WO2020038743A1 - Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements - Google Patents

Optoelektronisches halbleiterbauelement mit einer halbleiterkontaktschicht und verfahren zur herstellung des optoelektronischen halbleiterbauelements Download PDF

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semiconductor layer
contact
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Mohammad Tollabi Mazraehno
Mariel Grace Jama
Hans-Jürgen LUGAUER
Alexander Pfeuffer
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Osram Oled Gmbh
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    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen

Definitions

  • a light emitting diode is a light emitting device based on semiconductor materials.
  • an LED includes a pn junction. If electrons and holes recombine with one another in the region of the pn junction, for example because a corresponding voltage is applied, electromagnetic radiation is generated.
  • the present invention has for its object to provide an improved optoelectronic semiconductor component.
  • an optoelectronic semiconductor component comprises a first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type, wherein a semiconductor material of the first and second semiconductor layer is in each case a compound semiconductor material which contains a first, a second and a third composition element, and a second contact area for electrically contacting the second semiconductor layer.
  • the second contact area has a second metallic contact layer and a semiconductor contact layer between the second metallic contact layer and the second semiconductor layer.
  • a semiconductor material of the semiconductor contact layer contains the first, second and third composition element, wherein the concentration of the first and second composition element changes from a position on one side of the second semiconductor layer to a position on the side of the second metallic contact layer.
  • the first semiconductor layer is arranged and structured over the first semiconductor layer.
  • the second contact region can be arranged between structured regions of the first semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer can be structured such that it is removed from parts of the second semiconductor layer.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a semiconductor connection layer between the semiconductor contact layer and the second metallic contact layer, the semiconductor connection layer containing two from the group of the first, second and third composition elements.
  • the semiconductor connection layer may contain only two from the group of the first, second and third composition elements.
  • a concentration of a composition element can the semiconductor contact layer in a region from the second semiconductor layer to the second metallic contact layer.
  • a band gap of a material of the semiconductor connection layer can be smaller than a band gap of the second semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer can contain the same composition elements as the second semiconductor layer.
  • the Caribbeanset Z ungshunt the Caribbeanset wetting elements in the first and second semiconductor layer may be the same or different.
  • the first semiconductor layer can contain a plurality of sublayers made of the same composition elements, the doping level or composition ratio of the composition elements differing in at least two sublayers.
  • composition elements of the second semiconductor layer can each be selected from the group consisting of In, Al, Ga, B and N.
  • the composition elements of the second semiconductor layer can each contain Al, Ga and N.
  • the second semiconductor layer can additionally contain In.
  • the composition elements of the second semiconductor layer can each contain In, Ga and N.
  • the composition elements of the second semiconductor layer each contain Al, B and N or contain Ga, B and N.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component comprises structuring a first semiconductor layer of a first conductivity type, which A second semiconductor layer of a second conductivity type is arranged such that the first semiconductor layer is removed from parts of the second semiconductor layer and structured regions of the first semiconductor layer are formed, wherein a semiconductor material of the first and second semiconductor layer is a compound semiconductor material, which is a contains first, a second and a third composition element.
  • the method further comprises forming a semiconductor contact layer and a second metallic contact layer between the structured regions of the first semiconductor layer, a second contact region being formed for the electrical contacting of the second semiconductor layer.
  • the semiconductor contact layer is formed between a second metallic contact layer and a second semiconductor layer.
  • a semiconductor material of the semiconductor contact layer contains the first, second and third composition element, wherein a concentration of the first and second composition element changes from a position on one side of the second semiconductor layer to a position on the side of the second metallic contact layer.
  • the semiconductor contact layer can be formed by selective epitaxial growth over exposed areas of the second semiconductor layer.
  • the method may further include forming a semiconductor connection layer between the semiconductor contact layer and the second metallic contact layer, the semiconductor connection layer including two from the group of the first, second and third composition elements.
  • a concentration of a composition element of the semiconductor contact layer in a region from the second semiconductor layer to the second metallic contact Remove layer may further comprise forming a layer stack, which comprises the first and the second semiconductor layer, before structuring the first semiconductor layer.
  • the first and the second semiconductor layer can in particular be grown epitaxially.
  • an optoelectronic semiconductor component comprises a first semiconductor layer of a first conductivity type, a second semiconductor layer of a second conductivity type, and a second contact region for electrically contacting the second semiconductor layer.
  • the second contact region has a second metallic contact layer and a semiconductor contact layer between the second metallic contact layer and the second semiconductor layer.
  • a band gap of a semiconductor material as the semiconductor contact layer decreases from a position on one side of the second semiconductor layer to a position on the side of the second metallic contact layer.
  • the first semiconductor layer is arranged and structured over the first semiconductor layer.
  • the second contact region can be arranged between structured regions of the first semiconductor layer.
  • the first semiconductor layer can be structured such that it is removed from parts of the second semiconductor layer.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a semiconductor connection layer between the semiconductor contact layer and the second metallic contact layer.
  • a band gap of a material of the semiconductor connection layer is smaller than the band gap of the second semiconductor layer.
  • the band gap of the semiconductor material of the semiconductor contact layer can be smaller than the band gap of the semiconductor material of the second semiconductor Layer and larger than the band gap of the semiconductor material of the semiconductor connection layer.
  • an optoelectronic device contains the above-described optoelectronic semiconductor component.
  • the optoelectronic device can be, for example, a UV lighting device or a UV analysis device.
  • FIG. 1A shows a schematic cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component in accordance with embodiments.
  • FIG. 1B and IC show schematic top views of the optoelectronic semiconductor component in accordance with embodiments.
  • FIG. 2A to 2E show cross-sectional views of a workpiece when performing a method according to embodiments
  • FIG. 3 summarizes a method according to embodiments.
  • FIG. 4 illustrates an optoelectronic device according to embodiments.
  • the wording “the first semiconductor layer is arranged above the second semiconductor layer” is intended to mean in particular that the first and second semiconductor layers are part of a semiconductor layer stack. Depending on the positioning of the optoelectronic semiconductor component, this wording can also mean that the second semiconductor layer is above the first semiconductor layer is arranged.
  • the semiconductor materials mentioned in the context of the present description can be based on a direct semiconductor material.
  • semiconductor materials which are particularly suitable for generating electromagnetic radiation include, in particular, nitride semiconductor compounds through which, for example, ultraviolet, blue or longer-wave light can be generated, such as, for example, GaN, InGaN, A1N, Al-GaN, AlGalnN, AlGalnBN, phosphide semiconductor compounds which, for example, can produce green or long-wave light, such as GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, and other semiconductor materials such as AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Ct, diamond, hexagonal BN and combinations of the materials mentioned.
  • the stoichiometric ratio of the ternary compounds can vary.
  • Other examples of semiconductor materials can include silicon, silicon germanium and germanium.
  • substrate generally encompasses insulating, conductive or semiconductor substrates.
  • lateral and horizontal are intended to describe an orientation or alignment that is essentially parallel to a first surface of a substrate or semiconductor body. This can be the surface of a wafer or a chip (die), for example.
  • the horizontal direction can lie, for example, in a plane perpendicular to a growth direction when layers are grown.
  • the term "vertical”, as used in this description, is intended to describe an orientation which is essentially perpendicular to the first surface of a substrate or semiconductor body.
  • the vertical direction can, for example, correspond to a growth direction when layers are grown.
  • electrically connected means a low-resistance electrical connection between the connected elements.
  • the electrically connected elements do not necessarily have to be connected directly to one another. Further elements can be arranged between electrically connected elements.
  • electrically connected also includes tunnel contacts between the connected elements.
  • FIG. 1A shows a vertical cross-sectional view of an optoelectronic semiconductor component 10 according to embodiments.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 comprises a first semiconductor layer 120 of a first conductivity type, for example p-type, and a second semiconductor layer 130 of a second conductivity type, for example n Type.
  • a semiconductor material of the first and second semiconductor layers is in each case a compound semiconductor material which contains a first, a second and a third composition element.
  • the optoelectronic semiconductor component 10 further comprises a second contact region for electrical contacting of the second semiconductor layer 130.
  • the second contact region 135 has a second metallic contact layer 134 and a semiconductor contact layer 132 between the metallic contact layer 134 and the second semiconductor layer 130.
  • a semiconductor material of the semiconductor contact layer 132 contains the first, second and third composition element. The concentration of the first and second composition elements changes from a position on one side of the second semiconductor layer 130 to a position on the side of the metallic contact layer 134.
  • a semiconductor layer stack which contains the first and second semiconductor layers 120, 130, is arranged on a transparent substrate 100, for example a sapphire substrate or a native AlN substrate.
  • the substrate can also be constructed from other materials, for example non-transparent materials such as GaN, silicon or silicon carbide.
  • the second semiconductor layer 130 can be arranged between a second main surface 110 of the substrate 100 and the first semiconductor layer 120.
  • the optoelectronic semiconductor component can also be embodied without a substrate 100.
  • a buffer layer 138 can furthermore be arranged between substrate 100 and second semiconductor layer 130.
  • the buffer layer 138 can contain an AlN layer and optionally further layers, for example further Al-GaN layers.
  • the buffer layer 138 can cause dislocations and defects in the second semiconductor layer be wrested.
  • the buffer layer may compensate for a lattice mismatch between the substrate 100 and the second semiconductor layer 130.
  • the crystal quality of the second semiconductor layer 130 can be improved by the presence of the buffer layer 138.
  • the use of a buffer layer 138 may be beneficial in cases where a non-native substrate 100 such as a sapphire substrate is used.
  • electromagnetic radiation 20 emitted by the optoelectronic semiconductor component can be emitted via a first main surface 105 of the substrate.
  • electromagnetic radiation 20 emitted by the optoelectronic semiconductor component can also be emitted via the side of the component which is remote from the substrate 100.
  • the first main surface 105 is opposite to the second main surface 110.
  • An active region 125 can be arranged between the first and second semiconductor layers 120, 130.
  • the active region 125 can have, for example, a pn junction, a double heterostructure, a single quantum well structure (SQW, single quantum well) or a multiple quantum well structure (MQW, multi quantum well) for generating radiation.
  • Quantum well structure has no meaning with regard to the dimensionality of the quantization. It thus includes, among other things, quantum wells, quantum wires and quantum dots as well as any combination of these layers.
  • the optoelectronic semiconductor component can furthermore have a semiconductor connection layer 133 between the semiconductor contact layer 132 and the metallic contact layer 134.
  • the semiconductor connection layer 133 may be two the group of the first, second and third composition elements included.
  • the semiconductor connection layer 133 can have the composition AC.
  • the semiconductor connection layer 133 can have the composition A x Bi_ x C.
  • C can represent nitrogen (N).
  • the stoichiometric proportion y of B within the layer can decrease in the semiconductor contact layer 132.
  • the stoichiometric portion y of B on the side facing away from the second semiconductor layer 130 can decrease to almost zero.
  • the proportion of the composition element within the semiconductor contact layer can drop strictly monotonously.
  • it can gradually decrease or gradually.
  • the band gap within the semiconductor contact layer 132 decreases toward the second metallic contact layer 134.
  • the bandgap of the material of the semiconductor contact layer can decrease from a value that is approximately similar to the bandgap of the material of the second semiconductor layer 130 to a value that corresponds to the bandgap of the semiconductor connection layer 133.
  • the semiconductor connection layer 133 can only contain two from the group of the first, second and third composition elements, ie the proportion of the composition element B can be zero.
  • the first semiconductor layer 120 can contain the same composition elements as the second semiconductor layer 130.
  • the composition ratio of the composition elements in the first and second semiconductor layers can each be the same or different from one another.
  • the semiconductor connection layer 133 has a smaller band gap as the second semiconductor layer 130 and as the semiconductor contact layer 132.
  • the second semiconductor layer 133 may contain Al, Ga and N, for example.
  • the semiconductor connection layer 133 can contain GaN.
  • the Al content decreases in the semiconductor contact layer 132.
  • it can go down within the semiconductor contact layer 132 from a value that is similar to or equal to the value in the second semiconductor layer 130 to a lower value.
  • the second semiconductor layer 130 and, if appropriate, the first semiconductor layer 120 can contain (Al, In) GaN.
  • the material of the second semiconductor layer 130 can be a quaternary semiconductor material, the proportion of two components in this case being the semiconductor contact layer 132 decreases, so that the band gap within the semiconductor contact layer 132 is reduced.
  • the material of the second semiconductor layer 130 can be or contain AlGalnBN, the proportion of second components in the semiconductor contact layer 132 decreasing, so that the band gap within the semiconductor contact layer 132 is reduced.
  • the second semiconductor layer can also contain InGaN.
  • the Ga content in the semiconductor contact layer 132 can decrease, for example, so that the band gap in the semiconductor contact layer 132 is reduced.
  • the semiconductor connection layer 133 can contain InN.
  • the material of the second semiconductor layer can also contain A1BN or GaBN or (Al, Ga) BN.
  • the semiconductor contact layer 132 and the semiconductor connection layer 133 can each be n-doped.
  • the semiconductor contact layer 132 and the semiconductor connection layer 133 can each be doped with silicon.
  • the silicon content in the semiconductor contact layer 132 can be adapted in accordance with the varying content of the first and second composition elements.
  • the Si doping level can be reduced if the Al content is increased and vice versa.
  • the change in the Si doping level depending on the growth parameters can be very small.
  • a layer thickness of the semiconductor contact layer 132 can be greater than 10 nm, for example 20 to 50 nm, for example 20 to 30 nm. If the layer thickness is too small, the contact resistance is increased. If the layer thickness becomes too large, the forward voltage cannot be reduced any further.
  • a layer thickness of the semiconductor connection layer 133 can be less than 100 nm, for example.
  • a first metallic contact layer 122 can be arranged above the first semiconductor layer 120 and can be electrically connected to the latter.
  • the first and the second metallic contact layers can contain, for example, a layer stack of different layers, for example Ti / Al / Ti / Au. However, they can also be made up of individual layers.
  • the first and second metallic contact layers can contain a transparent conductive material. This is favorable in cases in which light emission is to take place over the surface of the optoelectronic component on which the first and second metallic contact layers are arranged.
  • the second contact region has a second metallic contact layer and a semiconductor contact layer between the metallic contact layer and the second semiconductor layer.
  • a band gap of the material of the semiconductor contact layer decreases from a position on the second semiconductor layer to the second metallic contact layer.
  • the effective Schottky barrier of the second contact area can be greatly reduced.
  • the semiconductor connection layer which has, for example, a smaller band gap than the second semiconductor layer, between the semiconductor contact layer and the metallic contact layer, this effective Schottky barrier of the second contact region can be further reduced.
  • the corresponding contact resistance is reduced. Due to the reduced contact resistance, the forward voltage of the LED can be reduced. As a result, the efficiency of the LED is increased. Furthermore, because of the reduced forward voltage, it is possible to achieve operation at high currents and an improved service life.
  • FIG. 1B shows a top view of an optoelectronic semiconductor component in accordance with embodiments.
  • the second contact areas 135 can be formed in an island-like manner, for example circularly between structured areas of the first semiconductor layer 120.
  • the first metallic contact layer 122 can be formed between the second contact regions 135.
  • the first metallic contact layer 122 does not necessarily have to cover the entire surface of the first semiconductor layer 120. It can also cover the surface of the first semiconductor layer 120 only partially or in sections.
  • electromagnetic radiation in the deep UV range can be generated, i.e. at wavelengths from 206 to 360 nm.
  • the emitted wavelength range can be in a range from 217 to 280 nm.
  • the described structure of the second contact region can be used, for example, in cases in which a semiconductor material with a large band gap is used and in which the activation energy of the dopant of the second semiconductor layer is high.
  • the bandgap can be narrowed by the semiconductor contact layer as the concentration of a composition element decreases. As a result, the Schottky barrier can be reduced.
  • the first semiconductor layer 120 may be p-doped and the second semiconductor layer 130 may be n-doped.
  • the second semiconductor layer 130 can, for example, contain a nitride semiconductor material such as GaN or A1N and be doped with silicon. In this case the activation energy of the dopant is high.
  • the first semiconductor layer 120 can be n-doped and the second semiconductor layer 130 can be p-doped.
  • the second semiconductor layer 130 can contain a nitride semiconductor material such as GaN or A1N and be doped with magnesium.
  • a buffer layer 138 can first be grown as described above. Then a second semiconductor layer 130 of a second conductivity type, for example an n-type, can first be grown. For example, this can be an AlGaN layer doped with silicon. An active region 125 is formed over it.
  • the first semiconductor layer 120 of the first conductivity type, for example p-type, can then be formed.
  • this layer can also be an AlGaN layer. According to further embodiments, however, this can also be a layer stack made of GaN with any admixtures of Al. For example, different p-doped AlGaN layers with different compositions and doping levels can first be formed. Finally, for example, a p-doped GaN layer can be grown.
  • an active region 125 may be formed as described above.
  • FIG. 2A shows a cross-sectional view of a resulting workpiece 15.
  • FIG. 2B illustrates trenches 141, for example formed by etching, the adjacent mesas
  • the trenches 141 can, for example, as shown in FIG. 1B illustrates having a circular or oval shape. According to further embodiments, the trenches can
  • a lateral dimension s of the trenches 141 can be 5 ⁇ m to 30 ⁇ m, for example approximately 10 ⁇ m.
  • the mask layer can contain silicon dioxide.
  • the mask layer 144 can, for example, be deposited conformally.
  • the layer thickness of the mask layer can, for example, be dimensioned such that a desired distance between the second contact area and the first semiconductor layer 120 is set. If the layer thickness of the mask layer 144 becomes too large, the contact resistance can be reduced due to the reduced contact area. Subsequently, the mask layer 144 is opened on the bottom side of the trenches 141, for example by etching, with the formation of openings 145, so that part of a surface 131 of the second semiconductor layer 130 is uncovered and exposed.
  • the semiconductor contact layer 132 is formed with a changing composition ratio. This can be done by adjusting the concentration of the supplied gases. For example, the Al content can decrease in the semiconductor contact layer 132.
  • the method for forming the semiconductor connection layer is a selective method, ie it is only grown on the exposed areas 131 of the second semiconductor layer 130.
  • a semiconductor connection layer 133 can then be formed over the semiconductor contact layer.
  • FIG. 2D shows an example of a resulting workpiece 15.
  • FIG. 2E illustrates a metal layer. Forming the metal layer may include, for example, forming multiple layers of suitable materials, such as Ti, Al, Ni Au, and mixtures of these materials.
  • This metal layer forms the second metallic contact layer 134 over the semiconductor contact layer and the semiconductor connection layer, which results in a second contact region 135. Furthermore, the metal layer over the first semiconductor layer forms the first metallic contact layer 122.
  • FIG. 1A shown semiconductor device.
  • the method can be modified in a suitable manner if, for example, the first semiconductor layer is of the n-type and the second semiconductor layer is of the p-type. Furthermore, according to embodiments, the substrate 100 can be removed after performing the described method steps.
  • FIG. 3 summarizes a method according to embodiments.
  • a method for producing an optoelectronic semiconductor component comprises forming (S100) a layer stack which comprises a first semiconductor layer of a first conductivity type and a second semiconductor layer of a second conductivity type, wherein a semiconductor material of the first and second semiconductor layer is in each case a compound semiconductor material which is contains a first, a second and a third composition element, and forming (S110) a semiconductor contact layer and a second metallic contact layer, a second contact region being formed for electrically contacting the second semiconductor layer.
  • the semiconductor contact layer is formed between the second metallic contact layer and two ter semiconductor layer.
  • a semiconductor material of the semiconductor contact layer contains the first, second and third composition element, wherein a concentration of the first and second composition element changes from a position on one side of the second semiconductor layer to a position on the side of the second metallic contact layer.
  • the method may further include forming (S120) a semiconductor connection layer between the semiconductor contact layer and the second metallic contact layer, the semiconductor connection layer including two from the group of the first, second and third composition elements.
  • FIG. 4 shows an optoelectronic device which contains the optoelectronic semiconductor component described above.
  • the optoelectronic device can be a UV lighting device, which can be used, for example, for disinfection or for skin treatment or for curing polymers.
  • it can also be an analysis device for the detection of gases such as ammonia or sulfur oxides.

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Abstract

Ein optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) umfasst eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht (130) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei ein Halbleitermaterial der ersten und zweiten Halbleiterschicht (120, 130) jeweils ein Verbindungshalbleitermaterial ist, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungselement enthält, und einen zweiten Kontaktbereich (135) zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht (130). Der zweite Kontaktbereich (135) weist eine zweite metallische Kontaktschicht (134) sowie eine Halbleiterkontaktschicht (132) zwischen metallischer Kontaktschicht (134) und zweiter Halbleiterschicht (130) auf. Ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontaktschicht (132) enthält das erste, zweite und dritte Zusammensetzungselement, wobei sich die Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht (130) bis zu einer Position auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht (134) ändert.

Description

OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUELEMENT MIT EINER
HALBLEITERKONTAKTSCHICHT UND VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG DES OPTOELEKTRONISCHEN HALBLEITERBAUELEMENTS
HINTERGRUND
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2018 120 490.6, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird.
Eine lichtemittierende Diode (LED) ist eine lichtemittierende Vorrichtung, die auf Halbleitermaterialien basiert. Beispiels weise umfasst eine LED einen pn-Übergang. Wenn Elektronen und Löcher miteinander im Bereich des pn-Übergangs rekombinieren, beispielsweise, weil eine entsprechende Spannung angelegt wird, wird elektromagnetische Strahlung erzeugt.
Generell werden neue Konzepte gesucht, mit denen die Effizienz der Bauelemente, d.h. das Verhältnis aus ausgegebener opti scher Leistung und zugeführter elektrischer Leistung erhöht werden kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauelement zur Ver fügung zu stellen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Aufgabe durch den Gegenstand und das Verfahren der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in den abhängi gen Patentansprüchen definiert.
ZUSAMMENFASSUNG Gemäß Ausführungsformen umfasst ein optoelektronisches Halb leiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei ein Halbleitermaterial der ersten und zweiten Halbleiterschicht jeweils ein Verbindungs halbleitermaterial ist, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungselement enthält, und einen zweiten Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halb leiterschicht. Der zweite Kontaktbereich weist eine zweite me tallische Kontaktschicht sowie eine Halbleiterkontaktschicht zwischen zweiter metallischer Kontaktschicht und zweiter Halb leiterschicht auf. Ein Halbleitermaterial der Halbleiterkon taktschicht enthält das erste, zweite und dritte Zusammenset zungselement, wobei sich die Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht bis zu einer Position auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht ändert.
Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht angeordnet und strukturiert. Der zweite Kon taktbereich kann zwischen strukturierten Bereichen der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein. Die erste Halbleiterschicht kann derart strukturiert sein, dass sie von Teilen der zweiten Halbleiterschicht entfernt ist.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine Halbleiter-Verbindungsschicht zwischen der Halbleiterkontakt schicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht aufweisen, wobei die Halbleiter-Verbindungsschicht zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente ent hält. Beispielsweise kann die Halbleiter-Verbindungsschicht ausschließlich zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente enthalten. Gemäß Ausführungs formen kann eine Konzentration eines Zusammensetzungselements der Halbleiterkontaktschicht in einem Bereich von der zweiten Halbleiterschicht zur zweiten metallischen Kontaktschicht ab nehmen .
Beispielsweise kann eine Bandlücke eines Materials der Halb leiter-Verbindungsschicht kleiner als eine Bandlücke der zwei ten Halbleiterschicht sein.
Gemäß Ausgestaltungen kann die erste Halbleiterschicht diesel ben Zusammensetzungselemente wie die zweite Halbleiterschicht enthalten. Das ZusammensetZungsverhältnis der Zusammenset zungselemente in der ersten und zweiten Halbleiterschicht kann gleich oder unterschiedlich sein.
Gemäß Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht meh rere Unterschichten aus denselben Zusammensetzungselementen enthalten, wobei sich in mindestens zwei Unterschichten das Dotierniveau oder Zusammensetzungsverhältnis der Zusammenset zungselemente unterscheidet.
Die Zusammensetzungselemente der zweiten Halbleiterschicht können jeweils aus der Gruppe aus In, Al, Ga, B und N ausge wählt sein. Beispielsweise können die Zusammensetzungselemente der zweiten Halbleiterschicht jeweils Al, Ga und N enthalten. Weiterhin kann die zweite Halbleiterschicht zusätzlich In ent halten. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Zusammen setzungselemente der zweiten Halbleiterschicht jeweils In, Ga und N enthalten. Alternativ können die Zusammensetzungselemen te der zweiten Halbleiterschicht jeweils Al, B und N enthalten oder Ga, B und N enthalten.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelements umfasst das Strukturieren einer ersten Halb leiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, die über ei- ner zweiten Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähig keitstyp angeordnet ist, so dass die erste Halbleiterschicht von Teilen der zweiten Halbleiterschicht entfernt ist und strukturierte Bereiche der ersten Halbleiterschicht ausgebil det werden, wobei ein Halbleitermaterial der ersten und zwei ten Halbleiterschicht jeweils ein Verbindungshalbleitermate rial ist, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zu sammensetzungselement enthält. Das Verfahren umfasst weiterhin das Ausbilden einer Halbleiterkontaktschicht sowie einer zwei ten metallischen Kontaktschicht zwischen den strukturierten Bereichen der ersten Halbleiterschicht, wobei ein zweiter Kon taktbereich zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halb leiterschicht ausgebildet wird. Die Halbleiterkontaktschicht wird zwischen zweiter metallischer Kontaktschicht sowie zwei ter Halbleiterschicht ausgebildet. Ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontaktschicht enthält das erste, zweite und dritte Zusammensetzungselement, wobei sich eine Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht bis zu einer Po sition auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht ändert .
Die Halbleiterkontaktschicht kann durch selektives epitakti sches Wachstum über freiliegenden Bereichen der zweiten Halb leiterschicht ausgebildet werden. Das Verfahren kann ferner das Ausbilden einer Halbleiter-Verbindungsschicht zwischen der Halbleiterkontaktschicht und der zweiten metallischen Kontakt schicht umfassen, wobei die Halbleiter-Verbindungsschicht zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammenset zungselemente enthält.
Beispielsweise kann eine Konzentration eines Zusammensetzungs elements der Halbleiterkontaktschicht in einem Bereich von der zweiten Halbleiterschicht zur zweiten metallischen Kontakt- Schicht abnehmen. Das Verfahren kann weiterhin das Ausbilden eines Schichtstapels , der die erste und die zweite Halbleiter schicht umfasst, vor Strukturieren der ersten Halbleiter schicht umfassen. Die erste und die zweite Halbleiterschicht können insbesondere epitaktisch gewachsen werden.
Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst ein optoelektroni sches Halbleiterbauelement eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, und einen zweiten Kon taktbereich zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halb leiterschicht. Der zweite Kontaktbereich weist eine zweite me tallische Kontaktschicht sowie eine Halbleiterkontaktschicht zwischen zweiter metallischer Kontaktschicht und zweiter Halb leiterschicht aufweist. Eine Bandlücke eines Halbleitermateri als der Halbleiterkontaktschicht nimmt von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht bis zu einer Positi on auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht ab.
Beispielsweise ist die erste Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht angeordnet und strukturiert. Der zweite Kon taktbereich kann zwischen strukturierten Bereichen der ersten Halbleiterschicht angeordnet sein. Die erste Halbleiterschicht kann derart strukturiert sein, dass sie von Teilen der zweiten Halbleiterschicht entfernt ist.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine Halbleiter-Verbindungsschicht zwischen der Halbleiterkontakt schicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht aufweisen. Dabei ist eine Bandlücke eines Materials der Halbleiter- Verbindungsschicht kleiner als die Bandlücke der zweiten Halb leiterschicht ist. Beispielsweise kann die Bandlücke des Halb leitermaterials der Halbleiterkontaktschicht kleiner als die Bandlücke des Halbleitermaterials der zweiten Halbleiter- Schicht und größer als die Bandlücke des Halbleitermaterials der Halbleiter-Verbindungsschicht sein.
Gemäß Ausführungsformen enthält eine optoelektronische Vor richtung das vorstehend beschriebene optoelektronische Halb leiterbauelement. Die optoelektronische Vorrichtung kann bei spielsweise eine UV-Beleuchtungsvorrichtung oder eine UV- Analysevorrichtung sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die begleitenden Zeichnungen dienen dem Verständnis von Aus führungsbeispielen der Erfindung. Die Zeichnungen veranschau lichen Ausführungsbeispiele und dienen zusammen mit der Be schreibung deren Erläuterung. Weitere Ausführungsbeispiele und zahlreiche der beabsichtigten Vorteile ergeben sich unmittel bar aus der nachfolgenden Detailbeschreibung. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Strukturen sind nicht not wendigerweise maßstabsgetreu zueinander dargestellt. Gleiche Bezugszeichen verweisen auf gleiche oder einander entsprechen de Elemente und Strukturen.
FIG. 1A zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß Ausführungsfor men .
Die FIG. 1B und IC zeigen schematische Draufsichten auf das optoelektronische Halbleiterbauelement gemäß Ausführungsfor men .
Die FIG. 2A bis 2E zeigen Querschnittsansichten eines Werk stücks bei Durchführung eines Verfahrens gemäß Ausführungsfor men FIG. 3 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
FIG. 4 veranschaulicht eine optoelektronische Vorrichtung ge mäß Ausführungsformen.
DETAILBESCHREIBUNG
In der folgenden Detailbeschreibung wird auf die begleitenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil der Offenbarung bilden und in denen zu Veranschaulichungszwecken spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind. In diesem Zusammenhang wird eine Richtungsterminologie wie "Oberseite", "Boden", "Vorder seite", "Rückseite", "über", "auf", "vor", "hinter", "vorne", "hinten" usw. auf die Ausrichtung der gerade beschriebenen Fi guren bezogen. Da die Komponenten der Ausführungsbeispiele in unterschiedlichen Orientierungen positioniert werden können, dient die Richtungsterminologie nur der Erläuterung und ist in keiner Weise einschränkend.
Die Formulierung „die erste Halbleiterschicht ist über der zweiten Halbleiterschicht angeordnet" soll insbesondere bedeu ten, dass die erste und die zweite Halbleiterschicht Teil ei nes Halbleiterschichtstapels sind. Je nach Positionierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements kann diese Formulie rung auch bedeuten, dass die zweite Halbleiterschicht über der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist.
Die Beschreibung der Ausführungsbeispiele ist nicht einschrän kend, da auch andere Ausführungsbeispiele existieren und strukturelle oder logische Änderungen gemacht werden können, ohne dass dabei vom durch die Patentansprüche definierten Be reich abgewichen wird. Insbesondere können Elemente von im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispielen mit Elementen von anderen der beschriebenen Ausführungsbeispiele kombiniert werden, sofern sich aus dem Kontext nichts anderes ergibt.
Die im Rahmen der vorliegenden Beschreibung erwähnten Halb leitermaterialien können auf einem direkten Halbleitermaterial basieren. Beispiele für zur Erzeugung elektromagnetischer Strahlung besonders geeignete Halbleitermaterialien umfassen insbesondere Nitrid-Halbleiterverbindungen, durch die bei spielsweise ultraviolettes, blaues oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaN, InGaN, A1N, Al- GaN, AlGalnN, AlGalnBN, Phosphid-Halbleiterverbindungen, durch die beispielsweise grünes oder langwelligeres Licht erzeugt werden kann, wie beispielsweise GaAsP, AlGalnP, GaP, AlGaP, sowie weitere Halbleitermaterialien wie AlGaAs, SiC, ZnSe, GaAs, ZnO, Ga2Ct, Diamant, hexagonales BN und Kombinationen der genannten Materialien. Das stöchiometrische Verhältnis der ternären Verbindungen kann variieren. Weitere Beispiele für Halbleitermaterialien können Silizium, Silizium-Germanium und Germanium umfassen.
Der Begriff „Substrat" umfasst generell isolierende, leitende oder Halbleitersubstrate.
Die Begriffe "lateral" und "horizontal", wie in dieser Be schreibung verwendet, sollen eine Orientierung oder Ausrich tung beschreiben, die im Wesentlichen parallel zu einer ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Dies kann beispielsweise die Oberfläche eines Wafers oder ei nes Chips (Die) sein.
Die horizontale Richtung kann beispielsweise in einer Ebene senkrecht zu einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten liegen. Der Begriff "vertikal", wie er in dieser Beschreibung verwen det wird, soll eine Orientierung beschreiben, die im Wesentli chen senkrecht zu der ersten Oberfläche eines Substrats oder Halbleiterkörpers verläuft. Die vertikale Richtung kann bei spielsweise einer Wachstumsrichtung beim Aufwachsen von Schichten entsprechen.
Soweit hier die Begriffe "haben", "enthalten", "umfassen", "aufweisen" und dergleichen verwendet werden, handelt es sich um offene Begriffe, die auf das Vorhandensein der besagten Elemente oder Merkmale hinweisen, das Vorhandensein von weite ren Elementen oder Merkmalen aber nicht ausschließen. Die un bestimmten Artikel und die bestimmten Artikel umfassen sowohl den Plural als auch den Singular, sofern sich aus dem Zusam menhang nicht eindeutig etwas anderes ergibt.
Im Kontext dieser Beschreibung bedeutet der Begriff „elektrisch verbunden" eine niederohmige elektrische Verbin dung zwischen den verbundenen Elementen. Die elektrisch ver bundenen Elemente müssen nicht notwendigerweise direkt mitei nander verbunden sein. Weitere Elemente können zwischen elektrisch verbundenen Elementen angeordnet sein.
Der Begriff „elektrisch verbunden" umfasst auch Tunnelkontakte zwischen den verbundenen Elementen.
FIG. 1A zeigt eine vertikale Querschnittsansicht eines opto elektronischen Halbleiterbauelements 10 gemäß Ausführungsfor men .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst eine erste Halbleiterschicht 120 von einem ersten Leitfähigkeits typ, beispielsweise p-Typ, und eine zweite Halbleiterschicht 130 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise n- Typ. Ein Halbleitermaterial der ersten und zweiten Halbleiter schicht ist jeweils ein Verbindungshalbleitermaterial, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungsele ment enthält. Das optoelektronische Halbleiterbauelement 10 umfasst weiterhin einen zweiten Kontaktbereich zum elektri schen Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht 130. Der zweite Kontaktbereich 135 weist eine zweite metallische Kon taktschicht 134 sowie eine Halbleiterkontaktschicht 132 zwi schen metallischer Kontaktschicht 134 und zweiter Halbleiter schicht 130 auf. Ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontakt schicht 132 enthält das erste, zweite und dritte Zusammenset zungselement. Dabei ändert sich die Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht 130 bis zu einer Po sition auf der Seite der metallischen Kontaktschicht 134.
Beispielsweise ist ein Halbleiterschichtstapel , der die erste und zweite Halbleiterschicht 120, 130 enthält, auf einem transparenten Substrat 100, beispielsweise einem Saphirsub strat oder einem nativen AIN-Substrat angeordnet. Das Substrat kann auch aus anderen Materialien, beispielsweise nicht trans parenten Materialien wie GaN, Silizium oder Siliziumcarbid aufgebaut sein. Die zweite Halbleiterschicht 130 kann dabei zwischen einer zweiten Hauptoberfläche 110 des Substrats 100 und der ersten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das optoelektronische Halblei terbauelement jedoch auch ohne Substrat 100 ausgeführt sein.
Gemäß Ausgestaltungen kann weiterhin eine Pufferschicht 138 zwischen Substrat 100 und zweiter Halbleiterschicht 130 ange ordnet sein Die Pufferschicht 138 kann eine AIN-Schicht und gegebenenfalls weitere Schichten, beispielsweise weitere Al- GaN-Schichten enthalten. Durch die Pufferschicht 138 können Versetzungen und Defekte in der zweiten Halbleiterschicht ver- ringert werden. Die Pufferschicht kann zum Beispiel eine Git terfehlanpassung zwischen dem Substrat 100 und der zweiten Halbleiterschicht 130 kompensieren. Insgesamt kann durch Anwe senheit der Pufferschicht 138 die Kristallqualität der zweiten Halbleiterschicht 130 verbessert werden. Die Verwendung einer Pufferschicht 138 kann beispielsweise in Fällen günstig sein, in denen ein nicht-natives Substrat 100 wie beispielsweise ein Saphirsubstrat verwendet wird.
Beispielsweise kann von dem optoelektronischen Halbleiterbau element emittierte elektromagnetische Strahlung 20 über eine erste Hauptoberfläche 105 des Substrats emittiert werden Gemäß weiteren Ausführungsformen kann von dem optoelektronischen Halbleiterbauelement emittierte elektromagnetische Strahlung 20 auch über die von dem Substrat 100 abgewandte Seite des Bauelements emittiert werden.
Die erste Hauptoberfläche 105 ist der zweiten Hauptoberfläche 110 entgegengesetzt. Ein aktiver Bereich 125 kann zwischen der ersten und zweiten Halbleiterschicht 120, 130 angeordnet sein. Der aktive Bereich 125 kann beispielsweise einen pn-Übergang, eine Doppelheterostruktur, eine Einfach-Quantentopf-Struktur (SQW, single quantum well) oder eine Mehrfach-Quantentopf- Struktur (MQW, multi quantum well) zur Strahlungserzeugung aufweisen. Die Bezeichnung "Quantentopf-Struktur" entfaltet hierbei keine Bedeutung hinsichtlich der Dimensionalität der Quantisierung. Sie umfasst somit unter anderem Quantentröge, Quantendrähte und Quantenpunkte sowie jede Kombination dieser Schichten .
Das optoelektronische Halbleiterbauelement kann ferner eine Halbleiter-Verbindungsschicht 133 zwischen der Halbleiterkon taktschicht 132 und der metallischen Kontaktschicht 134 auf weisen. Die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 kann zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungs elemente enthalten. Hat also beispielsweise die zweite Halb leiterschicht 130 die Zusammensetzung AxBi_xC, so kann die Halb leiter-Verbindungsschicht 133 die Zusammensetzung AC haben. Hat die zweite Halbleiterschicht 130 die Zusammensetzung AxByDi_ x-yC, so kann die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 die Zusam mensetzung AxBi_xC haben. Beispielsweise kann C jeweils Stick stoff (N) repräsentieren. Weiterhin kann in der Halbleiterkon taktschicht 132 der stöchiometrische Anteil y von B innerhalb der Schicht abnehmen. Beispielsweise kann der stöchiometri sche Anteil y von B auf der von der zweiten Halbleiterschicht 130 abgewandten Seite auf nahezu Null heruntergehen. Bei spielsweise kann der Anteil des Zusammensetzungselements in nerhalb der Halbleiterkontaktschicht streng monoton abfallen. Weiterhin kann er graduell abnehmen oder stufenförmig. Folg lich nimmt die Bandlücke innerhalb der Halbleiterkontakt schicht 132 zur zweiten metallischen Kontaktschicht 134 hin ab. Beispielsweise kann die Bandlücke des Materials der Halb leiterkontaktschicht von einem Wert, der ungefähr ähnlich wie die Bandlücke des Materials der zweiten Halbleiterschicht 130 ist, auf einen Wert, der der Bandlücke der Halbleiter- Verbindungsschicht 133 entspricht, abnehmen.
Gemäß Ausführungsformen kann die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 ausschließlich zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente enthalten, d.h. der Anteil des Zusammensetzungselements B kann Null betragen. Beispiels weise kann die erste Halbleiterschicht 120 dieselben Zusammen setzungselemente wie die zweite Halbleiterschicht 130 enthal ten. Dabei kann das Zusammensetzungsverhältnis der Zusammen setzungselemente in der ersten und zweiten Halbleiterschicht jeweils gleich oder voneinander verschieden sein. Als Folge hat die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 eine kleinere Band- lücke als die zweite Halbleiterschicht 130 und als die Halb leiterkontaktschicht 132.
Gemäß Ausführungsformen kann beispielsweise die zweite Halb leiterschicht 133 Al, Ga und N enthalten. Beispielsweise kann in diesem Fall die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 GaN ent halten. Weiterhin nimmt in der Halbleiterkontaktschicht 132 der Al-Gehalt ab. Beispielsweise kann er innerhalb der Halb leiterkontaktschicht 132 von einem Wert, der ähnlich dem Wert oder gleich dem Wert in der zweiten Halbleiterschicht 130 ist, auf einen niedrigeren Wert hinuntergehen. Gemäß weiteren Aus führungsformen kann die zweite Halbleiterschicht 130 und gege benenfalls die erste Halbleiterschicht 120 (Al, In) GaN enthal ten. Genauer gesagt, kann das Material der zweiten Halbleiter schicht 130 ein quaternäres Halbleitermaterial sein, wobei der Anteil zweier Komponenten in diesem Fall in der Halbleiterkon taktschicht 132 abnimmt, so dass die Bandlücke innerhalb der Halbleiterkontaktschicht 132 verringert wird. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Material der zweiten Halbleiter schicht 130 AlGalnBN sein oder enthalten, wobei der Anteil zweiter Komponenten in der Halbleiterkontaktschicht 132 ab nimmt, so dass die Bandlücke innerhalb der Halbleiterkontakt schicht 132 verringert wird.
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die zweite Halbleiter schicht auch InGaN enthalten. In diesem Fall kann beispiels weise der Ga-Gehalt in der Halbleiterkontaktschicht 132 abneh men, so dass die Bandlücke in der Halbleiterkontaktschicht 132 verringert wird. Weiterhin kann die Halbleiter-Verbindungs schicht 133 InN enthalten. Gemäß weiteren Ausführungsformen kann das Material der zweiten Halbleiterschicht auch A1BN oder GaBN oder (Al,Ga)BN enthalten. Die Halbleiterkontaktschicht 132 und die Halbleiter- Verbindungsschicht 133 können gemäß Ausführungsformen jeweils n-dotiert sein. Beispielsweise können die Halbleiterkontakt schicht 132 und die Halbleiter-Verbindungsschicht 133 jeweils mit Silizium dotiert sein. Beispielsweise kann in der Halb leiterkontaktschicht 132 der Siliziumgehalt entsprechend dem variierenden Gehalt des ersten und zweiten Zusammensetzungs elements angepasst werden. Beispielsweise kann das Si- Dotierniveau verringert werden, wenn der Al-Gehalt erhöht wird und umgekehrt. Allerdings kann die Veränderung des Si- Dotierniveaus in Abhängigkeit von den Wachstumsparametern sehr gering ausfallen.
Beispielsweise kann eine Schichtdicke der Halbleiterkontakt schicht 132 größer als 10 nm sein, beispielsweise 20 bis 50 nm, beispielsweise 20 bis 30 nm. Wird die Schichtdicke zu klein, wird der Kontaktwiderstand erhöht. Wird die Schichtdi cke zu groß, lässt sich die Vorwärtsspannung nicht weiter ver ringern. Eine Schichtdicke der Halbleiter-Verbindungsschicht 133 kann beispielsweise kleiner als 100 nm sein.
Eine erste metallische Kontaktschicht 122 kann über der ersten Halbleiterschicht 120 angeordnet sein und mit dieser elektrisch verbunden sein. Die erste und die zweite metalli sche Kontaktschichten können beispielsweise einen Schichtsta pel aus verschiedenen Schichten, beispielsweise Ti/Al/Ti/Au, enthalten. Sie können aber auch aus einzelnen Schichten aufge- baut sein. Weiterhin können erste und zweite metallische Kon taktschicht ein transparentes leitfähiges Material enthalten. Dies ist in Fällen günstig, in denen eine Lichtemission über die Oberfläche des optoelektronischen Bauelements erfolgen soll, an der die erste und zweite metallische Kontaktschicht angeordnet sind. Der zweite Kontaktbereich weist eine zweite metallische Kon taktschicht sowie eine Halbleiterkontaktschicht zwischen me tallischer Kontaktschicht und zweiter Halbleiterschicht auf. Aufgrund der speziellen Beschaffenheit der Halbleiterkontakt schicht nimmt eine Bandlücke des Materials der Halbleiterkon taktschicht von einer Position an der zweiten Halbleiter schicht zur zweiten metallischen Kontaktschicht hin ab. Als Folge kann die effektive Schottky-Barriere des zweiten Kon taktbereichs in starkem Maße verringert werden. Bei Anwesen heit der Halbleiter-Verbindungsschicht, die beispielsweise ei ne kleinere Bandlücke als die zweite Halbleiterschicht auf weist, zwischen der Halbleiterkontaktschicht und der metalli schen Kontaktschicht kann diese effektive Schottky-Barriere des zweiten Kontaktbereichs in weiterem Maße verringert wer den. Als Ergebnis wird der entsprechende Kontaktwiderstand re duziert. Aufgrund des verringerten Kontaktwiderstands kann die Vorwärtsspannung der LED verringert werden. Als Folge wird die Effizienz der LED erhöht. Weiterhin ist es aufgrund der ver ringerten Vorwärtsspannung möglich, einen Betrieb bei hohen Stromstärken und verbesserter Lebensdauer zu erzielen.
FIG. 1B zeigt eine Draufsicht auf ein optoelektronisches Halb leiterbauelement gemäß Ausführungsformen. Wie dargestellt ist, können beispielsweise die zweiten Kontaktbereiche 135 insel förmig, beispielsweise kreisförmig zwischen strukturierten Be reichen der ersten Halbleiterschicht 120 ausgebildet sein. Die erste metallische Kontaktschicht 122 kann zwischen den zweiten Kontaktbereichen 135 ausgebildet sein. Die erste metallische Kontaktschicht 122 muss nicht notwendigerweise die gesamte Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 120 bedecken. Sie kann die Oberfläche der ersten Halbleiterschicht 120 auch nur teil weise oder abschnittsweise bedecken. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist es auch möglich, die zweiten Kontaktbereiche 135 streifenförmig auszubilden, wie in FIG. IC dargestellt ist. In diesem Fall können sich Streifen des zweiten Kontaktbereichs 135 mit Streifen der ersten metal lischen Kontaktschicht 122 abwechseln und beispielsweise eine Fingerstruktur ausbilden. Es ist selbstverständlich, dass die se Layouts nur als Beispiel gegeben sind und beliebige Layouts der ersten metallischen Kontaktschicht 122 und der zweiten Kontaktbereiche 135 verwendet werden können.
Mit der beschriebenen LED lässt sich beispielsweise elektro magnetische Strahlung im tiefen UV-Bereich erzeugen, d.h. bei Wellenlängen von 206 bis 360 nm. Beispielsweise kann der emit tierte Wellenlängenbereich in einem Bereich von 217 bis 280 nm liegen. Der beschriebene Aufbau des zweiten Kontaktbereichs kann beispielsweise in Fällen verwendet werden, in denen ein Halbleitermaterial mit großer Bandlücke verwendet wird und bei dem die Aktivierungsenergie des Dotanden der zweiten Halb leiterschichthoch ist. In diesem Fall lässt sich durch die Halbleiterkontaktschicht mit abnehmender Konzentration eines Zusammensetzungselements die Bandlücke verkleinern. Als Folge kann die Schottky-Barriere verringert werden.
Gemäß Ausführungsformen kann die erste Halbleiterschicht 120 p-dotiert sein, und die zweite Halbleiterschicht 130 kann n- dotiert sein. Die zweite Halbleiterschicht 130 kann beispiels weise ein Nitridhalbleitermaterial wie GaN oder A1N enthalten und mit Silizium dotiert sein. In diesem Fall ist die Aktivie rungsenergie des Dotanden hoch. Gemäß weiteren Ausführungsfor men kann die erste Halbleiterschicht 120 n-dotiert sein, und die zweite Halbleiterschicht 130 kann p-dotiert sein. Bei spielsweise kann in diesem Fall die zweite Halbleiterschicht 130 ein Nitridhalbleitermaterial wie GaN oder A1N enthalten und mit Magnesium dotiert sein. Nachfolgend wird unter Bezugnahme auf die FIG. 2A bis 2E ein Verfahren zur Herstellung des optoelektronischen Halbleiter bauelements gemäß Ausführungsformen beschrieben.
Über der zweiten Hauptoberfläche 110 eines isolierenden Sub strats 100, beispielsweise eines Saphirsubstrats, kann zu nächst eine Pufferschicht 138 wie vorstehend beschrieben, auf gewachsen werden. Sodann kann zunächst eine zweite Halbleiter schicht 130 von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, beispielswei se n-Typ, aufgewachsen werden. Beispielsweise kann dies eine mit Silizium dotierte AlGaN-Schicht sein. Darüber wird ein ak tiver Bereich 125 ausgebildet. Sodann kann die erste Halb leiterschicht 120 vom ersten Leitfähigkeitstyp, beispielsweise p-Typ, ausgebildet werden. Beispielsweise kann diese Schicht ebenfalls eine AlGaN-Schicht sein. Gemäß weiteren Ausführungs formen kann dies jedoch auch ein Schichtstapel aus GaN mit be liebigen Beimischungen von Al sein. Beispielsweise können zu nächst verschiedene p-dotierte AlGaN-Schichten mit unter schiedlichen Zusammensetzungen und Dotierniveaus ausgebildet werden. Schließlich kann beispielsweise eine p-dotierte GaN- Schicht aufgewachsen werden. Zusätzlich kann ein aktiver Be reich 125 wie vorstehend beschrieben ausgebildet werden. FIG. 2A zeigt eine Querschnittsansicht eines sich ergebenden Werk stücks 15.
Sodann werden, wie in FIG. 2B veranschaulicht, Gräben 141, beispielsweise durch Ätzen, gebildet, die benachbarte Mesas
140 voneinander trennen. Die Gräben 141 können beispielsweise, wie in FIG. 1B veranschaulicht, eine kreisförmige oder ovale Form haben. Gemäß weiteren Ausführungsformen können die Gräben
141 sich jedoch auch streifenförmig in einer zur Querschnitts ebene senkrechten Richtung erstrecken. Je nach Abmessung der Gräben 141 lässt sich die Abmessung des zweiten Kontaktbe- reichs einstellen. Beispielsweise lässt sich durch Vergröße rung des zweiten Kontaktbereichs der Kontaktwiderstand weiter reduzieren. Beispielsweise kann eine laterale Abmessung s der Gräben 141 5ym bis 30ym, beispielsweise etwa 10 ym betragen.
Anschließend wird, wie in FIG. 2C veranschaulicht, eine Mas kenschicht 144 über der sich ergebenden Struktur ausgebildet. Beispielsweise kann die Maskenschicht Siliziumdioxid enthal ten. Die Maskenschicht 144 kann beispielsweise konform abge schieden werden. Die Schichtdicke der Maskenschicht kann bei spielsweise so bemessen sein, dass ein gewünschter Abstand zwischen zweitem Kontaktbereich und erster Halbleiterschicht 120 eingestellt wird. Wird die Schichtdicke der Maskenschicht 144 zu groß, kann aufgrund der reduzierten Kontaktfläche der Kontaktwiderstand verringert werden. Anschließend wird die Maskenschicht 144 an der Bodenseite der Gräben 141, beispiels weise durch Ätzen, unter Ausbildung von Öffnungen 145 geöff net, so dass ein Teil einer Oberfläche 131 der zweiten Halb leiterschicht 130 unbedeckt ist und freiliegt.
Sodann wird ein weiterer Schritt zur Durchführung eines Epita xieverfahrens durchgeführt. Zunächst wird die Halbleiterkon taktschicht 132 mit sich änderndem Zusammensetzungsverhältnis ausgebildet. Dies kann durch Einstellen der Konzentration der zugeführten Gase erfolgen. Beispielsweise kann in der Halb leiterkontaktschicht 132 der Al-Gehalt abnehmen. Das Verfahren zur Ausbildung der Halbleiter-Verbindungsschicht ist ein se lektives Verfahren, d.h. es wird lediglich auf den freiliegen den Bereichen 131 der zweiten Halbleiterschicht 130 aufgewach sen. Anschließend kann eine Halbleiter-Verbindungsschicht 133 über der Halbleiterkontaktschicht ausgebildet werden. FIG. 2D zeigt ein Beispiel eines sich ergebenden Werkstücks 15. Nach Entfernen der Maskenschicht wird, wie in FIG. 2E darge stellt, eine Metallschicht ausgebildet. Das Ausbilden der Me tallschicht kann beispielsweise das Ausbilden mehrerer Schich ten aus geeigneten Materialien, beispielsweise aus Ti, Al, Ni Au und Mischungen dieser Materialien umfassen. Diese Metall schicht bildet die zweite metallische Kontaktschicht 134 über der Halbleiterkontaktschicht und der Halbleiter- Verbindungsschicht, wodurch sich ein zweiter Kontaktbereich 135 ergibt. Weiterhin bildet die Metallschicht über der ersten Halbleiterschicht die erste metallische Kontaktschicht 122.
Als Folge ergibt sich das in FIG. 1A dargestellte Halbleiter bauelement .
Das Verfahren kann in geeigneter Weise modifiziert werden, wenn beispielsweise die erste Halbleiterschicht vom n-Typ und die zweite Halbleiterschicht vom p-Typ ist. Weiterhin kann ge mäß Ausführungsformen das Substrat 100 nach Durchführen der beschriebenen Verfahrensschritte entfernt werden.
FIG. 3 fasst ein Verfahren gemäß Ausführungsformen zusammen.
Ein Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halb leiterbauelement umfasst das Ausbilden (S100) eines Schichtstapels , der eine erste Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp und eine zweite Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp umfasst, wobei ein Halbleiter material der ersten und zweiten Halbleiterschicht jeweils ein Verbindungshalbleitermaterial ist, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungselement enthält, und das Ausbilden (S110) einer Halbleiterkontaktschicht sowie ei ner zweiten metallischen Kontaktschicht, wobei ein zweiter Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halb leiterschicht ausgebildet wird. Die Halbleiterkontaktschicht wird zwischen zweiter metallischer Kontaktschicht sowie zwei ter Halbleiterschicht ausgebildet. Ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontaktschicht enthält das erste, zweite und dritte Zusammensetzungselement, wobei sich eine Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht bis zu einer Po sition auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht ändert. Das Verfahren kann ferner das Ausbilden (S120) einer Halbleiter-Verbindungsschicht zwischen der Halbleiterkontakt schicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht umfassen, wobei die Halbleiter-Verbindungsschicht zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente ent hält .
FIG. 4 zeigt eine optoelektronische Vorrichtung, die das vor stehend beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement enthält. Beispielsweise kann die optoelektronische Vorrichtung eine UV-Beleuchtungsvorrichtung sein, die beispielsweise zur Desinfektion oder zur Hautbehandlung oder zum Aushärten von Polymeren verwendet werden kann. Beispielsweise kann sie auch eine Analysevorrichtung zum Nachweis von Gasen wie beispiels weise Ammoniak oder Schwefeloxiden sein.
Obwohl hierin spezifische Ausführungsformen veranschaulicht und beschrieben worden sind, werden Fachleute erkennen, dass die gezeigten und beschriebenen spezifischen Ausführungsformen durch eine Vielzahl von alternativen und/oder äquivalenten Ausgestaltungen ersetzt werden können, ohne vom Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Die Anmeldung soll jegliche Anpas sungen oder Variationen der hierin diskutierten spezifischen Ausführungsformen abdecken. Daher wird die Erfindung nur durch die Ansprüche und deren Äquivalente beschränkt. BEZUGSZEICHENLISTE
10 Optoelektronisches Halbleiterbauelement
15 Werkstück
20 emittierte elektromagnetische Strahlung
30 Optoelektronische Vorrichtung
100 transparentes Substrat
105 erste Hauptoberfläche
110 zweite Hauptoberfläche
120 erste Halbleiterschicht
122 erste metallische Kontaktschicht
125 aktiver Bereich
130 zweite Halbleiterschicht
131 freiliegender Teil der zweiten Halbleiterschicht 132 HalbleiterkontaktSchicht
133 Halbleiter-VerbindungsSchicht
134 zweite metallische Kontaktschicht
135 zweiter Kontaktbereich
133 PufferSchicht
140 Mesa
141 Graben
144 MaskenSchicht
145 Öffnung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfas send :
eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp;
eine zweite Halbleiterschicht (130) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, wobei ein Halbleitermaterial der ersten und zweiten Halbleiterschicht (120, 130) jeweils ein Verbindungs halbleitermaterial ist, welches ein erstes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungselement enthält, und
einen zweiten Kontaktbereich (135) zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht (130),
wobei die erste Halbleiterschicht (120) über der zwei ten Halbleiterschicht (130) angeordnet ist und strukturiert ist und der zweite Kontaktbereich (135) zwischen strukturier ten Bereichen der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist,
der zweite Kontaktbereich (135) eine zweite metallische Kontaktschicht (134) sowie eine Halbleiterkontaktschicht (132) zwischen metallischer Kontaktschicht (134) und zweiter Halb leiterschicht (130) aufweist, und
ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontaktschicht (132) das erste, zweite und dritte Zusammensetzungselement enthält, wobei sich die Konzentration des ersten und zweiten Zusammensetzungselements von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht (130) bis zu einer Position auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht (134) än dert .
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 1, ferner mit einer Halbleiter-Verbindungsschicht (133) zwischen der Halbleiterkontaktschicht (132) und der zweiten metallischen Kontaktschicht (134), wobei die Halbleiter- Verbindungsschicht (133) zwei aus der Gruppe der ersten, zwei ten und dritten Zusammensetzungselemente enthält.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 2, bei dem eine Bandlücke eines Materials der Halblei ter-Verbindungsschicht kleiner als die Bandlücke der zweiten Halbleiterschicht ist.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 2 oder 3, wobei die Halbleiter-Verbindungsschicht (133) ausschließlich zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente enthält.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Konzentration eines Zusammensetzungselements der Halbleiterkontaktschicht (132) in einem Bereich von der zweiten Halbleiterschicht (130) zur zweiten metallischen Kontaktschicht (134) hin abnimmt.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Halbleiter schicht (120) mehrere Unterschichten aus denselben Zusammen setzungselementen enthält, wobei sich in mindestens zwei Un terschichten das Dotierniveau oder Zusammensetzungsverhältnis der Zusammensetzungselemente unterscheidet.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Zusammensetzungsele mente der zweiten Halbleiterschicht (130) jeweils aus der Gruppe aus In, Al, Ga, B und N ausgewählt sind.
8. Verfahren zur Herstellung eines optoelektronischen Halbleiterbauelements, mit: Strukturieren einer ersten Halbleiterschicht von einem ersten Leitfähigkeitstyp, die über einer zweiten Halbleiter schicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp angeordnet ist, so dass die erste Halbleiterschicht von Teilen der zweiten Halb leiterschicht entfernt ist und strukturierte Bereiche der ers ten Halbleiterschicht ausgebildet werden, wobei ein Halb leitermaterial der ersten und zweiten Halbleiterschicht je weils ein Verbindungshalbleitermaterial ist, welches ein ers tes, ein zweites und ein drittes Zusammensetzungselement ent hält, und
Ausbilden einer Halbleiterkontaktschicht sowie einer zweiten metallischen Kontaktschicht zwischen den strukturier ten Bereichen der ersten Halbleiterschicht (120), wobei ein zweiter Kontaktbereich zum elektrischen Kontaktieren der zwei ten Halbleiterschicht ausgebildet wird,
wobei die Halbleiterkontaktschicht zwischen zweiter me tallischer Kontaktschicht sowie zweiter Halbleiterschicht aus gebildet wird, und
ein Halbleitermaterial der Halbleiterkontaktschicht das erste, zweite und dritte Zusammensetzungselement enthält, wo bei sich eine Konzentration des ersten und zweiten Zusammen setzungselements von einer Position auf einer Seite der zwei ten Halbleiterschicht bis zu einer Position auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht ändert.
9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem die Halbleiterkon taktschicht durch selektives epitaktisches Wachstum über frei liegenden Bereichen der zweiten Halbleiterschicht ausgebildet wird .
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, ferner umfassend:
das Ausbilden (S120) einer Halbleiter- Verbindungsschicht zwischen der Halbleiterkontaktschicht und der zweiten metallischen Kontaktschicht, wobei die Halbleiter- Verbindungsschicht zwei aus der Gruppe der ersten, zweiten und dritten Zusammensetzungselemente enthält.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, bei dem eine Konzentration eines Zusammensetzungselements der Halb leiterkontaktschicht in einem Bereich von der zweiten Halb leiterschicht zur zweiten metallischen Kontaktschicht abnimmt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, ferner um fassend das Ausbilden eines Schichtstapels , der die erste und die zweite Halbleiterschicht umfasst, vor Strukturieren der ersten Halbleiterschicht.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10), umfas send :
eine erste Halbleiterschicht (120) von einem ersten Leitfähigkeitstyp;
eine zweite Halbleiterschicht (130) von einem zweiten Leitfähigkeitstyp, und
einen zweiten Kontaktbereich (135) zum elektrischen Kontaktieren der zweiten Halbleiterschicht (130),
wobei die erste Halbleiterschicht (120) über der zwei ten Halbleiterschicht (130) angeordnet ist und strukturiert ist und der zweite Kontaktbereich (135) zwischen strukturier ten Bereichen der ersten Halbleiterschicht angeordnet ist,
der zweite Kontaktbereich (135) eine zweite metallische Kontaktschicht (134) sowie eine Halbleiterkontaktschicht (132) zwischen zweiter metallischer Kontaktschicht (134) und zweiter Halbleiterschicht (130) aufweist, und
eine Bandlücke eines Halbleitermaterials der Halb leiterkontaktschicht (132) von einer Position auf einer Seite der zweiten Halbleiterschicht (130) bis zu einer Position auf der Seite der zweiten metallischen Kontaktschicht (134) ab nimmt .
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 13, ferner mit einer Halbleiter-Verbindungsschicht (133) zwischen der Halbleiterkontaktschicht (132) und der zweiten metallischen Kontaktschicht (134), wobei die Bandlücke eines Materials der Halbleiter-Verbindungsschicht (133) klei ner als die Bandlücke der zweiten Halbleiterschicht ist.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement (10) nach An spruch 14, bei dem die Bandlücke des Halbleitermaterials der Halbleiterkontaktschicht kleiner als die Bandlücke des Halb leitermaterials der zweiten Halbleiterschicht (133) und größer als die Bandlücke des Halbleitermaterials der Halbleiter- Verbindungsschicht (133) ist.
16. Optoelektronische Vorrichtung (30) mit dem optoelektro nischen Halbleiterbauelement (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 und 13 bis 15.
17. Optoelektronische Vorrichtung (30) nach Anspruch 16, die eine UV-Beleuchtungsvorrichtung oder eine UV-
Analysevorrichtung ist.
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