WO2019158425A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauteil und verfahren zur herstellung eines optoelektronischen halbleiterbauteils Download PDF

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semiconductor
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Benjamin Reuters
Johannes Saric
Jens Müller
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Osram Opto Semiconductors Gmbh
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    • H01L33/405—Reflective materials

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor device is specified.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device that efficiently electrically
  • this includes
  • Semiconductor component a semiconductor layer sequence.
  • the active zone preferably includes a single quantum well structure, a
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on a III-V compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m N or a
  • Phosphide compound semiconductor material such as
  • Compound semiconductor material such as Al n In ] __ nm Ga m As or as Al n Ga m In ] __ nm As P ] _-k, where in each case 0 dn ⁇ 1, 0 dm ⁇ 1 and n + m ⁇ 1 and 0 dk ⁇ 1.
  • the semiconductor device to a LED chip, short LED chip.
  • the semiconductor device is configured to generate red light or near-infrared radiation.
  • a wavelength of maximum intensity of the radiation generated during operation is approximately at least 570 nm or 605 nm and / or at most 1100 nm or 860 nm.
  • this includes
  • Semiconductor device an electrically insulating separation layer.
  • the separating layer is located on an underside of the
  • the underside is located at a p-type region of the semiconductor layer sequence.
  • the separating layer has a plurality of openings. In the openings is the
  • the openings are preferably limited to the separating layer, so that the
  • the rich Do not open openings to the active zone so that the active zone is undisturbed by the openings.
  • this includes
  • Semiconductor device an adhesive layer.
  • Adhesive layer is located next to the openings, in particular exclusively next to the openings. That is, the openings are preferably free of the
  • the adhesion-promoting layer is furthermore located on a side of the separating layer facing away from the semiconductor layer sequence, preferably directly on the side
  • Adhesive layer defines a cross section of the openings.
  • the adhesion-promoting layer can border directly on the openings.
  • this includes
  • Metallization layer may be a single layer of a single material. It is also possible that the metallization layer is composed of several partial layers, as seen in plan view also
  • the partial layers can be made of the same or different materials.
  • Metallization layer is located at one of
  • Adhesive layer preferably directly at the
  • Adhesive layer Adhesive layer.
  • the metallization layer is a continuous layer.
  • the means, the metallization layer is preferred
  • Metallization layer free of openings or holes.
  • the metallization layer is the only one
  • this includes
  • Semiconductor layer sequence is an electrically insulating separation layer with a plurality of openings.
  • Adhesive layer is located next to the openings on a side facing away from the semiconductor layer sequence of the Separation layer. At one of the semiconductor layer sequence
  • Semiconductor layer sequence is electrically contacted in the openings directly from the metallization layer.
  • Metallization layer and the openings are spaced in the direction perpendicular to the separation layer of the active zone.
  • the metallization layer is generated before or after removal of a mask.
  • the Metallization layer serves as a contact layer and as
  • Temperatures also referred to as annealing, can improve an ohmic electrical characteristic.
  • Annealing is applied in particular the mirror layer and optionally barrier layers and / or coupling layers, for example with one or more solders.
  • mechanical stresses also referred to as strain
  • strain can be captured via such a coupling layer, so that a yield in the production of the semiconductor components can be improved.
  • this includes
  • the coupling layer is preferably a continuous layer.
  • the coupling layer can
  • the coupling layer is located at one of
  • the metallization layer can be located directly on the coupling layer.
  • the separating layer is permeable to the radiation generated during operation and / or is composed of at least one radiation-transmissive one
  • the separation layer is then made of an oxide such as silicon oxide or niobium oxide, of a nitride such as silicon nitride or of a fluoride such as magnesium fluoride.
  • the separating layer has a reflective effect on the radiation generated during operation. That is, the release layer is at least partially impermeable to the generated radiation.
  • the release layer is at least partially impermeable to the generated radiation.
  • Trenn then a Bragg mirror for in operation generated radiation having a plurality of layers with alternately high and low refractive indices.
  • Adhesive layer of a transparent conductive oxide Adhesive layer of a transparent conductive oxide.
  • Transparent conductive oxides English TCOs, are transparent, electrically conductive materials, usually metal oxides, such as
  • zinc oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or indium tin oxide (ITO).
  • binary oxide for example, zinc oxide, tin oxide, cadmium oxide, titanium oxide, indium oxide or
  • Metal oxygen compounds such as ZnO, SnÜ 2 or Ih 2 q 3 also include ternary metal oxygen compounds such as Zn 2 SnÜ 4 , CdSnO 3 , ZnSn 3 , Mgln 2 O 4 , GalnO 3 , Zh 2 ⁇ h 2 q 5 or In 4 Sn 3 0i 2 or mixtures of different transparent conductive oxides to the group of TCOs.
  • TCOs do not necessarily correspond to one
  • stoichiometric composition and may also be p- or n-doped.
  • the adhesion-promoting layer is made of ITO or of indium zinc oxide, IZO for short.
  • the adhesion-promoting layer is made of ITO or of indium zinc oxide, IZO for short.
  • Bonding layer of a thin, preferably partially transparent to the generated radiation metal layer in particular with a thickness of at least 0.5 nm or 1 nm and / or at most 8 nm or 4 nm
  • Metal layer is the adhesion-promoting layer, preferably made of titanium.
  • Direction parallel to a main extension direction of the semiconductor layer sequence and / or the active zone are in Area of the openings present both a material of the separating layer and the coupling layer.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on the material system AlInGaAs, AlInGaP or AlInGaAsP.
  • a growth substrate for the semiconductor layer sequence is preferably based on the material system AlInGaAs, AlInGaP or AlInGaAsP.
  • Semiconductor component preferably no longer available. That is, a growth substrate was removed from the semiconductor layer sequence.
  • one of the semiconductor layer sequences is located
  • the barrier layer is preferably free of openings or holes. In particular, the barrier layer is located directly between the
  • the barrier layer is configured to permit diffusion of materials from the
  • the barrier layer can thus be used as
  • Coupling layer can be called. This makes it possible to achieve that a high reflectivity of the metallization layer for the radiation generated during operation even at long
  • Coupling layer a solder for fixing the
  • the coupling layer is AuInSn and / or NilnSn.
  • the side facing away from one of the metallization layers is a side facing away from one of the metallization layers
  • Contact surface is preferably a side facing away from the semiconductor layer sequence of the coupling layer.
  • Metallization layer at least next to the openings a mirror for the radiation generated during operation.
  • Metallization layer has in addition to the openings in particular directly on the primer layer preferred
  • reflective metal such as silver or gold or aluminum or consists of gold or silver or aluminum, preferably of gold or a gold alloy.
  • the separation layer is the total reflection of the radiation generated during operation
  • Separation layer is radiation that strikes the separating layer in comparatively shallow angles, thrown back into the semiconductor layer sequence by total reflection.
  • Separating layer pass through the separating layer and are reflected on the metallization layer.
  • Metallization layer composed of at least one contact layer and at least one mirror layer. All partial layers of the metallization layer are preferred
  • the at least one contact layer is located directly on the underside and touches the semiconductor layer sequence.
  • the contact layer is preferably limited to the openings.
  • the contact layer and the release layer preferably do not touch each other and are spaced from each other. This applies in particular in the direction parallel to the main extension direction of the active zone. That is, the contact layer can be seen in plan view of the Bottom view seen formed by a plurality of individual, separate points or islands, which are located in the openings.
  • the mirror layer is preferably applied directly to the contact layer. It is possible that the mirror layer and the contact layer are made of different materials. Preferred are the
  • Material such as gold or silver.
  • the openings are trapezoidal in cross section.
  • the openings taper in the direction of the bottom, preferably continuously and strictly monotone. Side surfaces of the
  • Openings can be seen straight or in cross section
  • the openings may be frusto-conical.
  • the mirror layer can be in direct contact with the semiconductor layer sequence, so that a step is formed in the mirror layer in a transition region of the mirror layer towards the contact layer.
  • the central region of the openings so in particular over the associated contact layer, which runs the
  • Metallization layer in particular the mirror layer, preferably flat.
  • Central region is seen in plan view preferably a closed curve, in particular a circle or an ellipse.
  • the metallization layer of a single continuous mirror layer.
  • the metallization layer is preferably made of gold or silver or a gold alloy or a silver alloy.
  • the metallization layer and thus the mirror layer is preferably located over the whole area directly on the underside and preferably also on the separation layer, in particular on side surfaces of the
  • Main network layer An electrical contacting of the semiconductor layer sequence takes place in this case via the mirror layer.
  • Metallization layer the openings true to shape. This means in particular that the metallization layer in the
  • the metallization layer can thus in each case run flat on the underside and on a side of the adhesion-promoting layer facing away from the semiconductor layer sequence. At one edge of the openings is the
  • Metallization layer preferably as part of a
  • Conical jacket formed.
  • the thickness of the separating layer exceeds the thickness of the metallization layer by at least a factor of 1.2 or 1.5 and / or by at most a factor of 4 or 2.
  • the thickness of the metallization layer preferably exceeds the thickness of the adhesion-promoting layer by at least a factor of 10 or 20 or 30 and / or by at most a factor of 300 or 100 or 40.
  • Metallization layer thicker than the barrier layer.
  • the thickness of the first layer is the thickness of the first layer.
  • Metalltechnisches silk the thickness of the barrier layer by at least a factor of 1.3 or 1.7 or 2 and / or by at most a factor of 50 or 10 or 3.
  • the pegs preferably penetrate at least 40 nm or 70 nm and / or at most 0.4 ⁇ m or 0.3 ⁇ m into the
  • the pins are for reducing an electrical contact resistance between the
  • the pins are in the openings over the
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor device is specified.
  • the method produces a semiconductor device as specified in connection with one or more of the above embodiments. Features of the method are therefore also disclosed for the semiconductor device and vice versa.
  • the method comprises the following steps:
  • Metallization layer and optionally the barrier layer and the coupling layer is preferably exactly one
  • Mask layer is a structuring of the openings and the associated layers allows.
  • step E) comprises the following substeps:
  • E2) generating the mirror layer.
  • the method steps are carried out in the following order: A), B), C), E1), D), E2).
  • Figure 1A is a schematic sectional view of a
  • Figure 1B is a schematic plan view of a
  • FIGS. 2A to 2F are schematic sectional views of FIG.
  • Figures 3A to 3C are schematic sectional views of
  • Figure 4 is a schematic sectional view of a
  • Figure 5 is a schematic sectional view of a
  • FIG. 6 shows schematic plan views of luminous patterns of a semiconductor component described here in part A of the figure and a modification of a semiconductor component in FIG.
  • Figure 1 is an embodiment of a
  • the semiconductor device 1 comprises a
  • the semiconductor layer sequence 2 has a p-type region 21 and an n-type region 23 as well as an intermediate active region 22.
  • an electromagnetic radiation is generated in the active zone 22, for example red light or near-infrared radiation.
  • Semiconductor layer sequence 2 is based in particular on AlInGaP or AlInGaAs. It is possible that through the
  • Semiconductor layer sequence 2 a light exit side 10 of the semiconductor device 1 is formed.
  • the semiconductor device 1 comprises a separation layer 3 on an underside 20 of the semiconductor layer sequence 2
  • Separating layer 3 is for example made of silicon dioxide.
  • a thickness of the release layer 3 is preferably at least
  • the separation layer 3 is made of a material which is permeable to radiation generated in operation in the active zone 22. At the same time there is a big difference in the
  • An adhesion-promoting layer 4 is located directly on the separating layer 3 on a side of the separating layer 3 facing away from the semiconductor layer sequence 2.
  • the adhesion-promoting layer 4 is made, for example, of ITO. A thickness of
  • Primer layer 4 is preferably at least 1 nm or 5 nm or 10 nm and / or at most 50 nm or 25 nm or 20 nm, in particular approximately 15 nm.
  • the opening 32 is drawn. In the opening 32, the bottom 20 of the semiconductor layer sequence 2 is exposed. The opening 32 is
  • the opening 32 preferably has a diameter of at least 10 nm or 30 nm or 100 nm. Alternatively or additionally, this diameter is at most 10 ym or 5 ym or 3 ym.
  • the metallization layer 5 is made of gold, for example. A thickness of
  • Metallization layer 5 is preferably at least 70 nm or 200 nm and / or at most 0.8 ym or 0.5 ym, in particular about 0.3 ym.
  • the metallization layer 5 shapes the opening 32 in the separation layer 3 in a true-to-form manner.
  • Semiconductor layer sequence 2 are preferably formed on the underside 20 on the metallization layer 5 in the semiconductor layer sequence 2 irregularly distributed many pins 55.
  • the pins 55 extend into the semiconductor layer sequence 2 to approximately 200 nm, but do not extend to the active zone 22.
  • the metallization layer 5 is formed by a mirror layer 52, so that the metallization layer 5 has a high reflectivity throughout for the radiation generated during operation of the active zone 22.
  • the metallization layer 5 is preferably covered by a barrier layer 6 over the whole area.
  • the barrier layer 6 is
  • the barrier layer 6 is covered continuously by a metallic coupling layer 7.
  • the coupling layer 7 is a solder layer over which the
  • the coupling layer 7 extends into the opening 32. This can be the
  • a first electrode 91 is located on the light exit side 10.
  • the first electrode 91 extends preferably strip-shaped, starting from a contact surface 93 at the light exit side 10. In this case, a
  • Conductor cross-section of conductor tracks of the first electrode 91 in the direction away from the associated contact surface 93 monotonically decrease.
  • Embodiments can be present, can be a Lichtauskoppeleffizienz of radiation from the
  • Increase semiconductor device 1 Alternatively or in addition to such side edges 24 on the underside 20 may be a
  • Roughening on the light exit side 10 may be present.
  • the first electrode 91 is in the other
  • Embodiments exist, as well as the side edges 24th
  • FIG. 2 shows a production method for the
  • semiconductor component 1 of Figure 1 illustrates. According to FIG. 2A, the semiconductor layer sequence 2, the
  • a mask layer 8 is applied and structured such that the adhesion-promoting layer 4 is exposed in the area of the later openings. This is preferably followed by a dry-chemical etching of the adhesion-promoting layer 4 and, preferably, a wet-chemical etching of the separation layer 3. Of these etching steps, the semiconductor layer sequence 2 preferably remains substantially
  • undercuts 83 can form, which surround the openings 32 all around.
  • the undercuts 83 are thus covered by the adhesion-promoting layer 4 and by the mask layer 8.
  • the mask layer 8 is removed. The same applies to previously supernatant areas of the
  • Metallization layer 5 is applied as a mirror layer 52.
  • the metallization layer 5 shapes the opening 32 in true to form.
  • the continuous barrier layer 6 and the continuous coupling layer 7 are subsequently produced.
  • FIG. 3A Production process shown.
  • the step of FIG. 3A is preferably followed by the steps of FIGS. 2A to
  • a contact layer 51 for the metallization layer 5 is deposited.
  • the contact layer 51 is made of gold, for example.
  • a thickness of the contact layer 51 is preferably at least 20 nm or 50 nm or 100 nm and / or at most 0.5 ⁇ m or 0.3 ⁇ m. Due to the
  • an extent of the undercuts 83 is, for example, at least 0.1 ym or 0.5 ym and / or at most 5 ym or 1 ym.
  • FIG. 3B it is shown that the mask layer 8 is removed together with protruding areas of the adhesion-promoting layer 4 and excess material of the contact layer 51.
  • the contact layer 51 remains insular in
  • both the contact layer 51 and the mirror layer 52 can be composed of several partial layers. However, only one is preferred
  • a bulge 65 is formed, which rotates the contact layer 51 preferably annular. In the region of the bulge 65 is a side facing away from the semiconductor layer sequence 2 Metallization layer 5 closer to the
  • a removal of the mask layer 8 and / or an application of the contact layer 51 can in FIGS. 2 or 3 each include cleaning steps such as the use of solvents, an oxygen plasma and / or ion cleaning
  • FIG. 4 illustrates that the barrier layer 6 is composed of a first partial layer 61 and a second partial layer 62.
  • the first sub-layer 61 is
  • the sub-layers 61, 62 may have the same thicknesses, for example, in each case about 50 nm, or may be different in thickness. The same applies to all other embodiments.
  • FIG. 5 shows a modification 11 of a semiconductor component.
  • the adhesion-promoting layer 4 extends continuously over the separating layer 3 and the contact layer 51.
  • the mirror layer 52 is applied continuously.
  • a barrier layer is not present in the modification 11 of FIG.
  • defects 57 can occur. These defects 57 can reduce a lifetime of the modification 11.
  • the adhesion-promoting layer 4 is located in a current path for energizing the semiconductor layer sequence 2.
  • Barrier layer 2 between the mirror layer 52 and the coupling layer 7 is a degradation due to
  • Semiconductor device 1 in difficult environmental conditions, for example at high humidity, in the presence of corrosive gases and / or in the presence of electric fields.
  • Semiconductor layer sequence 2 used. This results in a low contact resistance and a contact area is maximized. Furthermore, a mirror surface for reflection of the generated radiation is maximized.
  • FIG. 6A illustrates that even after 1000

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Abstract

In einer Ausführungsform umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil (1) eine Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung einer Strahlung. An einer Unterseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) befindet sich eine elektrisch isolierende Trennschicht (3) mit mehreren Öffnungen (32). Eine Haftvermittlungsschicht (4) befindet sich neben den Öffnungen (32) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Trennschicht (3). An einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Haftvermittlungsschicht (4) befindet sich eine durchgehende Metallisierungsschicht (5). Die Halbleiterschichtenfolge (2) ist in den Öffnungen (32) direkt von der Metallisierungsschicht (5) elektrisch kontaktiert. Die Metallisierungsschicht (5) sowie die Öffnungen (32) sind in Richtung senkrecht zur Trennschicht (3) von der aktiven Zone (22) beabstandet.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUTEILS
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben.
Eine zu lösende Aufgabe liegt darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauteil anzugeben, das effizient elektrisch
kontaktierbar ist.
Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauteil mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der übrigen
Ansprüche .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Halbeiterschichtenfolge. Die
Halbleiterschichtenfolge verfügt über eine aktive Zone zur Erzeugung einer Strahlung. Dazu beinhaltet die aktive Zone bevorzugt eine EinfachquantentopfStruktur, eine
MehrfachquantentopfStruktur und/oder zumindest einen pn- Übergang .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf einem III- V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamN oder um ein
Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial wie
AlnIn]__n-mGamP oder auch um ein Arsenid-
Verbindungshalbleitermaterial wie AlnIn]__n-mGamAs oder wie AlnGamIn]__n-mAs P]_-k, wobei jeweils 0 d n < 1, 0 d m < 1 und n + m < 1 sowie 0 d k < 1 ist. Bevorzugt gilt für zumindest eine Schicht oder für alle Schichten der
Halbleiterschichtenfolge 0 < n < 0,8, 0,4 < m < 1 und n + m < 0,95 sowie 0 < k < 0,5. Dabei kann die
Halbleiterschichtenfolge Dotierstoffe sowie zusätzliche
Bestandteile aufweisen. Der Einfachheit halber sind jedoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge, also Al, As, Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stoffe ersetzt und/oder ergänzt sein können.
Insbesondere handelt es sich bei dem optoelektronischen
Halbleiterbauteil um einen Leuchtdiodenchip, kurz LED-Chip. Zum Beispiel ist das Halbleiterbauteil zur Erzeugung von rotem Licht oder von nahinfraroter Strahlung eingerichtet. So liegt eine Wellenlänge maximaler Intensität der im Betrieb erzeugten Strahlung etwa bei mindestens 570 nm oder 605 nm und/oder bei höchstens 1100 nm oder 860 nm.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine elektrisch isolierende Trennschicht. Die Trennschicht befindet sich an einer Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge. Beispielsweise liegt die Unterseite an einem p-leitenden Bereich der Halbleiterschichtenfolge.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Trennschicht mehrere Öffnungen auf. In den Öffnungen liegt die
Halbleiterschichtenfolge frei. Dabei beschränken sich die Öffnungen bevorzugt auf die Trennschicht, sodass die
Öffnungen nicht oder nicht signifikant in die
Halbleiterschichtenfolge reichen. Insbesondere reichen die Öffnungen nicht bis zur aktiven Zone, sodass die aktive Zone von den Öffnungen ungestört ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Haftvermittlungsschicht. Die
Haftvermittlungsschicht befindet sich neben den Öffnungen, insbesondere ausschließlich neben den Öffnungen. Das heißt, die Öffnungen sind bevorzugt frei von der
Haftvermittlungsschicht. Die Haftvermittlungsschicht befindet sich ferner an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Trennschicht, bevorzugt unmittelbar an der
Trennschicht. Es ist möglich, dass die
Haftvermittlungsschicht einen Querschnitt der Öffnungen definiert. Die Haftvermittlungsschicht kann direkt an die Öffnungen grenzen.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine Metallisierungsschicht. Bei der
Metallisierungsschicht kann es sich um eine einzige Schicht aus einem einzigen Material handeln. Ebenso ist es möglich, dass die Metallisierungsschicht aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt ist, die in Draufsicht gesehen auch
verschiedene Bedeckungsgrade oder Bedeckungsflächen
hinsichtlich der Halbleiterschichtenfolge haben können oder die deckungsgleich sind. Die Teilschichten können aus dem gleichen oder aus verschiedenen Materialien sein. Die
Metallisierungsschicht befindet sich an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der
Haftvermittlungsschicht, bevorzugt direkt an der
Haftvermittlungsschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform handelt es sich bei der Metallisierungsschicht um eine durchgehende Schicht. Das heißt, die Metallisierungsschicht ist bevorzugt
ununterbrochen und lückenlos. Damit ist die
Metallisierungsschicht frei von Öffnungen oder Löchern.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die
Halbleiterschichtenfolge in den Öffnungen direkt an der Metallisierungsschicht. Damit ist die
Halbleiterschichtenfolge elektrisch über die
Metallisierungsschicht kontaktiert. Insbesondere handelt es sich bei der Metallisierungsschicht um die einzige
elektrische Kontaktierung an der oder zur Unterseite der Halbleiterschichtenfolge .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die
Metallisierungsschicht sowie die Öffnungen in Richtung senkrecht zur Trennschicht von der aktiven Zone beabstandet. Das heißt, insbesondere in Richtung parallel zu einer
Wachstumsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und/oder senkrecht zu Hauptausdehnungsrichtungen der
Halbleiterschichtenfolge reichen weder die
Metallisierungsschicht noch die Öffnungen bis an die aktive Zone heran. Mit anderen Worten durchdringen weder die
Metallisierungsschicht noch die Öffnungen die aktive Zone, im Querschnitt gesehen.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das
optoelektronische Halbleiterbauteil eine
Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Zone zur Erzeugung einer Strahlung. An einer Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge befindet sich eine elektrisch isolierende Trennschicht mit mehreren Öffnungen. Eine
Haftvermittlungsschicht befindet sich neben den Öffnungen an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Trennschicht. An einer der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Seite der Haftvermittlungsschicht befindet sich eine durchgehende Metallisierungsschicht. Die
Halbleiterschichtenfolge ist in den Öffnungen direkt von der Metallisierungsschicht elektrisch kontaktiert. Die
Metallisierungsschicht sowie die Öffnungen sind in Richtung senkrecht zur Trennschicht von der aktiven Zone beabstandet.
Bei dem hier beschriebenen Halbleiterbauteil ist es möglich, metallische Kontakte zu verwenden, die nur eine
vergleichsweise kleine Fläche an der Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge einnehmen und die somit nur
geringfügig zu einer Lichtabsorption und zu optischen
Verlusten beitragen. Durch die Metallisierungsschicht ist ein effizienter ohmscher elektrischer Kontakt erreichbar, sodass die Halbleiterschichtenfolge effizient elektrisch
kontaktierbar ist. Ferner ist es möglich, die Öffnungen in der Trennschicht flach und glatt zu überformen. Damit ist eine Morphologie der Kontaktregionen ermöglicht, die
durchgehende Metallschichten wie die Metallisierungsschicht erlaubt. Ferner lässt sich eine hohe Langzeitstabilität in schwierigen Umweltbedingungen erreichen, beispielsweise unter Anwesenheit von hoher Luftfeuchtigkeit, korrosiven Gasen und/oder elektrischen Feldern.
Dies wird insbesondere dadurch erreicht, dass auf die
Halbleiterschichtenfolge die dielektrische Trennschicht und die Haftvermittlungsschicht aufgebracht und bevorzugt
fotolithografisch strukturiert werden, insbesondere mittels Trockenätzen und/oder Nassätzen. Dadurch entstehen viele punktartige Öffnungen mit Radien im Bereich von Nanometer bis Mikrometer. Die Metallisierungsschicht wird vor oder nach einem Entfernen einer Maske erzeugt. Die Metallisierungsschicht dient als Kontaktschicht und als
Spiegelschicht. Durch ein Ausheilen bei erhöhten
Temperaturen, auch als Annealing bezeichnet, lässt sich eine ohmsche elektrische Charakteristik verbessern. Nach dem
Annealing wird insbesondere die Spiegelschicht aufgebracht und optional Barriereschichten und/oder Ankopplungsschichten, beispielsweise mit einem oder mit mehreren Loten. Über eine solche Ankopplungsschicht sind zudem mechanische Spannungen, auch als Strain bezeichnet, auffangbar, sodass eine Ausbeute bei der Herstellung der Halbleiterbauteile verbesserbar ist.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst das
Halbleiterbauteil eine metallische Ankopplungsschicht. Bei der Ankopplungsschicht handelt es sich bevorzugt um eine durchgehende Schicht. Die Ankopplungsschicht kann
deckungsgleich zur Metallisierungsschicht aufgebracht sein. Die Ankopplungsschicht befindet sich an einer der
Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der
Metallisierungsschicht. Die Metallisierungsschicht kann sich direkt an der Ankopplungsschicht befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trennschicht für die im Betrieb erzeugte Strahlung durchlässig und/oder ist aus zumindest einem für die Strahlung durchlässigen
Material. Beispielsweise ist die Trennschicht dann aus einem Oxid wie Siliziumoxid oder Nioboxid, aus einem Nitrid wie Siliziumnitrid oder aus einem Fluorid wie Magnesiumfluorid.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wirkt die Trennschicht reflektierend für die im Betrieb erzeugte Strahlung. Das heißt, die Trennschicht ist zumindest teilweise undurchlässig für die erzeugte Strahlung. Insbesondere umfasst die
Trennschicht dann einen Bragg-Spiegel für die im Betrieb erzeugte Strahlung mit einer Mehrzahl von Schichten mit abwechselnd hohen und niedrigen Brechungsindizes.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Haftvermittlungsschicht aus einem transparenten leitfähigen Oxid. Transparente leitende Oxide, englisch transparent conductive oxides, kurz TCOs, sind transparente, elektrisch leitende Materialien, in der Regel Metalloxide, wie
beispielsweise Zinkoxid, Zinnoxid, Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären
Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnÜ2 oder Ih2q3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnÜ4, CdSn03, ZnSnÜ3, Mgln204, Galn03, Zh2ΐh2q5 oder In4Sn30i2 oder Mischungen unterschiedlicher transparenter leitender Oxide zu der Gruppe der TCOs.
Weiterhin entsprechen die TCOs nicht zwingend einer
stöchiometrischen Zusammensetzung und können auch p- oder n- dotiert sein.
Insbesondere ist die Haftvermittlungsschicht aus ITO oder aus Indiumzinkoxid, kurz IZO. Alternativ kann die
Haftvermittlungsschicht aus einer dünnen, für die erzeugte Strahlung bevorzugt teilweise durchlässigen Metallschicht sein, insbesondere mit einer Dicke von mindestens 0,5 nm oder 1 nm und/oder höchstens 8 nm oder 4 nm. Im Falle einer
Metallschicht ist die Haftvermittlungsschicht bevorzugt aus Titan .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform reicht die
Ankopplungsschicht bis in die Öffnungen. Das heißt, in
Richtung parallel zu einer Haupterstreckungsrichtung der Halbleiterschichtenfolge und/oder der aktiven Zone sind im Bereich der Öffnungen sowohl ein Material der Trennschicht als auch der Ankopplungsschicht vorhanden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Ankopplungsschicht an einer p-leitenden Seite der
Halbleiterschichtenfolge. Die Halbleiterschichtenfolge basiert bevorzugt auf dem Materialsystem AlInGaAs, AlInGaP oder AlInGaAsP. Ein Aufwachssubstrat für die
Halbleiterschichtenfolge ist in dem fertigen
Halbleiterbauteil bevorzugt nicht mehr vorhanden. Das heißt, ein Aufwachssubstrat wurde von der Halbleiterschichtenfolge entfernt .
Gemäß zumindest einer besonders bevorzugten Ausführungsform befindet sich an einer der Halbleiterschichtenfolge
abgewandten Seite der Metallisierungsschicht eine
Barriereschicht. Bevorzugt handelt es sich bei der
Barriereschicht um eine durchgehende Schicht, die
deckungsgleich mit der Metallisierungsschicht und/oder der Ankopplungsschicht verlaufen kann. Die Barriereschicht ist bevorzugt frei von Öffnungen oder Löchern. Insbesondere befindet sich die Barriereschicht direkt zwischen der
Metallisierungsschicht und der Ankopplungsschicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die
Barriereschicht eines oder mehrerer der folgenden Materialien oder besteht aus einem oder aus mehreren dieser Materialien: Pt, Ti, TiW, TiWn, TiN.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Barriereschicht im bestimmungsgemäßen Gebrauch des Halbleiterbauteils dazu eingerichtet, eine Diffusion von Materialien aus der
Ankopplungsschicht in die Metallisierungsschicht zu unterbinden. Die Barriereschicht kann somit als
Diffusionsbarriereschicht für Materialien der
Ankopplungsschicht bezeichnet werden. Damit ist erreichbar, dass eine hohe Reflektivität der Metallisierungsschicht für die im Betrieb erzeugte Strahlung auch bei langen
Betriebsdauern erhalten bleiben kann.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Ankopplungsschicht ein Lot zur Befestigung des
Halbleiterbauteils oder umfasst eines oder mehrere solcher Lote. Beispielsweise ist die Ankopplungsschicht aus AuInSn und/oder aus NilnSn.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind von einer der Metallisierungsschicht abgewandten Seite der
Ankopplungsschicht her bis zur Unterseite der
Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Öffnungen
ausschließlich ohmsch-leitende und/oder metallische
Materialien vorhanden. Insbesondere ist ein Strompfad von einer elektrischen Kontaktfläche bis zur
Halbleiterschichtenfolge frei von Materialien aus der Klasse der transparenten leitfähigen Oxide, kurz TCOs . Die
Kontaktfläche ist bevorzugt eine der Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der Ankopplungsschicht. Durch die Verwendung ausschließlich metallischer Materialien zur Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge an der Seite der Trennschicht lässt sich ein elektrischer Widerstand in der Kontaktierung
herabsetzen .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Metallisierungsschicht zumindest neben den Öffnungen ein Spiegel für die im Betrieb erzeugte Strahlung. Die
Metallisierungsschicht weist neben den Öffnungen insbesondere direkt an der Haftvermittlungsschicht bevorzugt ein
reflektierendes Metall wie Silber oder Gold oder Aluminium auf oder besteht aus Gold oder Silber oder Aluminium, bevorzugt aus Gold oder einer Goldlegierung.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trennschicht zur Totalreflexion der im Betrieb erzeugten Strahlung
eingerichtet. Insbesondere liegt ein Unterschied im optischen Brechungsindex zwischen der Trennschicht und der
Halbleiterschichtenfolge an der Unterseite bei einer
Temperatur von 300 K und bei einer Wellenlänge von 650 nm bei mindestens 1,0 oder 1,3 oder 1,6. Das heißt, über die
Trennschicht wird Strahlung, die in vergleichsweise flachen Winkeln auf die Trennschicht trifft, mittels Totalreflexion zurück in die Halbleiterschichtenfolge geworfen.
Strahlungsanteile, die näherungsweise senkrecht auf die
Trennschicht treffen, durchlaufen die Trennschicht und werden an der Metallisierungsschicht reflektiert.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Metallisierungsschicht aus zumindest einer Kontaktschicht und aus zumindest einer Spiegelschicht zusammengesetzt. Alle Teilschichten der Metallisierungsschicht sind bevorzugt
Metallschichten .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform befindet sich die zumindest eine Kontaktschicht direkt an der Unterseite und berührt die Halbleiterschichtenfolge. Die Kontaktschicht ist bevorzugt auf die Öffnungen beschränkt. Die Kontaktschicht und die Trennschicht berühren sich bevorzugt nicht und sind voneinander beabstandet. Dies gilt insbesondere in Richtung parallel zur Haupterstreckungsrichtung der aktiven Zone. Das heißt, die Kontaktschicht kann in Draufsicht auf die Unterseite gesehen durch eine Vielzahl einzelner, voneinander getrennter Punkte oder Inseln gebildet sein, die sich in den Öffnungen befinden.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform verbindet die
Spiegelschicht alle Teilgebiete der Kontaktschicht
durchgehend miteinander. Die Spiegelschicht wird bevorzugt unmittelbar auf die Kontaktschicht aufgebracht. Es ist möglich, dass die Spiegelschicht und die Kontaktschicht aus unterschiedlichen Materialien sind. Bevorzugt sind die
Spiegelschicht und die Kontaktschicht aus dem gleichen
Material, beispielsweise aus Gold oder Silber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform sind die Öffnungen im Querschnitt gesehen trapezförmig. Alternativ oder zusätzlich verjüngen sich die Öffnungen in Richtung hin zur Unterseite, bevorzugt stetig und streng monoton. Seitenflächen der
Öffnungen können im Querschnitt gesehen gerade oder
näherungsweise gerade verlaufen. Das heißt, die Öffnungen können kegelstumpfförmig sein.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform liegt die
Metallisierungsschicht an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite und an einem Rand der Öffnungen
stellenweise näher an der Unterseite als in einem
Zentralbereich der Öffnungen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Spiegelschicht die Kontaktschicht gestalttreu nachformt. Am Rand der Kontaktschicht kann die Spiegelschicht in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge stehen, sodass in einem Übergangsbereich der Spiegelschicht hin zur Kontaktschicht eine Stufe in der Spiegelschicht gebildet wird . In dem Zentralbereich der Öffnungen, also insbesondere über der zugehörigen Kontaktschicht, verläuft die der
Halbleiterschichtenfolge abgewandte Seite der
Metallisierungsschicht, insbesondere der Spiegelschicht, bevorzugt eben. Der Bereich der Metallisierungsschicht, der sich am Rand näher an der Unterseite befindet als im
Zentralbereich, ist in Draufsicht gesehen bevorzugt eine geschlossene Kurve, insbesondere ein Kreis oder eine Ellipse.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform besteht die
Metallisierungsschicht aus einer einzigen zusammenhängenden Spiegelschicht. In diesem Fall ist die Metallisierungsschicht bevorzugt aus Gold oder Silber oder einer Goldlegierung oder einer Silberlegierung. In den Öffnungen befindet sich die Metallisierungsschicht und damit die Spiegelschicht bevorzugt ganzflächig direkt an der Unterseite und bevorzugt auch an der Trennschicht, insbesondere an Seitenflächen der
Trennschicht. Neben den Öffnungen befindet sich die
Spiegelschicht bevorzugt ganzflächig und direkt an der
Hauptvermittlungsschicht. Eine elektrische Kontaktierung der Halbleiterschichtenfolge erfolgt in diesem Fall über die Spiegelschicht .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform formt die
Metallisierungsschicht die Öffnungen gestalttreu nach. Das heißt insbesondere, dass die Metallisierungsschicht im
Bereich der Öffnungen trapezförmig gestaltet ist, im
Querschnitt gesehen. Die Metallisierungsschicht kann somit an der Unterseite und an einer der Halbleiterschichtenfolge abgewandten Seite der Haftvermittlungsschicht jeweils plan verlaufen. An einem Rand der Öffnungen ist die
Metallisierungsschicht bevorzugt wie ein Teil eines
Kegelmantels gebildet. Mit anderen Worten ist die Metallisierungsschicht an der Haftvermittlungsschicht eben gestaltet und in den Öffnungen bevorzugt kegelstumpfförmig .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Metallisierungsschicht dünner als die Trennschicht.
Insbesondere übersteigt die Dicke der Trennschicht die Dicke der Metallisierungsschicht um mindestens einen Faktor 1,2 oder 1,5 und/oder um höchstens einen Faktor 4 oder 2.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Metallisierungsschicht dicker als die
Haftvermittlungsschicht. Bevorzugt übersteigt die Dicke der Metallisierungsschicht die Dicke der Haftvermittlungsschicht um mindestens einen Faktor 10 oder 20 oder 30 und/oder um höchstens einen Faktor 300 oder 100 oder 40.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die
Metallisierungsschicht dicker als die Barriereschicht.
Beispielsweise übersteigt die Dicke der
Metallisierungsschicht die Dicke der Barriereschicht um mindestens einen Faktor 1,3 oder 1,7 oder 2 und/oder um höchstens einen Faktor 50 oder 10 oder 3.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die
Metallisierungsschicht an der Unterseite mehrere Zapfen auf. Die Zapfen dringen bevorzugt mindestens 40 nm oder 70 nm und/oder höchstens 0,4 ym oder 0,3 ym in die
Halbleiterschichtenfolge ein. Die Zapfen sind zur Reduzierung eines elektrischen Kontaktwiderstands zwischen der
Metallisierungsschicht und der Halbleiterschichtenfolge eingerichtet. Die Zapfen sind in den Öffnungen über die
Unterseite hinweg bevorzugt unregelmäßig verteilt. Darüber hinaus wird ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauteils angegeben. Insbesondere wird mit dem Verfahren ein Halbleiterbauteil hergestellt, wie in Verbindung mit einer oder mehrerer der oben genannten Ausführungsformen angegeben. Merkmale des Verfahrens sind daher auch für das Halbleiterbauteil offenbart und umgekehrt.
In mindestens einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die folgenden Schritte:
A) Erzeugen der Halbleiterschichtenfolge,
B) Erzeugen der Trennschicht und der Haftvermittlungsschicht,
C) Anbringen einer Maskenschicht und trockenchemisches Ätzen der Haftvermittlungsschicht sowie nasschemisches Ätzen der Trennschicht, sodass die Öffnungen entstehen,
D) Entfernen der Maskenschicht, und
E) ganzflächiges Aufbringen der Metallisierungsschicht.
Während der genannten Schritte, insbesondere dem Erzeugen der Trennschicht, der Haftvermittlungsschicht, der
Metallisierungsschicht sowie optional der Barriereschicht und der Ankopplungsschicht wird bevorzugt genau eine
Maskenschicht herangezogen. Das heißt, mit nur einer
Maskenschicht ist eine Strukturierung der Öffnungen und der zugehörigen Schichten ermöglicht.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die
Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge
durchgeführt, also A) , B) , C) , D) und E) .
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist der Schritt E) die folgenden Teilschritte auf:
El) Erzeugen der Kontaktschicht, und nachfolgend
E2) Erzeugen der Spiegelschicht. Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden die Verfahrensschritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt: A) , B) , C) , El) , D) , E2 ) .
Nachfolgend werden ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil und ein hier beschriebenes Verfahren unter Bezugnahme auf die Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Gleiche Bezugszeichen geben dabei gleiche Elemente in den einzelnen Figuren an. Es sind dabei jedoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein.
Es zeigen:
Figur 1A eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figur 1B eine schematische Draufsicht auf ein
Ausführungsbeispiel eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figuren 2A bis 2F schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen,
Figuren 3A bis 3C schematische Schnittdarstellungen von
Verfahrensschritten eines hier beschriebenen
Verfahrens zur Herstellung von hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteilen, Figur 4 eine schematische Schnittdarstellung eines
Ausführungsbeispiels eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauteils ,
Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung einer
Abwandlung eines Halbleiterbauteils, und
Figur 6 schematische Draufsichten auf Leuchtmuster eines hier beschriebenen Halbleiterbauteils in Figurenteil A sowie einer Abwandlung eines Halbleiterbauteils in Figurenteil B.
In Figur 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines
optoelektronischen Halbleiterbauteils 1 dargestellt, siehe die Schnittdarstellung in Figur 1A und die Draufsicht in Figur 1B. Das Halbleiterbauteil 1 umfasst eine
Halbleiterschichtenfolge 2. Die Halbleiterschichtenfolge 2 weist einen p-leitenden Bereich 21 und einen n-leitenden Bereich 23 sowie eine dazwischenliegende aktive Zone 22 auf. Im Betrieb des Halbleiterbauteils 1 wird in der aktiven Zone 22 eine elektromagnetische Strahlung erzeugt, beispielsweise rotes Licht oder nahinfrarote Strahlung. Die
Halbleiterschichtenfolge 2 basiert insbesondere auf AlInGaP oder AlInGaAs. Es ist möglich, dass durch die
Halbleiterschichtenfolge 2 eine Lichtaustrittsseite 10 des Halbleiterbauteils 1 gebildet ist.
Ferner umfasst das Halbleiterbauteil 1 eine Trennschicht 3 an einer Unterseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2. Die
Trennschicht 3 ist beispielsweise aus Siliziumdioxid. Eine Dicke der Trennschicht 3 liegt bevorzugt bei mindestens
0,2 ym und/oder bei höchstens 0,8 ym, insbesondere um 0,5 ym. Die Trennschicht 3 ist aus einem Material, das für im Betrieb in der aktiven Zone 22 erzeugte Strahlung durchlässig ist. Gleichzeitig besteht ein großer Unterschied in den
Brechungsindizes zwischen der Halbleiterschichtenfolge 2 und der Trennschicht 3, sodass die Trennschicht 3
totalreflektierend wirkt.
An einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite der Trennschicht 3 befindet sich direkt an der Trennschicht 3 eine Haftvermittlungsschicht 4. Die Haftvermittlungsschicht 4 ist beispielsweise aus ITO. Eine Dicke der
Haftvermittlungsschicht 4 beträgt bevorzugt mindestens 1 nm oder 5 nm oder 10 nm und/oder höchstens 50 nm oder 25 nm oder 20 nm, insbesondere ungefähr 15 nm.
In die Trennschicht 3 sowie in die Haftvermittlungsschicht 4 sind Öffnungen 32 erzeugt, wobei zur Vereinfachung der
Darstellung in Figur 1A nur eine einzige Öffnung 32
gezeichnet ist. In der Öffnung 32 liegt die Unterseite 20 der Halbleiterschichtenfolge 2 frei. Die Öffnung 32 ist
näherungsweise kegelstumpfförmig gestaltet. An der Unterseite 20 weist die Öffnung 32 bevorzugt einen Durchmesser von mindestens 10 nm oder 30 nm oder 100 nm auf. Alternativ oder zusätzlich liegt dieser Durchmesser bei höchstens 10 ym oder 5 ym oder 3 ym.
Zur elektrischen Kontaktierung des p-leitenden Bereichs 21 befindet sich ganzflächig über der Haftvermittlungsschicht 4 sowie der Halbleiterschichtenfolge 2 eine durchgehende
Metallisierungsschicht 5. Die Metallisierungsschicht 5 ist beispielsweise aus Gold. Eine Dicke der
Metallisierungsschicht 5 beträgt bevorzugt mindestens 70 nm oder 200 nm und/oder höchstens 0,8 ym oder 0,5 ym, insbesondere ungefähr 0,3 ym. Die Metallisierungsschicht 5 formt die Öffnung 32 in der Trennschicht 3 gestalttreu nach.
Zur Verbesserung eines elektrischen Kontakts hin zur
Halbleiterschichtenfolge 2 sind an der Unterseite 20 an der Metallisierungsschicht 5 in die Halbleiterschichtenfolge 2 hinein bevorzugt unregelmäßig verteilt viele Zapfen 55 gebildet. Die Zapfen 55 reichen beispielsweise zu ungefähr 200 nm in die Halbleiterschichtenfolge 2 hinein, reichen jedoch nicht bis zur aktiven Zone 22.
Die Metallisierungsschicht 5 ist durch eine Spiegelschicht 52 gebildet, sodass die Metallisierungsschicht 5 durchgehend eine hohe Reflektivität für die im Betrieb der aktiven Zone 22 erzeugte Strahlung aufweist.
An einer der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandten Seite ist die Metallisierungsschicht 5 ganzflächig bevorzugt von einer Barriereschicht 6 bedeckt. Die Barriereschicht 6 ist
bevorzugt aus Ti und/oder Pt und weist beispielsweise eine Dicke von mindestens 20 nm oder 40 nm oder 60 nm und/oder von höchstens 0,3 ym oder 0,2 ym auf, insbesondere ungefähr
0 , 1 ym.
Die Barriereschicht 6 ist durchgehend von einer metallischen Ankopplungsschicht 7 bedeckt. Bei der Ankopplungsschicht 7 handelt es sich um eine Lotschicht, über die das
Halbleiterbauteil 1 befestigbar ist. Die Ankopplungsschicht 7 reicht bis in die Öffnung 32 hinein. Damit kann die
Ankopplungsschicht 7 eine zweite Elektrode 92 des
Halbleiterbauteils 1 darstellen und kann eine Kontaktfläche 93 ausbilden. Eine erste Elektrode 91 befindet sich an der Lichtaustrittsseite 10. Die erste Elektrode 91 erstreckt sich bevorzugt streifenförmig ausgehend von einer Kontaktflache 93 an der Lichtaustrittsseite 10. Dabei kann ein
Leiterquerschnitt von Leiterbahnen der ersten Elektrode 91 in Richtung weg von der zugehörigen Kontaktflache 93 monoton abnehmen .
Es ist möglich, dass um die Öffnungen 32 herum in Draufsicht gesehen beispielsweise fünfeckig jeweils Seitenflanken 24 der Halbleiterschichtenfolge 2 erzeugt werden. Über solche
Seitenflanken 24, die auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden sein können, lässt sich eine Lichtauskoppeleffizienz von Strahlung aus dem
Halbleiterbauteil 1 erhöhen. Alternativ oder zusätzlich zu solchen Seitenflanken 24 an der Unterseite 20 kann eine
Aufrauung an der Lichtaustrittsseite 10 vorhanden sein.
Insbesondere die erste Elektrode 91 ist in den weiteren
Ausführungsbeispielen zur Vereinfachung der Darstellung jeweils nicht gezeichnet. Bevorzugt ist eine solche erste Elektrode 91 jedoch auch in allen anderen
Ausführungsbeispielen vorhanden, wie auch die Seitenflanken 24.
In Figur 2 ist ein Herstellungsverfahren für das
Halbleiterbauteil 1 der Figur 1 illustriert. Gemäß Figur 2A werden durchgehend die Halbleiterschichtenfolge 2, die
Trennschicht 3 sowie die Haftvermittlungsschicht 4 erzeugt.
Im Schritt der Figur 2B wird eine Maskenschicht 8 aufgebracht und strukturiert, sodass im Bereich der späteren Öffnungen die Haftvermittlungsschicht 4 freiliegt. Daraufhin erfolgt bevorzugt ein trockenchemisches Ätzen der Haftvermittlungsschicht 4 und bevorzugt ein nasschemisches Ätzen der Trennschicht 3. Von diesen Ätzschritten bleibt die Halbleiterschichtenfolge 2 bevorzugt im Wesentlichen
unberührt, sodass die Unterseite 20 eben und durchgehend verbleibt .
Durch das nasschemische Ätzen der Trennschicht 3 können Hinterschneidungen 83 entstehen, die die Öffnungen 32 ringsum umlaufen. Die Hinterschneidungen 83 werden somit von der Haftvermittlungsschicht 4 sowie von der Maskenschicht 8 überdeckt .
Gemäß Figur 2D ist die Maskenschicht 8 entfernt. Gleiches gilt für zuvor überstehende Gebiete der
Haftvermittlungsschicht 4.
Im Schritt der Figur 2E wird durchgehend die
Metallisierungsschicht 5 als Spiegelschicht 52 aufgebracht. Die Metallisierungsschicht 5 formt die Öffnung 32 gestalttreu nach .
Im Schritt der Figur 2F ist gezeigt, dass ein Ausheilen der Metallisierungsschicht 5 erfolgt, auch als Annealing
bezeichnet, sodass die Zapfen 55 resultieren. Bevorzugt werden nachfolgend die durchgehende Barriereschicht 6 sowie die durchgehende Ankopplungsschicht 7 erzeugt.
In Figur 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines
Herstellungsverfahrens dargestellt. Dem Schritt der Figur 3A gehen bevorzugt die Schritte der Figuren 2A bis
einschließlich 2C voraus. Gemäß Figur 3A wird eine Kontaktschicht 51 für die Metallisierungsschicht 5 abgeschieden. Die Kontaktschicht 51 ist beispielsweise aus Gold. Eine Dicke der Kontaktschicht 51 liegt bevorzugt bei mindestens 20 nm oder 50 nm oder 100 nm und/oder bei höchstens 0,5 ym oder 0,3 ym. Aufgrund der
Hinterschneidungen 83 und dem gerichteten Abscheiden eines Materials für die Kontaktschicht 51 bedeckt die
Kontaktschicht 51 die Unterseite 20 in den Öffnungen 32 nur in einem Zentralbereich und nicht in einem Randbereich. In Richtung parallel zur Unterseite 20 beträgt eine Ausdehnung der Hinterschneidungen 83 zum Beispiel mindestens 0,1 ym oder 0,5 ym und/oder höchstens 5 ym oder 1 ym.
In Figur 3B ist gezeigt, dass die Maskenschicht 8 zusammen mit überstehenden Bereichen der Haftvermittlungsschicht 4 und überschüssigem Material der Kontaktschicht 51 entfernt wird. Damit verbleibt die Kontaktschicht 51 inselförmig im
Zentralbereich der Öffnungen 32.
Daraufhin wird, siehe Figur 3C, die Spiegelschicht 52
ganzflächig abgeschieden, die zusammen mit der Kontaktschicht 51 die Metallisierungsschicht 5 bildet. Ferner ist in Figur 3C angedeutet, dass sowohl die Kontaktschicht 51 als auch die Spiegelschicht 52 aus mehreren Teilschichten zusammengesetzt sein können. Bevorzugt jedoch ist nur genau eine
Kontaktschicht 51 und nur genau eine Spiegelschicht 52 vorhanden. Über einen Ausheilschritt werden die Zapfen 55 erzeugt .
An einem Rand der Kontaktschicht 51 ist eine Ausbuchtung 65 gebildet, die die Kontaktschicht 51 bevorzugt ringförmig umläuft. Im Bereich der Ausbuchtung 65 befindet sich eine der Halbleiterschichtenfolge 2 abgewandte Seite der Metallisierungsschicht 5 näher an der
Halbleiterschichtenfolge 2 als in dem Zentralbereich an der Kontaktschicht 51.
Daraufhin werden analog zu Figur 2F bevorzugt die
Barriereschicht 6 sowie die Ankopplungsschicht 7 erzeugt.
Einem Entfernen der Maskenschicht 8 und/oder einem Aufbringen der Kontaktschicht 51 können in den Figuren 2 oder 3 jeweils Reinigungsschritte wie die Verwendung von Lösungsmitteln, eines Sauerstoffplasmas und/oder einer Ionenreinigung
vorausgehen .
In Figur 4 ist illustriert, dass die Barriereschicht 6 aus einer ersten Teilschicht 61 und einer zweiten Teilschicht 62 zusammengesetzt ist. Die erste Teilschicht 61 ist
beispielsweise aus Platin und die zweite Teilschicht 62 beispielsweise aus Titan. Die Teilschichten 61, 62 können gleiche Dicken aufweisen, beispielsweise jeweils ungefähr 50 nm, oder auch verschieden dick sein. Entsprechendes gilt für alle anderen Ausführungsbeispiele.
In Figur 5 ist eine Abwandlung 11 eines Halbleiterbauteils dargestellt. Dabei erstreckt sich die Haftvermittlungsschicht 4 durchgehend über die Trennschicht 3 und die Kontaktschicht 51. Die Spiegelschicht 52 ist zusammenhängend aufgebracht. Eine Barriereschicht ist in der Abwandlung 11 der Figur 5 nicht vorhanden.
Durch die vergleichsweise stark ausgeprägte Stufe am Rand der Kontaktschicht 51 können Defekte 57 entstehen. Diese Defekte 57 können eine Lebensdauer der Abwandlung 11 reduzieren. Zudem liegt die Haftvermittlungsschicht 4 in einem Strompfad zur Bestromung der Halbleiterschichtenfolge 2.
Demgegenüber liegt insbesondere beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 ein ausschließlicher metallischer Kontakt vor und die Haftvermittlungsschicht 4 ist auf einen Bereich zwischen der Trennschicht 3 und der Spiegelschicht 52 beschränkt. Damit liegt kein Kontakt zwischen der Haftvermittlungsschicht 4 und der Halbleiterschichtenfolge 2 vor. Damit lässt sich ein besserer mechanischer Zusammenhalt der Schichten in der Öffnung 32 erreichen. Zudem werden offene Kontakte durch mögliche Degradation etwa aufgrund von Alterung der
Haftvermittlungsschicht vermieden .
Durch die in den Ausführungsbeispielen vorhandene
Barriereschicht 2 zwischen der Spiegelschicht 52 und der Ankopplungsschicht 7 wird eine Degradation aufgrund von
Diffusion oder Elektromigration vermieden oder signifikant verlangsamt. Dies führt zu einer Stabilisierung des
Halbleiterbauteils 1 in schwierigen Umweltbedingungen, beispielsweise bei hoher Luftfeuchtigkeit, bei Anwesenheit korrosiver Gase und/oder beim Vorliegen elektrischer Felder.
Insbesondere im Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird, entgegen der Abwandlung der Figur 5, eine gesamte Bodenfläche der Öffnung 32 zur elektrischen Kontaktierung der
Halbleiterschichtenfolge 2 verwendet. Daraus resultiert ein niedriger Kontaktwiderstand und eine Kontaktfläche wird maximiert. Weiterhin wird eine Spiegelfläche zur Reflexion der erzeugten Strahlung maximiert.
Anders als bei den Stufen am Rand der Kontaktschicht 51, wie in Figur 5 dargestellt, ist insbesondere beim Ausführungsbeispiel der Figur 1 eine flache Überformung von Kanten der Öffnung 32 möglich. Damit lassen sich
hochqualitative, durchgehende Schichten, insbesondere für die Metallisierungsschicht 5, weitgehend ohne Defekte oder
Störungen erzielen. Hierdurch lässt sich speziell eine hochqualitative Barriereschicht erzeugen.
In Figur 6A ist illustriert, dass sich auch nach 1000
Betriebsstunden ein regelmäßiges Muster von hellen Gebieten B und dunklen Gebieten D des Halbleiterbauteils 1, insbesondere gestaltet wie in Figur 1, erzielen lässt. Es sind nur sehr kleine dunkle Gebiete D feststellbar, die auf eine Korrosion und auf Defekte zurückgehen. Demgegenüber sind bei der
Abwandlung 11, insbesondere gestaltet wie in Figur 5, von Rändern der Halbleiterschichtenfolge 2 her große dunkle
Gebiete D ausmachbar.
Durch die Gestaltung der Metallisierungsschicht 5, der
Öffnungen 32 sowie durch das Vorhandensein der
Barriereschicht 6 lässt sich damit eine erhöhte
Langzeitstabilität des Halbleiterbauteils 1 erzielen.
Die in den Figuren gezeigten Komponenten folgen, sofern nicht anders kenntlich gemacht, bevorzugt in der angegebenen
Reihenfolge jeweils unmittelbar aufeinander. Sich in den Figuren nicht berührende Schichten sind bevorzugt voneinander beabstandet. Soweit Linien parallel zueinander gezeichnet sind, sind die entsprechenden Flächen bevorzugt ebenso parallel zueinander ausgerichtet. Ebenfalls, soweit nicht anders kenntlich gemacht, sind die relativen Positionen der gezeichneten Komponenten zueinander in den Figuren korrekt wiedergegeben . Die hier beschriebene Erfindung ist nicht durch die
Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt.
Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination von Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist . Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 10 2018 103 291.9, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Bezugszeichenliste
1 optoelektronisches Halbleiterbauteil
10 Lichtaustrittsseite
2 Halbleiterschichtenfolge
20 Unterseite der Halbleiterschichtenfolge
21 p-leitender Bereich
22 aktive Zone
23 n-leitender Bereich
24 Seitenflanke
3 Trennschicht
32 Öffnung
4 Haftvermittlungsschicht
5 Metallisierungsschicht
51 Kontaktschicht
52 Spiegelschicht
55 Zapfen
57 Defekt
6 Barriereschicht
61 erste Teilschicht
62 zweite Teilschicht
65 Ausbuchtung
7 Ankopplungsschicht
8 Maskenschicht
83 Hinterschneidung
91 erste Elektrode
92 zweite Elektrode
93 Kontaktflache
11 Abwandlung eines Halbleiterbauteils
B helle Gebiete
D dunkle Gebiete

Claims

Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) mit
- einer Halbleiterschichtenfolge (2) mit einer aktiven Zone (22) zur Erzeugung einer Strahlung,
- einer elektrisch isolierenden Trennschicht (3) mit mehreren Öffnungen (32) an einer Unterseite (20) der
Halbleiterschichtenfolge (2),
- einer Haftvermittlungsschicht (4) neben den Öffnungen (32) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Trennschicht (3) , und
- einer durchgehenden Metallisierungsschicht (5) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der
Haftvermittlungsschicht (4),
wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (2) in den Öffnungen direkt von der Metallisierungsschicht (5) elektrisch kontaktiert ist, und
- die Metallisierungsschicht (5) sowie die Öffnungen (5) in Richtung senkrecht zur Trennschicht (3) von der aktiven Zone (22) beabstandet sind.
2. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
ferner umfassend eine durchgehende metallische
Ankopplungsschicht (7) an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Metallisierungsschicht (5),
wobei die Trennschicht (3) für die im Betrieb erzeugte
Strahlung durchlässig ist und die Haftvermittlungsschicht (4) aus einem transparenten leitfähigen Oxid ist.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, bei dem die Ankopplungsschicht (7) bis in die Öffnungen (32) reicht und die Metallisierungsschicht (5) vollständig
bedeckt,
wobei die Ankopplungsschicht (7) an einer p-leitenden Seite der Halbleiterschichtenfolge (2) liegt und die
Halbleiterschichtenfolge (2) aus dem Materialsystem AlInGaAs und/oder AlInGaP ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich direkt an einer der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandten Seite der Metallisierungsschicht (5) eine
durchgehende Barriereschicht (6) befindet, die eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst oder aus einem oder mehreren dieser Materialien besteht: Pt, Ti, TiW, TiWN, TiN.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach den beiden vorhergehenden Ansprüchen,
bei dem die Barriereschicht (6) im bestimmungsgemäßen
Gebrauch des Halbleiterbauteils (1) eine Diffusion von
Materialien aus der Ankopplungsschicht (7) in die
Metallisierungsschicht (5) unterbindet,
wobei die Ankopplungsschicht (7) ein Lot zur Befestigung des Halbleiterbauteils (1) enthält oder ein solches Lot ist.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem von einer der Metallisierungsschicht (5) abgewandten Seite der Ankopplungsschicht (7) bis zur Unterseite (20) der Halbleiterschichtenfolge (2) im Bereich der Öffnungen (32) ausschließlich ohmsch leitende, metallische Materialien vorhanden sind.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Metallisierungsschicht (5) zumindest neben den Öffnungen (32) ein Spiegel für die im Betrieb erzeugte
Strahlung ist,
wobei die Trennschicht (3) zur Totalreflexion der Strahlung eingerichtet ist.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Metallisierungsschicht (5) aus zumindest einer Kontaktschicht (51) direkt an der Unterseite (20) und aus zumindest einer Spiegelschicht (52) zusammengesetzt ist, wobei die Kontaktschicht (51) auf die Öffnungen (32) beschränkt und von der Trennschicht (3) beabstandet ist.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Öffnungen (32) im Querschnitt trapezförmig sind und sich zur Unterseite (20) hin verjüngen,
wobei eine der Halbleiterschichtenfolge (2) abgewandte Seite der Metallisierungsschicht (5) an einem Rand der Öffnungen (32) stellenweise näher an der Unterseite (20) liegt als in einem Zentralbereich der Öffnungen (32).
10. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
bei dem die Metallisierungsschicht (5) aus einer einzigen zusammenhängenden Spiegelschicht (52) besteht, die in den Öffnungen (32) direkt auf die Unterseite (20) sowie die Trennschicht (3) aufgebracht ist und die sich neben den Öffnungen (32) ganzflächig direkt an der
Haftvermittlungsschicht (4) befindet.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Öffnungen (32) im Querschnitt trapezförmig sind und sich zur Unterseite (20) hin verjüngen,
wobei die Metallisierungsschicht (5) die Öffnungen (32) gestalttreu nachformt.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Metallisierungsschicht (5) dünner ist als die Trennschicht (3) ,
wobei die Metallisierungsschicht (5) um mindestens einen Faktor 15 dicker ist als Haftvermittlungsschicht (4), und wobei die Metallisierungsschicht (5) dicker ist als die
Barriereschicht (6) .
13. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem die Metallisierungsschicht (5) an der Unterseite (20) mehrere Zapfen (55) aufweist, die mindestens 40 nm und höchstens 0,4 ym in die Halbleiterschichtenfolge (2)
eindringen,
wobei die Zapfen (55) zur Reduzierung eines elektrischen Kontaktwiderstands zwischen der Metallisierungsschicht (5) und der Halbleiterschichtenfolge (2) eingerichtet sind.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
bei dem sich die Haftvermittlungsschicht (4) nur neben und direkt an den Öffnungen (32) befindet.
15. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen
Halbleiterbauteils (1) nach einem der vorherigen Ansprüche mit den Schritten: A) Erzeugen der Halbleiterschichtenfolge (2),
B) Erzeugen der Trennschicht (3) und der
Haftvermittlungsschicht (4),
C) Anbringen einer Maskenschicht (8) und trockenchemisches Ätzen der Haftvermittlungsschicht (4) sowie nasschemisches
Ätzen der Trennschicht (3), sodass die Öffnungen (32) entstehen,
D) Entfernen der Maskenschicht (8), und
E) ganzflächiges Aufbringen der Metallisierungsschicht (5) .
16. Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch,
bei dem die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt werden,
wobei ein Halbleiterbauteil (1) nach zumindest Anspruch 10 hergestellt wird.
17. Verfahren nach Anspruch 15,
wobei ein Halbleiterbauteil (1) nach zumindest Anspruch 8 hergestellt wird,
bei dem der Schritt E) die folgenden Teilschritte aufweist: El) Erzeugen der Kontaktschicht (51), und nachfolgend
E2) Erzeugen der Spiegelschicht (52),
wobei die Schritte in der folgenden Reihenfolge durchgeführt werden: A) , B) , C) , El), D) , E2).
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