具有對所發射的輻射能透射的導電接觸層的發射輻射的半導體本體的製作方法

2024-04-07 22:46:05

專利名稱：具有對所發射的輻射能透射的導電接觸層的發射輻射的半導體本體的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種被設置為用於發射輻射的晶片。尤其是該晶片在 輻射出射側的表面上具有無線接觸.
背景技術：
本專利申請要求德國專利申請Nr. 102007008524. 0的優先權，其 公開內容通過引用結合於此.
所述類型(比如發光二極體(LED))的光電子器件通常具有兩個 相對的接觸面，其中所述接觸面之一常常被安裝在能夠導電的栽體上、 例如安裝在晶片殼體的配備有金屬化層的區域上.
另一接觸面的電接觸通常利用接合線(Bonddraht)來製造.為了 製造在接合線與要接觸的晶片表面之間的導電連接，晶片表面的區域 配備有金屬層、即所謂的接合焊盤(Bondpad).但是該金屬層所具有 的缺點是，該金屬層在光學上是不透明的，並且由此在該晶片中生成 的光的一部分被吸收，但是，將該接合焊盤的面積減小從技術上來說 只有有限的可能性，並且增加製造成本.
為了減小光電子器件的被設置用於輻射輸出耦合的表面的一部分 被遮蔽這一問題，由JP 09283801 A公知使布置在半導體晶片的表 面上的電極與能夠導電的由銦錫氧化物UTO)製成的透明層無線接觸. 在此，通過由Si02製成的絕緣層使該半導體晶片的側面同導電的透明 層電絕緣.

發明內容
本發明所基於的任務是說明一種晶片，在該晶片的情況下進一 步減小半導體本體的被布置在晶片的輻射出射側上的表面被遮蔽這一 問題.
該任務通過根據權利要求1所述的晶片來解決.本發明的有利的 擴展方案和改進方案是從屬權利要求的主題.根據本發明的晶片包括至少一個半導體本體，其具有發射輻射 的區域；以及此外至少一個笫一接觸區，其被設置為用於電接觸所述 半導體本體並且在橫向上同發射輻射的區域間隔開；以及此外還包括
對所發射的輻射能透射的導電的第一接觸層，其將該半導體本體的位 於晶片的輻射出射側上的表面與第一接觸區相連接，其中該表面是無 吸收輻射的接觸結構的.
優選地，該輻射出射側上的笫一接觸層是無吸收輻射的接觸結構的.
當前，接觸結構尤其可被理解為例如接觸橋(Kontaktsteg)或者 接合焊盤形式的金屬接觸區.因此，第一接觸層不是接觸結構.由於 在該晶片的輻射出射側上缺乏吸收輻射的接觸結構，因此有利地提高 通過該晶片可能的輻射發射.此外，可以在該輻射出射側的表面上有 利地放棄受到遮蔽的接合線，該接合線典型地使布置在輻射出射側的 表面上的接合焊盤與連接區相連接.這可以通過如下實現笫一接觸 層既取代接合焊盤，又取代接合線.當然，在本發明中並不排除藉助 於線連接來電連接該晶片.例如可以藉助於接合線將第一接觸區與電 壓源電連接，
發射輻射的區域包括產生輻射的pn結，在最簡單的情況下，該pn 結可以藉助於彼此毗鄰的p型(p-leitend)和n型半導體層來形成. 優選地，在p型活性層(aktive Schicht)與n型活性層之間構造譬 如摻雜的或者未摻雜的量子層(Quantenschicht)形式的產生輻射的 層，該量子層可以作為單量子阱結構(SQW， Single Quantum Well) 或者多量子阱結構(MQW， Multiple Quantum Well)或者也可以作為 量子線或量子點結構被形成.
在該晶片的優選擴展方案中，第一接觸區在空間上同發射輻射的 區域分開.尤其是發射輻射的區域和其餘的半導體層均不延伸到第一 接觸區，如果情況如此，則優選地在至第一接觸區的過渡處斷開所述 半導體層(例如通過分離縫)，以便防止直接在可以吸收輻射的第一 接觸區之下產生輻射.
因為第一接觸區未被布置在晶片的主光路上，所以可以在不對光 學特性特別地加以考慮的情況下並因此主要在相對較好的導電性或電流分布方面來構造第一接觸區.有利地，在根據本發明的晶片中可以 在同時改善的電接觸的情況下實現改善的輻射發射.
根據優選的實施形式，該表面絕大部分被第一接觸層覆蓋.這意 味著，該表面完全或者幾乎完全被第一接觸層覆蓋，其中在幾乎完全 覆蓋的情況下尤其可以設置絕緣層，該絕緣層例如在該表面上被布置 在邊緣側並在必要時布置在周邊側，
根據特別優選的實施形式，第一接觸層形成在主輻射方向上向外
限制該晶片的層，第一接觸層優選地包含TC0 ( Transparent Conductive Oxide (透明導電氧化物).該TC0例如可以被栽射到或 者蒸發到該半導體本體上.TC0是透明、導電的材料，通常是金屬氣化 物，例如氧化鋅、氧化錫、氧化鎘、氧化鈦、氧化銦或者銦錫氣化物 (IT0)。除了二元金屬氧化物之外(例如Zn0、 Sn(h或者ln203 )，三 元金屬氧化物(例如Zn2Sn04、 CdSn03、 ZnSnO" Mgln204、 GaInO,、 Zn2In205 或者In,Sii30u或者不同透明導電氧化物的混合)也屬於TCO的族.此 外，TCO並不必強制地對應於化學計量組成，也可以是p摻雜或者n摻 雜的.在此，尤其是在既為具有笫一導電性的第一接觸層又為具有第 二導電性的第二接觸層使用TCO時，情況如此.例如，第一接觸層的 TC0可以是p摻雜的，而笫二接觸層的TCO可以是n摻雜的'
根據優選的擴展方案，第一接觸區是接合焊盤或者接觸指 (Kontaktfinger).特別優選地，笫一接觸區包含金屬、譬如Au.第 一接觸區有利地具有比較高的反射比(Reflexionsgrad)，該反射比 尤其可以為90%,在傳統晶片的情況下接近於接合焊盤開始的光束以 大約50%的概率被吸收，與傳統晶片相比，由第一接觸區導致的輻射 損耗比較小.比較高的反射比在總體上可以通過笫一接觸區與半導體 本體相間隔、通過適當地選擇第一接觸區的材料和形狀(例如稜柱形) 來獲得.
根據特別優選的改進方案，笫一接觸區和半導體本體布置在共同
的栽體上.藉助於該栽體，有利地提高晶片的穩定性，這例如使對該
晶片的處理變得容易.
在有利的變型方案中，該晶片具有第二接觸層，該第二接觸層將半 導體本體與第二接觸區相連接以便電接觸半導體本體.第二接觸層同樣能夠無線地接觸半導體本體.可以藉助於導電的粘合刑使半導體本 體與第二接觸區既以機械又以電的方式連接。
有利地，將第二接觸區施加在栽體上.特別有利地，在將至少一 個半導體本體安裝在栽體上之前在該栽體上構造第二接觸區.適宜地，
第二接觸區被構造為金屬的.第二接觸區尤其可以包含Au、 Al、 Ag、 AuZn.這種材料此外適用於將笫二接觸區構造為反射層。
根據優選的實施形式，第二接觸區是適於將射到上面 (auftreffend)的輻射在主輻射方向上發射的反射層.因此可以有利 地提高由晶片發射的輻射.
根據另一優選的實施形式，第一接觸區從栽體出發在垂直方向上 布置在笫二接觸區之後.
當前，主輻射方向和垂直方向兩者都表示與生長方向平行的方向， 其中半導體本體的半導體層在該生長方向上生長。
優選地，第二接觸層布置在半導體本體與第二接觸區之間，並與 第二接觸區一起形成鏡。第二接觸層尤其對於所發射的輻射是能透射 的。於是，由第二接觸層傳遞的輻射可以在反射層處被反射.例如， 第二接觸層可以包含TCO.在為第一和笫二接觸層使用相同材料的情況 下，可以將該半導體本體完全嵌入到該材料、尤其是TC0中.
為了防止短路，可以在第一接觸區與笫二接觸區之間布置絕緣層， 附加地，優選如此布置該絕緣層，使得防止在半導體本體的p型區域 與n型區域之間的短路.在這種情況下，可以將絕緣層的一部分施加 在半導體本體的側面上.對絕緣層適用的材料例如為氮化矽或者氧化 矽.
在笫一變型方案中，該晶片至少具有第一半導體本體和笫二半導 體本體，其在橫向上相間隔，並且在所述笫一和第二半導體本體之間 布置第一接觸區.這種布置尤其是在優選地具有大於大約400 Mm的邊 長的較大晶片的情況下是有利的，因為在此情況下藉助於以接觸柵格 形式布置的笫 一接觸區可以實現足夠的電流分布.
在第二變型方案中，該晶片具有帶有中央缺口的半導體本體，在 該中央缺口中布置笫一接觸區.這種構造尤其適用於較小的、優選地 具有最高達大約400 1im的邊長的晶片.根據優選的實施形式，晶片是薄膜發光二極體晶片.薄膜發光二
極管晶片的特徵尤其在於下列特徵中的至少一個
-在產生輻射的外延層序列的朝向栽體元件的第一主面處施加或 者構造反射層，該反射層將在外延層序列中產生的電磁輻射的至少一 部分反射回該外延層序列；
-外延層序列具有在20Mm或者更小的範圍中的、尤其是在lpm 至2Mm的範圍中的厚度；以及
-外延層序列包含至少一個半導體層，該半導體層具有至少一個 有混合結構(Durchmischungsstruktur )的面，該混合結構在理想情 況下導致光近似各態歷經地分布在外延式的外延層序列中，也就是i兌， 該混合結構具有儘可能各態歷經隨機的散射特性。
薄膜發光二極體晶片的基本原理例如在I. Schnitzer等人的Appl. Phys. Lett. 63 (16) ( 1993年10月18日，2174 - 2176 )中被說明，其 公開內容就該方面來說通過引用結合於此.
薄膜發光二級管晶片良好近似地是朗伯(Lambert)表面輻射器， 並因此特別好地適於應用在聚光燈中.
半導體本體可以具有基於磷化物化合物半導體的層."基於磷化
物化合物半導體"在此意味著這樣表示的器件或者器件的一部分優 選地包括AlnGa.Iiw.P，其中Osnsl, Osmsl且n + m《1,在此，該材 料並不必強制地具有根據上述公式的數學上精確的組成，更確切地說， 該材料可以具有一種或多種摻雜物質或附加成分，所述摻雜物質或附 加成分基本上不改變該材料的物理特性.但是為了筒單起見，上述公 式僅僅包含晶格的主要成分(Al， Ga， In, P)，即使這些成分可以部 分地通過少量的其它物質代替.
可替換地，該半導體本體可以具有基於氮化物化合物半導體的層. "基於氮化物化合物半導體"在此意味著活性外延層序列或者其至少 一層包括氮化物-III/V化合物半導體材料、優選地AlnGa.In,十.N,其中 Osn《1， 0《m《l且n + n^1.在此，該材料並不必強制地具有根據上述 公式的數學上精確的組成.更確切地說，該材料可以具有一種或多種 摻雜物質或附加成分，所述摻雜物質或附加成分基本上不改變 ALGa,Inh-.N材料的所表徵的物理特性，但是為了簡單起見，上述公式僅僅包含晶格的主要成分(Al， Ga， In, N),即使這些成分可以部分 地通過少量的其它物質代替.
薄膜發光二極體晶片的外延層序列尤其是在使用基於氮化物化合 物半導體的材料的情況下可以具有小於1 pin的厚度。
有利地，在此所述的晶片的情況下，在半導體本體中不需要電流 擴張層(Stromaufweitungschicht)，因為藉助於第一接觸層可實現 足夠的電流擴張.因此，可以構造具有最高為2pm厚度的外延層序列.
對該晶片的輻射強度的進一步改善可以通過如下來實現半導體 本體的布置在輻射出射側的表面具有耦合輸出元件.例如，可以使該 表面粗糙，具有微稜鏡或者光子晶體。


下面根據五個實施例結合圖1至圖5對本發明作進一步的闡述。 其中
困1示出了根據本發明的晶片的第一實施例的橫截面示意圖， 圖2示出了根據本發明的晶片的第二實施例的橫截面示意圖， 圖3示出了根據本發明的晶片的第三實施例的橫截面示意圖， 圖4示出了根據本發明的晶片的第四實施例的橫截面示意圖， 圖5示出了根據本發明的晶片的笫五實施例的橫截面示意圖. 在所述圖中，相同的或者作用相同的元件配備有相同的附圖標記。
具體實施例方式
圖1中的示意圖示出了通過晶片100的橫截面，其中截面平行於 晶片IOO的側面.晶片100包括單獨的半導體本體4，所述半導體本體 4有規律地布置在栽體6上，優選地，半導體本體4形成矩陣樣式，該 矩陣樣式在該情況下由三行和三列形成.尤其是在具有優選地大於大 約400 um的邊長的較大晶片的情況下劃分成多個半導體本體.因為在 該擴展方案中，可以藉助於多個笫一接觸區5來實現在晶片100中有 利的均勻的電流分布.
每個半導體本體4都被布置在兩個笫一接觸區5之間.笫一接觸 區5尤其是接觸指，所述接觸指沿著布置有半導體本體4的列和行線狀地(linienartig)延伸.因此第一接觸區5形成接觸柵格，該接觸 柵格負責在晶片100中有利的電流分布.笫一接觸區5有利地被構造 為金屬的，其中具有有利的導電能力和有利的反射比的金屬、例如Au 是適用的.除了電供應，第一接觸區5還適用於反射射到上面的輻射. 射到上面的輻射尤其是被偏轉到主輻射方向(在圖1中由箭頭表示) 上.這可以通過笫一接觸區5的傾斜走向的側面來實現。如圖l所示， 第一接觸區5的橫截面形狀可以為梯形.
半導體本體4和第一接觸區5被嵌入到第一接觸層1中.第一接 觸層1為導電的，並且對於由半導體本體4的活性區所發射的輻射是 能透射的。對第一接觸層l適用的材料例如為TC0。因為笫一接觸層l 完全覆蓋了半導體本體4的位於晶片100的輻射出射側IO上的表面9, 並且此外沒有吸收輻射的接觸結構位於表面9上，因此可以在不遮蔽 表面9的情況下電連接半導體本體4.雖然半導體本體4的側面被第一 接觸層l覆蓋，但是不必擔心短路，因為該側面接觸對於半導體本體4 的運行而言是足夠有限的.
第一接觸區5布置在絕緣層8上，該絕緣層8使第一接觸區5同 第二接觸區3電絕緣.此外，藉助於絕緣層8使第一接觸層1同第二 接觸層2電絕緣，絕緣層8例如包含氮化矽或者氣化矽，並且在本實 施例中被結構化，使得半導體本體4與第二絕緣區3之間的區域基本 上沒有絕緣層8.在該區域中布置第二接觸層2，藉助於該第二接觸層 2將半導體本體4與第二接觸區3以電和機械的方式連接.優選地，第 二接觸層2對於由半導體本體4產生的輻射是能透射的，並且特別優 選地包含TCO.利用該特性，接觸層2與第二接觸區3—起尤其是形成 鏡(Spiegel)，從而以大的概率將射到上面的輻射反射到主輻射方向.
第二接觸區3完全覆蓋載體6的朝向半導體本體4的表面.優選 地，第二接觸區3包含金屬或者金屬化合物、例如Au、Al、Ag或者AuZn,
在所示情況下，藉助於背面接觸7能夠電連接晶片100.在此，栽 體6包含導電的材料、譬如金屬或者半導體.
半導體本體4是薄膜半導體本體，其中生長襯底完全地或者除少 量剩餘之外被分離，因此半導體本體4具有發射輻射的區域以及n型 和p型覆蓋層，其是外延層序列12的一部分或形成外延層序列12.外延層序列12的厚度最高為2 Mm,其中可以使得該厚度保持得如此小， 因為由於第一接觸層l，在半導體本體4中不需要電流擴張層.
在圖2所示的晶片100中，半導體本體4嵌入到TC0中.共同包 圍半導體本體4的第一接觸層1和第二接觸層2通過絕緣層8相互電 絕緣.
在該實施例中，半導體本體4的側面並不被接觸層1覆蓋，而是 被絕緣層8覆蓋.因此有利地中斷了側面接觸.
半導體本體4布置在不導電的栽體6上。栽體6例如可以包含具 有較高導熱能力的用於冷卻晶片100的陶瓷材料.於是，在栽體側不 藉助於背面接觸來實現電連接，而是優選地藉助於導電的接觸指來實 現電連接，所迷接觸指布置在與第二接觸區3相同的層面上並與該第 二接觸區3電連接.
在笫一接觸區5和與笫二接觸區3連接的接觸指上可以分別接合 接合線，其中所述接合線連接到電源的不同極.
在圖1和圖2的實施例中第二接觸區3是被施加到栽體6的表面 上的厚度均勻的層，而圖3所示的晶片100的第二接觸區3具有凹陷 和突起，所述突起的側面為傾斜的，其中所述突起的側面同時形成所 述凹陷的側面.所述突起尤其是以微稜鏡的形式來構造，所述微稜鏡 有利地改善輻射耦合輸出.在所述凹陷中放入半導體本體4，其中通過 絕緣層8防止半導體本體4與笫二接觸區3之間的直接接觸.絕緣層8 覆蓋所述突起而不覆蓋所迷凹陷的底部.在半導體4與第二接觸區3 之間由此產生的空腔被笫二接觸層2填充.
在垂直方向上，笫一接觸區5布置在所迷突起之後.第一接觸區5 嵌入在第一接觸層l中，其中第一接觸層l是向外限制晶片100的層.
在圖4所示的實施形式中，不僅第二接觸區3而且第二接觸層2 都是非結構化的層.因此，與在閨1至困3中所示的實施例相反，由 第二接觸區3和第二接觸層2形成的鏡同樣是非結構化的，在該擴展 方案中，有利地減少了製造耗費，因為取消了結構化步驟，
半導體本體4布置在厚度均勻的第二接觸層2上.絕緣層8覆蓋 第二接觸層2和半導體本體4，並且僅僅在表面9處中斷，從而表面9 能夠幾乎完全地被第一接觸層1覆蓋.在存在於半導體本體4之間的溝中以及同樣在邊緣處，在第一接觸層1上施加第一接觸區5.雖然在 該實施例中第一接觸層1不形成度蓋層，但是晶片IOO在輻射出射倒 IO上不具有突出的元件.這可以通過如下來實現將笫一接觸區5沉 沒在所述溝中.
圖5示出了晶片100的變型方案，該晶片100在尺寸方面與困1 至圖4中所示的實施例不同.該設計適用於較小的晶片、尤其是具有 小於400 Mm的邊長的晶片.晶片IOO包括具有缺口 (Druchbruch) 11 的單塊式半導體本體4.缺口 ll有利地設置在中央，從而藉助於布置 在缺口 11內的第一接觸區5能夠給半導體本體4各向同性地供電.同 樣如前面的實施例那樣，在第一接觸區5之下沒有適用於發射輻射的 半導體層，使得第一接觸區5未布置在晶片100的主光路上，因此不 發生遮蔽.除此之外，由於第一接觸區5，不必擔心明顯的輻射減少， 因為藉助於接觸區5，射到上面的光束要麼被偏轉到主輻射方向，要麼 被反射到半導體本體4中，其中光束從那裡可以再次被輛合輸出，
缺口 11被絕緣層8覆蓋，其中絕緣層8延伸直至半導體本體4的 表面9.但是，表面9絕大部分被第一接觸層l覆蓋.此外，第一接觸 層1覆蓋絕緣層8並且包圍第一接觸區5的下部.
本發明並不局限於根據實施例的描述.更確切地說，本發明包括 每個新的特徵以及這些特徵的每種組合，尤其是包含在權利要求書中 的特徵的每種組合，即使該特徵或者該組合本身未在權利要求書或者 實施例中予以明確說明，
權利要求
1.晶片(100)，具有至少一個半導體本體(4)，其具有發射輻射的區域；至少一個第一接觸區(5)，其被設置用於電接觸半導體本體(4)並且在橫向上同發射輻射的區域相間隔；以及對所發射的輻射能透射的導電的第一接觸層(1)，其將半導體本體(4)的位於晶片(100)的輻射出射側(10)上的表面(9)與第一接觸區(5)相連接，其中表面(9)沒有吸收輻射的接觸結構。
2. 根據權利要求1所述的晶片(100)，其中輻射出射側上的第一 接觸層(1)沒有吸收輻射的接觸結構。
3. 根據權利要求1或2所述的晶片(100)，其中第一接觸區(5) 在空間上同發射輻射的區域分開.
4. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中表面(9)絕大 部分被第一接觸層(5)覆蓋.
5. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中第一接觸層(l) 形成在主輻射方向上向外限制晶片(100)的層。
6. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中第一接觸層(5) 包含TCO.
7. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中第一接觸區(5) 是接合焊盤或者接觸指.
8. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中笫一接觸區(5)被構造為金屬的.
9. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中第一接觸區(5) 和半導體本體(4)布置在共同的栽體(6)上.
10. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中晶片(100) 具有笫二接觸層(2),所述第二接觸層(2)將半導體本體(4)與第 二接觸區(3)相連接用於電接觸半導體本體(4)。
11. 根據權利要求9和10所述的晶片(100),其中第二接觸區(3) 施加在栽體(6)上。
12. 根據權利要求11所述的晶片(100)，其中笫一接觸區(5)從 栽體(6)出發在垂直方向上布置在第二接觸區(3)之後.
13. 根據權利要求10至12之一所述的晶片(100),其中第二接觸 區(3)被構造為金屬的.
14. 根據權利要求13所述的晶片(100)，其中第二接觸區(3)是 反射層，
15. 根據權利要求14所述的晶片(100)，其中第二接觸層(2)布 置在半導體本體(4)與第二接觸區(3)之間，並與第二接觸區(3) 一起形成鏡，
16. 根據權利要求10至15之一所述的晶片(100)，其中第二接觸 層(2)對所發射的輻射是能透射的.
17. 根據權利要求10至16之一所述的晶片(100),其中第二接觸 層(2)包含TCO.
18. 根據權利要求10至17之一所述的晶片(100)，其中在第一接 觸區(5)與笫二接觸區(3)之間布置絕緣層(8).
19. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中晶片(100) 具有第一和第二半導體本體(4)，所述第一和第二半導體本體(4) 在橫向上相間隔，並且在所述第一和笫二半導體本體(4)之間布置第 一接觸區(5)。
20，根據權利要求1至18之一所述的晶片(100),其中晶片(100) 具有帶有中央缺口 (11)的半導體本體(4)，在該中央缺口中布置笫 一接觸區(5).
21. 根據前述權利要求之一所述的晶片(100)，其中晶片(100)是薄膜發光二極體晶片.
22. 根據權利要求21所述的晶片(100)，其中薄膜發光二極體芯 片的外延層序列(12)具有最高為2pm、優選地為l;im的厚度.
全文摘要
根據本發明的一種晶片(100)，包括至少一個半導體本體(4)，其具有發射輻射的區域；和至少一個第一接觸區(5)，其被設置用於電接觸半導體本體(4)並且在橫向上同發射輻射的區域相間隔；此外還包括對所發射的輻射能透射的導電的第一接觸層(1)，其將半導體本體(4)的位於晶片(100)的輻射出射側上的表面與第一接觸區(1)相連接，其中該表面沒有吸收輻射的接觸結構。
文檔編號H01L33/00GK101617414SQ200880005826
公開日2009年12月30日 申請日期2008年1月31日 優先權日2007年2月21日
發明者R·沃思 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司