[發(fā)明專利]光電子半導(dǎo)體芯片和用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201280053075.5
• 申請日: 2012-10-11
• 公開（公告）號: CN103907210A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 馬丁·魯?shù)婪颉へ惲指?/a>;馬庫斯·布勒爾;克里斯托夫·克倫普
• 申請（專利權(quán)）人: 歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司
• 主分類號: H01L33/22
• 分類號: H01L33/22
• 代理公司: 北京集佳知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11227
• 代理人: 丁永凡;張春水

技術(shù)領(lǐng)域

提出一種光電子半導(dǎo)體芯片。此外，提出一種用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法。

發(fā)明內(nèi)容

要實現(xiàn)的目的在于，提出一種光電子半導(dǎo)體芯片，所述光電子半導(dǎo)體芯片具有高的光耦合輸出效率。

根據(jù)光電子半導(dǎo)體芯片的至少一個實施形式，所述光電子半導(dǎo)體芯片包括半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有用于產(chǎn)生電磁輻射的至少一個有源層。半導(dǎo)體層序列具有光出射側(cè)。光出射側(cè)尤其通過半導(dǎo)體層序列的平面的邊界面形成，所述邊界面位于半導(dǎo)體層序列的背離載體的一側(cè)上并且優(yōu)選垂直于半導(dǎo)體層序列的生長方向定向。

半導(dǎo)體層序列優(yōu)選基于III-V族化合物半導(dǎo)體材料。半導(dǎo)體材料例如是氮化物化合物半導(dǎo)體材料如Al_nIn_1-n-mGa_mN或也是磷化物化合物半導(dǎo)體材料如Al_nIn_1-n-mGa_mP或者也是砷化物化合物半導(dǎo)體材料如Al_nIn_1-n-mGa_mAs，其中分別有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，半導(dǎo)體層序列能夠具有摻雜物以及附加的組成成分。然而，為了簡單性僅說明半導(dǎo)體層序列的晶格的主要組成成分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使這些主要組成成分能夠部分地由少量的其他物質(zhì)替代和/或補充時也如此。

半導(dǎo)體層序列包括設(shè)立為用于產(chǎn)生電磁輻射的至少一個有源層。有源層尤其包含至少一個pn結(jié)和/或至少一個量子阱結(jié)構(gòu)。由有源層在運行中產(chǎn)生的輻射尤其位于400nm和1050nm之間或430nm和650nm之間的光譜范圍中，其中包含邊界值。

根據(jù)至少一個實施形式，半導(dǎo)體芯片具有光耦合輸出層。光耦合輸出層間接地或優(yōu)選直接地安置在半導(dǎo)體層序列的光出射側(cè)上。光耦合輸出層設(shè)立為用于：提高在有源層中在半導(dǎo)體芯片運行時產(chǎn)生的輻射從半導(dǎo)體層序列中以及從半導(dǎo)體芯片中耦合輸出效率。

根據(jù)半導(dǎo)體芯片的至少一個實施形式，光耦合輸出層包括納米晶體或由納米晶體構(gòu)成。光耦合輸出層和/或納米晶體由下述材料成形或由這樣的材料構(gòu)成，所述材料對于在有源層中產(chǎn)生的輻射而言具有至少1.5或至少2.0或至少2.5的折射率。換言之，光耦合輸出層和/或納米晶體由光學(xué)高折射的材料形成。

在參考文獻(xiàn)US2011/0215295A1中說明納米晶體。該參考文獻(xiàn)的公開內(nèi)容通過參考并入本文。

根據(jù)至少一個實施形式，納米晶體的和/或光耦合輸出層的材料的折射率與半導(dǎo)體層序列的中位折射率偏差最多1.5或者最多0.5或最多0.25。換言之，因此納米晶體的和/或光耦合輸出層的以及半導(dǎo)體層序列的材料的折射率彼此相似。

根據(jù)半導(dǎo)體芯片的至少一個實施形式，納米晶體是輻射不活躍的。換言之，因此納米晶體不設(shè)立為用于在光電子半導(dǎo)體芯片運行時產(chǎn)生電磁輻射或者將在有源層中產(chǎn)生的輻射轉(zhuǎn)換成不同波長的輻射。特別地，納米晶體不具有用于產(chǎn)生電磁輻射的有源區(qū)域和/或不具有用于波長轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換介質(zhì)。

在光電子半導(dǎo)體芯片的至少一個實施形式中，所述光電子半導(dǎo)體芯片包括半導(dǎo)體層序列，所述半導(dǎo)體層序列具有用于產(chǎn)生電磁輻射的有源層。半導(dǎo)體層序列具有光出射側(cè)，所述光耦合輸出層安置在光出射側(cè)上。光耦合輸出層包括由對于所產(chǎn)生的輻射而言透射的材料制成的輻射不活躍的納米晶體或由其制成。對于在有源層中所產(chǎn)生的輻射而言，納米晶體的和/或光耦合輸出層的材料的折射率為至少1.5或至少2.0或至少2.2。

例如用于發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料、如AlInGaN或InGaAlP優(yōu)選具有相對高的折射率。由此，光在半導(dǎo)體層序列的邊界面上由于全反射大部分地沿進(jìn)入半導(dǎo)體層序列中的方向向回反射。由此，能夠顯著地降低效率，因為在半導(dǎo)體層序列中和/或在電接觸部上能夠出現(xiàn)吸收損耗。

提高光耦合輸出效率的可行性在于，將半導(dǎo)體層序列的表面結(jié)構(gòu)化，尤其設(shè)有粗化部。這樣的粗化部能夠以濕化學(xué)方式產(chǎn)生和/或通過掩膜工藝和通過接下來的刻蝕以光刻的方式產(chǎn)生。然而，通過產(chǎn)生粗化部需要更厚的半導(dǎo)體層序列，這提高半導(dǎo)體層序列的生長時間。通過施加光耦合輸出層的納米晶體能夠在要生長的半導(dǎo)體層序列相對薄的同時實現(xiàn)高的光耦合輸出效率。

根據(jù)半導(dǎo)體芯片的至少一個實施形式，光耦合輸出層的和/或納米晶體的材料與半導(dǎo)體層序列的材料不同。特別地，光耦合輸出層以及半導(dǎo)體層序列基于不同的材料體系。半導(dǎo)體層序列的和光耦合輸出層的主要材料組成成分能夠彼此不同。例如，納米晶體的材料不是半導(dǎo)體材料GaN。