WO2009086808A1 - Opto-electronic component - Google Patents

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WO2009086808A1
WO2009086808A1 PCT/DE2008/002150 DE2008002150W WO2009086808A1 WO 2009086808 A1 WO2009086808 A1 WO 2009086808A1 DE 2008002150 W DE2008002150 W DE 2008002150W WO 2009086808 A1 WO2009086808 A1 WO 2009086808A1
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WO
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layer
optoelectronic semiconductor
semiconductor component
intermediate layer
component according
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PCT/DE2008/002150
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Inventor
Norbert Linder
Christopher Wiesmann
Reiner Windisch
Original Assignee
Osram Opto Semiconductors Gmbh
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Publication date
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    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S5/00—Semiconductor lasers
    • H01S5/10—Construction or shape of the optical resonator, e.g. extended or external cavity, coupled cavities, bent-guide, varying width, thickness or composition of the active region
    • H01S5/1046—Comprising interactions between photons and plasmons, e.g. by a corrugated surface

Definitions

  • An optoelectronic semiconductor component is specified.
  • the absorption length is thereby of the same order of magnitude as the structure size of the structured metal layer. For this reason, the effect of nanostructuring, that is, the improvement of the output of the light generated in the light-emitting diode is significantly reduced.
  • An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device having improved efficiency.
  • the semiconductor component comprises a semiconductor body.
  • the semiconductor body has at least one active region, which is provided for generating electromagnetic radiation. That is, in the operation of the optoelectronic semiconductor device is in active area generates electromagnetic radiation.
  • the electromagnetic radiation leaves the semiconductor body through a radiation passage area.
  • the radiation passage area is formed by a part of the outer surface of the semiconductor body.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises an intermediate layer.
  • the intermediate layer is preferably directly on the
  • Radiation passage surface of the semiconductor body arranged. That is, preferably, the intermediate layer adjacent to the semiconductor body and thus to a semiconductor material.
  • the intermediate layer has a lower optical refractive index than the semiconductor material to which it is adjacent. This means that generated during operation of the semiconductor body electromagnetic radiation occurs at the radiation passage area of the semiconductor body from the optically denser medium - a semiconductor material of the semiconductor body - in the optically thinner medium - in the material of the intermediate layer.
  • the optoelectronic component further comprises a structured metal layer.
  • the structured metal layer is arranged on the surface of the intermediate layer opposite to the semiconductor body.
  • the structured metal layer is preferably arranged directly on the intermediate layer.
  • the semiconductor component comprises a semiconductor body having a radiation passage area comprises, an intermediate layer, which is arranged directly on the radiation passage area of the semiconductor body and has a lower optical refractive index than the adjacent semiconductor material of the semiconductor body, and a structured metal layer which is arranged on the surface of the intermediate layer opposite the semiconductor body.
  • Radiation passage area of the semiconductor body is arranged, the overlap of the plasmon mode is reduced with the metal of the patterned metal layer. As a result, the absorption of electromagnetic radiation generated in the semiconductor body is reduced. That is, the
  • a surface plasmon is created at the junction of the intermediate layer and the structured metal layer.
  • plasmons it is possible for plasmons to contribute, since the coupling between the plasmon and the photon takes place over a periodic period
  • the periodicity of the structuring of the structured metal layer determines the direction of propagation of the photons, with which the coupling is the largest.
  • the shape of the structuring determines whether this is done for all or only one direction of polarization.
  • symmetric structuring such as circular or square holes in a metal layer, there is no polarization dependence.
  • elliptical or rectangular holes or in extreme cases strip grids - a coupling takes place only for one polarization direction.
  • the mechanism of the modification of the emission direction or the polarization can hereby be a mere filtering, that is, electromagnetic radiation which is not emitted with the desired characteristic is absorbed or reflected. In the case of reflection, this electromagnetic radiation can then, for example, by scattering processes in the semiconductor body of the optoelectronic
  • Recycled means that the reflected electromagnetic radiation is absorbed, for example, in an active region of the optoelectronic semiconductor component and then re-emitted.
  • Another possible mechanism - apart from absorption and reflection - is the change in the propagation direction of the electromagnetic radiation through the plasmons.
  • An increase in the efficiency of the optoelectronic semiconductor component in its application can also be achieved by generating a modified emission characteristic or a linear polarization of the emitted electromagnetic radiation via the plasmons and only or preferably using the electromagnetic radiation in the application of the optoelectronic semiconductor component this particular radiation characteristic - that is, the particular radiation direction and / or polarization - can be used.
  • Examples include a projection system for a forward-emitting LED, an LCD backlight for a polarized light-emitting diode and / or an LCD projector for a polarized and forward-emitting light emitting diode.
  • the intermediate layer contains a dielectric material. Further, it is possible that the intermediate layer is made of a dielectric material. Preferably, the dielectric material is silicon dioxide. That is, the intermediate layer contains or consists of silicon dioxide.
  • dielectric materials and in particular silicon dioxide due to their low optical refractive index, are particularly well suited for reducing the overlap of the plasmon mode with the metal and thus the absorption of electromagnetic radiation.
  • the intermediate layer contains a transparent, electrically conductive oxide (TCO).
  • TCO transparent, electrically conductive oxide
  • the intermediate layer can then consist of one of the following materials or contain at least one of the following materials: indium zinc oxide, indium tin oxide, zinc oxide.
  • a transparent, electrically conductive oxide can be realized with the intermediate layer in addition to the advantageous reduction of the overlap of the plasmon mode with the metal of the patterned metal layer, an electrical contact for the optoelectronic semiconductor device.
  • the efficiency of the optoelectronic semiconductor component can be increased by using the plasmonic structure as a transparent contact. This is the case, for example, if the intermediate layer contains or consists of a transparent electrically conductive oxide.
  • the structured metal layer increases the lateral conductivity of the intermediate layer and the structuring of the metal layer creates a transparency.
  • the intermediate layer comprises a layer sequence with at least two layers.
  • the layers of the layer sequence are preferably arranged parallel or substantially parallel to the radiation passage area of the semiconductor body.
  • the layers of the layer sequence are then arranged one above the other in the sense of a layer stack.
  • the optical refractive index of the layers of the layer sequence decreases from the layer which is closest to the radiation passage area to the layer which lies closest to the structured metal layer.
  • the intermediate layer comprises a layer sequence with at least two layers, wherein the optical refractive index of the layers decreases from the radiation passage area of the semiconductor body in the direction of a structured metal layer.
  • the intermediate layer comprises a layer sequence with two layers, the first layer adjoining the radiation passage area consisting of a transparent electrically conductive oxide and the second layer consisting of silicon dioxide.
  • the second layer preferably adjoins the structured metal layer. That is, the patterned metal layer is disposed on the second layer.
  • the second layer which consists of silicon dioxide
  • the second layer recesses or openings, in which electrical contacts to the first layer are arranged.
  • the second layer has recesses, which are filled, for example, with an electrically conductive material such as a metal or a transparent, electrically conductive oxide.
  • an electrical contact between the first layer, which consists of a transparent electrically conductive oxide and, for example, a contact point of the optoelectronic semiconductor device mediates.
  • the intermediate layer comprises a
  • the first, adjacent to the radiation passage area layer consists of a first transparent electrically conductive oxide and the second layer, which preferably adjacent to the patterned metal layer, consists of a second transparent electrically conductive oxide.
  • the first layer preferably establishes the electrical contact with the semiconductor body and optionally provides the largest part the transverse conductivity of the intermediate layer, that is the conductivity in the direction parallel to the radiation passage area.
  • the second layer is advantageously distinguished by a particularly good transparency for the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body. That is, the second layer preferably has a very low absorption coefficient.
  • a transparent, electrically conductive oxide having a reduced relative to the first layer electrical conductivity is sufficient for the second layer.
  • ITO indium tin oxide
  • ZnO highly doped zinc oxide
  • the second layer then preferably consists of a low-doped zinc oxide or a zinc oxide deposited with the addition of oxygen. Oxygen addition during the deposition of, for example, an aluminum-doped zinc oxide oxidizes the aluminum, thereby no longer acting as a dopant and effectively reducing the aluminum content.
  • the zinc oxide is preferably doped with aluminum and / or gallium.
  • the doping of the zinc oxide causes an increase in the absorption of the optoelectronic
  • the structured metal layer of the semiconductor component is designed such that electromagnetic radiation generated in operation in the semiconductor body excites surface plasmons.
  • the structured metal layer can be structured in the manner of a one-dimensional grid, that is, it is formed by metal strips that run parallel to each other. Furthermore, the structured metal layer can be structured in the manner of a two-dimensional grid. This may be, for example, a hexagonal grid or a rectangular grid. Furthermore, the patterning of the structured metal layer may be quasiperiodic, that is, not periodic but ordered, for example in the manner of Fibonacci numbers or the golden section. Furthermore, a statistical or random
  • the size of the metal structures is in the range of the wavelength of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor component during operation. That is, the spacing of the metal structures is in the range between 50 and 1000 nm and the size of the metal structures is between 10 and 90% of the total area. That is, the area of the metal structures is between 10 and 90% of the area of the area to which the
  • the structured metal layer contains at least one of the the following metals or consists of one of the following metals: gold, silver, aluminum.
  • silver is particularly well suited for use with a GaN-based semiconductor body.
  • Aluminum is particularly well suited for Hägeriter Equity based on AlGaAs or InGaAlP.
  • the structured metal layer has a thickness of at least 20 and at most 200 nm.
  • the structured metal layer can also serve as part of a contact layer, via which electrical current for the operation of the optoelectronic semiconductor component is impressed into the semiconductor body.
  • a dielectric layer which consists of a dielectric material is arranged on the side of the structured metal layer facing away from the semiconductor body.
  • the dielectric layer is formed of the same material as the intermediate layer.
  • the dielectric layer may comprise more than one dielectric layer.
  • the dielectric layer may be disposed directly on the patterned metal layer and / or the intermediate layer.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here Semiconductor device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here
  • FIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here
  • FIG. 4 shows a schematic plot of the penetration depth ⁇ 3 relative to the penetration depth ⁇ 4 against the optical refractive index n4.
  • FIG. 5 shows a schematic plot of the
  • Propagation length L as a function of the optical refractive index n4.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic semiconductor component described here according to a fourth exemplary embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic semiconductor component described here according to a first exemplary embodiment.
  • the optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor body 1.
  • the semiconductor body contains, for example, cladding layers 10, 12 and an active region 11.
  • electromagnetic radiation is generated in the active region 11, which generates the
  • Semiconductor body 1 leaves through its radiation passage area 2.
  • a contact layer 6 is provided, which is provided, for example, for the p- or n-side contacting of the optoelectronic semiconductor component.
  • the optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode, that is to say a laser diode or a light-emitting diode. It is preferably a thin-film light-emitting diode.
  • Thin-film light-emitting diode chips are described, for example, in the publications WO 02/13281 A1 and EP 0 905 797 A2, the disclosure content of which with regard to the thin-film construction is hereby expressly incorporated by reference.
  • the intermediate layer 4 consists of a material which has a lower optical refractive index n 4 than the semiconductor material bordering it, that is to say, for example, the material of the cladding layer 10.
  • the structured metal layer 3 contains or consists of at least one of the following metals: gold, silver, aluminum.
  • the thickness DM of the metal layer 3 is preferably at least 20 nm and at most 200 nm.
  • the structured metal layer 3 consists for example of metal strips which are parallel to each other on the
  • Semiconductor body 1 facing away from the surface of the intermediate layer 4 are arranged.
  • the optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode based on the InGaN material system.
  • the optoelectronic semiconductor component is suitable in operation for generating green light.
  • the structured metal layer 3 is made of silver.
  • the structured metal layer 3 is designed in the manner of a two-dimensional grid.
  • the two-dimensional lattice is a hexagonal lattice, at the lattice points of which cylindrical recesses are arranged in the metal layer.
  • the spacing of the recesses is preferably between 170 and 330 nm.
  • the radius of the recesses is preferably between 80 and 170 nm.
  • the height of the recesses is 50 nm.
  • the thickness of the intermediate layer 4 is 5 nm, the thickness of the structured metal layer DM is 50 nm.
  • the intermediate layer 2 consists of silicon dioxide. Silicon dioxide is particularly well-suited because of its low absorption and its low optical refractive index as an intermediate layer for reducing the overlap of the plasmon mode with the metal.
  • the intermediate layer 4 consists of an electrically conductive and transparent oxide (TCO). This is at the same time to reduce the
  • zinc oxide is particularly preferably used as the material of the intermediate layer 4 as material for the intermediate layer 4 because of its low optical absorption in the largest part of the visible spectral range.
  • the intermediate layer 4 comprises two individual layers 4a and 4b.
  • the first layer 4a which has a higher optical refractive index than the second
  • Layer 4b directly on the semiconductor body 1.
  • the lying directly on the structured metal layer 3 second layer 4b has the lowest possible optical refractive index.
  • the intermediate layer 4 consists of a layer sequence of more than two layers, wherein the optical refractive index of a layer is the lower, the farther the layer of the semiconductor body 1 is located.
  • the first layer 4a consists of a transparent, electrically conductive oxide, which ensures its electrical transverse conductivity for the electrical connection of the optoelectronic semiconductor device.
  • the second layer 4b is then preferably made of silicon dioxide.
  • the second layer 4b then has recesses 5, through which the surface is locally plated on the first layer 4a.
  • the recesses 5 are, for example, with the metal of the structured
  • the first layer 4a is formed from a first transparent electrically conductive oxide and the second layer 4b is formed from a second, different from the first transparent electrically conductive oxide.
  • the material of the first layer 4a has a greater transverse conductivity and optionally a lower transparency than the material of the second
  • the first layer consists for example of ITO or highly doped ZnO, while the second layer then consists of low-doped ZnO or a ZnO deposited with oxygen addition.
  • FIG. 2 shows a sectional representation of an optoelectronic semiconductor component described here according to a second exemplary embodiment.
  • the optoelectronic component according to the second exemplary embodiment differs from the optoelectronic component described in conjunction with FIG. 1 in that the radiation passage area 2 is roughened in this exemplary embodiment.
  • the intermediate layer 4 is designed as in one of the examples described in connection with FIG. The intermediate layer 4 serves in this
  • the preferred structure size for the roughening is between 100 and 2000 nm.
  • FIG. 3 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic component according to a third exemplary embodiment described here.
  • the side of the intermediate layer 4 facing away from the structured, roughened radiation passage area 2 is also structured.
  • the intermediate layer 4 is designed according to one of the examples described in connection with FIG. The structuring of the intermediate layer 4 makes it possible to influence the coupling of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body to the plasmon mode.
  • the one grating is provided by the structured metal layer 3 and the other by the structured surface of the intermediate layer 4.
  • the structure size for the structuring of the surface of the intermediate layer 4 is preferably between 50 and 1000 nm.
  • the structuring of the intermediate layer 4 may take place for example by one of the following methods: focused ion beam (FIB) , Electron beam lithography, nano-imprint, optical lithography or other structuring techniques.
  • Penetration depth ⁇ 3 in the structured metal layer relative to the penetration depth ⁇ 4 in the intermediate layer 4 against the optical refractive index n4 of the intermediate layer 4 for two different peak wavelengths of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body 1 applied. From this plot it can be seen that the penetration depth into the structured metal layer decreases relative to the penetration depth into the intermediate layer 4 with decreasing refractive indices n4.
  • silver was assumed to be the metal of the structured metal layer 3.
  • FIG. 5 shows, in a schematic plot, the propagation length L for two peak wavelengths of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body as a function of the optical refractive index n4 of the intermediate layer 4.
  • the propagation length L is greater for both selected wavelengths-450 nm and 650 nm The smaller the refractive index n4 of the intermediate layer 4 of the material of the intermediate layer 4 is.
  • the propagation length is understood as the distance covered by the surface plasmon before it is due to the absorption losses has fallen to the 1 / e-th part of the initial intensity. That is, the higher the absorption length, the lower the absorption loss. Thus, more electromagnetic radiation can be coupled out by scattering on the structured metal layer 3 than in a system with higher absorption.
  • FIG. 6 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic component according to a fourth exemplary embodiment described here.
  • the radiation passage areas 2 of the semiconductor body 1, the intermediate layer 4 and the structured metal layer 3 are structured.
  • On the side facing away from the semiconductor body 1 of the structured metal layer 3 further layers 41, 42 are arranged, which consist of a dielectric material.
  • the intermediate layer 4 is preferably made of a dielectric in this embodiment.
  • the dielectric layers 4, 41, 42 may also be formed in this embodiment as any layer sequences of different dielectric materials.
  • the transition between the dielectric layer 41 and the air does not necessarily have to be smooth, but may also be structured.
  • the surface of the dielectric layer 41 facing away from the semiconductor body 1 may be roughened periodically or not periodically.
  • the dimension of the structuring of the structured metal layer 3 and of the dielectric layers 4, 41, 42 lies in the region of the wavelength of the electromagnetic radiation generated by the optoelectronic semiconductor component during operation.
  • the layer thicknesses of the dielectric layers 4, 41 can be of a few nanometers up to several microns.
  • the thickness of the structured metal layer and thus the thickness of the dielectric layer 42 is preferably between 20 nm and 200 nm.
  • the three dielectric layers 4, 41, 42 consist of one and the same material, for example silicon dioxide.

Abstract

The invention relates to an opto-electronic semiconductor component, comprising a semiconductor body (1), which has a radiation penetration surface (2), an intermediate layer (4), which is disposed directly on the radiation penetration surface (2) of the semiconductor body (1) and has a lower optical refractive index (n4) than the semiconductor material abutting thereon of the semiconductor body (1), and a structured metal layer (3), which is disposed on the surface of the intermediate layer (4) opposite the semiconductor body (1).

Description

Optoelektronisches Bauelement Optoelectronic component
Es wird ein optoelektronisches Halbleiterbauelement angegeben .An optoelectronic semiconductor component is specified.
Die Druckschrift US 6,534,798 beschreibt eine lichtemittierende Diode, deren Abstrahlcharakteristik mit Hilfe von Oberflächenplasmonen verbessert ist.Document US Pat. No. 6,534,798 describes a light-emitting diode whose emission characteristic is improved by means of surface plasmons.
Bei der lichtemittierenden Diode der Druckschrift USIn the light-emitting diode of the publication US
6,534,798 ist eine strukturierte Metallschicht direkt auf dem Halbleitermaterial der lichtemittierenden Diode aufgebracht. Aufgrund der dielektrischen Eigenschaften der Metalle und Halbleiter weist die Oberflächenplasmon-Mode einen hohen Überlapp mit dem Metall auf, was zu erhöhter Absorption imNo. 6,534,798, a patterned metal layer is deposited directly on the semiconductor material of the light emitting diode. Due to the dielectric properties of metals and semiconductors, the surface plasmon mode has a high overlap with the metal, resulting in increased absorption in the metal
Metall und damit zu sehr kurzen Absorptionslängen führt. Die Absorptionslänge ist dadurch in der gleichen Größenordnung wie die Strukturgröße der strukturierten Metallschicht. Aus diesem Grund ist die Wirkung der Nanostrukturierung, das heißt die Verbesserung der Auskopplung des in der lichtemittierenden Diode erzeugten Lichts, deutlich reduziert .Metal and thus leads to very short absorption lengths. The absorption length is thereby of the same order of magnitude as the structure size of the structured metal layer. For this reason, the effect of nanostructuring, that is, the improvement of the output of the light generated in the light-emitting diode is significantly reduced.
Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein optoelektronisches Halbleiterbauelement anzugeben, das eine verbesserte Effizienz aufweist.An object to be solved is to provide an optoelectronic semiconductor device having improved efficiency.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper. Der Halbleiterkörper weist zumindest einen aktiven Bereich auf, der zur Erzeugung von elektromagnetischer Strahlung vorgesehen ist. Das heißt, im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements wird im aktiven Bereich elektromagnetische Strahlung erzeugt. Die elektromagnetische Strahlung verlässt den Halbleiterkörper durch eine Strahlungsdurchtrittsflache . Die Strahlungsdurchtrittsflache ist durch einen Teil der Außenfläche des Halbleiterkörpers gebildet.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component comprises a semiconductor body. The semiconductor body has at least one active region, which is provided for generating electromagnetic radiation. That is, in the operation of the optoelectronic semiconductor device is in active area generates electromagnetic radiation. The electromagnetic radiation leaves the semiconductor body through a radiation passage area. The radiation passage area is formed by a part of the outer surface of the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Halbleiterbauelement eine Zwischenschicht. Die Zwischenschicht ist bevorzugt direkt auf derIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic semiconductor component comprises an intermediate layer. The intermediate layer is preferably directly on the
Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers angeordnet. Das heißt, bevorzugt grenzt die Zwischenschicht an den Halbleiterkörper und damit an ein Halbleitermaterial. Die Zwischenschicht weist dabei einen niedrigeren optischen Brechungsindex als das Halbleitermaterial auf, an das sie angrenzt. Das bedeutet, im Betrieb des Halbleiterkörpers erzeugte elektromagnetische Strahlung tritt an der Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers vom optisch dichteren Medium - einem Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers - ins optisch dünnere Medium - in das Material der Zwischenschicht.Radiation passage surface of the semiconductor body arranged. That is, preferably, the intermediate layer adjacent to the semiconductor body and thus to a semiconductor material. The intermediate layer has a lower optical refractive index than the semiconductor material to which it is adjacent. This means that generated during operation of the semiconductor body electromagnetic radiation occurs at the radiation passage area of the semiconductor body from the optically denser medium - a semiconductor material of the semiconductor body - in the optically thinner medium - in the material of the intermediate layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das optoelektronische Bauelement ferner eine strukturierte Metallschicht. Die strukturierte Metallschicht ist auf der dem Halbleiterkörper gegenüberliegenden Oberfläche der Zwischenschicht angeordnet. Bevorzugt ist die strukturierte Metallschicht direkt auf der Zwischenschicht angeordnet .In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the optoelectronic component further comprises a structured metal layer. The structured metal layer is arranged on the surface of the intermediate layer opposite to the semiconductor body. The structured metal layer is preferably arranged directly on the intermediate layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst das Halbleiterbauelement einen Halbleiterkörper, der eine Strahlungsdurchtrittsflache umfasst, eine Zwischenschicht, die direkt auf der Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers angeordnet ist und einen niedrigeren optischen Brechungsindex als das an sie grenzende Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers aufweist, und eine strukturierte Metallschicht, die auf der dem Halbleiterkörper gegenüberliegenden Oberfläche der Zwischenschicht angeordnet ist.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the semiconductor component comprises a semiconductor body having a radiation passage area comprises, an intermediate layer, which is arranged directly on the radiation passage area of the semiconductor body and has a lower optical refractive index than the adjacent semiconductor material of the semiconductor body, and a structured metal layer which is arranged on the surface of the intermediate layer opposite the semiconductor body.
Es hat sich gezeigt, dass durch den niedrigeren Brechungsindex der Zwischenschicht, die zwischen strukturierter Metallschicht und derIt has been shown that by the lower refractive index of the intermediate layer between the structured metal layer and the
Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers angeordnet ist, der Überlapp der Plasmon-Mode mit dem Metall der strukturierten Metallschicht verringert ist. Dadurch ist die Absorption von im Halbleiterkörper erzeugter elektromagnetischer Strahlung reduziert. Das heißt, dieRadiation passage area of the semiconductor body is arranged, the overlap of the plasmon mode is reduced with the metal of the patterned metal layer. As a result, the absorption of electromagnetic radiation generated in the semiconductor body is reduced. That is, the
Absorptionslänge ist vergrößert.Absorption length is increased.
Ein Oberflächenplasmon entsteht zum Beispiel am Übergang von der Zwischenschicht und der strukturierten Metallschicht. Zur Modifikation der Abstrahlcharakteristik und ebenso zur Modifikation der Polarisation der im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung des optoelektronischen Bauelements können Plasmonen beitragen, da die Kopplung zwischen Plasmon und Photon über eine periodischeFor example, a surface plasmon is created at the junction of the intermediate layer and the structured metal layer. In order to modify the emission characteristic and likewise to modify the polarization of the electromagnetic radiation emitted during operation of the optoelectronic component, it is possible for plasmons to contribute, since the coupling between the plasmon and the photon takes place over a periodic period
Strukturierung der Metalloberfläche erfolgt. Die Periodizität der Strukturierung der strukturierten Metallschicht bestimmt die Ausbreitungsrichtung der Photonen, mit denep die Kopplung am Größten ist. Die Form der Strukturierung bestimmt, ob dies für alle oder nur für eine Polarisationsrichtung erfolgt. Bei beispielsweise symmetrischer Strukturierung, wie kreisrunde oder quadratische Löcher in einer Metallschicht , ergibt sich keine Polarisationsabhängigkeit . Bei einer asymmetrischen Strukturierung - beispielsweise elliptische oder rechteckige Löcher oder im Extremfall Streifengitter - erfolgt eine Kopplung nur für eine Polarisationsrichtung. Der Mechanismus der Modifikation der Abstrahlrichtung beziehungsweise der Polarisation kann hierbei eine bloße Filterung sein, das heißt elektromagnetische Strahlung, die nicht mit der gewünschten Charakteristik emittiert wird, wird absorbiert oder reflektiert. Im Falle der Reflexion kann diese elektromagnetische Strahlung dann zum Beispiel durch Streuprozesse im Halbleiterkörper des optoelektronischenStructuring of the metal surface takes place. The periodicity of the structuring of the structured metal layer determines the direction of propagation of the photons, with which the coupling is the largest. The shape of the structuring determines whether this is done for all or only one direction of polarization. For example, symmetric structuring, such as circular or square holes in a metal layer, there is no polarization dependence. At an asymmetric Structuring - for example, elliptical or rectangular holes or in extreme cases strip grids - a coupling takes place only for one polarization direction. The mechanism of the modification of the emission direction or the polarization can hereby be a mere filtering, that is, electromagnetic radiation which is not emitted with the desired characteristic is absorbed or reflected. In the case of reflection, this electromagnetic radiation can then, for example, by scattering processes in the semiconductor body of the optoelectronic
Halbleiterbauelements recycelt werden und damit nach einem weiteren Durchlauf durch das optoelektronische Halbleiterbauelement mit der gewünschten Charakteristik emittiert werden. Dadurch ist die Abstrahlung von elektromagnetischer Strahlung mit dieser Charakteristik erhöht .Semiconductor device are recycled and thus emitted after a further pass through the opto-electronic semiconductor device having the desired characteristic. As a result, the radiation of electromagnetic radiation is increased with this characteristic.
"Recycelt" heißt dabei, dass die reflektierte elektromagnetische Strahlung beispielsweise in einem aktiven Bereich des optoelektronischen Halbleiterbauelements absorbiert und anschließend reemittiert wird."Recycled" means that the reflected electromagnetic radiation is absorbed, for example, in an active region of the optoelectronic semiconductor component and then re-emitted.
Ein weiterer möglicher Mechanismus - neben der Absorption und der Reflexion - ist die Veränderung der Ausbreitungsrichtung der elektromagnetischen Strahlung durch die Plasmonen.Another possible mechanism - apart from absorption and reflection - is the change in the propagation direction of the electromagnetic radiation through the plasmons.
Eine Erhöhung der Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements in seiner Anwendung kann auch dadurch erzielt werden, dass über die Plasmonen eine geänderte Abstrahlcharakteristik oder eine lineare Polarisation der emittierten elektromagnetischen Strahlung erzeugt wird und in der Anwendung des optoelektronischen Halbleiterbauelements nur oder bevorzugt die elektromagnetische Strahlung mit dieser bestimmten Abstrahlcharakteristik - das heißt der bestimmten Abstrahlrichtung und/oder Polarisation - genutzt werden kann. Beispiele hierfür sind ein Projektionssystem für eine verstärkt nach vorne emittierende Leuchtdiode, eine LCD- Hinterleuchtung für eine polarisierte Leuchtdiode und/oder ein LCD- Projektor für eine polarisierte und nach vorne strahlende Leuchtdiode.An increase in the efficiency of the optoelectronic semiconductor component in its application can also be achieved by generating a modified emission characteristic or a linear polarization of the emitted electromagnetic radiation via the plasmons and only or preferably using the electromagnetic radiation in the application of the optoelectronic semiconductor component this particular radiation characteristic - that is, the particular radiation direction and / or polarization - can be used. Examples include a projection system for a forward-emitting LED, an LCD backlight for a polarized light-emitting diode and / or an LCD projector for a polarized and forward-emitting light emitting diode.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Zwischenschicht ein dielektrisches Material. Weiter ist es möglich, dass die Zwischenschicht aus einem dielektrischen Material besteht. Vorzugsweise handelt es sich bei dem dielektrischen Material um Siliziumdioxid. Das heißt die Zwischenschicht enthält oder besteht aus Siliziumdioxid.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer contains a dielectric material. Further, it is possible that the intermediate layer is made of a dielectric material. Preferably, the dielectric material is silicon dioxide. That is, the intermediate layer contains or consists of silicon dioxide.
Es hat sich dabei gezeigt, dass dielektrische Materialien und insbesondere Siliziumdioxid aufgrund ihres geringen optischen Brechungsindex besonders gut geeignet sind, den Überlapp der Plasmon-Mode mit dem Metall und damit die Absorption von elektromagnetischer Strahlung zu verringern.It has been found that dielectric materials and in particular silicon dioxide, due to their low optical refractive index, are particularly well suited for reducing the overlap of the plasmon mode with the metal and thus the absorption of electromagnetic radiation.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die Zwischenschicht ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid (TCO- transparent conductive oxide) . Darüber hinaus ist es möglich, dass die Zwischenschicht aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht. Beispielsweise kann die Zwischenschicht dann aus einem der folgenden Materialien bestehen oder zumindest eines der folgenden Materialien enthalten: Indium-Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid, Zink-Oxid. Bei der Verwendung eines transparenten, elektrisch leitfähigen Oxids kann mit der Zwischenschicht neben der vorteilhaften Verringerung des Überlapps der Plasmon-Mode mit dem Metall der strukturierten Metallschicht ein elektrischer Kontakt für das optoelektronische Halbleiterbauelement realisiert sein. Die Effizienz des optoelektronischen Halbleiterbauelements kann dadurch erhöht werden, dass die plasmonische Struktur als transparenter Kontakt eingesetzt wird. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Zwischenschicht ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid enthält oder aus einem solchen besteht. Die strukturierte Metallschicht erhöht hierbei die laterale Leitfähigkeit der Zwischenschicht und die Strukturierung der Metallschicht erzeugt eine Transparenz .In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer contains a transparent, electrically conductive oxide (TCO). Moreover, it is possible that the intermediate layer consists of a transparent electrically conductive oxide. For example, the intermediate layer can then consist of one of the following materials or contain at least one of the following materials: indium zinc oxide, indium tin oxide, zinc oxide. When using a transparent, electrically conductive oxide can be realized with the intermediate layer in addition to the advantageous reduction of the overlap of the plasmon mode with the metal of the patterned metal layer, an electrical contact for the optoelectronic semiconductor device. The efficiency of the optoelectronic semiconductor component can be increased by using the plasmonic structure as a transparent contact. This is the case, for example, if the intermediate layer contains or consists of a transparent electrically conductive oxide. The structured metal layer increases the lateral conductivity of the intermediate layer and the structuring of the metal layer creates a transparency.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht eine Schichtenfolge mit wenigstens zwei Schichten. Die Schichten der Schichtenfolge sind dabei vorzugsweise parallel oder im Wesentlichen parallel zur Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers angeordnet. Die Schichten der Schichtenfolge sind dann im Sinne eines Schichtenstapels übereinander angeordnet. Dabei nimmt der optische Brechungsindex der Schichten der Schichtenfolge von der Schicht, die der Strahlungsdurchtrittsflache am nächsten liegt, zu der Schicht, die der strukturierten Metallschicht am nächsten liegt, ab. Das bedeutet, die Zwischenschicht umfasst eine Schichtenfolge mit wenigstens zwei Schichten, wobei der optische Brechungsindex der Schichten von der Strahlungsdurchtrittsflache des Halbleiterkörpers in Richtung strukturierter Metallschicht abnimmt. _ 'ηIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer comprises a layer sequence with at least two layers. The layers of the layer sequence are preferably arranged parallel or substantially parallel to the radiation passage area of the semiconductor body. The layers of the layer sequence are then arranged one above the other in the sense of a layer stack. In this case, the optical refractive index of the layers of the layer sequence decreases from the layer which is closest to the radiation passage area to the layer which lies closest to the structured metal layer. This means that the intermediate layer comprises a layer sequence with at least two layers, wherein the optical refractive index of the layers decreases from the radiation passage area of the semiconductor body in the direction of a structured metal layer. _ ' η
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht eine Schichtenfolge mit zwei Schichten, wobei die erste, an die Strahlungsdurchtrittsflache grenzende Schicht aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht und die zweite Schicht aus Siliziumdioxid besteht. Die zweite Schicht grenzt dabei vorzugsweise an die strukturierte Metallschicht an. Das heißt, die strukturierte Metallschicht ist auf der zweiten Schicht angeordnet.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer comprises a layer sequence with two layers, the first layer adjoining the radiation passage area consisting of a transparent electrically conductive oxide and the second layer consisting of silicon dioxide. The second layer preferably adjoins the structured metal layer. That is, the patterned metal layer is disposed on the second layer.
Bevorzugt weist die zweite Schicht, die aus Siliziumdioxid besteht, in dieser Ausführungsform Ausnehmungen oder Durchbrüche auf, in denen elektrische Kontakte zur ersten Schicht angeordnet sind. Das heißt, die zweite Schicht weist Ausnehmungen auf, die beispielsweise mit einem elektrisch leitfähigen Material wie einem Metall oder einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid befüllt sind. Durch das elektrisch leitfähige Material in den Ausnehmungen wird dann ein elektrischer Kontakt zwischen der ersten Schicht, die aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht und beispielsweise einer Kontaktstelle des optoelektronischen Halbleiterbauelements vermittelt.Preferably, the second layer, which consists of silicon dioxide, in this embodiment recesses or openings, in which electrical contacts to the first layer are arranged. That is, the second layer has recesses, which are filled, for example, with an electrically conductive material such as a metal or a transparent, electrically conductive oxide. By the electrically conductive material in the recesses then an electrical contact between the first layer, which consists of a transparent electrically conductive oxide and, for example, a contact point of the optoelectronic semiconductor device mediates.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements umfasst die Zwischenschicht eineIn accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the intermediate layer comprises a
Schichtenfolge mit zwei Schichten, wobei die erste, an die Strahlungsdurchtrittsflache grenzende Schicht aus einem ersten transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht und die zweite Schicht, die bevorzugt an die strukturierte Metallschicht grenzt, aus einem zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht. Dabei stellt die erste Schicht vorzugsweise den elektrischen Kontakt zum Halbleiterkörper her und sorgt optional für den größten Teil der Querleitfähigkeit der Zwischenschicht, das heißt der Leitfähigkeit in Richtung parallel zur Strahlungsdurchtrittsflache .Layer sequence with two layers, wherein the first, adjacent to the radiation passage area layer consists of a first transparent electrically conductive oxide and the second layer, which preferably adjacent to the patterned metal layer, consists of a second transparent electrically conductive oxide. In this case, the first layer preferably establishes the electrical contact with the semiconductor body and optionally provides the largest part the transverse conductivity of the intermediate layer, that is the conductivity in the direction parallel to the radiation passage area.
An die erste Schicht werden dann geringere Anforderungen hinsichtlich der Transparenz für die im optoelektronischen Halbleiterbauelement erzeugte elektromagnetische Strahlung gestellt, da die Plasmon-Mode nur einen geringen Überlapp mit der ersten Schicht hat. Die zweite Schicht zeichnet sich dagegen vorteilhaft durch eine besonders gute Transparenz für die im Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung aus. Das heißt, die zweite Schicht weist vorzugsweise einen sehr niedrigen Absorptionskoeffizienten auf.The requirements for transparency for the electromagnetic radiation generated in the optoelectronic semiconductor component are then placed on the first layer since the plasmon mode has only a slight overlap with the first layer. On the other hand, the second layer is advantageously distinguished by a particularly good transparency for the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body. That is, the second layer preferably has a very low absorption coefficient.
Dabei ist für die zweite Schicht ein transparentes, elektrisch leitfähiges Oxid mit einer relativ zur ersten Schicht verringerten elektrischen Leitfähigkeit ausreichend. Besonders eignet sich in diesem Fall für die erste Schicht Indium-Zinn-Oxid (ITO) oder hoch dotiertes Zink-Oxid (ZnO) . Die zweite Schicht besteht dann vorzugsweise aus einem niedrig dotierten Zink-Oxid oder einem unter Sauerstoffzugäbe abgeschiedenen Zink-Oxid. Durch Sauerstoffzugäbe bei der Abscheidung eines zum Beispiel mit Aluminium dotierten Zink- Oxids wird das Aluminium oxidiert, wodurch es nicht mehr als Dotierung wirkt und der Aluminium-Gehalt effektiv reduziert wird.In this case, a transparent, electrically conductive oxide having a reduced relative to the first layer electrical conductivity is sufficient for the second layer. In this case, in particular, indium tin oxide (ITO) or highly doped zinc oxide (ZnO) is suitable for the first layer. The second layer then preferably consists of a low-doped zinc oxide or a zinc oxide deposited with the addition of oxygen. Oxygen addition during the deposition of, for example, an aluminum-doped zinc oxide oxidizes the aluminum, thereby no longer acting as a dopant and effectively reducing the aluminum content.
Das Zink-Oxid ist vorzugsweise mit Aluminium und/oder Gallium dotiert. Generell bewirkt die Dotierung des Zink-Oxids eine Erhöhung der Absorption der im optoelektronischenThe zinc oxide is preferably doped with aluminum and / or gallium. In general, the doping of the zinc oxide causes an increase in the absorption of the optoelectronic
Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Je höher die Dotierung, desto höher ist die Absorption. Andererseits bewirkt die Dotierung des Zink-Oxids die Erhöhung der Leitfähigkeit des Zink-Oxids.Semiconductor device in operation generated electromagnetic radiation. The higher the doping, the higher the Absorption. On the other hand, the doping of the zinc oxide causes the increase of the conductivity of the zinc oxide.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist die strukturierte Metallschicht des Halbleiterbauelements derart ausgebildet, dass im Betrieb im Halbleiterkörper erzeugte elektromagnetische Strahlung Oberflächenplasmonen anregt.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the structured metal layer of the semiconductor component is designed such that electromagnetic radiation generated in operation in the semiconductor body excites surface plasmons.
Die strukturierte Metallschicht kann dabei nach Art eines eindimensionalen Gitters strukturiert sein, das heißt, sie ist durch Metallstreifen, die parallel zueinander verlaufen, gebildet. Ferner kann die strukturierte Metallschicht nach Art eines zweidimensionalen Gitters strukturiert sein. Dabei kann es sich beispielsweise um ein hexagonales Gitter oder ein Rechteckgitter handeln. Ferner kann die Strukturierung der strukturierten Metallschicht quasiperiodisch, das heißt nicht periodisch aber geordnet, zum Beispiel nach Art von Fibonacci-Zahlen oder des goldenen Schnitts erfolgen. Ferner ist auch eine statistische beziehungsweise zufälligeThe structured metal layer can be structured in the manner of a one-dimensional grid, that is, it is formed by metal strips that run parallel to each other. Furthermore, the structured metal layer can be structured in the manner of a two-dimensional grid. This may be, for example, a hexagonal grid or a rectangular grid. Furthermore, the patterning of the structured metal layer may be quasiperiodic, that is, not periodic but ordered, for example in the manner of Fibonacci numbers or the golden section. Furthermore, a statistical or random
Strukturierung der strukturierten Metallschicht denkbar.Structuring the structured metal layer conceivable.
Die Größe der Metallstrukturen liegt im Bereich der Wellenlänge der vom optoelektronischen Halbleiterbauelement im Betrieb emittierten elektromagnetischen Strahlung. Das heißt, der Abstand der Metallstrukturen liegt im Bereich zwischen 50 und 1000 nm und die Größe der Metallstrukturen beträgt zwischen 10 und 90 % der Gesamtfläche. Das heißt, die Fläche der Metallstrukturen liegt zwischen 10 und 90 % des Flächeninhalts derjenigen Fläche, auf welche dieThe size of the metal structures is in the range of the wavelength of the electromagnetic radiation emitted by the optoelectronic semiconductor component during operation. That is, the spacing of the metal structures is in the range between 50 and 1000 nm and the size of the metal structures is between 10 and 90% of the total area. That is, the area of the metal structures is between 10 and 90% of the area of the area to which the
Metallstrukturen aufgebracht sind. Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements enthält die strukturierte Metallschicht zumindest eines der folgenden Metalle oder besteht aus einem der folgenden Metalle: Gold, Silber, Aluminium. Dabei eignet sich beispielsweise Silber besonders gut für die Verwendung mit einem auf GaN basierenden Halbleiterkörper. Aluminium eignet sich besonders gut für Hableiterkörper, die auf AlGaAs oder InGaAlP basieren.Metal structures are applied. In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the structured metal layer contains at least one of the the following metals or consists of one of the following metals: gold, silver, aluminum. For example, silver is particularly well suited for use with a GaN-based semiconductor body. Aluminum is particularly well suited for Hägeriterkörper based on AlGaAs or InGaAlP.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements weist die strukturierte Metallschicht eine Dicke von wenigstens 20 und höchstens 200 nm auf. Die strukturierte Metallschicht kann auch als Teil einer Kontaktschicht dienen, über die elektrischer Strom zum Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements in den Halbleiterkörper eingeprägt wird.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, the structured metal layer has a thickness of at least 20 and at most 200 nm. The structured metal layer can also serve as part of a contact layer, via which electrical current for the operation of the optoelectronic semiconductor component is impressed into the semiconductor body.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des optoelektronischen Halbleiterbauelements ist auf der dem Halbleiterkörper abgewandten Seite der strukturierten Metallschicht eine dielektrische Schicht angeordnet, welche aus einem dielektrischen Material besteht. Beispielsweise ist die dielektrische Schicht aus dem gleichen Material wie die Zwischenschicht gebildet. Die dielektrische Schicht kann dabei mehr als eine dielektrische Schicht umfassen. Die dielektrische Schicht kann direkt auf der strukturierte Metallschicht und/oder der Zwischenschicht angeordnet sein.In accordance with at least one embodiment of the optoelectronic semiconductor component, a dielectric layer which consists of a dielectric material is arranged on the side of the structured metal layer facing away from the semiconductor body. For example, the dielectric layer is formed of the same material as the intermediate layer. The dielectric layer may comprise more than one dielectric layer. The dielectric layer may be disposed directly on the patterned metal layer and / or the intermediate layer.
Im Folgenden wird das hier beschriebene optoelektronische Halbleiterbauelement anhand von Ausführungsbeispielen und den dazugehörigen Figuren näher erläutert .In the following, the optoelectronic semiconductor component described here will be explained in more detail on the basis of exemplary embodiments and the associated figures.
Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel .FIG. 1 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here Semiconductor device according to a first embodiment.
Figur 2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischenFIG. 2 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here
Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel .Semiconductor device according to a second embodiment.
Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischenFIG. 3 shows a schematic sectional view of an optoelectronic device described here
Halbleiterbauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel .Semiconductor device according to a third embodiment.
Figur 4 zeigt eine schematische Auftragung der Eindringtiefe γ3 relativ zur Eindringtiefe γ4 gegen die optische Brechzahl n4.FIG. 4 shows a schematic plot of the penetration depth γ3 relative to the penetration depth γ4 against the optical refractive index n4.
Figur 5 zeigt eine schematische Auftragung derFIG. 5 shows a schematic plot of the
Propagationslänge L als Funktion der optischen Brechzahl n4.Propagation length L as a function of the optical refractive index n4.
Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel.FIG. 6 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic semiconductor component described here according to a fourth exemplary embodiment.
In den Ausführungsbeispielen und Figuren sind gleiche oder gleich wirkende Bestandteile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Die dargestellten Elemente sind nicht als maßstabsgetreu anzusehen, vielmehr können einzelne Elemente zum besseren Verständnis übertrieben groß dargestellt sein. Die Figur 1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel.In the exemplary embodiments and figures, identical or identically acting components are each provided with the same reference numerals. The illustrated elements are not to be considered as true to scale, but rather, individual elements may be exaggerated for clarity. FIG. 1 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic semiconductor component described here according to a first exemplary embodiment.
Das optoelektronische Halbleiterbauelement umfasst einen Halbleiterkörper 1. Der Halbleiterkörper enthält beispielsweise Mantelschichten 10, 12 sowie einen aktiven Bereich 11. Im Betrieb des optoelektronischen Halbleiterbauelements wird im aktiven Bereich 11 elektromagnetische Strahlung erzeugt, welche denThe optoelectronic semiconductor component comprises a semiconductor body 1. The semiconductor body contains, for example, cladding layers 10, 12 and an active region 11. In operation of the optoelectronic semiconductor component, electromagnetic radiation is generated in the active region 11, which generates the
Halbleiterkörper 1 durch seine Strahlungsdurchtrittsflache 2 verlässt. Auf der der Strahlungsdurchtrittsflache 2 abgewandten Oberfläche des Halbleiterkörpers 1 ist eine Kontaktschicht 6 angeordnet, die beispielsweise zur p- oder n-seitigen Kontaktierung des optoelektronischen Halbleiterbauelements vorgesehen ist.Semiconductor body 1 leaves through its radiation passage area 2. On the surface of the semiconductor body 1 facing away from the radiation passage area 2, a contact layer 6 is provided, which is provided, for example, for the p- or n-side contacting of the optoelectronic semiconductor component.
Bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement handelt es sich um eine Lumineszenzdiode, das heißt um eine Laserdiode oder um eine Leuchtdiode. Vorzugsweise handelt es sich um eine Lumineszenzdiode in Dünnfilmbauweise .The optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode, that is to say a laser diode or a light-emitting diode. It is preferably a thin-film light-emitting diode.
Lumineszenzdiodechips in Dünnfilmbauweise sind beispielsweise in den Druckschriften WO 02/13281 Al sowie EP 0 905 797 A2 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich der Dünnfilmbauweise hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird.Thin-film light-emitting diode chips are described, for example, in the publications WO 02/13281 A1 and EP 0 905 797 A2, the disclosure content of which with regard to the thin-film construction is hereby expressly incorporated by reference.
Ein möglicher Schichtaufbau des Lumineszenzdiodenchips ist beispielsweise in der Druckschrift US 6,849,881 beschrieben, deren Offenbarungsgehalt hinsichtlich des Schichtaufbaus hiermit ausdrücklich durch Rückbezug aufgenommen wird. Auf die Strahlungsdurchtrittsflache 2 des Halbleiterkörpers 1 ist eine Zwischenschicht 4 aufgebracht . Die Zwischenschicht 4 besteht aus einem Material, das einen geringeren optischen Brechungsindex n4 als das an sie grenzende Halbleitermaterial, das heißt, beispielsweise das Material der Mantelschicht 10, aufweist.A possible layer structure of the luminescence diode chip is described, for example, in the document US Pat. No. 6,849,881, the disclosure content of which with regard to the layer structure is hereby expressly incorporated by reference. On the radiation passage area 2 of the semiconductor body 1, an intermediate layer 4 is applied. The intermediate layer 4 consists of a material which has a lower optical refractive index n 4 than the semiconductor material bordering it, that is to say, for example, the material of the cladding layer 10.
Auf die dem Halbleiterkörper 1 abgewandte Oberfläche der Zwischenschicht 4 ist eine strukturierte Metallschicht 3 aufgebracht. Die strukturierte Metallschicht 3 enthält oder besteht aus zumindest einem der folgenden Metalle: Gold, Silber, Aluminium. Die Dicke DM der Metallschicht 3 beträgt vorzugsweise wenigstens 20 nm und höchstens 200 nm. Die strukturierte Metallschicht 3 besteht beispielsweise aus Metallstreifen, die parallel zueinander auf der demOn the surface of the intermediate layer 4 facing away from the semiconductor body 1, a structured metal layer 3 is applied. The structured metal layer 3 contains or consists of at least one of the following metals: gold, silver, aluminum. The thickness DM of the metal layer 3 is preferably at least 20 nm and at most 200 nm. The structured metal layer 3 consists for example of metal strips which are parallel to each other on the
Halbleiterkörper 1 abgewandten Oberfläche der Zwischenschicht 4 angeordnet sind.Semiconductor body 1 facing away from the surface of the intermediate layer 4 are arranged.
Beispielsweise handelt es sich bei dem optoelektronischen Halbleiterbauelement um eine Leuchtdiode, welche auf dem Materialsystem InGaN basiert. Das optoelektronische Halbleiterbauelement ist im Betrieb zur Erzeugung von grünem Licht geeignet. Die strukturierte Metallschicht 3 besteht aus Silber. Die strukturierte Metallschicht 3 ist nach Art eines zweidimensionalen Gitters ausgeführt. Bei dem zweidimensionalen Gitter handelt es sich um ein hexagonales Gitter, an dessen Gitterpunkten zylindrische Ausnehmungen in der Metallschicht angeordnet sind. Der Abstand der Ausnehmungen beträgt dabei vorzugsweise zwischen 170 und 330 nm. Der Radius der Ausnehmungen beträgt vorzugsweise zwischen 80 und 170 nm . Die Höhe der Ausnehmungen beträgt 50 nm. Die Dicke der Zwischenschicht 4 beträgt 5 nm, die Dicke der strukturierten Metallschicht DM beträgt 50 nm. Gemäß einem ersten Beispiel besteht die Zwischenschicht 2 aus Siliziumdioxid. Siliziumdioxid ist aufgrund seiner niedrigen Absorption und seines niedrigen optischen Brechungsindex als Zwischenschicht zur Verringerung des Überlapps der Plasmon- Mode mit dem Metall besonders gut geeignet.By way of example, the optoelectronic semiconductor component is a light-emitting diode based on the InGaN material system. The optoelectronic semiconductor component is suitable in operation for generating green light. The structured metal layer 3 is made of silver. The structured metal layer 3 is designed in the manner of a two-dimensional grid. The two-dimensional lattice is a hexagonal lattice, at the lattice points of which cylindrical recesses are arranged in the metal layer. The spacing of the recesses is preferably between 170 and 330 nm. The radius of the recesses is preferably between 80 and 170 nm. The height of the recesses is 50 nm. The thickness of the intermediate layer 4 is 5 nm, the thickness of the structured metal layer DM is 50 nm. According to a first example, the intermediate layer 2 consists of silicon dioxide. Silicon dioxide is particularly well-suited because of its low absorption and its low optical refractive index as an intermediate layer for reducing the overlap of the plasmon mode with the metal.
Gemäß einem zweiten Beispiel besteht die Zwischenschicht 4 aus einem elektrisch leitfähigen und transparenten Oxid (TCO) . Dadurch ist gleichzeitig zur Verringerung desAccording to a second example, the intermediate layer 4 consists of an electrically conductive and transparent oxide (TCO). This is at the same time to reduce the
Überlapps der Plasmon-Mode mit dem Metall ein elektrischer Kontakt realisiert. Neben Indium-Zinn-Oxid und Indium-Zink- Oxid findet Zink-Oxid als Material für die Zwischenschicht 4 aufgrund seiner geringen optischen Absorption im größten Teil des sichtbaren Spektralbereichs besonders bevorzugt Verwendung als Material der Zwischenschicht 4.Overlapping the plasmon mode with the metal realized an electrical contact. In addition to indium tin oxide and indium zinc oxide, zinc oxide is particularly preferably used as the material of the intermediate layer 4 as material for the intermediate layer 4 because of its low optical absorption in the largest part of the visible spectral range.
In einem dritten Beispiel umfasst die Zwischenschicht 4 zwei Einzelschichten 4a und 4b. Dabei liegt die erste Schicht 4a, die einen höheren optischen Brechungsindex als die zweiteIn a third example, the intermediate layer 4 comprises two individual layers 4a and 4b. In this case, the first layer 4a, which has a higher optical refractive index than the second
Schicht 4b aufweist, direkt am Halbleiterkörper 1. Die direkt an der strukturierten Metallschicht 3 liegende zweite Schicht 4b weist einen möglichst niedrigen optischen Brechungsindex auf. Dabei ist es auch möglich, dass die Zwischenschicht 4 aus einer Schichtfolge von mehr als zwei Schichten besteht, wobei der optische Brechungsindex einer Schicht um so geringer ist, je weiter die Schicht vom Halbleiterkörper 1 entfernt liegt.Layer 4b, directly on the semiconductor body 1. The lying directly on the structured metal layer 3 second layer 4b has the lowest possible optical refractive index. It is also possible that the intermediate layer 4 consists of a layer sequence of more than two layers, wherein the optical refractive index of a layer is the lower, the farther the layer of the semiconductor body 1 is located.
Beispielsweise besteht die erste Schicht 4a aus einem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid, das über seine elektrische Querleitfähigkeit für den elektrischen Anschluss des optoelektronischen Halbleiterbauelements sorgt. Die zweite Schicht 4b besteht dann vorzugsweise aus Siliziumdioxid. Die zweite Schicht 4b weist dann Ausnehmungen 5 auf, über die lokal auf die erste Schicht 4a durchkontaktiert ist. Die Ausnehmungen 5 sind dazu beispielsweise mit dem Metall der strukturiertenFor example, the first layer 4a consists of a transparent, electrically conductive oxide, which ensures its electrical transverse conductivity for the electrical connection of the optoelectronic semiconductor device. The second layer 4b is then preferably made of silicon dioxide. The second layer 4b then has recesses 5, through which the surface is locally plated on the first layer 4a. The recesses 5 are, for example, with the metal of the structured
Metallschicht 3 und/oder dem transparenten, elektrisch leitfähigen Oxid der ersten Schicht 4a gefüllt.Metal layer 3 and / or the transparent, electrically conductive oxide of the first layer 4a filled.
Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die erste Schicht 4a aus einem ersten transparenten elektrisch leitfähigen Oxid gebildet ist und die zweite Schicht 4b aus einem zweiten, vom ersten verschiedenen transparenten elektrisch leitfähigen Oxid gebildet ist. Dabei weist das Material der ersten Schicht 4a eine größere Querleitfähigkeit und gegebenenfalls eine geringere Transparenz als das Material der zweitenMoreover, it is also possible that the first layer 4a is formed from a first transparent electrically conductive oxide and the second layer 4b is formed from a second, different from the first transparent electrically conductive oxide. In this case, the material of the first layer 4a has a greater transverse conductivity and optionally a lower transparency than the material of the second
Schicht 4b auf. Die erste Schicht besteht beispielsweise aus ITO oder hoch dotiertem ZnO, während die zweite Schicht dann aus niedrig dotiertem ZnO oder einem unter Sauerstoffzugäbe abgeschiedenen ZnO besteht.Layer 4b on. The first layer consists for example of ITO or highly doped ZnO, while the second layer then consists of low-doped ZnO or a ZnO deposited with oxygen addition.
Die Figur 2 zeigt eine Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Halbleiterbauelements gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. Das optoelektronische Bauelement gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom optoelektronischen Bauelement, das in Verbindung mit der Figur 1 beschrieben ist, dadurch, dass die Strahlungsdurchtrittsflache 2 in diesem Ausführungsbeispiel aufgeraut ist. Die Zwischenschicht 4 ist wie in einem der in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen Beispiele ausgeführt. Die Zwischenschicht 4 dient in diesemFIG. 2 shows a sectional representation of an optoelectronic semiconductor component described here according to a second exemplary embodiment. The optoelectronic component according to the second exemplary embodiment differs from the optoelectronic component described in conjunction with FIG. 1 in that the radiation passage area 2 is roughened in this exemplary embodiment. The intermediate layer 4 is designed as in one of the examples described in connection with FIG. The intermediate layer 4 serves in this
Ausführungsbeispiel zusätzlich als Planarisierungsschicht zurEmbodiment additionally as a planarization layer for
Planarisierung der aufgerautenPlanarization of roughened
Oberfläche/Strahlungsdurchtrittsflache 2 des Halbleiterkörpers 1. Aufgrund der aufgerauten Strahlungsdurchtrittsflache ist die Lichtauskopplung aus dem Halbleiterkörper 1 verbessert, da die Wahrscheinlichkeit für Totalreflexion an der Strahlungsdurchtrittsflache reduziert ist.Surface / radiation passage area 2 of the Semiconductor Body 1. Due to the roughened radiation passage area, the light extraction from the semiconductor body 1 is improved, since the probability of total reflection at the radiation passage area is reduced.
Die bevorzugte Strukturgröße für die Aufrauung beträgt zwischen 100 und 2000 nm.The preferred structure size for the roughening is between 100 and 2000 nm.
Die Figur 3 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Im Unterschied zum Ausführungsbeispiel, das in Verbindung mit der Figur 2 beschrieben ist, ist in diesem Ausführungsbeispiel auch die der strukturierten, aufgerauten Strahlungsdurchtrittsflache 2 abgewandte Seite der Zwischenschicht 4 strukturiert. Die Zwischenschicht 4 ist dabei gemäß einem der in Verbindung mit der Figur 1 beschriebenen Beispiele ausgeführt. Das Metall der strukturierten Metallschicht überformt die strukturierte Oberfläche der Zwischenschicht 4. Durch die Strukturierung der Zwischenschicht 4 ist eine Beeinflussung der Koppelung der im Halbleiterkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung an die Plasmon-Mode möglich.FIG. 3 shows a schematic sectional representation of an optoelectronic component according to a third exemplary embodiment described here. In contrast to the exemplary embodiment described in conjunction with FIG. 2, in this exemplary embodiment the side of the intermediate layer 4 facing away from the structured, roughened radiation passage area 2 is also structured. The intermediate layer 4 is designed according to one of the examples described in connection with FIG. The structuring of the intermediate layer 4 makes it possible to influence the coupling of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body to the plasmon mode.
Prinzipiell existieren Oberflächenplasmonen sowohl amIn principle, surface plasmons exist both on the
Übergang Zwischenschicht 4/strukturierter Metallschicht 3, als auch am Übergang strukturierter Metallschicht 3 /Luft. Um nun die Oberflächenplasmonen an beiden genannten Übergängen zu beeinflussen, werden im Allgemeinen zwei unterschiedliche Gitter benötigt. Das eine Gitter wird durch die strukturierte Metallschicht 3 und das andere durch die strukturierte Oberfläche der Zwischenschicht 4 zur Verfügung gestellt. Die Strukturgröße für die Strukturierung der Oberfläche der Zwischenschicht 4 beträgt dabei vorzugsweise zwischen 50 und 1000 nm. Wie auch die Herstellung der strukturierten Metallschicht 3 kann die Strukturierung der Zwischenschicht 4 beispielsweise durch eine der folgenden Methoden erfolgen: Fokussierter Ionenstrahl (focused ion beam - FIB) , Elektronenstrahllithografie, Nano-Imprint , optische Lithografie oder weitere Strukturierungstechniken.Transition between layer 4 / structured metal layer 3, as well as at the transition of structured metal layer 3 / air. In order to influence the surface plasmons at both said transitions, two different lattices are generally needed. The one grating is provided by the structured metal layer 3 and the other by the structured surface of the intermediate layer 4. The structure size for the structuring of the surface of the intermediate layer 4 is preferably between 50 and 1000 nm. Like the production of the structured metal layer 3, the structuring of the intermediate layer 4 may take place for example by one of the following methods: focused ion beam (FIB) , Electron beam lithography, nano-imprint, optical lithography or other structuring techniques.
In der Figur 4 ist in einer schematischen Auftragung dieIn the figure 4 is a schematic plot of the
Eindringtiefe γ3 in die strukturierte Metallschicht relativ zur Eindringtiefe γ4 in die Zwischenschicht 4 gegen die optische Brechzahl n4 der Zwischenschicht 4 für zwei verschiedene Peak-Wellenlängen der im Halbleiterkörper 1 erzeugten elektromagnetischen Strahlung aufgetragen. Aus dieser Auftragung ist ersichtlich, dass die Eindringtiefe in die strukturierte Metallschicht relativ zur Eindringtiefe in die Zwischenschicht 4 mit kleiner werdenden Brechzahlen n4 abnimmt. Für die Darstellung der Figur 4 wurde Silber als Metall der strukturierten Metallschicht 3 angenommen.Penetration depth γ3 in the structured metal layer relative to the penetration depth γ4 in the intermediate layer 4 against the optical refractive index n4 of the intermediate layer 4 for two different peak wavelengths of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body 1 applied. From this plot it can be seen that the penetration depth into the structured metal layer decreases relative to the penetration depth into the intermediate layer 4 with decreasing refractive indices n4. For the illustration of FIG. 4, silver was assumed to be the metal of the structured metal layer 3.
Die Figur 5 zeigt in einer schematischen Auftragung die Propagationslänge L für zwei Peak-Wellenlängen der im Halbleiterkörper erzeugten elektromagnetischen Strahlung in Abhängigkeit der optischen Brechzahl n4 der Zwischenschicht 4. Die Propagationslänge L ist dabei für beide gewählten Wellenlängen - 450 nm und 650 nm - umso größer, je kleiner die Brechzahl n4 der Zwischenschicht 4 des Materials der Zwischenschicht 4 ist.FIG. 5 shows, in a schematic plot, the propagation length L for two peak wavelengths of the electromagnetic radiation generated in the semiconductor body as a function of the optical refractive index n4 of the intermediate layer 4. The propagation length L is greater for both selected wavelengths-450 nm and 650 nm The smaller the refractive index n4 of the intermediate layer 4 of the material of the intermediate layer 4 is.
Unter der Propagationslänge versteht man in diesem Zusammenhang die Strecke, die das Oberflächenplasmon zurücklegt, bevor es bedingt durch die Absorptionsverluste auf den 1/e-ten Teil der Anfangsintensität abgefallen ist. Das heißt, je höher die Absorptionslänge, umso geringer sind die Verluste durch Absorption. Damit kann mehr elektromagnetische Strahlung durch Streuung an der strukturierten Metallschicht 3 ausgekoppelt werden als in einem System mit höherer Absorption.In this context, the propagation length is understood as the distance covered by the surface plasmon before it is due to the absorption losses has fallen to the 1 / e-th part of the initial intensity. That is, the higher the absorption length, the lower the absorption loss. Thus, more electromagnetic radiation can be coupled out by scattering on the structured metal layer 3 than in a system with higher absorption.
Die Figur 6 zeigt eine schematische Schnittdarstellung eines hier beschriebenen optoelektronischen Bauelements gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Strahlungsdurchtrittsflachen 2 des Halbleiterkörpers 1, die Zwischenschicht 4 sowie die strukturierte Metallschicht 3 strukturiert. Auf die dem Halbleiterkörper 1 abgewandte Seite der strukturierten Metallschicht 3 sind weitere Schichten 41, 42 angeordnet, welche aus einem dielektrischen Material bestehen. Auch die Zwischenschicht 4 besteht in diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus einem Dielektrikum. Die dielektrischen Schichten 4, 41, 42 können in diesem Ausführungsbeispiel auch als beliebige Schichtenfolgen verschiedener dielektrischer Materialien ausgebildet sein. Des Weiteren muss der Übergang zwischen der dielektrischen Schicht 41 nach Luft nicht zwingend glatt sein, sondern kann ebenfalls strukturiert sein. Beispielsweise kann die dem Halbleiterkörper 1 abgewandte Oberfläche der dielektrischen Schicht 41 periodisch oder nicht periodisch aufgeraut sein.FIG. 6 shows a schematic sectional illustration of an optoelectronic component according to a fourth exemplary embodiment described here. In this exemplary embodiment, the radiation passage areas 2 of the semiconductor body 1, the intermediate layer 4 and the structured metal layer 3 are structured. On the side facing away from the semiconductor body 1 of the structured metal layer 3 further layers 41, 42 are arranged, which consist of a dielectric material. Also, the intermediate layer 4 is preferably made of a dielectric in this embodiment. The dielectric layers 4, 41, 42 may also be formed in this embodiment as any layer sequences of different dielectric materials. Furthermore, the transition between the dielectric layer 41 and the air does not necessarily have to be smooth, but may also be structured. For example, the surface of the dielectric layer 41 facing away from the semiconductor body 1 may be roughened periodically or not periodically.
Die Dimension der Strukturierungen der strukturierten Metallschicht 3 sowie der dielektrischen Schichten 4, 41, 42 liegt dabei im Bereich der Wellenlänge der vom optoelektronischen Halbleiterbauelement im Betrieb erzeugten elektromagnetischen Strahlung. Die Schichtdicken der dielektrischen Schichten 4, 41 können von wenigen Nanometern bis hin zu mehreren Mikrometern betragen. Die Dicke der strukturierten Metallschicht und damit die Dicke der dielektrischen Schicht 42 liegt vorzugsweise zwischen 20 nm und 200 nm.The dimension of the structuring of the structured metal layer 3 and of the dielectric layers 4, 41, 42 lies in the region of the wavelength of the electromagnetic radiation generated by the optoelectronic semiconductor component during operation. The layer thicknesses of the dielectric layers 4, 41 can be of a few nanometers up to several microns. The thickness of the structured metal layer and thus the thickness of the dielectric layer 42 is preferably between 20 nm and 200 nm.
Als Spezialfall ist es denkbar, dass die drei dielektrischen Schichten 4, 41, 42 aus ein und demselben Material - beispielsweise Siliziumdioxid - bestehen. Dies hat den Vorteil, dass auf beiden Seiten der strukturierten Metallschicht 3 dieselben optischen Eigenschaften vorliegen. Damit ist es möglich, eine resonante Kopplung der beiden Oberflächenplasmonen am Übergang Zwischenschicht 4 /strukturierter Metallschicht 3 und strukturierte Metallschicht 3/dielektrische Schicht 41, zu erzielen, was eine weitere Erhöhung der Transparenz der strukturierten Metallschicht 3 ermöglicht.As a special case, it is conceivable that the three dielectric layers 4, 41, 42 consist of one and the same material, for example silicon dioxide. This has the advantage that the same optical properties are present on both sides of the structured metal layer 3. This makes it possible to achieve a resonant coupling of the two surface plasmons at the transition between the intermediate layer 4 / structured metal layer 3 and the structured metal layer 3 / dielectric layer 41, which allows a further increase in the transparency of the structured metal layer 3.
Die Erfindung ist nicht durch die Beschreibung anhand der Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr umfasst die Erfindung jedes neue Merkmal sowie jede Kombination vonThe invention is not limited by the description with reference to the embodiments. Rather, the invention includes every new feature as well as any combination of
Merkmalen, was insbesondere jede Kombination von Merkmalen in den Patentansprüchen beinhaltet, auch wenn dieses Merkmal oder diese Kombination selbst nicht explizit in den Patentansprüchen oder Ausführungsbeispielen angegeben ist.Characteristics, which in particular includes any combination of features in the claims, even if this feature or this combination is not explicitly stated in the patent claims or embodiments.
Diese Patentanmeldung beansprucht die Priorität der deutschen Patentanmeldung DE 10 2008 003 182.8, deren Offenbarungsgehalt hiermit durch Rückbezug aufgenommen wird. This patent application claims the priority of German Patent Application DE 10 2008 003 182.8, the disclosure of which is hereby incorporated by reference.

Claims

Patentansprüche claims
1. Optoelektronisches Halbleiterbauelement mit - einem Halbleiterkörper (1) , der eine1. Optoelectronic semiconductor component with - a semiconductor body (1), the one
Strahlungsdurchtrittsflache (2) umfasst,Radiation passage area (2) comprises,
- einer Zwischenschicht (4), die direkt auf der Strahlungsdurchtrittsflache (2) des Halbleiterkörpers (1) angeordnet ist und einen niedrigeren optischen Brechungsindex (n4) als das an sie grenzende- An intermediate layer (4), which is arranged directly on the radiation passage area (2) of the semiconductor body (1) and a lower optical refractive index (n4) than the adjacent to them
Halbleitermaterial des Halbleiterkörpers (1) aufweist, undSemiconductor material of the semiconductor body (1), and
- einer strukturierten Metallschicht (3), die auf der dem Halbleiterkörper (1) gegenüberliegenden Oberfläche der Zwischenschicht (4) angeordnet ist.- A structured metal layer (3), which is arranged on the semiconductor body (1) opposite surface of the intermediate layer (4).
2. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Zwischenschicht (4) ein dielektrisches Material enthält oder aus einem solchen besteht.2. An optoelectronic semiconductor device according to the preceding claim, wherein the intermediate layer (4) contains or consists of a dielectric material.
3. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Zwischenschicht (4) aus Siliziumdioxid besteht oder Siliziumdioxid enthält.3. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the intermediate layer (4) consists of silicon dioxide or contains silicon dioxide.
4. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht (4) ein transparentes elektrisch leitfähiges Oxid enthält oder aus einem solchen besteht . 4. The optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the intermediate layer (4) contains a transparent electrically conductive oxide or consists of such.
5. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Zwischenschicht (4) aus einem der folgenden Materialien besteht oder zumindest eines der folgenden Materialien enthält: Indium- Zink-Oxid, Indium-Zinn-Oxid, Zink-Oxid.5. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, in which the intermediate layer (4) consists of one of the following materials or contains at least one of the following materials: indium zinc oxide, indium tin oxide, zinc oxide.
6. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Zwischenschicht (4) eine Schichtenfolge mit zumindest zwei Schichten umfasst, wobei der optische Brechungsindex (n4) der Schichten von der Strahlungsdurchtrittsflache (2) des Halbleiterkörpers (1) in Richtung strukturierter Metallschicht (3) abnimmt .6. The optoelectronic semiconductor component according to claim 1, wherein the intermediate layer comprises a layer sequence with at least two layers, wherein the optical refractive index of the layers extends from the radiation passage area of the semiconductor body toward a structured metal layer. 3) decreases.
7. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die Zwischenschicht (4) eine Schichtenfolge mit zwei Schichten umfasst, wobei die erste, an die7. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the intermediate layer (4) comprises a layer sequence with two layers, wherein the first, to the
Strahlungsdurchtrittsflache grenzende Schicht (4a) aus einem transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht und die zweite Schicht (4b) aus Siliziumdioxid besteht.Radiation passage flat adjacent layer (4a) consists of a transparent electrically conductive oxide and the second layer (4b) consists of silicon dioxide.
8. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die zweite Schicht (4b) , die aus Siliziumdioxid besteht, Ausnehmungen aufweist, in denen elektrische Kontakte (5) zur ersten Schicht (4a) angeordnet sind.8. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the second layer (4b), which consists of silicon dioxide, has recesses in which electrical contacts (5) to the first layer (4a) are arranged.
9. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, bei dem die Zwischenschicht (4) eine Schichtenfolge mit zwei Schichten umfasst, wobei die erste, an die Strahlungsdurchtrittsflache grenzende Schicht (4a) aus einem ersten transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht und die zweite Schicht (4b) aus einem zweiten transparenten elektrisch leitfähigen Oxid besteht.9. The optoelectronic semiconductor component according to claim 6, wherein the intermediate layer (4) comprises a layer sequence with two layers, wherein the first, to the Radiation passage flat adjacent layer (4a) consists of a first transparent electrically conductive oxide and the second layer (4b) consists of a second transparent electrically conductive oxide.
10. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die erste Schicht aus Indium- Zinn-Oxid und die zweite Schicht aus Zink-Oxid besteht.10. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the first layer of indium tin oxide and the second layer consists of zinc oxide.
11. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die strukturierte Metallschicht (3) derart ausgebildet ist, dass im Betrieb im Halbleiterkörper (10) erzeugte elektromagnetische Strahlung Oberflächenplasmonen anregt.11. Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein the structured metal layer (3) is formed such that during operation in the semiconductor body (10) generated electromagnetic radiation excites surface plasmons.
12. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die strukturierte Metallschicht (3) zumindest eines der folgenden Metalle enthält oder aus einem der folgenden Metalle besteht: Gold, Silber, Aluminium.12. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the structured metal layer (3) contains at least one of the following metals or consists of one of the following metals: gold, silver, aluminum.
13. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die strukturierte Metallschicht (3) eine gleichmäßige Dicke von wenigstens 20 nra und höchstens 200 nm aufweist.13. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, wherein the structured metal layer (3) has a uniform thickness of at least 20 nra and at most 200 nm.
14. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem auf der der dem Halbleiterkörper (1) abgewandten Seite der strukturierten Metallschicht eine dielektrische Schicht (41, 42) angeordnet ist, welche aus einem dielektrischem Material besteht.14. Optoelectronic semiconductor component according to one of the preceding claims, wherein on which the semiconductor body (1) facing away from the structured metal layer a dielectric layer (41, 42) is arranged, which consists of a dielectric material.
15. Optoelektronisches Halbleiterbauelement nach dem vorherigen Anspruch, bei dem die dielektrische Schicht (41, 42) aus dem gleichen Material wie die Zwischenschicht (4) besteht. 15. The optoelectronic semiconductor component according to the preceding claim, in which the dielectric layer (41, 42) consists of the same material as the intermediate layer (4).
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