產生輻射的半導體晶片的製作方法

2023-06-01 04:35:16

專利名稱：產生輻射的半導體晶片的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種具有一層發光活性層的產生輻射的半導體晶片。
DE 198 07 758 A1公開了這種半導體晶片，該導體晶片具有一個設置在一襯底上的異質結構，該異質結構具有若干p型和n型摻雜外延層。沿p型和n型外延層之間的界面構成一層活性層，在該活性層中產生光子。
為了改善這種公知的半導體晶片的光輸出，該半導體晶片做成稜錐形。通過傾斜的側面確保了由該活性層產生的光線在少量反射到側面上後，都可離開該半導體晶片。
這種公知的半導體晶片的一個缺點是，發光效率沒有根據幾何比例和折射率預期的那麼高，其主要原因是由於光束通過材料和反射到側面上的吸收損耗所致。
本發明的目的是，根據這個先有技術提出一種具有改善的光輸出的半導體晶片。
根據本發明，這個目的是這樣實現的，該活性層被分成許多區段，這些區段具有垂直於該活性層延伸的側面。
通過把該活性層分成許多區段，擴大了側面的總面積。此外，從活性層的每一個發光點看去，在一個較大的空間角下面都露出相應的最近的側面。所以從活性層的發光點射出的光束的大部分可直接射到一個側面上並在該處從該半導體晶片射出。
通過把該活性層分成許多區段雖然損失了整個用於發光的活性層的很小一部分，但因此而明顯提高了光輸出。所以總的來說，通過提出的種種措施提高了發光效率。
其他的有利結構可從各項從屬權利要求中得知。
下面結合附圖來說明本發明的實施例。附圖表示

圖1a和b 常規半導體晶片的活性層內的光束的走向；圖1c和d 本發明半導體晶片內的光束的走向；圖2 半導體晶片的一個改進實施例的一個橫截面，此時活性層內的切口具有傾斜的側面；圖3 另一個改進實施例的一個橫截面，此時活性層內的切口具有側面凹進去的部分；圖4又一個實施例的一個橫截面，此時活性層由許多相互傾斜的、平面的區段組成；圖5圖3橫截面的放大部分圖；圖6至8 本發明各一個半導體晶片的俯視圖。
圖1a表示一個常規的光電子半導體晶片1，該晶片設置在一個具有一主面的襯底2上，在該襯底上有一層活性層3。
在活性層3設置有接觸點4，這些接觸點4也導致半導體晶片1的損耗。例如一個從活性層3內部的一個發光點6發出的光束5首先反射到一個下側7，然後反射到一個表面8。其中，光束5射到接觸點4的下側並在該處被部分吸收。這同樣適用於下側7和表面8的反射。每次反射都導致光束5的強度的一部分的損耗。此外，在通過活性層3的材料時也有損耗。所以從活性層3的一個側面9射出的光束5已被明顯減弱。
此外，從發光點6發出的光線只以一個較小的空間角部分直接射到側面9，這可從圖1b一目了然。從發光點6看出，側面9暴露在那些位於空間角範圍以外的光束都或多或少地反射到活性層3的下側7和上側8並由此減弱了它們的強度。
為了提高光輸出，在圖1c和1d所示的半導體晶片10中設置一些切入活性層3的切口11，通過這些切口把活性層3分成若干部分區段12。
本發明的活性層是指半導體晶片1的那些有助於發光的層。這些層不但包括那些發光的區域，而且也包括鄰接的載流層。此外，在襯底(2)上可設置一個層序列，這個層序列含有該活性層(3)。這個層序列的其他各層例如可用於活性層的接通、晶格匹配、電流導通或光場的導引。
為簡化起見，在附圖的襯底上只示出了一層3，該層在下面簡稱為活性層。也可理解為一個包括該活性層的層序列，這個層序列組成圖中的層3。
此外，還應當指出，本發明光束的概念不只是指在可見波長範圍內具有波長的光束。確切地說，這裡提出的概念原是上適用於任何一種電磁輻射，特別是適用於紅外線到紫外線的整個光譜範圍內的光線。所以，在幾何光學範圍內使用的光束概念不應當包含電磁輻射的一定的波長。
活性層3的區段例如在該活性層的俯視圖中可呈瓷磚狀布置。這裡可理解為按一個重複的圖案在活性層的平面內的一個平面布置。
根據本發明，作為這個層序列尤其是這個活性層3的材料最好用GaN基半導體材料，例如GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。這些層序列可用外延法製成，其中作為外延襯底優先使用SiC襯底、藍寶石襯底或Si襯底以及由此形成的複合襯底。
通過把活性層3分成許多區段保證了從發光點6發出的光束5在光量反射後射到切口11的側面13之一上。由於這些區段12的小面積的延伸，所以從發光點6看去，這些側面13暴露在一個大的空間角下面。這就是說，從發光點6發出的光線的相當大的部分都直接射到側面13上並在該處向外發射。這尤其可從圖1d清楚看出。
從切口11輸出的光線應當儘可能不在對應的側面13上重新輸入活性層3。這個目的可通過切口11的側面13的特殊造型來實現。
這些側面13例如可做成傾斜的，如圖2所示。一個在活性層3的主延伸方向傳播的即基本上平行於一個通過活性層3確定的層平面延伸的光束14在穿過側面13時朝切口11的一個底部15的方向反射，這個光束下面稱為主光束14。在底部15，主光束14射到襯底2上並在該處反射。如果切口11足夠寬，光束14則可輸出。這特別意味著光束14離開半導體晶片，而不再進入層序列或射到活性層3上。
所以在圖2所示的半導體晶片16時，不存在從活性層3發出的光束重新輸入活性層3的危險。
圖3表示另一種可能性。在圖3所示的半導體晶片17時，切口從襯底開始朝活性層的襯底對應一側的方向逐漸縮小。這裡的切口11側向凹進很多，所以主光束14在側面13上可達到全反射。該側面的傾斜度是這樣選擇的，使側面13上的主光束14以一個大的角度尤其是以一個直角射到表面8上並在該處發射。
最後，還存在活性層3由相互傾斜的、平的區段18組成的可能性。在活性層3的這種布置時，一個區段18的側面由相鄰區段18之一的上側8或下側7構成。為了在上側8或下側7上不產生全反射，傾斜角7必須大於全反射的臨界角，其中全反射的臨界角通過sinαc＝n2/n1確定。式中n2為與活性層3鄰接的介質的折射率，n1為活性層3的折射率。
圖5表示切口11象圖3那樣側凹的情況。在這種情況中，切口11的側面角α1介於0°和全反射的臨界角αc之間。所以這種情況中，主光束14在上側B的方向內折射。為了阻止主光束14射到相對的側面13上，切口11的寬度必須選擇足夠大。從圖5可清楚看出為此提出的這個條件，即切口11的寬度b必須為bh2tan(2-1)]]>令sin1=n1n2sin2]]>式中h為活性層3的厚度，α1和α2分別為側面13的平面垂線與入射光束14與出射光束14之間的角度，n1和n2分別為活性層13和切口11的折射率。就這樣實現了該光束在該切口的側面上產生折射並隨即離開半導體晶片。這特別意味著該光束不再射入該層序列。
切口11的面積結構可考慮用不同的形狀。圖6和7表示兩種可能性圖6表示切口11做成十字狀，圖7表示切口做成另一種安德列斯十字形(Andreas kreuz)。
這裡所述的措施也可與其他的措施組合來提高光輸出。例如側面9以及上側8可進行適當的打毛處理。此外，側面13和上側8可設置溝槽或類似的不平度來提高光輸出；這種實施例如圖8所示，在該處，活性層的俯視圖呈郵票狀。
權利要求
1.產生輻射的半導體晶片，包括一個具有一主面的襯底(2)和一個布置在襯底(2)的主面上的層序列，該層序列包括一層輻射的活性層(3)，其特徵為，活性層(3)被分成許多區段(12，18)，它們具有垂直於活性層(3)延伸的側面(7，8，13)。
2.按權利要求1的半導體晶片，其特徵為，活性層(3)或該層序列被切口(11)分段。
3.按權利要求1或2的半導體晶片，其特徵為，切口(11)完全切斷活性層(3)。
4.按權利要求3的半導體晶片，其特徵為，切口(11)從層序列的背離襯底(2)的一側延伸到襯底(2)的主面或伸入襯底(2)中。
5.按權利要求1至4任一項的半導體晶片，其特徵為，活性層(3)被分成瓷磚狀。
6.按權利要求2至5任一項的半導體晶片，其特徵為，這些切口(11)的至少一個具有一側面(13)，該側面朝襯底(2)的主面按一個預定的、不等於90°的角度布置。
7.按權利要求2至6任一項的半導體晶片，其特徵為，從層序列的與主面相對的一側朝襯底(2)方向看去，這些切口(11)中至少一個逐漸縮小。
8.按權利要求6或7的半導體晶片，其特徵為，該切口具有一個底面(15)，且切口(11)的側面(13)之間的距離是這樣選擇的，即在活性層(3)內產生的輻射的至少一部分可射到切口(11)的底面(15)上。
9.按權利要求8的半導體晶片，其特徵為，平行於活性層(2)的一個主延伸方向傳播的輻射部分射到底面(15)上。
10.按權利要求8或9的半導體晶片，其特徵為，切口(11)的側面(13)之間的距離是這樣選擇的，即射到底面(15)的輻射的至少一部分可反射到底面(15)並隨即從半導體晶片輸出。
11.按權利要求2至5任一項的半導體晶片，其特徵為，從主面看去，這些切口的至少一個在背離該主面的層序列的一側的方向內逐漸縮小。
12.按權利要求11的半導體晶片，其特徵為，側面(13)將在活性層(3)內產生的輻射的至少一部分全反射。
13.按權利要求12的半導體晶片，其特徵為，平行於活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分被側面(13)全反射。
14.按權利要求11的半導體晶片，其特徵為，該切口的側面(13)出射平行於活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分。
15.按權利要求14的半導體晶片，其特徵為，側面(13)之間的距離是這樣選擇的，即平行於活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分(14)在折射到一個側面(13)上以後直接離開該半導體晶片。
16.按權利要求1或2的半導體晶片，其特徵為，活性層(3)被分成若干平面的、相互按一定角度布置的區段(18)，這些區段的上側(8)和下側(7)分別構成相鄰區段(18)的側面(13)。
17.按權利要求16的半導體晶片，其特徵為，一個區段(18)的上側(8)和下側(7)出射相鄰區段(18)的沿活性層(3)延伸的主光束(14)。
18.按權利要求1至17任一項的半導體器件，其特徵為，襯底(2)含有矽、氧化矽、碳化矽或藍寶石。
19.按權利要求1至18任一項的半導體晶片，其特徵為，層序列含有GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。
20.按權利要求20的半導體晶片，其特徵為，活性層(3)含有GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。
21.按權利要求1至20任一項的半導體晶片，其特徵為，該層序列外延生長在襯底(3)上。
全文摘要
本發明涉及一種半導體晶片(10)。為了提高光輸出，活性層(3)通過切口(11)切斷。這樣，從產生光的一個點(6)看去，活性層(3)的側面(9)便暴露在一個大的空間角下並縮短了活性層(3)內的光程。
文檔編號H01L33/08GK1441971SQ01812608
公開日2003年9月10日 申請日期2001年7月10日 優先權日2000年7月10日
發明者D·埃澤爾特, V·海勒, U·施特勞斯, U·策恩德爾 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司