WO2017021455A1 - Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements - Google Patents

Optoelektronisches bauelement und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen bauelements Download PDF

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WO2017021455A1
WO2017021455A1 PCT/EP2016/068558 EP2016068558W WO2017021455A1 WO 2017021455 A1 WO2017021455 A1 WO 2017021455A1 EP 2016068558 W EP2016068558 W EP 2016068558W WO 2017021455 A1 WO2017021455 A1 WO 2017021455A1
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titanium
titanium oxide
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contact structure
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Julian IKONOMOV
Martin LEMBERGER
Björn MUERMANN
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • the present application relates to an optoelectronic component and a method for producing a
  • optoelectronic components such as, for example, light-emitting diodes (LEDs), transparent current-spreading layers, for example made of ITO, are frequently used.
  • LEDs light-emitting diodes
  • ITO transparent current-spreading layers
  • the metallic contact structures are applied or which is applied to metallic contact structures.
  • the required current can be impressed into the semiconductor layer sequence.
  • an adhesive layer which is electrically conductive. So far, a metallic layer is often used as an adhesive layer
  • Adhesive layer of titanium Adhesive layer of titanium.
  • An object is to provide an optoelectronic device that is reduced by
  • a further object is a method for producing an optoelectronic component
  • the optoelectronic component comprises a
  • this layer has a layer sequence comprising more than one layer For example, a sequence of a p-doped and an n-doped semiconductor layer, wherein the layers are arranged one above the other and wherein at least one active layer is emitted which emits electromagnetic radiation.
  • the layer sequence can be used as an epitaxial layer sequence or as a radiation-emitting semiconductor chip with a
  • the layer sequence can be implemented, for example, on the basis of InGaAlN. InGaAlN-based semiconductor chips and
  • Semiconductor layer sequences are in particular those in which the epitaxially produced semiconductor layer sequence has a layer sequence of different individual layers
  • Semiconductor layer sequences comprising at least one active layer based on InGaAlN, for example, electromagnetic radiation in a
  • the semiconductor layer sequence or the semiconductor chip may also be based on InGaAlP, that is, the semiconductor layer sequence may be different
  • Single layers may have, of which at least one
  • Semiconductor layer sequences or semiconductor chips which have at least one active layer based on InGaAlP can, for example, preferably comprise electromagnetic radiation emit one or more spectral components in a green to red wavelength range.
  • the semiconductor layer sequence or the semiconductor chip may also comprise other III-V compound semiconductor material systems, for example an AlGaAs-based material, or II-VI compound semiconductor material systems.
  • an active layer comprising an AlGaAs-based material may be suitable
  • Wavelength range to emit
  • the semiconductor layer sequence may comprise, in addition to the active layer, further functional layers and functional regions, for example p-doped or n-doped ones
  • Charge carrier transport layers ie electron or
  • Barrier layers planarization layers, buffer layers, protective layers and / or electrodes and combinations thereof.
  • the semiconductor layer sequence may further comprise a substrate on which the above-mentioned III-V or II-VI
  • the substrate may comprise a semiconductor material, for example a compound semiconductor material system mentioned above.
  • the substrate may include or may be sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, and / or Ge.
  • the substrate can thereby be sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, and / or Ge.
  • the substrate can thereby be sapphire, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si, and / or Ge.
  • the substrate can thereby
  • the substrate is preferred made of sapphire, on which the semiconductor layer sequence has grown epitaxially.
  • transparent is meant herein that a material is a layer or an element for the entire visible electromagnetic spectrum or a
  • the radiation emitted by the semiconductor layer sequence can be, for example, in the visible range of the electromagnetic spectrum.
  • a layer or an element is arranged or applied "on” or “above” another layer or another element can mean here and below that the one layer or the one element directly in direct mechanical and / or electrical contact is arranged on the other layer or the other element. Furthermore, it can also mean that the one layer or the one element is arranged indirectly on or above the other layer or the other element. In this case, further layers and / or elements can then be arranged between the one and the other layer or between the one and the other element.
  • the radiation exit surface is a main surface of the semiconductor layer sequence.
  • the radiation exit surface extends in particular parallel to a Main extension plane of the semiconductor layers of the semiconductor layer sequence. For example, at least 20% or 75% or 90% of the radiation leaving the semiconductor layer sequence emerges from the semiconductor layer sequence via the radiation exit surface.
  • the radiation exit surface is a boundary surface of
  • the current spreading layer is electrically conductively connected to a contact structure via an adhesive layer.
  • the adhesive layer consists of a
  • Titanium oxide wherein in the titanium oxide, the oxygen
  • Oxidation stage W T with 0 ⁇ W T ⁇ +4 has. With such titanium oxides, it is possible to have a very good
  • these titanium oxides have an electrical conductivity, whereby the necessary electrical contacting of the current spreading layer is achieved with the contact structure.
  • the titanium oxides have a low absorption and thus an increased effective reflectivity of the contact structure, in particular one
  • Oxidation stage W T +4 no electrical conductivity, so it is electrically insulating.
  • the adhesive layer does not contain TiO 2. However, production-related contamination of the adhesive layer with T1O 2 is not excluded. Preferably, the adhesive layer can not consist of T1O 2 .
  • the contact structure serves for external electrical contacting of the semiconductor layer sequence.
  • the contact structure is electrically conductive with the
  • the adhesion layer is designed to be electrically conductive. This makes it possible for the
  • the adhesive layer comprises or consists of a titanium oxide which is electrically conductive.
  • Component on a further contact structure for the external electrical contacting of the semiconductor layer sequence By applying an electrical voltage between the Contact structures can charge carriers from different sides are introduced into the active layer of the semiconductor layer sequence and recombine there to emit radiation.
  • the electrical contact structure is formed in one embodiment of one or more metals. It is therefore preferably a metallic contact structure with metallic properties.
  • the metallic contact structure comprises or consists of a gold and a rhodium layer. Through the rhodium layer is the
  • the contact structure is arranged in the component such that the rhodium layer adjoins the adhesion layer. In particular, there is a direct contact between the rhodium layer and the adhesive layer.
  • the metal of the contact structure is selected from a group comprising Pt, Pd, Ag, Al, Ti, Ni, Cr, Rh, Au, and combinations thereof.
  • the contact structure can be made as a metal stack of at least two layers
  • the contact structure is arranged over the entire surface of the adhesive layer. This means, in particular, that the contact structure has no direct mechanical contact with the current spreading layer, but is separated from it by the adhesive layer.
  • the contact structure comprises or is in plan view of the contact structure
  • the factor is 100.
  • the low extinction coefficient of the titanium oxides can reduce absorption losses and thus increase the efficiency of the component.
  • Ti 2 O, T1 3 O and / or TieO are used as titanium suboxides of the formula TiO m with 0 ⁇ m ⁇ 2.
  • the titanium oxide is selected from a group consisting of TiO, Ti 2 O 3 , Ti 2 O, Ti 3 O, Ti 6 O, Ti 3 0 5 , Ti 4 0 7 ,
  • the adhesive layer has a
  • Layer thickness between 1 nm and 100 nm, preferably between 1 nm and 50 nm, more preferably between 1 nm and 20 nm, for example, 4 nm. In these areas of the
  • Layer thicknesses can be achieved both an optimal adhesion between the contact structure and the StromaufWeitungs für and a high reflectivity of the radiation emitted by the semiconductor layer sequence radiation without a significant increase in the contact resistance.
  • the radiation that strikes the contact structure due to the adhesive layer is predominantly reflected back and can then be directed outwards to the
  • Transparent, electrically conductive oxides transparent
  • Conductive oxides in short "TCO" are transparent, electrically conductive materials, usually metal oxides, such as
  • doped zinc oxide for example, doped zinc oxide, doped tin oxide, doped cadmium oxide, doped titanium oxide, doped
  • ITO Indium oxide or indium tin oxide
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, SnO 2 or ⁇ 2 ⁇ 3 also include ternary metal oxygen compounds, such as Zr ⁇ SnC, CdSn0 3, ZnSn0 3, Mgln 2 0 4, Galn0 3, ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ 5 or 4, Sri 3 0I2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • ternary metal oxygen compounds such as Zr ⁇ SnC, CdSn0 3, ZnSn0 3, Mgln 2 0 4, Galn0 3, ⁇ 2 ⁇ 2 ⁇ 5 or 4, Sri 3 0I2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • the TCOs do not necessarily correspond to a stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the current spreading layer has a thickness of at least 30 nm or 50 nm or 70 nm, for example 115 nm. Alternatively or additionally, the thickness of the current spreading layer is at most 200 nm or 250 nm or 180 nm.
  • Reflection layers be applied.
  • the contact structure over the semiconductor layer sequence, the adhesive layer over the
  • the optoelectronic component is a light emitting diode (LED).
  • the specified embodiments of the optoelectronic component can be produced according to the following method. All mentioned under the procedure
  • the method comprises the method steps:
  • method step C) comprises the following method steps:
  • Process step Cl x are carried out:
  • process step Cl x after the evaporation of the titanium, an oxidation of the titanium with the supplied oxygen takes place.
  • This produces a titanium oxide, wherein in the titanium oxide the oxygen has the oxidation state W 0 with W 0 -2 and the titanium has the oxidation state W T with 0 ⁇ W T ⁇ +4.
  • the oxygen supply is carried out in process step Cl x ) controlled. controlled
  • Oxygen delivery means that the amount of added
  • resulting titanium oxide is varied or adjusted.
  • the evaporation takes place in
  • Process step Cl) or Cl x ) in vacuo In one embodiment, the evaporation takes place in process step Cl) or Cl x ) by a
  • Sputtering which can also be referred to as sputtering.
  • method step C) comprises a further method step C2):
  • the oxidation can be partial or complete.
  • That the oxidation is partial or complete means that only part of the molecules of the titanium oxide are oxidized or all, or almost all
  • Molecules of titanium oxide are chosen so that the titanium is not oxidized to the oxidation state +4. This can be done by a controlled addition of elemental oxygen. The degree of oxidation of titanium depends on the partial pressure of the oxygen.
  • process step C) is carried out in vacuo.
  • the titanium oxide is in one embodiment.
  • Heating can be done by means of an electron beam.
  • titanium oxide is at least partially oxidized in process step Cl).
  • the oxidation takes place in
  • Process step C2) with the addition of elemental Oxygen is controlled, so that the titanium is not oxidized to the oxidation state +4 and the resulting titanium oxide the
  • the oxidation in process step C2) may result in the process step Cl) vaporized or in process step Cl x ) and that in process step C3).
  • FIGS 1A and 1B are schematic representations of
  • FIG. 2 shows the reflectivity of different layers in FIG.
  • FIG. 3 shows extinction coefficients of different materials as a function of the wavelength.
  • FIG. 1A is a schematic sectional view of an example of an optoelectronic device according to the invention Component 1 shown.
  • the optoelectronic component 1 is in particular a light-emitting diode and comprises a substrate 7, which is preferably a sapphire substrate and a growth substrate for a semiconductor layer sequence 2. The grown on the substrate 7
  • Semiconductor layer sequence 2 comprises an n-side, a p-side and an intermediate active layer (not shown here).
  • the semiconductor layer sequence 2 is based on GaN.
  • the semiconductor layer sequence 2 is based on GaN.
  • Radiation exit surface 5 of the semiconductor layer sequence 2 is a Stromaufweitungstik 3, for example, ITO.
  • the current spreading layer 3 has, for example, a thickness between 50 and 150 nm.
  • Current spreading layer preferably adjoins the p-side of the semiconductor layer sequence 2.
  • the contact structure 6 is preferred for
  • the contact structure 6 consists of a layer 6a and a layer 6b.
  • the layer 6a is formed, for example, of gold and the
  • Layer 6b which is arranged closer to the semiconductor layer sequence 2, of rhodium.
  • the layer 6b serves to increase the reflectivity of the contact structure 6.
  • the layer 6b of rhodium has a very high
  • an adhesive layer 4 is arranged between the contact structure 6 and the current spreading layer 3.
  • the adhesive layer 4 has a direct contact with the
  • the adhesive layer 4 is so between the contact structure 6 and the
  • the adhesive layer 4 is formed of a titanium oxide.
  • the titanium oxide is selected from a group comprising Ti 3 O 5 , Ti 4 O 7 , Ti 5 Og, Ti 6 On, T1 7 O 13 , Ti 8 0i 5 , Ti 9 0i 7 , TiioOig, and combinations thereof.
  • the adhesive layer is a through
  • Adhesive layer 4 connected.
  • the adhesive layer 4 has a
  • Areas of the layer thicknesses can both optimal adhesion between the contact structure 6 and the
  • Reflection layer 8 which is arranged on the semiconductor layer sequence 2 facing away from the surface of the substrate 7, the radiation S is reflected back and so can still outward on the radiation exit surface 5 and the
  • Reflection layer 8 may, for example, be a silver mirror or it may be a layer stack
  • the selected layer thickness of the reflection layer 8 depends on the wavelength emitted by the semiconductor layer sequence 2 Radiation S off.
  • the individual optical layer thicknesses in the layer stack are, for example, approximately H of the wavelength of the radiation S emitted by the semiconductor layer sequence 2, if it is a radiation in the blue layer
  • FIG. 1B shows a schematic sectional view of an example of a prior art optoelectronic component 1.
  • the component 1 has the same construction as the component according to the invention shown in FIG. 1A.
  • the materials of the layers and elements may be selected as described in Figure 1A.
  • the only difference is in the adhesive layer 4.
  • the adhesive layer 4 is, as known from the prior art, formed of titanium and has a layer thickness of 2 nm.
  • Component is significantly lower than that of
  • a titanium layer with a layer thickness of 2 nm reduces the reflectivity of the
  • Reference numeral C provided curve shows the reflectivity of a layer sequence of a layer of titanium and a layer of rhodium.
  • the illustrated reflectivity of curves B and C refers to the fact that the radiation on the
  • the titanium oxide layer was prepared by evaporating T 1 3 O 5 in vacuo, partially oxidizing the T 1 3 O 5, and depositing the partially oxidized T 1 3 O 5 . All layers of rhodium have the same layer thickness.
  • the layer of titanium and the layer of titanium oxide each have one
  • Adhesive layer of titanium oxide according to the invention in conjunction with a layer of rhodium has comparatively the same Reflectivity on like a rhodium layer alone.
  • the adhesive layer is electrically conductive, so that a necessary electrical connection of a current spreading layer, for example, of ITO and a contact structure in an optoelectronic component can be ensured.
  • Titanium oxide adhesive layer according to the invention is substantially higher than that of a layer of titanium of the same thickness known from the prior art. This shows the
  • the adhesion layer of titanium oxide in conjunction with a contact structure made of rhodium and optionally a further metal has an increased reflectivity and thus a reduced absorption of the radiation emitted by the semiconductor layer sequence, so that advantageously the light output of an optoelectronic component can be increased.
  • FIG. 3 shows extinction coefficients k of various materials as a function of the wavelength ⁇ in nm.
  • the curve indicated by the reference character D shows the extinction coefficient of a layer of titanium, the curve provided with the reference symbol E shows the curve
  • Extinction coefficient of a layer of titanium oxide according to the invention with oxygen in the oxidation state W 0 -2 and titanium in the oxidation state W T with 0 ⁇ W T ⁇ +4.
  • Adhesive layer of titanium oxide according to the invention with the Reference F in the visible region of the electromagnetic spectrum has a very small extinction coefficient compared to a titanium layer. Even lower values are found for a layer of titanium dioxide, which can not be used as an adhesive layer due to lack of electrical conductivity

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das Bauelement umfasst -eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren, -zumindest eine Stromaufweitungsschicht an einer Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge, wobei die Stromaufweitungsschicht über eine Haftschicht mit einer Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden ist. Die Haftschicht umfasst ein Titanoxid, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe WO mit WO = –2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0<WT<+4 aufweist.

Description

Beschreibung
Optoelektronisches Bauelement und Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Bauelement und ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements. Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2015 112 879.9, deren Offenbarungs¬ gehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
In optoelektronischen Bauelementen, wie beispielsweise lichtemittierenden Dioden (LED) , werden häufig transparente StromaufWeitungsschichten, beispielsweise aus ITO,
eingesetzt, auf der metallische Kontaktstrukturen aufgebracht sind oder die auf metallischen Kontaktstrukturen aufgebracht ist. Durch die StromaufWeitungsschicht kann der benötigte Strom in die Halbleiterschichtenfolge eingeprägt werden. Um die metallischen Kontaktstrukturen und die
Stromaufweitungsschicht miteinander zu fixieren, wird eine Haftschicht benötigt, die elektrisch leitfähig ist. Bislang wird häufig eine metallische Schicht als Haftschicht
eingesetzt. Allerdings wird die Strahlung, die auf eine solche metallische Haftschicht trifft, teilweise absorbiert, sodass diese Strahlung nicht nach außen abgestrahlt wird und deshalb die gesamte Effizienz des optoelektronischen
Bauelements herabgesetzt wird.
Es ist bekannt metallische Kontaktstrukturen mit einer
Haftschicht aus Titan auf der Stromaufweitungsschicht zu fixieren. Dabei wird die Titanhaftschicht so dünn wie möglich abgeschieden, um zum einen eine ausreichende Adhäsion der metallischen Kontaktstrukturen zur StromaufWeitungsschicht zu gewährleisten und zum anderen die Absorption von Strahlung durch die Haftschicht in Verbindung mit den metallischen Kontaktstrukturen gering zu halten. Allerdings zeigen auch Strukturen mit Haftschichten aus Titan einer Schichtdicke von 2 nm eine Herabsenkung der Reflektivität um circa 5 % auf im Vergleich zu metallischen Kontaktstrukturen ohne eine
Haftschicht aus Titan.
Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Bauelement bereitzustellen, das sich durch verringerte
Absorptionsverluste bei gleichzeitig guter Haftung der
Kontaktstrukturen auf der StromaufWeitungsschicht
auszeichnet. Eine weitere Aufgabe liegt darin, ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Bauelements
anzugeben .
Diese Aufgaben werden durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
Vorteilhafte Ausbildungen sowie Weiterbildungen der
vorliegenden Erfindung sind in den jeweils abhängigen
Ansprüchen angegeben.
Es wird ein optoelektronisches Bauelement angegeben. Das optoelektronische Bauelement umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine
elektromagnetische Strahlung zu emittieren.
Unter "Halbleiterschichtenfolge" ist m diesem Zusammenh eine mehr als eine Schicht umfassende Schichtenfolge zu verstehen, beispielsweise eine Folge einer p-dotierten und einer n-dotierten Halbleiterschicht, wobei die Schichten übereinander angeordnet sind und wobei zumindest eine aktive Schicht enthalten ist, die elektromagnetische Strahlung emittiert.
Die Schichtenfolge kann als Epitaxieschichtenfolge oder als strahlungsemittierender Halbleiterchip mit einer
Epitaxieschichtenfolge, also als epitaktisch gewachsene
Halbleiterschichtenfolge ausgeführt sein. Dabei kann die Schichtenfolge beispielsweise auf der Basis von InGaAlN ausgeführt sein. InGaAlN-basierte Halbleiterchips und
Halbleiterschichtenfolgen sind insbesondere solche, bei denen die epitaktisch hergestellte Halbleiterschichtenfolge eine Schichtenfolge aus unterschiedlichen Einzelschichten
aufweist, die mindestens eine Einzelschicht enthält, die ein Material aus dem III-V-Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGai_x_yN mit 0 < x < 1, 0 < y < 1 und x + y < 1
aufweist. Halbleiterschichtenfolgen, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlN aufweisen, können beispielsweise elektromagnetische Strahlung in einem
ultravioletten bis grünen Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge oder der Halbleiterchip auch auf InGaAlP basieren, das heißt, dass die Halbleiterschichtenfolge unterschiedliche
Einzelschichten aufweisen kann, wovon mindestens eine
Einzelschicht ein Material aus dem III-V-
Verbindungshalbleitermaterialsystem InxAlyGa]_-x-yP mit 0 < x < lr 0 < γ < 1 und x + y < 1 aufweist.
Halbleiterschichtenfolgen oder Halbleiterchips, die zumindest eine aktive Schicht auf Basis von InGaAlP aufweisen, können beispielsweise bevorzugt elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren spektralen Komponenten in einen grünen bis roten Wellenlängenbereich emittieren.
Alternativ oder zusätzlich kann die Halbleiterschichtenfolge oder der Halbleiterchip auch andere III-V-Verbindungshalb- leitermaterialsysteme, beispielsweise ein AlGaAs-basiertes Material, oder II-VI-Verbindungshalbleitermaterialsysteme aufweisen. Insbesondere kann eine aktive Schicht, die ein AlGaAs-basiertes Material aufweist, geeignet sein,
elektromagnetische Strahlung mit einer oder mehreren
spektralen Komponenten in einem roten bis infraroten
Wellenlängenbereich zu emittieren.
Die Halbleiterschichtenfolge kann neben der aktiven Schicht weitere funktionale Schichten und funktionelle Bereiche umfassen, etwa p- oder n-dotierte
Ladungsträgertransportschichten, also Elektronen- oder
Löchertransportschichten, undotierte oder p- oder n-dotierte Confinement- , Cladding- oder Wellenleiterschichten,
Barriereschichten, Planarisierungsschichten, Pufferschichten, Schutzschichten und/oder Elektroden sowie Kombinationen daraus .
Die Halbleiterschichtenfolge kann weiterhin ein Substrat aufweisen, auf dem die oben genannten III-V- oder II-VI-
Verbindungshalbleitermaterialsystem abgeschieden sind. Das Substrat kann dabei ein Halbleitermaterial, beispielsweise ein oben genanntes Verbindungshalbleitermaterialsystem umfassen. Insbesondere kann das Substrat Saphir, GaAs, GaP, GaN, InP, SiC, Si und/oder Ge umfassen oder aus einem solchen Material sein. Insbesondere kann das Substrat dabei
transparent für die von der aktiven Schicht emittierte elektromagnetische Strahlung sein. Bevorzugt ist das Substrat aus Saphir, auf dem die Halbleiterschichtenfolge epitaktisch aufgewachsen ist.
Unter "transparent" wird vorliegend verstanden, dass ein Material eine Schicht oder ein Element für das gesamte sichtbare elektromagnetische Spektrum oder eines
Teilspektrums davon zumindest teilweise durchlässig ist. Die von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung kann beispielsweise im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums liegen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist auf einer
Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge zumindest eine StromaufWeitungsschicht angeordnet. Die
Stromaufweitungsschicht dient dazu, den benötigten Strom in die Halbleiterschichtenfolge einzuprägen.
Dass eine Schicht oder ein Element „auf" oder „über" einer anderen Schicht oder einem anderen Element angeordnet oder aufgebracht ist, kann dabei hier und im Folgenden bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element unmittelbar in direktem mechanischen und/oder elektrischen Kontakt auf der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Weiterhin kann es auch bedeuten, dass die eine Schicht oder das eine Element mittelbar auf beziehungsweise über der anderen Schicht oder dem anderen Element angeordnet ist. Dabei können dann weitere Schichten und/oder Elemente zwischen der einen und der anderen Schicht beziehungsweise zwischen dem einen und dem anderen Element angeordnet sein.
Die Strahlungsaustrittsfläche ist dabei eine Hauptfläche der Halbleiterschichtenfolge. Die Strahlungsaustrittsfläche erstreckt sich insbesondere parallel zu einer Haupterstreckungsebene der Halbleiterschichten der Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise tritt mindestens 20 % oder 75 % oder 90 % der die Halbleiterschichtenfolge verlassenden Strahlung über die Strahlungsaustrittsfläche aus der Halbleiterschichtenfolge heraus. Insbesondere ist die Strahlungsaustrittsfläche eine Begrenzungsfläche der
Halbleiterschichtenfolge, die an die Stromaufweitungsschicht grenzt . In einer Ausführungsform ist die Stromaufweitungsschicht über eine Haftschicht mit einer Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden. Die Haftschicht umfasst ein Titanoxid, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist. Bevorzugt besteht die Haftschicht aus einem
Titanoxid, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die
Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die
Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist. Mit solchen Titanoxiden ist es möglich, eine sehr gute
Adhäsion zwischen der Stromaufweitungsschicht und der
Kontaktstruktur zu schaffen. Zudem weisen diese Titanoxide eine elektrische Leitfähigkeit auf, wodurch die notwendige elektrische Kontaktierung der Stromaufweitungsschicht mit der Kontaktstruktur erreicht wird. Zudem weisen die Titanoxide eine geringe Absorption und dadurch eine erhöhte effektive Reflektivität der Kontaktstruktur, insbesondere einer
metallischen Kontaktstruktur auf, so dass nur wenig von der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung durch
Absorption verloren geht. Damit kann die Lichtausbeute, also die Effizienz des Bauelements gesteigert werden. Im Vergleich zu den Titanoxiden in denen der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist, zeigt T1O2 mit Titan in der
Oxidationsstufe WT = +4 keine elektrische Leitfähigkeit, ist also elektrisch isolierend.
Gemäß einer Ausführungsform enthält die Haftschicht kein Ti02- Damit sind aber herstellungsbedingte Verunreinigungen der Haftschicht mit T1O2 nicht ausgeschlossen. Bevorzugt kann die Haftschicht nicht aus T1O2 bestehen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist das
optoelektronische Bauelement damit mindestens eine
Kontaktstruktur, insbesondere eine elektrische
Kontaktstruktur, auf. Die Kontaktstruktur dient der externen elektrischen Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge. Die Kontaktstruktur ist elektrisch leitend mit der
Stromaufweitungsschicht verbunden. Insbesondere ist die
Kontaktstruktur über die Haftschicht elektrisch leitend mit der Stromaufweitungsschicht verbunden.
In einer Ausführungsform ist die Haftschicht elektrisch leitfähig ausgebildet. Dadurch ist es möglich, die
Stromaufweitungsschicht mit der Kontaktstruktur elektrisch leitend über die Haftschicht zu verbinden.
In einer Ausführungsform umfasst oder besteht die Haftschicht aus einem Titanoxid, welches elektrisch leitfähig ist. In einer Ausführungsform weist das optoelektronische
Bauelement eine weitere Kontaktstruktur für die externe elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge auf. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Kontaktstrukturen können Ladungsträger von unterschiedlichen Seiten in die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge eingebracht werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren .
Die elektrische Kontaktstruktur ist in einer Ausführungsform aus einem oder aus mehreren Metallen geformt. Es handelt sich also bevorzugt um eine metallische Kontaktstruktur mit metallischen Eigenschaften. Beispielsweise umfasst oder besteht die metallische Kontaktstruktur aus einer Gold- und einer Rhodiumschicht. Durch die Rhodiumschicht wird die
Reflektivität der metallischen Kontaktstruktur erhöht.
Insbesondere ist die Kontaktstruktur so in dem Bauelement angeordnet, dass die Rhodiumschicht an die Haftschicht angrenzt. Insbesondere besteht ein direkter Kontakt zwischen der Rhodiumschicht und der Haftschicht.
In einer Ausführungsform ist das Metall der Kontaktstruktur aus einer Gruppe ausgewählt, die Pt, Pd, Ag, AI, Ti, Ni, Cr, Rh, Au und Kombinationen daraus umfasst. Die Kontaktstruktur kann als Metallstapel aus mindestens zwei Schichten
unterschiedlicher Metalle, wie beispielsweise einer Gold- und einer Rhodiumschicht gebildet sein. In einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur vollflächig auf der Haftschicht angeordnet. Das bedeutet insbesondere, dass die Kontaktstruktur keinen direkten mechanischen Kontakt zu der StromaufWeitungsschicht aufweist, sondern durch die Haftschicht von dieser getrennt ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst oder ist die Kontaktstruktur in Draufsicht auf die
Strahlungsaustrittsfläche gesehen ein Steg. Der Begriff "Steg" kann bedeuten, dass eine Länge die Breite um
mindestens einen Faktor 2 oder 4 oder 8 übersteigt.
Beispielsweise liegt der Faktor bei 100. In einer Ausführungsform ist das Titanoxid aus einer Gruppe ausgewählt, die Titanoxide mit Titan in der Oxidationsstufe WT = +3 oder +2, Titansuboxide und Kombinationen daraus umfasst . Mit solchen Titanoxiden kann eine sehr gute Haftung zwischen der Stromaufweitungsschicht und der Kontaktstruktur erzielt werden. Gleichzeitig kann durch die elektrische Leitfähigkeit dieser Titanoxide die Stromaufweitungsschicht mit der
Kontaktstruktur elektrisch leitend verbunden werden. Durch den niedrigen Extinktionskoeffizienten der Titanoxide können Absorptionsverluste verringert werden und so die Effizienz des Bauelements erhöht werden.
In einer Ausführungsform weisen die Titansuboxide die Formel TiOm mit 0 < m < 2 oder Tin02n-i mit n = 3-10 auf.
In einer Ausführungsform werden Ti20, T13O und/oder TieO als Titansuboxide der Formel TiOm mit 0 < m < 2 eingesetzt. In einer Ausführungsform werden T13O5, T14O7, T15O9, Τίεθιι, T17O13, Ti80i5, T19O17 und/oder TiioOig als Titansuboxide der Formel Tin02n-i mit n = 3-10 eingesetzt.
In einer Ausführungsform ist das Titanoxid aus einer Gruppe ausgewählt, die TiO, Ti203, Ti20, Ti30, Ti60, Ti305, Ti407,
T15O9, Ti6On, T17O13, Ti80i5, T19O17, iioOig und Kombinationen daraus umfasst. In einer Ausführungsform weist die Haftschicht eine
Schichtdicke zwischen 1 nm und 100 nm, bevorzugt zwischen 1 nm und 50 nm, besonders bevorzugt zwischen 1 nm und 20 nm, beispielsweise 4 nm auf. In diesen Bereichen der
Schichtdicken kann sowohl eine optimale Haftung zwischen der Kontaktstruktur und der StromaufWeitungsschicht als auch eine hohe Reflektivität der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung erzielt werden ohne eine signifikante Erhöhung des Kontaktwiderstands. Die Strahlung, die durch Haftschicht auf die Kontaktstruktur trifft, wird überwiegend zurück reflektiert und kann dann noch nach außen an die
Umgebung ausgekoppelt werden. Damit können
Absorptionsverluste gering gehalten werden und die Effizienz des Bauelements erhöht werden.
In einer Ausführungsform besteht zwischen der Haftschicht und der Stromaufweitungsschicht sowie zwischen der
Stromaufweitungsschicht und der Haftschicht ein direkter Kontakt, insbesondere besteht ein direkter mechanischer und elektrischer Kontakt.
In einer Ausführungsform umfasst oder besteht die
Stromaufweitungsschicht aus einem transparenten, elektrisch leitenden Oxid.
Transparente, elektrisch leitende Oxide (transparent
conductive oxides, kurz „TCO") sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie
beispielsweise dotiertes Zinkoxid, dotiertes Zinnoxid, dotiertes Cadmiumoxid, dotiertes Titanoxid, dotiertes
Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären
MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise ZnO, Sn02 oder Ιη2θ3 gehören auch ternäre MetallsauerstoffVerbindungen, wie beispielsweise Zr^SnC , CdSn03, ZnSn03, Mgln204, Galn03, Ζη2ΐη2θ5 oder In4Sri30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs .
Weiterhin kann es möglich sein, dass die TCOs nicht zwingend einer stöchiometrischen Zusammensetzung entsprechen und auch p- oder n-dotiert sein können.
In einer Ausführungsform weist die StromaufWeitungsschicht eine Dicke von mindestens 30 nm oder 50 nm oder 70 nm, beispielsweise 115 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt die Dicke der StromaufWeitungsschicht bei höchstens 200 nm oder 250 nm oder 180 nm.
Weiterhin können beispielsweise auf einer der
Stromaufweitungsschicht abgewandten Fläche der
Halbleiterschichtenfolge eine oder mehrere
Reflexionsschichten aufgebracht sein. Bevorzugt ist die eine oder mehrere Reflexionsschicht auf der zu der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite des Substrats angeordnet. Solche Reflexionsschichten sind dem Fachmann insbesondere hinsichtlich Aufbau und Struktur bekannt und werden deshalb an dieser Stelle nicht näher erläutert. Durch die Reflexionsschicht kann die von der aktiven Schicht der Halbleiterschichtenfolge emittierte Strahlung zurück reflektiert werden und so über die Strahlungsaustrittsfläche nach außen an die Umgebung ausgekoppelt werden.
In einer Ausführungsform ist die zumindest eine
Stromaufweitungsschicht über der Halbleiterschichtenfolge, die Haftschicht über der zumindest einen
Stromaufweitungsschicht und die Kontaktstruktur über der Haftschicht angeordnet. In einer Ausführungsform ist die Kontaktstruktur über der Halbleiterschichtenfolge, die Haftschicht über der
Kontaktstruktur und die zumindest eine
Stromaufweitungsschicht über der Haftschicht angeordnet.
In einer Ausführungsform ist das optoelektronische Bauelement eine lichtemittierende Diode (LED) .
Die angegebenen Ausführungsformen des optoelektronischen Bauelements können gemäß nachfolgend genanntem Verfahren hergestellt werden. Alle unter dem Verfahren genannten
Merkmale des optoelektronischen Bauelements können auch
Merkmale der oben ausgeführten Ausführungsbeispiele des optoelektronischen Bauelements sein und umgekehrt.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines
optoelektronischen Bauelements angegeben. Das Verfahren umfasst die Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist, im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren,
B) Aufbringen einer Stromaufweitungsschicht auf eine
Strahlungsaustrittsfläche der Halbleiterschichtenfolge,
C) Aufbringen einer Haftschicht auf die
Stromaufweitungsschicht ,
D) Aufbringen einer Kontaktstruktur auf der
Stromaufweitungsschicht .
Insbesondere werden die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt. Dies schließt nicht das
Vorhandensein von Zwischenschritten aus. Gemäß einer Ausführungsform umfasst Verfahrensschritt C) folgende Verfahrensschritte:
Cl) Verdampfen eines Titanoxids, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < + 4 aufweist,
C3) Abscheiden eines Titanoxids zur Bildung der Haftschicht, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist.
Alternativ zu Verfahrensschritt Cl) kann ein
Verfahrensschritt Clx) durchgeführt werden:
Clx) Verdampfen von Titan unter SauerstoffZuführung . Bei dem Sauerstoff handelt es sich um elementaren Sauerstoff.
In einer Ausführungsform erfolgt in Verfahrensschritt Clx) nach der Verdampfung des Titans eine Oxidation des Titans mit dem zugeführten Sauerstoff. Dadurch entsteht ein Titanoxid, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist.
In einer Ausführungsform erfolgt die SauerstoffZuführung in Verfahrensschritt Clx) kontrolliert. Kontrollierte
SauerstoffZuführung bedeutet, dass die Menge an zugeführten
Sauerstoff entsprechend der Menge an verdampften Titan und je nach gewünschten Oxidationsgrad des Titans in dem
entstehenden Titanoxid variiert beziehungsweise eingestellt wird .
In einer Ausführungsform erfolgt das Verdampfen in
Verfahrensschritt Cl) oder Clx) im Vakuum. In einer Ausführungsform erfolgt das Verdampfen in Verfahrensschritt Cl) oder Clx) durch eine
Kathodenzerstäubung, was auch als Sputtern bezeichnet werden kann .
In einer Ausführungsform umfasst Verfahrensschritt C) einen weiteren Verfahrensschritt C2):
C2) Oxidation des Titanoxids. Die Oxidation kann teilweise oder vollständig erfolgen.
Dass die Oxidation teilweise oder vollständig erfolgt, bedeutet, dass nur ein Teil der Moleküle des Titanoxids oxidiert werden oder alle beziehungsweise nahezu alle
Moleküle des Titanoxids. Insbesondere werden die Bedingungen bei der Oxidation so gewählt, dass das Titan nicht bis zur Oxidationsstufe +4 oxidiert wird. Dies kann durch eine kontrollierte Zugabe von elementarem Sauerstoff erfolgen. Der Oxidationsgrad des Titans hängt von dem Partialdruck des Sauerstoffs ab.
Gemäß einer Ausführungsform wird Verfahrensschritt C) im Vakuum durchgeführt.
In einer Ausführungsform wird das Titanoxid in
Verfahrensschritt Cl) im Vakuum bei im Vergleich zu
Raumtemperatur erhöhter Temperatur durchgeführt. Das
Aufheizen kann mittels eines Elektronenstrahls erfolgen.
Es ist möglich, dass das Titanoxid in Verfahrensschritt Cl) zumindest teilweise oxidiert wird.
In einer Ausführungsform erfolgt die Oxidation in
Verfahrensschritt C2) unter Zugabe von elementarem Sauerstoff. Bevorzugt erfolgt die Zugabe von Sauerstoff kontrolliert, so dass das Titan nicht bis zur Oxidationsstufe +4 oxidiert wird und das entstehende Titanoxid den
gewünschten Oxidationsgrad aufweist.
Durch die Oxidation in Verfahrensschritt C2) kann sich das in Verfahrensschritt Cl) verdampfte oder in Verfahrensschritt Clx) entstehende und das in Verfahrensschritt C3)
abgeschiedene Titanoxid unterscheiden. Beispielsweise wird in Verfahrensschritt Cl) TiO, bevorzugt T13O5 eingesetzt. Dieses wird zumindest teilweise oxidiert, so dass das abgeschiedene Titanoxid eine Kombination unterschiedlicher Titanoxide mit Sauerstoff in der Oxidationsstufe W0 = -2 und Titan in der Oxidationsstufe WT mit 0 < WT < +4 aufweist.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den im Folgenden in Verbindung mit den Figuren beschriebenen Ausführungsbeispielen. Es zeigen:
Figuren 1A und 1B schematische Darstellungen von
Ausführungsbeispielen von hier beschriebenen optoelektronischen Bauelementen,
Figur 2 die Reflektivität verschiedener Schichten in
Abhängigkeit von der Wellenlänge,
Figur 3 Extinktionskoeffizienten verschiedener Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge.
In Figur 1A ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Beispiel eines erfindungsgemäßen optoelektronischen Bauelements 1 gezeigt. Das optoelektronische Bauelement 1 ist insbesondere eine lichtemittierende Diode und umfasst ein Substrat 7, bei dem es sich bevorzugt um ein Saphirsubstrat und um ein Aufwachssubstrat für eine Halbleiterschichtenfolge 2 handelt. Die auf dem Substrat 7 aufgewachsene
Halbleiterschichtenfolge 2 umfasst eine n-Seite, eine p-Seite und eine dazwischen liegende aktive Schicht (hier nicht gezeigt) . Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge 2 auf GaN. An einer dem Substrat 7 abgewandten
Strahlungsaustrittsfläche 5 der Halbleiterschichtenfolge 2 befindet sich eine Stromaufweitungsschicht 3, beispielsweise aus ITO. Die Stromaufweitungsschicht 3 weist beispielsweise eine Dicke zwischen 50 und 150 nm auf. Die
Stromaufweitungsschicht grenzt bevorzugt an die p-Seite der Halbleiterschichtenfolge 2 an. Über der
Stromaufweitungsschicht 3 ist eine Kontaktstruktur 6
angeordnet. Die Kontaktstruktur 6 ist bevorzugt zur
elektrischen Kontaktierung der p-Seite der
Halbleiterschichtenfolge 2 eingerichtet. Die Kontaktstruktur 6 besteht aus einer Schicht 6a und einer Schicht 6b. Die Schicht 6a ist beispielsweise aus Gold gebildet und die
Schicht 6b, die näher an der Halbleiterschichtenfolge 2 angeordnet ist, aus Rhodium. Insbesondere dient die Schicht 6b dazu die Reflektivität der Kontaktstruktur 6 zu erhöhen. Die Schicht 6b aus Rhodium weist dafür eine sehr hohe
Reflektivität auf. Zwischen der Kontaktstruktur 6 und der Stromaufweitungsschicht 3 ist eine Haftschicht 4 angeordnet. Die Haftschicht 4 weist einen direkten Kontakt zu der
Stromaufweitungsschicht 3 und der Schicht 6b der
Kontaktstruktur 6 auf. Insbesondere ist die Haftschicht 4 so zwischen der Kontaktstruktur 6 und der
Stromaufweitungsschicht 3 ausgebildet, dass zwischen der Kontaktstruktur 6 und der Stromaufweitungsschicht 3 kein direkter mechanischer Kontakt besteht. Insbesondere ragt die Haftschicht 4 nicht über die Kontaktstruktur 6 hinaus. In einer Draufsicht auf das Bauelement 1 ist die Haftschicht 4 somit vollständig von der Kontaktstruktur 6 verdeckt. Die Haftschicht 4 ist aus einem Titanoxid gebildet. Das Titanoxid ist aus einer Gruppe ausgewählt, die Ti305, Ti407, Ti5Og, Ti6On, T17O13, Ti80i5, Ti90i7, TiioOig und Kombinationen daraus umfasst. Beispielsweise ist die Haftschicht durch ein
Verdampfen von T13O5 im Vakuum, teilweise Oxidation des T13O5 und Abscheiden des teilweise oxidierten T13O5 hergestellt.
Durch die elektrische Leitfähigkeit des Titanoxids und damit der Haftschicht 4, wird die Kontaktstruktur 6 mit der
Stromaufweitungsschicht 3 elektrisch leitend über die
Haftschicht 4 verbunden. Die Haftschicht 4 weist eine
Schichtdicke zwischen 1 nm und 100 nm auf. In diesen
Bereichen der Schichtdicken kann sowohl eine optimale Haftung zwischen der Kontaktstruktur 6 und der
Stromaufweitungsschicht 3 als auch eine hohe Reflektivität der von der Halbleiterschichtenfolge 2 emittierten Strahlung S erzielt werden. Tritt die Strahlung S über die
Strahlungsaustrittsfläche 5 hindurch und trifft durch die Haftschicht 4 auf die Kontaktstruktur 6, wird sie zu einem überwiegenden Teil zurück reflektiert. An einer
Reflexionsschicht 8, die an der der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Fläche des Substrats 7 angeordnet ist, wird die Strahlung S zurück reflektiert und kann so noch nach außen über die Strahlungsaustrittsfläche 5 und die
Stromaufweitungsschicht 3 abgestrahlt werden. Die
Reflexionsschicht 8 kann beispielsweise ein Silberspiegel sein oder es kann sich um einen Schichtstapel aus
abwechselnden Schichten aus S1O2 und T1O2 handeln. Die gewählte Schichtdicke der Reflexionsschicht 8 hängt von der Wellenlänge der von der Halbleiterschichtfolge 2 emittierten Strahlung S ab. Die einzelnen optischen Schichtdicken im Schichtstapel betragen beispielsweise etwa H der Wellenlänge der von der Halbleiterschichtenfolge 2 emittierten Strahlung S, wenn es sich um eine Strahlung im blauen
Wellenlängenbereich des elektromagnetischen Spektrums
handelt. Insgesamt kann damit auch ein Hauptteil der
Strahlung S, die zunächst auf die Haftschicht 4 trifft noch nach außen an die Umgebung ausgekoppelt werden. Damit
entstehen nur geringe Absorptionsverluste und die Effizienz des Bauelements 1 kann damit erhöht werden. Insbesondere ist das Bauelement 1 effizienter im Vergleich zu einem Bauelement in dem die Haftschicht aus Titan gebildet ist, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. In Figur 1B ist in einer schematischen Schnittdarstellung ein Beispiel eines optoelektronischen Bauelements 1 aus dem Stand der Technik gezeigt. Das Bauelement 1 zeigt denselben Aufbau wie das in Figur 1A dargestellte erfindungsgemäße Bauelement. Die Materialien der Schichten und Elemente können wie in Figur 1A beschrieben, gewählt sein. Der einzige Unterschied besteht in der Haftschicht 4. Die Haftschicht 4 ist, wie aus dem Stand der Technik bekannt, aus Titan gebildet und weist eine Schichtdicke von 2 nm auf. Zwar kann eine gute Adhäsion der Kontaktstruktur 6 auf der StromaufWeitungsschicht 3 gewährleistet werden und die Kontaktstruktur 6 elektrisch leitend über die Haftschicht 4 mit der
Stromaufweitungsschicht 3 verbunden werden, allerdings weist die Haftschicht 4 aus Titan auch bei einer Schichtdicke von nur 2 nm eine hohe Absorption der von der
Halbleiterschichtenfolge 2 emittierten Strahlung S auf. Im Vergleich zu dem in Figur 1A dargestellten Bauelement wird die Strahlung S von der Haftschicht 4 stark absorbiert und nur zu einem geringen Teil zurück reflektiert, so dass die absorbierte Strahlung S nicht mehr nach außen an die Umgebung abgestrahlt werden kann und so die Effizienz dieses
Bauelement erheblich geringer ist als die des
erfindungsgemäßen Bauelements. Eine Titanschicht mit einer Schichtdicke von 2 nm reduziert die Reflektivität der
Kontaktstruktur 6 um etwa 5 % im Vergleich zu einer
Kontaktstruktur 6, die ohne Haftschicht 4 direkt auf der Stromaufweitungsschicht 3 angeordnet ist. In Figur 2 ist die Reflektivität R in % gegen die Wellenlänge λ in nm aufgetragen. Die mit dem Bezugszeichen A versehene Kurve zeigt die Reflektivität einer Schicht aus Rhodium, die mit dem Bezugszeichen B versehene Kurve zeigt die
Reflektivität einer Schichtenfolge aus einer Schicht aus Titanoxid und einer Schicht aus Rhodium, die mit dem
Bezugszeichen C versehene Kurve zeigt die Reflektivität einer Schichtenfolge aus einer Schicht aus Titan und einer Schicht aus Rhodium. Die dargestellte Reflektivität der Kurven B und C bezieht sich darauf, dass die Strahlung auf die
Titanoxidschicht beziehungsweise auf die Titanschicht trifft. Die Titanoxidschicht wurde durch ein Verdampfen von T 13O5 im Vakuum, teilweise Oxidation des T 13O5 und Abscheiden des teilweise oxidierten T 13O5 hergestellt. Alle Schichten aus Rhodium weisen dieselbe Schichtdicke auf. Die Schicht aus Titan und die Schicht aus Titanoxid weisen jeweils eine
Schichtdicke von 2 nm auf. Wie ersichtlich, zeigt die aus dem Stand der Technik bekannte Lösung einer Schicht aus Titan in Verbindung mit einer Schicht aus Rhodium beispielsweise einer Kontaktstruktur eine vergleichsweise geringe Reflektivität und damit eine erhöhte Absorption von Strahlung in einem Wellenlängenbereich von 350 nm bis 850 nm. Die
erfindungsgemäße Haftschicht aus Titanoxid in Verbindung mit einer Schicht aus Rhodium weist vergleichsweise dieselbe Reflektivität auf wie eine Rhodium Schicht alleine.
Vorteilhafterweise kann mit der erfindungsgemäßen Haftschicht auch eine sehr gute Verklebung einer Schicht aus einem transparenten leitenden Oxid, wie ITO mit der Schicht aus Rhodium erzielt werden. Zudem ist die Haftschicht elektrisch leitend, so dass eine nötige elektrische Verbindung einer Stromaufweitungsschicht beispielsweise aus ITO und einer Kontaktstruktur in einem optoelektronischen Bauelement gewährleistet werden kann. Die Reflektivität der
erfindungsgemäßen Haftschicht aus Titanoxid ist wesentlich höher als die einer aus dem Stand der Technik bekannten, gleich dicken Schicht aus Titan. Damit zeigt die
erfindungsgemäße Haftschicht aus Titanoxid in Verbindung mit einer Kontaktstruktur aus Rhodium und gegebenenfalls einem weiteren Metall eine erhöhte Reflektivität und somit eine verminderte Absorption der von der Halbleiterschichtenfolge emittierten Strahlung, sodass mit Vorteil die Lichtausbeute eines optoelektronischen Bauelements erhöht werden kann. In Figur 3 sind Extinktionskoeffizienten k verschiedener Materialien in Abhängigkeit von der Wellenlänge λ in nm gezeigt. Die mit dem Bezugszeichen D versehene Kurve zeigt den Extinktionskoeffizienten einer Schicht aus Titan, die mit dem Bezugsziechen E versehene Kurve zeigt den
Extinktionskoeffizienten einer Schicht aus Titandioxid und die mit dem Bezugsziechen F versehene Kurve zeigt den
Extinktionskoeffizienten von einer erfindungsgemäßen Schicht aus Titanoxid mit Sauerstoff in der Oxidationsstufe W0 = -2 und Titan in der Oxidationsstufe WT mit 0<WT<+4. Je höher der Extinktionskoeffizient, desto stärker wird die auf die
Schicht auftreffende elektromagnetische Strahlung von dem Material absorbiert. Wie ersichtlich, weist die
erfindungsgemäße Haftschicht aus Titanoxid mit dem Bezugszeichen F im sichtbaren Bereich des elektromagnetischen Spektrums einen sehr geringen Extinktionskoeffizienten im Vergleich zu einer Titanschicht auf. Noch geringere Werte finden sich für eine Schicht aus Titandioxid, die jedoch aufgrund fehlender elektrischer Leitfähigkeit nicht als Haftschicht eingesetzt werden kann, um die
Stromaufweitungsschicht elektrisch leitend mit der
Kontaktstruktur zu verbinden.
Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt, vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 optoelektronisches Bauelement
2 Halbleiterschichtenfolge 3 StromaufweitungsSchicht
4 Haftschicht
5 Strahlungsaustrittsfläche
6 Kontaktstruktur
7 Substrat
8 Reflexionsschicht
S Strahlung

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Bauelement (1) umfassend
- eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven
Schicht, die dazu eingerichtet ist im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren,
- zumindest eine StromaufWeitungsschicht (3) an einer
Strahlungsaustrittsfläche (5) der Halbleiterschichtenfolge (2), wobei die StromaufWeitungsschicht (3) über eine
Haftschicht (4) mit einer Kontaktstruktur (6) elektrisch leitend verbunden ist und die Haftschicht (4) ein Titanoxid umfasst, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die
Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die
Oxidationsstufe WT mit 0<WT<+4 aufweist.
2. Bauelement (1) nach Anspruch 1, wobei die Haftschicht (4) elektrisch leitfähig ist.
3. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Titanoxid aus einer Gruppe ausgewählt ist, die
Titanoxide mit Titan in der Oxidationsstufe WT = +3 oder +2, Titansuboxide und Kombinationen daraus umfasst.
4. Bauelement (1) nach Anspruch 3, wobei die Titansuboxide die Formel TiOm mit 0<m<2 oder Tin02n-i mit n = 3-10 aufweisen.
5. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Titanoxid aus einer Gruppe ausgewählt ist, die TiO, Ti203, Ti20, Ti30, Ti60, Ti305, Ti407, Ti509, Ti6Ou, Ti70i3, Ti80i5, T19O17, TiioOig und Kombinationen daraus umfasst.
6. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haftschicht (4) aus dem Titanoxid besteht.
7. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haftschicht (4) eine Schichtdicke zwischen 1 nm und 100 nm aufweist.
8. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Haftschicht (4) in direktem Kontakt zu der
Stromaufweitungsschicht (3) und der Kontaktstruktur (6) steht .
9. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromaufweitungsschicht (3) ein transparentes leitfähiges Oxid umfasst.
10. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei der Kontaktstruktur (6) um eine metallische
Kontaktstruktur handelt.
11. Bauelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das ein Substrat (7) aus Saphir umfasst, auf den die
Halbleiterschichtenfolge (2) epitaktisch aufgewachsen ist.
12. Bauelement nach Anspruch 11, das eine Reflexionsschicht (8) umfasst, die auf der von der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Fläche des Substrats (7) angeordnet ist.
13. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Bauelements (1) umfassend die Verfahrensschritte:
A) Bereitstellen einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Schicht, die dazu eingerichtet ist im Betrieb des Bauelements eine elektromagnetische Strahlung zu emittieren;
B) Aufbringen einer Stromaufweitungsschicht (3) auf eine Strahlungsaustrittsfläche (5) der Halbleiterschichtenfolge (2) : C) Aufbringen einer Haftschicht (4) auf die
Stromaufweitungsschicht (3) ;
D) Aufbringen einer Kontaktstruktur (6) auf der
Stromaufweitungsschicht (3) ;
wobei Verfahrensschritt C) folgende Verfahrensschritte umfasst :
Cl) Verdampfen eines Titanoxids, wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die Oxidationsstufe WT mit 0<WT<+4 aufweist oder
Clx) Verdampfen von Titan unter SauerstoffZuführung;
C3) Abscheiden eines Titanoxids zur Bildung der Haftschicht (4), wobei in dem Titanoxid der Sauerstoff die
Oxidationsstufe W0 mit W0 = -2 und das Titan die
Oxidationsstufe WT mit 0<WT<+4 aufweist.
14. Verfahren nach Anspruch 13, das einen weiteren
Verfahrensschritt C2) umfasst:
C2) Oxidation des Titanoxids.
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DE (1) DE102015112879A1 (de)
WO (1) WO2017021455A1 (de)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0926744A2 (de) * 1997-12-15 1999-06-30 Hewlett-Packard Company Licht-emittierende Vorrichtung
EP2264792A2 (de) * 2008-04-05 2010-12-22 June O. Song Lichtemittierende vorrichtung und herstellungsverfahren dafür

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3717196B2 (ja) * 1994-07-19 2005-11-16 豊田合成株式会社 発光素子
DE102004057802B4 (de) * 2004-11-30 2011-03-24 Osram Opto Semiconductors Gmbh Strahlungemittierendes Halbleiterbauelement mit Zwischenschicht
US8487344B2 (en) * 2005-12-16 2013-07-16 Samsung Display Co., Ltd. Optical device and method of fabricating the same
DE102011102376A1 (de) * 2011-05-25 2012-11-29 Osram Opto Semiconductors Gmbh Optoelektronischer Halbleiterchip
JP6228297B2 (ja) * 2013-10-04 2017-11-08 ワンス コーポレーション リミテッド 光透過度が優れる電極、光透過度が優れる電極の製造方法及び光透過度が優れる電極を含む電子素子
US10099938B2 (en) * 2013-12-12 2018-10-16 Samsung Electronics Co., Ltd. Electrically conductive thin films

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0926744A2 (de) * 1997-12-15 1999-06-30 Hewlett-Packard Company Licht-emittierende Vorrichtung
EP2264792A2 (de) * 2008-04-05 2010-12-22 June O. Song Lichtemittierende vorrichtung und herstellungsverfahren dafür

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