WO2023083795A1 - Optoelektronisches halbleiterbauteil - Google Patents

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WO2023083795A1
WO2023083795A1 PCT/EP2022/081097 EP2022081097W WO2023083795A1 WO 2023083795 A1 WO2023083795 A1 WO 2023083795A1 EP 2022081097 W EP2022081097 W EP 2022081097W WO 2023083795 A1 WO2023083795 A1 WO 2023083795A1
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semiconductor
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metal
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PCT/EP2022/081097
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Suraj Naskar
Tobias HUEBNER
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Ams-Osram International Gmbh
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    • H01L33/58—Optical field-shaping elements

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • One problem to be solved is to specify an improved optoelectronic semiconductor component, for example a semiconductor component with high efficiency.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor layer sequence with an active layer.
  • the active layer can be set up to generate an electromagnetic primary radiation.
  • the primary radiation is created, for example, by recombination of electrons and holes in the active layer.
  • the semiconductor layer sequence is based, for example, on a II-IV compound semiconductor material.
  • the semiconductor material is, for example, a nitride compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m N, or a phosphide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m P, or an arsenide compound semiconductor material, such as Al n In]__ nm Ga m As or Al n In]__ nm Ga m AsP, where 0 ⁇ n ⁇ 1, 0 ⁇ m ⁇ 1 and m + n ⁇ 1 in each case.
  • the semiconductor layer sequence Dopants fe and have additional components.
  • the semiconductor layer sequence is preferably based on AlInGaN.
  • the active layer of the semiconductor layer sequence contains in particular at least one pn junction and/or at least one quantum well structure in the form of a single quantum well, SQW for short, or in the form of a multi-quantum well structure, MQW for short.
  • the semiconductor component preferably comprises one, in particular exactly one, coherent, in particular simply coherent, active layer. Alternatively, the active layer can also be segmented.
  • the active layer can, for example, generate electromagnetic radiation in the blue or green or red spectral range or in the UV range or in the IR range during normal operation.
  • the semiconductor component can be a semiconductor chip.
  • a semiconductor chip is understood here and below to mean an element that can be handled separately and that can be electrically contacted.
  • a semiconductor chip is created, for example, by singulation from a wafer assembly. Side surfaces of a semiconductor chip can have traces from the singulation process of the wafer assembly.
  • a semiconductor chip comprises, for example, exactly one originally cohesive region of the semiconductor layer sequence that has grown in the wafer assembly.
  • the semiconductor layer sequence of the semiconductor chip is preferably formed continuously.
  • the lateral extent of the semiconductor chip, measured parallel to the main plane of extent of the active layer, is, for example, at most 1% or at most 5% or at most 10% greater than the lateral extent of the active layer.
  • the semiconductor chip also includes, for example, the growth substrate on which the entire semiconductor layer sequence has grown.
  • a lateral extension is understood to mean, for example, an extension or extension in any desired lateral direction.
  • a lateral direction is a direction parallel to the main extension plane of the active layer.
  • the semiconductor chip can be a so-called volume emitter, in particular a flip chip.
  • the semiconductor chip also includes the growth substrate, for example, which is formed from sapphire, for example.
  • the semiconductor chip can also be a surface emitter, in particular a so-called thin-film chip. In this case, the growth substrate is detached, for example.
  • the semiconductor component has at least one injection structure.
  • the injection structure is arranged, for example, on a first side of the semiconductor layer sequence.
  • the injection structure can be provided or set up for the injection of charge carriers into the semiconductor layer sequence.
  • charge carriers such as holes or electrons are injected into the semiconductor layer sequence via the injection structure.
  • be about the injection structure injects charge carriers into a semiconductor layer arranged between the active layer and the first side.
  • the injection structure is an electrically conductive structure.
  • the injection structure can be in direct contact with the semiconductor layer sequence on the first side.
  • the first side of the semiconductor layer sequence is, for example, a side that delimits or terminates the semiconductor layer sequence in a direction away from the active layer.
  • the first side can be formed by an n-conducting or p-conducting layer of the semiconductor layer sequence.
  • the semiconductor component has at least one mirror structure.
  • the mirror structure is arranged, for example, on the first side of the semiconductor layer sequence.
  • the mirror structure can be arranged next to the injection structure.
  • the mirror structure is set up or provided, for example, for the reflection of radiation generated in the semiconductor component, for example the primary radiation.
  • the term “next to” means, for example, in the lateral direction next to the injection structure.
  • the mirror structure can adjoin the injection structure in the lateral direction.
  • the mirror structure can be in direct contact with the semiconductor layer sequence on the first side.
  • the mirror structure has a higher degree of reflection for radiation generated in the semiconductor component, for example the primary radiation, than the injection structure.
  • this applies to radiation from the semiconductor component that is transmitted via the first side from the semiconductor layer sequence to the mirror structure or the injection structure.
  • the injection structure and the reflection structure are set up in such a way that the degree of reflection for radiation emerging from the semiconductor layer sequence via the first side, in particular primary radiation, is greater when it then impinges on the mirror structure than when it then impinges on the injection structure meets .
  • the degree of reflection of the mirror structure is, for example, at least 1.05 or at least 1.1 or at least 1.5 times as great as that of the injection structure.
  • the degree of reflection of the mirror structure is at least 90% or at least 95% or at least 99%.
  • Variables such as degree of reflection, degree of transmission, degree of absorption, refractive index and so on relate here and below, for example, to a wavelength at which radiation generated in the semiconductor component, in particular the primary radiation, has an intensity maximum.
  • the optoelectronic semiconductor component has a semiconductor layer sequence with an active layer for generating primary radiation, at least one injection structure on a first side of the semiconductor layer sequence for the injection of charge carriers into the semiconductor layer sequence, and at least one mirror structure on the first side of the semiconductor layer sequence and next to the injection structure for reflecting radiation generated in the semiconductor component.
  • the mirror structure has a higher degree of reflection for a radiation generated in the semiconductor component as the injection structure.
  • the present invention is based, inter alia, on the knowledge that structures with good injection properties often do not have very good reflection properties.
  • a mirror structure is used which is set up and arranged specifically for the reflection of the generated radiation, which overall results in an improved Reflection can lead in the direction of a main emission side opposite the structures.
  • an injection layer for injecting charge carriers into the semiconductor layer sequence is arranged on the first side in direct contact with the semiconductor layer sequence.
  • the injection layer is set up, for example, in such a way that it forms an ohmic contact with the semiconductor layer adjoining the first side.
  • the injection layer can be part of the injection structure and/or the mirror structure.
  • a section of the injection layer is part of the injection structure and a section of the injection layer arranged laterally next to it is part of the mirror structure.
  • the injection layer is, for example, formed in one piece, ie it does not consist of several partial layers.
  • the injection layer is for a layer generated by the semiconductor component Radiation, for example the primary radiation, mostly transparent.
  • a transmittance for the radiation that enters the injection layer via the first side of the semiconductor layer sequence and passes through the injection layer is at least 50% or at least 60% or at least 75% or at least 85%.
  • the injection layer can be arranged over the whole area on the first side of the semiconductor layer sequence.
  • the injection layer extends continuously both over the area of the injection structure and over the area of the mirror structure. This means that the injection layer is not interrupted between the injection structure and the mirror structure. For example, the injection layer is continuous or simply continuous over its entire lateral extent.
  • the injection layer has or consists of a transparent conductive oxide, TCO for short.
  • the transparent conductive oxide can be indium tin oxide, ITO for short, or tin oxide doped with fluorine, FTO for short, or aluminum doped tin oxide, or SrNbOg or ZnMgBeO.
  • the injection layer has a thickness, for example an average or minimum or maximum thickness, of at most 10 nm or at most 5 nm and/or at least 0.5 nm or at least 1 nm.
  • the mirror structure has a Bragg mirror.
  • the mirror structure can have a variety of layers with different Refractive indices have, for example alternately arranged layers with higher and lower refractive index.
  • the mirror structure has at least four or at least ten layers.
  • the injection layer is arranged, for example, between the Bragg mirror and the first side of the semiconductor layer sequence.
  • the injection layer is in direct contact with the Bragg mirror.
  • the layer of the Bragg mirror bordering on the injection layer has, for example, a different refractive index than the injection layer.
  • a layer of the Bragg mirror adjacent to the injection layer has a lower refractive index than the injection layer.
  • a layer of the Bragg mirror that borders the injection layer can also have a higher refractive index than the injection layer. This can be advantageous with regard to good adhesion between the Bragg mirror and the injection layer.
  • the layers of the Bragg mirror with lower refractive index can include or consist of: SiOg, MgFg, AlFg.
  • the layers of the higher refractive index Bragg mirror may include or consist of: YDH, HfOg •
  • the mirror structure has a dielectric mirror.
  • the dielectric mirror can be the Bragg mirror.
  • the dielectric mirror includes one or more dielectric layers.
  • the injection layer can be in direct contact with a dielectric layer of the dielectric mirror.
  • the injection structure has a metal.
  • the injection layer can be arranged between the first side of the semiconductor layer sequence and the metal of the injection structure.
  • the injection layer is in direct contact with the metal of the injection structure.
  • the metal can be Al, Cr, Ag, Au, Pt or another metal.
  • Al has a high degree of reflection of around 90% for UV radiation.
  • its injection properties in the semiconductor material such as p-AHnGaN, are not good.
  • An injection layer, for example made of ITO, between Al and the semiconductor material improves the injection properties, but reduces the degree of reflection, on the one hand because ITO has a relatively high degree of absorption, especially for UV radiation, and on the other hand because at the interface between Al and ITO the radiation is partially converted into surface plasmons.
  • the degree of reflection can be increased again by using the special mirror structure in addition to the injection structure.
  • the injection structure has a first metal and a second metal.
  • the second metal is arranged, for example, between the first metal and the first side of the semiconductor layer sequence.
  • the second metal can be arranged in the area of the injection structure between the injection layer and the first metal.
  • the second metal is in direct contact with the injection layer and/or the first metal.
  • the first metal has a higher degree of reflection for radiation generated in the semiconductor component, in particular the primary radiation, than the second metal.
  • the degree of reflection is, for example, at least 5% or at least 10% or at least 50% higher.
  • the second metal forms a metal oxide less easily than the first metal when in contact with a transparent conductive oxide, in particular the transparent conductive oxide of the injection layer.
  • the second metal chemically reacts less strongly with the infection layer than the first metal.
  • the first metal is, for example, aluminum or indium or palladium.
  • the second metal can be chromium or indium or palladium, for example when the first metal is aluminium.
  • Metal oxide can be another source of radiation absorption, so avoiding its formation can be beneficial.
  • the semiconductor component has a large number of injection structures and/or mirror structures on the first side. All features disclosed so far and below for an injection structure are also disclosed for all other injection structures. Likewise, all features disclosed so far and below for a mirror structure are also disclosed for all other mirror structures.
  • a coherent mirror structure is formed on the first side of the semiconductor layer sequence Injection structures is broken.
  • the large number of injection structures breaks through the mirror structure, for example, in a regular pattern, for example a rectangular pattern or hexagonal pattern.
  • the injection structures can, for example, be electrically conductively connected to one another on a side of the mirror structure opposite the semiconductor layer sequence, for example via a coherent metal layer.
  • the injection structure can also be continuous and broken up by a large number of mirror structures.
  • the semiconductor layer sequence has a depression in the region of the injection structure, into which the injection structure projects.
  • the depression extends in particular in the direction of the active layer.
  • a width of the depression, measured in a lateral direction, can decrease in the direction of the active layer.
  • the recess is V-shaped, for example.
  • the injection structure is, for example, in electrical contact with the semiconductor layer sequence along the entire depression, in particular also in a bottom region of the depression.
  • An injection surface can be injected and enlarged via the charge carriers as a result of the depression and the injection structure located therein.
  • the thickness for example the average or minimum thickness of the The semiconductor layer sequence may be larger, for example at least 10% or at least 50% larger than the thickness (for example average or minimum) in the injection area.
  • a mean or minimum distance between the first side and the active layer in the area of the mirror structure is, for example, at least 300 nm or at least 400 nm and/or at most 1000 nm or at most 600 nm. In the area of the injection structure, the mean or minimum distance can be at most 100 nm or at most 50 nm and/or at least 20 nm.
  • the depression does not penetrate the active layer.
  • the active layer can, for example, be formed in a simply continuous manner.
  • the semiconductor layer sequence is based on AlInGaN.
  • the Al content in the semiconductor layer sequence or at least on the first side is, for example, at least 40% or at least 45%. That is, it is Al n In]__ nm Ga m N with n > 0.4 or n > 0.45.
  • the In content is, for example, at most 1% or at most 0%. 1 % .
  • the primary radiation and/or the radiation to be reflected by the mirror structure is radiation in the ultraviolet range.
  • an intensity maximum of the primary radiation is in the ultraviolet range, for example in the range between 100 nm and 280 nm inclusive.
  • the semiconductor layer sequence is p-conductive on the first side.
  • the layer of the semiconductor layer sequence forming the first side is p-conductive.
  • the semiconductor layer sequence is doped with Mg on the first side. Holes, for example, are injected into the semiconductor layer sequence via the injection structure during normal operation of the semiconductor component. The entire region of the semiconductor layer sequence between the active layer and the first side can be p-conductive.
  • a second side of the semiconductor layer sequence opposite the first side forms a main emission side of the semiconductor layer sequence.
  • the second side is a side via which at least 75% or at least 90% of the radiation generated in the semiconductor layer sequence is ultimately coupled out of the semiconductor layer sequence. This means that this radiation then leaves the semiconductor component without passing through the semiconductor layer sequence again.
  • at least 75% or at least 90% or at least 95% of the radiation coupled out of the semiconductor layer sequence via the first side can be reflected back into the semiconductor layer sequence.
  • the second side can be structured to increase the outcoupling probability.
  • structures are etched into the second side or the semiconductor layer sequence is grown on a structured substrate, for example a PSS (patterned sapphire substrate).
  • PSS patterned sapphire substrate
  • it can be a nano-PSS, ie with structure sizes in the nanometer range up to a few 10 nanometers.
  • the second side is then the side adjoining the substrate and reproduces the structures of the substrate.
  • the optoelectronic semiconductor component described here can be used by medical institutions, cleaning services, facility management, water and food suppliers and so on.
  • the semiconductor component can be used to disinfect objects by UV radiation.
  • the semiconductor component can be used in a disinfection device. With the semiconductor device, for example, more reliable disinfection or a shorter period of time for disinfecting the target materials can be achieved.
  • FIG. 3 shows the semiconductor component of FIG. 2 in a further sectional view
  • FIGS. 5 and 6 further exemplary embodiments of an optoelectronic semiconductor component in a sectional view.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of an optoelectronic semiconductor component 100, in particular an optoelectronic semiconductor chip, in a cross-sectional view.
  • the semiconductor component 100 comprises a semiconductor layer sequence 1 with a p-conducting layer 12 , an n-conducting layer 13 and an active layer 10 between the p-conducting layer 12 and the n-conducting layer 13 .
  • the semiconductor layer sequence 1 is delimited by two opposite sides 11 , 14 .
  • the first side 11 is formed by the p-conducting layer 12, the second side 14 is formed by the n-conducting layer 13.
  • the semiconductor layer sequence 1 is based on AlInGaN.
  • the active layer 10 emits, for example, primary radiation in the ultraviolet range, for example with a maximum intensity of between 100 nm and 280 nm inclusive.
  • the second side 14 is a main emission side via which a large part, for example at least 75%, of the radiation coupled out of the semiconductor layer sequence 1 is finally coupled out during normal operation of the semiconductor component 100 without being subsequently reflected back into the semiconductor layer sequence 1 again.
  • the output via the second side 14 is coupled out Radiation then decoupled from the semiconductor component 100 .
  • the radiation coupled out of the semiconductor layer sequence 1 via the first side 11 is largely, for example at least 75% or at least 90%, reflected back into the semiconductor layer sequence 1 .
  • the structures used for this are explained further below.
  • the n-conducting layer 13 is electrically contacted by means of a contact structure 6 , which extends from a side of the semiconductor component 100 opposite the second side 14 over the entire thickness of the semiconductor layer sequence 1 to the second layer 14 .
  • the contact structure 6 can be formed as a via through the semiconductor layer sequence 1, which is completely surrounded by the semiconductor layer sequence 1 in the lateral direction, or can be arranged laterally next to the semiconductor layer sequence 1.
  • the contact structure 6 is electrically insulated from the active layer 10 and the p-conducting layer 12 by an insulating layer 5 .
  • the p-conducting layer 12 is electrically contacted with the aid of injection structures 2 which are arranged on the first side 11 .
  • the injection structures 2 are electrically conductively connected to the p-conductive layer 12 .
  • depressions or recesses are introduced into the semiconductor layer sequence 1, which run in a V-shape in the cross-sectional view shown.
  • the injection structures 2 comprise a first metal 21, for example aluminum.
  • an injection layer 4 for example made of a TCO, such as ITO, applied.
  • the injection layer 4 extends continuously over the multiple injection structures 2 and also in the area between the injection structures 2 , for example over the entire first side 11 .
  • the injection layer 4 has a thickness of 2 nm, for example.
  • a mirror structure 3 is arranged on the first side 11 to the side or laterally next to the injection structures 2 .
  • the mirror structure 3 comprises a dielectric mirror 30 in the form of a Bragg mirror with a plurality of dielectric layers 31, 32 of different refractive indices.
  • the dielectric mirror 30 is in direct contact with the injection layer 4 .
  • the layer of the dielectric mirror 30 that touches the injection layer 4 is, for example, a layer with a low refractive index, for example an MgFg layer.
  • the following layer with a higher refractive index is an HfOg layer, for example.
  • the mirror structure 3 comprises part of the injection layer 4 .
  • the use of the Bragg mirror 30 in the region of the mirror structure 3 achieves a degree of reflection of at least 90% for radiation generated in the semiconductor layer sequence 1, in particular the primary radiation.
  • the degree of reflection is lower in the area of the injection structures 2, but this area is set up for efficient charge carrier injection.
  • part of the charge carriers is also injected in the region of the mirror structure 3 due to the injection layer 4 which is formed in a continuous manner.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of the semiconductor component 100 in a cross-sectional view.
  • the injection structures 2 here also include, in addition to the first metal 21 , a second metal 22 which is arranged between the first metal 21 and the injection layer 4 .
  • the second metal is in direct contact with both the first metal 21 and the injection layer 4, for example.
  • the second metal 22 is arranged in the region of the depressions in the semiconductor layer sequence 1 .
  • the second metal 22 is, for example, chromium or palladium or indium. Chromium or palladium or indium is less susceptible to oxidation on contact with the ITO of the injection layer 4 than aluminum, but aluminum, ie the first metal 21, has a higher degree of reflection for the primary radiation.
  • the oxygen from the ITO can be responsible for the oxidation.
  • FIG. 3 shows the semiconductor component 100 of FIG. 2 in a plan view of the sectional plane AA′ of FIG. FIG. 2 in turn is a plan view of the sectional plane BB' of FIG.
  • the mirror structure 3 is actually a single mirror structure 3 which is designed to be continuous and is broken through by a plurality of injection structures 2 .
  • the injection structures 2 are arranged in a regular pattern, in the present case a rectangular pattern.
  • FIG. 4 shows the transmittance (in percent) of an injection layer made of ITO, as used for example in the preceding exemplary embodiments.
  • the transmittance is shown as a function of the wavelength of the incident radiation.
  • the different curves represent measurements for different thicknesses of the infection layer.
  • the curve K1 shows the result for a layer with a layer thickness of 200 nm.
  • the transmittance for ultraviolet radiation is very low.
  • an ITO layer with a thickness of only 2 nm has a significantly higher degree of transmission for ultraviolet radiation (see curve K2).
  • the inventors have established that even a thin ITO layer with a thickness of only 2 nm has sufficient conductivity so that it can be used for charge carrier injection in the exemplary embodiments shown above.
  • the relatively high transmittance of such a thin ITO layer allows the radiation exiting the semiconductor layer sequence 1 via the first side to be reflected efficiently.
  • the exemplary embodiment in FIG. 5 differs from that in FIG. 2 in that the second side 14 is structured to increase the outcoupling probability, for example by means of an etching process.
  • KOH can be used as an etchant.
  • the etching process is carried out, for example, after detaching a growth substrate.
  • the semiconductor layer sequence 1 is arranged on a structured substrate 7 .
  • the substrate 7 can be a growth substrate of the semiconductor layer sequence 1, for example a so-called PSS or nano-PSS.
  • the second side 14 reshapes the structures of the substrate 7, as a result of which the outcoupling probability can also be increased.
  • the invention is not limited to the description based on the exemplary embodiments. Rather, the invention includes every new feature and every combination of features, which in particular includes every combination of features in the patent claims, even if these features or this combination themselves are not explicitly stated in the patent claims or exemplary embodiments.

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Abstract

In mindestens einer Ausführungsform weist das optoelektronische Halbleiterbauteil (100) eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) zur Erzeugung einer Primärstrahlung, zumindest eine Injektionsstruktur (2) auf einer ersten Seite (11) der Halbleiterschichtenfolge für die Injektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge und zumindest eine Spiegelstruktur (3) auf der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge und neben der Injektionsstruktur zur Reflexion von in dem Halbleiterbauteil erzeugter Strahlung auf. Die Spiegelstruktur hat einen höheren Reflexionsgrad für eine in dem Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung als die Injektionsstruktur.

Description

Beschreibung
OPTOELEKTRONISCHES HALBLEITERBAUTEIL
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauteil angegeben .
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein verbessertes optoelektronisches Halbleiterbauteil , zum Beispiel ein Halbleiterbauteil mit hoher Ef fi zienz , anzugeben .
Diese Aufgabe wird unter anderem durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst . Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und gehen weiterhin aus der nachfolgenden Beschreibung und den Zeichnungen hervor .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form umfasst das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht . Die aktive Schicht kann zur Erzeugung einer elektromagnetischen Primärstrahlung eingerichtet sein . Die Primärstrahlung entsteht beispielsweise durch Rekombination von Elektronen und Löchern in der aktiven Schicht .
Die Halbleiterschichtenfolge basiert zum Beispiel auf einem I I I-V-Verbindungshalbleitermaterial . Bei dem Halbleitermaterial handelt es sich zum Beispiel um ein Nitrid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamN, oder um ein Phosphid-Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamP, oder um ein Arsenid- Verbindungshalbleitermaterial , wie AlnIn]__n-mGamAs oder AlnIn]__n-mGamAsP, wobei j eweils 0 < n < 1 , 0 < m < 1 und m + n < 1 ist . Dabei kann die Halbleiterschichtenfolge Dotierstof fe sowie zusätzliche Bestandteile aufweisen . Der Einfachheit halber sind j edoch nur die wesentlichen Bestandteile des Kristallgitters der Halbleiterschichtenfolge , also Al , As , Ga, In, N oder P, angegeben, auch wenn diese teilweise durch geringe Mengen weiterer Stof fe ersetzt und/oder ergänzt sein können . Bevorzugt basiert die Halbleiterschichtenfolge auf Al InGaN .
Die aktive Schicht der Halbleiterschichtenfolge beinhaltet insbesondere wenigstens einen pn-Übergang und/oder mindestens eine Quantentopfstruktur in Form eines einzelnen Quantentopfs , kurz SQW, oder in Form einer Multi- Quantentopfstruktur, kurz MQW . Bevorzugt umfasst das Halbleiterbauteil eine , insbesondere genau eine , zusammenhängende , insbesondere einfach zusammenhängende , aktive Schicht . Alternativ kann die aktive Schicht auch segmentiert sein .
Die aktive Schicht kann zum Beispiel im bestimmungsgemäßen Betrieb elektromagnetische Strahlung im blauen oder grünen oder roten Spektralbereich oder im UV-Bereich oder im IR- Bereich erzeugen .
Bei dem Halbleiterbauteil kann es sich um einen Halbleiterchip handeln . Unter einem Halbleiterchip wird hier und im Folgenden ein separat handhabbares und elektrisch kontaktierbares Element verstanden . Ein Halbleiterchip entsteht zum Beispiel durch Vereinzelung aus einem Waferverbund . Seitenflächen eines Halbleiterchips können Spuren aus dem Vereinzelungsprozess des Waferverbunds aufweisen . Ein Halbleiterchip umfasst zum Beispiel genau einen ursprünglich zusammenhängenden Bereich der im Waferverbund gewachsenen Halbleiterschichtenfolge . Die Halbleiterschichtenfolge des Halbleiterchips ist bevorzugt zusammenhängend ausgebildet . Die laterale Ausdehnung des Halbleiterchips , gemessen parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht , ist beispielsweise höchstens 1 % oder höchstens 5 % oder höchstens 10 % größer als die laterale Ausdehnung der aktiven Schicht . Der Halbleiterchip umfasst beispielsweise noch das Aufwachsubstrat , auf dem die gesamte Halbleiterschichtenfolge gewachsen ist .
Als laterale Ausdehnung wird hier und im Folgenden zum Beispiel eine Erstreckung oder Ausdehnung in j ede beliebige laterale Richtung verstanden . Eine laterale Richtung ist eine Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene der aktiven Schicht .
Der Halbleiterchip kann ein so genannter Volumenemitter, insbesondere ein Flip-Chip, sein . In diesem Fall umfasst der Halbleiterchip zum Beispiel noch das Aufwachsubstrat , das beispielsweise aus Saphir gebildet ist . Alternativ kann der Halbleiterchip auch ein Oberflächenemitter, insbesondere ein so genannter Dünnfilm-Chip, sein . In diesem Fall ist das Aufwachsubstrat beispielsweise abgelöst .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Halbleiterbauteil zumindest eine In ektionsstruktur auf . Die Inj ektionsstruktur ist beispielsweise auf einer ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Die Inj ektionsstruktur kann für die Inj ektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge vorgesehen oder eingerichtet sein . Im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils werden beispielsweise Ladungsträger, wie Löcher oder Elektronen, über die Inj ektionsstruktur in die Halbleiterschichtenfolge inj i ziert . Insbesondere werden über die Inj ektionsstruktur Ladungsträger in eine Halbleiterschicht inj i ziert , die zwischen der aktiven Schicht und der ersten Seite angeordnet ist .
Die Inj ektionsstruktur ist eine elektrisch leitende Struktur . Zur Inj ektion kann die Inj ektionsstruktur an der ersten Seite in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge stehen . Die erste Seite der Halbleiterschichtenfolge ist zum Beispiel eine die Halbleiterschichtenfolge in eine Richtung weg von der aktiven Schicht begrenzende oder abschließende Seite . Die erste Seite kann durch eine n-leitende oder p-leitende Schicht der Halbleiterschichtenfolge gebildet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Halbleiterbauteil zumindest eine Spiegelstruktur auf . Die Spiegelstruktur ist beispielsweise auf der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Die Spiegelstruktur kann neben der Inj ektionsstruktur angeordnet sein . Die Spiegelstruktur ist beispielsweise für die Reflexion von in dem Halbleiterbauteil erzeugter Strahlung, zum Beispiel der Primärstrahlung, eingerichtet oder vorgesehen .
Der Begri f f „neben" bedeutet zum Beispiel in lateraler Richtung neben der Inj ektionsstruktur . Die Spiegelstruktur kann in lateraler Richtung an die Inj ektionsstruktur angrenzen . Die Spiegelstruktur kann an der ersten Seite in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge stehen .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form hat die Spiegelstruktur einen höheren Reflexionsgrad für eine im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung, beispielsweise die Primärstrahlung, als die Inj ektionsstruktur . Insbesondere gilt dies für eine Strahlung des Halbleiterbauteils , die über die erste Seite aus der Halbleiterschichtenfolge auf die Spiegelstruktur beziehungsweise die Inj ektionsstruktur tri f ft . Mit anderen Worten sind die In ektionsstruktur und die Reflexionsstruktur so eingerichtet , dass der Reflexionsgrad für über die erste Seite aus der Halbleiterschichtenfolge austretende Strahlung, insbesondere Primärstrahlung, größer ist , wenn sie anschließend auf die Spiegelstruktur tri f ft als wenn sie anschließend auf die Inj ektionsstruktur tri f ft .
Der Reflexionsgrad der Spiegelstruktur ist beispielsweise zumindest 1 , 05 oder zumindest 1 , 1 oder zumindest 1 , 5-mal so groß wie der der Inj ektionsstruktur . Zum Beispiel ist der Reflexionsgrad der Spiegelstruktur zumindest 90 % oder zumindest 95 % oder zumindest 99 % .
Größen wie Reflexionsgrad, Transmissionsgrad, Absorptionsgrad, Brechungsindex und so weiter beziehen sich hier und im Folgenden zum Beispiel auf eine Wellenlänge , bei der eine im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung, insbesondere die Primärstrahlung, ein Intensitätsmaximum aufweist .
In mindestens einer Aus führungs form weist das optoelektronische Halbleiterbauteil eine Halbleiterschichtenfolge mit einer aktiven Schicht zur Erzeugung einer Primärstrahlung, zumindest eine Inj ektionsstruktur auf einer ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge für die Inj ektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge und zumindest eine Spiegelstruktur auf der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge und neben der Inj ektionsstruktur zur Reflexion von in dem Halbleiterbauteil erzeugter Strahlung auf . Die Spiegelstruktur hat einen höheren Reflexionsgrad für eine in dem Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung als die Inj ekt ions Struktur .
Der vorliegenden Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zu Grunde , dass Strukturen mit guten In ektionseigenschaften häufig keine all zu guten Reflexionseigenschaften aufweisen . Um trotzdem eine ausreichende Reflexion im Halbleiterbauteil zu erreichen, wird bei der vorliegenden Erfindung neben einer für die Inj ektion eingerichteten, insbesondere optimierten, Inj ektionsstruktur eine Spiegelstruktur verwendet , die speziell für die Reflexion der erzeugten Strahlung eingerichtet und angeordnet ist , was insgesamt zu einer verbesserten Reflexion in Richtung einer den Strukturen gegenüberliegenden Hauptabstrahlseite führen kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist auf der ersten Seite in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge eine Inj ektionsschicht zur Inj ektion von Ladungsträger in die Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Die Inj ektionsschicht ist beispielsweise so eingerichtet , dass sie mit der an die erste Seite grenzenden Halbleiterschicht einen Ohm ' schen Kontakt bildet .
Die Inj ektionsschicht kann Teil der Inj ektionsstruktur und/oder der Spiegelstruktur sein . Beispielsweise ist ein Abschnitt der Inj ektionsschicht Teil der Inj ektionsstruktur und ein lateral daneben angeordneter Abschnitt der Inj ektionsschicht Teil der Spiegelstruktur . Die Inj ektionsschicht ist zum Beispiel einstückig ausgebildet , besteht also nicht aus mehreren Teilschichten .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Inj ektionsschicht für eine vom Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung, beispielsweise die Primärstrahlung, größtenteils durchlässig . Zum Beispiel ist ein Transmissionsgrad für die Strahlung, die über die erste Seite aus der Halbleiterschichtenfolge in die Inj ektionsschicht eintritt und die Inj ektionsschicht passiert , zumindest 50 % oder zumindest 60 % oder zumindest 75 % oder zumindest 85 % . Die Inj ektionsschicht kann ganz flächig auf der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form erstreckt sich die Inj ektionsschicht zusammenhängend sowohl über den Bereich der In ektionsstruktur als auch über den Bereich der Spiegelstruktur . Das heißt , zwischen der Inj ektionsstruktur und der Spiegelstruktur ist die Inj ektionsschicht nicht unterbrochen . Beispielsweise ist die Inj ektionsschicht zusammenhängend oder einfach zusammenhängend über ihre gesamte laterale Ausdehnung ausgebildet .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Inj ektionsschicht ein transparentes leitfähiges Oxid, kurz TCO, auf oder besteht daraus . Bei dem transparenten leitfähigen Oxid kann es sich um Indiumzinnoxid, kurz ITO, oder fluordotiertes Zinnoxid, kurz FTO, oder aluminiumdotiertes Zinnoxid oder SrNbOg oder ZnMgBeO handeln .
Die Inj ektionsschicht weist beispielsweise eine Dicke , zum Beispiel eine mittlere oder minimale oder maximale Dicke , von höchstens 10 nm oder höchstens 5 nm und/oder von zumindest 0 , 5 nm oder zumindest 1 nm auf .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Spiegelstruktur einen Bragg-Spiegel auf . Die Spiegelstruktur kann eine Viel zahl von Schichten mit unterschiedlichen Brechungsindi zes aufweisen, zum Beispiel abwechselnd angeordnete Schichten mit höherem und niedrigerem Brechungsindex . Beispielsweise weist die Spiegelstruktur zumindest vier oder zumindest zehn Schichten auf .
Die Inj ektionsschicht ist zum Beispiel zwischen dem Bragg- Spiegel und der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Zum Beispiel steht die In ektionsschicht in direktem Kontakt mit dem Bragg-Spiegel . Die an die Inj ektionsschicht grenzende Schicht des Bragg-Spiegels weist beispielsweise einen anderen Brechungsindex auf als die Inj ektionsschicht . Zum Beispiel grenzt eine Schicht des Bragg-Spiegels an die Inj ektionsschicht , die einen niedrigeren Brechungsindex hat als die Inj ektionsschicht . Alternativ kann auch eine Schicht des Bragg-Spiegels , die an die Inj ektionsschicht grenzt , einen höheren Brechungsindex haben als die Inj ektionsschicht . Dies kann im Hinblick auf eine gute Haftung zwischen Bragg-Spiegel und Inj ektionsschicht vorteilhaft sein .
Die Schichten des Bragg-Spiegels mit niedrigerem Brechungsindex können aufweisen oder bestehen aus : SiOg , MgFg , AlFg . Die Schichten des Bragg-Spiegels mit höherem Brechungsindex können aufweisen oder bestehen aus : YDH, HfOg •
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Spiegelstruktur einen dielektrischen Spiegel auf . Der dielektrische Spiegel kann der Bragg-Spiegel sein . Der dielektrische Spiegel umfasst eine oder mehrere dielektrische Schichten . Die Inj ektionsschicht kann in direktem Kontakt zu einer dielektrischen Schicht des dielektrischen Spiegels stehen . Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Inj ektionsstruktur ein Metall auf . Die In ektionsschicht kann zwischen der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge und dem Metall der Inj ektionsstruktur angeordnet sein . Beispielsweise ist die Inj ektionsschicht in direktem Kontakt zu dem Metall der Inj ektionsstruktur . Bei dem Metall kann es sich um Al , Cr, Ag, Au, Pt oder ein anderes Metall handeln .
Al weist für UV-Strahlung einen hohen Reflexionsgrad von zirka 90 % auf . Allerdings sind dessen Inj ektionseigenschaften im Halbleitermaterial , wie p-AHnGaN, nicht gut . Eine Inj ektionsschicht , zum Beispiel aus ITO, zwischen Al und dem Halbleitermaterial verbessert die Inj ektionseigenschaften, reduziert aber den Reflexionsgrad, zum einen weil ITO einen verhältnismäßig hohen Absorptionsgrad, insbesondere für UV-Strahlung, hat , zum anderen weil an der Grenz fläche zwischen Al und ITO die Strahlung teilweise in Oberflächenplasmonen umgewandelt wird . Mit der vorliegenden Erfindung kann durch Verwendung der speziellen Spiegelstruktur neben der Inj ektionsstruktur der Reflexionsgrad wieder erhöht werden .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Inj ektionsstruktur ein erstes Metall und ein zweites Metall auf . Das zweite Metall ist beispielsweise zwischen dem ersten Metall und der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge angeordnet . Das zweite Metall kann im Bereich der Inj ektionsstruktur zwischen der Inj ektionsschicht und dem ersten Metall angeordnet sein . Beispielsweise ist das zweite Metall in direktem Kontakt mit der Inj ektionsschicht und/oder dem ersten Metall . Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das erste Metall einen höheren Reflexionsgrad für eine im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung, insbesondere die Primärstrahlung, auf als das zweite Metall . Der Reflexionsgrad ist zum Beispiel zumindest 5 % oder zumindest 10 % oder zumindest 50 % höher .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form bildet das zweite Metall bei Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid, insbesondere dem transparenten leitfähigen Oxid der Inj ektionsschicht , weniger leicht ein Metalloxid als das erste Metall . Insbesondere reagiert das zweite Metall chemisch weniger stark mit der In ektionsschicht als das erste Metall . Das erste Metall ist beispielsweise Aluminium oder Indium oder Palladium . Das zweite Metall kann Chrom oder Indium oder Palladium sein, zum Beispiel wenn das erste Metall Aluminium ist .
Metalloxid kann eine weitere Quelle der Strahlungsabsorption sein, weshalb eine Vermeidung von dessen Entstehung vorteilhaft sein kann .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist das Halbleiterbauteil eine Viel zahl von Inj ektionsstrukturen und/oder Spiegelstrukturen auf der ersten Seite auf . Alle bisher und im Folgenden of fenbarten Merkmale für eine Inj ektionsstruktur sind auch für alle weiteren Inj ektionsstrukturen of fenbart . Ebenso sind alle bisher und im Folgenden of fenbarten Merkmale für eine Spiegelstruktur auch für alle weiteren Spiegelstrukturen of fenbart .
Beispielsweise ist auf der ersten Seite der Halbleiterschichtenfolge eine zusammenhängende Spiegelstruktur ausgebildet , die von einer Viel zahl von Inj ektionsstrukturen durchbrochen ist . Die Viel zahl der In ektionsstrukturen durchbricht die Spiegelstruktur zum Beispiel in einem regelmäßigen Muster, beispielsweise einem Rechteckmuster oder hexagonalen Muster . Die Inj ektionsstrukturen können beispielsweise auf einer der Halbleiterschichtenfolge gegenüberliegenden Seite der Spiegelstruktur elektrisch leitend miteinander verbunden sein, zum Beispiel über eine zusammenhängende Metallschicht .
Alternativ kann auch die Inj ektionsstruktur zusammenhängend sein und von einer Viel zahl von Spiegelstrukturen durchbrochen sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form weist die Halbleiterschichtenfolge im Bereich der Inj ektionsstruktur eine Vertiefung auf , in die die Inj ektionsstruktur hineinragt . Die Vertiefung erstreckt sich insbesondere in Richtung der aktiven Schicht . Eine Breite der Vertiefung, gemessen in eine laterale Richtung, kann in Richtung der aktiven Schicht abnehmen . In einer Schnittansicht ist die Vertiefung beispielsweise V- förmig gebildet . Die Inj ektionsstruktur ist beispielsweise entlang der gesamten Vertiefung, insbesondere auch in einem Bodenbereich der Vertiefung, in elektrischem Kontakt mit der Haiblei ter schichtenfolge .
Durch die Vertiefung und der darin befindlichen Inj ektionsstruktur kann eine Inj ektions fläche über die Ladungsträger inj i ziert und vergrößert werden .
Im Bereich der Spiegelstruktur ist zum Beispiel keine Vertiefung vorgesehen . Im Bereich der Spiegelstruktur kann die Dicke , zum Beispiel die mittlere oder minimale Dicke der Halbleiterschichtenfolge größer sein, zum Beispiel zumindest 10 % oder zumindest 50 % größer, als die Dicke ( zum Beispiel mittlere oder minimale ) im Inj ektionsbereich . Ein mittlerer oder minimaler Abstand zwischen der ersten Seite und der aktiven Schicht ist im Bereich der Spiegelstruktur zum Beispiel zumindest 300 nm oder zumindest 400 nm und/oder höchstens 1000 nm oder höchstens 600 nm . Im Bereich der In ektionsstruktur kann der mittlere oder minimale Abstand höchstens 100 nm oder höchstens 50 nm und/oder mindestens 20 nm sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form durchdringt die Vertiefung die aktive Schicht nicht . Die aktive Schicht kann beispielsweise einfach zusammenhängend gebildet sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form basiert die Halbleiterschichtenfolge auf Al InGaN . Der Al-Gehalt in der Halbleiterschichtenfolge oder zumindest an der ersten Seite beträgt zum Beispiel zumindest 40 % oder zumindest 45 % . Das heißt , es handelt sich um AlnIn]__n-mGamN mit n > 0 , 4 oder n > 0 , 45 . Der In-Gehalt ist zum Beispiel höchstens 1 % oder höchstens 0 . 1 % .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form handelt es sich bei der Primärstrahlung und/oder bei der von der Spiegelstruktur zu reflektierenden Strahlung um Strahlung im ultravioletten Bereich . Beispielsweise liegt ein Intensitätsmaximum der Primärstrahlung im ultravioletten Bereich, zum Beispiel im Bereich zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 280 nm .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form ist die Halbleiterschichtenfolge an der ersten Seite p-leitend . Insbesondere ist die die erste Seite bildende Schicht der Halbleiterschichtenfolge p-leitend . Zum Beispiel ist die Halbleiterschichtenfolge an der ersten Seite mit Mg dotiert . Über die Inj ektionsstruktur werden während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Halbleiterbauteils zum Beispiel Löcher in die Halbleiterschichtenfolge inj i ziert . Der gesamte Bereich der Halbleiterschichtenfolge zwischen der aktiven Schicht und der ersten Seite kann p-leitend sein .
Gemäß zumindest einer Aus führungs form bildet eine der ersten Seite gegenüberliegende zweite Seite der Halbleiterschichtenfolge eine Hauptabstrahlseite der Halbleiterschichtenfolge . Beispielsweise ist die zweite Seite eine Seite , über die zumindest 75 % oder zumindest 90 % der in der Halbleiterschichtenfolge erzeugten Strahlung endgültig aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelt wird . Das heißt , diese Strahlung verlässt anschließend das Halbleiterbauteil , ohne nochmal die Halbleiterschichtenfolge zu passieren . Dagegen können beispielsweise zumindest 75 % oder zumindest 90 % oder zumindest 95 % der über die erste Seite aus der Halbleiterschichtenfolge ausgekoppelten Strahlung wieder zurück in die Halbleiterschichtenfolge reflektiert werden .
Die zweite Seite kann zur Erhöhung der Auskoppelwahrscheinlichkeit strukturiert sein . Beispielsweise sind in die zweite Seite Strukturen geätzt oder die Halbleiterschichtenfolge ist auf ein strukturiertes Substrat , zum Beispiel ein PSS ( Patterned Saphire Substrate ) gewachsen . Insbesondere kann es sich um ein nano-PSS handeln, also mit Strukturgrößen im Nanometer-Bereich bis einige 10 Nanometer . Die zweite Seite ist dann die an das Substrat grenzende Seite und formt die Strukturen des Substrats nach . Das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauteil kann von medi zinischen Einrichtungen, Reinigungsdiensten, Facility Management , Wasser- und Lebensmittellieferanten und so weiter eingesetzt werden . Zum Beispiel kann das Halbleiterbauteil zur Desinfektion von Obj ekten durch UV- Bestrahlung eingesetzt werden . Das Halbleiterbauteil kann in einem Desinfektionsgerät verwendet werden . Mit dem Halbleiterbauteil kann zum Beispiel eine zuverlässigere Desinfektion oder eine kürzere Zeitspanne für die Desinfektion der Zielmaterialien erreicht werden .
Nachfolgend wird ein hier beschriebenes optoelektronisches Halbleiterbauteil unter Bezugnahme auf Zeichnungen anhand von Aus führungsbeispielen näher erläutert . Gleiche Bezugs zeichen geben dabei gleiche , gleichartige oder gleich wirkende Elemente in den einzelnen Figuren an . Es sind dabei j edoch keine maßstäblichen Bezüge dargestellt , vielmehr können einzelne Elemente , insbesondere Schichtdicken, zur besseren Darstellbarkeit und/oder für eine bessere Verständlichkeit übertrieben dargestellt sein . Soweit Elemente in den verschiedenen Figuren in ihrer Funktion übereinstimmen, wird ihre Beschreibung nicht für j ede der folgenden Figuren wiederholt . Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind Elemente möglicherweise nicht in allen Abbildungen mit entsprechenden Bezugs zeichen versehen .
Es zeigen :
Figuren 1 und 2 Aus führungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterbauteils in einer Schnittansicht , Figur 3 das Halbleiterbauteil der Figur 2 in einer weiteren Schnitt ansicht ,
Figur 4 Messungen des Transmissionsgrades von ITO-Schichten,
Figuren 5 und 6 weitere Aus führungsbeispiele eines optoelektronischen Halbleiterbauteils in Schnittansicht .
Figur 1 zeigt ein erstes Aus führungsbeispiel eines optoelektronischen Halbleiterbauteils 100 , insbesondere eines optoelektronischen Halbleiterchips , in einer Querschnittsansicht . Das Halbleiterbauteil 100 umfasst eine Halbleiterschichtenfolge 1 mit einer p-leitenden Schicht 12 , einer n-leitenden Schicht 13 und einer aktiven Schicht 10 zwischen der p-leitenden Schicht 12 und der n-leitenden Schicht 13 . Die Halbleiterschichtenfolge 1 ist durch zwei gegenüberliegende Seiten 11 , 14 begrenzt . Die erste Seite 11 wird durch die p-leitende Schicht 12 gebildet , die zweite Seite 14 wird durch die n-leitende Schicht 13 gebildet . Beispielsweise basiert die Halbleiterschichtenfolge 1 auf Al InGaN . Die aktive Schicht 10 emittiert im bestimmungsgemäßen Betrieb zum Beispiel Primärstrahlung im ultravioletten Bereich, beispielsweise mit einem Intensitätsmaximum zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 280 nm .
Die zweite Seite 14 ist eine Hauptabstrahlseite , über die im bestimmungsgemäßen Betrieb des Halbleiterbauteils 100 ein Großteil , beispielsweise zumindest 75 % , der aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgekoppelten Strahlung endgültig ausgekoppelt wird, ohne anschließend wieder zurück in die Halbleiterschichtenfolge 1 reflektiert zu werden . Insbesondere wird die über die zweite Seite 14 ausgekoppelte Strahlung anschließend aus dem Halbleiterbauteil 100 ausgekoppelt .
Dagegen wird die über die erste Seite 11 aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgekoppelte Strahlung zu einem Großteil , beispielsweise zu zumindest 75 % oder zumindest 90 % , wieder zurück in die Halbleiterschichtenfolge 1 reflektiert . Die dazu verwendeten Strukturen werden weiter unten erklärt .
Die n-leitende Schicht 13 ist mittels einer Kontaktstruktur 6 elektrisch kontaktiert , die sich von einer der zweiten Seite 14 gegenüberliegenden Seite des Halbleiterbauteils 100 über die gesamte Dicke der Halbleiterschichtenfolge 1 bis zur zweiten Schicht 14 erstreckt . Die Kontaktstruktur 6 kann als eine Durchkontaktierung durch die Halbleiterschichtenfolge 1 ausgebildet sein, die in lateraler Richtung vollständig von der Halbleiterschichtenfolge 1 umgeben ist oder kann seitlich neben der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet sein . Die Kontaktstruktur 6 ist durch eine I solationsschicht 5 elektrisch von der aktiven Schicht 10 und der p-leitenden Schicht 12 isoliert .
Die p-leitende Schicht 12 ist mithil fe von Inj ektionsstrukturen 2 , die auf der ersten Seite 11 angeordnet sind, elektrisch kontaktiert . Die In ektionsstrukturen 2 sind elektrisch leitend mit der p- leitenden Schicht 12 verbunden . Im Bereich der Inj ektionsstrukturen 2 sind Vertiefungen beziehungsweise Ausnehmungen in die Halbleiterschichtenfolge 1 eingebracht , die in der dargestellten Querschnittsansicht V- förmig verlaufen . Die Inj ektionsstrukturen 2 umfassen ein erstes Metall 21 , beispielsweise Aluminium . Auf der ersten Seite 11 der Halbleiterschichtenfolge 1 und in direktem Kontakt mit der p-leitenden Schicht 12 ist eine Inj ektionsschicht 4 , beispielsweise aus einem TCO, wie ITO, aufgebracht . Die In ektionsschicht 4 erstreckt sich zusammenhängend über die mehreren Inj ektionsstrukturen 2 und auch im Bereich zwischen den Inj ektionsstrukturen 2 , beispielsweise über die gesamte erste Seite 11 . Die Inj ektionsschicht 4 weist beispielsweise eine Dicke von 2 nm auf .
Seitlich beziehungsweise lateral neben den Inj ektionsstrukturen 2 ist eine Spiegelstruktur 3 auf der ersten Seite 11 angeordnet . Die Spiegelstruktur 3 umfasst einen dielektrischen Spiegel 30 in Form eines Bragg-Spiegels mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten 31 , 32 von unterschiedlichen Brechungsindi zes . Der dielektrische Spiegel 30 ist in direktem Kontakt mit der Inj ektionsschicht 4 . Dabei ist die die Inj ektionsschicht 4 berührende Schicht des dielektrischen Spiegels 30 beispielsweise eine Schicht mit niedrigem Brechungsindex, zum Beispiel eine MgFg-Schicht . Die darauf folgende Schicht mit höherem Brechungsindex ist zum Beispiel eine Hf Og-Schicht .
Die Spiegelstruktur 3 umfasst , wie auch die Inj ektionsstrukturen 2 , einen Teil der Inj ektionsschicht 4 . Beispielsweise wird durch die Verwendung des Bragg-Spiegels 30 im Bereich der Spiegelstruktur 3 ein Reflexionsgrad von zumindest 90 % für eine in der Halbleiterschichtenfolge 1 erzeugte Strahlung, insbesondere die Primärstrahlung, erreicht . Im Bereich der Inj ektionsstrukturen 2 ist der Reflexionsgrad geringer, dafür ist dieser Bereich zur ef fi zienten Ladungsträgerin ektion eingerichtet . Durch die zusammenhängend ausgebildete Inj ektionsschicht 4 wird aber ein Teil der Ladungsträger auch im Bereich der Spiegelstruktur 3 inj i ziert .
Figur 2 zeigt ein zweites Aus führungsbeispiel des Halbleiterbauteils 100 in einer Querschnittsansicht . Im Unterschied zu dem ersten Aus führungsbeispiel umfassen die Inj ektionsstrukturen 2 hier neben dem ersten Metall 21 auch ein zweites Metall 22 , welches zwischen dem ersten Metall 21 und der Inj ektionsschicht 4 angeordnet ist . Das zweite Metall ist beispielsweise in direktem Kontakt sowohl mit dem ersten Metall 21 als auch mit der Inj ektionsschicht 4 . Insbesondere ist das zweite Metall 22 im Bereich der Vertiefungen der Halbleiterschichtenfolge 1 angeordnet . Bei dem zweiten Metall 22 handelt es sich beispielsweise um Chrom oder Palladium oder Indium . Chrom oder Palladium oder Indium ist weniger anfällig für Oxidation bei Kontakt mit dem ITO der Inj ektionsschicht 4 als Aluminium, dafür weist Aluminium, also das erste Metall 21 , einen höhere Reflexionsgrad für die Primärstrahlung auf . Für die Oxidation kann insbesondere der Sauerstof f aus dem ITO verantwortlich sein .
Figur 3 zeigt das Halbleiterbauteil 100 der Figur 2 in Draufsicht auf die Schnittebene AA ' der Figur 2 . Figur 2 wiederum ist eine Draufsicht auf die Schnittebene BB ' der Figur 3 .
Wie in der Figur 3 zu erkennen ist , handelt es sich bei der Spiegelstruktur 3 tatsächlich um eine einzelne Spiegelstruktur 3 , die zusammenhängend ausgebildet ist und von einer Mehrzahl von Inj ektionsstrukturen 2 durchbrochen ist . Die Inj ektionsstrukturen 2 sind dabei in einem regelmäßigen Muster, vorliegend einem Rechteckmuster, angeordnet .
Figur 4 zeigt den Transmissionsgrad ( in Prozent ) einer Inj ektionsschicht aus ITO wie sie beispielsweise bei den vorhergehenden Aus führungsbeispielen verwendet wird . Der Transmissionsgrad ist als Funktion der Wellenlänge der auf tref f enden Strahlung dargestellt . Die unterschiedlichen Kurven repräsentieren Messungen für unterschiedliche Dicken der In ektionsschicht . Die Kurve Kl zeigt das Resultat für eine Schicht mit einer Schichtdicke von 200 nm . Wie zu sehen ist , ist der Transmissionsgrad für ultraviolette Strahlung sehr gering . Hingegen hat eine ITO-Schicht mit einer Dicke von lediglich 2 nm einen wesentlich höheren Transmissionsgrad für ultraviolette Strahlung ( siehe Kurve K2 ) . Die Erfinder haben festgestellt , dass auch eine dünne ITO-Schicht von lediglich 2 nm Dicke eine ausreichende Leitfähigkeit hat , so dass sie in den oben gezeigten Aus führungsbeispielen für die Ladungsträgerinj ektion verwendet werden kann . Der verhältnismäßig hohe Transmissionsgrad einer solch dünnen ITO-Schicht erlaubt ein ef fi zientes reflektieren der über die erste Seite aus der Halbleiterschichtenfolge 1 ausgetretenen Strahlung .
Das Aus führungsbeispiel der Figur 5 unterscheidet sich von dem der Figur 2 darin, dass die zweite Seite 14 zur Erhöhung der Auskoppelwahrscheinlichkeit strukturiert ist , zum Beispiel durch einen Ätzprozess . Für den Ätzprozess kann KOH als Ätzmittel verwendet werden . Der Ätzprozess wird zum Beispiel nach Ablösen eines Aufwachssubstrats durchgeführt . Im Aus führungsbeispiel der Figur 6 ist die Halbleiterschichtenfolge 1 auf einem strukturierten Substrat 7 angeordnet . Das Substrat 7 kann ein Aufwachssubstrat der Halbleiterschichtenfolge 1 sein, zum Beispiel ein sogenanntes PSS oder nano-PSS . Die zweite Seite 14 formt die Strukturen des Substrats 7 nach, wodurch ebenfalls die Auskoppelwahrscheinlichkeit erhöht werden kann .
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung 102021129107 . 0 , deren Of fenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird .
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Aus führungsbeispiele auf diese beschränkt . Vielmehr umfasst die Erfindung j edes neue Merkmal sowie j ede Kombination von Merkmalen, was insbesondere j ede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet , auch wenn diese Merkmale oder diese Kombination selbst nicht expli zit in den Patentansprüchen oder Aus führungsbeispielen angegeben ist .
Bezugs zeichenliste
1 Halbleiterschichtenfolge
2 Inj ektionsstruktur
3 Spiegelstruktur
4 In ektionsschicht
5 I solationsschicht
6 Kontaktstruktur
7 Substrat
10 aktive Schicht
11 erste Seite
12 p-leitende Schicht
13 n-leitende Schicht
14 zweite Seite
21 erstes Metall
22 zweites Metall
30 Bragg-Spiegel/dielektrischer Spiegel
31 Spiegelschicht
32 Spiegelschicht
100 optoelektronisches Halbleiterbauteil
Kl Kurve
K2 Kurve

Claims

22 Patentansprüche
1. Optoelektronisches Halbleiterbauteil (100) aufweisend
- eine Halbleiterschichtenfolge (1) mit einer aktiven Schicht (10) zur Erzeugung einer Primärstrahlung,
- zumindest eine Injektionsstruktur (2) auf einer ersten Seite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1) für die Injektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge (1) ,
- zumindest eine Spiegelstruktur (3) auf der ersten Seite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1) und neben der Injektionsstruktur (2) zur Reflexion von in dem Halbleiterbauteil (100) erzeugter Strahlung, wobei
- die Spiegelstruktur (3) einen höheren Reflexionsgrad für eine im Halbleiterbauteil (100) erzeugte Strahlung hat als die Injektionsstruktur (2) .
2. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) im Bereich der Injektionsstruktur (2) eine Vertiefung aufweist, in die die Injektionsstruktur (2) hineinragt,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) auf AlInGaN basiert,
- die Halbleiterschichtenfolge (1) an der ersten Seite (11) p-leitend ist, und
- die Primärstrahlung im ultravioletten Bereich liegt und ein Intensitätsmaximum zwischen einschließlich 100 nm und einschließlich 280 nm aufweist.
3. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei
- auf der ersten Seite (11) in direktem Kontakt mit der Halbleiterschichtenfolge (1) eine Injektionsschicht (4) zur Injektion von Ladungsträgern in die Halbleiterschichtenfolge (1) angeordnet ist, - die Injektionsschicht (4) für eine im Halbleiterbauteil (100) erzeugte Strahlung größtenteils durchlässig ist.
4. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3, wobei
- sich die Injektionsschicht (4) zusammenhängend sowohl über den Bereich der Injektionsstruktur (2) als auch den Bereich der Spiegelstruktur (3) erstreckt.
5. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 3 oder 4, wobei
- die Injektionsschicht (4) ein transparentes leitfähiges Oxid aufweist.
6. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei
- die Spiegelstruktur (3) einen Bragg-Spiegel (30) aufweist.
7. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Spiegelstruktur (3) einen dielektrischen Spiegel aufweist .
8. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Injektionsstruktur (2) ein Metall aufweist.
9. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die In ektionsstruktur (2) ein erstes Metall (21) und ein zweites Metall (22) zwischen dem ersten Metall (21) und der ersten Seite (11) der Halbleiterschichtenfolge (1) aufweist,
- das erste Metall (21) einen höheren Reflexionsgrad für eine im Halbleiterbauteil erzeugte Strahlung aufweist als das zweite Metall (22) , - das zweite Metall (22) bei Kontakt mit einem transparenten leitfähigen Oxid weniger leicht ein Metalloxid bildet als das erste Metall (21) .
10. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, aufweisend
- eine Vielzahl von Injektionsstrukturen (2) und/oder Spiegelstrukturen (3) auf der ersten Seite (11) .
11. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) im Bereich der In ektionsstruktur (2) eine Vertiefung aufweist, in die die Injektionsstruktur (2) hineinragt.
12. Halbleiterbauteil (100) nach Anspruch 11, wobei
- die Vertiefung die aktive Schicht (10) nicht durchdringt.
13. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) auf AlInGaN basiert.
14. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Primärstrahlung im ultravioletten Bereich liegt.
15. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei
- die Halbleiterschichtenfolge (1) an der ersten Seite (11) p-leitend ist.
16. Halbleiterbauteil (100) nach einem der vorhergehenden
Ansprüche, wobei - 25 -
- eine der ersten Seite (11) gegenüberliegende zweite Seite
(14) der Halbleiterschichtenfolge (1) eine Hauptabstrahlseite der Halbleiterschichtenfolge (1) bildet.
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