DE102012111573A1 - Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches Halbleiterbauelement und Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements Download PDF

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Abstract

Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2) angegeben, wobei der Halbleiterkörper einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist und auf dem Halbleiterkörper zumindest bereichsweise eine Spiegelschicht (4) angeordnet ist. Zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht ist eine Zwischenschicht (3) angeordnet, die ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist.

Description

  • Die vorliegende Anmeldung betrifft ein optoelektronisches Halbleiterbauelement sowie ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements.
  • Bei optoelektronischen Halbleiterbauelementen wie beispielsweise Lumineszenzdioden finden oftmals Metallschichten Anwendung, die die im Betrieb emittierte Strahlung reflektieren. Auch bei der Verwendung von Metall mit einer vergleichsweise hohen Reflektivität wird jedoch ein nicht unerheblicher Strahlungsanteil absorbiert und geht somit verloren.
  • Eine Aufgabe ist es, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, bei dem Absorptionsverluste vermindert sind. Weiterhin soll ein Verfahren angegeben werden, mit dem ein solches Halbleiterbauelement einfach und zuverlässig erstellbar ist.
  • Diese Aufgabe wird unter anderem durch ein optoelektronisches Halbleiterbauelement beziehungsweise ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Weitere Ausgestaltungen und Zweckmäßigkeiten sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper auf, der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist. Die zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung liegt beispielsweise im infraroten, sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich.
  • Beispielsweise ist der aktive Bereich zwischen einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet. Der Halbleiterkörper, insbesondere der aktive Bereich, weist bevorzugt ein III-V-Verbindungs-Halbleitermaterial auf.
  • III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien sind zur Strahlungserzeugung im ultravioletten (AlxInyGa1-x-yN) über den sichtbaren (AlxInyGa1-x-yN, insbesondere für blaue bis grüne Strahlung, oder AlxInyGa1-x-yP, insbesondere für gelbe bis rote Strahlung) bis in den infraroten (AlxInyGa1-x-yAs) Spektralbereich besonders geeignet. Hierbei gilt jeweils 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1 und x + y ≤ 1, insbesondere mit x ≠ 1, y ≠ 1, x ≠ 0 und/oder y ≠ 0. Mit III-V-Verbindungs-Halbleitermaterialien, insbesondere aus den genannten Materialsystemen, können weiterhin bei der Strahlungserzeugung hohe interne Quanteneffizienzen erzielt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Spiegelschicht auf. Die Spiegelschicht ist vorzugsweise als eine metallische Spiegelschicht ausgebildet. Eine metallische Spiegelschicht zeichnet sich durch eine Reflektivität aus, die weitgehend unabhängig vom Auftreffwinkel der Strahlung ist. Die Spiegelschicht weist zweckmäßigerweise für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung eine hohe Reflektivität, beispielsweise eine Reflektivität von mindestens 60 %, auf.
  • Beispielsweise enthält die Spiegelschicht Silber, Rhodium, Palladium, Nickel, Chrom oder Aluminium oder eine metallische Legierung mit zumindest einem der genannten Materialien. Diese Materialien zeichnen sich insbesondere im sichtbaren und ultravioletten Spektralbereich durch eine hohe Reflektivität aus. Für den infraroten Spektralbereich eignet sich beispielsweise Gold.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement eine Zwischenschicht auf. Die Zwischenschicht ist insbesondere zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht angeordnet. Insbesondere grenzt die Zwischenschicht an den Halbleiterkörper an. Weiterhin grenzt die Zwischenschicht an der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite an die Spiegelschicht an. Zwischen der Spiegelschicht und dem Halbleiterkörper ist also nur die Zwischenschicht angeordnet. Vorzugsweise ist die Zwischenschicht durchgängig zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht angeordnet. Das heißt, die Spiegelschicht grenzt an keiner Stelle direkt an den Halbleiterkörper an. Eine Strahlungsabsorption an einer Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht kann so vermieden werden.
  • Die Zwischenschicht ist beispielsweise auf einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers angeordnet. Beispielsweise verläuft die Hauptfläche parallel zu einer Haupterstreckungsebene des aktiven Bereichs.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements enthält die Zwischenschicht ein TCO-Material.
  • TCO-Materialien sind transparente, leitende Oxide (transparent conductive oxides, kurz „TCO“), in der Regel Metalloxide, wie beispielsweise Zinkoxid (ZnO), Zinnoxid (SnO), Cadmiumoxid, Titanoxid, Indiumoxid oder Indiumzinnoxid (ITO). Neben binären Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise ZnO, SnO2 oder In2O3 gehören auch ternäre Metallsauerstoffverbindungen, wie beispielsweise Zn2SnO4, CdSnO3, ZnSnO3, MgIn2O4, GaInO3, Zn2In2O5 oder In4Sn3O12 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.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 auf. Im Zweifel bezieht sich der Brechungsindex auf eine Peak-Wellenlänge der zu erzeugenden oder zu empfangenden Strahlung. Bevorzugt ist der Brechungsindex kleiner als oder gleich 1,60. Beispielsweise beträgt der Brechungsindex zwischen einschließlich 1,30 und einschließlich 1,60.
  • Je kleiner der Brechungsindex der Zwischenschicht ist, desto größer kann der Brechungsindex-Unterschied zwischen dem an die Zwischenschicht angrenzenden Material des Halbleiterkörpers und der Zwischenschicht sein. Je größer der Brechungsindex-Unterschied ist, desto kleiner ist der Grenzwinkel für Totalreflexion an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper und der Zwischenschicht. Strahlung, die in einem Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, der größer ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion, wird verlustfrei an der Zwischenschicht totalreflektiert. Für diesen Strahlungsanteil ist somit die Gefahr einer Strahlungsabsorption an der vom Halbleiterkörper aus gesehen der Zwischenschicht nachgeordneten Spiegelschicht vermieden. Strahlung, die in einem kleineren Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, tritt dagegen durch die Zwischenschicht hindurch und kann an der Spiegelschicht reflektiert werden.
  • In mindestens einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper mit einem zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich auf. Auf dem Halbleiterkörper ist zumindest bereichsweise eine Spiegelschicht angeordnet, wobei zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht eine Zwischenschicht angeordnet ist, die ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist.
  • Mittels der Spiegelschicht in Verbindung mit der Zwischenschicht ist vereinfacht ein omnidirektionaler Spiegel realisiert, der sich durch besonders geringe Absorptionsverluste auszeichnet. Omnidirektional bedeutet in diesem Zusammenhang insbesondere, dass sowohl Strahlungsanteile mit einem kleinen Auftreffwinkel, beispielsweise von 10 Grad oder weniger zur Normalen, als auch mit einem großen Auftreffwinkel, beispielsweise von 45 Grad oder mehr, reflektiert werden.
  • Aufgrund der elektrischen Leitfähigkeit der Zwischenschicht können zudem im Betrieb des Halbleiterbauelements Ladungsträger durch die Zwischenschicht hindurch in den Halbleiterkörper injiziert oder im Fall eines Strahlungsempfängers durch die Zwischenschicht hindurch aus dem Halbleiterkörper abgeführt werden.
  • Das Ausbilden von Aussparungen in der Zwischenschicht für die elektrische Kontaktierung ist somit nicht erforderlich.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht eine poröse Struktur auf. Die poröse Struktur ist insbesondere dafür vorgesehen, den Brechungsindex der Zwischenschicht zu verringern. Als Maß für die Porosität kann das Verhältnis zwischen dem Brechungsindex der Zwischenschicht und dem Brechungsindex des TCO-Materials der Zwischenschicht herangezogen werden.
  • Es hat sich gezeigt, dass durch das Vorsehen einer Zwischenschicht mit einer porösen Struktur – entgegen dem üblichen Bestreben nach einem möglichst homogenen Schichtaufbau frei von Poren oder Einschlüssen – insgesamt verbesserte optoelektronische Eigenschaften des Halbleiterbauelements erzielt werden können.
  • Vorzugsweise weist der Brechungsindex der Zwischenschicht aufgrund der porösen Struktur höchstens 90 % des Brechungsindices des TCO-Materials auf. Mittels der porösen Struktur kann ein vergleichsweise niedriger Brechungsindex, insbesondere ein Brechungsindex von höchstens 1,70 auch mit einem Ausgangsmaterial für die Zwischenschicht erzielt werden, das ohne die poröse Struktur einen höheren Brechungsindex aufweisen würde.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die Zwischenschicht eine Mehrzahl von Zwischenräumen auf, die frei von TCO-Material sind. Die Zwischenräume sind vorzugsweise mit einem Gas, beispielsweise Luft gefüllt. Gase eignen sich aufgrund des besonders niedrigen Brechungsindices, beispielsweise eines Brechungsindices von 1 für Luft, besonders für die Zwischenräume. Der über die Zwischenräume und das TCO-Material der Zwischenschicht gemittelte Brechungsindex kann so besonders einfach reduziert werden.
  • Grundsätzlich ist aber auch denkbar, dass die Zwischenräume zumindest teilweise mit einem Material befüllt sind, das einen niedrigeren Brechungsindex als das TCO-Material aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Halbleiterbauelements sind die Zwischenräume zumindest teilweise als Poren ausgebildet, die vollständig von dem TCO-Material umschlossen sind. Die Poren können einen mittleren Durchmesser zwischen einschließlich 1 nm und einschließlich 5 µm aufweisen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements bildet das TCO-Material säulenförmige Strukturelemente. Insbesondere sind die Zwischenräume zwischen den Strukturelementen ausgebildet. Die säulenförmigen Strukturelemente sind beispielsweise in lateraler Richtung, also in einer entlang der Hauptfläche verlaufenden Richtung nebeneinander angeordnet.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist das optoelektronische Halbleiterbauelement als ein Halbleiterchip ausgebildet. Insbesondere ist das optoelektronische Halbleiterbauelement als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet, der einen Träger aufweist, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist. Der Träger ist also Teil des Halbleiterchips. Die Spiegelschicht ist zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet. Zweckmäßigerweise erstreckt sich der Halbleiterkörper in vertikaler Richtung zwischen einer dem Träger zugewandten Hauptfläche und einer vom Träger abgewandten Strahlungsdurchtrittsfläche. Im Falle eines Strahlungsemitters, beispielsweise eines Lumineszenzdiodenchips, etwa eines Leuchtdioden-Halbleiterchips, kann im aktiven Bereich erzeugte und in Richtung des Trägers abgestrahlte Strahlung besonders effizient an der Zwischenschicht und der Spiegelschicht reflektiert werden und durch die Strahlungsdurchtrittsfläche austreten. Im Falle eines Strahlungsempfängers, beispielsweise eines als Photodiode ausgeführten Halbleiterchips kann die durch die Strahlungsdurchtrittsfläche eintretende Strahlung, die bei einem ersten Durchgang durch den aktiven Bereich noch nicht absorbiert wird, an der Zwischenschicht und der Spiegelschicht reflektiert werden und nachfolgend vom aktiven Bereich absorbiert werden.
  • Die beschriebene Zwischenschicht eignet sich jedoch grundsätzlich für alle Arten von Halbleiterbauelementen, bei denen für eine auf den Halbleiterkörper aufgebrachte Schicht eine hohe elektrische Leitfähigkeit und gleichzeitig ein geringer Brechungsindex gewünscht ist.
  • Bei einem Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements wird gemäß zumindest einer Ausführungsform ein Halbleiterkörper bereitgestellt, der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird zumindest bereichsweise eine Zwischenschicht auf den Halbleiterkörper aufgebracht, wobei die Zwischenschicht ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird auf der Zwischenschicht eine Spiegelschicht aufgebracht, beispielsweise mittels Sputterns oder Aufdampfens. Insbesondere ist die Zwischenschicht beim Aufbringen der Spiegelschicht in lateraler Richtung völlig unstrukturiert.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zwischenschicht derart aufgebracht, dass sie eine poröse Struktur aufweist. Anstatt der Abscheidung einer möglichst homogenen Struktur wird also gezielt eine Zwischenschicht mit einer porösen Struktur vorgesehen.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Material für die Zwischenschicht in einer Lösung auf den Halbleiterkörper aufgebracht. Durch das Verdunsten eines Lösungsmittels während einer Pyrolyse wird eine poröse Struktur der Zwischenschicht gebildet. Zwischenräume in Form von Poren in der Zwischenschicht können so auf einfache Weise hergestellt werden.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Material für die Zwischenschicht mittels Tauchbeschichtens (Dip Coating) oder Rotationsbeschichtens (Spin Coating) aufgebracht.
  • Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Zwischenschicht auf dem Halbleiterkörper abgeschieden, beispielsweise aufgedampft oder aufgesputtert. Insbesondere erfolgt die Abscheidung in einem Winkel von höchstens 45 Grad, bevorzugt von höchstens 25 Grad, zu einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers, auf der die Zwischenschicht abgeschieden wird.
  • Es hat sich gezeigt, dass bei einer Abscheidung unter einem derart flachen Winkel Abschattungseffekte dazu führen, dass säulenartige Strukturelemente ausgebildet werden, wobei zwischen den säulenartigen Strukturelementen Zwischenräume entstehen. Eine Haupterstreckungsrichtung der säulenartigen Strukturelemente kann schräg oder senkrecht zur Hauptfläche des Halbleiterkörpers stehen.
  • Das beschriebene Verfahren ist zur Herstellung eines vorstehend beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements besonders geeignet. Im Zusammenhang mit dem Halbleiterbauelement angeführte Merkmale können daher auch für das Verfahren herangezogen werden und umgekehrt.
  • Weitere Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Zweckmäßigkeiten ergeben sich aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren.
  • Es zeigen:
  • 1 ein Ausführungsbeispiel für ein optoelektronisches Halbleiterbauelement in schematischer Schnittansicht;
  • die 2A und 2B jeweils ein Ausführungsbeispiel für die Zwischenschicht anhand eines Ausschnitts der Zwischenschicht in Schnittansicht; und
  • die 3A bis 3D ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterchips.
  • Gleiche, gleichartige oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen versehen.
  • Die Figuren sind jeweils schematische Darstellungen und daher nicht unbedingt maßstabsgetreu. Vielmehr können vergleichsweise kleine Elemente und insbesondere Schichtdicken zur Verdeutlichung übertrieben groß dargestellt sein.
  • In 1 ist exemplarisch ein Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem das Halbleiterbauelement als eine Lumineszenzdiode, insbesondere als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet ist. Selbstverständlich kann das Halbleiterbauelement jedoch auch als ein Strahlungsempfänger, beispielsweise als eine Photodiode ausgebildet sein.
  • Das Halbleiterbauelement 1 weist einen Halbleiterkörper 2 auf. Der Halbleiterkörper 2 erstreckt sich in vertikaler Richtung zwischen einer Hauptfläche 200 und einer Strahlungsdurchtrittsfläche 201. Der Halbleiterkörper 2 weist eine Halbleiterschichtenfolge mit einem aktiven Bereich 20 auf, der zwischen einer ersten Halbleiterschicht 21 eines ersten Leitungstyps und einer zweiten Halbleiterschicht 22 eines vom ersten Leitungstyp verschiedenen zweiten Leitungstyps angeordnet ist. Die erste Halbleiterschicht, die zweite Halbleiterschicht und der aktive Bereich können jeweils mehrschichtig ausgebildet sein. Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht p-leitend und die zweite Halbleiterschicht n-leitend oder umgekehrt.
  • Der Halbleiterkörper 2, insbesondere der aktive Bereich 20, enthält vorzugsweise ein III-V-Verbindungshalbleitermaterial, insbesondere eines der vorstehend genannten Materialien zur Erzeugung von Strahlung im ultravioletten, sichtbaren oder infraroten Spektralbereich.
  • Auf der der Strahlungsdurchtrittsfläche 201 abgewandten Seite des Halbleiterkörpers 2 ist der Halbleiterkörper mittels einer Verbindungsschicht 6, etwa einer Lotschicht oder einer elektrisch leitfähigen Klebeschicht an einem Träger 5 befestigt.
  • Auf der Hauptfläche 200 ist eine Zwischenschicht 3 ausgebildet, die unmittelbar an den Halbleiterkörper 2 angrenzt. Die Zwischenschicht 3 enthält ein TCO-Material, beispielsweise ITO oder ZnO. Zur Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit ist das TCO-Material vorzugsweise dotiert.
  • Die Zwischenschicht 3 weist einen Brechungsindex von höchstens 1,70, bevorzugt von höchstens 1,60 auf. Vorzugsweise beträgt der Brechungsindex der Zwischenschicht 3 höchstens 90 % des Brechungsindices des TCO-Materials.
  • Beispielsweise wurde durch eine poröse Schicht aus mit Aluminium dotierten Zinkoxid ein Brechungsindex von 1,57 bei einer Vakuum-Wellenlänge von 450 nm realisiert. Der Brechungsindex einer homogenen Schicht aus diesem Material hätte dagegen einen Brechungsindex von über 1,75.
  • Auf der dem Halbleiterkörper 2 abgewandten Seite der Zwischenschicht ist eine Spiegelschicht 4 angeordnet.
  • Für einen Halbleiterkörper auf der Basis von Galliumnitrid zur Erzeugung von Strahlung im sichtbaren oder ultravioletten Spektralbereich eignet sich beispielsweise eine Spiegelschicht, die Silber enthält oder aus Silber besteht. Alternativ kann die Spiegelschicht aber auch eines der vorstehend genannten Materialien aufweisen oder aus einem solchen Material bestehen.
  • Aufgrund des vergleichsweise kleinen Brechungsindices der Zwischenschicht 3 im Vergleich zum an die Zwischenschicht angrenzenden Material des Halbleiterkörpers 2 tritt für Strahlung, die unter einem Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche 200 auftrifft, der größer ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion, eine verlustfreie Totalreflexion auf (dargestellt durch Pfeil 81).
  • Strahlung, die unter einem Winkel zur Normalen auf die Hauptfläche auftrifft, der kleiner ist als der Grenzwinkel für Totalreflexion, tritt dagegen durch die Zwischenschicht 3 hindurch und wird an der Spiegelschicht 4 reflektiert (dargestellt durch Pfeil 82). Aufgrund des kleinen Brechungsindices der Zwischenschicht 3 und des damit verbundenen großen Brechungsindexsprungs an der Grenzfläche zwischen dem Halbleiterkörper 2 und der Zwischenschicht 3, ist der Grenzwinkel für Totalreflexion vergleichsweise klein, so dass für einen vergleichsweise großen Anteil der in Richtung des Trägers abgestrahlten Strahlung Totalreflexion auftritt und somit eine Absorption an der Spiegelschicht 4 vermieden werden kann.
  • Gleichzeitig ist die Zwischenschicht 3 elektrisch leitend, so dass bei Anliegen einer externen elektrischen Spannung zwischen einem ersten Kontakt 71 und einem zweiten Kontakt 72 des Halbleiterbauelements 1 Ladungsträger durch die Zwischenschicht 3 hindurch in den aktiven Bereich injiziert werden und dort unter Emission von Strahlung rekombinieren können. Die Zwischenschicht 3 kann aufgrund ihrer elektrischen Leitfähigkeit durchgängig zwischen der Spiegelschicht 4 und dem Halbleiterkörper 2 angeordnet sein.
  • Insbesondere kann die Zwischenschicht 3 in lateraler Richtung unstrukturiert ausgebildet sein. Das heißt, das Ausbilden von Aussparungen in der Zwischenschicht zur elektrischen Kontaktierung des Halbleiterkörpers 2 ist nicht erforderlich. Grundsätzlich ist jedoch denkbar, solche Aussparungen in der Zwischenschicht 3 vorzusehen.
  • In dem gezeigten Ausführungsbeispiel ist der erste Kontakt 71 auf der dem Halbleiterkörper 20 abgewandten Seite des Trägers 5 und der zweite Kontakt 72 auf der Strahlungsdurchtrittsfläche 201 des Halbleiterkörpers 2 angeordnet. Die Anordnung der Kontakte ist davon abweichend jedoch in weiten Grenzen variierbar, solange in den aktiven Bereich 20 Ladungsträger von entgegengesetzten Seiten in den aktiven Bereich injiziert werden können. Beispielsweise kann der Halbleiterkörper 2 eine Ausnehmung aufweisen, die sich von der Hauptfläche 200 durch die erste Halbleiterschicht 21 und den aktiven Bereich 20 hindurch in die zweite Halbleiterschicht 22 hinein erstreckt. In diesem Fall kann die Strahlungsdurchtrittsfläche 201 frei von einem Kontakt ausgebildet sein.
  • Bei einem Halbleiterchip in Flip-Chip-Geometrie, bei dem das Aufwachssubstrat zumindest zum Teil im Halbleiterchip verbleibt, können die Spiegelschicht und die Zwischenschicht auf der dem Aufwachssubstrat abgewandten Seite des Halbleiterkörpers angeordnet sein.
  • In den 2A und 2B ist anhand eines Ausschnitts 30 der in 1 gezeigten Zwischenschicht 3 jeweils ein Ausführungsbeispiel für die Zwischenschicht schematisch dargestellt. Die Zwischenschicht 3 weist jeweils eine poröse Struktur auf.
  • Bei dem in 2A dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Zwischenschicht 3 Zwischenräume 31 in Form von Poren auf, die zumindest teilweise vollständig von dem TCO-Material der Zwischenschicht 3 umgeben sind. Je größer der Volumenanteil der Poren an dem Gesamtvolumen der Zwischenschicht 3 ist, desto stärker ist der Brechungsindex der Zwischenschicht 3 gegenüber dem Brechungsindex des TCO-Materials der Zwischenschicht reduziert. Die Zwischenräume enthalten vorzugsweise ein Gas, insbesondere Luft.
  • Bei dem in 2B dargestellten Ausführungsbeispiel weist die poröse Struktur der Zwischenschicht 3 säulenförmige Strukturelemente 32 auf, die in lateraler Richtung nebeneinander auf der Hauptfläche 200 ausgebildet sind. Zwischen den säulenförmigen Strukturelementen sind Zwischenräume 31 ausgebildet.
  • Mittels der porösen Struktur ist also auch bei Verwendung eines TCO-Materials mit einem Brechungsindex von 1,8 oder mehr eine Zwischenschicht mit einem Brechungsindex von 1,7 oder weniger erzielbar.
  • Ein Ausführungsbeispiel für ein Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements ist in den 3A bis 3D schematisch in Schnittansicht dargestellt, wobei exemplarisch ein Halbleiterchip hergestellt wird, der wie in Zusammenhang mit 1 beschrieben ausgebildet ist. Bei der Herstellung des Halbleiterbauelements kann eine Vielzahl von Halbleiterbauelementen gleichzeitig in einem Waferverbund hergestellt werden, wobei die einzelnen Halbleiterbauelemente durch einen Vereinzelungsprozess des Waferverbunds hervorgehen. Zur vereinfachten Darstellung ist in den 3A bis 3D lediglich ein Ausschnitt gezeigt, aus dem bei der Herstellung ein Halbleiterbauelement 1 gebildet wird.
  • Wie in 3A dargestellt, wird ein Halbleiterkörper 2 bereitgestellt, beispielsweise auf einem Aufwachssubstrat 25 für die epitaktische Abscheidung der Halbleiterschichten des Halbleiterkörpers 2, etwa mittels MOCVD.
  • Auf die vom Aufwachssubstrat 25 abgewandte Hauptfläche 200 des Halbleiterkörpers 2 wird eine Zwischenschicht 3 aufgebracht (3B). Das Aufbringen der TCO-Material enthaltenden Zwischenschicht erfolgt vorzugsweise derart, dass eine poröse Struktur entsteht.
  • Beispielsweise kann ein Material für die Zwischenschicht in einer Lösung auf den Halbleiterkörper 2 aufgebracht werden. Das Aufbringen des TCO-Materials kann beispielsweise mittels Tauchbeschichtens oder Rotationsbeschichtens erfolgen. Es eignen sich aber auch andere Aufbringverfahren, beispielsweise Aufsprühen.
  • In einem Pyrolyse-Schritt kann aus diesem Material eine TCO-Schicht ausgebildet werden. Hierbei wird die Pyrolyse gezielt so durchgeführt, dass durch das Verdunsten des Lösungsmittels eine poröse Struktur in der Zwischenschicht 3 entsteht.
  • Dadurch ergibt sich eine Porenstruktur, wie sie in 2A schematisch dargestellt ist.
  • Alternativ kann das Aufbringen der Zwischenschicht mittels eines CVD(chemical vapor deposition)- oder eines PVD(physical vapor deposition)-Abscheideverfahrens, beispielsweise Aufdampfens oder Aufsputterns, erfolgen. Hierbei wird die Abscheidung in einem flachen Winkel, insbesondere in einem Winkel von höchstens 45 Grad, bevorzugt von höchstens 30° zur Hauptfläche des Halbleiterkörpers, durchgeführt. Durch einen derart flachen Winkel bewirken Abschattungseffekte eine Ausbildung von säulenförmigen Strukturelementen 32, zwischen denen Zwischenräume 31 ausgebildet sind (vgl. 2B).
  • Nachfolgend wird auf der Zwischenschicht 3 eine Spiegelschicht 4 aufgebracht, beispielsweise mittels Aufdampfens oder Aufsputterns (3C).
  • Nachfolgend wird der Halbleiterkörper 2 mittels einer Verbindungsschicht 6 an einem Träger 5 befestigt. Der Träger dient der mechanischen Stabilisierung des Halbleiterkörpers, so dass das Aufwachssubstrat 25 hierfür nicht mehr erforderlich ist und entfernt werden kann, etwa mechanisch und/oder chemisch oder mittels eines Laserablöseverfahrens (laser lift off, LLO).
  • Für die elektrische Kontaktierung des Halbleiterbauelements werden ein erster Kontakt 71 und ein zweiter Kontakt 72 abgeschieden, beispielsweise mittels Aufdampfens oder Aufsputterns. Ein fertig gestellter, aus dem Waferverbund vereinzelter, Halbleiterchip ist in 3D dargestellt.
  • Die 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 den Ausführungsbeispielen angegeben ist.

Claims (15)

  1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (1) mit einem Halbleiterkörper (2), der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist und auf dem zumindest bereichsweise eine Spiegelschicht (4) angeordnet ist, wobei zumindest bereichsweise zwischen dem Halbleiterkörper und der Spiegelschicht eine Zwischenschicht (3) angeordnet ist, die ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist.
  2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, bei dem die Zwischenschicht eine poröse Struktur aufweist.
  3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 2, bei dem der Brechungsindex der Zwischenschicht aufgrund der porösen Struktur höchstens 90% des Brechungsindizes des TCO-Materials aufweist.
  4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht eine Mehrzahl von Zwischenräumen (31) aufweist, die frei von TCO-Material sind.
  5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem die Zwischenräume zumindest teilweise als Poren ausgebildet sind, die vollständig von dem TCO-Material umschlossen sind.
  6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, bei dem das TCO-Material säulenförmige Strukturelemente (32) bildet, zwischen denen die Zwischenräume ausgebildet sind.
  7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem die Zwischenräume einen kleineren Brechungsindex aufweisen als das TCO-Material der Zwischenschicht.
  8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Spiegelschicht metallisch ist.
  9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das optoelektronische Halbleiterbauelement als ein Dünnfilm-Halbleiterchip ausgebildet ist, der einen Träger (5) aufweist, an dem der Halbleiterkörper befestigt ist, wobei die Spiegelschicht zwischen dem Halbleiterkörper und dem Träger angeordnet ist.
  10. Verfahren zum Herstellen eines optoelektronischen Halbleiterbauelements (1) mit den Schritten: a) Bereitstellen eines Halbleiterkörpers (2), der einen zum Erzeugen und/oder Empfangen von Strahlung vorgesehenen aktiven Bereich (20) aufweist; b) Zumindest bereichsweises Aufbringen einer Zwischenschicht (3) auf den Halbleiterkörper, wobei die Zwischenschicht ein TCO-Material enthält und für die im Betrieb des Halbleiterbauelements zu erzeugende und/oder zu empfangende Strahlung einen Brechungsindex von höchstens 1,70 aufweist; und c) Aufbringen einer Spiegelschicht (4) auf der Zwischenschicht.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Zwischenschicht derart aufgebracht wird, dass sie eine poröse Struktur aufweist.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem ein Material für die Zwischenschicht in einer Lösung auf den Halbleiterkörper aufgebracht wird und durch das Verdunsten eines Lösungsmittels während einer Pyrolyse eine poröse Struktur der Zwischenschicht gebildet wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, bei dem ein Material für die Zwischenschicht mittels Tauchbeschichtens oder Rotationsbeschichtens aufgebracht wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem die Zwischenschicht in einem Winkel von höchstens 45° zu einer Hauptfläche des Halbleiterkörpers auf der Hauptfläche des Halbleiterkörpers abgeschieden wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 14, bei dem ein optoelektronisches Halbleiterbauelement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 hergestellt wird.
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