WO2014023648A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement und verfahren zum herstellen eines spiegelbereichs auf einem halbleiterkörper - Google Patents
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Abstract
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2) und mit einem Spiegelbereich (3) angegeben, der zumindest bereichsweise an eine Hauptfläche (23) des Halbleiterkörpers angrenzt, wobei der Spiegelbereich (3) eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und an die Hauptfläche angrenzenden Domänen (31) einer ersten Materialzusammensetzung und eine zusammenhängende Spiegelschicht (32) einer zweiten Materialzusammensetzung aufweist und wobei die Spiegelschicht (32) zwischen den Domänen (31) zumindest bereichsweise an die Hauptfläche (23) angrenzt. Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen eines Spiegelbereichs auf einem Halbleiterkörper angegeben.
Description
Beschreibung
Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines Spiegelbereichs auf einem Halbleiterkörper
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper und einem Spiegelbereich sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegelbereichs auf einem Halbleiterkörper.
Strahlungsemittierende Halbleiterbauelemente wie
beispielsweise Leuchtdioden können Spiegelschichten
aufweisen, die dafür vorgesehen sind, im Halbleiterkörper erzeugte Strahlung zu reflektieren. Materialien, die sich im sichtbaren Spektralbereich durch eine vergleichsweise hohe Reflektivität auszeichnen wie beispielsweise Silber, weisen jedoch oftmals nur eine geringe Haftung am Halbleitermaterial auf. Dies kann zu einer Ablösung einer solchen Spiegelschicht führen .
Eine Aufgabe ist es, ein Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem eine zuverlässige Haftung der Spiegelschicht bei
gleichzeitig hoher Reflektivität erzielt werden kann.
Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem eine solche Spiegelschicht hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement beziehungsweise durch ein Verfahren gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement weist gemäß einer Ausführungsform einen Halbleiterkörper und einen
Spiegelbereich auf. Der Spiegelbereich grenzt zumindest bereichsweise an eine Hauptfläche des Halbleiterkörpers an. Der Spiegelbereich weist eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und an die Hauptfläche angrenzenden Domänen einer ersten Materialzusammensetzung und eine
zusammenhängende Spiegelschicht einer zweiten
Materialzusammensetzung auf. Die Spiegelschicht grenzt zwischen den Domänen zumindest bereichsweise an die
Hauptfläche an.
Mittels der Domänen der ersten Materialzusammensetzung kann eine verbesserte Haftung der Spiegelschicht an dem
Halbleiterkörper erzielt werden. Die Domänen dienen also als Haftvermittler. Für die Spiegelschicht kann daher auch ein Material Anwendung finden, das bei einer unmittelbaren vollflächigen Aufbringung an dem Halbleiterkörper nur eine vergleichsweise geringe Haftung aufweisen würde.
Unter einer zusammenhängenden Spiegelschicht wird
insbesondere verstanden, dass zumindest einige Bereiche der Spiegelschicht, in denen die Spiegelschicht zwischen den Domänen an die Hauptfläche angrenzt, durchgängig miteinander verbunden sind. Mit anderen Worten bestehen zwischen diesen Bereichen Pfade innerhalb der Spiegelschicht, über die die Bereiche elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Die zusammenhängende Spiegelschicht muss die Hauptfläche des Halbleiterkörpers jedoch nicht vollständig bedecken und kann beispielsweise bereichsweise ausgespart sein.
Der Begriff Materialzusammensetzung bedeutet nicht
notwendigerweise, dass die Domänen und/oder die
Spiegelschicht jeweils mehr als ein Material aufweisen.
Vielmehr können die Domänen und/oder die Spiegelschicht jeweils aus nur einem Material bestehen. Die Domänen und/oder die Spiegelschicht können jedoch auch mehr als ein Material aufweisen, beispielsweise können zwei Materialien miteinander vermischt sein, etwa in Form einer metallischen Legierung oder zwei Materialien können schichtförmig übereinander ausgebildet sein. Die erste Materialzusammensetzung und die zweite
Materialzusammensetzung sind voneinander verschieden.
Zweckmäßigerweise ist das an die Hauptfläche angrenzende Material der Domänen im Hinblick auf eine hohe Haftung zu dem Halbleiterkörper und die Spiegelschicht im Hinblick auf eine hohe Reflektivität für die zu empfangende oder zu
emittierende Strahlung ausgewählt.
Die Halbleiterschichtenfolge kann beispielsweise einen zum Erzeugen oder zum Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweisen. Zweckmäßigerweise weist die
Spiegelschicht für die im Betrieb vom aktiven Bereich
emittierte oder zu detektierende Strahlung eine hohe
Reflektivität , insbesondere eine Reflektivität von mindestens 70 %, auf. Im sichtbaren Spektralbereich und im
ultravioletten Spektralbereich zeichnet sich beispielsweise Silber durch eine hohe Reflektivität aus.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die erste
Materialzusammensetzung frei von Platin. Platin zeichnet sich zwar durch gute Hafteigenschaft an Halbleitermaterial aus, jedoch weist Platin eine vergleichsweise geringe
Reflektivität und zudem eine vergleichsweise schlechte elektrische Leitfähigkeit auf. Grundsätzlich ist aber auch
Platin für die erste Materialzusammensetzung geeignet. Durch die nur bereichsweise Flächenbelegung der Domänen kann die Reflektivität verglichen mit einer vollflächigen
Platinschicht erhöht werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung enthält die erste Materialzusammensetzung zumindest eines der Metalle aus der Gruppe der Platinmetalle (Platin Group Metals, PGM) ,
vorzugsweise aus der Gruppe der Platinmetalle außer Platin. Zur Gruppe der Platinmetalle gehören neben Platin Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und Osmium. Es hat sich
herausgestellt, dass sich diese Materialien durch eine hohe Haftung an Halbleitermaterial auszeichnen. Rhodium ist aufgrund seiner hohen Reflektivität von über 65 % im
sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich besonders geeignet .
In einer bevorzugten Ausgestaltung grenzt die Spiegelschicht im Spiegelbereich mit einer Flächenbelegungsdichte von mindestens 50 %, besonders bevorzugt von mindestens 80 % an die Hauptfläche an. Je größer die Flächenbelegungsdichte der Spiegelschicht im Spiegelbereich ist, desto näher kommt die über den Spiegelbereich gemittelte Reflektivität an die
Reflektivität der Spiegelschicht.
Vorzugsweise grenzt im gesamten Spiegelbereich an jeder
Stelle entweder Material der Domänen oder Material der
Spiegelschicht unmittelbar an die Hauptfläche an. Eine hohe Flächenbelegungsdichte der Spiegelschicht geht also mit einer niedrigen Flächenbelegungsdichte der Domänen einher und umgekehrt .
Weiterhin bevorzugt beträgt die Flächenbelegungsdichte der Spiegelschicht im Spiegelbereich höchstens 95 %, besonders bevorzugt höchstens 90 %. Mit anderen Worten beträgt die Flächenbelegungsdichte der Domänen mindestens 5 %, besonders bevorzugt mindestens 10 %. Eine zuverlässige Haftung der Spiegelschicht an der Hauptfläche ist so gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weisen die
Domänen in lateraler Richtung, also entlang der Hauptfläche, zumindest teilweise eine maximale Ausdehnung von höchstens 100 nm, besonders bevorzugt von höchstens 20 nm auf.
Vorzugsweise beträgt die maximale Ausdehnung von mindestens 50 % der Domänen zwischen einschließlich 1 nm und
einschließlich 20 nm. Es hat sich gezeigt, dass durch Domänen mit einer Ausdehnung in dem angegebenen Bereich eine gute
Haftung mit einer hohen Reflektivität besonders gut vereinbar ist .
Die Domänen können entlang der Hauptfläche über den gesamten Spiegelbereich verteilt sein. Alternativ kann der
Spiegelbereich entlang der Hauptfläche eine
Mikrostrukturierung mit Domänenbereichen und domänenfreien Bereichen aufweisen. Das heißt, die Domänen sind
ausschließlich in den Domänenbereichen ausgebildet. Die domänenfreien Bereiche sind dagegen frei von Domänen. Das heißt, die Spiegelschicht grenzt in den domänenfreien
Bereichen des Spiegelbereichs an die Hauptfläche an,
insbesondere an jeder Stelle der domänenfreien Bereiche des Spiegelbereichs .
Eine mittlere maximale laterale Ausdehnung der
Domänenbereiche ist vorzugsweise mindestens zehnmal größer als eine mittlere maximale Ausdehnung der Domänen. In einem
Domänenbereich kann also eine Vielzahl von Domänen ausgebildet sein.
Die Domänenbereiche und die domänenfreien Bereiche können zumindest bereichsweise in einem periodischen Muster
alternierend angeordnet sein. Insbesondere kann der gesamte Spiegelbereich durchgängig eine Mikrostrukturierung mit periodischem Muster aufweisen. Die Domänenbereiche sind also gleichmäßig über den Spiegelbereich verteilt.
Alternativ kann der Spiegelbereich entlang der Hauptfläche einen insbesondere zusammenhängenden ersten Teilbereich und einen insbesondere zusammenhängenden zweiten Teilbereich aufweisen. Vorzugsweise stellen der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich jeweils mindestens 20 % des
Spiegelbereichs dar. Eine Flächenbelegung der domänenfreien Bereiche ist im ersten Teilbereich um mindestens 20 % größer als im zweiten Teilbereich. Insbesondere kann der erste
Teilbereich völlig frei von Domänenbereichen sein.
Ein Flächenschwerpunkt des Halbleiterkörpers kann in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement innerhalb des ersten
Teilbereichs liegen. Mit anderen Worten weist die Hauptfläche des Halbleiterkörpers einen Zentralbereich auf, in dem die Anzahl der Domänenbereiche verglichen mit einem Randbereich der Hauptfläche reduziert ist oder der völlig frei von
Domänenbereichen ist. In dem ersten Teilbereich kann sich der Spiegelbereich durch eine besonders hohe Reflektivität aus zeichnen .
Das an die Hauptfläche angrenzende Material des
Halbleiterkörpers basiert vorzugsweise auf einem III-V- Verbindungshalbleitermaterial . Insbesondere kann das
Halbleitermaterial auf nitridischem
Verbindungshalbleitermaterial, beispielsweise p-leitend dotiertem nitridischem Halbleitermaterial basieren. Als nitridisches Verbindungshalbleitermaterial wird
Halbleitermaterial angesehen, das als Gruppe-V-Element
Stickstoff enthält. Insbesondere kann das Halbleitermaterial Alx Iny Gai-x-y N mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1
enthalten . Für p-leitend dotiertes nitridisches Halbleitermaterial haben sich Domänen, die ein Metall aus der Gruppe der Platinmetalle außer Titan, insbesondere Rhodium, Iridium oder Osmium, enthalten und mit einer Spiegelschicht, die Silber enthält, als besonderes geeignet herausgestellt.
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Spiegelbereichs auf einer Hauptfläche eines Halbleiterkörpers wird gemäß einer Ausführungsform eine erste Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche mit einer Dicke von vorzugsweise höchstens 5 nm, besonders bevorzugt von höchstens 1 nm, abgeschieden, so dass sich auf der Hauptfläche Domänen der ersten
Materialzusammensetzung bilden. Nachfolgend wird eine zweite Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche zur Ausbildung einer zusammenhängenden Spiegelschicht abgeschieden, wobei die Spiegelschicht zwischen den Domänen zumindest
bereichsweise an die Hauptfläche angrenzt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird die erste
Materialzusammensetzung vor dem Abscheiden der Spiegelschicht einem Temperschritt ausgesetzt, so dass sich die mittlere Ausdehnung der Domänen entlang der Hauptfläche verringert.
Der Temperschritt wird vorzugsweise bei einer Temperatur zwischen einschließlich 50° C und einschließlich 500° C, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 50° C und
einschließlich 300° C durchgeführt.
Eine Dauer des Temperschritts beträgt vorzugsweise zwischen einschließlich 10 Minuten und einschließlich 5 Stunden, besonders bevorzugt zwischen einschließlich 1 Stunde und einschließlich 2 Stunden.
In einer Ausgestaltungsvariante wird die Hauptfläche vor dem Abscheiden der ersten Materialzusammensetzung mittels einer Maske bereichsweise bedeckt, so dass die Abscheidung der ersten Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche nur in den unmaskierten Bereichen erfolgt. Vorzugsweise wird vor dem Abscheiden der zweiten Materialzusammensetzung die Maske entfernt, so dass die Spiegelschicht auf den Domänen
zusammenhängend ausgebildet wird und zumindest bereichsweise in den zuvor von der Maske bedeckten Bereichen unmittelbar an die Hauptfläche angrenzt.
Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines weiter oben beschriebenen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement ausgeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
Weitere Merkmale, Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der folgenden Beschreibung der
Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Figuren.
Es zeigen :
Die Figuren 1A bis IC ein Ausführungsbeispiel für ein Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht (Figur 1A) mit einer vergrößerten Darstellung eines
Teilbereichs in Figur 1B und einer schematischen
Darstellung des Teilbereichs in Aufsicht (Figur IC) ;
Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausschnitts eines Spiegelbereichs in schematischer Schnittansicht gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel; die Figuren 3A und 3B jeweils weitere
Ausführungsbeispiele eines Spiegelbereichs in
schematischer Aufsicht; die Figuren 4A bis 4D ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zur Herstellung eines Spiegelbereichs anhand von jeweils schematisch in Schnittansicht dargestellten Zwischenschritten; und
Figur 5 ein Diagramm für die Reflektivität R in
Abhängigkeit von der Wellenlänge λ für verschiedene Materialien .
Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Die Figuren und die Größenverhältnisse der in den Figuren dargestellten Elemente untereinander sind nicht als
maßstäblich zu betrachten. Vielmehr können einzelne Elemente und insbesondere Schichtdicken zur besseren Darstellbarkeit
und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel für ein
Halbleiterbauelement 1 gezeigt. Das Halbleiterbauelement weist einen Halbleiterkörper mit einer
Halbleiterschichtenfolge 2 auf, die den Halbleiterkörper bildet. Die Halbleiterschichtenfolge umfasst einen zum
Erzeugen oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich 20, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines zweiten Halbleitertyps angeordnet ist.
Beispielsweise kann die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n-leitend ausgebildet sein oder umgekehrt.
Das Halbleiterbauelement 1 kann beispielsweise als eine
Lumineszenzdiode, etwa eine Leuchtdiode, oder als ein
Strahlungsempfänger, etwa als eine Photodiode oder ein
Phototransistor, insbesondere in Form eines Halbleiterchips, ausgebildet sein.
In einer vertikalen Richtung, also in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 verlaufenden Richtung, erstreckt sich der Halbleiterkörper zwischen einer Hauptfläche 23 und einer weiteren Hauptfläche 24. Auf der Hauptfläche 23 ist ein Spiegelbereich 3 angeordnet. Der
Spiegelbereich grenzt unmittelbar an die Hauptfläche an.
Der Halbleiterkörper mit der Halbleiterschichtenfolge 2 ist mittels einer Verbindungsschicht 6 an einem Träger 5
befestigt .
Im Betrieb des Halbleiterbauelements können Ladungsträger über einen ersten Kontakt 71 auf der weiteren Hauptfläche 24 und einen zweiten Kontakt 72 auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite des Trägers 5 angeordneten zweiten Kontakt von verschiedenen Seiten in den aktiven Bereich 20 injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren. Im Falle eines Strahlungsempfängers können die Ladungsträger über die Kontakte aus entgegengesetzten Richtungen über die Kontakte abgeführt werden. Die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 erfolgt durch den Spiegelbereich 3 hindurch .
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist ein Aufwachssubstrat für die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers 2 entfernt. Ein solcher Halbleiterchip wird auch als Dünnfilm- Halbleiterchip bezeichnet. Der Träger 5 dient der
mechanischen Stabilisierung der Halbleiterschichtenfolge, so dass das Aufwachssubstrat hierfür nicht mehr erforderlich ist .
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend muss der Spiegelbereich 3 nicht die gesamte Hauptfläche des
Halbleiterkörpers 2 bedecken. Weiterhin eignet sich der nachfolgend beschriebene
Spiegelbereich 3 grundsätzlich für alle Arten von
Halbleiterbauelementen, bei denen im Betrieb zu empfangene oder zu emittierende Strahlung reflektiert werden soll.
Beispielsweise kann der Halbleiterkörper 2 auch eine oder mehrere Ausnehmungen aufweisen, die sich von der Hauptfläche 23 durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven
Bereich 20 hindurch in die zweite Halbleiterschicht hinein erstrecken und für die elektrische Kontaktierung der zweiten
Halbleiterschicht 22 vorgesehen sind. Auf einen elektrischen Kontakt auf der weiteren Hauptfläche 24 kann in diesem Fall verzichtet werden. Weiterhin kann das Halbleiterbauelement beispielsweise auch als ein Flip-Chip ausgebildet sein, bei dem die elektrische Kontaktierung nicht durch den durch das Aufwachssubstrat gebildeten Träger erfolgt, sondern durch zwei Kontakte auf der dem Träger abgewandten Seite des Halbleiterkörpers. In diesem Fall kann der Spiegelbereich 3 also einen Teil des ersten Kontakts 71 oder einen Teil des zweiten Kontakts 72 bilden .
Ein in Figur 1A gezeigter Ausschnitt 9 des Spiegelbereichs ist in Figur 1B schematisch in Schnittansicht dargestellt. Der Spiegelbereich 3 weist Domänen 31 einer ersten
Materialzusammensetzung und eine Spiegelschicht 32 einer zweiten Materialzusammensetzung auf. Im Bereich zwischen den Domänen grenzt die Spiegelschicht 32 an die Hauptfläche 31 an. Die Domänen 31 sind untereinander zumindest teilweise nicht zusammenhängend, so dass diese insbesondere nicht für einen Stromtransport in lateraler Richtung vorgesehen sind.
Vorzugsweise grenzt die Spiegelschicht 32 im Spiegelbereich 3 mit einer Flächenbelegungsdichte von mindestens 50 %, besonders bevorzugt von mindestens 80 % an die Hauptfläche 23 an .
Die Ausdehnung der Domänen 31 in lateraler Richtung, also entlang der Hauptfläche beträgt vorzugsweise zumindest für einige Domänen höchstens 100 nm, besonders bevorzugt
höchstens 20 nm. In einer senkrecht zur Hauptfläche
verlaufenden vertikalen Richtung beträgt die Dicke der
Domänen vorzugsweise höchstens 20 nm, besonders bevorzugt höchstens 10 nm.
Für an die Hauptfläche 23 angrenzendes Halbleitermaterial auf der Basis von p-leitend dotierten nitridischen
Halbleitermaterial hat sich für die Domänen 31 Rhodium und für die Spiegelschicht 32 Silber als besonders geeignet herausgestellt. Die Domänen können aber alternativ oder ergänzend auch ein anderes Material aufweisen, beispielsweise Iridium oder Osmium oder ein anderes Metall aus der Gruppe der Platinmetalle.
Auch die Spiegelschicht kann alternativ oder ergänzend ein anderes Material enthalten, beispielsweise Aluminium, Nickel oder Palladium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien.
Im gesamten Spiegelbereich 3 grenzt an die Hauptfläche 23 an jeder Stelle entweder eine Domäne oder die Spiegelschicht unmittelbar an. Eine schematische Darstellung des
Spiegelbereichs 3 mit den Domänen 31 und der
zusammenhängenden Spiegelschicht 32 ist in Figur IC in
Aufsicht dargestellt. Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20, kann auch ein anderes Halbleitermaterial aufweisen,
beispielsweise arsenidisches Verbindungshalbleitermaterial, etwa Alx Iny Gai-x-y As, oder phosphidisches
Verbindungshalbleitermaterial, etwa Alx Iny Gai-x-y P, jeweils mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für einen Spiegelbereich 3 gezeigt. Im Unterschied zu dem anhand der
Figur 1B beschriebenen Ausführungsbeispiel weisen die Domänen 31 jeweils eine erste Schicht 311 und eine zweite Schicht 312 auf. Die zweite Schicht umgibt hierbei schalenförmig die erste Schicht. Anstelle einer schichtförmigen Ausgestaltung der Domänen mit zwei verschiedenen Materialien können zwei verschiedene Materialien auch in Form einer Legierung
gemeinsam abgeschieden werden.
Die Domänen 31 können entlang der Hauptfläche 23 über den gesamten Spiegelbereich 3 verteilt sein. Eine gute Haftung der Spiegelschicht mittels der Domänen als Haftvermittler ist so vollflächig gewährleistet.
Alternativ können die Domänen, wie die Figuren 3A und 3B zeigen auch nur bereichsweise vorhanden sein.
Bei dem in Figur 3A in Aufsicht dargestellten
Ausführungsbeispiel weist der Spiegelbereich 3 entlang der Hauptfläche 23 eine Mikrostrukturierung 4 mit
Domänenbereichen 41 und domänenfreien Bereichen 42 auf. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Domänenbereiche und die domänenfreien Bereiche in einer periodisch
alternierenden Abfolge schachbrettartig ausgebildet. Das Muster der Strukturierung ist aber in weiten Grenzen frei variierbar. Beispielsweise können die Domänenbereiche 41 eine runde, ovale oder zumindest bereichsweise gekrümmte Grundform oder eine mehreckige, insbesondere viereckige, beispielsweise rechteckige oder quadratische, Grundform aufweisen. Eine laterale Ausdehnung der Domänenbereiche 41 der
Mikrostrukturierung beträgt vorzugsweise mindestens 10 ym, besonders bevorzugt mindestens 50 ym. In jedem Domänenbereich
41 kann eine Vielzahl von Domänen, bevorzugt mindestens 100 Domänen, ausgebildet sein.
Die Domänen 31 sind jeweils nur in den Domänenbereichen 41 ausgebildet. Zwischen den Domänen grenzt die Spiegelschicht 32 in den Domänenbereichen 41 an die Hauptfläche 23 an. In den domänenfreien Bereichen 42 grenzt die Spiegelschicht 32 dagegen an jeder Stelle des Spiegelbereichs 3 an die
Hauptfläche 23 an. Mittels der Mikrostrukturierung 4 kann die Flächenbelegungsdichte der Spiegelschicht auf der Hauptfläche 23 weitergehend erhöht werden. Die über den Spiegelbereich gemittelte Reflektivität wird so gesteigert.
Die Mikrostrukturierung 4 kann wie in Figur 3A gezeigt gleichmäßig über den Spiegelbereich 3 ausgebildet sein.
Insbesondere kann das Ausbilden der Mikrostrukturierung 4 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel völlig unabhängig von der Geometrie der aus der Halbleiterschichtenfolge hervorgehenden Halbleiterbauelemente erfolgen. Die Mikrostrukturierung kann also über den gesamten Wafer, aus dem die
Halbleiterbauelemente durch Vereinzelung hervorgehen, gleichmäßig ausgebildet sein.
Alternativ kann die Mikrostrukturierung, wie in Figur 3B gezeigt, voneinander verschiedene Teilbereiche mit
unterschiedlicher Mikrostrukturierung aufweisen.
Beispielsweise kann die Mikrostrukturierung einen ersten zusammenhängenden Teilbereich 45 aufweisen, der frei von Domänenbereichen 41 ist oder zumindest eine geringere
Belegungsdichte mit Domänenbereichen aufweist als ein zweiter Teilbereich 46.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Teilbereich 45 in Aufsicht auf das Halbleiterbauelement 1 mittig angeordnet, so dass ein Flächenschwerpunkt 25 des Halbleiterbauelements innerhalb des ersten Teilbereichs liegt. In dem mittigen Zentralbereich kann der Spiegelbereich 3 also eine besonders hohe Reflektivität aufweisen, die ausschließlich durch die Reflektivität der Spiegelschicht bestimmt ist. Der zweite Teilbereich 46 umläuft in diesem Ausführungsbeispiel rahmenförmig den ersten Teilbereich. Auf diese Weise kann der Spiegelbereich entlang des Rands des Halbleiterbauelements 1 eine erhöhte Dichte an
Domänenbereichen aufweisen. Es hat sich herausgestellt, dass die Gefahr einer Ablösung der Spiegelschicht 32 von der
Hauptfläche 23 gerade am Rand auftritt. Durch die
unterschiedlichen Teilbereiche können eine hohe mittlere Reflektivität des Spiegelbereichs 3 und eine gute Haftung besonders effizient vereint werden.
Von dem beschriebenen Ausführungsbeispiel abweichend muss der erste Teilbereich 45 nicht notwendigerweise frei von
Domänenbereichen 41 sein. Vorzugsweise ist die
Flächenbelegung der domänenfreien Bereiche im ersten
Teilbereich jedoch um mindestens 20 % größer als im zweiten Teilbereich .
Hierbei sind der erste Teilbereich 45 und der zweite
Teilbereich 46 jeweils so groß, dass sie mindestens 20 % des Spiegelbereichs 3 darstellen. Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines Spiegelbereichs ist in den Figuren 4A bis 4D
schematisch anhand von jeweils in Schnittansicht
dargestellten Zwischenschritten gezeigt, wobei das Verfahren
für die Herstellung eines Spiegelbereichs beschrieben wird, bei dem der Spiegelbereich wie anhand der Figuren 3A und 3B beschrieben eine Mikrostrukturierung aufweist. Zur Herstellung der Mikrostrukturierung 4 wird wie in Figur 4A dargestellt auf einer Hauptfläche 23 eines
Halbleiterkörpers 2 eine Maske 8 positioniert. Die Maske 8 kann beispielsweise auf die Hauptfläche aufgelegt oder in Form einer strukturierten Fotolackschicht auf der Hauptfläche ausgebildet werden.
Wie in Figur 4B dargestellt, entstehen so nur in den
unmaskierten Bereichen der Hauptfläche 23 Domänen 31 bei der Abscheidung der ersten Materialzusammensetzung. Das Ausbilden der Domänen erfolgt zufällig, so dass diese hinsichtlich der Größe und der lokalen Belegungsdichte variieren.
Nach der Abscheidung der ersten Materialzusammensetzung kann ein Temperschritt durchgeführt werden, um die Ausbildung der Domänen zu fördern. Der Temperschritt kann unter Vakuum oder unter einer Schutzgasatmosphäre erfolgen. Der Temperschritt kann beispielsweise mit einer Temperatur zwischen
einschließlich 50° C und einschließlich 500° C, insbesondere zwischen einschließlich 50° C und einschließlich 300° C durchgeführt werden, beispielsweise über eine Dauer von 1 bis 2 Stunden.
Die Ausdehnung der Domänen ist in Figur 4B übertrieben groß dargestellt. Die Schichtdicke der ersten
Materialzusammensetzung beträgt vorzugsweise höchstens 10 nm, besonders bevorzugt höchstens 5 nm, am meistens bevorzugt höchstens 1 nm.
Vor dem Abscheiden der Spiegelschicht wird, wie in Figur 4C dargestellt, die Maske 8 entfernt, so dass die Spiegelschicht im Spiegelbereich zusammenhängend, insbesondere vollflächig ausgebildet werden kann (Figur 4D) .
Das Abscheiden der Materialien für das Ausbilden der Domänen und das Abscheiden der Spiegelschicht erfolgt vorzugsweise mittels Aufdampfens. Alternativ kann auch ein PVD (Physical Vapour Deposition) -Verfahren, beispielsweise Sputtern,
Anwendung finden.
In Figur 5 ist die wellenlängenabhängige Reflektivität der Metalle Silber (Kurve 91), Platin (Kurve 92), Rhodium (Kurve 93) und Iridium (Kurve 94) gezeigt. Die Graphik ist der
Quelle http://webmineral.com/AtoZ/ entnommen. Die Darstellung zeigt, dass Silber von den genannten Materialien die höchste Reflektivität im ultravioletten und sichtbaren
Spektralbereich aufweist. Rhodium und Iridium zeichnen sich weiterhin durch eine höhere Reflektivität als Platin aus und sind daher besser geeignet als Platin. Auch mit Platin als Material für die Domänen wird jedoch die mittlere
Reflektivität des Spiegelbereichs 3 verglichen mit einer vollflächigen Platinschicht als Haftvermittler erhöht. Durch die beschriebene Ausgestaltung eines Spiegelbereichs 3 mit Domänen beispielsweise aus Rhodium, Iridium oder einem anderen Metall aus der Gruppe der Platinmetalle in Verbindung mit einer Spiegelschicht aus Silber kann also eine besonders hohe Reflektivität des Spiegelbereichs 3 bei gleichzeitig guter Haftung der Spiegelschicht erzielt werden.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2012 107 384.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die
Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von
Merkmalen, auch wenn dieses Merkmal oder diese
Merkmalskombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder den Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Claims
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2) und mit einem Spiegelbereich (3), der zumindest bereichsweise an eine Hauptfläche (23) des
Halbleiterkörpers angrenzt, wobei der Spiegelbereich eine Mehrzahl von voneinander beabstandeten und an die Hauptfläche angrenzenden Domänen (31) einer ersten
Materialzusammensetzung und eine zusammenhängende
Spiegelschicht (32) einer zweiten Materialzusammensetzung aufweist und wobei die Spiegelschicht zwischen den Domänen zumindest bereichsweise an die Hauptfläche angrenzt.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei die erste Materialzusammensetzung ein Metall aus der Gruppe der Platinmetalle enthält.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2,
wobei die erste Materialzusammensetzung zumindest eines der Metalle aus der Gruppe bestehend aus Ruthenium, Rhodium, Palladium, Iridium und Osmium enthält.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Spiegelschicht im Spiegelbereich mit einer
Flächenbelegungsdichte von mindestens 50% an die Hauptfläche angrenzt .
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Spiegelschicht im Spiegelbereich mit einer
Flächenbelegungsdichte von mindestens 80% an die Hauptfläche angrenzt .
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei die Domänen entlang der Hauptfläche zumindest teilweise eine maximale Ausdehnung von höchstens 100 nm aufweisen.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
wobei der Spiegelbereich entlang der Hauptfläche eine
Mikrostrukturierung (4) mit Domänenbereichen (41) und
domänenfreien Bereichen (42) aufweist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, wobei die Domänenbereiche und die domänenfreien Bereiche zumindest bereichsweise in einem periodischen Muster
alternierend angeordnet sind.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 7 oder 8,
wobei
- der Spiegelbereich entlang der Hauptfläche einen
zusammenhängenden ersten Teilbereich (45) und einen
zusammenhängenden zweiten Teilbereich (46) aufweist;
- der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich jeweils mindestens 20% des Spiegelbereichs darstellen; und
- eine Flächenbelegung der domänenfreien Bereiche im ersten Teilbereich um mindestens 20 % größer ist als im zweiten Teilbereich.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, wobei ein Flächenschwerpunkt (25) des Halbleiterkörpers in
Aufsicht auf das Halbleiterbauelement innerhalb des ersten Teilbereichs liegt.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, wobei
- ein an die Hauptfläche angrenzendes Material des
Halbleiterkörpers auf p-leitend dotiertem nitridischen
Halbleitermaterial basiert;
- die erste Materialzusammensetzung zumindest eines der Metalle aus der Gruppe bestehend aus Rhodium, Iridium und
Osmium enthält;
- die Domänen entlang der Hauptfläche zumindest teilweise eine maximale Ausdehnung von höchstens 100 nm aufweisen; und
- die Spiegelschicht Silber enthält.
12. Verfahren zum Herstellen eines Spiegelbereichs (3) auf einer Hauptfläche (23) eines Halbleiterkörpers (2) mit den Schritten :
a) Abscheiden einer ersten Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche mit einer Dicke von höchstens 5 nm, so dass sich auf der Hauptfläche Domänen (31) der ersten
Materialzusammensetzung bilden; und
b) Abscheiden einer zweiten Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche zur Ausbildung einer zusammenhängenden
Spiegelschicht (32), die zwischen den Domänen zumindest bereichsweise an die Hauptfläche angrenzt.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
wobei die erste Materialzusammensetzung vor Schritt b) einem Temperschritt ausgesetzt wird, so dass sich die mittlere
Ausdehnung der Domänen entlang der Hauptfläche verringert.
14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
wobei die Hauptfläche vor Schritt a) mittels einer Maske (8) bereichsweise bedeckt wird, so dass die Abscheidung der ersten Materialzusammensetzung auf der Hauptfläche nur in den unmaskierten Bereichen erfolgt, und die Maske vor Schritt b) entfernt wird.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
bei dem ein optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 11 hergestellt wird.
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