-
Die Erfindung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement mit einem Halbleiterkörper und einem Spiegel gemäß Patentanspruch 1. Weiter betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen eines derartigen Halbleiterbauelements gemäß Patentanspruch 9.
-
In herkömmlichen optoelektronischen Bauelementen, die insbesondere als Dünnfilmbauelemente ausgebildet sind, breitet sich das in den Bauelementen erzeugte Licht in einem dünnen Halbleiterkörper aus, bis es wie gewünscht ausgekoppelt oder unerwünscht absorbiert wird. Da aufgrund der hohen Brechzahl von Halbleitern die Auskoppelungswahrscheinlichkeit pro Auftreffen auf einer auskoppelnden Fläche sehr klein ist, läuft das Licht lange im Halbleiterkörper, womit sich die Absorptionswahrscheinlichkeit erhöht. Die Effizienz derartiger Bauelemente hängt insbesondere von dem Absorptionsgrad der Strahlung im Halbleiterkörper ab.
-
Derartige Halbleiterbauelemente weisen unter anderem einen Träger auf, auf dem der Halbleiterkörper aufgebracht ist. Damit kein Licht in den Träger gelangt, wo es absorbiert wird, wird zwischen Halbleiterkörper und Träger ein Spiegel angeordnet. Derartige Spiegel weisen jedoch eine Reflektivität von kleiner als 100 % auf, sodass bei Auftreffen des Lichts auf dem Spiegel einige Prozent des Lichts absorbiert werden. Zur Erhöhung der Reflektivität bei herkömmlichen Bauelementen wird daher zwischen Spiegel und Halbleiterkörper beispielsweise eine Schicht aus SiN angeordnet, die eine kleine Brechzahl sowie nur geringe Absorptionseigenschaften aufweist. Ein hoher Anteil des Lichts unterliegt dabei an der Grenzfläche Halbleiterkörper und SiN-Schicht der Totalreflexion und erreicht damit nicht den Spiegel, womit nur der Anteil des Lichts, der nicht der Totalreflexion unterliegt, die Reflexion am Spiegel und dessen Teilabsorption erfährt.
-
Da die SiN-Schicht elektrisch isolierend ausgebildet ist, wird sie punktuell geöffnet, damit eine Stromzuführung in den Halbleiterkörper ermöglicht wird. Bei diesen Öffnungsprozessen der SiN-Schicht kann jedoch nachteilig der darunterliegende Halbleiterkörper bereichsweise gestört werden. Dadurch erschwert sich der elektrische Kontaktanschluss zum Halbleiterkörper. Weiter hat der bereichsweise gestörte Halbleiterkörper keine Schutzfunktion für die darunterliegenden Halbleiterschichten, sodass diese nachteilig durch verschiedene nachfolgende Prozessschritte angegriffen werden können.
-
Beispielsweise wird bei einem InGaAlP-Dünnfilmhalbleiterkörper über der aktiven Zone eine AlGaAs-Schicht zur Stromverteilung verwendet, die durch eine GaAs-Schicht geschützt ist. Die GaAs-Schicht wird zur Ausbildung geringer Absorptionseigenschaften sehr dünn ausgebildet. Wird die GaAs-Schicht beim Herstellungsprozess gestört, ist die darunterliegende AlGaAs-Schicht den Chemikalien im Herstellungsprozess ausgesetzt, womit diese AlGaAs-Schicht angegriffen werden kann und so die Funktion des Bauelements nachteilig beeinträchtigt werden kann.
-
Die Druckschriften
DE 10 2007 029 370 A1 und US 2008 / 0 237 620 A1 betreffen Leuchtdioden mit Spiegelstrukturen an elektrischen Kontakten.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Vermeidung der oben genannten Nachteile ein optoelektronisches Bauelement zu schaffen, das verringerte Absorptionseigenschaften und dadurch bedingt eine erhöhte Effizienz aufweist. Der Erfindung liegt weiter die Aufgabe zugrunde, ein optoelektronisches Bauelement zu schaffen, das sich durch eine vereinfachte Herstellung und geringere Herstellungskosten auszeichnet.
-
Diese Aufgaben werden durch ein optoelektronisches Bauelement mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und ein Verfahren zu dessen Herstellung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des Bauelements und des Verfahrens sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
-
Erfindungsgemäß ist ein optoelektronisches Halbleiterbauelement vorgesehen, das einen Halbleiterkörper, eine dielektrische Schicht, einen Spiegel und eine Zusatzschicht aufweist. Der Halbleiterkörper weist eine aktive Zone zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung auf. Zudem weist der Halbleiterkörper einen n-Kontakt und einen p-Kontakt zur elektrischen Kontaktierung auf. Die dielektrische Schicht ist zwischen Halbleiterkörper und Spiegel angeordnet. Die Zusatzschicht ist zwischen Halbleiterkörper und dielektrischer Schicht angeordnet.
-
Ein optoelektronisches Bauelement ist ein Bauelement, das die Umwandlung von elektronisch erzeugten Energien in Strahlungsemission ermöglicht, oder umgekehrt. Beispielsweise ist das optoelektronische Bauelement ein strahlungsemittierendes Bauelement.
-
Zwischen Halbleiterkörper und dielektrischer Schicht wird im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen eine weitere Schicht, die Zusatzschicht, angeordnet. Diese zeichnet sich durch geringe Absorptionseigenschaften aus. Die Zusatzschicht schützt im Herstellungsprozess, insbesondere in den dort angewandten Öffnungsprozessen, den Halbleiterkörper derart, dass dieser nicht oder kaum merklich gestört wird. Die Dicke der Zusatzschicht ist dabei derart ausgebildet, dass ein ausreichender Schutz des Halbleiterkörpers gewährleistet werden kann. Zudem ist die Zusatzschicht derart beschaffen, dass diese mit hoher Selektivität gegenüber dem Halbleiterkörper geöffnet werden kann.
-
Im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen ohne einer derartigen Zusatzschicht kann im erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement mit Vorteil ein kleinerer p-Kontakt Verwendung finden, womit eine geringere Absorption im p-Kontakt erzielt werden kann. Zudem kann vorteilhafterweise ein p-Kontakt mit spiegelnden Eigenschaften und guten Anschlusseigenschaften ausgebildet werden, ohne dabei Störungen im Halbleiterkörper hervorzurufen.
-
Bevorzugt weist die Zusatzschicht eine hohe Feuchtedichtigkeit auf. Dadurch kann das Risiko minimiert werden, dass bei Betrieb Feuchte bis in den darunterliegenden Halbleiterkörper dringen und dort reagieren kann.
-
Bevorzugt ist das Material der Zusatzschicht derart gewählt, dass die Quantisierungsenergie in dem p-Kontakt der Elektronenzustände und Lochzustände erhöht werden kann, womit mit Vorteil eine weitere Reduktion der Absorption ermöglicht wird. Insbesondere kann so eine Fundamentalabsorption nahezu oder vollständig vermieden werden.
-
In einer Weiterbildung ist zwischen Halbleiterkörper und n-Kontakt eine weitere Zusatzschicht angeordnet. Die Vorteile einer derartigen Zusatzschicht können so auch auf der n-Seite des Halbleiterbauelements ausgebildet werden.
-
Der Halbleiterkörper weist eine Befestigungsseite auf, mit der der Halbleiterkörper beispielsweise auf einem Träger angeordnet ist. Auf der von der Befestigungsseite gegenüberliegenden Seite weist der Halbleiterkörper eine Strahlungsaustrittsseite auf, aus der die von dem Halbleiterkörper emittierte Strahlung zum größten Teil austritt. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper ein oberflächenemittierender Halbleiterkörper.
-
Die aktive Zone des Halbleiterkörpers weist bevorzugt einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfachquantentopfstruktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfachquantentopfstruktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung auf. Die Bezeichnung Quantentopfstruktur entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte und jede Kombination dieser Strukturen.
-
Die aktive Zone enthält ein Material aus den Materialsystemen InxGayAl1-x-yP oder InxGayAl1-x-yAs, jeweils mit 0 ≤ x, y ≤ 1 und x + y ≤ 1. III/V-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (InxGayAl1-x-yN), über den sichtbaren (InxGayAl1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder InxGayAl1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (InxGayAl1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet.
-
Der Halbleiterkörper ist mittels des p-Kontakts und des n-Kontakts elektrisch kontaktierbar. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper mittels eines elektrisch leitfähigen Klebers, beispielsweise eines Leitklebers oder eines elektrisch leitenden Lotes auf dem Träger befestigt. Die zweite elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers kann mittels eines Bonddrahtes ermöglicht werden, der von dem n-Kontakt des Halbleiterkörpers zu einer Leiterbahn des Trägers geführt ist.
-
Die Zusatzschicht weist als Material InGaAlP oder InAlP auf, wobei der Aluminiumgehalt dabei so gewählt ist, dass bei der Emissionswellenlänge der von der aktiven Zone emittierten Strahlung keine Fundamentalabsorption auftritt. Alternativ kann die Zusatzschicht GaP aufweisen. Mit Vorteil hat eine derartige dielektrische Zusatzschicht eine kleine Brechzahl.
-
Die dielektrische Schicht weist vorzugsweise SiN, SiO oder SiON auf.
-
Der p-Kontakt weist vorzugsweise ein Metall auf, beispielsweise Au oder Ag. Alternativ kann der p-Kontakt auch ein leitfähiges Dielektrikum, beispielsweise ZnO, ITO oder eine Kombination aus diesen Materialien, aufweisen.
-
Der Spiegel weist bevorzugt Au oder Ag auf.
-
Die Zusatzschicht kann elektrisch leitfähig ausgebildet sein. Insbesondere kann die Zusatzschicht ein elektrisch leitfähiges Material enthalten. Da die Zusatzschicht jedoch nicht zwangsläufig elektrische Eigenschaften aufweisen muss, kann das Material der Zusatzschicht auch elektrisch isolierende Eigenschaften aufweisen.
-
Der Halbleiterkörper ist vorzugsweise eine LED. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper eine Dünnfilm-LED. Als Dünnfilm-LED wird im Rahmen der Anmeldung eine LED angesehen, während dessen Herstellung das Aufwachssubstrat, auf den eine Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterkörpers beispielsweise epitaktisch aufgewachsen wurde, abgelöst worden ist.
-
In einer Weiterbildung ist der p-Kontakt strukturiert ausgebildet. Der p-Kontakt erstreckt sich somit nicht über eine gesamte Grundfläche des Halbleiterkörpers, sondern ist nur bereichsweise auf dem Halbleiterkörper angeordnet.
-
In einer Weiterbildung sind der p-Kontakt und der Spiegel einstückig ausgebildet. In diesem Fall sind der p-Kontakt und der Spiegel aus dem gleichen Material und werden im Herstellungsprozess zusammen aufgebracht. Es ist demnach keine Grenzfläche zwischen p-Kontakt und Spiegel ausgebildet. Der p-Kontakt und der Spiegel gehen vollständig ineinander über.
-
Alternativ sind der Spiegel und der p-Kontakt zweistückig ausgebildet. In diesem Fall können der Spiegel und der p-Kontakt unterschiedliches Material aufweisen. Insbesondere ist zwischen Spiegel und p-Kontakt eine Grenzfläche ausgebildet. In diesem Fall können die Materialien des Spiegels und des p-Kontakts unabhängig voneinander entsprechend der erforderlichen Eigenschaften ausgewählt werden.
-
Im Bereich des p-Kontakts weist die dielektrische Schicht eine Aussparung auf. Ist der p-Kontakt strukturiert ausgebildet, kann die dielektrische Schicht demnach eine Mehrzahl von Aussparungen aufweisen, die etwa deckungsgleich mit der Struktur des p-Kontakts sind. Durch die Aussparung oder durch die Mehrzahl von Aussparungen kann insbesondere eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers ermöglicht werden.
-
Im Bereich des p-Kontakts weist die Zusatzschicht eine Aussparung auf. Ist der p-Kontakt strukturiert ausgebildet, kann die Zusatzschicht auch eine Mehrzahl von Aussparungen jeweils in Bereichen des strukturierten p-Kontakts aufweisen. Die dielektrische Schicht und die Zusatzschicht weisen in diesem Fall Aussparungen auf, wobei die Aussparungen der Zusatzschicht direkt über den Aussparungen der dielektrischen Schicht angeordnet sind. So kann eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers ermöglicht werden.
-
In einer Weiterbildung ist zwischen dem Spiegel und der dielektrischen Schicht eine Spiegelschicht angeordnet, die im Bereich des p-Kontakts eine Aussparung oder Aussparungen aufweist. In diesem Fall weisen somit die dielektrische Schicht, die Zusatzschicht und die Spiegelschicht Aussparungen auf, die jeweils übereinander, insbesondere in gleichen Bereichen, angeordnet sind.
-
In einer Weiterbildung sind der p-Kontakt oder der Spiegel durch die Aussparungen der dielektrischen Schicht, der Zusatzschicht und/oder der Spiegelschicht geführt. Da der p-Kontakt und der Spiegel aus einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sind, kann so ein direkter elektrischer Kontakt zum Halbleiterkörper ermöglicht werden. Dieser elektrische Kontakt ist durch die Aussparungen der verschiedenen Schichten geführt.
-
In einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Bauelements mit einem Halbleiterkörper, einer dielektrischen Schicht, einem Spiegel und einer Zusatzschicht finden folgende Verfahrensschritte Anwendung:
- - Bereitstellen des Halbleiterkörpers, der eine aktive Zone und einen n-Kontakt aufweist,
- - Aufbringen der Zusatzschicht auf der von dem n-Kontakt abgewandten Seite des Halbleiterkörpers,
- - Ausbilden von Aussparungen in der Zusatzschicht,
- - Aufbringen der dielektrischen Schicht auf der Zusatzschicht,
- - Ausbilden von Aussparungen in der dielektrischen Schicht im Bereich der Aussparungen der Zusatzschicht,
- - Aufbringen eines strukturierten p-Kontakts auf dem Halbleiterkörper in den Aussparungen der dielektrischen Schicht und der Zusatzschicht,
- - Aufbringen des Spiegels auf der dielektrischen Schicht und dem p-Kontakt.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens ergeben sich analog zu den vorteilhaften Weiterbildungen des Bauelements und umgekehrt.
-
Mit Vorteil wird durch das erfindungsgemäße Verfahren ein spiegelnder p-Kontakt mit guten Anschlusseigenschaften nach Ausbilden der Aussparungen der dielektrischen Schicht ausgebildet, wodurch der Halbleiterkörper nicht gestört wird und so mit Vorteil keine Störungen im Halbleitermaterial ausgebildet werden. Die Strukturierungen der einzelnen Schichten werden vorteilhafterweise mit einem Fotolack durchgeführt. Bevorzugt können die Strukturierungen der einzelnen Schichten mit demselben Fotolack durchgeführt werden. Dabei definiert die Struktur der Aussparungen der dielektrischen Schicht die Struktur des p-Kontakts. Durch ein derartiges Verfahren ermöglicht sich eine Kombination eines vereinfachten Herstellungsprozesses mit dem Vorteil eines gut reflektierenden p-Kontakts.
-
Zudem können vorteilhafterweise unterschiedliche Materialien als Spiegel und p-Kontakt gewählt werden, da das Material des Spiegels vor dem Ausbilden der Aussparungen der dielektrischen Schicht aufgebracht und strukturiert werden kann. In diesem Fall kann die Strukturierung mit demselben Fotolack und demnach derselben Lackstruktur verwendet werden, wie der Fotolack zur Ausbildung der Aussparungen der dielektrischen Schicht.
-
Ein weiterer Vorteil zeichnet sich dadurch aus, dass im Vergleich zu herkömmlicherweise hergestellten Bauelementen aufgrund der mehrmaligen Verwendung eines Fotolacks weniger Prozessschritte notwendig sind, womit der Halbleiterkörper weniger Prozessschritten ausgesetzt wird. Die den Halbleiterkörper zur p-Seite abgrenzende Halbleiterschicht kann so dünner gewählt werden kann, womit vorteilhafterweise eine reduzierte Absorption erzielt werden kann.
-
Zudem können die einzelnen Schichten, insbesondere die Zusatzschicht, und eventuell weitere Schichten wie die dielektrische Schicht oder der Spiegel, direkt auf den Halbleiterkörper nach dessen epitaktischen Abscheiden aufgebracht werden, womit direkt nach dessen Herstellung der Halbleiterkörper durch die aufgebrachten Schichten geschützt wird, was insbesondere bei einer gegebenenfalls notwendigen Lagerung der Bauelemente von Vorteil ist.
-
In einer Weiterbildung werden zuerst die Zusatzschicht und die dielektrische Schicht aufgebracht und anschließend die Aussparungen in der Zusatzschicht und der dielektrischen Schicht ausgebildet. In diesem Fall werden die Aussparungen der dielektrischen Schicht und der Zusatzschicht demnach gemeinsam in einem gemeinsamen Verfahrensschritt ausgebildet, wodurch vorteilhafterweise lediglich ein Fotolack zur Ausbildung der Aussparungen benötigt werden.
-
In einer Weiterbildung werden der p-Kontakt und der Spiegel einstückig ausgebildet und gemeinsam aufgebracht. In diesem Fall weisen der Spiegel und der p-Kontakt dasselbe Material auf und werden in einem gemeinsamen Verfahrensschritt aufgebracht, sodass sich die Anzahl der Verfahrensschritte im Vergleich zu herkömmlichen Verfahrensschritt reduziert.
-
In einer Weiterbildung wird vor Aufbringen des Spiegels und des p-Kontakts eine Spiegelschicht auf die dielektrische Schicht aufgebracht und Aussparungen im Bereich der Aussparungen der Zusatzschicht und der dielektrischen Schicht ausgebildet. In diesem Fall werden auf einer Seite des Halbleiterkörpers demnach eine Mehrzahl von zum Teil reflektierenden Schichten, unter anderem die Zusatzschicht, die dielektrische Schicht, die Spiegelschicht und der Spiegel, angeordnet, wodurch sich der Absorptionsgrad auf dieser Seite des Halbleiterkörpers reduziert, womit sich vorteilhafterweise die Effizienz des Bauelements erhöht.
-
In einer Weiterbildung wird der strukturierte p-Kontakt vor Aufbringen der dielektrischen Schicht auf dem Halbleiterkörper in den Aussparungen der Zusatzschicht aufgebracht. Anschließend werden die weiteren Schichten, also die dielektrische Schicht, die Spiegelschicht und/oder der Spiegel aufgebracht.
-
Weitere Merkmale, Vorteile, Weiterbildungen und Zweckmäßigkeiten des Bauelements und dessen Verfahren ergeben sich aus dem im Folgenden in Verbindung mit den 1 bis 8 erläuterten Beispielen. Es zeigen:
- 1 einen schematischen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements,
- 2A bis 2F, 3A bis 3I, 4A bis 4J jeweils schematische Querschnitte eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements im Herstellungsverfahren,
- 5, 7 jeweils einen schematischen Querschnitt eines herkömmlichen Bauelements, und
- 6A bis 6F, 8A bis 8F jeweils schematische Querschnitte eines herkömmlichen Bauelements im Herstellungsverfahren.
-
Gleiche oder gleich wirkende Bestandteile sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Bestandteile sowie die Größenverhältnisse der Bestandteile untereinander sind nicht als maßstabsgerecht anzusehen.
-
In 5 ist ein Querschnitt eines herkömmlichen Bauelements dargestellt. Das Bauelement 10 weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der eine aktive Zone 1c enthält. Die aktive Zone 1c ist geeignet, elektromagnetische Strahlung im Betrieb zu erzeugen. Der Halbleiterkörper 1 weist weiter eine Strahlungsaustrittsseite auf, aus die im Betrieb die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung zum größten Teil aus dem Halbleiterkörper 1 ausgekoppelt wird. Auf der von der Strahlungsaustrittsseite gegenüberliegenden Seite weist der Halbleiterkörper 1 eine Befestigungsseite auf, mit der der Halbleiterkörper 1 beispielsweise auf einem Träger 5 aufgebracht ist. Auf der dem Träger 5 zugewandten Seite des Halbleiterkörpers 1 ist eine GaAs-Abschlussschicht 1d angeordnet, die den Halbleiterkörper 1 zum Träger hin abschließt.
-
Auf der Strahlungsaustrittsseite ist ein n-Kontakt 1a bereichsweise angeordnet, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 dient. Der Halbleiterkörper 1 ist weiter mit einer Passivierungsschicht 6 umgeben, die den Halbleiterkörper 1 vor Umwelteinflüssen wie beispielsweise Feuchtigkeit oder mechanischen Einflüssen schützt.
-
Zwischen dem Träger 5 und dem Halbleiterkörper 1 ist ein Spiegel 3 angeordnet. Auf dem Spiegel 3 ist eine dielektrische Schicht 2 angeordnet. Die dielektrische Schicht 2 weist bereichsweise Öffnungen auf, in die ein p-Kontakt eingebracht ist. Der p-Kontakt ist somit strukturiert ausgebildet.
-
Im Herstellungsprozess der Öffnungen der dielektrischen Schicht zum Bereitstellen eines elektrischen Kontaktes des Halbleiterkörpers kann jedoch nachteilig der Halbleiterkörper, insbesondere die darunterliegenden Halbleiterschichten, gestört werden. Folgen eines derartigen gestörten Halbleiterkörpers sind das Erschweren eines elektrischen Kontaktanschlusses zum Halbleiterkörper sowie die verminderte Schutzfähigkeit des Halbleiterkörpers im Bereich der Öffnungen. Dadurch können die Schichten des Halbleiterkörpers im Herstellungsprozess beschädigt werden, womit sich die Funktion und insbesondere die Effizienz des Bauelements nachteilig beeinträchtigen können.
-
In den 6A bis 6F sind Herstellungsschritte eines herkömmlichen Bauelements, wie es beispielsweise in 5 dargestellt ist, gezeigt. In 6A ist der Halbleiterkörper 1 dargestellt, insbesondere die GaAs-Abschlussschicht 1d auf Seiten des Trägers. Im Verfahrensschritt 6B wird eine dielektrische Schicht 2 auf der GaAs-Abschlussschicht abgeschieden, wobei anschließend auf diese dielektrische Schicht 2 ein Fotolack 7 mit einer bereichsweisen Aussparungen aufgebracht wird, wie in 6C dargestellt. Mittels des Fotolacks 7 wird anschließend die dielektrische Schicht 2 bereichsweise geöffnet. Insbesondere wird eine Aussparung in der dielektrischen Schicht 2 ausgebildet, wie in 6D gezeigt. Während des Öffnens der dielektrischen Schicht mittels des Fotolacks 7 kann jedoch nachteilig der Halbleiterkörper 1 geschädigt werden, wobei Störstellen 1e erzeugt werden. Derartige Störstellen 1e können im weiteren Herstellungsprozess nachteilig zu Schädigungen der Schichten des Halbleiterkörpers führen, womit die Funktion und die Effizienz des Bauelements beeinträchtigt wird. Im Verfahrensschritt 6E wird anschließend der Fotolack entfernt. Im anschließenden Verfahrensschritt 6F wird der p-Kontakt 1b und der Spiegel 3 auf die dielektrische Schicht 2 und den Halbleiterkörper 1 aufgebracht.
-
In 7 ist ein weiteres herkömmlichen Bauelement gezeigt. Im Unterschied zu 5 sind der p-Kontakt 1b und der Spiegel 3 nicht einstückig ausgebildet. Insbesondere ist der p-Kontakt 1b als Extraschicht zum Spiegel 3 ausgebildet. Dadurch müssen nicht zwingend dieselben Materialien für Spiegel 3 und p-Kontakt 1b Verwendung finden, sodass die Materialien des Spiegels 3 und des p-Kontakts 1b an erforderliche Eigenschaften der jeweiligen Schicht angepasst sein können.
-
Die 8A bis 8F zeigen Verfahrensschritte zur Herstellung des Bauelements der 7. In 8A wird ein p-Kontakt 1b auf den Halbleiterkörper 1 aufgebracht. Dieser p-Kontakt wird strukturiert aufgebracht, wozu ein Fotolack Verwendung findet (nicht dargestellt). In 8B wird anschließend eine dielektrische Schicht 2 auf den p-Kontakt 1b und den Halbleiterkörper 1 abgeschieden. Diese dielektrische Schicht 2 wird anschließend über dem p-Kontakt 1b mittels eines weiteren Fotolacks 7 geöffnet. Insbesondere wird über den p-Kontakt 1b eine Aussparung in der dielektrischen Schicht 2 ausgebildet, wie in den 8C und 8D dargestellt. Da zwischen der Aussparung der dielektrischen Schicht 2 und dem Halbleiterkörper 1 bereits der p-Kontakt 1b angeordnet ist, kann der Halbleiterkörper 1 vorteilhafterweise vor Schädigungen und Störungen geschützt werden. Damit können auch die darunterliegenden Schichten des Halbleiterkörpers 1 geschützt werden. Nachteilig an dem Verfahren ist jedoch, dass zwei getrennte Fototechniken erforderlich sind, um den p-Kontakt 1b und die dielektrische Schicht 2 zu strukturieren, wodurch sich nachteilig der Herstellungsprozess erschwert und die Herstellungskosten erhöhen. Zudem können die beiden Fototechniken nicht beliebig zueinander justiert werden, sodass die Größe des p-Kontakts 1b auf eine minimale Größe limitiert ist. Zudem muss die GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 derartig gewählt werden, dass diese den üblicherweise verwendeten Vielzahl an Verfahrensschritten ausreichend Stand hält, um den darunterliegenden Schichten eine ausreichend sichere Schutzfunktion zu bieten. Wegen der langwelligen Absorptionskante und der niedrigen Bandkante der GaAs-Abschlussschicht 1d wird jedoch nachteilig viel von der aktiven Zone 1c erzeugte Strahlung in dieser Schicht absorbiert, was nachteilig die Effizienz des Bauelements beeinträchtigt.
-
Anschließend an das Ausbilden der Aussparung in der dielektrischen Schicht 2 wird der Fotolack entfernt, wie in 8E dargestellt. Anschließend kann der Spiegel 3 auf die dielektrische Schicht 2 und dem p-Kontakt 1b aufgebracht werden, wie in 8F dargestellt.
-
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Bauelements dargestellt. Das Halbleiterbauelement 10 weist einen Halbleiterkörper 1 auf, der eine aktive Zone 1c enthält. Die aktive Zone ist insbesondere geeignet, im Betrieb elektromagnetische Strahlung zu erzeugen. Beispielsweise ist der Halbleiterkörper 1 eine LED. Bevorzugt ist der Halbleiterkörper 1 eine Dünnfilm-LED. Der Halbleiterkörper 1 basiert bevorzugt auf einem Nitrid-, einem Phosphid- oder einem Arsenidverbindungshalbleiter.
-
Der Halbleiterkörper 1 ist auf einem Träger 5 angeordnet. Die dem Träger 5 zugewandte Schicht des Halbleiterkörpers 1 ist eine GaAs-Abschlussschicht 1d.
-
Der Halbleiterkörper 1 weist eine Strahlungsaustrittsseite auf, aus die die im Betrieb erzeugte Strahlung des Halbleiterkörpers 1 zum größten Teil austritt. Auf der Strahlungsaustrittsseite ist ein n-Kontakt 1a bereichsweise angeordnet, der zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 dient. Insbesondere kann mittels eines Bonddrahtes eine elektrische Kontaktierung des n-Kontakts 1a zu einer elektrischen Leiterbahn des Trägers 5 geführt werden (nicht dargestellt).
-
Der Halbleiterkörper 1 ist zum Schutz vor Umwelteinflüssen mit einer Passivierungsschicht 6 umgeben. Die Passivierungsschicht 6 schützt insbesondere den Halbleiterkörper 1 vor beispielsweise Feuchtigkeit und mechanischen Umwelteinflüssen.
-
Zwischen Träger 5 und Halbleiterkörper 1 ist eine dielektrische Schicht 2 angeordnet. Zwischen dielektrischer Schicht 2 und Träger 5 ist ein Spiegel 3 angeordnet, der die in der aktiven Zone erzeugte Strahlung in Richtung Strahlungsaustrittsseite reflektiert, wodurch sich mit Vorteil die Strahlungseffizienz des Bauelements erhöht. Zwischen Halbleiterkörper 1 und dielektrischer Schicht 2 ist eine Zusatzschicht 4 angeordnet.
-
Die Zusatzschicht 4 und die dielektrische Schicht 2 weisen bereichsweise eine Aussparung auf. Insbesondere weisen die Zusatzschicht 4 und die dielektrische Schicht 2 in einem p-Kontaktbereich 1b des Halbleiterkörpers 1 jeweils eine Aussparung auf.
-
Der p-Kontakt 1b des Halbleiterkörpers 1 ist strukturiert ausgebildet. Insbesondere ist der p-Kontakt 1b lediglich bereichsweise auf dem Halbleiterkörper 1 ausgebildet.
-
Im Ausführungsbeispiel der 1 sind der p-Kontakt 1b und der Spiegel 3 einstückig als Schicht 30 ausgebildet. In diesem Fall sind das Material des Spiegels 3 und des p-Kontakts 1b demnach identisch. Eine Grenzfläche zwischen Spiegel 3 und p-Kontakt 1b ist nicht ausgebildet.
-
Aufgrund der Aussparungen der dielektrischen Schicht 2 und der Zusatzschicht 4 kann mittels des p-Kontakts 1b und des Spiegels 3 eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 ermöglicht werden. Insbesondere kann der Träger 5 elektrisch leitfähig ausgebildet sein, sodass eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 über den Träger 5, den Spiegel 3 und den p-Kontakt 1b erfolgt. Auf der anderen Seite erfolgt die elektrische Kontaktierung über den n-Kontakt 1a und einem Bonddraht.
-
Das Material der Zusatzschicht ist beispielsweise InGaAlP oder InAlP. Der Aluminiumgehalt ist dabei so gewählt, dass bei der Emissionswellenlänge des Halbleiterkörpers 1 keine Fundamentalabsorption auftritt. Alternativ kann das Material der Zusatzschicht 4 keine elektrische Funktion haben, sodass GaP oder In-armes InGaAlP als Material der Zusatzschicht Verwendung finden kann. Als Materialien der Zusatzschicht 4 sind alternativ Dielektrika, wie beispielsweise ZnO, möglich, die sich insbesondere aufgrund ihrer kleinen Brechzahl auszeichnen. Da die Zusatzschicht 4 nicht zwangsläufig zur Stromverteilung im Halbleiterkörper 1 dienen muss, kann die Zusatzschicht 4 undotiertes ZnO enthalten.
-
Die dielektrische Schicht 2 weist als Material beispielsweise SiN, SiO oder SiON auf.
-
Für den p-Kontakt kann beispielsweise als Material Au, Ag oder leitfähige Dielektrika, wie beispielsweise ZnO, ITO oder Kombinationen aus diesen Materialien, Verwendung finden.
-
Durch die Zusatzschicht 4 erhöht sich mit Vorteil die Quantisierungsenergie, womit sich die Absorptionskante des p-Kontakts erhöht. Dadurch reduziert sich die Absorption im Bauelement, wodurch sich mit Vorteil die Strahlungseffizienz weiter erhöht.
-
In den 2A bis 2F sind Verfahrensschritte zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauelements, wie es beispielsweise in dem Ausführungsbeispiel der 1 dargestellt ist, gezeigt. In 2A wird auf den Halbleiterkörper 1, insbesondere auf die GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 die Zusatzschicht 4 aufgebracht. Das Material der Zusatzschicht 4 wird in der Dicke und Zusammensetzung derart gewählt, dass es bei einem anschließenden Öffnungsprozess den Halbleiterkörper 1, insbesondere die GaAs-Abschlussschicht ausreichend schützt. Zudem wird das Material der Zusatzschicht 4 derart gewählt, dass es mit hoher Selektivität gegenüber dem Halbleiterkörper 1 strukturiert werden kann. Das Aufbringen der Zusatzschicht 4 erfolgt vorzugsweise in demselben Epitaxieprozess wie das Herstellen des Halbleiterkörpers 1.
-
In einem anschließenden Verfahrensschritt, wie in 2B dargestellt, wird die dielektrische Schicht 2 auf der Zusatzschicht 4 abgeschieden. Anschließend wird, wie in 2C dargestellt, ein Fotolack 7 auf die dielektrische Schicht 4 aufgebracht, wobei der Fotolack 7 eine Aussparung aufweist.
-
Mittels des Fotolacks 7 wird anschließend die dielektrische Schicht 2 strukturiert, insbesondere geöffnet. Während dem Strukturierungsprozess der dielektrischen Schicht 2 wird der Halbleiterkörper 1, insbesondere die GaAs-Abschlussschicht 1d mittels der Zusatzschicht 2 geschützt. Dadurch können vorteilhafterweise Schädigungen und Störstellen in der GaAs-Abschlussschicht 1d vermieden werden. Anschließend wird die Fotolackschicht 7 entfernt, wie in 2D dargestellt.
-
Die strukturierte dielektrische Schicht 2 dient vorteilhafterweise als Maskierung zum Öffnen der Zusatzschicht 4. Insbesondere wird die Zusatzschicht 4 im Bereich der Aussparung der dielektrischen Schicht 2 geöffnet, sodass die GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 freigelegt wird, wie in 2E dargestellt.
-
Anschließend wird, wie in 2F dargestellt, der p-Kontakt 1b in der Aussparung der dielektrischen Schicht 2 und der Zusatzschicht 4 ausgebildet. Insbesondere kann innerhalb der Öffnungen der dielektrischen Schicht 2 und der Zusatzschicht 4 eine Stromzuführung zu dem Halbleiterkörper 1 ermöglicht werden. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel, in dem der p-Kontakt 1b und der Spiegel einstückig als Schicht 30 ausgebildet sind, wird in dem Verfahrensschritt der 2F gleichzeitig der Spiegel ausgebildet. Dieser dient im Wesentlichen zur Erhöhung der Reflektivität in Richtung Strahlungsaustrittsseite, sodass sich die Strahlungseffizienz des Bauelements mit Vorteil erhöht. Der Spiegel weist im vorliegenden Ausführungsbeispiel somit als Material Au, Ag oder ein leitfähiges Dielektrika, wie beispielsweise ZnO, ITO oder Kombinationen aus diesen Materialien, auf.
-
In den 3A bis 3I sind Herstellungsverfahrensschritte eines weiteren Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Bauelements dargestellt. Im Unterschied zu dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist ein derart hergestelltes Bauelement eine weitere Spiegelschicht 8 auf, die zwischen der Schicht 30, die den Spiegel 3 und den p-Kontakt 1b bildet, und dielektrischer Schicht 2 ausgebildet wird. Durch die zusätzliche Spiegelschicht 8 kann weiter die Reflektivität im Bauelement in Richtung Strahlungsaustrittsseite erhöht werden, wodurch der Absorptionsgrad im Bauelement reduziert wird, womit sich mit Vorteil die Strahlungseffizienz weiter erhöht.
-
In 3A wird entsprechend dem Ausführungsbeispiel der 2A eine Zusatzschicht 4 auf dem Halbleiterkörper 1 aufgebracht. Anschließend wird im Verfahrensschritt 3b entsprechend dem Verfahrensschritt 2b eine dielektrische Schicht 2 auf der Zusatzschicht 4 abgeschieden.
-
Der Verfahrensschritt 3c ist ein im Vergleich zu dem Herstellungsverfahren der 2A bis 2F zusätzlicher Verfahrensschritt. Im Verfahrensschritt 3c wird die Spiegelschicht 8 auf die dielektrische Schicht 2 ganzflächig aufgebracht. Anschließend wird der Fotolack 7 auf der Spiegelschicht 8 aufgebracht (3D), wobei der Fotolack 7 entsprechend dem im Herstellungsverfahren der 2 verwendeten Fotolack eine Aussparung aufweist.
-
In 3E wird anschließend die Spiegelschicht 8 im Bereich der Aussparung des Fotolacks 7 geöffnet, wodurch die Spiegelschicht 8 in diesem Bereich eine Aussparung aufweist. Anschließend wird im Verfahrensschritt 3F die dielektrische Schicht 2 entsprechend des Verfahrensschrittes des Ausführungsbeispiels der 2D geöffnet. Somit weisen die Spiegelschicht 8 und die dielektrische Schicht 2 in demselben Bereich eine Aussparung auf. Der Fotolack 7 kann dabei zur Ausbildung der Aussparungen der dielektrischen Schicht 2 und der Spiegelschicht 8 Verwendung finden, sodass lediglich ein einziger Fotolack 7 hierzu Verwendung findet.
-
In 3G wird anschließend der Fotolack 7 entfernt. Anschließend wird, wie in 3H dargestellt, die Zusatzschicht 4 im Bereich der Aussparungen der dielektrischen Schicht 2 und der Spiegelschicht 8 geöffnet. Dabei dient die dielektrische Schicht 4 als Maskierung zum Öffnen der Zusatzschicht 4. Dadurch wird die GaAs-Abschlussschicht 1d bereichsweise von Material freigelegt, sodass durch die Aussparungen der Spiegelschicht 8, der dielektrischen Schicht 2 und der Zusatzschicht 4 eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 ermöglicht wird.
-
Wie in 3I dargestellt, wird anschließend der p-Kontakt 1b in den Aussparungen der Spiegelschicht 8, der dielektrischen Schicht 2 und der Zusatzschicht 4 ausgebildet. Im gleichen Verfahrensschritt wird der Spiegel ausgebildet. Insbesondere werden der p-Kontakt 1b und der Spiegel als gemeinsame Schicht 30 in einem Verfahrensschritt aufgebracht, wobei in dem Ausführungsbeispiel der 3 der Spiegel und der p-Kontakt 1b einstückig ausgebildet sind.
-
Die Spiegelschicht 8 weist als Material vorzugsweise ein Spiegelmaterial mit guter Reflektivität auf, wie beispielsweise Au oder Ag.
-
Im Übrigen stimmt das Ausführungsbeispiel der 3 mit dem Ausführungsbeispiel der 2 überein.
-
In den 4A bis 4I sind Verfahrensschritte eines Ausführungsbeispiels eines weiteren Halbleiterbauelements dargestellt. Der Verfahrensschritt 4A entspricht dem Verfahrensschritt 2A, in dem die Zusatzschicht 4 auf den Halbleiterkörper 1, insbesondere die GaAs-Abschlussschicht 1d, aufgebracht wird. In dem Verfahrensschritt 4B wird anschließend ein Fotolack 7 auf die Zusatzschicht 4 aufgebracht, die eine Aussparung aufweist. Anschließend wird, wie in 4C dargestellt, die Zusatzschicht 4 mittels des Fotolacks 7 bereichsweise geöffnet. So kann die GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 frei von dem Material der Zusatzschicht 4 ausgebildet werden.
-
Anschließend wird, wie in 4D dargestellt, der p-Kontakt 1b aufgebracht. Der p-Kontakt 1b wird dabei auf dem Fotolack 7 und in der Aussparung auf der GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 abgeschieden. Der p-Kontakt 1b ist somit in der Aussparung der Zusatzschicht 4 angeordnet, wobei der p-Kontakt in direktem Kontakt mit der GaAs-Abschlussschicht 1d des Halbleiterkörpers 1 steht.
-
Anschließend wird, wie in 4E dargestellt, der Fotolack und der darauf angeordnete p-Kontakt abgehoben. Wie in 4F dargestellt, wird anschließend die dielektrische Schicht 2 auf die Zusatzschicht 4 und auf den in der Aussparung der Zusatzschicht 4 angeordneten p-Kontakt 1b aufgebracht. Diese dielektrische Schicht 2 wird anschließend mittels eines weiteren Fotolacks 9, wie in den 4G und 4H dargestellt, bereichsweise geöffnet. Insbesondere wird die dielektrische Schicht 2 im Bereich des p-Kontakts 1b geöffnet. Die dielektrische Schicht 2 weist somit eine Aussparung bereichsweise im Bereich des p-Kontakts 1b auf. So kann eine elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers durch die Aussparung der dielektrischen Schicht 2 über den p-Kontakt 1b erfolgen. Der p-Kontakt 1b liegt insbesondere nach Öffnen der dielektrischen Schicht 2 frei von Material der dielektrischen Schicht 2 vor.
-
Wie in 4I dargestellt wird anschließend der Spiegel 3 auf die dielektrische Schicht 2 und den p-Kontakt 1b direkt aufgebracht. Das Material des Spiegels 3 wird dabei in die Aussparung der dielektrischen Schicht 2 und auf die dielektrische Schicht 2 aufgebracht. Über den Spiegel 3 und den p-Kontakt 1b kann so die elektrische Kontaktierung des Halbleiterkörpers 1 erfolgen.
-
Ein erfindungsgemäßes Bauelement, das mittels eines Herstellungsverfahrens nach den Verfahrensschritten 4A bis 4I hergestellt wird, weist mit Vorteil unterschiedliche Materialien des p-Kontakts 1b und des Spiegels 3 auf, sodass die jeweiligen Materialien den gewünschten Anforderungen der jeweiligen Schicht angepasst werden können.