WO2016202924A1 - Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements sowie optoelektronisches halbleiterbauelement - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements sowie optoelektronisches halbleiterbauelement Download PDF

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oxide
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optoelectronic semiconductor
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Kai Gehrke
Massimo DRAGO
Joachim Hertkorn
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Osram Opto Semiconductors GmbH
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Definitions

  • An object to be solved is to specify a method for producing an optoelectronic semiconductor component with improved electrical contacting. Furthermore, an optoelectronic semiconductor component with an improved electrical contact is to be specified.
  • the optoelectronic semiconductor component may be configured to emit and / or absorb light during operation.
  • the optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode, a photodiode and / or a semiconductor laser diode.
  • a semiconductor layer sequence is provided.
  • Semiconductor layer sequence has a main extension plane in which it extends in lateral directions.
  • the semiconductor layer sequence has a thickness which is small against the maximum extent of the
  • a main plane of the semiconductor layer sequence forms a
  • the semiconductor layer sequence can be grown epitaxially, in particular by means of metal-organic vapor phase epitaxy (MOVPE), on a growth carrier.
  • MOVPE metal-organic vapor phase epitaxy
  • Semiconductor layer sequence can be a variety of
  • each of the semiconductor layers may extend along the main extension plane.
  • the semiconductor layers may be formed with a semiconductor material.
  • the semiconductor layer sequence can be based on a nitride compound semiconductor material.
  • this material does not necessarily have to have a mathematically exact composition according to the above formula, but instead it may contain one or more dopants and additional dopants
  • the above formula contains only the essential components of the Crystal lattice (Al, Ga, In, N), although these may be partially replaced by small amounts of other substances.
  • the semiconductor layer sequence comprises a light-emitting and / or light-absorbing active zone.
  • the top surface of the semiconductor layer sequence comprises a light-emitting and / or light-absorbing active zone.
  • Semiconductor layer sequence is the active zone in the
  • the emitted light may have a wavelength, in particular a peak wavelength, of
  • the semiconductor layer sequence comprises a first semiconductor layer, the active zone, a second
  • the highly doped semiconductor layer may be p-doped, for example.
  • the active zone may be arranged between the first and the second semiconductor layer. In this case, the active zone can, for example, as a layer or a
  • Layer sequence present and be formed with a semiconductor material. Further, the heavily doped semiconductor layer may be stacked on the second semiconductor layer
  • the second semiconductor layer and the heavily doped semiconductor layer be in direct contact with one another, and in particular
  • the highly doped semiconductor layer may in particular be doped with magnesium.
  • the dopant concentration of magnesium in the highly doped semiconductor layer can be any dopant concentration of magnesium in the highly doped semiconductor layer.
  • the highly doped semiconductor layer can, for example, with a
  • oxygen-containing gas to be activated.
  • a layer stack is applied to the top surface.
  • Layers stack can be applied for example by epitaxial deposition and / or sputtering on the top surface.
  • the layer stack can have a plurality of layers, which are arranged one above the other in the stacking direction and can each extend along the main extension plane.
  • the layer stack has an oxide layer containing indium.
  • the oxide layer indium oxide, preferably ⁇ 2 ⁇ 3 , or in the context of
  • Manufacturing tolerances consist of it.
  • a layer consists of a material within the scope of the manufacturing tolerances" here and below means that production-related impurities of a further material can be contained in said layer.
  • the layer stack also has an intermediate surface, which is arranged downstream of the top surface in the stacking direction.
  • the interface may be one of the
  • the layer stack and in particular the oxide layer can be designed to be translucent.
  • a layer stack and in particular the oxide layer can be designed to be translucent.
  • Layer or said layer stack for the light emitted or absorbed by the active zone during operation of the optoelectronic semiconductor component has a transmission coefficient of at least 80%, preferably at least 90% and particularly preferably at least 95%. It is also possible that the layer stack is electrically conductive. In particular, the
  • the layer stack is in direct electrical contact with the highly doped semiconductor layer.
  • a contact layer is applied to the intermediate surface.
  • Contact layer is formed with indium tin oxide (ITO).
  • ITO indium tin oxide
  • Manufacturing tolerances consist of indium tin oxide.
  • the contact layer having a Sni_ In a O, with 0.75 ⁇ a ⁇ 0.99, preferably 0.98 a -S formed.
  • the application of the contact layer can in particular by using a plasma-free deposition method, such as
  • MOVPE metal-organic vapor deposition
  • the applied contact layer always has grain boundaries.
  • the contact layer may be transparent. For example, one facing away from the layer stack
  • Outer surface of the contact layer form a light passage surface of the optoelectronic semiconductor device. Through the light passage surface, light from the
  • the contact layer is electrically conductive.
  • the contact layer can be the electrical
  • the contact layer based on the
  • the layer stack to be electrically conductively connected to the semiconductor layer sequence.
  • the layer stack is free of tin within the manufacturing tolerances.
  • the fact that a layer or a layer stack is free from an element and / or a material within the scope of the manufacturing tolerances can mean here and below that only traces of said element and / or material are due to production-related
  • Layer stacks are present. A diffusion of the element and / or of the material from adjacent layers into the layer or into the layer stack is likewise to be regarded as a contamination caused by the production.
  • the layer stack thus contains in the context of
  • the number of tin atoms in the layer stack may be at most 1%, preferably at most 0.5%, and more preferably at most 0.1%, of the number of indium atoms in the layer stack or tin is undetectable in the layer stack.
  • the latter comprises the following steps:
  • a semiconductor layer sequence comprising a light-emitting and / or light-absorbing active zone and one of the active zone in a direction perpendicular to a main extension plane of the semiconductor layer sequence
  • the layer stack comprises an oxide layer containing indium, and one of the top surface in the stacking direction downstream
  • the layer stack is free of tin within the manufacturing tolerances.
  • the layer stack is arranged between the semiconductor layer sequence and the contact layer. With the Layer stack can be a direct abutment of the
  • the quality of the crystal structure and / or the integrity can be improved in a first boundary region between the semiconductor layer sequence and the layer stack and / or in a second boundary region between the layer stack and the contact layer.
  • the oxide layer containing indium in this case for
  • a nitride layer containing indium is first provided for the application of the oxide layer.
  • the provision of the nitride layer can be achieved by a growth method such as
  • MOVPE molecular beam epitaxy
  • MBE molecular beam epitaxy
  • sputtering can be provided.
  • the nitride layer may in particular be formed or consist of indium nitride, preferably InN.
  • Nitride layer may be formed opaque.
  • a layer is here and hereinafter "opaque" formed when the layer for the operation of the
  • Optoelectronic semiconductor device from the active zone emitted or absorbed light a
  • an opaque layer may have an energy band gap whose size is below the energy of a photon of the light emitted and / or absorbed by the active zone.
  • Oxide layer in an oxidation step may be carried out in a subsequent step of depositing the nitride layer.
  • the oxidation step may be carried out in a subsequent step of depositing the nitride layer.
  • Oxidation step can be performed directly after deposition. Alternatively or additionally, it is possible that the oxidation step already during the deposition
  • an oxygen-containing gas can be introduced into a reaction chamber in which at least the oxidation step is carried out.
  • the oxidation of the nitride layer that contained in the nitride layer
  • the layer stack can only contain nitrogen in certain areas. Alternatively or
  • the layer stack can be made translucent after the oxidation. It is also possible that the nitride layer in the oxidation step are completely oxidized to the oxide layer. In particular, the oxide layer after the oxidation step in the context of
  • the application of the oxide layer comprises the following steps:
  • the provision of the nitride layer takes place by means of epitaxial deposition.
  • the nitride layer can be epitaxially coated on layers of the semiconductor component to be produced in previous method steps
  • Oxygen can only in the oxidation step
  • Oxidation step may be required in particular due to a possible opacity of the nitride layer.
  • the oxidation step is carried out after the application of the contact layer.
  • the contact layer is deposited on the intermediate surface of the layer stack and then the oxidation step is carried out.
  • Oxidation of the nitride layer then takes place through the
  • the contact layer is also partially oxidized.
  • At least the oxidation step is carried out in a reaction chamber. It is possible that further process steps are carried out in the reaction chamber.
  • the reaction chamber may in particular be the chamber used for the epitaxial deposition by means of MOVPE.
  • Reaction temperature in the reaction chamber at least 460 ° C, preferably at least 480 ° C and more preferably
  • the reaction temperature is at most 720 ° C, preferably at most 700 ° C, and more preferably at most 650 ° C.
  • the nitride layer is thus tempered. It is also possible that during the reaction temperature
  • Oxidation step oxygen-containing gas, in particular oxygen-containing gas is introduced into the reaction chamber.
  • the oxide layer is epitaxially, for example by means of MOVPE, in
  • the method does not comprise a separate oxidation step for the oxidation of a nitride layer.
  • the semiconductor layer sequence can be epitaxially grown on the growth carrier.
  • the semiconductor layer sequence is formed with In n Ga n n .
  • Oxygen content in the reaction chamber can to the
  • epitaxial growth of indium oxide or optionally indium nitride can be changed.
  • the epitaxial deposition of the nitride layer takes place below
  • Three-dimensional growth can be described using the Volmer-Weber growth model or the Stranski-Krastanov growth model.
  • special growth conditions such as a reduction of the reactor temperature, increasing the reactor pressure and / or the reduction of the V / III ratio required.
  • the growth rate along the stacking direction may be increased as compared with the growth rate along at least one of the lateral directions.
  • the nitride layer has a plurality of multi-layered, interconnected islands. It is alternatively possible that the epitaxial deposition of the oxide layer under
  • the oxide layer has multilayer islands which are not connected to one another.
  • the islands are not interconnected in lateral directions.
  • the nitride layer and / or the oxide layer is not
  • the islands have a trapezoidal shape
  • the islands can pyramid-like and / or
  • Multi-layered here and below means that the islands have several
  • a "monolayer” is to be understood here and below as meaning a continuous layer of atoms or molecules, the layer height being only one atom or molecule, In particular, in a monolayer no identical atoms or molecules are superimposed.
  • the top surface is free of the nitride layer in the regions between the islands of the oxide layer.
  • the oxide layer or optionally the nitride layer can be grown directly on the top surface.
  • the top surface may directly after the growth of the oxide layer or the nitride layer in the areas between the islands of the oxide layer or the
  • Nitride be freely accessible.
  • the epitaxial deposition of the nitride layer takes place below
  • Nitride has a plurality of multi-layered, non-interconnected islands.
  • the epitaxial deposition of the oxide layer takes place under three-dimensional growth conditions such that the oxide layer has a multiplicity of
  • the epitaxial deposition takes place under two-dimensional
  • the epitaxial deposition of the oxide layer or the nitride layer takes place under two-dimensional growth conditions. It is also possible that the entire layer stack is epitaxially deposited under two-dimensional growth conditions. In a two-dimensional growth, the atomic layers of the monolayer monolayer oxide layer are grown.
  • the two-dimensionally grown oxide layer and / or the nitride layer comprises in the stacking direction at least one and at most three, preferably at most two, monolayers.
  • Two-dimensional growth can be described, for example, with a Frank van der Merve growth model or with the Stranski-Krastanov growth model.
  • the growth rate along at least one of the lateral directions may be higher or equal to the growth rate along the stacking direction.
  • the oxide layer is formed coherently.
  • the oxide layer is integrally formed.
  • the intermediate surface can be formed simply connected.
  • the oxide layer can completely cover the top surface.
  • the top surface is no longer freely accessible. Furthermore, it is possible for the entire layer stack to be continuous.
  • the epitaxial deposition takes place under two-dimensional
  • the layer stack comprises a first intermediate layer.
  • the first intermediate layer is formed with indium gallium oxide, preferably InGaO 3.
  • the first interlayer may be in the context of
  • Manufacturing tolerances consist of indium gallium oxide.
  • a first is used for the application of the first intermediate layer
  • Nitride intermediate layer formed with indium gallium nitride is epitaxially deposited.
  • the indium gallium nitride is epitaxially deposited.
  • Nitride interlayer epitaxially deposited directly on the top surface In particular, the deposition of the nitride intermediate layer takes place before the deposition of the nitride layer.
  • the nitride intermediate layer can thus be arranged in the stacking direction in front of the nitride layer. Subsequently, at least partial oxidation of the nitride intermediate layer to the first intermediate layer takes place in the oxidation step.
  • the oxidation of the nitride intermediate layer to the first intermediate layer takes place in the same method step as the oxidation of the nitride layer to the oxide layer.
  • the first intermediate layer is arranged between the semiconductor layer sequence and the oxide layer.
  • the first intermediate layer can directly adjoin the oxide layer.
  • the first intermediate layer by means of
  • the contact layer is applied to the intermediate surface under growth conditions in which a (100) orientation of the crystal structure of the contact layer would result in the case of direct application to the top surface and wherein the crystal structure of the contact layer is a (111) Crystal orientation.
  • Boundary range between the contact layer and the top surface result.
  • the optoelectronic semiconductor component can preferably be produced by means of one of the methods described here. That is, all for the process
  • this includes a
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a layer stack applied to the top surface with a
  • Oxide layer containing indium and one of the top surface in the stacking direction downstream interface is
  • Optoelectronic semiconductor component also comprises a contact layer applied to the intermediate surface, which is provided with
  • Indium tin oxide is formed.
  • the layer stack is in
  • EDX energy-dispersive X-ray spectroscopy
  • Stacking direction can be provided. For example, starting from the top surface of the semiconductor layer sequence in the stacking direction, first the oxygen content in the EDX spectrum increases. From the interface, for example, the tin content of the EDX spectrum can increase.
  • the oxide layer may have been produced by an at least partial oxidation of a nitride layer.
  • Such oxidation is for example by a
  • Crystal structure and / or the chemical composition of the individual layers in the stacking direction in particular over several monolayers away.
  • Transition region may have a thickness of one to two monolayers in the stacking direction. Due to the presence of such a transition region, the use of an epitaxial deposition method on the finished
  • Semiconductor device can be detected.
  • the oxide layer is within the scope of
  • the oxide layer is not indium gallium oxide.
  • Oxide layer may be present.
  • the number of gallium atoms in the oxide layer is at most 1%, preferably at most 0.5% and particularly preferably at most 0.1%, of the number of indium atoms in the oxide layer. That the
  • Oxide layer within the manufacturing tolerances is free of gallium, can also with an EDX analysis
  • the layer stack has a first one
  • the first intermediate layer is between the
  • the first intermediate layer directly adjoins the oxide layer. Furthermore, the first intermediate layer can be directly attached to the
  • the first interlayer may be made by at least partially oxidizing a nitride interlayer. Such oxidation is
  • the first intermediate layer has been produced by epitaxial deposition of indium gallium oxide, for example on the top surface.
  • the epitaxial growth of the semiconductor layers of the first intermediate layer has been produced by epitaxial deposition of indium gallium oxide, for example on the top surface.
  • Semiconductor layer sequence continuously transition into the epitaxial growth of the first intermediate layer by the nitrogen used in the growth of the semiconductor layer sequence is continuously replaced by oxygen.
  • the layer stack comprises a second intermediate layer.
  • the second intermediate layer is with
  • the second intermediate layer may consist of indium gallium nitride within the manufacturing tolerances.
  • the second intermediate layer is between the
  • the second intermediate layer directly adjoins the top surface.
  • the second intermediate layer is in
  • the layer stack may consist exclusively of the first intermediate layer, the second intermediate layer and the oxide layer.
  • the layer stack comprises indium nitride.
  • indium nitride a production method of the oxide layer on the
  • residues can be detected, for example, by EDX analysis, by X-ray diffraction (XRD) and / or by spectroscopy.
  • XRD X-ray diffraction
  • the crystal structure has the
  • Crystal structure of the contact layer for example, with X-ray techniques and / or
  • the oxide layer has a multiplicity of multilayered, mutually unconnected islands.
  • the oxide layer is by means of a
  • the islands serve as outcoupling structures of the active zone in the direction of the oxide layer
  • the islands can be used as coupling structures from the direction of the
  • Outcoupling structures can be used here and below
  • the islands can have an average extent for this purpose in the lateral directions which corresponds at most to the wavelength of the light. In other words, the reflection of light striking the said interface is reduced.
  • the oxide layer is formed coherently.
  • the oxide layer has no holes and / or recesses.
  • a coherently formed oxide layer may be under two-dimensional
  • an average thickness is
  • Oxide layer along the stacking direction at least 0.5 and at most three monolayers.
  • the average thickness of the oxide layer is the mathematically averaged thickness.
  • an average height of the islands along the stacking direction is at least 50, preferably
  • the mean height of the islands can be at least 25 nm, preferably at least 50 nm, and at most 100 nm, preferably at most 80 nm.
  • a height of the islands is given here by the number of monolayers in an island.
  • the average height of the island is the number of monolayers of all islands averaged over the number of islands. So it is possible in particular that at least one of
  • Isles have a number of less than 50, preferably less than 100, or more than 200, preferably more than 160, monolayers.
  • a first boundary region between the semiconductor layer sequence and the layer stack and / or a second boundary region between the layer stack and the contact layer have a lower density of defects than an alternative boundary region between one
  • Semiconductor layer sequence and the contact layer may be a gradual adaptation of the crystal structure and / or the
  • FIG. 1 shows an exemplary embodiment of one here
  • FIG. 2 shows a method step of a
  • FIG. 3 shows an alternative optoelectronic
  • FIG. 4 shows an exemplary embodiment of one here
  • FIG. 5 shows an exemplary embodiment of one here
  • FIG. 6 shows the work function of materials used as a function of the energy band gap.
  • FIG. 7 shows X-ray diffraction spectra of one here
  • FIG. 8 shows a sketched EDX signal of an optoelectronic semiconductor component described here.
  • the semiconductor component comprises a semiconductor layer sequence 1, a layer stack 2 and a contact layer 3.
  • the semiconductor layer sequence 1 extends along a main extension plane. Perpendicular to the
  • Main extension plane runs the stacking direction z.
  • the semiconductor layer sequence 1 comprises, in the stacking direction, successively a first semiconductor layer 11, an active zone 12, a second semiconductor layer 13 and a heavily doped semiconductor layer 14.
  • first semiconductor layer 11 an active zone 12
  • second semiconductor layer 13 a heavily doped semiconductor layer 14.
  • Semiconductor layer 11 may be, for example, an n-type semiconductor layer.
  • Semiconductor layer 13 may be formed p-type.
  • the active zone 12 is intended for emission and / or detection of light.
  • An outer surface of the heavily doped Semiconductor layer 14 forms the cover surface 1 a of the semiconductor layer sequence 1.
  • the cover surface 1 a follows the active zone 12 of the semiconductor layer sequence 1 in FIG.
  • the heavily doped semiconductor layer 14 may be p-type
  • highly doped semiconductor layer 14 may for example have been activated in a process step with oxygen, in particular using an oxygen-containing gas. For example, this can be done after the
  • the temperature in the reactor chamber is lowered to about 615 ° C.
  • an oxygen-containing gas can in another
  • Process step the p-type material of the highly doped semiconductor layer are activated.
  • the layer stack 2 comprises a second intermediate layer 22, a first intermediate layer 21 and an oxide layer 20.
  • the second intermediate layer 22 is on the top surface la
  • Interlayer 22 may, for example, with
  • Indium gallium nitride may be formed.
  • the first intermediate layer 21 may be formed, for example, with indium gallium oxide.
  • the oxide layer 20 may be formed with or consist of indium oxide. An outer surface of the oxide layer 20 facing away from the semiconductor layer sequence 1 forms a
  • the contact layer 3 includes only the oxide layer 20. On the interface 2a, the contact layer 3
  • the contact layer 3 is formed, for example, with indium tin oxide. In particular, the contact layer 3 is transparent. An outer surface of the
  • Contact layer 3 forms a light passage surface 3a of the optoelectronic semiconductor component.
  • Layer stack 2 is a first boundary region 32 and arranged between the layer stack 2 and the contact layer 3, a second boundary region 33 is arranged.
  • Boundary region 32 and / or the second boundary region 33 have a lower defect density than an alternative boundary region 31 (not shown in FIG. 1), in which the
  • Contact layer 3 is applied directly to the top surface la, on.
  • a method step of a method described here for producing an optoelectronic semiconductor component is explained in more detail.
  • a nitride intermediate layer 202 is applied to the top surface 1a and a nitride layer 201 is applied to the nitride intermediate layer 202 in the stacking direction.
  • the nitride intermediate layer 202 and the nitride layer 201 contain a nitride.
  • the nitride intermediate layer 202 can with Indium gallium nitride may be formed.
  • the nitride layer 202 may be formed with indium nitride.
  • oxygen-containing gas 51 is provided.
  • Nitride layer 201 is only partially oxidized to the oxide layer 20. It is also possible that the nitride layer 201 is completely oxidized to the oxide layer 20.
  • the nitride intermediate layer 202 is only partially oxidized. In particular, a part of the
  • Nitride intermediate layer 202 are oxidized to the first intermediate layer 21, while another part of the
  • Nitride intermediate layer 202 is not oxidized and the second intermediate layer 22 forms.
  • FIG. 3 shows an alternative semiconductor component on the basis of a schematic sectional representation.
  • Alternative semiconductor device comprises a
  • Semiconductor layer sequence 1 which has the same structure as the semiconductor layer sequence 1 of the optoelectronic
  • the alternative boundary region 31 has a higher number of defects, Impurities and / or damage.
  • Contact layer 3 of the alternative semiconductor device may be made, for example, by a gentle deposition method, such as vapor deposition, to minimize damage within the alternative boundary region.
  • the contact layer 3 can be applied by means of sputtering.
  • a further exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component described here is explained in greater detail on the basis of the schematic sectional representation of FIG.
  • a region of the first semiconductor layer 11 is exposed in which a further top surface la x of the semiconductor layer sequence is formed.
  • another contact layer 3 ⁇ is applied.
  • Contact layer 3 ⁇ has the same structure, in particular the same crystal orientation, as the contact layer 3. In particular, it is possible for both the contact layer 3 and the further contact layer 3 ⁇ to have a (111)
  • the contact 4 may be formed with a metal such as platinum.
  • FIG. 5 shows a further exemplary embodiment of a semiconductor component described here as well as one described here
  • Semiconductor layer sequence 1 is the layer stack 2
  • the layer stack 2 is present with
  • the islands 200 are arranged on the top surface la spaced from each other. In particular, the islands 200 are not in lateral directions with each other
  • the islands 200 have a trapezoidal shape
  • the contact layer 3 is applied to the intermediate layer 2 a and the regions of the cover surface 1 a not covered by the layer stack 2 or the oxide layer 20.
  • the shape of the contact layer 3 follows the shape of the layer stack 2.
  • the radiation passage area 3a has a uniform distance from the underlying layers.
  • the contact layer 3 is a conformal layer and has in the context of
  • Energy band gap E B of Figure 6 is a mode of operation of the optoelectronic semiconductor device described here explained in more detail.
  • the second one is a mode of operation of the optoelectronic semiconductor device described here explained in more detail.
  • the second one is a mode of operation of the optoelectronic semiconductor device described here explained in more detail.
  • Semiconductor layer 14 formed with p-type gallium nitride, which has a work function of about 7.5 eV. For electrical contacting of highly doped
  • Semiconductor layer 14 and / or the second semiconductor layer 13 is desirable, a material which also has a high work function.
  • a material which also has a high work function for example, platinum (work function: 5.65 eV) or nickel are suitable for this purpose
  • Gallium indium oxide also has a high work function of 5.4 eV. However, unlike gallium indium oxide, indium tin oxide (work function: 4.7 to 4.8 eV) is well known as a material. Furthermore, gallium indium oxide has a higher work function of 5.4 eV. However, unlike gallium indium oxide, indium tin oxide (work function: 4.7 to 4.8 eV) is well known as a material. Furthermore, gallium indium oxide has a higher
  • the first maximum 701 corresponds to that contained in the nitride layer 201
  • the second maximum 703 corresponds to the gallium nitride contained in the semiconductor layer sequence 1.
  • the second maximum 702 corresponds to the indium oxide of the oxide layer 20 produced by the oxidation.
  • the first maximum 701 is no longer recognizable with indium nitride.
  • the indium nitride was oxidized to indium oxide.
  • the third maximum 703 has not changed within the scope of the measurement accuracy. The material of the semiconductor layer sequence 1 was thus not oxidized and / or changed by the oxidation.
  • the comparison spectrum 73 shows the X-ray diffraction spectrum of an alternative semiconductor device.
  • the Comparison spectrum 73 has only the third maximum 703 within the scope of the measurement accuracy.
  • a normalized EDX signal S is plotted as a function of the position in the stacking direction z.
  • an oxide component 81 rises.
  • a tin content 82 increases.
  • rising edges of the EDX signals of the oxide portion 81 and the tin portion 72 are offset in the stacking direction z
  • Semiconductor device can be detected.

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  • Led Devices (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben, aufweisend die folgenden Schritte: - Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1), aufweisend eine lichtemittierende und/oder - absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungseben der Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (1a), - Aufbringen eines Schichtenstapels (2) auf die Deckfläche (1a), wobei der Schichtenstapel (2) eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (2a) in der Stapelrichtung (z) nachgeordnete Zwischenfläche (2a) umfasst, - Aufbringen einer Kontaktschicht (3), die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche (2a), wobei - der Schichtenstapel (2) im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements sowie optoelektronisches
Halbleiterbauelement
Die Druckschrift US 2011/0284893 AI beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements sowie ein optoelektronisches
Halbleiterbauelement.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements mit einer verbesserten elektrischen Kontaktierung anzugeben. Ferner soll ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einer verbesserten elektrischen Kontaktierung angegeben werden .
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Halbleiterbauelements angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann dazu eingerichtet sein, im Betrieb Licht zu emittieren und/oder zu absorbieren. Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode, eine Fotodiode und/oder eine Halbleiterlaserdiode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Halbleiterschichtenfolge bereitgestellt. Die
Halbleiterschichtenfolge weist eine Haupterstreckungsebene auf, in der sie sich in lateralen Richtungen erstreckt.
Senkrecht zur Haupterstreckungsebene verläuft eine
Stapelrichtung der Halbleiterschichtenfolge. Entlang der Stapelrichtung weist die Halbleiterschichtenfolge eine Dicke auf, die klein ist gegen die maximale Erstreckung der
Halbleiterschichtenfolge in den lateralen Richtungen. Eine Hauptebene der Halbleiterschichtenfolge bildet eine
Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge.
Die Halbleiterschichtenfolge kann epitaktisch, insbesondere mittels metallorganischer Gasphasenepitaxie (MOVPE) , auf einen Aufwachsträger aufgewachsen sein. Hierbei ist es möglich, dass der Aufwachsträger in einem dem Aufwachsen nachfolgenden Verfahrensschritt von der
Halbleiterschichtenfolge wieder entfernt wird. Die
Halbleiterschichtenfolge kann eine Vielzahl von
Halbleiterschichten enthalten, die in der Stapelrichtung übereinander angeordnet sind. Jede der Halbleiterschichten kann sich entlang der Haupterstreckungsebene erstrecken. Die Halbleiterschichten können mit einem Halbleitermaterial gebildet sein. Insbesondere kann die Halbleiterschichtenfolge auf einem Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial basieren. „Auf Nitrid-Verbindungshalbleitern basierend" kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass die Halbleiterschichtenfolgen oder zumindest eine Halbleiterschicht davon, bevorzugt jede Halbleiterschicht der Halbleiterschichtenfolge, ein Nitrid- Ii I /V-Verbindungshalbleitermaterial , vorzugsweise AlyInxGai-x- yN umfasst, wobei 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x+y < 1. Dabei muss dieses Material nicht zwingend eine mathematisch exakte Zusammensetzung nach obiger Formel aufweisen. Vielmehr kann es einen oder mehrere Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen, die die charakteristischen
physikalischen Eigenschaften des AlyInxGai-x-yN-Materials im
Wesentlichen nicht ändern. Der Einfachheit halber beinhaltet obige Formel jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters (AI, Ga, In, N) , auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt sein können.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine lichtemittierende und/oder lichtabsorbierende aktive Zone. Die Deckfläche der
Halbleiterschichtenfolge ist der aktiven Zone in der
Stapelrichtung nachgeordnet. Insbesondere emittiert
beziehungsweise absorbiert die aktive Zone Licht im
sichtbaren und/oder ultravioletten Bereich des
elektromagnetischen Spektrums. Das emittierte Licht kann eine Wellenlänge, insbesondere eine Peak-Wellenlänge, von
wenigstens 200 nm und höchstens 540 nm, bevorzugt wenigstens 400 nm und höchstens 500 nm und besonders bevorzugt
wenigstens 430 nm und höchstens 470 nm, aufweisen.
Beispielsweise umfasst die Halbleiterschichtenfolge eine erste Halbleiterschicht, die aktive Zone, eine zweite
Halbleiterschicht und eine hochdotierte Halbleiterschicht. Die hochdotierte Halbleiterschicht kann beispielsweise p- dotiert sein. Die aktive Zone kann zwischen der ersten und der zweiten Halbleiterschicht angeordnet sein. Dabei kann die aktive Zone zum Beispiel als eine Schicht oder eine
Schichtenfolge vorliegen und mit einem Halbleitermaterial gebildet sein. Ferner kann die hochdotierte Halbleiterschicht in Stapelrichtung auf der zweiten Halbleiterschicht
angeordnet sein. Es ist insbesondere möglich, dass die zweite Halbleiterschicht und die hochdotierte Halbleiterschicht in direktem Kontakt zueinander stehen und insbesondere
elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Eine
Außenfläche der hochdotieren Halbleiterschicht kann die
Deckfläche bilden. Die hochdotierte Halbleiterschicht kann insbesondere mit Magnesium dotiert sein. Die Dotierstoff-Konzentration von Magnesium in der hochdotierten Halbleiterschicht kann
wenigstens 5*1019/cm3, bevorzugt wenigstens l, 0*1020/cm3 und besonders bevorzugt wenigstens 1 , 2*1020/cm3, und höchstens 9*1020/cm3, bevorzugt höchstens 5*1020/cm3 und besonders bevorzugt höchstens 2*1020/cm3, betragen. Die hochdotierte Halbleiterschicht kann beispielsweise mit einem
sauerstoffhaltigen Gas aktiviert werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Schichtenstapel auf die Deckfläche aufgebracht. Der
Schichtenstapel kann beispielsweise mittels epitaktischen Abscheidens und/oder Sputterns auf die Deckfläche aufgebracht werden. Der Schichtenstapel kann mehrere Schichten aufweisen, die in Stapelrichtung übereinander angeordnet sind und sich jeweils entlang der Haupterstreckungsebene erstrecken können.
Der Schichtenstapel weist eine Oxidschicht auf, die Indium enthält. Insbesondere kann die Oxidschicht Indiumoxid, bevorzugt Ιη2θ3, enthalten oder im Rahmen der
Herstellungstoleranzen daraus bestehen. Dass eine Schicht „im Rahmen der Herstellungstoleranzen" aus einem Material besteht bedeutet hierbei und im Folgenden, dass herstellungsbedingte Unreinheiten eines weiteren Materials in der besagten Schicht enthalten sein können.
Der Schichtenstapel weist ferner eine Zwischenfläche auf, die der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordnet ist. Bei der Zwischenfläche kann es sich um eine der
Halbleiterschichtenfolge abgewandte Außenfläche des
Schichtenstapels handeln. Insbesondere kann die Zwischenfläche durch eine Außenfläche der Oxidschicht
gebildet sein.
Der Schichtenstapel und insbesondere die Oxidschicht können lichtdurchlässig ausgebildet sein. Eine Schicht
beziehungsweise ein Schichtenstapel ist hierbei und im
Folgenden „lichtdurchlässig" ausgebildet, wenn besagte
Schicht beziehungsweise besagter Schichtenstapel für das im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements von der aktiven Zone emittierte beziehungsweise absorbierte Licht einen Transmissionskoeffizienten von wenigstens 80 %, bevorzugt wenigstens 90 % und besonders bevorzugt wenigstens 95 %, aufweist. Es ist ferner möglich, dass der Schichtenstapel elektrisch leitend ausgebildet ist. Insbesondere kann der
Schichtenstapel elektrisch leitend mit der
Halbleiterschichtenfolge verbunden sein. Beispielsweise steht der Schichtenstapel mit der hochdotierten Halbleiterschicht in direktem elektrischen Kontakt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf die Zwischenfläche eine Kontaktschicht aufgebracht. Die
Kontaktschicht ist mit Indiumzinnoxid (ITO) gebildet.
Insbesondere kann die Kontaktschicht im Rahmen der
Herstellungstoleranzen aus Indiumzinnoxid bestehen.
Beispielsweise ist die Kontaktschicht mit InaSni_aO, mit 0,75 < a ^ 0,99, bevorzugt a -S 0,98, gebildet. Das Aufbringen der Kontaktschicht kann insbesondere unter Verwendung einer plasmafreien Abscheidemethode, wie
beispielsweise MOVPE, erfolgen. Hierdurch kann sich eine monokristallin ausgebildete Kontaktschicht ergeben, die frei von Korngrenzen sein können. Im Gegensatz hierzu ist es möglich, dass eine beispielsweise mittels Sputtern
aufgebrachte Kontaktschicht stets Korngrenzen aufweist. Die Kontaktschicht kann lichtdurchlässig ausgebildet sein. Beispielsweise kann eine dem Schichtenstapel abgewandte
Außenfläche der Kontaktschicht eine Lichtdurchtrittsfläche des optoelektronischen Halbleiterbauelements bilden. Durch die Lichtdurchtrittsfläche kann Licht aus dem
optoelektronischen Halbleiterbauelement ausgekoppelt
beziehungsweise in dieses eingekoppelt werden.
Insbesondere ist die Kontaktschicht elektrisch leitend ausgebildet. Die Kontaktschicht kann der elektrischen
Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge dienen.
Insbesondere kann die Kontaktschicht anhand des
Schichtenstapels mit der Halbleiterschichtenfolge elektrisch leitend verbunden sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn. Dass eine Schicht beziehungsweise ein Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von einem Element und/oder einem Material ist, kann hierbei und im Folgenden bedeuten, dass lediglich Spuren des besagten Elements und/oder Materials aufgrund von herstellungsbedingten
Verunreinigungen in der Schicht beziehungsweise in dem
Schichtenstapel vorhanden sind. Eine Diffusion des Elements und/oder des Materials aus benachbarten Schichten in die Schicht beziehungsweise in den Schichtenstapel ist hierbei ebenfalls als herstellungsbedingte Verunreinigung anzusehen. Der Schichtenstapel enthält somit im Rahmen der
Herstellungstoleranzen kein Zinn, insbesondere kein Indiumzinnoxid. Insbesondere kann die Anzahl der Zinn-Atome in dem Schichtenstapel höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % und besonders bevorzugt höchstens 0,1 %, der Anzahl der Indium-Atome in dem Schichtenstapel betragen oder Zinn ist im Schichtenstapel nicht nachweisbar.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge, aufweisend eine lichtemittierende und/oder lichtabsorbierende aktive Zone und eine der aktiven Zone in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge
verlaufenden Stapelrichtung nachgeordnete Deckfläche,
- Aufbringen eines Schichtenstapels auf die Deckfläche, wobei der Schichtenstapel eine Oxidschicht, die Indium enthält, und eine der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordnete
Zwischenfläche umfasst,
- Aufbringen einer Kontaktschicht, die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche, wobei
- der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
Die Verfahrensschritte können in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden.
Bei dem hier beschriebenen Verfahren zur Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements soll ein direktes Aufbringen der Kontaktschicht auf die
Halbleiterschichtenfolge vermieden werden um die elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge zu verbessern. Hierfür wird zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Kontaktschicht der Schichtenstapel angeordnet. Mit dem Schichtenstapel kann ein direktes Angrenzen der
Kontaktschicht an die Halbleiterschichtenfolge vermieden werden und insbesondere die Deckfläche der
Halbleiterschichtenfolge bereits vor dem Abscheiden der
Kontaktschicht geschützt werden.
Bei einem alternativen Halbleiterbauelement, bei dem die Kontaktschicht, beispielsweise mittels Sputtern, direkt auf die Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge aufgebracht wird und somit kein Schichtenstapel vorhanden ist, kann es in einem alternativen Grenzbereich zwischen der Kontaktschicht und der Halbleiterschichtenfolge zu Rissen, Verunreinigungen und/oder Defekten in der Halbleiterschichtenfolge und/oder in der Kontaktschicht kommen. Hierdurch kann der elektrische Kontakt zwischen der Kontaktschicht und der
Halbleiterschichtenfolge bei dem alternativen
Halbleiterbauelement verschlechtert werden und dadurch insbesondere der Spannungsabfall an dem alternativen
Grenzbereich erhöht sein.
Durch das Einbringen des Schichtenstapels wird der
Spannungsabfall an dem Halbleiterbauelement im Vergleich zu dem alternativen Halbleiterbauelement um bis zu 100 mV reduziert. Hierbei hat sich überraschenderweise gezeigt, dass aufgrund des Schichtenstapels die Materialqualität,
beispielsweise die Qualität der Kristallstruktur und/oder die Unversehrtheit, in einem ersten Grenzbereich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Schichtenstapel und/oder in einem zweiten Grenzbereich zwischen dem Schichtenstapel und der Kontaktschicht verbessert werden kann. Insbesondere die Oxidschicht, die Indium enthält, kann hierbei zur
Verbesserung der Kristallqualität und/oder zum Schutz der Kristallstruktur der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge beitragen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Aufbringen der Oxidschicht zunächst eine Nitridschicht, die Indium enthält, bereitgestellt. Das Bereitstellen der Nitridschicht kann durch ein Wachstumsverfahren, wie
beispielsweise MOVPE, Molekularstrahlexpitaxie (MBE) oder Sputtern bereitgestellt werden.
Die Nitridschicht kann insbesondere mit Indiumnitrid, bevorzugt InN, gebildet sein oder daraus bestehen. Die
Nitridschicht kann lichtundurchlässig ausgebildet sein. Eine Schicht ist hierbei und im Folgenden „lichtundurchlässig" ausgebildet, wenn die Schicht für das im Betrieb des
optoelektronischen Halbleiterbauelements von der aktiven Zone emittierte beziehungsweise absorbierte Licht einen
Transmissionskoeffizienten von höchstens 60 %, bevorzugt höchstens 50 % und besonders bevorzugt höchstens 40 % aufweist. Insbesondere kann eine lichtundurchlässige Schicht eine Energiebandlücke, deren Größe unterhalb der Energie eines Photons des von der aktiven Zone emittierten und/oder absorbierten Lichts liegt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt eine zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht zu der
Oxidschicht in einem Oxidationsschritt. Der Oxidationsschritt kann in einem dem Abscheiden der Nitridschicht nachfolgenden Verfahrensschritt erfolgen. Beispielsweise kann der
Oxidationsschritt direkt nach dem Abscheiden durchgeführt werden. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass der Oxidationsschritt bereits während des Abscheidens
durchgeführt wird. Für die Oxidation kann ein sauerstoffhaltiges Gas in eine Reaktionskammer, in der zumindest der Oxidationsschritt durchgeführt wird, eingelassen werden. Bei der Oxidation der Nitridschicht wird der in der Nitridschicht enthaltene
Stickstoff durch Sauerstoff ersetzt.
Nach dem Oxidationsschritt kann der Schichtenstapel lediglich bereichsweise Stickstoff enthalten. Alternativ oder
zusätzlich kann der Schichtenstapel nach der Oxidation lichtdurchlässig ausgebildet sein. Es ist ferner möglich, dass die Nitridschicht in dem Oxidationsschritt vollständig zu der Oxidschicht oxidiert werden. Insbesondere kann die Oxidschicht nach dem Oxidationsschritt im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Stickstoff sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst das Aufbringen der Oxidschicht die folgenden Schritte:
- Bereitstellen einer Nitridschicht, die Indium enthält und
- zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht zu der Oxidschicht in einem Oxidationsschritt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Bereitstellen der Nitridschicht mittels epitaktischen Abscheidens. Insbesondere kann die Nitridschicht epitaktisch auf in vorangegangenen Verfahrensschritten bereitgestellte Schichten des herzustellenden Halbleiterbauelements
aufgewachsen werden.
Im Gegensatz zu einem direkten Abscheiden der Oxidschicht ist zum Abscheiden der Nitridschicht die Bereitstellung von
Sauerstoff nicht nötig. Der zur Oxidation benötigte
Sauerstoff kann lediglich in dem Oxidationsschritt
bereitgestellt werden. Dies kann auch außerhalb einer Kammer für das epitaktische Aufwachsen erfolgen. Der
Oxidationsschritt kann insbesondere aufgrund einer möglichen Lichtundurchlässigkeit der Nitridschicht erforderlich sein. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Oxidationsschritt nach dem Aufbringen der Kontaktschicht durchgeführt. Es wird somit zunächst die Kontaktschicht auf die Zwischenfläche des Schichtenstapels abgeschieden und anschließend der Oxidationsschritt durchgeführt. Die
Oxidation der Nitridschicht erfolgt dann durch die
Kontaktschicht hindurch. Hierbei ist es möglich, dass die Kontaktschicht ebenfalls teilweise oxidiert wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest der Oxidationsschritt in einer Reaktionskammer durchgeführt. Es ist möglich, dass weitere Verfahrensschritte in der Reaktionskammer durchgeführt werden. Bei der
Reaktionskammer kann es sich insbesondere um die für das epitaktische Abscheiden mittels MOVPE verwendete Kammer handeln.
Während des Oxidationsschritts beträgt eine
Reaktionstemperatur in der Reaktionskammer wenigstens 460 °C, bevorzugt wenigstens 480 °C und besonders bevorzugt
wenigstens 500 °C. Ferner beträgt die Reaktionstemperatur höchstens 720 °C, bevorzugt höchstens 700 °C und besonders bevorzugt höchstens 650 °C. Die Nitridschicht wird somit getempert. Es ist ferner möglich, dass während des
Oxidationsschritts sauerstoffhaltiges Gas, insbesondere sauerstoffhaltiges Gas, in die Reaktionskammer eingeleitet wird. Durch das Bereitstellen von Sauerstoff und das
gleichzeitige Einstellen der Reaktionstemperatur wird die Oxidation der Nitridschicht ermöglicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Oxidschicht mittels epitaktischen
Abscheidens von Indiumoxid. Insbesondere wird die Oxidschicht epitaktisch, beispielsweise mittels MOVPE, auf in
vorangegangenen Verfahrensschritten bereitgestellte Schichten des herzustellenden Halbleiterbauelements aufgewachsen.
Hierbei ist es insbesondere möglich, dass das Verfahren keinen separaten Oxidationsschritt für die Oxidation einer Nitridschicht umfasst.
Beispielsweise kann zunächst die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch auf den Aufwachsträger aufgewachsen werden.
Beispielsweise ist die Halbleiterschichtenfolge mit InnGai-nN gebildet. Durch eine allmähliche Reduktion des Galliums und/oder des Stickstoffs und einer Erhöhung des
Sauerstoffanteils in der Reaktionskammer kann zu dem
epitaktischen Aufwachsen von Indiumoxid oder gegebenenfalls Indiumnitrid gewechselt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht unter
dreidimensionalen Wachstumsbedingungen. Ferner kann das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter
dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgen. Es ist zudem möglich, dass der gesamte Schichtenstapel unter
dreidimensionalen Wachstumsbedingungen epitaktisch
abgeschieden wird. Ein dreidimensionales Wachstums kann mit dem Volmer-Weber- Wachstumsmodell oder mit dem Stranski-Krastanov- Wachstumsmodell beschrieben werden. Für ein dreidimensionales Wachstum sind insbesondere spezielle Wachstumsbedingungen, wie beispielsweise eine Reduktion der Reaktortemperatur, die Erhöhung des Reaktordrucks und/oder die Reduktion des V/III- Verhältnisses , erforderlich. Bei einem dreidimensionalen Wachstum kann die Wachstumsrate entlang der Stapelrichtung im Vergleich zu der Wachstumsrate entlang zumindest einer der lateralen Richtungen erhöht sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist die Nitridschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln auf. Es ist alternativ möglich, dass das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter
dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht mehrlagige, untereinander nicht verbundene Inseln aufweist. Insbesondere sind die Inseln in lateralen Richtungen nicht miteinander verbunden. Mit anderen Worten, die Nitridschicht und/oder die Oxidschicht ist nicht
zusammenhängend ausgebildet. Insbesondere kann die
Zwischenfläche unzusammenhängend ausgebildet sein.
Beispielsweise weisen die Inseln einen trapezförmigen
und/oder dreieckigen Querschnitt entlang der Stapelrichtung auf. Die Inseln können pyramidenartig und/oder
pyramidenstumpfartig ausgebildet sein. „Mehrlagig" bedeutet hierbei und im Folgenden, dass die Inseln mehrere,
übereinander gewachsene Monolagen enthalten. Unter einer „Monolage" ist hierbei und im Folgenden eine durchgängige Schicht von Atomen bzw. Molekülen zu verstehen, wobei die Schichthöhe nur ein Atom bzw. Molekül beträgt. Insbesondere liegen in einer Monolage keine gleichen Atome bzw. Moleküle übereinander .
Durch das epitaktische Abscheiden unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen kann sich insbesondere eine
unvollständige Überdeckung der Deckfläche durch die Nitridschicht und damit durch die Oxidschicht ergeben. Mit anderen Worten, die Deckfläche ist in den Bereichen zwischen den Inseln der Oxidschicht frei von der Nitridschicht.
Beispielsweise können die Oxidschicht oder gegebenenfalls die Nitridschicht direkt auf der Deckfläche aufgewachsen werden. In diesem Fall kann die Deckfläche direkt nach dem Aufwachsen der Oxidschicht oder der Nitridschicht in den Bereichen zwischen den Inseln der Oxidschicht beziehungsweise der
Nitridschicht frei zugänglich sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht unter
dreidimensionalen Wachstumsbedingungen derart, dass die
Nitridschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln aufweist.
Es ist ferner möglich, dass das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht eine Vielzahl
mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen
Wachstumsbedingungen. Insbesondere erfolgt das epitaktische Abscheiden der Oxidschicht oder der Nitridschicht unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen. Es ist zudem möglich, dass der gesamte Schichtenstapel unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen epitaktisch abgeschieden wird. Bei einem zweidimensionalen Wachstum werden die Atomlagen der Oxidschicht Monolage für Monolage aufgewachsen.
Beispielsweise umfasst die zweidimensional aufgewachsene Oxidschicht und/oder die Nitridschicht in Stapelrichtung wenigstens eine und höchstens drei, bevorzugt höchstens zwei, Monolagen. Ein zweidimensionales Wachstum kann beispielsweise mit einem Frank-van-der-Merve-Wachstumsmodell oder mit dem Stranski-Krastanov-Wachstumsmodell beschrieben werden. Bei einem zweidimensionalen Wachstum kann die Wachstumsrate entlang zumindest einer der lateralen Richtungen höher oder genauso hoch wie die Wachstumsrate entlang der Stapelrichtung sein .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Oxidschicht zusammenhängend ausgebildet. Mit anderen Worten, die Oxidschicht ist einstückig ausgebildet. Insbesondere kann die Zwischenfläche einfach zusammenhängend ausgebildet sein. Insbesondere kann die Oxidschicht die Deckfläche vollständig überdecken. Mit anderen Worten, nach dem Abscheiden der
Nitridschicht oder der Oxidschicht ist die Deckfläche nicht mehr frei zugänglich. Ferner ist es möglich, dass der gesamte Schichtenstapel zusammenhängend ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen
Wachstumsbedingungen derart, dass die Oxidschicht
zusammenhängend ausgebildet ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens umfasst der Schichtenstapel eine erste Zwischenschicht. Die erste Zwischenschicht ist mit Indiumgalliumoxid, bevorzugt InGa03, gebildet. Die erste Zwischenschicht kann im Rahmen der
Herstellungstoleranzen aus Indiumgalliumoxid bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird für das Aufbringen der ersten Zwischenschicht zunächst eine
Nitridzwischenschicht, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist, epitaktisch abgeschieden. Beispielsweise kann die
Nitridzwischenschicht epitaktisch direkt auf die Deckfläche abgeschieden werden. Insbesondere erfolgt das Abscheiden der Nitridzwischenschicht vor dem Abscheiden der Nitridschicht. Die Nitridzwischenschicht kann somit in Stapelrichtung vor der Nitridschicht angeordnet sein. Anschließend erfolgt eine zumindest teilweise Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht in dem Oxidationsschritt .
Insbesondere erfolgt die Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht in demselben Verfahrensschritt wie die Oxidation der Nitridschicht zu der Oxidschicht. Nach dem Oxidationsschritt ist die erste Zwischenschicht zwischen der Halbleiterschichtenfolge und der Oxidschicht angeordnet. Insbesondere kann die erste Zwischenschicht direkt an die Oxidschicht angrenzen.
Alternativ kann die erste Zwischenschicht mittels
epitaktischen Abscheidens von Indiumgalliumoxid, insbesondere auf die Deckfläche, bereitgestellt werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das Aufbringen der Kontaktschicht auf die Zwischenfläche unter Wachstumsbedingungen, bei denen sich im Fall eines direkten Aufbringens auf die Deckfläche eine (100)- Orientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht ergeben würde und wobei die Kristallstruktur der Kontaktschicht eine ( 111 ) -Kristallorientierung aufweist. Die Zahlen in den
Klammern geben hierbei die Miller-Indizes der Gitterebene, welche der Deckfläche am nächsten ist, an. Bei einer (100)- Kristallorientierung liegen die Außenflächen des Kristalls parallel zu einer der Würfelflächen der Elementarzelle. Bei einer ( 111 ) -Kristallorientierung liegen die Außenflächen des Kristalls diagonal zu seinen Elementarzellen. Hierbei wurde überraschenderweise festgestellt, dass sich trotz der Wahl für Wachstumsbedingungen für eine ( 100 ) -Kristallorientierung eine ( 111 ) -Kristallorientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht ausbildet. Eine solche (111)- Kristallorientierung zeichnet sich beispielsweise durch einen besonders guten elektrischen Kontakt zu den darunterliegenden Schichten aus.
Bei einem alternativen Halbleiterbauelement, bei dem die Kontaktschicht direkt auf die Deckfläche aufgebracht wird, werden Wachstumsbedingungen für ( 100 ) -Kristallorientierung der Kontaktschicht gewählt, da sich hierbei eine bessere Verbindung und/oder eine bessere Kristallqualität des
Grenzbereichs zwischen der Kontaktschicht und der Deckfläche ergeben.
Es wird ferner ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist vorzugsweise mittels eines der hier beschriebenen Verfahren herstellbar. Das heißt, sämtliche für das Verfahren
offenbarte Merkmale sind auch für das Halbleiterbauelement offenbart und umgekehrt.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst dieses eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer lichtemittierenden
und/oder lichtabsorbierenden aktiven Zone und mit einer Deckfläche, die der aktiven Zone in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge
verlaufenden Stapelrichtung nachgeordnet ist. Ferner umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement einen auf der Deckfläche aufgebrachten Schichtenstapel mit einer
Oxidschicht, die Indium enthält, und einer der Deckfläche in der Stapelrichtung nachgeordneten Zwischenfläche. Das
optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst zudem eine auf der Zwischenfläche aufgebrachte Kontaktschicht, die mit
Indiumzinnoxid gebildet ist. Der Schichtenstapel ist im
Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn.
Dass der Schichtenstapel im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist, kann beispielsweise mittels einer EDX- Analyse (EDX = Energiedispersive Röntgenspektroskopie) am fertiggestellten Halbleiterbauelement überprüft werden.
Mittels einer EDX-Analyse kann insbesondere die
ElementZusammensetzung der einzelnen Schichten des
optoelektronischen Halbleiterbauelements untersucht werden. Insbesondere kann mit einer EDX-Analyse eine EDX-Spektrum der chemischen Elemente in dem Halbleiterbauelement als Funktion der Position der untersuchten Schicht entlang der
Stapelrichtung bereitgestellt werden. Beispielsweise steigt ausgehend von der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge in Stapelrichtung zunächst der Sauerstoff-Anteil in dem EDX- Spektrum an. Ab der Zwischenfläche kann beispielsweise der Zinn-Anteil des EDX-Spektrums ansteigen.
Beispielsweise kann die Oxidschicht durch eine zumindest teilweise Oxidation einer Nitridschicht hergestellt worden sein. Eine solche Oxidation ist beispielsweise durch ein
Vorhandensein von Stickstoff in der Oxidschicht nachweisbar. Es ist alternativ möglich, dass die Oxidschicht durch
epitaktisches Abscheiden von Indiumoxid hergestellt worden ist. Bei einem epitaktischen Abscheiden der Oxidschicht ergibt sich eine kontinuierliche Änderung der
Kristallstruktur und/oder der chemischen Zusammensetzung der einzelnen Schichten in Stapelrichtung, insbesondere über mehrere Monolagen hinweg. Zwischen den nacheinander aufgewachsenen einzelnen Schichten, insbesondere zwischen der gegebenenfalls vorhandenen ersten Zwischenschicht und der Oxidschicht, bildet sich ein Übergangsbereich aus, in dem sich die Zusammensetzung des Kristalls ändert. Der
Übergangsbereich kann in der Stapelrichtung eine Dicke von ein bis zwei Monolagen aufweisen. Anhand des Vorhandenseins eines solchen Übergangsbereichs kann die Verwendung einer epitaktischen Abscheidemethode an dem fertiggestellten
Halbleiterbauelement nachgewiesen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oxidschicht im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Gallium. Mit anderen Worten, die Oxidschicht besteht nicht aus Indiumgalliumoxid. Hierbei können herstellungsbedingte Unreinheiten von Gallium in der
Oxidschicht vorhanden sein. Beispielsweise beträgt die Anzahl der Gallium-Atome in der Oxidschicht höchstens 1 %, bevorzugt höchstens 0,5 % und besonders bevorzugt höchstens 0,1 %, der Anzahl der Indium-Atome in der Oxidschicht. Dass die
Oxidschicht im Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Gallium ist, kann ebenfalls mit einer EDX-Analyse
nachgewiesen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Schichtenstapel eine erste
Zwischenschicht auf, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist. Die erste Zwischenschicht ist zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und der Oxidschicht angeordnet. Die erste Zwischenschicht grenzt direkt an die Oxidschicht an. Ferner kann die erste Zwischenschicht direkt an die
Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge angrenzen. Alternativ kann zwischen der ersten Zwischenschicht und der Halbleiterschichtenfolge eine zweite Zwischenschicht
angeordnet sein.
Beispielsweise kann die erste Zwischenschicht durch eine zumindest teilweise Oxidation einer Nitridzwischenschicht hergestellt worden sein. Eine solche Oxidation ist
beispielsweise durch ein Vorhandensein von Stickstoff in der ersten Zwischenschicht nachweisbar. Es ist alternativ
möglich, dass die erste Zwischenschicht durch epitaktisches Abscheiden von Indiumgalliumoxid, beispielsweise auf die Deckfläche, hergestellt worden ist. Insbesondere kann das epitaktische Wachstum der Halbleiterschichten der
Halbleiterschichtenfolge kontinuierlich in das epitaktische Wachstum der ersten Zwischenschicht übergehen indem der bei der dem Wachstum der Halbleiterschichtenfolge verwendete Stickstoff kontinuierlich durch Sauerstoff ersetzt wird.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst der Schichtenstapel eine zweite Zwischenschicht. Die zweite Zwischenschicht ist mit
Indiumgalliumnitrid gebildet. Die zweite Zwischenschicht kann im Rahmen der Herstellungstoleranzen aus Indiumgalliumnitrid bestehen. Die zweite Zwischenschicht ist zwischen der
Halbleiterschichtenfolge und der ersten Zwischenschicht angeordnet. Ferner grenzt die zweite Zwischenschicht direkt an die Deckfläche an. Die zweite Zwischenschicht ist im
Rahmen der Herstellungstoleranzen frei von Sauerstoff.
Es ist insbesondere möglich, dass der Schichtenstapel ausschließlich aus der ersten Zwischenschicht, der zweiten Zwischenschicht und der Oxidschicht besteht. Insbesondere kann der Schichtenstapel in Stapelrichtung zunächst die zweite Zwischenschicht, anschließend die erste
Zwischenschicht und darauffolgend die Oxidschicht umfassen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist der Schichtenstapel Indiumnitrid auf. An einem solchen Aufweisen von Indiumnitrid kann ein Herstellungsverfahren für die Oxidschicht an dem
fertiggestellten Halbleiterbauelement nachgewiesen werden. So ist es insbesondere möglich, dass die Oxidschicht durch
Abscheiden einer Nitridschicht und anschließendes Oxidieren der Nitridschicht in dem Oxidationsschritt hergestellt wurde. Bei einer nicht vollständigen Oxidation der Nitridschicht bleiben Reste von Indiumnitrid in dem Schichtenstapel
vorhanden. Diese Reste können beispielsweise mit einer EDX- Analyse, mittels Röntgenbeugung (Englisch: x-ray diffraction, XRD) und/oder mittels Spektroskopie nachgewiesen werden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Kristallstruktur der
Kontaktschicht eine ( 111 ) -Kristallorientierung auf. Die
Kristallstruktur der Kontaktschicht kann beispielsweise mit röntgenografischen Methoden und/oder
elektronenmikroskopischen Beugungsverfahren bestimmt werden. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Oxidschicht eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln auf. Mit anderen Worten, die Oxidschicht ist mittels eines
dreidimensionalen Wachstums gewachsen worden. Eine Ausdehnung der Inseln in lateralen Richtungen kann insbesondere
höchstens die Wellenlänge des von der aktiven Zone
emittierten und/oder absorbierten Lichts betragen.
Beispielsweise dienen die Inseln als Auskopplungsstrukturen des von der aktiven Zone in Richtung der Oxidschicht
emittierten Lichts. Alternativ oder zusätzlich können die Inseln als Einkopplungsstrukturen des aus Richtung der
Oxidschicht einfallenden und von der aktiven Zone
absorbierten Lichts dienen. Auskopplungs- beziehungsweise Einkopplungsstrukturen können hierbei und im Folgenden
Strukturen sein, die die Transmission des emittierten
und/oder absorbierten Lichts an der Grenzfläche zwischen den Inseln und den in Stapelrichtung an die Inseln direkt
angrenzenden Schichten verbessern. Insbesondere können die Inseln hierfür in den lateralen Richtungen eine mittlere Ausdehnung aufweisen, die in maximal der Wellenlänge des Lichts entspricht. Mit anderen Worten, die Reflexion von auf die besagte Grenzfläche treffenden Lichts wird reduziert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die Oxidschicht zusammenhängend ausgebildet. Mit anderen Worten, die Oxidschicht weist keine Löcher und/oder Ausnehmungen auf. Insbesondere ist die
Oxidschicht einstückig ausgebildet. Eine zusammenhängend ausgebildete Oxidschicht kann unter zweidimensionalen
Wachstumsbedingungen aufgewachsen worden sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt eine mittlere Dicke der
Oxidschicht entlang der Stapelrichtung wenigstens 0,5 und höchstens drei Monolagen. Die mittlere Dicke der Oxidschicht ist hierbei die mathematisch gemittelte Dicke. So ist es insbesondere möglich, dass die Oxidschicht Bereiche aufweist, an denen die Oxidschicht lokal eine Dicke, die mehr als drei Monolagen oder weniger als 0,5 Monolagen beträgt, aufweist. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements beträgt eine mittlere Höhe der Inseln entlang der Stapelrichtung wenigstens 50, bevorzugt
wenigstens 100, und höchstens 200, bevorzugt höchstens 160, Monolagen. Insbesondere kann die mittlere Höhe der Inseln wenigstens 25 nm, bevorzugt wenigstens 50 nm, und höchstens 100 nm, bevorzugt höchstens 80 nm, betragen. Eine Höhe der Inseln ist hierbei durch die Anzahl der Monolagen in einer Insel gegeben. Die mittlere Höhe der Insel ist die Anzahl der Monolagen aller Inseln gemittelt über die Anzahl der Inseln. So ist es insbesondere möglich, dass zumindest eine der
Inseln eine Anzahl von weniger als 50, bevorzugt weniger als 100, beziehungsweise mehr als 200, bevorzugt mehr als 160, Monolagen aufweist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weisen ein erster Grenzbereich zwischen der Halbleiterschichtenfolge und dem Schichtenstapel und/oder ein zweiter Grenzbereich zwischen dem Schichtenstapel und der Kontaktschicht eine geringere Dichte an Defekten auf als ein alternativer Grenzbereich zwischen einer
Halbleiterschichtenfolge und einer Kontaktschicht eines alternativen Halbleiterbauelements, bei dem die
Kontaktschicht direkt auf die Halbleiterschichtenfolge aufgebracht ist. Insbesondere kann der alternative
Grenzbereich eine höhere Anzahl an Verunreinigungen, Defekten und/oder Schädigungen als der erste und/oder der zweite
Grenzbereich aufweisen. Bei dem alternativen Grenzbereich wird durch das Abscheiden der Kontaktschicht auf die Halbleiterschichtenfolge eine Beschädigung der Deckfläche der Halbleiterschichtenfolge hervorgerufen. Insbesondere sind die Kontaktschicht und die Halbleiterschichtenfolge mit äußerst unterschiedliche
Materialien gebildet, wodurch sich herstellungsbedingt
Verunreinigungen und/oder Defekte ausbilden. Durch das
Einbringen des Schichtenstapels zwischen die
Halbleiterschichtenfolge und die Kontaktschicht kann eine allmähliche Anpassung der Kristallstruktur und/oder der
Materialien erfolgen.
Im Folgenden werden das hier beschriebene Verfahren sowie das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen
Figuren näher erläutert.
Die Figur 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die Figur 2 zeigt einen Verfahrensschritt eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Figur 3 zeigt ein alternatives optoelektronisches
Halbleiterbauelement .
Die Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die Figur 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements sowie eines hier beschriebenen Verfahrens. Die Figur 6 zeigt die Austrittsarbeit verwendeter Materialien als Funktion der Energiebandlücke. Die Figur 7 zeigt Röntgenbeugungs-Spektren eines hier
beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Die Figur 8 zeigt ein skizziertes EDX-Signal eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Gleiche, gleichartige oder gleich wirkende 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 zur besseren Darstellbarkeit und/oder zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Anhand der schematischen Schnittansicht der Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen
optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Das Halbleiterbauelement umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1, einen Schichtenstapel 2 sowie eine Kontaktschicht 3.
Die Halbleiterschichtenfolge 1 erstreckt sich entlang einer Haupterstreckungsebene . Senkrecht zu der
Haupterstreckungsebene verläuft die Stapelrichtung z. Die Halbleiterschichtenfolge 1 umfasst in Stapelrichtung aufeinanderfolgend eine erste Halbleiterschicht 11, eine aktive Zone 12, eine zweite Halbleiterschicht 13 und eine hochdotierte Halbleiterschicht 14. Bei der ersten
Halbleiterschicht 11 kann es sich beispielsweise um eine n- leitende Halbleiterschicht handeln. Die zweite
Halbleiterschicht 13 kann p-leitend ausgebildet sein. Die aktive Zone 12 ist zur Emission und/oder Detektion von Licht vorgesehen. Eine Außenfläche der hochdotierten Halbleiterschicht 14 bildet die Deckfläche la der Halbleiterschichtenfolge 1. Die Deckfläche la folgt der aktiven Zone 12 der Halbleiterschichtenfolge 1 in der
Stapelrichtung z nach.
Die hochdotierte Halbleiterschicht 14 kann p-leitend
ausgebildet sein und mit Magnesium dotiert sein. Die
hochdotierte Halbleiterschicht 14 kann beispielsweise in einem Verfahrensschritt mit Sauerstoff, insbesondere unter Verwendung eines sauerstoffhaltigen Gases, aktiviert worden sein. Hierfür kann beispielsweise im Anschluss an das
epitaktische Abscheiden der hochdotierten Halbleiterschicht 14 in der Reaktorkammer die Temperatur in der Reaktorkammer auf circa 615°C abgesenkt werden. Unter der Zugabe eines sauerstoffhaltigen Gases kann in einem weiteren
Prozessschritt das p-leitende Material der hochdotierten Halbleiterschicht aktiviert werden.
Auf die Deckfläche la ist der Schichtenstapel 2 aufgebracht. Der Schichtenstapel 2 umfasst eine zweite Zwischenschicht 22, eine erste Zwischenschicht 21 und eine Oxidschicht 20. Die zweite Zwischenschicht 22 ist auf der Deckfläche la der
Halbleiterschichtenfolge 1 aufgebracht. Die zweite
Zwischenschicht 22 kann beispielsweise mit
Indiumgalliumnitrid gebildet sein. Die erste Zwischenschicht 21 kann beispielsweise mit Indiumgalliumoxid gebildet sein. Ferner kann die Oxidschicht 20 mit Indiumoxid gebildet sein oder daraus bestehen. Eine der Halbleiterschichtenfolge 1 abgewandte Außenfläche der Oxidschicht 20 bildet eine
Zwischenfläche 2a des Schichtenstapels 2.
Anders als in der Figur 1 gezeigt ist es möglich, dass keine zweite Zwischenschicht 22 vorhanden ist und die erste Zwischenschicht 21 direkt auf die Deckfläche la aufgebracht ist. Zudem ist es möglich, dass der Schichtenstapel 2
ausschließlich die Oxidschicht 20 umfasst. Auf der Zwischenfläche 2a ist die Kontaktschicht 3
aufgebracht. Die Kontaktschicht 3 ist beispielsweise mit Indiumzinnoxid gebildet. Insbesondere ist die Kontaktschicht 3 lichtdurchlässig ausgebildet. Eine Außenfläche der
Kontaktschicht 3 bildet eine Lichtdurchtrittsfläche 3a des optoelektronischen Halbleiterbauelements.
Zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und dem
Schichtenstapel 2 ist ein erster Grenzbereich 32 und zwischen dem Schichtenstapel 2 angeordnet und der Kontaktschicht 3 ist ein zweiter Grenzbereich 33 angeordnet. Der erste
Grenzbereich 32 und/oder der zweite Grenzbereich 33 weisen eine geringere Defektdichte als ein alternativer Grenzbereich 31 (in der Figur 1 nicht gezeigt ) , bei dem die
Kontaktschicht 3 direkt auf die Deckfläche la aufgebracht ist, auf.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 2 ist ein Verfahrensschritt eines hier beschriebenen Verfahrens zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. In dem gezeigten Verfahrensschritt ist auf die Deckfläche la eine Nitridzwischenschicht 202 aufgebracht und auf die Nitridzwischenschicht 202 in Stapelrichtung folgend eine Nitridschicht 201 aufgebracht. Es ist jedoch alternativ auch möglich - anders als in Figur 2 gezeigt - dass keine Nitridzwischenschicht 202 vorhanden ist.
Die Nitridzwischenschicht 202 und die Nitridschicht 201 enthalten ein Nitrid. Die Nitridzwischenschicht 202 kann mit Indiumgalliumnitrid gebildet sein. Die Nitridschicht 202 kann mit Indiumnitrid gebildet sein.
Im dargestellten Verfahrensschritt wird sauerstoffhaltiges Gas 51 bereitgestellt. Mittels des sauerstoffhaltigen Gases 51 erfolgt eine Oxidation der Nitridschicht 201 zu der
Oxidschicht 20. Hierbei ist es möglich, dass die
Nitridschicht 201 lediglich teilweise zu der Oxidschicht 20 oxidiert wird. Es ist ferner möglich, dass die Nitridschicht 201 vollständig zu der Oxidschicht 20 oxidiert wird.
Zudem kann eine Oxidation der Nitridzwischenschicht 202 zu der ersten Zwischenschicht 21 erfolgen. Es ist ferner
möglich, dass die Nitridzwischenschicht 202 nur teilweise oxidiert wird. Insbesondere kann ein Teil von der
Nitridzwischenschicht 202 zu der ersten Zwischenschicht 21 oxidiert werden, während ein weiterer Teil der
Nitridzwischenschicht 202 nicht oxidiert wird und die zweite Zwischenschicht 22 bildet.
Die Figur 3 zeigt ein alternatives Halbleiterbauelement anhand einer schematischen Schnittdarstellung. Das
alternative Halbleiterbauelement umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge 1, die den gleichen Aufbau wie die Halbleiterschichtenfolge 1 des optoelektronischen
Halbleiterbauelements der Figur 1 aufweist. Auf die
Deckfläche la der Halbleiterschichtenfolge 1 ist die
Kontaktschicht 3 aufgebracht. Hierdurch ergibt sich ein alternativer Grenzbereich 31 zwischen der
Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3. Aufgrund des Fehlens des Schichtenstapels 2 zwischen der
Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3 weist der alternative Grenzbereich 31 eine höhere Anzahl von Defekten, Verunreinigungen und/oder Schädigungen auf. Die
Kontaktschicht 3 des alternativen Halbleiterbauelements kann beispielsweise mittels einem schonenden Abscheideverfahren, wie beispielsweise Aufdampfen, erfolgen, um die Schädigungen innerhalb des alternativen Grenzbereichs zu minimieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Kontaktschicht 3 mittels Sputtern aufgebracht werden.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Im Gegensatz zu dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 ist ein Bereich der ersten Halbleiterschicht 11 freigelegt, in dem eine weitere Deckfläche lax der Halbleiterschichtenfolge ausgebildet ist. Auf der weiteren Deckfläche lax ist eine weitere Kontaktschicht 3λ aufgebracht. Die weitere
Kontaktschicht 3 λ weist denselben Aufbau, insbesondere dieselbe Kristallorientierung, wie die Kontaktschicht 3 auf. Es ist insbesondere möglich, dass sowohl die Kontaktschicht 3 als auch die weitere Kontaktschicht 3λ eine (111)-
Kristallorientierung der Kristallstruktur aufweisen. Auf der weiteren Kontaktschicht 3 λ ist eine Kontaktierung 4
angeordnet, die mit der weiteren Kontaktschicht 3λ in
direktem Kontakt steht. Die Kontaktierung 4 kann mit einem Metall, wie beispielsweise Platin, gebildet sein.
Anhand der schematischen Schnittdarstellung der Figur 5 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen Halbleiterbauelements sowie eines hier beschriebenen
Verfahrens näher erläutert. Auf der Deckfläche la der
Halbleiterschichtenfolge 1 ist der Schichtenstapel 2
aufgebracht. Der Schichtenstapel 2 ist vorliegend mit
dreidimensionale Wachstumsbedingungen gewachsen worden. Hierdurch ergibt sich eine Aufteilung des Schichtenstapels 2 in Inseln 200. Die Inseln 200 sind auf der Deckfläche la voneinander beabstandet angeordnet. Insbesondere sind die Inseln 200 in lateralen Richtungen miteinander nicht
verbunden. Die Inseln 200 weisen einen trapezförmigen
und/oder dreiecksförmigen Querschnitt auf.
Auf die Zwischenschicht 2a und die von dem Schichtenstapel 2 beziehungsweise der Oxidschicht 20 nicht bedeckten Bereiche der Deckfläche la ist die Kontaktschicht 3 aufgebracht. Die
Form der Kontaktschicht 3 folgt der Form des Schichtenstapels 2. Insbesondere weist die Strahlungsdurchtrittsfläche 3a jeweils einen gleichmäßigen Abstand zu den darunterliegenden Schichten auf. Mit anderen Worten, die Kontaktschicht 3 ist eine konforme Schicht und weist im Rahmen der
Herstellungstoleranzen eine gleichmäßige Dicke auf.
Anhand der Austrittsarbeit W als Funktion der
Energiebandlücke EB der Figur 6 ist eine Funktionsweise des hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements näher erläutert. Beispielsweise ist die zweite
Halbleiterschicht 13 und/oder die hochdotierte
Halbleiterschicht 14 mit p-leitendem Galliumnitrid, das eine Austrittsarbeit von etwa 7,5 eV aufweist, gebildet. Zur elektrischen Kontaktierung der hochdotierten
Halbleiterschicht 14 und/oder der zweiten Halbleiterschicht 13 ist ein Material wünschenswert, das ebenfalls eine hohe Austrittsarbeit aufweist. Beispielsweise eignen sich hierfür Platin (Austrittsarbeit: 5,65 eV) oder Nickel
(Austrittsarbeit: 5,15 eV) auf. Platin und Nickel sind jedoch lichtundurchlässig und eignen sich somit nicht als
Vorderseitenkontakt eines Halbleiterbauelements.
Galliumindiumoxid weist ebenfalls eine hohe Austrittsarbeit von 5,4 eV auf. Im Gegensatz zu Galliumindiumoxid ist jedoch Indiumzinnoxid (Austrittsarbeit: 4,7 bis 4,8 eV) als Material gut bekannt. Ferner weist Galliumindiumoxid eine höhere
Absorption des in der aktiven Zone erzeugten Lichts auf.
Anhand der Röntgenbeugungs-Spektren (englisch: X-ray
diffraction, XRD) der Figur 7 ist eine Funktionsweise eines hier beschriebenen Verfahrens näher erläutert. Gezeigt ist die Signalintensität I in Zählrate pro Sekunde (cps, counts per second) als Funktion des zweifachen Reflexionswinkels auf der Ebene 2Θ in Grad. Hierbei ist ein Spektrum vor einem Oxidationsschritt 71, ein Spektrum nach dem Oxidationsschritt 72 sowie ein Vergleichsspektrum 73, bei dem keine Oxidation durchgeführt wurde, gezeigt.
Das Spektrum vor der Oxidation 71 weist ein erstes Maximum
701 sowie ein zweites Maximum 703 auf. Das erste Maximum 701 entspricht dem in der Nitridschicht 201 enthaltenen
Indiumnitrid. Das zweite Maximum 703 entspricht dem in der Halbleiterschichtenfolge 1 enthaltenen Galliumnitrid.
Das Spektrum nach der Oxidation 72 weist ein zweites Maximum
702 auf. Das zweite Maximum 702 entspricht dem durch die Oxidation erzeugten Indiumoxid der Oxidschicht 20. Zudem ist das erste Maximum 701 bei Indiumnitrid nicht mehr erkennbar. Das Indiumnitrid wurde zu Indiumoxid oxidiert. Das dritte Maximum 703 hat sich im Rahmen der Messgenauigkeit nicht verändert. Das Material der Halbleiterschichtenfolge 1 wurde somit durch die Oxidation nicht oxidiert und/oder verändert.
Das Vergleichsspektrum 73 zeigt das Röntgenbeugungs-Spektrum eines alternativen Halbleiterbauelements. Das Vergleichsspektrum 73 weist im Rahmen der Messgenauigkeit lediglich das dritte Maximum 703 auf.
Anhand des skizzierten EDX-Spektrums der Figur 8 ist ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauelement näher erläutert. Ein normiertes EDX-Signal S ist als Funktion der Position in Stapelrichtung z aufgetragen. Im Bereich der Deckfläche la steigt ein Oxid-Anteil 81 an. Im Bereich der Zwischenfläche 2a steigt ein Zinn-Anteil 82 an. Die
steigenden Flanken der EDX-Signale des Oxid-Anteils 81 und des Zinn-Anteils 72 sind in Stapelrichtung z versetzt
zueinander angeordnet. Anhand dieser unterschiedlichen
Positionen der steigenden Flanken kann das Vorhandensein des Schichtenstapels 2 zwischen der Halbleiterschichtenfolge 1 und der Kontaktschicht 3 an dem fertiggestellten
Halbleiterbauelement nachgewiesen werden.
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 in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den
Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.
Es wird die Priorität der deutschen Patentanmeldung
102015109786.9 beansprucht, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen ist. Bezugs zeichenliste :
1 Halbleiterschichtenfolge la Deckfläche
lax weitere Deckfläche
11 erste Halbleiterschicht
12 aktive Zone
13 zweite Halbleiterschicht
14 hochdotierte Halbleiterschicht
2 SchichtenStapel
2a Zwischenfläche
20 Oxidschicht
21 erste Zwischenschicht
22 zweite Zwischenschicht
200 Inseln
201 Nitridschicht
202 Nitridzwischenschicht
3 KontaktSchicht
3 λ weitere Kontaktschicht
3a Strahlungsdurchtrittsfläche
31 alternativer Grenzbereich
32 erster Grenzbereich
33 zweiter Grenzbereich
4 Kontaktierung
51 sauerstoffhaltiges Gas
71 Spektrum vor Oxidation
72 Spektrum nach Oxidation
73 VergleichsSpektrum
701 erstes Maximum
702 zweites Maximum
703 drittes Maximum
81 Oxid-Anteil
82 Zinn-Anteil I XRD-Intensität
Θ XRD-Winkel
S normiertes EDX-Signal z Stapelrichtung

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauelements mit den folgenden Schritten:
- Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (1),
aufweisend eine lichtemittierende und/oder -absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungseben der
Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (la),
- Aufbringen eines Schichtenstapels (2) auf die Deckfläche (la), wobei der Schichtenstapel (2) eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (2a) in der
Stapelrichtung (z) nachgeordnete Zwischenfläche (2a) umfasst, - Aufbringen einer Kontaktschicht (3) , die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, auf die Zwischenfläche (2a) , wobei
- der Schichtenstapel (2) im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
2. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei das Aufbringen der Oxidschicht (20) die folgenden
Schritte umfasst:
- Bereitstellen, insbesondere epitaktisches Abscheiden, einer Nitridschicht (201), die Indium enthält,
- zumindest teilweise Oxidation der Nitridschicht (201) zu der Oxidschicht (20) in einem Oxidationsschritt.
3. Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
wobei der Oxidationsschritt nach dem Aufbringen der
Kontaktschicht (3) durchgeführt wird.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei - zumindest der Oxidationsschritt in einer Reaktionskammer durchgeführt wird und
- während des Oxidationsschritts eine Reaktionstemperatur in der Reaktionskammer wenigstens 460°C und höchstens 720°C beträgt.
5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das Aufbringen der Oxidschicht (20) mittels
epitaktischen Abscheidens von Indiumoxid erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das epitaktische Abscheiden der Nitridschicht (201) unter dreidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Nitridschicht (201) eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln (200) aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei das epitaktische Abscheiden unter zweidimensionalen Wachstumsbedingungen erfolgt derart, dass die Oxidschicht (20) zusammenhängend ausgebildet ist.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
wobei
der Schichtenstapel (2) eine erste Zwischenschicht (21) umfasst, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist, wobei das
Aufbringen der ersten Zwischenschicht die folgenden Schritte umfasst :
- epitaktisches Abscheiden einer Nitridzwischenschicht, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist,
- zumindest teilweise Oxidation der Nitridzwischenschicht zu der ersten Zwischenschicht (21) in dem Oxidationsschritt.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Aufbringen der Kontaktschicht (3) auf die
Zwischenfläche unter Wachstumsbedingungen erfolgt, bei denen sich im Fall eines direkten Aufbringens auf die Deckfläche (la) eine ( 100 ) -Kristallorientierung der Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) ergeben würde und wobei die
Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) eine (111)- Kristallorientierung aufweist.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement, umfassend
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) aufweisend eine
lichtemittierende und/oder -absorbierende aktive Zone (12) und eine der aktiven Zone (12) in einer senkrecht zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichtenfolge (1) verlaufenden Stapelrichtung (z) nachgeordnete Deckfläche (la),
- einen auf der Deckfläche (la) aufgebrachten Schichtenstapel (2) aufweisend eine Oxidschicht (20), die Indium enthält, und eine der Deckfläche (la) in der Stapelrichtung (z)
nachgeordnete Zwischenfläche (2a) und
- eine auf der Zwischenfläche (2a) aufgebrachte
Kontaktschicht (3) , die mit Indiumzinnoxid gebildet ist, wobei
- der Schichtenstapel (2) im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Zinn ist.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem
vorherigen Anspruch,
bei dem die Oxidschicht (20) im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Gallium ist.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem der Schichtenstapel ferner eine erste Zwischenschicht (21) aufweist, die mit Indiumgalliumoxid gebildet ist, wobei die erste Zwischenschicht (21) zwischen der
Halbleiterschichtenfolge (1) und der Oxidschicht (20) angeordnet ist und direkt an die Oxidschicht (20) angrenzt.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem der Schichtenstapel (2) ferner eine zweite
Zwischenschicht (22) aufweist, die mit Indiumgalliumnitrid gebildet ist, wobei
- die zweite Zwischenschicht (22) zwischen der
Halbleiterschichtenfolge (1) und der ersten Zwischenschicht (21) angeordnet ist und direkt an die Deckfläche (la) angrenzt und
- die zweite Zwischenschicht (22) im Rahmen der
Herstellungstoleranzen frei von Sauerstoff ist.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem der Schichtenstapel (2) Indiumnitrid aufweist.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Kristallstruktur der Kontaktschicht (3) eine (111) -Kristallorientierung aufweist.
16. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Oxidschicht (20) eine Vielzahl mehrlagiger, untereinander nicht verbundener Inseln (200) aufweist.
17. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem die Oxidschicht (20) zusammenhängend ausgebildet ist.
18. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem eine mittlere Dicke der Oxidschicht (20) entlang der Stapelrichtung (z) wenigstens 0,5 und höchstens 3 Monolagen beträgt .
19. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem eine mittlere Höhe der Inseln (200) entlang der
Stapelrichtung (z) wenigstens 50 und höchstens 200 Monolagen beträgt.
20. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei dem ein erster Grenzbereich (32) zwischen der
Halbleiterschichtenfolge (1) und dem Schichtenstapel (2) und/oder ein zweiter Grenzbereich (33) zwischen dem
Schichtenstapel (2) und der Kontaktschicht (3) eine geringere Dichte an Defekten als ein alternativer Grenzbereich (31) zwischen einer Halbleiterschichtenfolge (1) und einer
Kontaktschicht (3) eines alternativen Halbleiterbauelements, bei dem die Kontaktschicht (3) direkt auf die
Halbleiterschichtenfolge (1) aufgebracht ist, aufweist.
PCT/EP2016/063891 2015-06-18 2016-06-16 Verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauelements sowie optoelektronisches halbleiterbauelement Ceased WO2016202924A1 (de)

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US15/737,724 US10566501B2 (en) 2015-06-18 2016-06-16 Method for producing an optoelectronic semiconductor device and optoelectronic semiconductor device
CN201680035182.3A CN107810564B (zh) 2015-06-18 2016-06-16 用于制造光电子半导体器件的方法以及光电子半导体器件
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