Patents

Optoelektronischer halbleiterkörper und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterkörpers Download PDF

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semiconductor body
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optoelectronic semiconductor
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Berthold Hahn
Ulrich Zehnder
Andreas Weimar
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/22—Roughened surfaces, e.g. at the interface between epitaxial layers

Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic semiconductor body having an epitaxial semiconductor layer sequence based on a nitride compound semiconductor.
  • the semiconductor layer sequence is provided with an electrical contact material such that it is connected to an n-type doped epitaxial semiconductor layer of the
  • the application also relates to a method for producing such an optoelectronic semiconductor body.
  • the described semiconductor body has, for example, an n-type doped epitaxial layer of GaN, which forms an outer main surface of the semiconductor body, which faces away from a p-type doped epitaxial layer.
  • an electrical contact material in the form of a metallic bond pad is arranged on the main surface of the n-type doped epitaxial semiconductor layer.
  • An optoelectronic semiconductor body with an epitaxial semiconductor layer sequence based on nitride compound semiconductors is specified.
  • the semiconductor layer sequence has an epitaxial
  • Buffer layer an active zone and arranged between the buffer layer and the active zone epitaxial contact layer.
  • the buffer layer and the contact layer are based on nitride compound semiconductors.
  • the semiconductor layer sequence has at least one layer and preferably several layers with one or more materials of the nitride compound semiconductors.
  • Nitride compound semiconductors are compound semiconductor materials that contain nitrogen, such as materials from the system In x Al y Gai x - y N where O ⁇ x ⁇ l, O ⁇ y ⁇ l and x + y ⁇ 1.
  • This material is not compulsory have a mathematically exact composition according to the above formula. Rather, it may include one or more dopants as well as additional ingredients that do not substantially alter the physical properties of the material.
  • the above formula contains only the essential constituents of the crystal lattice (Al, Ga, In, N), although these may be partially replaced or supplemented by other substances.
  • the buffer layer comprises GaN in one embodiment. Additionally or alternatively, the contact layer comprises GaN. This means that in this layer both Ga and N are contained as essential constituents of the material.
  • the material of the layers is not necessarily a binary semiconductor material, but it may also be a ternary or a quaternary semiconductor material.
  • a material comprising GaN may in particular also be AlGaN, InGaN or AlInGaN.
  • the buffer layer and additionally or alternatively the contact layer has binary semiconductor material with GaN.
  • the optoelectronic semiconductor body has a recess in the semiconductor layer sequence, which extends from one side of the semiconductor layer sequence through the buffer layer.
  • the recess ends according to an embodiment of the semiconductor body in a region of the contact layer.
  • an electrical contact material is arranged, which adjoins the contact layer in the recess. This offers the possibility of electrical contact not or not only between the contact material and an outer layer of the epitaxial
  • the buffer layer can be optimized, for example, with regard to its crystal quality, and the contact layer can be optimized with regard to its contactability by means of an electrical contact material.
  • the electrical contact material is not a semiconductor material of the epitaxial semiconductor layer sequence.
  • the electrical contact material comprises metallically conductive material.
  • the contact material contains at least one metal and / or at least one transparent electrically conductive oxide (TCO, transparent conductive oxide).
  • a further embodiment of the semiconductor body provides that the buffer layer has a lower n-dopant concentration than the contact layer.
  • the buffer layer may be nominally undoped or only partially n-doped in a nominal manner.
  • the maximum n-dopant concentration within the buffer layer is less than 3 ⁇ 10 -8 cm -3 or less than 1 ⁇ 10 18 cm -3 . The maximum n
  • Dopant concentration within the buffer layer may advantageously also be less than 7 ⁇ 10 17 cm -3 or less than 5 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the n-impurity concentration in the contact layer is in one embodiment at least 3 x 10 18 cm “3, 5 x 10 18 cm” 3, 7 x 10 18 cm “3 or 1 x 10 19 cm” 3. In general, the highest possible n-dopant concentration in the
  • the buffer layer has a thickness of greater than or equal to 0.15 ⁇ m, preferably 0.5 ⁇ m.
  • the thickness may in particular also be greater than 0.7 ⁇ m or greater than 1 ⁇ m.
  • an outer surface of the buffer layer has an average roughness which is more than 2 times the average roughness of a bottom surface of the recess.
  • the average roughness of the outer surface is more than 5 times as large as the average roughness of a bottom surface of the recess.
  • an outer surface of the buffer layer has an average roughness which is more than 2 times the average roughness of one of the
  • the mean roughness of the outer surface is more than 5 times as great as the average roughness of the surface of the electrical contact material facing away from the semiconductor layer sequence.
  • the electrical contact material is electrically conductively connected to a bonding pad of the semiconductor body or forms a bonding pad.
  • the recess extends into the contact layer.
  • a further embodiment provides that the semiconductor body is free of an epitaxial substrate.
  • the invention relates to a method for producing an optoelectronic semiconductor body, in which an epitaxial semiconductor layer sequence based on nitride compound semiconductors is provided.
  • the semiconductor layer sequence contains an epitaxial buffer layer, an active zone and an epitaxial contact layer.
  • the buffer layer is nominally undoped or at least partially n-type doped.
  • the active zone is suitable for emitting or receiving electromagnetic radiation.
  • the contact layer is arranged between the buffer layer and the active zone.
  • an n-dopant concentration in the contact layer is greater than in the buffer layer.
  • the recess is formed so deep that it extends into the contact layer.
  • an outer surface of the buffer layer is roughened.
  • Figure 1 is a schematic plan view of a
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor body illustrated in FIG. 1,
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor body according to a second exemplary embodiment
  • FIG. 4 shows a schematic sectional view of the optoelectronic semiconductor body according to a third exemplary embodiment
  • FIGS. 5 to 7 show schematic sectional views of an epitaxial semiconductor layer sequence during different stages of the method according to a first exemplary embodiment
  • FIGS. 8 and 9 are schematic sectional views of an epitaxial semiconductor layer stack during different process stages of the method according to a second embodiment.
  • a buffer layer 21 of an epitaxial semiconductor layer stack and a contact material 4 can be seen.
  • the buffer layer 21 is an outer one
  • the main surfaces of a layer are to be understood in each case as meaning the two oppositely lying surfaces, which are the surfaces
  • the major sides of the semiconductor layer stack are those two sides bounded by major surfaces of layers of the semiconductor layer stack.
  • the buffer layer does not necessarily have to be the outer layer. Rather, it may, for example, be at least partially covered by a further epitaxial semiconductor layer of the layer stack which, for example, forms the essential part of the outer surface on this main side of the semiconductor layer stack.
  • the electrical contact material 4 is formed in the form of a frame. In Figure 1, the frame is closed, but it could also be interrupted. Likewise, it is basically possible that the electrical contact material 4 is applied in any other form on the semiconductor layer stack. - S -
  • a part of the electrical contact material 4 forms a bonding pad 41 or is electrically conductively connected to the bonding pad 41.
  • Bond pad 41 has an outer surface adapted to mechanically and electrically conduct a bonding wire therewith to the material forming the outer surface of the bond pad.
  • electrical contact tracks 42 go out. These have the purpose that, when the optoelectronic semiconductor body is in operation, electrical current is injected into the semiconductor layer sequence distributed as uniformly as possible over the entire semiconductor layer sequence.
  • the contact tracks 42 extend, for example, along the lateral edge of the semiconductor layer sequence. However, it is also possible, for example, for at least one contact track to run through the middle of the semiconductor layer sequence.
  • FIGS. 2 to 9 each show schematic sectional views of the optoelectronic semiconductor body or of the epitaxial semiconductor layer sequence according to various exemplary embodiments, these sectional views corresponding approximately to a plan view of a section along the dashed line AB shown in FIG.
  • the electrical contact material 4 is arranged in at least one recess 3.
  • the recess 3 extends from an outer main surface of the semiconductor layer sequence 2 through the buffer layer 21 and at least up to the
  • the buffer layer directly adjoins the contact layer 23.
  • at least one further semiconductor layer is arranged between the Buffer layer and the contact layer.
  • the recess 3 extends, for example, into the contact layer 22. Based on a total thickness of
  • the recess may extend into the contact layer 22, for example, including from 20% up to and including 80% of the thickness.
  • the recess 3 ends approximately at half the thickness of the contact layer 22. The thickness is measured perpendicular to a main extension plane of the contact layer.
  • electrical contact material 4 is arranged, which is adjacent to the contact layer 22 within the recess.
  • the contact material 4 is in particular adjacent to a bottom surface 221 of the recess 3, which is formed at least partially by material of the contact layer 22. At the interface between the bottom surface 221 and the electrical contact material 4 is a good electrical contact between the contact material 4 and the
  • the electrical contact has approximately the properties of an ohmic contact. In the professional world, therefore, he is often referred to as simplistic ohmic contact.
  • the electrical contact material 4 protrudes partially out of the recess 3, that is to say a part of the electrical contact material 4 protrudes away from the epitaxial semiconductor layer stack 2.
  • the electrical contact material 4, in particular in the region of the bonding pad 41, can be readily contacted electrically from the outside.
  • the recess 3 has a depth that is at least as great as the thickness 5 of the buffer layer 21.
  • the depth of the recess 3 is greater than the thickness 5 of the buffer layer 21.
  • the thickness 5 of the buffer layer 21 is for example more than 0.15 microns. It is, for example, less than 5 microns. Highly suitable thicknesses 5 are, for example, 0.5 ⁇ m, 1 ⁇ m, 1.5 ⁇ m or 2 ⁇ m.
  • the semiconductor body is in particular a radiation-emitting and / or radiation-detecting
  • semiconductor chip based on nitride compound semiconductors include, in particular, semiconductor chips in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence contains at least one single layer comprising a material made of the nitride compound semiconductor material system.
  • the active zone has a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well (SQW) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • the term quantum well structure unfolds no significance with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes quantum wells, quantum wires and quantum dots and any combination of these structures. Examples of MQW structures are described in the publications WO 01/39282, US 5,831,277, US 6,172,382 Bl and US 5,684,309, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
  • the buffer layer 21 and the contact layer 22 are each a GaN layer.
  • the outer surface 211 of the buffer layer 21 is roughened. It has unevenness which is suitable for reducing total reflections on the outer surface 211 and for increasing a radiation decoupling via the outer surface 211 and out of the semiconductor layer stack 2.
  • the outer surface 211 is in particular microstructured.
  • a semiconductor chip with a microstructured decoupling surface and a method for microstructuring a radiation decoupling surface of a radiation-emitting semiconductor layer sequence based on nitride compound semiconductor material is disclosed, for example, in WO 2005/106972, the disclosure content of which is hereby included in the present application.
  • the bottom surface 221 of the recess 3 is as flat as possible, in contrast to the outer surface 211 of the buffer layer 21. It has a roughness which is, for example, more than 5 times less than the roughness of the outer surface 211. It has been found that the smoothest possible bottom surface 221 is advantageous for forming an electrically conductive contact between the contact material 4 and the contact layer 22.
  • the contact material 4 comprises, for example, one or more metals or consists of one or more metals. Additionally or alternatively, however, the electrical contact material 4 may also comprise a transparent electrically conductive oxide, a so-called TCO, such as, for example, indium tin oxide (ITO).
  • TCO transparent electrically conductive oxide
  • ITO indium tin oxide
  • the contact material 4 comprises a layer of titanium adjacent the bottom surface 221, a layer of platinum deposited on the layer of titanium and a layer of gold applied to the layer of platinum.
  • the layer of titanium for example, has a thickness of between 50 and 200 nm inclusive, eg 100 nm.
  • the platinum layer has, for example, a thickness of between 50 and 300 nm inclusive, eg 100 nm.
  • the layer of gold has a thickness, for example between 0.5 ⁇ m inclusive and 4 ⁇ m inclusive.
  • the layers, especially the layer of gold can also be thicker.
  • the layers can each also consist of the specified material.
  • the buffer layer 21 is, for example, a nominally undoped GaN layer. Nominal undoped means that it has a significantly lower n-type dopant concentration than nominal n-type doped semiconductor layers of the epitaxial semiconductor layer stack 2.
  • the dopant concentration in the entire buffer layer is less than 1 ⁇ 10 8 cm -3 , preferably less than 7 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , more preferably less than 5 ⁇ 10 17 cm "3 .
  • the dopant concentration may be, for example, at most about 3 ⁇ 10 17 cm -3 .
  • the buffer layer 21 may also be doped at least partially n-type. However, the dopant concentration in the buffer layer 21 is lower than that
  • Dopant concentration in the contact layer 22 is everywhere less than 3 ⁇ 10 18 cm -3 .
  • the contact layer 22 has a relatively large dopant concentration
  • Contact layer is doped n-type, for example, with a dopant concentration of, for example, greater than or equal to 8 x 10 18 cm "3.
  • the n- Dopant concentration in the contact layer about 1 x 10 ⁇ cm ⁇ 3 or more. It is also possible that only a part of the contact layer 22 has such a high dopant concentration, and the dopant concentration in other parts of the contact layer 22 is slightly lower.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 2 can be realized advantageously both with regard to its crystal quality and with respect to its electrical contactability if a dopant concentration in the buffer layer 21 is as low as possible and the dopant concentration in the contact layer 22 is as high as possible.
  • a buffer layer 21 which is as thick as possible and which has the lowest possible doping can have a positive effect on the crystal quality of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor body 1 shown in FIG. 2 is, for example, free of an epitaxial substrate.
  • the semiconductor layer sequence 2 has been grown, for example, beginning with the buffer layer 21 on an epitaxial substrate. Subsequently, the epitaxial substrate was removed. In this case, any material of the epitaxial substrate can be completely removed. Alternatively, however, it is also possible that a part of the material of the epitaxial substrate remains as part of the semiconductor body and is not removed.
  • the optoelectronic semiconductor body is in particular a thin-film luminescence diode chip.
  • a thin-film luminescence diode chip is characterized in particular by at least one of the following characteristic features: on a first main surface of the radiation-generating, epitaxial semiconductor layer sequence facing towards a carrier element, a reflective layer is applied or formed which reflects back at least part of the electromagnetic radiation generated in the epitaxial semiconductor layer sequence;
  • the thin-film semiconductor chip contains a carrier element, which is not the growth substrate on which the semiconductor layer sequence was epitaxially grown, but a separate carrier element which was subsequently attached to the epitaxial semiconductor layer sequence,
  • the growth substrate of the epitaxial semiconductor layer sequence is removed from the epitaxial semiconductor layer sequence or thinned in such a way that it is not free-floating together with the epitaxial semiconductor layer sequence alone, or
  • the epitaxial semiconductor layer sequence has a thickness in the range of 20 microns or less, in particular in the range of 10 microns.
  • the carrier element is preferably permeable to a radiation emitted by the semiconductor chip.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence preferably contains at least one semiconductor layer with at least one surface which has a mixing structure which, in the ideal case, leads to an approximately ergodic distribution of the light in the epitaxial semiconductor layer sequence, i. it has as ergodically stochastic scattering behavior as possible.
  • a basic principle of a thin-film semiconductor chip is described, for example, in I. Schnitzer et al. , Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18 October 1993, 2174 - 2176, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.
  • Examples of thin-film semiconductor chips are described in the publications EP 0905797 A2 and WO 02/13281 A1, the disclosure content of which is hereby incorporated by reference.
  • the semiconductor body does not have to be a luminescence diode chip, but can also be a radiation-detecting chip, for example for an optical sensor.
  • a further electrical contact material 6, for example, which forms a contact electrode of the semiconductor body 1 is arranged on a side of the semiconductor layer sequence 2 opposite the recess 3.
  • the contact material 4 in the recess 3 forms an n-electrode or a part of such an n-electrode.
  • the contact material 6 of the opposite electrode is applied to an electrically insulating layer 7.
  • the electrically insulating layer 7 comprises, for example, a dielectric material such as silicon dioxide or consists of such.
  • the layer 7 contains at least one recess extending vertically through the
  • Layer 7 extends. In the region of the recess, the semiconductor layer stack 2 can be contacted in an electrically conductive manner. Preferably, the electrically insulating layer 7 has a plurality of such recesses. Such a combination of electrically insulating material 7 and electrical contact material 6 may have a high reflectivity.
  • the semiconductor layer sequence 2 has, for example, an active zone 24 and a p-type doped semiconductor layer 25.
  • an n-type doped semiconductor layer may optionally be arranged between the p-type doped semiconductor layer 25 and the electrical contact material 6, but this is not shown in FIG. In this case, a tunnel contact may be formed between the p-type doped semiconductor layer 25 and this n-type doped semiconductor layer.
  • one or more further semiconductor layers may be arranged between the contact layer 22 and the active zone 24.
  • an n-type doped semiconductor layer 23 is disposed at this point, which is adjacent to the contact layer 22 and doped with a dopant concentration of about 3.5 x 10 1 ⁇ C m ⁇ 3 n - conductive doped.
  • silicon is suitable as the n-type dopant.
  • the electrical contact material 4 in the recess 3 is underlaid with an electrically insulating material 43.
  • the bonding pad 41 is partially or completely underlaid with the insulating material 43.
  • the insulating material is a dielectric, for example silicon dioxide. The insulating material is applied to the bottom surface 221 of the recess, it is particularly adjacent to the
  • the recess 3 has a different depth
  • parts of the recess 3, in which the electrical contact track 42 is arranged formed deeper than parts of the recess in which the bonding pad 41 is arranged.
  • the bonding pad 41 it is also possible for the bonding pad 41 to be arranged partially or entirely outside the recess 3, that is to say the bonding pad is arranged at least partially on the outer surface 211.
  • the contact material 4 is arranged completely within the recess 3, that is to say the contact material does not project out of the recess 3.
  • the contact material 4 projects at least partially away from the semiconductor layer stack 2, which is favorable with regard to the external electrical contactability of the semiconductor body 1.
  • the electrical contact material 4, which forms the bonding pad 41 is arranged at least partially or completely in the recess 3 and does not protrude beyond the recess 3 or reach the edge of the recess.
  • FIGS. 5 to 7 illustrate an exemplary embodiment of the method.
  • a semiconductor layer sequence 2 is provided which has a buffer layer 21, a contact layer 22, an n-type doped layer 23, an active zone 24 and a p-type doped layer 25.
  • the semiconductor layer sequence may contain further layers, for example between the n-type doped layer 23 and the active region 24.
  • the semiconductor layer sequence On one of its two main sides, the semiconductor layer sequence has an outer surface 211. This outer surface is formed, for example, by one of the two main surfaces of the buffer layer 21.
  • the epitaxial semiconductor layer sequence 2 can be produced by placing the layers on a suitable substrate
  • Epitaxy substrate to be grown comprises, for example, silicon carbide or sapphire.
  • the semiconductor layer sequence 2 is thereby grown, for example, beginning with the buffer layer 21 on the epitaxial substrate. Subsequently, the epitaxial substrate is removed, for example, from the semiconductor layer sequence.
  • the contact structure respectively shown in FIGS. 2 to 4 may be formed with an electrically insulating layer 7 and an electrical contact material 6, which is not illustrated in FIGS. 5 to 7.
  • the formation of this contact structure can in principle also take place after the removal of the epitaxial substrate.
  • At least one recess 3 is formed in the semiconductor layer sequence 2.
  • the formation of the recess can take place, for example, photolithographically using a photoimageable mask layer.
  • a photoimageable mask layer is not shown in Figures 6 and 7, although in an expedient embodiment it may also be present during the application of the electrical contact material 4, see Figure 7.
  • Unwanted electrical Contact material can then be advantageously removed in a lift-off process together with the photoimageable mask layer. Such process steps are generally known to the person skilled in the art.
  • the formation of the recess can take place, for example, using reactive ion etching and / or, for example, wet-chemical. Also for the application of the electrical contact material 4, conventional process steps such as vapor deposition and / or sputtering can be used.
  • a method step for roughening the outer surface 211 takes place only after arranging the electrical contact material in the
  • Recess 3 This can be ensured in a simple manner that the bottom surface of the recess 221 is formed as flat or smooth as possible and can not be affected by a process step for roughening in this regard.
  • a method for roughening the outer surface 211 is disclosed, for example, in WO 2005/106972, the disclosure of which has already been incorporated by reference in this application.
  • the resulting from the process semiconductor body 1 is illustrated in Figure 2.
  • FIGS. 8 and 9 An alternative example of the method is illustrated in FIGS. 8 and 9.
  • a process step for roughening the outer surface 211 takes place before the formation of the recess 3.
  • the recess 3 is created, for example, by etching into a rough surface, with the result that the bottom surface 211 of the recess 3 is also rough.
  • the roughness of the bottom surface 221 is less than 5 times or less than 2 times smaller than the roughness of the outer surface 211. It has been found that even at a rough bottom surface 221, a good electrically conductive contact between the electrical contact material 4 and the contact layer 22 can be formed.
  • the smoothest possible bottom surface of the recess appears advantageous, however, the bottom surface 221 can also be made rough.
  • the optoelectronic semiconductor body and the method are not limited by their description based on the embodiments of these. Rather, the application includes each new feature and each combination of features, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicitly stated in the claims or exemplary embodiments.

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Abstract

Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge (2) auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern angegeben. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine Pufferschicht (21), die nominell undotiert oder zumindest teilweise n-leitend dotiert ist, eine aktive Zone (24), die geeignet ist, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu empfangen, sowie eine zwischen der Pufferschicht und der aktiven Zone angeordnete Kontaktschicht (22) auf, die n-leitend dotiert ist. In der Kontaktschicht ist die n-Dotierstoffkonzentration größer als in der Pufferschicht. In der Halbleiterschichtenfolge ist eine Ausnehmung (3) enthalten, die sich durch die Pufferschicht hindurch erstreckt und in der ein elektrisches Kontaktmaterial (4) angeordnet ist und an die Kontaktschicht angrenzt. Weiterhin wird ein Verfahren angegeben, das geeignet ist, einen derartigen Halbleiterkörper herzustellen.

Description

Beschreibung
Optoelektronischer Halbleiterkörper und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterkörpers
Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2007 057 756.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Die vorliegende Anmeldung betrifft einen optoelektronischen Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf einem Nitrid-Verbindungshalbleiter basiert. Die Halbleiterschichtenfolge ist derart mit einem elektrischen Kontaktmaterial versehen, dass dieses an eine n- leitend dotierte epitaktische Halbleiterschicht der
Halbleiterschichtenfolge angrenzt. Die Anmeldung betrifft zudem ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optoelektronischen Halbleiterkörpers .
In der US 2007/0012944 Al ist ein optoelektronischer
Halbleiterkörper der eingangs genannten Art offenbart. Der beschriebene Halbleiterkörper weist beispielsweise eine n- leitend dotierte epitaktische Schicht aus GaN auf, die eine äußere Hauptfläche des Halbleiterkörpers bildet, welche von einer p-leitend dotierten epitaktischen Schicht abgewandt ist. Auf der Hauptfläche der n-leitend dotierten epitaktischen Halbleiterschicht ist ein elektrisches Kontaktmaterial in Form eines metallischen Bondpads angeordnet. Auf einer der Hauptfläche gegenüber liegenden Seite der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge grenzt ein weiteres elektrisches Kontaktmaterial an eine p-leitend dotierte epitaktische Halbleiterschicht an. Es ist eine Aufgabe, einen optoelektronischen Halbleiterkörper anzugeben, bei dem ein besonders zuverlässiger elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen einem elektrischen Kontaktmaterial und einem n-leitend dotierten epitaktischen Halbleitermaterial, das auf einem Nitrid- Verbindungshalbleiter basiert, realisierbar ist, wobei dieser Kontakt zudem einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen soll. Weiterhin soll ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben werden.
Es wird ein optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basiert, angegeben. Die Halbleiterschichtenfolge weist eine epitaktische
Pufferschicht, eine aktive Zone und eine zwischen der Pufferschicht und der aktiven Zone angeordnete epitaktische Kontaktschicht auf. In einer Ausführungsform basieren insbesondere die Pufferschicht und die Kontaktschicht auf Nitrid-Verbindungshalbleitern .
Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend bedeutet, dass die Halbleiterschichtenfolge mindestens eine Schicht und bevorzugt mehrere Schichten mit einem Material oder mehreren Materialien der Nitrid-Verbindungshalbleiter aufweist.
Nitrid-Verbindungshalbleiter sind Verbindungshalbleitermaterialien, die Stickstoff enthalten, wie Materialien aus dem System InxAlyGai-x-yN mit O ≤ x ≤ l, O ≤ y ≤ l und x+y < 1. 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, die die physikalischen Eigenschaften des 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 weitere Stoffe ersetzt oder ergänzt sein können.
Die Pufferschicht weist in einer Ausführungsform GaN auf. Zusätzlich oder alternativ weist die Kontaktschicht GaN auf. Das bedeutet, dass in diesem Schichten jeweils sowohl Ga als N als wesentliche Bestandteile des Materials enthalten sind. Das Material der Schichten ist jedoch nicht notwendigerweise ein binäres Halbleitermaterial, sondern es kann auch ein ternäres oder ein quaternäres Halbleitermaterial sein. Ein Material, das GaN aufweist, kann im Sinne der vorliegenden Anmeldung insbesondere auch AlGaN, InGaN oder AlInGaN sein. In einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Pufferschicht und zusätzlich oder alternativ die Kontaktschicht binäres Halbleitermaterial mit GaN auf.
Der optoelektronische Halbleiterkörper weist in der Halbleiterschichtenfolge eine Ausnehmung auf, die sich von einer Seite der Halbleiterschichtenfolge aus durch die Pufferschicht hindurch erstreckt. Die Ausnehmung endet gemäß einer Ausführungsform des Halbleiterkörpers in einem Bereich der Kontaktschicht .
In der Ausnehmung ist ein elektrisches Kontaktmaterial angeordnet, das in der Ausnehmung an die Kontaktschicht angrenzt. Dies bietet die Möglichkeit, einen elektrischen Kontakt nicht oder nicht nur zwischen dem Kontaktmaterial und einer außen liegenden Schicht der epitaktischen
Halbleiterschichtenfolge auszubilden, sondern einen Kontakt insbesondere zwischen dem elektrischen Kontaktmaterial und der Kontaktschicht, die von der Pufferschicht bedeckt ist und durch die Ausnehmung teilweise freigelegt wird, auszubilden. Dadurch kann die Pufferschicht beispielsweise mit Hinblick auf ihre Kristallqualität optimiert werden und die Kontaktschicht hinsichtlich ihrer Kontaktierbarkeit mittels eines elektrischen Kontaktmaterials optimiert werden.
Das elektrische Kontaktmaterial ist kein Halbleitermaterial der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge. In einer Ausführungsform weist das elektrische Kontaktmaterial metallisch leitendes Material auf. In einer Weiterbildung enthält das Kontaktmaterial mindestens ein Metall und/oder mindestens ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid (TCO, transparent conductive oxide) .
Eine weitere Ausführungsform des Halbleiterkörpers sieht vor, dass die Pufferschicht eine geringere n-Dotierstoff- konzentration als die Kontaktschicht aufweist. Die Pufferschicht kann insbesondere nominell undotiert oder nur teilweise nominell n-leitend dotiert sein. In einer Ausgestaltung beträgt die maximale n-Dotierstoffkonzentration innerhalb der Pufferschicht weniger als 3 x lO^-8 cm"3 oder weniger als 1 x 1018 cm"3. Die maximale n-
Dotierstoffkonzentration innerhalb der Pufferschicht kann mit Vorteil auch weniger als 7 x 1017 cm"3 oder weniger als 5 x 1017 cm"3 betragen.
Die n-Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht beträgt in einer Ausführungsform mindestens 3 x 10-1-8 cm"3, 5 x 1018 cm"3, 7 x 1018 cm"3 oder 1 x 1019 cm"3. Generell ist eine möglichst hohe n-Dotierstoffkonzentration in der
Kontaktschicht vorteilhaft. In einer weiteren Ausführungsform weist die Pufferschicht eine Dicke von größer als oder gleich 0,15 μm, bevorzugt von 0,5 μm auf. Die Dicke kann insbesondere auch größer als 0,7 μm oder größer als 1 μm sein.
In einer weiteren Ausführungsform weist eine Außenfläche der Pufferschicht eine mittlere Rauhigkeit auf, die mehr als 2- mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer Bodenfläche der Ausnehmung. Mit Vorteil ist die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche mehr als 5-mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer Bodenfläche der Ausnehmung.
Zusätzlich oder alternativ weist eine Außenfläche der Pufferschicht eine mittlere Rauhigkeit auf, die mehr als 2 mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer von der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Fläche des elektrischen Kontaktmaterials. Mit Vorteil ist die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche mehr als 5-mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit der von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Fläche des elektrischen Kontaktmaterials.
In einer weiteren Ausführungsform ist das elektrische Kontaktmaterial mit einem Bondpad des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbunden oder bildet es ein Bondpad.
In einer weiteren Ausführungsform erstreckt sich die Ausnehmung in die Kontaktschicht hinein.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Halbleiterkörper frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
In einer weiteren Ausführungsform ist auf einer der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge ein weiteres elektrisches Kontaktmaterial angeordnet .
Es wird eine Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterkörpers angegeben, bei dem eine epitaktische Halbleiterschichtenfolge, die auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basiert, bereitgestellt wird. Die Halbleiterschichtenfolge enthält eine epitaktische Pufferschicht, eine aktive Zone und eine epitaktische Kontaktschicht. Die Pufferschicht ist nominell undotiert oder zumindest teilweise n-leitend dotiert. Die aktive Zone ist geeignet, eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren oder zu empfangen. Die Kontaktschicht ist zwischen der Pufferschicht und der aktiven Zone angeordnet. In einem weiteren Verfahrensschritt erfolgt ein Ausbilden einer
Ausnehmung durch die Pufferschicht und mindestens bis zur Kontaktschicht . Elektrisches Kontaktmaterial wird in der Ausnehmung angeordnet, so dass es an die Kontaktschicht angrenzt .
In einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist eine n-Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht größer als in der Pufferschicht.
In einer weiteren Ausführungsform wird die Ausnehmung derart tief ausgebildet, dass sie sich in die Kontaktschicht hinein erstreckt .
In einer weiteren Ausführungsform wird eine Außenfläche der Pufferschicht aufgeraut wird. Mit Vorteil erfolgt das
Aufrauen der Außenfläche der Pufferschicht nach dem Anordnen des Kontaktmaterials in der Ausnehmung. Weitere Vorteile, bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen des optoelektronischen Halbleiterkörpers ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren erläuterten Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel des optoelektronischen
Halbleiterkörpers ,
Figur 2 eine schematische Schnittansicht des in Figur 1 dargestellten optoelektronischen Halbleiterkörpers,
Figur 3 eine schematische Schnittansicht des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels,
Figur 4 eine schematische Schnittansicht des optoelektronischen Halbleiterkörpers gemäß eines dritten Ausführungsbeispiels,
Figuren 5 bis 7 schematische Schnittansichten einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge während verschiedenen Verfahrensstadien des Verfahrens gemäß eines ersten Ausführungsbeispiels, und
Figuren 8 und 9 schematische Schnittansichten eines epitaktischen Halbleiterschichtenstapels während verschiedener Verfahrensstadien des Verfahrens gemäß eines zweiten Ausführungsbeispiels.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen. Vielmehr sind einige Details der Figuren zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt .
Bei der in Figur 1 dargestellten Draufsicht auf einen optoelektronischen Halbleiterkörper 1 ist eine Pufferschicht 21 eines epitaktischen Halbleiterschichtenstapels sowie ein Kontaktmaterial 4 zu erkennen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Pufferschicht 21 eine äußere
Schicht des Halbleiterschichtenstapels, das heißt ihre vom Halbleiterschichtenstapel abgewandte Hauptfläche grenzt den Halbleiterschichtenstapel auf einer seiner zwei Hauptseiten. Unter Hauptflächen einer Schicht sind jeweils die beiden einander gegenüberliegenden Flächen zu verstehen, die die
Schicht senkrecht zu ihrer Haupterstreckungsebene begrenzen. Entsprechend sind die Hauptseiten des Halbleiterschichtenstapels diejenigen beiden Seiten, die durch Hauptflächen von Schichten des Halbleiterschichtenstapels begrenzt sind.
Die Pufferschicht muss jedoch nicht notwendigerweise die äußere Schicht sein. Vielmehr kann sie beispielsweise zumindest teilweise von einer weiteren epitaktischen Halbleiterschicht des Schichtenstapels bedeckt sein, welche beispielsweise den wesentlichen Teil der Außenfläche auf diese Hauptseite des Halbleiterschichtenstapels bildet.
Das elektrische Kontaktmaterial 4 ist in Form eines Rahmens ausgebildet. In Figur 1 ist der Rahmen geschlossen, er könnte jedoch auch unterbrochen sein. Ebenso ist es grundsätzlich möglich, dass das elektrische Kontaktmaterial 4 in einer beliebigen anderen Form auf dem Halbleiterschichtenstapel aufgebracht ist. - S -
Ein Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 bildet ein Bondpad 41 oder ist elektrisch leitend mit dem Bondpad 41 verbunden. Das Bondpad 41 hat eine Außenfläche, die geeignet ist, daran einen Bonddraht mechanisch und elektrisch leitfähig mit dem Material, das die Außenfläche des Bondpads bildet, zu befestigen.
Vom Bondpad 41 gehen elektrische Kontaktbahnen 42 aus. Diese haben den Zweck, dass elektrischer Strom bei Betrieb des optoelektronischen Halbleiterkörpers möglichst gleichmäßig über gesamte Halbleiterschichtenfolge verteilt in die Halbleiterschichtenfolge injiziert wird. Die Kontaktbahnen 42 verlaufen beispielsweise entlang des seitlichen Randes der Halbleiterschichtenfolge. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass mindestens eine Kontaktbahn durch die Mitte der Halbleiterschichtenfolge verläuft .
In den Figuren 2 bis 9 sind jeweils schematische Schnittansichten des optoelektronischen Halbleiterkörpers oder der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele dargestellt, wobei diese Schnittansichten in etwa einer Draufsicht auf einen Schnitt entlang der in Figur 1 eingezeichneten gestrichelten Linie AB entsprechen.
Bei dem in Figur 2 veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist das elektrische Kontaktmaterial 4 in mindestens einer Ausnehmung 3 angeordnet. Die Ausnehmung 3 erstreckt sich von einer äußeren Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge 2 durch die Pufferschicht 21 hindurch und mindestens bis zu der
Kontaktschicht 22. Bei dem veranschaulichten Beispiel grenzt die Pufferschicht unmittelbar an die Kontaktschicht 23 an. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass zwischen der Pufferschicht und der Kontaktschicht noch mindestens eine weitere Halbleiterschicht angeordnet ist.
Die Ausnehmung 3 erstreckt sich zum Beispiel in die Kontaktschicht 22 hinein. Bezogen auf eine Gesamtdicke der
Kontaktschicht 22 kann sich die Ausnehmung beispielsweise von einschließlich 20 % bis einschließlich 80 % der Dicke in die Kontaktschicht 22 hinein erstrecken. Beispielsweise endet die Ausnehmung 3 ungefähr bei halber Dicke der Kontaktschicht 22. Die Dicke wird senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Kontaktschicht gemessen.
In der Ausnehmung 3 ist elektrisches Kontaktmaterial 4 angeordnet, das innerhalb der Ausnehmung an die Kontaktschicht 22 angrenzt. Das Kontaktmaterial 4 grenzt insbesondere an eine Bodenfläche 221 der Ausnehmung 3, die zumindest teilweise durch Material der Kontaktschicht 22 gebildet ist. An der Grenzfläche zwischen der Bodenfläche 221 und dem elektrischen Kontaktmaterial 4 ist ein elektrisch gut leitender Kontakt zwischen dem Kontaktmaterial 4 und der
Kontaktschicht 22 ausgebildet. Der elektrische Kontakt hat näherungsweise die Eigenschaften eines ohmschen Kontakts. In der Fachwelt wird er deshalb häufig vereinfachend ohmscher Kontakt genannt .
Das elektrische Kontaktmaterial 4 ragt teilweise aus der Ausnehmung 3 heraus, das heißt ein Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 ragt von dem epitaktischen Halbleiterschichtenstapel 2 weg. Dadurch ist das elektrische Kontaktmaterial 4, insbesondere im Bereich des Bondpads 41, gut von außen elektrisch kontaktierbar . Die Ausnehmung 3 weist eine Tiefe auf, die mindestens so groß ist wie die Dicke 5 der Pufferschicht 21. Bevorzugt ist die Tiefe der Ausnehmung 3 größer als die Dicke 5 der Pufferschicht 21. Die Dicke 5 der Pufferschicht 21 beträgt beispielsweise mehr als 0,15 μm. Sie beträgt beispielsweise auch weniger als 5 μm. Gut geeignete Dicken 5 sind beispielsweise 0,5 μm, 1 μm, 1,5 μm oder 2 μm.
Der Halbleiterkörper ist insbesondere ein strahlungsemittierender und/oder strahlungsdetektierender
Halbleiterchip auf Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitern. Darunter fallen vorliegend insbesondere solche Halbleiterchips, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem Nitrid- Verbindungshalbleitermaterial -System aufweist .
Die aktive Zone weist einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, einen Einfachquantentopf (SQW, Single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen. Beispiele für MQW- Strukturen sind in den Druckschriften WO 01/39282, US 5,831,277, US 6,172,382 Bl und US 5,684,309 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Beispielsweise sind die Pufferschicht 21 und die Kontaktschicht 22 jeweils eine GaN-Schicht. Die Außenfläche 211 der Pufferschicht 21 ist aufgeraut . Sie weist Unebenheiten auf, die geeignet sind, Totalreflektionen an der Außenfläche 211 zu verringern und eine Strahlungsauskopplung über die Außenfläche 211 und aus dem Halbleiterschichtenstapel 2 zu erhöhen. Die Außenfläche 211 ist insbesondere mikrostrukturiert. Ein Halbleiterchip mit einer mikrostrukturierten Auskoppelflache sowie ein Verfahren zur Mikrostrukturierung einer Strahlungsauskoppelfläche einer Strahlungsemittierenden Halbleiterschichtfolge auf der Basis von Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial ist beispielsweise in der WO 2005/106972 offenbart, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit in die vorliegende Anmeldung mit aufgenommen wird.
Die Bodenfläche 221 der Ausnehmung 3 ist im Unterschied zur Außenfläche 211 der Pufferschicht 21 möglichst eben. Sie weist eine Rauhigkeit auf, die beispielsweise mehr als 5 -mal geringer ist als die Rauhigkeit der Außenfläche 211. Es wurde festgestellt, dass eine möglichst glatte Bodenfläche 221 vorteilhaft für das Ausbilden eines elektrisch leitfähigen Kontaktes zwischen dem Kontaktmaterial 4 und der Kontaktschicht 22 ist.
Das Kontaktmaterial 4 weist beispielsweise ein Metall oder mehrere Metalle auf oder besteht aus einem oder mehreren Metallen. Zusätzlich oder alternativ kann das elektrische Kontaktmaterial 4 jedoch auch ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid, ein so genanntes TCO wie zum Beispiel Indiumzinnoxid (ITO) aufweisen.
In einem Ausführungsbeispiel weist das Kontaktmaterial 4 eine Schicht mit Titan, die an die Bodenfläche 221 angrenzt, eine auf der Schicht mit Titan aufgebrachte Schicht mit Platin sowie eine auf der Schicht mit Platin aufgebrachte Schicht mit Gold auf. Die Schicht mit Titan weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 50 und einschließlich 200 nm auf, z.B. 100 nm. Die Schicht mit Platin weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 50 und einschließlich 300 nm auf, z.B. 100 nm. Die Schicht mit Gold weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 0,5 μm und einschließlich 4 μm auf. Die Schichten, insbesondere die Schicht mit Gold, können auch noch dicker sein. Die Schichten können jeweils auch aus dem angegebenen Material bestehen.
Die Pufferschicht 21 ist beispielsweise eine nominell undotierte GaN-Schicht. Nominell undotiert heißt, dass sie eine deutlich geringere n-Dotierstoffkonzentration aufweist als nominell n-leitend dotierte Halbleiterschichten des epitaktischen Halbleiterschichtenstapels 2. Beispielsweise ist die Dotierstoffkonzentration in der gesamten Pufferschicht kleiner als 1 x lO^8 cm"3, bevorzugt kleiner als 7 x 1017 cm~3, besonders bevorzugt kleiner als 5 x 1017 cm"3. Die Dotierstoffkonzentration kann beispielsweise maximal ungefähr 3 x 1017 cm"3 betragen.
Alternativ kann die Pufferschicht 21 auch zumindest teilweise n-leitend dotiert sein. Die Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 21 ist jedoch geringer als die
Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 22. Beispielsweise beträgt die Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 21 überall weniger als 3 x 1018 cm"3. Verglichen mit der Pufferschicht weist die Kontaktschicht 22 eine relativ große Dotierstoffkonzentration auf. Die
Kontaktschicht ist beispielsweise n-leitend dotiert, mit einer Dotierstoffkonzentration von beispielsweise größer als oder gleich 8 x 1018 cm"3. Zum Beispiel beträgt die n- Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht etwa 1 x 10-^ cm~3 oder mehr. Es ist auch möglich, dass nur ein Teil der Kontaktschicht 22 eine derart hohe Dotierstoffkonzentration aufweist, und die Dotierstoffkonzentration in übrigen Teilen der Kontaktschicht 22 etwas geringer ist.
Es wurde festgestellt, dass sich die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 sowohl hinsichtlich ihrer Kristallqualität als auch hinsichtlich ihrer elektrischen Kontaktierbarkeit vorteilhaft' realisieren lässt, wenn eine Dotierstoffkonzentration in der Pufferschicht 21 möglichst gering ist und die Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht 22 verglichen damit möglichst hoch ist. Eine möglichst dicke, möglichst gering dotierte Pufferschicht 21 kann sich positiv auf die Kristallqualität der Halbleiterschichtenfolge auswirken .
Der in Figur 2 dargestellte Halbleiterkörper 1 ist beispielsweise frei von einem Epitaxiesubstrat. Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist beispielsweise beginnend mit der Pufferschicht 21 auf einem Epitaxiesubstrat gewachsen worden. Nachfolgend wurde das Epitaxiesubstrat entfernt. Dabei kann jegliches Material des Epitaxiesubstrats vollständig entfernt sein. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass ein Teil vom Material des Epitaxiesubstrats als Teil des Halbleiterkörpers verbleibt und nicht entfernt wird.
Im Allgemeinen ist der optoelektronische Halbleiterkörper insbesondere ein Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip.
Ein Dünnfilm-Lumineszenzdiodenchip zeichnet sich insbesondere durch mindestens eines der folgenden charakteristischen Merkmale aus: - an einer zu einem Trägerelement hin gewandten ersten Hauptfläche der Strahlungserzeugenden, epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist eine reflektierende Schicht aufgebracht oder ausgebildet, die zumindest einen Teil der in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge erzeugten elektromagnetischen Strahlung in diese zurückreflektiert;
- der Dünnfilmhalbleiterchip enthält ein Trägerelement, bei dem es sich nicht um das Aufwachssubstrat handelt, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen wurde, sondern um ein separates Trägerelement, das nachträglich an der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge befestigt wurde,
- das Aufwachssubstrat der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge ist von der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge entfernt oder derart gedünnt , dass es zusammen mit der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge alleine nicht frei tragend ist, oder
- die epitaktische Halbleiterschichtenfolge weist eine Dicke im Bereich von 20 μm oder weniger, insbesondere im Bereich von 10 μm auf.
Das Trägerelement ist bevorzugt durchlässig für eine von dem Halbleiterchip emittierte Strahlung ausgebildet.
Weiterhin enthält die epitaktische Halbleiterschichtenfolge bevorzugt mindestens eine Halbleiterschicht mit zumindest einer Fläche, die eine Durchmischungsstruktur aufweist, die im Idealfall zu einer annähernd ergodischen Verteilung des Lichtes in der epitaktischen Halbleiterschichtenfolge führt, d.h. sie weist ein möglichst ergodisch stochastisches Streuverhalten auf.
Ein Grundprinzip eines Dünnfilm-Halbleiterchips ist beispielsweise in I. Schnitzer et al . , Appl . Phys . Lett . 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174 - 2176 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Beispiele für Dünnfilm-Halbleiterchips sind in den Druckschriften EP 0905797 A2 und WO 02/13281 Al beschrieben, deren Offenbarungsgehalt insofern hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Der Halbleiterkörper muss jedoch kein Lumineszenzdiodenchip, sondern kann auch ein strahlungsdetektierender Chip, beispielsweise für einen optischen Sensor sein.
Bei dem in Figur 2 dargestellten Halbleiterkörper ist auf einer der Ausnehmung 3 gegenüber liegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 beispielsweise ein weiteres elektrisches Kontaktmaterial 6 angeordnet, das eine Kontaktelektrode des Halbleiterkörpers 1 bildet . Das Kontaktmaterial 4 in der Ausnehmung 3 bildet eine n-Elektrode oder einen Teil einer solchen n-Elektrode. Das Kontaktmaterial 6 der gegenüberliegenden Elektrode ist auf einer elektrisch isolierenden Schicht 7 aufgebracht.
Die elektrisch isolierende Schicht 7 weist beispielsweise ein dielektrisches Material wie zum Beispiel Siliziumdioxid auf oder besteht aus einem solchen. Zudem enthält die Schicht 7 mindestens eine Ausnehmung, die sich vertikal durch die
Schicht 7 erstreckt . In dem Bereich der Ausnehmung ist der Halbleiterschichtenstapel 2 elektrisch leitend kontaktierbar . Bevorzugt weist die elektrisch isolierende Schicht 7 eine Mehrzahl derartiger Ausnehmungen auf. Eine derartige Kombination aus elektrisch isolierendem Material 7 und elektrischem Kontaktmaterial 6 kann eine hohe Reflektivität aufweisen. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist neben der Pufferschicht 21 und der KontaktSchicht 22 beispielsweise eine aktive Zone 24 und eine p-leitend dotierte Halbleiterschicht 25 auf. Zwischen der p-leitend dotierten Halbleiterschicht 25 und dem elektrischen Kontaktmaterial 6 kann beispielsweise optional eine n-leitend dotierte Halbleiterschicht angeordnet sein, die jedoch nicht in Figur 2 dargestellt ist. In diesem Fall kann zwischen der p-leitend dotierten Halbleiterschicht 25 und dieser n-leitend dotierten Halbleiterschicht ein Tunnelkontakt ausgebildet sein.
Weiterhin ist es möglich, dass zwischen der Kontaktschicht 22 und der aktiven Zone 24 eine oder mehrere weitere Halbleiterschichten angeordnet sind. Beispielsweise ist an dieser Stelle eine n-leitend dotierte Halbleiterschicht 23 angeordnet, die an die Kontaktschicht 22 angrenzt und mit einer Dotierstoffkonzentration von etwa 3,5 x 101^ Cm~3 n- leitend dotiert ist. Als n-Dotierstoff ist zum Beispiel Silizium geeignet.
Bei dem in Figur 3 veranschaulichten Halbleiterkörper 1 ist im Unterschied zu dem vorhergehend im Zusammenhang mit Figur 2 beschriebenen Ausführungsbeispiel zumindest ein Teil des elektrischen Kontaktmaterials 4 in der Ausnehmung 3 mit einem elektrisch isolierenden Material 43 unterlegt. Beispielsweise ist das Bondpad 41 teilweise oder vollständig mit dem isolierenden Material 43 unterlegt. Als isolierendes Material eignet sich ein Dielektrikum, beispielsweise Siliziumdioxid. Das isolierende Material ist auf der Bodenfläche 221 der Ausnehmung aufgebracht, es grenzt insbesondere an die
Bodenfläche an. Durch das elektrisch isolierende Material 43 kann vermieden werden, dass bei Betrieb des Halbleiterkörpers eine zu hohe lokale elektrische Stromdichte unterhalb des Bondpads 41 besteht, die sich negativ auf die Funktionalität des optoelektronischen Halbleiterkörpers auswirken könnte.
Bei dem in Figur 4 veranschaulichten Ausführungsbeispiel weist die Ausnehmung 3 unterschiedlich tief ausgebildete
Bereiche auf. Beispielsweise sind Teile der Ausnehmung 3, in denen die elektrische Kontaktbahn 42 angeordnet ist, tiefer ausgebildet als Teile der Ausnehmung, in denen das Bondpad 41 angeordnet ist. Grundsätzlich ist es auch möglich, dass das Bondpad 41 teilweise oder ganz außerhalb der Ausnehmung 3 angeordnet ist, das heißt das Bondpad ist zumindest teilweise auf der Außenfläche 211 angeordnet.
Im Bereich der Kontaktbahnen 42 ist das Kontaktmaterial 4 vollständig innerhalb der Ausnehmung 3 angeordnet, das heißt das Kontaktmaterial ragt nicht aus der Ausnehmung 3 heraus . Im Bereich des Bondpads 41 ragt das Kontaktmaterial 4 dagegen zumindest teilweise vom Halbleiterschichtenstapel 2 weg, was günstig hinsichtlich der äußeren elektrischen Kontaktierbarkeit des Halbleiterkörpers 1 ist. Es ist jedoch grundsätzlich auch möglich, dass auch das elektrische Kontaktmaterial 4, das das Bondpad 41 bildet, zumindest in Teilbereichen oder insgesamt vollständig in der Ausnehmung 3 angeordnet ist und nicht über die Ausnehmung 3 hinausragt oder bis zum Rand der Ausnehmung hinreicht.
In den Figuren 5 bis 7 ist ein Ausführungsbeispiel des Verfahrens veranschaulicht. Bei dem Verfahren wird eine Halbleiterschichtenfolge 2 bereitgestellt, die eine Pufferschicht 21, eine Kontaktschicht 22, eine n-leitend dotierte Schicht 23, eine aktive Zone 24 und eine p-leitend dotierte Schicht 25 aufweist. Die Halbleiterschichtenfolge kann noch weitere Schichten enthalten, beispielsweise zwischen der n-leitend dotierten Schicht 23 und der aktiven Zone 24.
Auf einer ihrer zwei Hauptseiten weist die Halbleiterschichtenfolge eine Außenfläche 211 auf. Diese Außenfläche ist beispielsweise durch eine der zwei Hauptflächen der Pufferschicht 21 gebildet.
Die epitaktische Halbleiterschichtenfolge 2 kann hergestellt werden, indem die Schichten auf einem geeigneten
Epitaxiesubstrat aufgewachsen werden. Das Epitaxiesubstrat weist beispielsweise Siliziumcarbid oder Saphir auf. Die Halbleiterschichtenfolge 2 wird dabei zum Beispiel mit der Pufferschicht 21 beginnend auf dem Epitaxiesubstrat aufgewachsen. Nachfolgend wird das Epitaxiesubstrat zum Beispiel von der Halbleiterschichtenfolge entfernt.
Vorzugsweise vor dem Entfernen des Epitaxiesubstrats kann die in den Figuren 2 bis 4 jeweils dargestellte Kontaktstruktur mit einer elektrisch isolierenden Schicht 7 und einem elektrischen Kontaktmaterial 6 ausgebildet werden, was in den Figuren 5 bis 7 jedoch nicht veranschaulicht ist. Das Ausbilden dieser Kontaktstruktur kann jedoch grundsätzlich auch nach dem Entfernen des Epitaxiesubstrats erfolgen.
Nachfolgend wird in der Halbleiterschichtenfolge 2 mindestens eine Ausnehmung 3 ausgebildet. Das Ausbilden der Ausnehmung kann beispielsweise fotolithografisch unter Verwendung einer fotostrukturierbaren Maskenschicht erfolgen. Eine derartige Maskenschicht ist in den Figuren 6 und 7 nicht dargestellt, obwohl sie in einer zweckmäßigen Ausführungsform auch während des Aufbringens des elektrischen Kontaktmaterials 4 vorhanden sein kann, siehe Figur 7. Unerwünschtes elektrisches Kontaktmaterial kann dann mit Vorteil in einem Lift -off Prozess zusammen mit der fotostrukturierbaren Maskenschicht entfernt werden. Derartige Verfahrensschritte sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.
Das Ausbilden der Ausnehmung kann beispielsweise unter Verwendung von Reaktivem- Ionen-Ätzen und/oder beispielsweise nasschemisch erfolgen. Auch für das Aufbringen von dem elektrischen Kontaktmaterial 4 können herkömmliche Verfahrensschritte wie zum Beispiel Aufdampfen und/oder Aufsputtern verwendet werden.
Bei dem Ausführungsbeispiel des Verfahrens erfolgt ein Verfahrensschritt zum Aufrauen der Außenfläche 211 erst nach dem Anordnen des elektrischen Kontaktmaterials in der
Ausnehmung 3. Dadurch kann auf einfache Weise gewährleistet werden, dass die Bodenfläche der Ausnehmung 221 möglichst eben oder glatt ausgebildet wird und durch einen Verfahrensschritt zum Aufrauen diesbezüglich nicht mehr beeinträchtigt werden kann. Ein Verfahren zum Aufrauen der Außenfläche 211 ist beispielsweise in der WO 2005/106972 offenbart, deren Offenbarungsgehalt vorhergehend bereits durch Rückbezug in dieser Anmeldung aufgenommen ist. Der aus dem Verfahren resultierende Halbleiterkörper 1 ist in Figur 2 veranschaulicht.
Ein alternatives Beispiel für das Verfahren ist in den Figuren 8 und 9 veranschaulicht. Ein Unterschied ist, dass ein Verfahrensschritt zum Aufrauen der Außenfläche 211 vor dem Ausbilden der Ausnehmung 3 erfolgt. Die Ausnehmung 3 wird beispielsweise durch ein Ätzen in eine raue Oberfläche hinein erstellt, was zur Folge hat, dass die Bodenfläche 211 der Ausnehmung 3 ebenfalls rau ist. Die Rauhigkeit der Bodenfläche 221 kann dabei etwas weniger stark ausgeprägt sein als die Rauhigkeit der Außenfläche 211. Beispielsweise ist die Rauhigkeit der Bodenfläche 221 jedoch weniger als 5- mal oder weniger als 2 -mal kleiner als die Rauhigkeit der Außenfläche 211. Es wurde festgestellt, dass selbst bei einer rauen Bodenfläche 221 ein guter elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen dem elektrischen Kontaktmaterial 4 und der Kontaktschicht 22 ausgebildet werden kann. Obwohl eine möglichst glatte Bodenfläche der Ausnehmung vorteilhaft erscheint, kann die Bodenfläche 221 jedoch auch rau ausgebildet sein.
Der optoelektronische Halbleiterkörper und das Verfahren sind nicht durch ihre Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Anmeldung 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.

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronischer Halbleiterkörper mit einer epitaktischen Halbleiterschichtenfolge, die auf Nitrid- Verbindungshalbleitern basiert und in der eine epitaktische Pufferschicht, eine aktive Zone und eine epitaktische Kontaktschicht enthalten sind, wobei die Pufferschicht nominell undotiert oder zumindest teilweise n-leitend dotiert ist, die aktive Zone geeignet ist, eine elektromagnetische
Strahlung zu emittieren oder zu empfangen, die Kontaktschicht zwischen der Pufferschicht und der aktiven Zone angeordnet und n-leitend dotiert ist, eine n-Dotierstoffkonzentration in der Kontaktschicht größer ist als in der Pufferschicht, und eine Ausnehmung in der Halbleiterschichtenfolge enthalten ist, die sich durch die Pufferschicht hindurch erstreckt und in der ein elektrisches Kontaktmaterial angeordnet ist und an die Kontaktschicht angrenzt.
2. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1, wobei die Pufferschicht eine Dicke von größer als oder gleich 0,15 μm aufweist.
3. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach Anspruch 1, wobei die Pufferschicht eine Dicke von größer als oder gleich 0,5 μm aufweist.
4. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei eine Außenfläche der Pufferschicht eine mittlere Rauhigkeit aufweist, die mehr als 2 mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer Bodenfläche der Ausnehmung.
5. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche der Pufferschicht mindestens 5 -mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit der Bodenfläche der Ausnehmung.
6. Optoelektronischer Halbleiterkörper gemäß einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das elektrische Kontaktmaterial mit einem Bondpad des Halbleiterkörpers elektrisch leitend verbunden ist oder ein Bondpad bildet.
7. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehende Patentansprüche, wobei die KontaktSchicht eine Dotierstoffkonzentration von größer als oder gleich als 3 x 101^ Cm~3 aufweist.
8. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Kontaktschicht eine Dotierstoffkonzentration von größer als oder gleich als 7 x 1018 cm'3 aufweist.
9. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei sich die Ausnehmung in die Kontaktschicht hinein erstreckt.
10. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei der Halbleiterkörper frei von einem Epitaxiesubstrat ist.
11. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei auf einer der Ausnehmung gegenüberliegenden Seite der Halbleiterschichtenfolge ein weiteres elektrisches Kontaktmaterial angeordnet ist.
12. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die mittlere Rauhigkeit der Außenfläche der Pufferschicht mindestens 5 mal so groß ist wie die mittlere Rauhigkeit einer von der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Fläche des elektrischen Kontaktmaterials.
13. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei in der Ausnehmung Teil des elektrischen Kontaktmaterials mit einem elektrisch isolierenden Material unterlegt ist und das elektrisch isolierende Material zwischen dem elektrischen Kontaktmaterial und der Kontaktschicht angeordnet ist.
14. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das elektrische Kontaktmaterial ein Bondpad und eine elektrische Kontaktbahn bildet; die Ausnehmung unterschiedlich tief ausgebildete
Bereiche aufweist; und
Teile der Ausnehmung, in denen die Kontaktbahn angeordnet ist, tiefer ausgebildet sind als Teile der
Ausnehmung, in denen das Bondpad angeordnet ist.
15. Optoelektronischer Halbleiterkörper nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei das elektrische Kontaktmaterial ein Bondpad und eine elektrische Kontaktbahn bildet, die beide an die Kontaktschicht angrenzen.
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