WO2015181071A1 - Elektrische kontaktstruktur für ein halbleiterbauelement und halbleiterbauelement - Google Patents

Elektrische kontaktstruktur für ein halbleiterbauelement und halbleiterbauelement Download PDF

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contact layer
electrically conductive
semiconductor
metallic
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PCT/EP2015/061387
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Korbinian Perzlmaier
Björn MUERMANN
Karl Engl
Christian Eichinger
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Definitions

  • Specify semiconductor device preferably a
  • Embodiments is to provide a semiconductor device having such an electrical contact structure.
  • an electrical contact structure for a semiconductor component has a
  • the electrical contact structure can in particular for it
  • the electrical contact can in particular by means of the transparent electrically conductive contact layer.
  • the electrical contact structure on a surface of a semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor component may have a substrate on which the semiconductor layer sequence is applied.
  • the surface on which the electrical contact structure is arranged can in particular be a substrate
  • the semiconductor layer sequence can thus be arranged between the substrate and the electrical contact structure.
  • the electrical contact structure has a first metallic contact layer.
  • the first metallic contact layer is arranged in particular on the transparent electrically conductive contact layer.
  • the electrical contact structure has a second metallic contact layer which completely completes the first metallic contact layer
  • a lateral direction here and hereinafter denotes a direction along the main extension plane of the transparent
  • the second metallic contact layer may protrude beyond the first metallic contact layer at least in one or even in all lateral directions, such that when the second metallic contact layer is viewed, the second metallic contact layer is present in at least one or all of them
  • the electrical contact structure has a separating layer which is arranged between the transparent electrically conductive contact layer and the second metallic contact layer and which separates the second metallic contact layer from the transparent electrically conductive contact layer. That two
  • Layers separated by another layer means here and below that the two layers have no direct contact with each other at least in part because of the separating layer. In the case of here
  • the second metallic contact layer has no direct direct and physical contact with the transparent electrically conductive contact layer.
  • the separation layer may separate the second metallic contact layer from the transparent electrically conductive contact layer in the areas in which the
  • transparent electrically conductive contact layer not from the first metallic contact layer and optionally also is not covered by a barrier layer and in which the second metallic contact layer would directly contact the transparent electrically conductive contact layer in the absence of the separation layer.
  • the electrical contact structure between the first and second metallic contact layer has a barrier layer which completely covers the first metallic contact layer and that of the second metallic contact layer
  • barrier layer intended to separate the first and second metallic contact layer from each other, so that the first and second metallic contact layer have no direct and physical contact with each other.
  • the barrier layer can in particular directly and in
  • the second metal layer can be arranged in physical contact with the first metallic contact layer on this.
  • the second metal layer can be arranged in physical contact with the first metallic contact layer on this.
  • the first metallic contact layer can be arranged in particular directly and in physical contact with the transparent electrically conductive contact layer thereon.
  • the separating layer can be particularly preferred
  • the separating layer may be spaced apart from the first metallic contact layer, so that a gap is present in the lateral direction between the first metallic contact layer and the separating layer. In the gap, the transparent electrically conductive contact layer is neither of the first metallic one
  • the separating layer may have an opening in which the first metallic contact layer is arranged, wherein the opening has a greater extent in lateral
  • Barrier layer between the first and second metallic contact layer so may be a part of the barrier layer in the gap between the separation layer and the first
  • the barrier layer can thus be arranged directly on the transparent electrically conductive contact layer in a region surrounding the first metallic contact layer.
  • Separation layer reaches to the first metallic contact layer or even below the first metallic
  • the separation layer in this case has an opening in which a part of the first
  • metallic contact layer passes through the separating layer to the transparent electrically conductive contact layer.
  • the barrier layer can therefore be the
  • Barrier layer be arranged directly and in physical contact on a part of the separation layer.
  • the electrical contact structure particularly preferably has a transparent
  • Contact layer is applied so that the first metallic contact layer of the second metallic contact layer is completely covered, and wherein a separating layer between the transparent electrically conductive
  • Contact layer and the second metallic contact layer is disposed and separates the second metallic contact layer of the transparent electrically conductive contact layer. Furthermore, it may also be particularly preferred if
  • the barrier layer is arranged, which completely covers the first metallic contact layer and which is covered by the second metallic contact layer.
  • the first metallic contact layer is applied.
  • the release layer is applied to the transparent electrically conductive contact layer.
  • the separating layer can in this case before or after the first
  • the release layer is provided with at least one or more
  • Separating layer in the lateral direction at least the
  • the first metallic contact layer can also have a larger lateral
  • Separating layer under the first metallic contact layer ranges.
  • the separating layer can, for example, by means of
  • PVD physical vapor deposition
  • ALD atomic layer deposition
  • a structured application of the release layer is possible for example by means of a mask.
  • the release layer can also be applied unstructured and large area and then by means of a suitable
  • Structuring method for example a
  • Laser ablation method are removed in the areas in which the first metallic contact layer is arranged or to be arranged.
  • a part of the transparent electrically conductive contact layer is removed, for example in the context of an etching process, so that the transparent
  • electrically conductive contact layer in the region of the opening of the separating layer may have a smaller thickness than in areas below the remaining separating layer.
  • the second metallic contact layer Furthermore, on the first metallic contact layer and on a part of the separation layer, the second metallic
  • Metallic contact layers can be applied for example by means of a vapor deposition process.
  • the transparent electrically conductive contact layer can be applied to an upper side of a semiconductor layer sequence, the upper side being one side of the semiconductor layer sequence
  • Semiconductor layer sequence is facing away from a substrate on which the semiconductor layer sequence is applied.
  • the separating layer protrudes below the second metallic contact layer.
  • the separating layer covers the transparent electrically conductive layer over a large area except for a region surrounding the first metallic contact layer. This may in particular mean that the
  • the transparent electrically conductive layer completely covered or even covered to that area in which the first metallic contact layer and optionally also the barrier layer are arranged directly on the transparent electrically conductive contact layer.
  • the transparent electrically conductive contact layer comprises or is made of an electrically conductive transparent oxide or oxynitride.
  • Such oxides are also referred to as “transparent conductive oxides", TCOs for short, and corresponding oxynitrides as TCONs.
  • TCO or TCON is, in particular, a metal oxide or metal oxinitride, such as zinc oxide, for example.
  • Zinc oxynitride Zinc oxynitride, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO) or indium tin oxynitride.
  • binary metal oxygen compounds also include ternary
  • Metal oxygen compounds such as Zn 2 SnO 2, or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs and TCONs do not necessarily correspond to a stoichiometric one
  • Composition and may also be p- or n-doped.
  • the transparent electrically conductive contact layer can comprise or be an indium-containing oxide or oxynitride, for example indium tin oxide or indium tin oxynitride.
  • conductive contact layer may be greater than or equal to equal to 20 nm or greater than or equal to 40 nm and less than or equal to 300 nm.
  • metallic contact layer aluminum on or is made of it.
  • Aluminum may be particularly suitable for contacting a transparent electrically conductive contact layer of an indium-containing oxide or oxynitride, since there are no undesired reactions between the aluminum and the material of the transparent electrically conductive contact layer
  • the first metallic contact layer may also have a multilayer structure, with at least one layer of aluminum preferably being or being made of aluminum.
  • the first metallic contact layer may have a thickness of greater than or equal to 20 nm or greater than or equal to 50 nm or greater than or equal to 100 nm and less than or equal to 200 nm.
  • the second metallic contact layer Gold on or is made of it.
  • the second metallic contact layer can be characterized by a low sensitivity to substances,
  • gases from the environment, the other materials, for example by oxidation processes are gases from the environment, the other materials, for example by oxidation processes
  • a part of the second metallic contact layer made of gold may be formed as a bonding pad, through which the electrical contact structure can be contacted electrically from the outside.
  • the second metallic contact layer may have a thickness of greater than or equal to 1 ym and less than or equal to 4 ym.
  • Metallic contact layer can also be multilayered be formed and in this case more preferably have at least one layer comprising or from gold.
  • a cover layer comprising, for example, titanium and / or nickel or thereof.
  • the covering layer may preferably have a thickness of greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 10 nm.
  • the electrical contact structure described here is based on the consideration that in particular gold in direct
  • TCO or TCON such as ITO
  • a reaction between the gold and the components of the TCO or TCON in the example mentioned between the gold and indium from the TCO or TCON.
  • Reaction can lead to a reduction in the conductivity of the TCO or TCON and thus to an increase in the
  • Separating layer which separates the second metallic contact layer from the transparent electrically conductive contact layer, a direct contact between the second metallic contact layer, that is preferably the gold forming the second metallic contact layer, and a TCO or TCON forming the transparent electrically conductive contact layer can be prevented that the disadvantages described above do not occur with the electrical contact structure described here. According to a further embodiment, the
  • the separating layer is transparent.
  • the separating layer is the upper side of the semiconductor layer sequence of the
  • Semiconductor device is designed as a light-emitting or light-detecting semiconductor device, through the transparent separating layer and through the
  • Contact layer is present, emitted light from the semiconductor device or light are irradiated in the semiconductor layer sequence of the semiconductor device.
  • the separating layer comprises or consists of a dielectric material, that is to say an electrically non-conducting material.
  • the separating layer may comprise or consist of an inorganic material.
  • the inorganic material can be any suitable material.
  • the inorganic material may be selected from one or more of the following
  • Separating layer may in particular one or more layers of one or more of said inorganic Have or consist of materials, more preferably at least one layer of silicon dioxide.
  • the separation layer may have a thickness of greater than or equal to 1 nm or greater than or equal to 5 nm or greater than or equal to 10 nm or greater than or equal to 40 nm or greater than or equal to 50 nm or greater than or equal to 100 nm.
  • the separating layer may have a thickness of less than or equal to 1 ⁇ m or less than or equal to 500 nm or less than or equal to 300 nm.
  • the separating layer is preferably not formed as a Bragg mirror for those wavelengths which are to pass through the separating layer. In the case of a light-emitting semiconductor component, these are in particular wavelengths of the light generated in the semiconductor layer sequence, in the case of a light-detecting semiconductor component, in particular wavelengths of light to be detected in the semiconductor layer sequence.
  • the substrate may be a
  • Sapphire substrate act.
  • the substrate it is possible for the substrate to have a structuring on a side facing the semiconductor layer sequence.
  • Sapphire substrate the substrate may then as a so-called structured sapphire substrate ("patterned sapphire
  • Substrate for example SiC or Si, GaAs, GaN, InGaAlP, Ge have or be from, which may also have a previously described structuring.
  • the transparent electrically conductive contact layer is at least in places in direct contact with the semiconductor layer sequence. That is, in places, the transparent electrically conductive contact layer contacts the semiconductor layer sequence. Particularly preferably, the transparent electrically conductive contact layer, the semiconductor layer sequence except for an edge region in which the top of the
  • the transparent electrically conductive contact layer is in places or
  • Insulating layer made of silicon oxide or silicon nitride.
  • This electrically insulating layer designed as an electrical blocking layer can, in particular, be located below the first and second metallic contact layer between the
  • Semiconductor layer sequence may be arranged.
  • the blocking layer is preferably completely covered by the transparent electrically conductive contact layer and enclosed by the latter and the semiconductor layer sequence.
  • the active zone can be
  • the semiconductor device is in particular as light
  • emitting or light-detecting semiconductor component formed, for example as a light-emitting diode chip
  • Laser diode chip or photodiode chip may in this case be used to generate or detect
  • the semiconductor device for emission or detection of light in one
  • Wavelength range between 340 nm and 820 nm inclusive or between 380 nm and 780 nm inclusive furnished.
  • the semiconductor component can also be another electronic chip without optoelectronic properties.
  • Semiconductor device as an inorganic semiconductor device, in particular as a semiconductor chip.
  • the semiconductor chip may be formed in this case as a light-emitting diode chip or as a photodiode chip.
  • Semiconductor layer sequence may in this case preferably be based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a
  • Nitride compound semiconductor material such as Al x In ] __ x _yGayN or a phosphide compound semiconductor material such as
  • the semiconductor layer sequence may have dopants and additional constituents.
  • the essential constituents of the crystal lattice of the semiconductor layer sequence ie Al, As, Ga, In, N or P, are given, even if these can be partially replaced and / or supplemented by small amounts of further substances.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN and comprises at least one n-doped layer and at least one p-doped layer, an active zone being located between these two layers.
  • the semiconductor device may also be referred to as
  • Solar cell may be formed, for example, as a solar cell based on silicon.
  • Semiconductor device as an organic semiconductor device, in particular as an optoelectronically active organic
  • the semiconductor device can in this case, in particular as an organic light emitting diode or as be formed organic photodiode or organic solar cell.
  • the transparent electrically conductive contact layer forms a
  • Semiconductor layer sequence can be fed so that a surface as uniform as possible current supply of the active region of the semiconductor layer sequence may be possible.
  • the electrical contact structure has a bonding pad and / or one or more line webs for current spreading or forms such structures.
  • the first and second metallic contact layer one or more
  • Forming wire webs for current spreading which extend over the transparent electrically conductive contact layer.
  • a part of the second metallic contact layer may also form a bondpad.
  • the separating layer which, as described above, particularly preferably comprises or is made of a dielectric material, can be used as the passivation layer of the side surfaces of the dielectric material Serve semiconductor device.
  • the separating layer it may also be possible for the separating layer to be arranged only on the upper side of the semiconductor layer sequence, for example also only on the transparent electrically conducting
  • the semiconductor component has a passivation layer in addition to the release layer, which comprises at least a part of the
  • the passivation layer may also completely cover the upper side of the semiconductor component except for a bonding pad on the upper side of the semiconductor layer sequence, in particular the entire electrical one
  • the passivation layer may comprise one or more of the materials mentioned in advance for the release layer.
  • FIG. 1A shows an electrical contact structure for a
  • FIG. 1B shows an electrical contact structure for a
  • FIG. 2 shows an electrical contact structure for a
  • FIGS. 3A and 3B show views of a semiconductor component having an electrical contact structure according to a further exemplary embodiment
  • identical, identical or identically acting elements can each be provided with the same reference numerals.
  • the illustrated elements and their proportions with each other are not to be regarded as true to scale, but individual elements, such as layers, components, components and areas, for better representation and / or better understanding may be exaggerated.
  • FIG. 1A shows an exemplary embodiment of an electrical contact structure 10 for a semiconductor component.
  • the electrical contact structure 10 may, for example, on a semiconductor layer sequence of a semiconductor device
  • the electrical contact structure 10 has a transparent electrically conductive contact layer 1 which, for example, directly on a semiconductor layer sequence of a
  • the transparent electrically conductive contact layer 1 has a transparent electrically conductive oxide or oxynitride.
  • the transparent electrically conductive contact layer 1 in the embodiment shown, an indium-containing oxide or oxynitride, in particular indium tin oxide or indium tin oxynitride.
  • conductive contact layer 1 serves for a
  • Contact structure 10 can be fed into a semiconductor device.
  • the electrical contact structure 10 is preferably applied over a large area on a semiconductor layer sequence of a semiconductor component.
  • the transparent electrically conductive contact layer 1 in the case of an optoelectronic semiconductor component, in particular a light-emitting or light-detecting
  • the transparent electrically conductive contact layer 1 has a thickness of greater than or equal to 20 nm and less than or equal to 300 nm.
  • a first metallic contact layer 2 is applied on the transparent electrically conductive contact layer 1.
  • the first metallic contact layer 2 can in particular
  • the first metallic contact layer 2 has a thickness of greater than or equal to 20 nm and less than or equal to 200 nm and is directly on the transparent electrically conductive contact layer 1, that means with a direct physical and electrical
  • a second metallic contact layer 3 is arranged, which completely covers the first metallic contact layer 2.
  • the second metallic contact layer 3 in the lateral direction, that means in a direction along the main extension plane of the transparent and electrically conductive contact layer 1, a larger one
  • the second metallic contact layer 3 comprises gold or is gold and has a thickness of greater than or equal to 1 ym and less than or equal to 4 ym. While the first metallic
  • Contact layer 3 can, as described above in the general part, alternatively to the present in the present
  • a separating layer 4 is further arranged, which separates the second metallic contact layer 3 from the transparent electrically conductive contact layer 1.
  • the separating layer 4 has a thickness of greater than or equal to 1 nm and less than or equal to 300 nm, wherein the separating layer 4 in particular below the second metallic
  • Contact layer 3 is sufficiently thick to form a hole-free barrier between the transparent electrically conductive
  • a barrier layer 5 is further arranged between the first and second metallic contact layer 2, 3, which is the first metallic
  • the Barrier layer 5 and the second metallic contact layer 3 together thin to the edge leak thin.
  • the metallic contact layers 2, 3 are achieved, so that a diffusion of material between the first and second metallic contact layer 2, 3 can be prevented.
  • the barrier layer 5 has one or more layers,
  • the separation layer 4 is particularly transparent, so that, as described above for the transparent electrically conductive contact layer 1, light in the
  • the separation layer 4 comprises a dielectric material, which may in particular be selected from an oxide, nitride or oxynitride.
  • the release layer 4 is made of silicon dioxide.
  • the separating layer 4 protrudes below the second metallic contact layer 3 and preferably covers the transparent, electrically conductive layer
  • Metal layer 2 and optionally no barrier layer 5 are present.
  • the opening in the separation layer 4 in terms of their lateral extent greater than the lateral extent of the first metallic contact layer 2, so that in the embodiment shown also present barrier layer 5 is arranged in a lateral direction between the first metallic contact layer 2 and the release layer 4 and in This area next to the first metallic contact layer 2 is in direct contact with the transparent electrically conductive contact layer 1.
  • the barrier layer 5 is still on a part of
  • Separating layer 4 is arranged.
  • the opening in the separating layer 4 and thus the region 9 which is free of the separating layer 4 may have a lateral extent which corresponds to the lateral extent of the first metallic contact layer 2, so that in this case the separating layer 4 reaches the first
  • metallic contact layer 2 would come close. Furthermore, it may also be possible for the separating layer 4 to extend below the first metallic contact layer 2.
  • the electrical contact structure 10 is on the surface to be contacted, that is, for example, a surface of a semiconductor layer sequence of
  • the transparent electrically conductive contact layer 1 applied, for example by sputtering or vapor deposition.
  • the release layer 4 is applied for example by means of ALD, CVD or PVD, wherein the application can be structured or large-scale, wherein in the second case, a structuring of
  • Release layer 4 takes place to expose the areas 9, in where the first metallic contact layer 2 is arranged.
  • Barrier layer 5 can be applied for example by vapor deposition.
  • Contact layer 1 also have a smaller thickness than in the adjacent areas below the separation layer 4, as shown in Figure 1B.
  • the smaller thickness can be
  • an etching process is formed to form the opening
  • FIG. 2 shows a further exemplary embodiment of an electrical contact structure 10 which, in comparison with the previous exemplary embodiment, has a separating layer 4, which consists not only of one layer, but one
  • the release layer 4 may comprise or be a silicon dioxide layer and thereon a silicon nitride layer.
  • the release layer 4 can also have, for example, an aluminum oxide or tantalum oxide layer, in particular applied by means of ALD, and a silicon dioxide layer thereon or from it.
  • the multi-layered separating layer 4 is not designed as a Bragg mirror for such wavelengths which, for example, in the case of a light-emitting Semiconductor device in the semiconductor layer sequence on which the contact structure 10 is formed can be generated. In the case of a light-emitting semiconductor component with the contact structure 10 shown, it can continue
  • Refractive index reduction optical losses in the coupling of light from the semiconductor layer sequence in the environment through the contact structure 10 can be reduced.
  • FIGS. 3A and 3B show a sectional illustration and a plan view of a semiconductor component 100 with an electrical contact structure 10, which may be designed according to one of the preceding exemplary embodiments.
  • the semiconductor device 100 has a substrate 20 on which a semiconductor layer sequence 21 is arranged. On a side facing away from the substrate 20 of the
  • Semiconductor layer sequence 21 is the electrical
  • the semiconductor device 100 is formed in the embodiment shown as an inorganic light emitting or light detecting semiconductor chip, for example, as
  • the semiconductor component can also be designed, for example, as an inorganic solar cell, organic light-emitting diode, organic photodiode or organic solar cell.
  • the substrate 20 may, for example, be a growth substrate on which the semiconductor layer sequence 21 has been epitaxially grown.
  • the substrate 20 may be sapphire or be made of sapphire. Unlike shown, it may also be possible that one of the semiconductor layer sequence 21 facing top of the substrate 20 is provided with structuring.
  • the substrate 20 may in this case be a so-called "patterned sapphire substrate” (PSS) Alternatively, the substrate 20
  • Sic or Si or another mentioned above in the general part material or be from it.
  • the semiconductor layer sequence 21 has semiconductor layers 22, 23, 24, which may be an n-doped semiconductor layer 22, a p-doped semiconductor layer 24 and, in between, an active zone in the form of an optoelectronically active semiconductor layer 23.
  • the semiconductor layer sequence 21 can be
  • the semiconductor layer sequence 21 can be any semiconductor layer sequence 21.
  • the semiconductor layer sequence 21 can be any semiconductor layer sequence 21.
  • the semiconductor layer 23 may be formed in particular as a light-emitting or light-detecting semiconductor layer.
  • Semiconductor layer sequence 21 also have other and / or other semiconductor layers. Furthermore, the
  • Semiconductor layer sequence 21 have another active zone with a different functionality, so that the
  • Semiconductor device 100 may also be formed as a non-optoelectronically active semiconductor device.
  • the electrical contact structure 100 that is to say in particular the transparent electrically conductive contact layer 1, is directly on the semiconductor layer 24, shown in FIG.
  • the structure of the semiconductor layer sequence 21 can also be reversed, so that the electrical contact structure 10 is applied to an n-doped semiconductor layer.
  • Semiconductor component 100 has a further electrical contact for electrically contacting the substrate-side semiconductor layer, which is not shown here for clarity and also in the following exemplary embodiments.
  • the semiconductor layer sequence 21 can have, for example, an opening produced by an etching process, which extends through the semiconductor layers 23 and 24 as far as or into the semiconductor layer 22.
  • the upper side of the area of the semiconductor layer 22 exposed through the opening can then be turned away from the upper side
  • Insulating layer for example of silicon dioxide and / or silicon nitride, which serves as an electrical blocking layer, below the metallic Contact layers 2, 3 between the transparent electrically conductive contact layer 1 and the semiconductor layer sequence 21 is arranged so that no current can be impressed in the semiconductor layer sequence 21 in this area.
  • Semiconductor device can be achieved, that current is injected into the light-emitting layer 23 preferably in those areas which only transparent layers, ie in particular of the transparent electrically conductive
  • Contact layer 1 and the separation layer 4 are covered and from which the light can also emerge from the semiconductor device 100.
  • the electrical contact structure 10 has a bonding pad 11 and a plurality of conductor webs 12 for current spreading. These are through the
  • Separating layer 4 has for this purpose one or more openings according to the structure of the metallic applied above
  • the bonding pad 11 may consist only of a gold layer, that is to say only of the second metallic contact layer 4, and that in the region of the bonding pad 11 none
  • transparent electrically conductive contact layer 1 is present. Below the bonding pad 11, the transparent
  • electrically conductive contact layer 1 thus have an opening in which the bonding pad 11 is arranged.
  • the illustrated structure of the bond pad 11 and the line webs 12 is to be understood as purely exemplary and not restrictive.
  • the line webs 12 may in particular have a width of greater than or equal to 2 ym and less than or equal to 25 ym. In particular, the line webs 12 may also have a width of greater than or equal to 3 ym and less than or equal to 12 ym.
  • FIG. 4 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component 100 embodied as a semiconductor chip
  • an electrical contact structure 10 with two formed as a wire webs 12 areas of the metallic contact layers 2, 3 and the barrier layer 5 are shown.
  • the separating layer 4 is arranged over a large area, except for the regions 9 described above in connection with FIG. 1A, on the transparent electrically conductive contact layer 1.
  • Passivation layer 30 which thus at least partially covers the side surfaces of the semiconductor layer sequence 21, in particular the region with the active zone.
  • the side surfaces of the semiconductor layer sequence 21 are formed by Mesakanten in the illustrated embodiment.
  • the passivation layer 30 is in the illustrated embodiment a large area on the electrical contact structure 10th
  • the passivation layer 30 only a part of the separation layer 4, for example, close to that of the
  • the passivation layer 30 may be, for example, an oxide
  • nitride or oxynitride such as one of the above in the general part for the release layer
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component 100 embodied as a semiconductor chip
  • electrically conductive contact layer 1 extends and
  • the release layer 4 may simultaneously serve as the passivation layer of
  • Semiconductor layer sequence 21 serve, so that it may be possible that an additional passivation layer as in
  • Figure 4 shown passivation layer 30 is not necessary.
  • the second metallic contact layer 3 of the electrical contact structure 10 may be exposed and covered by no passivation layer.
  • Embodiments further or alternative features as described in the general part.
  • the invention is not limited by the description based on the embodiments of these. Rather, the invention includes every new feature and every combination of features, which in particular includes any combination of features i the claims, even if this feature or this combination itself is not explicitly in the

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Abstract

Es wird eine elektrische Kontaktstruktur (10) für ein Halbleiterbauelement (100) angegeben mit einer transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1), auf der eine erste metallische Kontaktschicht (2) aufgebracht ist, einer zweiten metallischen Kontaktschicht (3), die die erste metallische Kontaktschicht (2) vollständig überdeckt, und einer Trennschicht (4), die zwischen der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1) und der zweiten metallischen Kontaktschicht (3) angeordnet ist und die die zweite metallische Kontaktschicht (3) von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1) trennt. Weiterhin wird ein Halbleiterbauelement (100) mit einer solchen elektrischen Kontaktstruktur (10) angegeben.

Description

Beschreibung
Elektrische Kontaktstruktur für ein Halbleiterbauelement und Halbleiterbauelement
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2014 107 555.2, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Es werden eine elektrische Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement und ein Halbleiterbauelement angegeben.
Zumindest eine Aufgabe von bestimmten Ausführungsformen ist es, eine elektrische Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement anzugeben, die bevorzugt eine
zuverlässige Kontaktierung des Halbleiterbauelements erlaubt. Zumindest eine weitere Aufgabe von bestimmten
Ausführungsformen ist es, ein Halbleiterbauelement mit einer solchen elektrischen Kontaktstruktur anzugeben.
Diese Aufgaben werden durch Gegenstände gemäß den
unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausführungsformen und Weiterbildungen der Gegenstände sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist eine elektrische Kontaktstruktur für ein Halbleiterbauelement eine
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht auf. Die elektrische Kontaktstruktur kann insbesondere dafür
eingerichtet sein, das Halbleiterbauelement elektrisch zu kontaktieren. Der elektrische Kontakt kann insbesondere mittels der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht erfolgen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist ein
Halbleiterbauelement die elektrische Kontaktstruktur auf einer Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge auf.
Insbesondere kann das Halbleiterbauelement ein Substrat aufweisen, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Die Oberfläche, auf der die elektrische Kontaktstruktur angeordnet ist, kann insbesondere eine dem Substrat
abgewandte Oberseite der Halbleiterschichtenfolge sein, so dass die elektrische Kontaktstruktur einen Oberseitenkontakt zur elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge darstellt. Die Halbleiterschichtenfolge kann somit zwischen dem Substrat und der elektrischen Kontaktstruktur angeordnet sein .
Die hier und im Folgenden beschriebenen Merkmale gelten gleichermaßen für die elektrische Kontaktstruktur sowie für das Halbleiterbauelement mit der elektrischen
Kontaktstruktur .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur eine erste metallische Kontaktschicht auf. Die erste metallische Kontaktschicht ist insbesondere auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht angeordnet.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur eine zweite metallische Kontaktschicht auf, die die erste metallische Kontaktschicht vollständig
überdeckt. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die zweite metallische Kontaktschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht aus gesehen über der ersten metallischen Kontaktschicht angeordnet ist und weiterhin in einer lateralen Richtung eine größere Ausdehnung als die erste metallische Kontaktschicht aufweist. Eine laterale Richtung bezeichnet hier und im Folgenden eine Richtung entlang der Haupterstreckungsebene der transparenten
elektrisch leitenden Kontaktschicht. Insbesondere kann die zweite metallische Kontaktschicht zumindest in einer oder auch in allen lateralen Richtungen über die erste metallische Kontaktschicht hinausragen, so dass bei einer Aufsicht auf die zweite metallische Kontaktschicht die zweite metallische Kontaktschicht in zumindest einer oder auch in allen
lateralen Richtungen breiter ist als die erste metallische Kontaktschicht . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur eine Trennschicht auf, die zwischen der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht angeordnet ist und die die zweite metallische Kontaktschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht trennt. Dass zwei
Schichten durch eine weitere Schicht getrennt werden, bedeutet hier und im Folgenden, dass die zwei Schichten zumindest zum Teil aufgrund der trennenden Schicht keinen direkten Kontakt zueinander haben. Im Falle der hier
beschriebenen elektrischen Kontaktstruktur bedeutet dies insbesondere, dass die zweite metallische Kontaktschicht keinen direkten unmittelbaren und physischen Kontakt zur transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht hat.
Insbesondere kann die Trennschicht die zweite metallische Kontaktschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht in den Bereichen trennen, in denen die
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht nicht von der ersten metallischen Kontaktschicht und gegebenenfalls auch nicht von einer Barriereschicht bedeckt ist und in denen die zweite metallische Kontaktschicht die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht bei Abwesenheit der Trennschicht direkt kontaktieren würde.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht eine Barriereschicht auf, die die erste metallische Kontaktschicht vollständig überdeckt und die von der zweiten metallischen Kontaktschicht, bevorzugt
vollständig, überdeckt wird. Insbesondere ist die zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht
angeordnete Barriereschicht dafür vorgesehen, die erste und zweite metallische Kontaktschicht voneinander zu trennen, so dass die erste und zweite metallische Kontaktschicht keinen unmittelbaren und physischen Kontakt zueinander haben. Die Barriereschicht kann insbesondere unmittelbar und in
physischem Kontakt zur ersten metallischen Kontaktschicht auf dieser angeordnet sein. Die zweite Metallschicht kann
insbesondere unmittelbar und in physischem Kontakt zur
Barriereschicht auf dieser angeordnet sein. Die
Barriereschicht kann somit in direktem Kontakt sowohl zur ersten als auch zur zweiten Metallschicht stehen. Bei der hier beschriebenen elektrischen Kontaktstruktur kann die erste metallische Kontaktschicht insbesondere unmittelbar und im physischen Kontakt mit der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf dieser angeordnet sein.
Weiterhin kann besonders bevorzugt die Trennschicht
unmittelbar und im physischen Kontakt mit der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht auf dieser angeordnet sein. Dies bedeutet mit anderen Worten, dass die erste metallische Kontaktschicht und die Trennschicht nebeneinander, also in lateraler Richtung benachbart
zueinander, auf der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht angeordnet sind. Die Trennschicht kann hierbei von der ersten metallischen Kontaktschicht beabstandet sein, so dass in lateraler Richtung eine Lücke zwischen der ersten metallischen Kontaktschicht und der Trennschicht vorhanden ist. In der Lücke ist die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht weder von der ersten metallischen
Kontaktschicht noch von der Trennschicht bedeckt. Die
Trennschicht kann in diesem Fall eine Öffnung aufweisen, in der die erste metallische Kontaktschicht angeordnet ist, wobei die Öffnung eine größere Ausdehnung in lateraler
Richtung aufweist als die erste metallische Kontaktschicht. Weist die elektrisch leitende Kontaktstruktur eine
Barriereschicht zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht auf, so kann ein Teil der Barriereschicht in der Lücke zwischen der Trennschicht und der ersten
metallischen Kontaktschicht angeordnet sein, so dass in lateraler Richtung ein Teil der Barriereschicht zwischen der ersten metallischen Kontaktschicht und der Trennschicht angeordnet ist. Die Barriereschicht kann somit unmittelbar auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht in einem die erste metallische Kontaktschicht umgebenden Bereich angeordnet sein.
Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die
Trennschicht bis zur ersten metallischen Kontaktschicht heranreicht oder sogar bis unter die erste metallische
Kontaktschicht reicht, wobei die Trennschicht in diesem Fall eine Öffnung aufweist, in der ein Teil der ersten
metallischen Kontaktschicht durch die Trennschicht hindurch zur transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht reicht. Weist die elektrische Kontaktstruktur zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht eine Barriereschicht auf, so kann diese in den vorgenannten Fällen jeweils einen
Bereich aufweisen, der auf der Trennschicht angeordnet ist, so dass sich die Barriereschicht über einen Teil der
Trennschicht und über die erste metallische Kontaktschicht erstrecken kann. Die Barriereschicht kann also die
Trennschicht teilweise überdecken. Hierbei kann die
Barriereschicht unmittelbar und in physischem Kontakt auf einem Teil der Trennschicht angeordnet sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur besonders bevorzugt eine transparente
elektrisch leitende Kontaktschicht auf, auf der die erste metallische Kontaktschicht aufgebracht ist, wobei auf der ersten metallischen Kontaktschicht die zweite metallische
Kontaktschicht so aufgebracht ist, dass die erste metallische Kontaktschicht von der zweiten metallischen Kontaktschicht vollständig überdeckt ist, und wobei eine Trennschicht zwischen der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht angeordnet ist und die zweite metallische Kontaktschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht trennt. Weiterhin kann es auch besonders bevorzugt sein, wenn
zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht die Barriereschicht angeordnet ist, die die erste metallische Kontaktschicht vollständig überdeckt und die von der zweiten metallischen Kontaktschicht überdeckt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird bei einem Verfahren zur Herstellung der Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht auf einer Halbleiterschichtenfolge
aufgebracht. Auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht wird die erste metallische Kontaktschicht aufgebracht. Weiterhin wird auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht die Trennschicht aufgebracht. Die Trennschicht kann hierbei vor oder nach der ersten
metallischen Kontaktschicht aufgebracht werden. Insbesondere wird die Trennschicht mit zumindest einer oder mehreren
Öffnungen versehen, in der oder denen die erste metallische Kontaktschicht angeordnet wird. Wird die erste metallische Kontaktschicht vor der Trennschicht aufgebracht, weisen die zumindest eine oder die mehreren Öffnungen in der
Trennschicht in lateraler Richtung zumindest die
entsprechenden Abmessungen der ersten metallischen
Kontaktschicht auf. Wird die Trennschicht vor der ersten metallischen Kontaktschicht aufgebracht, kann die erste metallische Kontaktschicht auch eine größere laterale
Ausdehnung als die Öffnungen in der Trennschicht aufweisen, so dass in diesem Fall die erste metallische Kontaktschicht zum Teil auf der Trennschicht aufgebracht ist und die
Trennschicht unter die erste metallische Kontaktschicht reicht. Die Trennschicht kann beispielsweise mittels
chemischer oder physikalischer Gasphasenabscheidung
(„chemical vapor deposition", CVD; „physical vapor
deposition", PVD) oder mittels Atomlagenabscheidung („atomic layer deposition", ALD) aufgebracht werden. Hierbei ist ein strukturiertes Aufbringen der Trennschicht beispielsweise mittels einer Maske möglich. Weiterhin kann die Trennschicht auch unstrukturiert und großflächig aufgebracht werden und anschließend mittels eines geeigneten
Strukturierungsverfahrens , beispielsweise ein
fotolithografisches Verfahren oder ein
Laserablationsverfahren, in den Bereichen entfernt werden, in denen die erste metallische Kontaktschicht angeordnet ist oder angeordnet werden soll. In diesem Fall kann es auch möglich sein, dass bei der Herstellung der Öffnung in der Trennschicht auch ein Teil der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht entfernt wird, beispielsweise im Rahmen eines Ätzverfahrens, so dass die transparente
elektrisch leitende Kontaktschicht im Bereich der Öffnung der Trennschicht eine geringere Dicke als in Bereichen unterhalb der verbleibenden Trennschicht aufweisen kann.
Weiterhin wird auf der ersten metallischen Kontaktschicht und auf einem Teil der Trennschicht die zweite metallische
Kontaktschicht aufgebracht, so dass die zweite metallische Kontaktschicht die erste metallische Kontaktschicht
vollständig überdeckt und die zweite metallische
Kontaktschicht in Bereichen, in der diese die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht bei Abwesenheit der
Trennschicht unmittelbar kontaktieren beziehungsweise
berühren könnte, durch die Trennschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht getrennt ist. Die
metallischen Kontaktschichten können beispielsweise mittels eines AufdampfVerfahrens aufgebracht werden. Insbesondere kann die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht auf einer Oberseite einer Halbleiterschichtenfolge aufgebracht werden, wobei die Oberseite eine Seite der
Halbleiterschichtenfolge ist, die einem Substrat, auf dem die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist, abgewandt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ragt die Trennschicht unter der zweiten metallischen Kontaktschicht hervor. Das bedeutet mit anderen Worten, dass die Trennschicht bei einer Aufsicht auf die elektrische Kontaktstruktur eine größere laterale Ausdehnung als die zweite metallische Kontaktschicht aufweist. Entsprechend bedeckt die zweite metallische
Kontaktschicht einen Teil der Trennschicht. Gemäß einer weiteren Ausführungsform bedeckt die Trennschicht die transparente elektrisch leitende Schicht großflächig bis auf einen die erste metallische Kontaktschicht umgebenden Bereich. Dies kann insbesondere bedeuten, dass die
Trennschicht die transparente elektrisch leitende Schicht vollständig bedeckt oder sogar überdeckt bis auf denjenigen Bereich, in dem die erste metallische Kontaktschicht und gegebenenfalls auch die Barriereschicht unmittelbar auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht angeordnet sind .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht ein elektrisch leitfähiges transparentes Oxid oder Oxinitrid auf oder ist daraus. Solche Oxide werden auch als „transparent conductive oxides", kurz TCOs, bezeichnet, entsprechende Oxinitride als TCONs . Bei dem TCO oder TCON handelt es sich insbesondere um ein Metalloxid oder Metalloxinitrid, wie beispielsweise Zinkoxid,
Zinkoxinitrid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid, Indiumzinnoxid (ITO) oder Indiumzinnoxinitrid . Neben binären MetallsauerstoffVerbindungen gehören auch ternäre
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zn2SnOzi, oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs. Entsprechendes gilt für die transparenten leitenden Oxinitride. Weiterhin entsprechen die TCOs und TCONs nicht zwingend einer stöchiometrischen
Zusammensetzung und können auch p- oder n-dotiert sein.
Besonders bevorzugt kann die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht ein Indium-haltiges Oxid oder Oxinitrid aufweisen oder daraus sein, beispielsweise Indiumzinnoxid oder Indiumzinnoxinitrid. Die transparente elektrisch
leitende Kontaktschicht kann eine Dicke von größer oder gleich 20 nm oder größer oder gleich 40 nm und kleiner oder gleich 300 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die erste
metallische Kontaktschicht Aluminium auf oder ist daraus.
Aluminium kann besonders geeignet sein, um eine transparente elektrisch leitende Kontaktschicht aus einem Indium-haltigen Oxid oder Oxinitrid zu kontaktieren, da keine unerwünschten Reaktionen zwischen dem Aluminium und dem Material der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht
stattfinden, die den elektrischen Kontakt zwischen der ersten metallischen Kontaktschicht und der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht verschlechtern könnten. Weiterhin kann die erste metallische Kontaktschicht auch mehrschichtig ausgebildet sein, wobei hierbei besonders bevorzugt zumindest eine Schicht Aluminium aufweist oder daraus ist. Die erste metallische Kontaktschicht kann eine Dicke von größer oder gleich 20 nm oder größer oder gleich 50 nm oder größer oder gleich 100 nm und kleiner oder gleich 200 nm aufweisen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die zweite
metallische Kontaktschicht Gold auf oder ist daraus. Die zweite metallische Kontaktschicht kann sich dadurch durch eine geringe Empfindlichkeit gegenüber Substanzen,
insbesondere Gasen, aus der Umgebung auszeichnen, die andere Materialien beispielsweise durch Oxidierungsprozesse
schädigen könnten. Weiterhin kann ein Teil der zweiten metallischen Kontaktschicht aus Gold als Bondpad ausgebildet sein, durch das die elektrische Kontaktstruktur von extern elektrisch kontaktiert werden kann. Die zweite metallische Kontaktschicht kann eine Dicke von größer oder gleich 1 ym und kleiner oder gleich 4 ym aufweisen. Die zweite
metallische Kontaktschicht kann weiterhin auch mehrschichtig ausgebildet sein und in diesem Fall besonders bevorzugt zumindest eine Schicht aufweisen, die Gold aufweist oder daraus ist. Auf der Goldschicht kann eine Abdeckschicht vorhanden sein, die beispielsweise Titan und/oder Nickel aufweist oder daraus ist. Die Abdeckschicht kann bevorzugt eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 10 nm aufweisen.
Der hier beschriebenen elektrischen Kontaktstruktur liegt die Überlegung zugrunde, dass insbesondere Gold in direktem
Kontakt zu einem TCO oder TCON wie beispielsweise ITO zu einer Reaktion zwischen dem Gold und den Bestandteilen des TCOs oder TCONs führen kann, im genannten Beispiel zwischen dem Gold und Indium aus dem TCO oder TCON. Eine solche
Reaktion kann zu einer Reduktion der Leitfähigkeit des TCOs beziehungsweise TCONs und damit zu einer Erhöhung der
Betriebsspannung eines Halbleiterbauelements führen, der mit einer solchen Kontaktstruktur elektrisch kontaktiert ist. Ebenso sind teilweise „Aufblühungen" in Form von
Reaktionsprodukten aus Gold und Indium an den
Metallstrukturkanten zu beobachten. Durch die hier
beschriebene elektrische Kontaktstruktur mit der
Trennschicht, die die zweite metallische Kontaktschicht von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht trennt, kann ein direkter Kontakt zwischen der zweiten metallischen Kontaktschicht, also vorzugsweise dem die zweite metallische Kontaktschicht bildenden Gold, und einem die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht bildenden TCO oder TCON verhindert werden, so dass die vorab beschriebenen Nachteile bei der hier beschriebenen elektrischen Kontaktstruktur nicht auftreten . Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Barriereschicht eines oder mehrere Materialien ausgewählt aus Ti, Pt, W, Ni sowie Verbindungen mit diesen auf. Besonders bevorzugt kann die Barriereschicht eine oder mehrere
Schichten aus Ti, Pt, TiW, TiWN, W und/oder Ni aufweisen oder daraus sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Trennschicht transparent. Insbesondere für den Fall, dass die Trennschicht die Oberseite der Halbleiterschichtenfolge des
Halbleiterbauelements großflächig bedeckt und das
Halbleiterbauelement als Licht emittierendes oder Licht detektierendes Halbleiterbauelement ausgebildet ist, kann durch die transparente Trennschicht sowie durch die
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht in den
Bereichen, in denen keine erste und zweite metallische
Kontaktschicht vorhanden ist, Licht vom Halbleiterbauelement abgestrahlt oder Licht in die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterbauelements eingestrahlt werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die Trennschicht ein dielektrisches Material, also ein elektrisch nicht leitendes Material, auf oder besteht daraus. Insbesondere kann die Trennschicht ein anorganisches Material aufweisen oder daraus bestehen. Das anorganische Material kann
insbesondere ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid aufweisen oder daraus bestehen. Insbesondere kann das anorganische Material ausgewählt sein aus einem oder mehreren der folgenden
Materialien: Aluminiumoxid, Zinkoxid, Zirkoniumoxid,
Titanoxid, Hafniumoxid, Lanthanoxid, Tantaloxid, Niobiumoxid, Siliziumnitrid, Siliziumdioxid, Siliziumoxinitrid. Die
Trennschicht kann insbesondere eine oder mehrere Schichten aus einem oder mehreren der genannten anorganischen Materialien aufweisen oder daraus sein, besonders bevorzugt zumindest eine Schicht aus Siliziumdioxid. Die Trennschicht kann eine Dicke von größer oder gleich 1 nm oder größer oder gleich 5 nm oder größer oder gleich 10 nm oder größer oder gleich 40 nm oder größer oder gleich 50 nm oder größer gleich 100 nm oder größer oder gleich 200 nm aufweisen. Weiterhin kann die Trennschicht eine Dicke von kleiner oder gleich 1 ym oder kleiner oder gleich 500 nm oder kleiner oder gleich 300 nm aufweisen. Weist die Trennschicht mehrere Schichten auf, so ist die Trennschicht bevorzugt nicht als Bragg-Spiegel für solche Wellenlängen ausgebildet, die durch die Trennschicht hindurch treten sollen. Im Falle eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements sind dies insbesondere Wellenlängen des in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Lichts, im Falle eines Licht detektierenden Halbleiterbauelements insbesondere Wellenlängen von Licht, das in der Halbleiterschichtenfolge detektiert werden soll.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die
Halbleiterschichtenfolge unmittelbar auf das Substrat
aufgebracht, das besonders bevorzugt ein Aufwachssubstrat ist, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch
aufgewachsen ist. Hierbei berühren sich die
Halbleiterschichtenfolge und das Aufwachssubstrat bevorzugt ganzflächig. Bei dem Substrat kann es sich um ein
Saphirsubstrat handeln. Es ist hierbei möglich, dass das Substrat an einer der Halbleiterschichtenfolge zugewandten Seite eine Strukturierung aufweist. Im Falle eines
Saphirsubstrats kann das Substrat dann als sogenanntes strukturiertes Saphirsubstrat („patterned sapphire
Substrate", PSS) ausgebildet sein. Weiterhin kann das
Substrat beispielsweise SiC oder Si, GaAs, GaN, InGaAlP, Ge aufweisen oder daraus sein, wobei auch dieses eine vorab beschriebene Strukturierung aufweisen kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform steht die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht wenigstens stellenweise in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge. Das heißt, stellenweise berührt die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht die Halbleiterschichtenfolge. Besonders bevorzugt kann die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht die Halbleiterschichtenfolge bis auf einen Randbereich, in dem die Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge an Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge angrenzt, vollständig bedecken.
Weiterhin kann die transparente elektrisch leitende
Kontaktschicht die Halbleiterschichtenfolge bis auf den
Randbereich und einen Bereich, in dem ein Bondpad zur
externen elektrischen Kontaktierung des Halbleiterbauelements auf der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, vollständig bedecken. Mit anderen Wort ist in diesem Fall keine
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht zwischen dem Bondpad und der Halbleiterschichtenfolge angeordnet, die in diesem Bereich eine Öffnung aufweist, in dem das Bondpad angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht stellenweise oder
ganzflächig unmittelbar auf eine Hauptfläche einer p- dotierten Schicht, beispielsweise einer p-dotierten GaN- Schicht, der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht. Es ist auch möglich, dass sich stellenweise zwischen der
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht und der
Halbleiterschichtenfolge eine elektrisch isolierende Schicht, etwa aus Siliziumoxid oder Siliziumnitrid, befindet. Diese als elektrische Blockierschicht ausgebildete elektrisch isolierende Schicht kann insbesondere unterhalb der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht zwischen der
transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht und der
Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein. Die Blockierschicht ist bevorzugt vollständig von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht überdeckt und von dieser und der Halbleiterschichtenfolge eingeschlossen .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die
Halbleiterschichtenfolge mehrere Halbleiterschichten und zumindest eine aktive Zone auf. Die aktive Zone kann
beispielsweise einen optoelektronisch aktiven Bereich in Form einer Licht emittierenden oder Licht detektierenden
Halbleiterschicht aufweisen oder daraus sein. In diesem Fall ist das Halbleiterbauelement insbesondere als Licht
emittierendes oder Licht detektierendes Halbleiterbauelement ausgebildet, beispielsweise als Leuchtdiodenchip,
Laserdiodenchip oder Fotodiodenchip. Das Halbleiterbauelement kann in diesem Fall zur Erzeugung oder Detektion von
elektromagnetischer Strahlung eingerichtet sein, insbesondere im nahen ultravioletten, im sichtbaren und/oder im infraroten Spektralbereich. Bevorzugt ist das Halbleiterbauelement zur Emission oder Detektion von Licht in einem
Wellenlängenbereich zwischen einschließlich 340 nm und 820 nm oder zwischen einschließlich 380 nm und 780 nm eingerichtet. Weiterhin kann das Halbleiterbauelement auch ein anderer elektronischer Chip ohne optoelektronische Eigenschaften sein.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das
Halbleiterbauelement als anorganisches Halbleiterbauelement, insbesondere als Halbleiterchip, ausgebildet. Beispielsweise kann der Halbleiterchip in diesem Fall als Leuchtdiodenchip oder als Fotodiodenchip ausgebildet sein. Die
Halbleiterschichtenfolge kann in diesem Fall bevorzugt auf einem III-V-Verbindungshalbleitermaterial basieren. Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein
Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayN oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlxIn]__x_yGayP oder auch um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial wie AlxIn]__x_yGayAs, wobei jeweils O ^ x ^ l, O ^ y ^ l und x + y < 1 gilt. Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also AI, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf AlInGaN und umfasst mindestens eine n-dotierte Schicht und mindestens eine p-dotierte Schicht, wobei sich zwischen diesen beiden Schichten eine aktive Zone befindet.
Das Halbleiterbauelement kann darüber hinaus auch als
Solarzelle ausgebildet sein, beispielsweise als Solarzelle, die auf Silizium basiert.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass das
Halbleiterbauelement als organisches Halbleiterbauelement, insbesondere als optoelektronisch aktives organisches
Halbleiterbauelement mit einer durch organische
Halbleiterschichten gebildeten Halbleiterschichtenfolge ausgebildet ist. Das Halbleiterbauelement kann in diesem Fall insbesondere als organische Leuchtdiode oder auch als organische Fotodiode oder organische Solarzelle ausgebildet sein .
Gemäß einer weiteren Ausführungsform bildet die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht eine
Stromaufweitungsschicht . Ein elektrischer Strom, der zum Betrieb des Halbleiterbauelements in die zweite und somit auch in die erste metallische Kontaktschicht und folglich auch in die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht eingespeist wird, kann durch die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht großflächig in die
Halbleiterschichtenfolge eingespeist werden, so dass eine flächenmäßig möglichst gleichförmige Bestromung der aktiven Zone der Halbleiterschichtenfolge möglich sein kann.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist die elektrische Kontaktstruktur ein Bondpad und/oder einen oder mehrere Leitungsstege zur Stromaufweitung auf oder bildet solche Strukturen. Insbesondere können beispielsweise die erste und zweite metallische Kontaktschicht einen oder mehrere
Leitungsstege zur Stromaufweitung bilden, die sich über die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht erstrecken. Ein Teil der zweiten metallischen Kontaktschicht kann auch ein Bondpad bilden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist das
Halbleiterbauelement an die Oberseite anschließende
Seitenflächen auf, wobei sich die Trennschicht zumindest teilweise über die Seitenflächen erstreckt und damit zumindest teilweise über die Seitenflächen reicht. Dadurch kann die Trennschicht, die wie vorab beschrieben besonders bevorzugt ein dielektrisches Material aufweist oder daraus ist, als Passivierungsschicht der Seitenflächen des Halbleiterbauelements dienen. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die Trennschicht nur auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet ist, beispielsweise auch nur auf der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht. In diesem Fall kann es vorteilhaft sein, wenn das Halbleiterbauelement eine Passivierungsschicht zusätzlich zur Trennschicht aufweist, die zumindest einen Teil der
Seitenflächen und zumindest einen Teil der Trennschicht auf der Oberseite bedeckt. Die Passivierungsschicht kann die Oberseite des Halbleiterbauelements auch komplett bis auf ein Bondpad auf der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge bedecken, insbesondere die gesamte elektrische
Kontaktstruktur bis auf ein Bondpad. Die Passivierungsschicht kann eines oder mehrere der vorab für die Trennschicht genannten Materialien aufweisen.
Weitere Vorteile, vorteilhafte Ausführungsformen und
Weiterbildungen ergeben sich aus den im Folgenden in
Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispielen.
Es zeigen:
Figur 1A eine elektrische Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement gemäß einem Ausführungsbeispiel,
Figur 1B eine elektrische Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel ,
Figur 2 eine elektrische Kontaktstruktur für ein
Halbleiterbauelement gemäß einem weiteren
Ausführungsbeispiel , Figuren 3A und 3B Ansichten eines Halbleiterbauelements mit einer elektrischen Kontaktstruktur gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel und
Figuren 4 und 5 Halbleiterbauelemente mit elektrischen
Kontaktstrukturen gemäß weiteren Ausführungsbeispielen.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren können gleiche, gleichartige oder gleich wirkende Elemente jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen sein. Die dargestellten Elemente und deren Größenverhältnisse untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente, wie zum Beispiel Schichten, Bauteile, Bauelemente und Bereiche, zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
In Figur 1A ist ein Ausführungsbeispiel für eine elektrische Kontaktstruktur 10 für ein Halbleiterbauelement gezeigt. Die elektrische Kontaktstruktur 10 kann beispielsweise auf einer Halbleiterschichtenfolge eines Halbleiterbauelements
angeordnet sein, wobei das Halbleiterbauelement
beziehungsweise die Halbleiterschichtenfolge ausschnittsweise durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Die elektrische Kontaktstruktur 10 weist eine transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 auf, die beispielsweise unmittelbar auf einer Halbleiterschichtenfolge eines
Halbleiterbauelements aufgebracht sein kann. Die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 weist ein transparentes elektrisch leitendes Oxid oder Oxinitrid auf. Insbesondere weist die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 im gezeigten Ausführungsbeispiel ein Indium-haltiges Oxid oder Oxinitrid, insbesondere Indiumzinnoxid oder Indiumzinnoxinitrid, auf. Die transparente elektrisch
leitende Kontaktschicht 1 dient zum einen einer
Stromaufweitung eines Stroms, der über die elektrische
Kontaktstruktur 10 in ein Halbleiterbauelement eingespeist werden kann. Hierzu ist die elektrische Kontaktstruktur 10 vorzugsweise großflächig auf einer Halbleiterschichtenfolge eines Halbleiterbauelements aufgebracht. Weiterhin kann die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 im Falle eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, insbesondere eines Licht emittierenden oder Licht detektierenden
Halbleiterbauelements, dazu vorgesehen und eingerichtet sein, dass Licht, das im Halbleiterbauelement erzeugt oder vom Halbleiterbauelement detektiert wird, durch die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 hindurchtreten kann. Die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 weist eine Dicke von größer oder gleich 20 nm und kleiner oder gleich 300 nm auf. Auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 ist eine erste metallische Kontaktschicht 2 aufgebracht. Die erste metallische Kontaktschicht 2 kann insbesondere
Aluminium aufweisen oder daraus sein. Die erste metallische Kontaktschicht 2 weist eine Dicke von größer oder gleich 20 nm und kleiner oder gleich 200 nm auf und ist unmittelbar auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1, das bedeutet mit einem direkten physischen und elektrischen
Kontakt zu dieser, aufgebracht. Auf der ersten metallischen Kontaktschicht 2 ist eine zweite metallische Kontaktschicht 3 angeordnet, die die erste metallische Kontaktschicht 2 vollständig überdeckt. Hierzu weist die zweite metallische Kontaktschicht 3 in lateraler Richtung, das bedeutet in einer Richtung entlang der Haupterstreckungsebene der transparenten und elektrisch leitenden Kontaktschicht 1, eine größere
Breite als die erste metallische Kontaktschicht 2 auf, so dass die zweite metallische Kontaktschicht 3 die erste metallische Kontaktschicht 2 seitlich überragt. Die zweite metallische Kontaktschicht 3 weist Gold auf oder ist aus Gold und weist eine Dicke von größer oder gleich 1 ym und kleiner oder gleich 4 ym auf. Während die erste metallische
Kontaktschicht 2 einem elektrischen Anschluss der
transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 dient, kann die zweite metallische Kontaktschicht 3 beispielsweise einen Abschluss der elektrischen Kontaktstruktur 10 nach außen hin bilden sowie beispielsweise auch zumindest in einem Teil als Bondpad zum externen elektrischen Anschluss der elektrischen Kontaktstruktur 10 dienen. Die erste metallische Kontaktschicht 2 und/oder die zweite metallische
Kontaktschicht 3 können, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, alternativ zur im vorliegenden
Ausführungsbeispiel gezeigten jeweiligen einschichtigen
Ausführung auch mehrschichtig ausgebildet sein.
Zwischen der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht 1 und der zweiten metallischen Kontaktschicht 3 ist weiterhin eine Trennschicht 4 angeordnet, die die zweite metallische Kontaktschicht 3 von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 trennt. Durch die
Trennschicht 4 kann insbesondere ein direkter Kontakt zwischen der zweiten metallischen Kontaktschicht 3 und der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 in den Bereichen verhindert werden, in denen die zweite metallische Kontaktschicht 3 bei Abwesenheit der Trennschicht 4 und der im Folgenden beschriebenen Barriereschicht 5 unmittelbar auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 aufliegen und mit dieser in Kontakt stehen würde. Insbesondere bei den im gezeigten Ausführungsbeispiel
beschriebenen Materialien, also Gold für die zweite
metallische Kontaktschicht 3 und ein Indium-haltiges TCO oder TCON für die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1, könnte es bei einem solchen direkten Kontakt zwischen den Schichten 1 und 3 zu einer Reaktion zwischen dem Gold und Bestandteilen der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht, insbesondere Indium, kommen. Dies könnte zu einer Reduktion der Leitfähigkeit der transparenten
elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 sowie auch zu
„Aufblühungen" in Form von Reaktionsprodukten aus Gold und Indium an die Metallstrukturkanten führen. Aufgrund der
Trennschicht 4 können solche unerwünschten Effekte vermieden werden .
Die Trennschicht 4 weist eine Dicke von größer oder gleich 1 nm und kleiner oder gleich 300 nm auf, wobei die Trennschicht 4 insbesondere unterhalb der zweiten metallischen
Kontaktschicht 3 ausreichend dick ist, um eine löcherfreie Barriere zwischen der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht 1 und der zweiten metallischen Kontaktschicht 3 zu bilden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist weiterhin zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht 2, 3 eine Barriereschicht 5 angeordnet, die die erste metallische
Kontaktschicht 2 vollständig überdeckt und die von der zweiten metallischen Kontaktschicht 3 wiederum überdeckt ist. Insbesondere ist die Barriereschicht 5 im gezeigten
Ausführungsbeispiel durch die zweite metallische
Kontaktschicht 3 vollständig überdeckt. Alternativ zur gezeigten vollständigen Überdeckung der Barriereschicht 5 durch die zweite metallische Kontaktschicht 3 können die Barriereschicht 5 und die zweite metallische Kontaktschicht 3 beispielsweise auch gemeinsam zum Rand hin dünn auslaufen. Durch die Barriereschicht 5 kann eine Trennung der
metallischen Kontaktschichten 2, 3 erreicht werden, so dass eine Diffusion von Material zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht 2, 3 verhindert werden kann. Die Barriereschicht 5 weist eine oder mehrere Schichten,
beispielsweise mit oder aus Ti, Pt, W, Ni, TiW oder TiWN auf. Die Trennschicht 4 ist insbesondere transparent ausgebildet, so dass, wie weiter oben für die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 beschrieben ist, Licht in den
Bereichen durch die elektrische Kontaktstruktur 10
hindurchtreten kann, in denen keine Metallschichten 2, 3 vorhanden sind. Insbesondere weist die Trennschicht 4 ein dielektrisches Material auf, das insbesondere aus einem Oxid, Nitrid oder Oxinitrid ausgewählt sein kann. Besonders
bevorzugt ist die Trennschicht 4 aus Siliziumdioxid.
Alternativ hierzu sind auch andere, oben im allgemeinen Teil genannte Materialien möglich.
Wie in Figur 1A erkennbar ist, ragt die Trennschicht 4 unter der zweiten metallischen Kontaktschicht 3 hervor und bedeckt vorzugsweise die transparente elektrisch leitende
Kontaktschicht 1 in den Bereichen, in denen keine erste
Metallschicht 2 und gegebenenfalls keine Barriereschicht 5 vorhanden sind.
Der elektrische Kontakt zwischen der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 und den darüber angeordneten weiteren elektrisch leitenden Schichten, im gezeigten
Ausführungsbeispiel also den metallischen Kontaktschichten 2, 3 und der Barriereschicht 5, erfolgt im Bereich 9, der einer Öffnung in der Trennschicht 4 entspricht. Im gezeigten
Ausführungsbeispiel ist die Öffnung in der Trennschicht 4 hinsichtlich ihrer lateraler Ausdehnung größer als die laterale Ausdehnung der ersten metallischen Kontaktschicht 2, so dass die im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenfalls vorhandene Barriereschicht 5 in lateraler Richtung zwischen der ersten metallischen Kontaktschicht 2 und der Trennschicht 4 angeordnet ist und in diesem Bereich neben der ersten metallischen Kontaktschicht 2 in unmittelbarem Kontakt zur transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 steht. Die Barriereschicht 5 ist weiterhin auf einem Teil der
Trennschicht 4 angeordnet.
Weiterhin kann die Öffnung in der Trennschicht 4 und somit der Bereich 9, der frei von der Trennschicht 4 ist, eine laterale Ausdehnung aufweisen, die der lateralen Ausdehnung der ersten metallischen Kontaktschicht 2 entspricht, so dass in diesem Fall die Trennschicht 4 bis an die erste
metallische Kontaktschicht 2 heranreichen würde. Weiterhin kann es auch möglich sein, dass die Trennschicht 4 bis unter die erste metallische Kontaktschicht 2 reicht.
Zur Herstellung der elektrischen Kontaktstruktur 10 wird auf die zu kontaktierende Oberfläche, also beispielsweise eine Oberfläche einer Halbleiterschichtenfolge eines
Halbleiterbauelements, die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 aufgebracht, beispielsweise durch Sputtern oder Aufdampfen. Auf die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 wird die Trennschicht 4 beispielsweise mittels ALD, CVD oder PVD aufgebracht, wobei das Aufbringen strukturiert oder auch großflächig erfolgen kann, wobei im zweiten Fall anschließend eine Strukturierung der
Trennschicht 4 stattfindet, um die Bereiche 9 freizulegen, in denen die erste metallische Kontaktschicht 2 angeordnet wird. Die erste metallische Kontaktschicht 2, die zweite
metallische Kontaktschicht 3 und gegebenenfalls die
Barriereschicht 5 können beispielsweise durch Aufdampfen aufgebracht werden.
Im Bereich 9 kann die transparente elektrisch leitende
Kontaktschicht 1 auch eine geringere Dicke aufweisen als in den daneben liegenden Bereichen unterhalb der Trennschicht 4, wie in Figur 1B gezeigt ist. Die geringere Dicke kann
beispielsweise bei der Herstellung einer den Bereich 9 bildenden Öffnung in der Trennschicht 4 dadurch erzeugt werden, dass zur Bildung der Öffnung ein Ätzverfahren
verwendet wird, mit dem auch ein Teil der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 geätzt wird.
In Figur 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine elektrische Kontaktstruktur 10 gezeigt, die im Vergleich zum vorherigen Ausführungsbeispiel eine Trennschicht 4 aufweist, die nicht nur aus einer Schicht besteht, sondern eine
Mehrzahl von Schichten aufweist, die gleiche oder
unterschiedliche Materialien, wie oben im allgemeinen Teil beschrieben ist, aufweisen können. Beispielsweise kann die Trennschicht 4 eine Siliziumdioxid-Schicht und darauf eine Siliziumnitrid-Schicht aufweisen oder daraus sein. Weiterhin kann die Trennschicht 4 beispielsweise auch eine insbesondere mittels ALD aufgebrachte Aluminiumoxid- oder Tantaloxid- Schicht und darauf eine Siliziumdioxid-Schicht aufweisen oder daraus sein.
Die mehrschichtige Trennschicht 4 ist insbesondere nicht als Bragg-Spiegel für solche Wellenlängen ausgebildet, die beispielsweise im Falle eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements in der Halbleiterschichtenfolge, auf der die Kontaktstruktur 10 ausgebildet ist, erzeugt werden. Im Falle eines Licht emittierenden Halbleiterbauelements mit der gezeigten Kontaktstruktur 10 kann es weiterhin
vorteilhaft sein, wenn der Brechungsindex von der
Halbleiterschichtenfolge zur der Umgebung zugewandten
äußersten Schicht der Trennschicht 4 hin von Schicht zu
Schicht abnimmt. Durch eine derartige gestufte
Brechungsindex-Reduktion können optische Verluste bei der Auskopplung von Licht aus der Halbleiterschichtenfolge in die Umgebung durch die Kontaktstruktur 10 hindurch verringert werden .
In den Figuren 3A und 3B sind eine Schnittdarstellung und eine Aufsicht eines Halbleiterbauelements 100 mit einer elektrischen Kontaktstruktur 10 gezeigt, die gemäß einem der vorherigen Ausführungsbeispiele ausgeführt sein kann. Das Halbleiterbauelement 100 weist ein Substrat 20 auf, auf dem eine Halbleiterschichtenfolge 21 angeordnet ist. Auf einer dem Substrat 20 abgewandten Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge 21 ist die elektrische
Kontaktstruktur 10 aufgebracht. Rein beispielhaft ist das Halbleiterbauelement 100 im gezeigten Ausführungsbeispiel als anorganischer Licht emittierender oder Licht detektierender Halbleiterchip ausgebildet, beispielsweise also als
Leuchtdiodenchip oder Fotodiodenchip. Alternativ hierzu kann das Halbleiterbauelement beispielsweise auch als anorganische Solarzelle, organische Licht emittierende Diode, organische Fotodiode oder organische Solarzelle ausgebildet sein.
Das Substrat 20 kann beispielsweise ein Aufwachssubstrat sein, auf dem die Halbleiterschichtenfolge 21 epitaktisch aufgewachsen ist. Beispielsweise kann das Substrat 20 Saphir aufweisen oder aus Saphir sein. Anders als dargestellt kann es auch möglich sein, dass eine der Halbleiterschichtenfolge 21 zugewandte Oberseite des Substrats 20 mit Strukturierungen versehen ist. Bei dem Substrat 20 kann es sich in diesem Fall um ein so genanntes „patterned sapphire Substrate" (PSS) handeln. Alternativ hierzu kann das Substrat 20
beispielsweise auch Sic oder Si oder ein anderes oben im allgemeinen Teil genanntes Material aufweisen oder daraus sein .
Die Halbleiterschichtenfolge 21 weist Halbleiterschichten 22, 23, 24 auf, die eine n-dotierte Halbleiterschicht 22, eine p- dotierte Halbleiterschicht 24 und dazwischen eine aktive Zone in Form einer optoelektronisch aktiven Halbleiterschicht 23 sein können. Die Halbleiterschichtenfolge 21 kann
beispielsweise auf einem der oben im allgemeinen Teil
genannten Verbindungshalbleitermaterialsysteme basieren.
Beispielsweise kann die Halbleiterschichtenfolge 21 auf
AlInGaN basieren. Im gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Halbleiterschicht 23 insbesondere als Licht emittierende oder Licht detektierende Halbleiterschicht ausgebildet sein.
Alternativ zum gezeigten Aufbau kann die
Halbleiterschichtenfolge 21 auch weitere und/oder andere Halbleiterschichten aufweisen. Weiterhin kann die
Halbleiterschichtenfolge 21 eine andere aktive Zone mit einer anderen Funktionalität aufweisen, so dass das
Halbleiterbauelement 100 auch als nicht optoelektronisch aktives Halbleiterbauelement ausgebildet sein kann. Die elektrische Kontaktstruktur 100, also insbesondere die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1, ist unmittelbar auf der Halbleiterschicht 24, im gezeigten
Ausführungsbeispiel also auf der p-dotierten Halbleiterschicht 24, aufgebracht. Alternativ hierzu kann der Aufbau der Halbleiterschichtenfolge 21 auch umgekehrt sein, so dass die elektrische Kontaktstruktur 10 auf einer n- dotierten Halbleiterschicht aufgebracht ist. Das
Halbleiterbauelement 100 weist einen weiteren elektrischen Kontakt zur elektrischen Kontaktierung der substratseitigen Halbleiterschicht auf, der der Übersichtlichkeit halber hier und auch in den nachfolgenden Ausführungsbeispielen nicht gezeigt ist.
Weiterhin kann es auch möglich sein, dass mittels der hier beschriebenen Kontaktstruktur 10 die unterhalb der
optoelektronisch aktiven Schicht 23 angeordnete
Halbleiterschicht 22, die im gezeigten Ausführungsbeispiel eine n-dotierte Schicht ist, kontaktiert wird. Hierzu kann die Halbleiterschichtenfolge 21 beispielsweise eine durch ein Ätzverfahren hergestellte Öffnung aufweisen, die durch die Halbleiterschichten 23 und 24 hindurch bis zur oder in die Halbleiterschicht 22 reicht. Auf der dem Substrat 20
abgewandten Oberseite des durch die Öffnung freigelegten Bereichs der Halbleiterschicht 22 kann dann die
Kontaktstruktur 10 aufgebracht werden.
Weiterhin kann es möglich sein, dass die transparente
elektrisch leitende Kontaktschicht 1, wie in Figur 3B mit
Hilfe der gestrichelten Linie angedeutet ist, bis auf einen freiliegenden Randbereich der Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge 21 die gesamte Oberseite der
Halbleiterschichtenfolge 21 bedeckt und somit elektrisch kontaktiert. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass eine elektrisch isolierende Schicht, beispielsweise aus Siliziumdioxid und/oder Siliziumnitrid, die als elektrische Blockierschicht dient, unterhalb der metallischen Kontaktschichten 2, 3 zwischen der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 und der Halbleiterschichtenfolge 21 angeordnet ist, so dass in diesem Bereich kein Strom in die Halbleiterschichtenfolge 21 eingeprägt werden kann.
Dadurch kann insbesondere bei einem Licht emittierenden
Halbleiterbauelement erreicht werden, dass Strom in die Licht emittierende Schicht 23 vorzugsweise in denjenigen Bereichen eingeprägt wird, die nur von transparenten Schichten, also insbesondere von der transparenten elektrisch leitenden
Kontaktschicht 1 und der Trennschicht 4, überdeckt sind und aus denen das Licht auch aus dem Halbleiterbauelement 100 austreten kann.
Wie in Figur 3B weiterhin gezeigt ist, weist die elektrische Kontaktstruktur 10 ein Bondpad 11 sowie mehrere Leitungsstege 12 zur Stromaufweitung auf. Diese werden durch die
metallischen Kontaktschichten 2, 3 sowie gegebenenfalls durch die Barriereschicht 5 gebildet, die in der gezeigten
strukturierten Weise auf der transparenten elektrisch
leitenden Kontaktschicht 1 aufgebracht werden. Die
Trennschicht 4 weist hierzu eine oder mehrere Öffnungen gemäß der Struktur der darüber aufgebrachten metallischen
Kontaktschichten 2, 3 auf. Darüber hinaus kann es auch möglich sein, dass das Bondpad 11 nur aus einer Goldschicht, also nur aus der zweiten metallischen Kontaktschicht 4, besteht und dass im Bereich des Bondpads 11 keine
transparente elektrisch leitende Kontaktschicht 1 vorhanden ist. Unterhalb des Bondpads 11 kann die transparente
elektrisch leitende Kontaktschicht 1 somit eine Öffnung aufweisen, in der das Bondpad 11 angeordnet ist. Die gezeigte Struktur des Bondpads 11 und der Leitungsstege 12 ist rein beispielhaft und nicht beschränkend zu verstehen.
Insbesondere können die gezeigten Strukturen auch andere Geometrien aufweisen. Die Leitungsstege 12 können insbesondere eine Breite von größer oder gleich 2 ym und kleiner oder gleich 25 ym aufweisen. Insbesondere können die Leitungsstege 12 auch eine Breite von größer oder gleich 3 ym und kleiner oder gleich 12 ym aufweisen.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein als Halbleiterchip ausgebildetes Halbleiterbauelement 100
gezeigt, wobei in der dargestellten Schnittdarstellung rein beispielhaft eine elektrische Kontaktstruktur 10 mit zwei als Leitungsstege 12 ausgebildeten Bereichen der metallischen Kontaktschichten 2, 3 und der Barriereschicht 5 gezeigt sind. Die Trennschicht 4 ist im Ausführungsbeispiel der Figur 4 großflächig bis auf die oben in Verbindung mit Figur 1A beschriebenen Bereiche 9 auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 angeordnet.
Weiterhin weist das Halbleiterbauelement 100 über der
elektrischen Kontaktstruktur 10 sowie über der weiteren
Oberseite und auch über an die Oberseite anschließenden
Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 21 eine
Passivierungsschicht 30 auf, die somit zumindest teilweise auch die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 21, insbesondere den Bereich mit der aktiven Zone, bedeckt. Die Seitenflächen der Halbleiterschichtenfolge 21 werden im gezeigten Ausführungsbeispiel durch Mesakanten gebildet. Die Passivierungsschicht 30 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel großflächig auf der elektrischen Kontaktstruktur 10
aufgebracht und bedeckt diese bis auf ein hier nicht
gezeigtes Bondpad komplett. Alternativ hierzu kann es auch möglich sein, dass die Passivierungsschicht 30 nur einen Teil der Trennschicht 4, beispielsweise nahe des von der
transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht 1 und der Trennschicht 4 nicht bedeckten Randbereichs der Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 21, sowie Seitenflächen der
Halbleiterschichtenfolge 21 bedeckt. Die Passivierungsschicht 30 kann beispielsweise ein Oxid,
Nitrid oder Oxinitrid aufweisen, so etwa beispielsweise eines der oben im allgemeinen Teil für die Trennschicht
beschriebenen Materialien. In Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel für ein als Halbleiterchip ausgebildetes Halbleiterbauelement 100
gezeigt, bei dem die Trennschicht 4 im Vergleich zum
vorherigen Ausführungsbeispiel über die transparente
elektrisch leitende Kontaktschicht 1 hinausreicht und
insbesondere zumindest teilweise auch über die an die
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge 21 anschließenden Seitenflächen reicht. In diesem Fall kann die Trennschicht 4 gleichzeitig als Passivierungsschicht der
Halbleiterschichtenfolge 21 dienen, so dass es möglich sein kann, dass eine zusätzliche Passivierungsschicht wie die in
Figur 4 gezeigte Passivierungsschicht 30 nicht notwendig ist. Insbesondere kann die zweite metallische Kontaktschicht 3 der elektrischen Kontaktstruktur 10 freiliegend und von keiner Passivierungsschicht bedeckt sein.
Die in Verbindung mit den Figuren beschriebenen
Ausführungsbeispiele und Merkmale können gemäß weiterer
Ausführungsbeispiele auch miteinander kombiniert werden, auch wenn solche Kombinationen nicht explizit beschrieben sind. Weiterhin können die in den Figuren gezeigten
Ausführungsbeispiele weitere oder alternative Merkmale gemäß der Beschreibung im allgemeinen Teil aufweisen. Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele auf diese beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen i den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims

Elektrische Kontaktstruktur (10) für ein
Halbleiterbauelement (100) mit
einer transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1), auf der eine erste metallische Kontaktschicht (2) aufgebracht ist,
einer zweiten metallischen Kontaktschicht (3) , die die erste metallische Kontaktschicht (2) vollständig überdeckt, und
einer Trennschicht (4), die zwischen der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1) und der zweiten metallischen Kontaktschicht (3) angeordnet ist und die die zweite metallische Kontaktschicht (3) von der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1) trennt .
Kontaktstruktur (10) nach Anspruch 1, wobei die
Trennschicht (4) unter der zweiten metallischen
Kontaktschicht (3) hervorragt.
Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei zwischen der ersten und zweiten metallischen Kontaktschicht (2, 3) eine Barriereschicht (5) angeordnet ist, die die erste metallische
Kontaktschicht (2) vollständig überdeckt und die von der zweiten metallischen Kontaktschicht (3) überdeckt wird .
Kontaktstruktur (10) nach dem vorherigen Anspruch, wobei die Barriereschicht (5) die Trennschicht (4) teilweise überdeckt.
5. Kontaktstruktur (10) nach Anspruch 3 oder 4, wobei die Barriereschicht (5) unmittelbar auf der transparenten elektrisch leitenden Kontaktschicht (1) in einem die erste metallische Kontaktschicht (1) umgebenden Bereich angeordnet ist.
6. Kontaktstruktur nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Trennschicht (4) transparent ist und ein dielektrisches Material aufweist.
7. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Trennschicht (4) eine Mehrzahl von Schichten aufweist.
8. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Trennschicht (4) ein Oxid, Nitrid oder Oxinitrid aufweist.
9. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Trennschicht (4) von der ersten metallischen Kontaktschicht (2) beabstandet ist.
10. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die Trennschicht (4) die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht (1) bis auf einen die erste metallische Kontaktschicht (2) umgebenden Bereich großflächig bedeckt.
11. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht (1) ein transparentes elektrisch
leitendes Oxid oder Oxinitrid aufweist. Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die transparente elektrisch leitende Kontaktschicht (1) ein Indium-haltiges Oxid oder
Oxinitrid aufweist.
Kontaktstruktur (10) nach einem der vorherigen
Ansprüche, wobei die erste metallische Kontaktschicht
(2) Aluminium und die zweite metallische Kontaktschicht
(3) Gold aufweist.
Halbleiterbauelement (100), aufweisend
ein Substrat (20), auf dem eine
Halbleiterschichtenfolge (21) aufgebracht ist,
eine elektrische Kontaktstruktur (10) gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 13 auf einer dem Substrat (20)
abgewandten Oberseite der Halbleiterschichtenfolge
(21) .
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 14, wobei die elektrische Kontaktstruktur (10) ein Bondpad (11) und/oder einen oder mehrere Leitungsstege (12) zur Stromaufweitung aufweist oder bildet.
Halbleiterbauelement (100) nach Anspruch 14 oder 15, wobei die Halbleiterschichtenfolge (21) einen
optoelektronisch aktiven Bereich aufweist.
Halbleiterbauelement (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei das Halbleiterbauelement (100) an die Oberseite anschließende Seitenflächen aufweist und die Trennschicht (4) zumindest teilweise über die
Seitenflächen reicht. Halbleiterbauelement (100) nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei die Trennschicht (4) nur auf der
Oberseite der Halbleiterschichtenfolge (21) angeordnet ist, das Halbleiterbauelement (100) an die Oberseite anschließende Seitenflächen aufweist und eine
Passivierungsschicht (30) zumindest teilweise die
Seitenflächen und zumindest einen Teil der Trennschicht (4) auf der Oberseite bedeckt.
PCT/EP2015/061387 2014-05-28 2015-05-22 Elektrische kontaktstruktur für ein halbleiterbauelement und halbleiterbauelement WO2015181071A1 (de)

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