WO2013174579A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterchips und optoelektronischer halbleiterchip Download PDF

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WO2013174579A1
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Robert Walter
Kai Gehrke
Korbinian Perzlmaier
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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    • H10H20/8316—Multi-layer electrodes comprising at least one discontinuous layer

Definitions

  • optoelectronic semiconductor chip specified.
  • an optoelectronic semiconductor chip is specified.
  • This object is achieved, inter alia, by a method and by an optoelectronic semiconductor chip with the
  • the method is used to produce an optoelectronic semiconductor chip.
  • the semiconductor chip is, for example, a
  • the semiconductor chip is for
  • the semiconductor layer sequence comprises one or more active layers for generating electromagnetic radiation.
  • the semiconductor layer sequence is preferably epitaxial grown.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a nitride compound semiconductor material such as Al n In ] __ n _ m Ga m N where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and n + m ⁇ 1.
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • Semiconductor layer sequence an oxygen-containing silver mirror applied.
  • the silver mirror is applied by sputtering.
  • the sputtering may be DC sputtering, RF sputtering, ion beam sputtering, magnetron sputtering, or reactive sputtering.
  • the silver mirror is applied in an oxygen-containing atmosphere.
  • Oxygenated means in particular that in the
  • Oxygen is present.
  • the oxygen can in this case
  • gases in the atmosphere are preferably inert gases such as noble gases and / or nitrogen.
  • This process step may include that on the
  • Silver mirror further layers, in particular to a
  • This step may also include that the semiconductor layer sequence to one of a
  • Growth substrate is mounted on a different carrier substrate and that a growth substrate for the
  • the method is for producing an optoelectronic semiconductor chip
  • the procedure includes at least the
  • a thin, further metal layer for example of platinum, is applied.
  • metal layers between the silver mirror and the semiconductor layer sequence lead to an additional absorption of radiation generated in the semiconductor layer sequence.
  • Oxygen content of the atmosphere during sputtering at least 0.1% or at least 0.5% or at least 1%, or at least 5% or at least 10%. Alternatively or in addition, the oxygen content is at most 80% or at most 50% or at most 20% or at most 15%. The oxygen content is in particular on the
  • Partial pressure of, for example, added 02 ⁇ gas determined.
  • the oxygen content may be related to at% of the atmosphere.
  • C 2 gas it is also possible to add O 3, N x O y, H 2 O and / or H 2 O 2.
  • the silver mirror is produced directly on the semiconductor layer sequence. In other words, then the silver mirror and the semiconductor layer sequence touch in places or over the entire surface.
  • the silver of the silver mirror is in direct contact with GaN based material
  • the silver mirror is produced with a plurality of partial regions.
  • Growth direction of the semiconductor layer is aligned and can have the same orientation, immediately
  • the silver level is grown between two and five inclusive, or between two and four portions inclusive.
  • Oxygen sputtered That is, the generation of the first subregion is preferably carried out in an oxygen-free atmosphere.
  • Oxygen-free can mean that an oxygen content is negligible and, for example, at not more than 0.1% or not more than 0.01%. In other words, oxygen is not specifically incorporated into the silver level when this first subregion is generated.
  • the first subregion follows in the direction away from the first subregion
  • the second portion is particularly preferably under an oxygen-containing atmosphere
  • the second portion preferably has a greater thickness than the first portion.
  • the second subregion prefferably be produced with a constant oxygen content in the atmosphere within the manufacturing tolerances.
  • no gradient with respect to the oxygen in the silver mirror is then set in a targeted manner.
  • the oxygen content in the direction away from the semiconductor layer sequence in the second part is reduced or also increased in steps or continuously.
  • the second subarea in the direction away from the second subarea, follows
  • the third subregion is preferably sputtered without oxygen.
  • the third subregion has a greater thickness than the first subregion
  • the thickness of the third portion may be smaller or larger than the thickness of the second portion.
  • the finished silver mirror has a total thickness of at least 50 nm or at least 70 nm or at least 90 nm.
  • the total thickness of the silver level is at most 500 nm or at the highest 300 nm or at most 200 nm.
  • the thickness of the first subarea is, for example, at most 25 nm or at most 20 nm or at most 15 nm.
  • the thickness of the first subarea is, as with all other specified thicknesses, preferably an average thickness over the entire semiconductor layer sequence in such Areas in which the silver level is applied is averaged.
  • a local deviation of the thickness of the first subregion, based on the average thickness is preferably not more than 25% or not more than 10%.
  • Partial area a thickness of at least 10 nm or from
  • the thickness of the second portion is at most 200 nm or at most 100 nm or at most 50 nm or at most 30 nm.
  • the thickness of the third portion is at least 50 nm or at least 100 nm. It is possible that the thickness of the third
  • Subrange is at most 300 nm or at most 150 nm.
  • a protective layer is applied directly to the silver mirror.
  • Protective layer is preferably impermeable to gaseous oxygen and / or to silver ions. Impermeable
  • the protective layer is preferably one
  • the protective layer is electrically conductive.
  • Protective layer or the protective layer consists of an oxide, a nitride or an oxynitride.
  • the protective layer consists of an oxide, a nitride or an oxynitride.
  • Protective layer of ZnO which may be doped shaped. It is also possible that the protective layer is formed from (111203)] __ x (SnC> 2) x , in particular 0.05 ⁇ x ⁇ 0.25 or 0.07 ⁇ x ⁇ 0.15.
  • the protective layer has an average thickness of at least 30 nm or at least 50 nm or at least 80 nm. Alternatively or
  • the average thickness of the protective layer is at most 500 nm or at most 200 nm or at most 250 nm.
  • the silver level becomes exactly two or exactly three
  • the silver mirror has only a single portion, which comprises the entire silver level and which preferably with a uniform, not deliberately varied
  • Oxygen content is generated.
  • annealing is a process in which there is an elevated temperature of, for example, at least 90 ° C, or at least 150 ° C, or at least 300 ° C, which process is arranged to cause oxygen diffusion within the silver mirror. A duration of such
  • Temperature increase is for example at least 5 minutes or at least 10 minutes. In other words, the introduction of oxygen into the silver mirror is not or not done
  • the oxygen content of the silver level, averaged over the entire silver level is at least 0.002 at.% Or at least 0.02 at.% Or at least 0.1 at.%.
  • this oxygen content is at most 10 atomic% or at most 2.5 atomic% or at most 1 atomic%. In particular, the oxygen content is about 0.2 atomic%.
  • Silver mirror made of oxygen and silver. That is, except Silver and oxygen are in the silver mirror no further substances, in particular metals, specifically introduced and there is no significant change in physical properties of the silver mirror caused by additional substances. This can mean, for example, that
  • Contamination by other substances account for a proportion of the silver level of at most 500 ppm or at most 200 ppm or at most 50 ppm.
  • the surface of the semiconductor layer sequence, to which the silver mirror is applied directly has a square roughness, English rms roughness or root-mean-squared roughness, of at most 5 nm or at most 1 nm.
  • the finished silver mirror has a reflectivity of at least 0.90 or at least 0.94 at a wavelength of 450 nm.
  • the pressure is preferably at most 1 ⁇ 10 -2 mbar or at most 5 ⁇ 10 -2 mbar.
  • the silver level is applied at a growth rate of at least 0.1 nm / s or at least 0.5 nm / s.
  • the application may alternatively or additionally with a
  • the silver mirror is applied at a temperature of at least 0 ° C.
  • the application is carried out at a temperature of at most 100 ° C or at most 80 ° C or at most 50 ° C.
  • the application is carried out at room temperature, ie at about 25 ° C.
  • the temperatures stated here relate in particular to the
  • the semiconductor chip is preferably with a
  • Silver level is between 0.02 atom% and 2.5 atom% inclusive. Other materials except silver and oxygen account for at most 100 ppm of the silver level. ppm stands for parts per million.
  • Figure 1 is a schematic representation of a method for
  • FIGS. 2 and 3 are schematic sectional views of
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of a method for producing an optoelectronic
  • Semiconductor layer sequence 2 with an active layer 20 is provided.
  • the semiconductor layer sequence 2 is based on AlInGaN or on InGaN. In operation, in the active
  • Layer 20 in particular produces blue light.
  • the semiconductor layer sequence 2 is grown on a growth substrate 9.
  • a growth direction G points from the
  • Main extension direction of the semiconductor layer sequence 2 oriented.
  • Silver mirror 3 directly on the semiconductor layer sequence. 2
  • the silver mirror 3 is generated by sputtering.
  • the sputtering of silver, short Ag, takes place in one
  • oxygen-containing atmosphere with a noble gas such as Ar and with the addition of, for example, O2 ⁇ Ein
  • Oxygen partial pressure is in this atmosphere
  • the entire silver mirror 3 is sputtered under the same atmospheric and temperature conditions.
  • the silver mirror 3 it is possible for the silver mirror 3 to be produced with a plurality of partial regions. The subregions are symbolically separated from each other in FIG. 1B by a dot line.
  • One of the semiconductor layer sequence 2 next partial portion of the silver mirror 3 is preferably free or grown substantially free of oxygen. This
  • Partial area has a thickness of, for example, about 10 nm. Oxygen-free can mean that
  • Oxygen concentration is at most 1 x ⁇ ⁇ cm ⁇ 3.
  • This oxygen-free subregion is followed, in the direction along the growth direction G, immediately by a second subregion, which can make up the remaining silver mirror 3. This second portion is grown in the presence of oxygen.
  • this second subregion prefferably has a third subregion along the growth direction G,
  • the oxygen-containing second portion has only a small thickness of about 20 nm and the remaining part of the silver mirror 3 through the
  • Oxygen generated generated, third portion is formed.
  • the oxygen in the silver mirror 3 is evenly distributed via annealing.
  • the uneven distribution of the oxygen in the silver mirror with respect to the various partial regions may be substantially retained after the completion of the semiconductor chip 1.
  • Semiconductor layer sequence 2 closest portion of the silver mirror 3 is generated with oxygen and a
  • Semiconductor layer sequence 2 is preferably p-doped
  • Such a boundary layer of the semiconductor layer sequence 2 has, for example, a thickness between 2 nm and 20 nm inclusive.
  • Boundary layer of the silver mirror 3 may be at a comparatively low concentration further substances from the semiconductor layer sequence 2, ie in particular gallium, nitrogen, aluminum, indium, silicon, germanium and / or magnesium.
  • the boundary layer is special
  • the boundary layer preferably has a thickness of at most 5 nm or at most 2 nm and the other substances, ie all substances except silver and oxygen, make at this boundary layer preferably has a combined content of at most 100 ppm.
  • impurities are preferably at most 10 ppm.
  • the protective layer 4 applied.
  • the protective layer 4 is
  • the protective layer 4 preferably follows a metal layer 5 after.
  • the metal layer 5 is configured, for example, to expand the current and / or to make contact with the semiconductor layer sequence 2.
  • the metal layer 5 is formed of TiAu or PtAu.
  • the metal layer 5 has, for example, a thickness of between 250 nm and 15 ⁇ m. Differently than illustrated, as in all other embodiments, the metal layer 5 can be composed of several partial layers with different material compositions.
  • FIG. 1D the finished semiconductor chip 1 is shown schematically in a sectional view.
  • the growth substrate 9 is of the
  • Semiconductor layer sequence 2 is removed and on the metal layer 5, a carrier substrate 6 is attached.
  • a carrier substrate 6 is attached for an attachment of the carrier substrate 6 may be between the metal layer 5 and the support substrate 6 optionally further, not
  • solder layers are located.
  • first electrical Contact 7a is attached on this side of the semiconductor layer sequence 2 .
  • first electrical contact 7a can not optionally in Figure 1D
  • a second electrical contact 7b is through the
  • Metal layer 5 the protective layer 4 and the silver mirror 3 is formed.
  • Such further layers may be wavelength conversion materials
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of the invention
  • the semiconductor layer sequence 2 in this case is not the entire surface in direct contact with the silver mirror 3, unlike in connection with Figure 1 shown. In places are between the
  • Silver mirror 3 and the semiconductor layer sequence 2 a plurality of regions 8 with a material having a low optical refractive index.
  • the material 8 may be electrically conductive or electrically insulating.
  • the first electrical contact 7 a is attached to the carrier substrate 6 and extends in the form of a particular truncated conical shaped protuberance through the metal layer 5, the protective layer 4 and the
  • the first electrical contact 7a also pierces the active layer 20th
  • the protuberance of the first electrical contact 7 a is surrounded laterally and toward the metal layer 5 by an electrical insulation layer 75.
  • semiconductor chips 1 are thus produced on the one hand by the second electrical contact 7b, formed by the silver mirror 3, the protective layer 4 and the metal layer 5, and on the other hand by the first electrical contact 7a penetrating the silver mirror 3.
  • the first electrical contact 7a preferably has a multiplicity of the active ones
  • Carrier substrate 6 not shown intermediate layers
  • the carrier substrate 6 is preferably located on the p-doped side of the semiconductor layer sequence 2 and follows, along the growth direction G, the silver mirror 3
  • Semiconductor layer sequence 2 may be arranged.
  • the invention encompasses any novel feature as well as any combination of features, including in particular any combination of features in the claims, even if this feature or combination itself is not explicit is specified in the claims or exemplary embodiments.

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Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips und optoelektronischer Halbleiterchip
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterchips angegeben. Darüber hinaus wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben.
Die Druckschrift US 2006/0186417 AI betrifft einen
Leuchtdiodenchip .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, einen
optoelektronischen Halbleiterchip mit einer reduzierten
Kontaktspannung anzugeben.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein Verfahren und durch einen optoelektronischen Halbleiterchip mit den
Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform dient das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips. Bei dem Halbleiterchip handelt es sich beispielsweise um eine
Leuchtdiode. Insbesondere ist der Halbleiterchip zur
Erzeugung von Strahlung im Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 420 nm und 600 nm eingerichtet.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird gemäß dem
Verfahren eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst eine oder mehrere aktive Schichten zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Bevorzugt ist die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch gewachsen. Insbesondere basiert die Halbleiterschichtenfolge zum Beispiel auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n_mGamN mit 0 ^ n < 1, 0 ^ m < 1 und n + m < 1 ist. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird auf die
Halbleiterschichtenfolge ein sauerstoffhaltiger Silberspiegel aufgebracht. Das Aufbringen des Silberspiegels erfolgt durch Sputtern. Bei dem Sputtern kann es sich um ein Gleichstrom- Sputtern, ein Hochfrequenz-Sputtern, ein Ionenstrahl- Sputtern, ein Magnetron-Sputtern oder um reaktives Sputtern handeln .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen des Silberspiegels in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre. Sauerstoffhaltig bedeutet insbesondere, dass in der
Atmosphäre ein nicht verschwindender Partialdruck von
Sauerstoff vorliegt. Der Sauerstoff kann hierbei in
ionisierter Form vorliegen. Weitere Gase der Atmosphäre sind bevorzugt inerte Gase wie Edelgase und/oder Stickstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform beinhaltet das
Verfahren den Schritt des Fertigstellens des Halbleiterchips. Dieser Verfahrensschritt kann umfassen, dass auf den
Silberspiegel weitere Schichten, insbesondere zu einer
Versiegelung und zu einer elektrischen Kontaktierung,
aufgebracht werden. Auch kann dieser Schritt umfassen, dass die Halbleiterschichtenfolge an ein von einem
Aufwachssubstrat verschiedenes Trägersubstrat angebracht wird und dass ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge von dieser entfernt wird. In mindestens einer Ausführungsform ist das Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterchips
eingerichtet. Das Verfahren beinhaltet mindestens die
folgenden Schritte in der angegebenen oder auch in einer hiervon abweichenden Reihenfolge:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung,
- Aufbringen eines sauerstoffhaltigen Silberspiegels auf die Halbleiterschichtenfolge, wobei das Aufbringen durch Sputtern in einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt, und
- Fertigstellen des Halbleiterchips.
Bei herkömmlichen Leuchtdiodenchips wird zu einer Absenkung eines Kontaktwiderstands zwischen dem Silberspiegel und einer nächstgelegenen, auf GaN basierenden Halbleiterschicht, eine dünne, weitere Metallschicht, beispielsweise aus Platin, angebracht. Solche Metallschichten zwischen dem Silberspiegel und der Halbleiterschichtenfolge führen jedoch zu einer zusätzlichen Absorption von in der Halbleiterschichtenfolge erzeugter Strahlung.
Dadurch, dass dem Silberspiegel Sauerstoff beigegeben wird, kann auf eine solche absorbierende, zusätzliche metallische Zwischenschicht verzichtet werden. Ferner ist durch das
Sputtern ein an Verunreinigungen besonders armer
Silberspiegel erzeugbar, sodass der Silberspiegel eine hohe Reflektivität aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt der
Sauerstoffanteil der Atmosphäre beim Sputtern bei mindestens 0,1 % oder bei mindestens 0,5 % oder bei mindestens 1 % oder bei mindestens 5 % oder bei mindestens 10 %. Alternativ oder zusätzlich liegt der Sauerstoffanteil bei höchstens 80 % oder bei höchstens 50 % oder bei höchstens 20 % oder bei höchstens 15 %. Der Sauerstoffanteil wird insbesondere über den
Partialdruck von zum Beispiel zugegebenem 02~Gas bestimmt. Ebenso kann der Sauerstoffanteil auf Atom-% der Atmosphäre bezogen sein. Alternativ oder zusätzlich zu C>2_Gas kann auch O3, NxOy, H2O und/oder H2O2 zugegeben werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist der Silberspiegel unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge erzeugt. Mit anderen Worten berühren sich dann der Silberspiegel und die Halbleiterschichtenfolge stellenweise oder ganzflächig.
Insbesondere steht das Silber des Silberspiegels in direktem Kontakt mit auf GaN basierendem Material der
Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Silberspiegel mit mehreren Teilbereichen erzeugt. Die
Teilbereiche folgen hierbei entlang einer Wachstumsrichtung des Silberspiegels, die bevorzugt parallel zu einer
Wachstumsrichtung der Halbleiterschicht ausgerichtet ist und dieselbe Orientierung aufweisen kann, unmittelbar
aufeinander. Der Silberspiegel wird beispielsweise mit zwischen einschließlich zwei und fünf oder mit zwischen einschließlich zwei und vier Teilbereichen gewachsen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird ein erster
Teilbereich des Silberspiegels, der der
Halbleiterschichtenfolge am nächstgelegenen ist, ohne
Sauerstoff gesputtert. Das heißt, das Erzeugen des ersten Teilbereichs erfolgt bevorzugt in einer Sauerstofffreien Atmosphäre. Sauerstofffrei kann hierbei bedeuten, dass ein Sauerstoffanteil vernachlässigbar ist und beispielsweise bei höchstens 0,1 % oder bei höchstens 0,01 % liegt. Mit anderen Worten wird beim Erzeugen dieses ersten Teilbereichs nicht gezielt Sauerstoff in den Silberspiegel eingelagert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens folgt dem ersten Teilbereich, in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge, ein zweiter Teilbereich des
Silberspiegels nach. Der zweite Teilbereich wird besonders bevorzugt unter einer sauerstoffhaltigen Atmosphäre
gesputtert. Es wird dann in den zweiten Teilbereich also gezielt Sauerstoff eingelagert. Der zweite Teilbereich weist bevorzugt eine größere Dicke auf als der erste Teilbereich.
Es ist möglich, dass der zweite Teilbereich mit einem im Rahmen der Herstellungstoleranzen konstanten Sauerstoffanteil in der Atmosphäre erzeugt wird. In dem zweiten Teilbereich wird dann kein Gradient bezüglich des Sauerstoffs in dem Silberspiegel gezielt eingestellt. Alternativ hierzu ist es möglich, dass der Sauerstoffanteil in Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge in dem zweiten Teil stufenförmig oder kontinuierlich reduziert oder auch erhöht wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens folgt dem zweiten Teilbereich, in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge, ein dritter Teilbereich des
Silberspiegels nach. Der dritte Teilbereich wird bevorzugt ohne Sauerstoff gesputtert. Es weist der dritte Teilbereich insbesondere eine größere Dicke auf als der erste
Teilbereich. Die Dicke des dritten Teilbereichs kann kleiner oder auch größer sein als die Dicke des zweiten Teilbereichs.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der fertig aufgebrachte Silberspiegel eine Gesamtdicke von mindestens 50 nm oder von mindestens 70 nm oder von mindestens 90 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Gesamtdicke des Silberspiegels bei höchstens 500 nm oder bei höchstes 300 nm oder bei höchstens 200 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der erste
Teilbereich des Silberspiegels mit einer mittleren Dicke von mindestens 5 nm oder von mindestens 10 nm erzeugt. Die Dicke des ersten Teilbereichs beträgt beispielsweise höchstens 25 nm oder höchstens 20 nm oder höchstens 15 nm. Bei der Dicke des ersten Teilbereichs handelt es sich, wie auch bei allen anderen angegebenen Dicken, bevorzugt um eine mittlere Dicke, die über die gesamte Halbleiterschichtenfolge in solchen Bereichen, in denen der Silberspiegel aufgebracht wird, gemittelt ist. Wie auch bei allen anderen Dicken liegt eine lokale Abweichung der Dicke des ersten Teilbereichs, bezogen auf die mittlere Dicke, bevorzugt bei höchstens 25 % oder bei höchstens 10 %.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der zweite
Teilbereich eine Dicke von mindestens 10 nm oder von
mindestens 15 nm oder von mindestens 20 nm auf. Insbesondere beträgt die Dicke des zweiten Teilbereichs höchstens 200 nm oder höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm oder höchstens 30 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die Dicke des dritten Teilbereichs bei mindestens 50 nm oder bei mindestens 100 nm. Es ist möglich, dass die Dicke des dritten
Teilbereichs bei höchstens 300 nm oder bei höchstens 150 nm liegt . Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird unmittelbar auf den Silberspiegel eine Schutzschicht aufgebracht. Die
Schutzschicht ist bevorzugt für gasförmigen Sauerstoff und/oder für Silberionen undurchlässig. Undurchlässig
bedeutet, dass im bestimmungsgemäßen Gebrauch der
Halbleiterschichtenfolge sowie des Halbleiterchips und über eine mittlere Lebensdauer des Halbleiterchips hinweg keine signifikanten Mengen an Silber und/oder Sauerstoff durch die Schutzschicht hindurch propagieren. Mit anderen Worten handelt es sich bei der Schutzschicht bevorzugt um eine
Barriere für Silber und für Sauerstoff.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Schutzschicht elektrisch leitfähig. Insbesondere erfolgt durch die
Schutzschicht hindurch und auch durch den Silberspiegel hindurch eine Bestromung der Halbleiterschichtenfolge im Betrieb des Halbleiterchips.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Schutzschicht oder besteht die Schutzschicht aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid. Insbesondere ist die
Schutzschicht aus ZnO, das dotiert sein kann, geformt. Ebenso ist es möglich, dass die Schutzschicht aus (111203) ]__x (SnC>2) x gebildet ist, wobei insbesondere 0,05 ^ x ^ 0,25 oder 0,07 < x < 0,15 gilt .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Schutzschicht eine mittlere Dicke von mindestens 30 nm oder von mindestens 50 nm oder von mindestens 80 nm auf. Alternativ oder
zusätzlich liegt die mittlere Dicke der Schutzschicht bei höchstens 500 nm oder bei höchstens 200 nm oder bei höchstens 250 nm. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Silberspiegel mit genau zwei oder mit genau drei
Teilbereichen aufgebracht. Ebenso ist es möglich, dass der Silberspiegel nur einen einzigen Teilbereich aufweist, der den gesamten Silberspiegel umfasst und der bevorzugt mit einem gleichmäßigen, nicht gezielt variierten
Sauerstoffanteil erzeugt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt während oder unmittelbar nach den Schritten des Aufbringens des Silberspiegels und insbesondere auch des Aufbringens der Schutzschicht kein Tempern des Silberspiegels. Ein Tempern ist insbesondere ein Vorgang, bei dem eine erhöhte Temperatur von beispielsweise mindestens 90 °C oder von mindestens 150 °C oder von mindestens 300 °C vorliegt, wobei dieser Vorgang dazu eingerichtet ist, eine Sauerstoffdiffusion innerhalb des Silberspiegels zu bewirken. Eine Dauer einer solchen
Temperaturerhöhung beträgt zum Beispiel mindestens 5 min oder mindestens 10 min. Mit anderen Worten erfolgt das Einbringen des Sauerstoffs in den Silberspiegel nicht oder nicht
überwiegend mittels thermisch getriebener Diffusion.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens liegt der Sauerstoffanteil des Silberspiegels, gemittelt über den gesamten Silberspiegel, bei mindestens 0,002 Atom-% oder bei mindestens 0,02 Atom-% oder bei mindestens 0,1 Atom-%.
Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Sauerstoffanteil bei höchstens 10 Atom-% oder bei höchstens 2,5 Atom-% oder bei höchstens 1 Atom-%. Insbesondere liegt der Sauerstoffanteil bei ungefähr 0,2 Atom-%.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht der
Silberspiegel aus Sauerstoff und aus Silber. Das heißt, außer Silber und Sauerstoff sind in den Silberspiegel keine weiteren Stoffe, insbesondere Metalle, gezielt eingebracht und es ist keine signifikante Änderung von physikalischen Eigenschaften des Silberspiegels durch zusätzliche Stoffe bewirkt. Dies kann zum Beispiel bedeuten, dass
Verunreinigungen durch weitere Stoffe einen Anteil an dem Silberspiegel von höchstens 500 ppm oder von höchstens 200 ppm oder von höchstens 50 ppm ausmachen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge, auf die der Silberspiegel unmittelbar aufgebracht wird, eine quadratische Rauheit, englisch rms-roughness oder root-mean-squared roughness, von höchstens 5 nm oder von höchstens 1 nm auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der fertig hergestellte Silberspiegel bei einer Wellenlänge von 450 nm eine Reflektivität von mindestens 0,90 oder von mindestens 0,94 auf.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen des Silberspiegels in einer Atmosphäre mit einem Druck von mindestens 5 x 10-^ mbar oder von mindestens 1 x 10~3 mbar. Bevorzugt liegt der Druck bei höchstens 1 x 10~2 mbar oder bei höchstens 5 x 10~2 mbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird der Silberspiegel mit einer Wachstumsgeschwindigkeit von mindestens 0,1 nm/s oder von mindestens 0,5 nm/s aufgebracht. Weiterhin kann das Aufbringen alternativ oder zusätzlich mit einer
Wachstumsgeschwindigkeit von höchstens 20 nm/s oder von höchstens 5 nm/s erfolgen. Gemäß zumindest einer Ausführungsform erfolgt das Aufbringen des Silberspiegels bei einer Temperatur von mindestens 0 °C. Alternativ oder zusätzlich erfolgt das Aufbringen bei einer Temperatur von höchstens 100 °C oder von höchstens 80 °C oder von höchstens 50 °C. Insbesondere erfolgt das Aufbringen bei Raumtemperatur, also bei ungefähr 25 °C. Die angegebenen Temperaturen beziehen sich hierbei insbesondere auf die
Temperatur einer Oberfläche der Halbleiterschichtenfolge, auf der der Silberspiegel aufgebracht wird.
Darüber hinaus wird ein optoelektronischer Halbleiterchip angegeben. Der Halbleiterchip ist bevorzugt mit einem
Verfahren hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen beschrieben. Merkmale des Halbleiterchips sind daher auch für das
Verfahren offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst der
optoelektronische Halbleiterchip eine
Halbleiterschichtenfolge mit mindestens einer aktiven Schicht zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung. Ein sauerstoffhaltiger Silberspiegel befindet sich unmittelbar an der Halbleiterschichtenfolge. Ein Sauerstoffanteil des
Silberspiegels liegt zwischen einschließlich 0,02 Atom-% und 2,5 Atom-%. Andere Stoffe, außer Silber und Sauerstoff, machen einen Anteil an dem Silberspiegel von höchstens 100 ppm aus. ppm steht hierbei für parts per million.
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes Verfahren sowie ein hier beschriebener optoelektronischer Halbleiterchip unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1 eine schematische Darstellung eines Verfahrens zur
Herstellung eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterchips, und
Figuren 2 und 3 schematische Schnittdarstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterchips .
In Figur 1 ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips 1 illustriert. Gemäß Figur 1A wird eine
Halbleiterschichtenfolge 2 mit einer aktiven Schicht 20 bereitgestellt. Die Halbleiterschichtenfolge 2 basiert auf AlInGaN oder auf InGaN. Im Betrieb wird in der aktiven
Schicht 20 insbesondere blaues Licht erzeugt.
Die Halbleiterschichtenfolge 2 ist auf einem Aufwachssubstrat 9 aufgewachsen. Eine Wachstumsrichtung G weist von dem
Aufwachssubstrat 9 weg und ist senkrecht zu einer
Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge 2 orientiert .
In Figur 1B ist das Aufbringen eines sauerstoffhaltigen
Silberspiegels 3 auf die Halbleiterschichtenfolge 2
illustriert. Entlang der Wachstumsrichtung G folgt der
Silberspiegel 3 unmittelbar auf die Halbleiterschichtenfolge 2. Der Silberspiegel 3 wird durch ein Sputtern erzeugt. Das Sputtern von Silber, kurz Ag, erfolgt in einer
sauerstoffhaltigen Atmosphäre mit einem Edelgas wie Ar und unter Zugabe von beispielsweise O2 · Ein
Sauerstoffpartialdruck an dieser Atmosphäre liegt
beispielsweise bei ungefähr 10 % oder bei ungefähr 20 %.
Es ist möglich, dass der gesamte Silberspiegel 3 unter den gleichen atmosphärischen und Temperaturbedingungen gesputtert wird. Optional ist es möglich, dass der Silberspiegel 3 mit mehreren Teilbereichen erzeugt wird. Die Teilbereiche sind in Figur 1B durch eine Punkt-Linie symbolisch voneinander getrennt. Ein der Halbleiterschichtenfolge 2 nächstgelegener Teilbereich des Silberspiegels 3 ist bevorzugt frei oder im Wesentlichen frei von Sauerstoff gewachsen. Dieser
Teilbereich weist eine Dicke von beispielsweise ungefähr 10 nm auf. Sauerstofffrei kann bedeuten, dass die
Sauerstoffkonzentration bei höchstens 1 x ΙΟ^ cm~3 liegt.
Auf diesen Sauerstofffreien Teilbereich folgt, in Richtung entlang der Wachstumsrichtung G, unmittelbar ein zweiter Teilbereich, der den verbleibenden Silberspiegel 3 ausmachen kann. Dieser zweite Teilbereich wird unter Anwesenheit von Sauerstoff gewachsen.
Es ist optional möglich, dass diesem zweiten Teilbereich ein dritter Teilbereich entlang der Wachstumsrichtung G,
nachfolgt, anders als in Figur 1B gezeichnet. In diesem Fall kann es sein, dass der sauerstoffhaltige zweite Teilbereich eine nur geringe Dicke von ungefähr 20 nm aufweist und der verbleibende Teil des Silberspiegels 3 durch den
Sauerstofffrei erzeugten, dritten Teilbereich gebildet wird. Im Falle eines solchen dünnen, sauerstoffhaltigen Teilbereichs ist es außerdem möglich, dass der Sauerstoff in dem Silberspiegel 3 über ein Tempern gleichmäßig verteilt wird. Bevorzugt erfolgt jedoch kein Tempern zu einer
verstärkten Sauerstoffdiffusion . Es kann die ungleichmäßige Verteilung des Sauerstoffs in dem Silberspiegel, bezogen auf die verschiedenen Teilbereiche, nach dem Fertigstellen des Halbleiterchips 1 im Wesentlichen beibehalten sein.
Alternativ hierzu ist es ebenso möglich, dass der der
Halbleiterschichtenfolge 2 nächstgelegene Teilbereich des Silberspiegels 3 mit Sauerstoff erzeugt wird und ein
weiterer, direkt darauf folgender Teilbereich oder der gesamte verbleibende Silberspiegel 3 sauerstofffrei erzeugt wird .
Ein dem Silberspiegel 3 nächstgelegener Bereich der
Halbleiterschichtenfolge 2 ist bevorzugt p-dotiert,
beispielsweise mit Magnesium und mit einer Konzentration zwischen einschließlich 1 x 1019 cm J und 2 x 1020 cm 3. Eine derartige Grenzschicht der Halbleiterschichtenfolge 2 weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 2 nm und 20 nm auf.
In der der Halbleiterschichtenfolge 2 nächstgelegenen
Grenzschicht des Silberspiegels 3 können sich mit einer vergleichsweise niedrigen Konzentration weitere Stoffe aus der Halbleiterschichtenfolge 2 befinden, also insbesondere Gallium, Stickstoff, Aluminium, Indium, Silizium, Germanium und/oder Magnesium. Die Grenzschicht weist besonders
bevorzugt eine Dicke von höchstens 5 nm oder von höchstens 2 nm auf und die weiteren Stoffe, also alle Stoffe außer Silber und Sauerstoff, machen an dieser Grenzschicht bevorzugt einen Anteil von zusammengenommen höchstens 100 ppm aus. In verbleibenden Bereichen des Silberspiegels liegen Verunreinigungen bevorzugt bei höchstens 10 ppm.
Gemäß Figur IC wird auf den Silberspiegel 3 eine
Schutzschicht 4 aufgebracht. Die Schutzschicht 4 ist
beispielsweise aus dotiertem ZnO oder aus ITO geformt und weist eine Dicke von insbesondere ungefähr 100 nm auf. In Richtung weg von der Halbleiterschichtenfolge 2 folgt der Schutzschicht 4 bevorzugt eine Metallschicht 5 nach. Die Metallschicht 5 ist beispielsweise zu einer Stromaufweitung und/oder zu einer Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge 2 eingerichtet. Beispielsweise ist die Metallschicht 5 aus TiAu oder aus PtAu gebildet. Die Metallschicht 5 weist beispielsweise eine Dicke zwischen einschließlich 250 nm und 15 μιη auf. Anders als dargestellt kann die Metallschicht 5, wie auch in allen anderen Ausführungsbeispielen, aus mehreren Teilschichten mit unterschiedlicher Materialzusammensetzung aufgebaut sein.
In Figur 1D ist der fertig hergestellte Halbleiterchip 1 in einer Schnittdarstellung schematisch gezeigt. Im Vergleich zu Figur IC ist das Aufwachssubstrat 9 von der
Halbleiterschichtenfolge 2 entfernt und an der Metallschicht 5 ist ein Trägersubstrat 6 befestigt. Zu einer Befestigung des Trägersubstrats 6 können sich zwischen der Metallschicht 5 und dem Trägersubstrat 6 optional weitere, nicht
gezeichnete Schichten, insbesondere Lotschichten, befinden.
Ferner ist an der dem Trägersubstrat 6 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 eine Aufrauung zur Verbesserung einer Strahlungsauskopplung erzeugt. An dieser Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 ist ferner eine erste elektrische Kontaktierung 7a angebracht. Von der ersten elektrischen Kontaktierung 7a können optional in Figur 1D nicht
gezeichnete Stromverteilungsstrukturen ausgehen.
Eine zweite elektrische Kontaktierung 7b ist durch die
Metallschicht 5, die Schutzschicht 4 sowie den Silberspiegel 3 gebildet.
Optional können an der dem Trägersubstrat 6 abgewandten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 weitere, nicht gezeichnete Schichten aufgebracht werden. Bei solchen weiteren Schichten kann es sich um Wellenlängenkonversionsmaterialien, um
Passivierungen und/oder um Optikkörper handeln.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Halbleiterchips 1 gezeigt. Die Halbleiterschichtenfolge 2 steht hierbei nicht ganzflächig in unmittelbarem Kontakt mit dem Silberspiegel 3, anders als in Verbindung mit Figur 1 dargestellt. Stellenweise befinden sich zwischen dem
Silberspiegel 3 und der Halbleiterschichtenfolge 2 mehrere Bereiche 8 mit einem Material mit einem niedrigen optischen Brechungsindex. Das Material 8 kann elektrisch leitend oder auch elektrisch isolierend sein.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des Halbleiterchips 1 ist in Figur 3 zu sehen. Die erste elektrische Kontaktierung 7a ist an dem Trägersubstrat 6 angebracht und erstreckt sich in Form einer insbesondere kegelstumpfartig gestalteten Ausstülpung durch die Metallschicht 5, die Schutzschicht 4 und den
Silberspiegel 3 hindurch in die Halbleiterschichtenfolge 2. Die erste elektrische Kontaktierung 7a durchstößt auch die aktive Schicht 20. Die Ausstülpung der ersten elektrischen Kontaktierung 7a ist lateral und hin zu der Metallschicht 5 von einer elektrischen Isolationsschicht 75 umgeben. Eine Bestromung des
Halbleiterchips 1 erfolgt im Betrieb also einerseits durch die zweite elektrische Kontaktierung 7b, gebildet durch den Silberspiegel 3, die Schutzschicht 4 und die Metallschicht 5, und andererseits durch die den Silberspiegel 3 durchdringende erste elektrische Kontaktierung 7a.
Anders als in Figur 3 gezeichnet, weist die erste elektrische Kontaktierung 7a bevorzugt eine Vielzahl der die aktive
Schicht 20 durchdringenden Ausstülpungen auf. Weiterhin können zwischen der ersten Kontaktierung 7a und dem
Trägersubstrat 6 nicht gezeichnete Zwischenschichten
vorhanden sein, um eine Befestigung der
Halbleiterschichtenfolge 2 an dem Trägersubstrat 6 zu
vereinfachen .
Das Trägersubstrat 6 befindet sich bevorzugt an der p- dotierten Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 und folgt, entlang der Wachstumsrichtung G, dem Silberspiegel 3
bevorzugt nach. Dies ist bevorzugt auch in allen anderen Ausführungsbeispielen der Fall. Abweichend hiervon kann der Silberspiegel 3 aber auch an einer n-Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet sein.
Die hier beschriebene 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 von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 104 553.4, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterchips (1) mit den Schritten:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit mindestens einer aktiven Schicht (20) zur Erzeugung einer elektromagnetischen Strahlung,
- Aufbringen eines sauerstoffhaltigen Silberspiegels (3) auf die Halbleiterschichtenfolge (2), und
- Fertigstellen des Halbleiterchips (1),
wobei das Aufbringen durch Sputtern in einer
sauerstoffhaltigen Atmosphäre erfolgt.
2. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem unmittelbar auf dem Silberspiegel (3) eine elektrisch leitfähige Schutzschicht (4) aufgebracht wird,
wobei die Schutzschicht (4) mit oder aus einem Oxid, einem Nitrid oder einem Oxinitrid gebildet ist.
3. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Schutzschicht (4) aus ZnO oder aus
(ln203) i-x (Sn02) x mit 0,05 < x < 0,25 gebildet ist, wobei eine mittlere Dicke der Schutzschicht (4) zwischen einschließlich 30 nm und 200 nm liegt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem ein Sauerstoffanteil der Atmosphäre beim
Sputtern zumindest zeitweise zwischen einschließlich 0,1 % und 20 % liegt und der Sauerstoff beim Sputtern in den Silberspiegel (3) eingebracht wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Silberspiegel (3) unmittelbar auf der Halbleiterschichtenfolge (2) erzeugt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein der Halbleiterschichtenfolge (2)
nächstgelegener erster Teilbereich (31) des
Silberspiegels (3) ohne Sauerstoff gesputtert wird, wobei eine Gesamtdicke des Silberspiegels (3) zwischen einschließlich 70 nm und 300 nm liegt.
7. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem sich, in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge (2), an den ersten Teilbereich (31) ein zweiter Teilbereich (32) des Silberspiegels (3) anschließt,
wobei der zweite Teilbereich (32) mit Sauerstoff gesputtert wird.
8. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem sich, in Richtung weg von der
Halbleiterschichtenfolge (2), an den zweiten
Teilbereich (32) ein dritter Teilbereich (33) des Silberspiegels (3) anschließt,
wobei der dritte Teilbereich (33) ohne Sauerstoff gesputtert wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der erste Teilbereich (31) eine mittlere Dicke zwischen einschließlich 5 nm und 25 nm aufweist, und/oder wobei eine mittlere Dicke des zweiten
Teilbereichs (32) zwischen einschließlich 10 nm und 50 nm liegt.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während oder unmittelbar nach den Schritten des Aufbringens des Silberspiegels (3) und des Aufbringens der Schutzschicht (4) kein Tempern des Silberspiegels (3) bei Temperaturen oberhalb von 90 °C erfolgt.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem ein Sauerstoffanteil des Silberspiegels (3) , gemittelt über den gesamten Silberspiegel (3) , zwischen einschließlich 0,02 Atom-% und 2,5 Atom-% liegt.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem der Silberspiegel (3) aus Sauerstoff und aus Silber besteht,
wobei weitere Stoffe einen Anteil an dem Silberspiegel (3) von höchstens 100 ppm ausmachen.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem das Aufbringen des Silberspiegels (3)
- bei einem Druck zwischen einschließlich 5 x 10-^ mbar und 5 x 10~2 mbar erfolgt,
- eine Wachstumsgeschwindigkeit zwischen einschließlich 0,1 nm/s und 20 nm/s liegt, und
- bei einer Temperatur der Halbleiterschichtenfolge (2) zwischen einschließlich 0 °C und 80 °C durchgeführt wird .
14. Optoelektronischer Halbleiterchip (1) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit mindestens einer aktiven Schicht (20) zur Erzeugung einer
elektromagnetischen Strahlung, und
- einem sauerstoffhaltigen Silberspiegel (3)
unmittelbar an der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei - ein Sauerstoffanteil des Silberspiegels (3) zwischen einschließlich 0,02 Atom-% und 2,5 Atom-% liegt, und
- andere Stoffe außer Silber und Sauerstoff einen Anteil an dem Silberspiegel (3) von höchstens 200 ppm ausmachen .
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