CN107425413A - 发光半导体芯片和用于制造发光半导体芯片的方法 - Google Patents

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Abstract

提出一种发光半导体芯片(100)，其具有第一半导体层(1)，所述第一半导体层至少是设为用于产生光的有源层的一部分并且沿着至少一个延伸方向具有材料组成的横向变化。此外，提出一种用于制造半导体芯片(100)的方法。

Description

发光半导体芯片和用于制造发光半导体芯片的方法
相关申请的交叉参考
本申请要求德国专利申请10 2016 108 892.7的优先权，其公开内容通 过参考结合于此。
技术领域
提出一种发光半导体芯片和一种用于制造发光半导体芯片的方法。
背景技术
对于多种基于激光器的应用，例如投影应用，缺少适当的、以多个 波长发射的激光二极管，其中波长限定地变化。此外，对于激光投影会 非常有利的是：激光源能够产生轻微变化的波长，以便借此减少散斑图 案的出现。对于借助波长多路复用进行的消息传输以及在生物传感技术 中也需要具有不同波长的激光源。
对于之前提到的应用，通常选择具有相应不同发射波长的不同的激 光二极管，然而这由于具有不适当波长的激光二极管的废品而造成高的 物流耗费和减小的产量。具有不同波长的选择出的激光二极管此外必须 单独地焊接。此外，必须为各个激光二极管分别设有相应的热沉、键合 线和壳体。此外，由于不可避免的安装公差，必要的是：单独校准对每 个二极管所需的光学元件。由此，得到高的安装成本和变差的产量。附 加地，强烈限制最小可行的构型尺寸，这加难或甚至妨碍在如下应用中 的使用：在所述应用中，紧凑性具有决定性意义。
发明内容
特定的实施方式的至少一个目的是：提出一种发光半导体芯片。特 定的实施方式的至少一个目的是：提出一种用于制造发光半导体芯片的 方法。
所述目的通过根据独立权利要求的设备和方法来实现。设备的和方 法的有利的实施方式和改进方案的特征在于从属权利要求并且还从下 面的描述和附图中得到。
根据至少一个实施方式，半导体芯片具有至少一个第一半导体层。 第一半导体层尤其能够是具有多个半导体层的半导体层序列的一部分。 半导体芯片尤其能够构成为发光半导体芯片，例如构成为发光二极管芯 片或激光二极管芯片。
根据至少一个实施方式，在用于制造半导体芯片的方法中，生长至 少一个第一半导体层。第一半导体层尤其能够是半导体层序列的一部 分。
之前和随后描述的实施方式同样涉及用于制造半导体芯片的方法 以及涉及半导体芯片。
半导体层序列尤其能够构成为外延层序列，即构成为外延生长的半 导体层序列。在此，半导体层序列例如能够基于InAlGaN构成。基于 InAlGaN的半导体层序列尤其包括如下半导体层序列：在所述半导体层 序列中，外延制造的半导体层序列通常具有由不同的单层构成的层序 列，所述半导体层序列包含至少一个单层，所述单层具有出自III-V族 化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yN的材料，其中0≤x≤1，0≤y≤1 并且x+y≤1。尤其，第一半导体层能够基于这种材料。具有至少一个 基于InAlGaN的有源层作为发光半导体芯片的一部分的半导体层序列 例如能够优选发射在紫外的至绿色的波长范围中的电磁辐射。
替选地或附加地，半导体层序列也能够基于InAlGaP，也就是说， 半导体层序列能够具有不同的单层，其中至少一个单层，例如第一半导 体层具有出自III-V族化合物半导体材料体系InxAlyGa1-x-yP的材料，其 中0≤x≤1，0≤y≤1并且x+y≤1。具有至少一个基于InAlGaP的有 源层作为发光半导体芯片的一部分的半导体层序列例如能够优选发射 具有一个或多个在绿色至红色的波长范围中的光谱分量的电磁辐射。
替选地或附加地，半导体层序列也能够具有其他III-V族化合物半 导体材料体系，例如基于InAlGaAs的材料，或具有II-VI族化合物半 导体材料体系。尤其，发光半导体芯片的具有基于InAlGaAs材料的有 源层能够适合于发射具有一个或多个在红色的至红外的波长范围中的 光谱分量的电磁辐射。
II-VI族化合物半导体材料能够具有至少一个第二主族中的元素， 例如Be、Mg、Ca、Sr，和第六主族中的元素，例如O、S、Se。尤其， II-VI族化合物半导体材料包括二元的、三元的或四元的化合物，所述 化合物包括第二主族中的至少一个元素和第六主族中的至少一个元素。 这种二元的、三元的或四元的化合物还能够例如具有一种或多种掺杂物 以及附加的组成部分。例如，该II/VI族化合物半导体材料包括：ZnO、 ZnMgO、CdS、ZnCdS、MgBeO。
第一半导体层和尤其具有第一半导体层的半导体层序列能够在衬 底上生长，所述衬底在此和在下文中也能够称作生长衬底。在此，衬底 能够包括半导体材料，例如上述化合物半导体材料体系，或其他允许外 延沉积的材料。尤其，衬底能够包括蓝宝石、GaAs、GaP、GaN、InP、 SiC、Si和/或Ge或由这些材料构成。
构成为发光半导体芯片的半导体芯片的半导体层序列能够例如具 有常规的pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW结构)或多量子阱 结构(MQW结构)作为有源层，以产生光或探测光。半导体层序列除 了有源层以外能够包括其他的功能层和功能区域，例如p掺杂的或n掺 杂的载流子传输层，即电子或空穴传输层；未掺杂的或p掺杂的或n掺 杂的约束层、熔覆层或波导层、阻挡层、平坦化层、缓冲层、保护层和 /或电极及其组合。尤其，第一半导体层能够至少是有源层的一部分或 者是这种层。此外，第一半导体层也能够是半导体层序列的其他功能层、 例如波导层的一部分或是这种层。例如，第一半导体层能够由一个层构 成。此外也可行的是：第一半导体层具有多个层或由多个层构成。
此外，附加的层，例如缓冲层、阻挡层和/或保护层也能够垂直于半 导体层序列的生长方向例如围绕半导体层序列设置，即例如设置在半导 体层序列的侧面上。
第一半导体层和尤其具有第一半导体层的半导体层序列能够借助 于外延法，例如借助于金属有机气相外延(MOVPE)或分子束外延 (MBE)在生长衬底上生长并且此外设有电接触部。在此，第一半导体 层的和尤其具有第一半导体层的半导体层序列的在下面详细描述的制 造能够特别优选地在晶片复合件中进行，能够将所述晶片复合件在生长 工艺之后通过分割成多个半导体芯片分开。
根据另一实施方式，在用于生长第一半导体层的生长工艺期间，沿 着生长的第一半导体层的至少一个延伸方向产生不均匀的横向温度分 布。在此和在下文中，用“横向”表示如下方向：所述方向垂直于或基 本上垂直于第一半导体层的和尤其具有第一半导体层的半导体层序列 的生长方向取向。在此，生长方向对应于半导体层序列的相叠设置的各个层的设置方向。尤其，第一半导体层还有半导体层序列的其余层也能 够沿横向方向具有大于相应的层沿生长方向的厚度的扩展。相应地，第 一半导体层还有半导体层序列的其余层也能够沿着在不同的横向方向 上的延伸方向在生长衬底之上延伸。
在此处所描述的方法中，通过沿着生长的第一半导体层的至少一个 延伸方向的不均匀的横向温度分布，引起和建立第一半导体层的材料组 成的横向变化。在此，材料组成的横向变化在同一材料体系之内进行。 材料组成的变化能够表示第一半导体层的一个或多个组成部分的份额 沿着至少一个延伸方向的梯度。简单地说，由于第一半导体层的材料组 成的组成部分的温度相关地嵌入，至少一个组成部分的份额增大或减 小。因此，第一半导体层具有至少两个横向并排设置的区域，所述区域 基于同一材料体系并且具有不同的材料组成。材料组成的从所述区域中 的第一区域至所述区域中的第二区域的过渡，即第一半导体层的一个或 多个组成部分的份额梯度能够是突然的，即只要技术上可行，能够是阶 梯状的，或也能够是连续的。特别优选地，第一半导体层的层厚度能够 保持不变。换言之，至少两个横向并排设置的、具有不同的材料组成的 区域能够具有相同的厚度。“相同的”或“保持不变的”厚度在此尤其 能够表示：第一半导体层的厚度与变化的材料组成无关地变化不大于 10％或不大于5％或特别优选不大于1％。
第一半导体层的一个或多个组成部分在至少两个横向并排设置的 区域中的材料组成的差异进而份额的差异，关于一个或多个组成部分的 在这些区域中的相应的平均份额能够是：第一区域与第二区域相比具有 材料组成的一个或多个组成部分的例如小于或等于99％或小于或等于 97％或小于或等于95％或小于或等于90％或小于或等于85％或小于或 等于80％或小于或等于75％或小于或等于50％或小于或等于25％的份 额，或者反之。在此，优选能够关于化学总式说明材料组成的组成部分 的份额。
例如，在InAlGaN材料体系的情况下，能够通过在横向方向上不均 匀的横向温度分布，使一个或多个半导体晶体组成部分的、尤其铟的嵌 入以所描述的方式变化。因此，基于InAlGaN材料体系的第一半导体 层能够具有：第一区域，所述第一区域具有组成InxAlyGa1-x-yN；和第二 区域，所述第二区域具有组成InaAlbGa1-a-bN，其中能够是：x≤0.99a或x≤0.97a或x≤0.95a或x≤0.90a或x≤0.85a或x≤0.80a或x≤0.75a 或x≤0.50a或x≤0.25a。相应地，替选地或附加地，Al份额和/或Ga 份额也能够以所描述的方式变化。在所述区域中的组成尤其能够是在相 应的区域中取平均值的组成。同样，在其他半导体材料体系中，例如在 为InAlGaP或InAlGaAs的半导体材料体系中，能够通过不均匀的横向 温度分布而使一个或多个组成部分、即例如In份额和/或Ga份额和/或 Al份额的嵌入变化。
尤其，在生长衬底上的至少一个区域上存在不均匀的横向温度分 布，所述区域对应于之后的半导体芯片。换言之，这表示：第一半导体 层在生长衬底上的对应于半导体芯片的区域中生长，并且沿着至少一个 延伸方向具有不均匀的材料组成，在生长工艺期间通过不均匀的横向温 度分布产生所述不均匀的材料组成。相应地，不均匀的横向温度分布能够周期性地在生长衬底之上、沿着至少一个延伸方向、根据在生长衬底 上的对应于多个半导体芯片的区域的顺序重复，使得在晶片复合件中能 够制造多个半导体芯片，所述半导体芯片具有第一半导体层的材料组成 的相同的或至少基本上相同的横向变化。因此，在此处所描述的方法中， 在用于生长第一半导体层的生长工艺期间，有针对性地产生不均匀的横向温度分布，使得能够产生第一半导体层的材料组成的有针对性的横向 变化。
不均匀的横向温度分布能够产生第一温度范围和第二温度范围，所 述第一温度范围和所述第二温度范围具有大于或等于1K或大于或等于 2K或大于或等于5K或甚至大于或等于10K的温度差。从第一温度范 围至第二温度范围的过渡能够突然地、即在技术可能的范围中基本上阶 梯状地或连续地根据期望的温度曲线伸展。
第一半导体层的不同的局部材料组成能够引起在第一半导体层的材料 中的横向变化的带隙、吸收系数和/或折射率。因此，在设为用于产生光的 有源半导体层的情况下，横向变化的材料组成尤其能够引起产生在半导体 芯片运行时放射的光的横向变化的波长。而与此处所描述的方法不同，在 已知的外延的沉积法中，更可能尝试：补偿之前所描述的温度变化和不均 匀性，以便尽可能在生长衬底晶片的整个面上得到尽可能相同的温度分 布，使得生长的层的材料组成沿横向方向尽可能不变，以便使半导体芯片 与半导体芯片之间的在运行中产生的光的吸收系数、折射率和尤其波长的 所描述的变化最小化。
发光半导体芯片的光学特性和电学特性和尤其波长如所描述的那 样强烈地与在生长半导体层期间的生长温度相关。在常规的基于晶片的 外延工艺中，能够在整个晶片上存在不期望的温度差，并且引起从晶片 中分割的半导体芯片的不同特性。在该情况下，在晶片的间隔的区域之 间能够存在数开尔文的温度差，但是所述温度差的数量级和间距远大于 要制造的半导体芯片。通常，因此，通过在用于生长工艺的反应器中设 定不同的加热器，在晶片盘上产生尽可能均匀的温度分布。但是在此， 存在下述问题，反应器中的仅一些加热器可用进而仅可设定大面积的温 度曲线。附加地更困难的是，通常在载体中同时存在多个晶片并且每个 单独晶片的温度分布与下述内容相关：所述晶片如何在所设置的支承区 域中，即所谓的“凹处”中位于所述载体上。在此，不同的支承区域能 够轻微不同，这能够引起仅较小的晶片间差异。
附加地，晶片在生长工艺期间应变，这引起晶片的层厚度相关的弯 曲。所述弯曲又引起到载体的不同的热耦合，使得温度以不受控的方式 在晶片上变化：在晶片更好安放的位置上，所述晶片是更热的，在距载 体的间距由于弯曲更大的位置上，所述晶片是更冷的。因为弯曲与生长 的层的当前的材料组成和层厚度相关，所以晶片上的局部温度分布持续 地在生长工艺期间进而也在不同的外延结构之间变化。因此，通常设定 载体轮廓和加热，使得其匹配于工作点，即针对特定的外延设计并且关 于所述外延设计尤其针对有源层的生长进行匹配。而可局部设定的温度 分布在现有技术中是不可行的。
可设定的温度分布在常规的生长方法中尤其在对应于芯片扩展的 距离上基本上是均匀的，使得半导体芯片的半导体层在常规的方法中至 少在对应于芯片尺寸的尺寸数量级上以沿横向方向均匀的材料组成生 长。与此相反地，在此处描述的方法中，在长度标度方面有针对性地产 生不均匀的横向温度分布，所述温度分布处于芯片尺寸的数量级中，以 便在半导体芯片之内的至少第一半导体层中产生与此关联的不均匀的 材料组成。因此，与传统的外延工艺不同地，在此处描述的方法中，在 长度标度方面有针对性地产生温度差，所述温度差对应于半导体芯片的 扩展或更小，使得在半导体芯片之内在至少第一半导体层中产生不均匀 的材料组成。
尤其优选地，第一半导体层是半导体芯片的设置用于产生光的有源 层的至少一部分，使得第一半导体层的横向变化的材料组成能够引起不 同的发射波长。因此，第一半导体层能够具有至少一个第一区域和横向 与之相邻的第二区域，所述第一区域和第二区域基于同一材料体系并且 具有彼此不同的材料组成。从第一区域至第二区域的过渡部能够是阶梯 状的、斜坡状的或以其他方式是连续的。此外，第一半导体层能够具有 多于两个横向相邻的区域，所述区域具有不同的材料组成。由此，可行 的能够是：具有第一半导体层的半导体芯片能够在运行时由不同区域放 射具有不同波长的光。在生长第一半导体层期间不均匀的横向温度分布 因此能够在半导体芯片的随后的运行中引起光发射的横向的波长分布。
根据另一实施方式，半导体芯片构成为呈半导体激光二极管形式的 发光半导体芯片。尤其，半导体芯片能够具有呈棱面形式的辐射耦合输 出面，经由所述辐射耦合输出面在半导体芯片运行时放射光。半导体芯 片能够以之前描述的方式具有构成为有源层的第一半导体层，所述第一 半导体层具有多个、即至少两个横向相邻的具有不同的材料组成的区 域，使得在棱面上在运行时能够经由不同的相邻的棱面区域放射具有不 同波长的光。第一半导体层的具有不同的材料组成的区域中的每个区域 能够是激光器条的一部分，所述激光器条也能够称作为激光器脊部并且 所述激光器条能够通过相应的接触区域或附加地限定相应的肋形波导 结构。相应地，半导体芯片能够构成为所谓的激光器棒或所谓的激光器 阵列，并且具有多个相邻的激光器条，所述激光器条能够在运行时发射 具有不同波长的光。激光器条能够共同地或分别单独地被电操控。
根据另一实施方式，半导体芯片构成为呈发光二极管形式的发光半 导体芯片。在此，半导体芯片能够具有辐射耦合输出面，经由所述耦合 输出面在半导体芯片运行时放射光。半导体芯片能够以之前描述的方式 具有构成为有源层的第一半导体层，所述第一半导体层具有多个横向相 邻的具有不同的材料组成的区域，使得在耦合输出面上在运行时能够经 由不同的相邻的耦合输出面区域放射具有不同波长的光。半导体芯片的 不同的发射区域能够共同地或彼此独立地被电操控。
能够在第一半导体层的具有不同的材料组成的区域中产生的光的 波长差能够大于或等于1nm或者大于或等于2nm或者大于或等于5nm 或者大于或等于10nm或者大于或等于50nm或者大于或等于100nm。 例如，在运行时，第一半导体层的第一区域能够构建成用于发射蓝光， 并且第二区域能够构建成用于发射绿光或黄光或红光。此外，能够存在 多个、即两个或更多个区域，所述区域的发射波长有所不同并且位于蓝 色至绿色、绿色至黄色、蓝色至黄色、蓝色至红色、绿色至红色或黄色 至红色的波长范围中。
根据另一实施方式，将至少两个或更多个发光半导体芯片在发光设 备中相互组合。此外，可行的能够是，发光设备具有至少一个发光半导 体芯片和波长转换元件，通过所述波长转换元件，能够将由半导体芯片 在运行时发射的光的至少一部分转换成具有其他波长的光。
根据另一实施方式，在第一半导体层的生长期间通过局部地热学影 响预定的且有针对性选择的区域，有针对性地产生不均匀的横向温度分 布。尤其，能够至少部分地通过温度分布结构和/或通过局部变化的光 辐照产生不均匀的横向温度分布。尤其除了常见的、局部不可控的外延 加热系统之外，使用此处所描述的用于产生不均匀的横向温度分布的措 施。
局部变化的光辐照例如能够包括用激光器辐照，所述激光器将光在 预定的且有针对性地选择的区域中射入到生长的第一半导体层上，所述 光通过在生长的第一半导体层中的或在位于其下方的、例如已经生长的 层和/或生长衬底中的吸收造成在这些区域中的局部的且不均匀的加 热，使得在不同的区域中存在用于生长的第一半导体层的不同的有效的 生长温度。因此，光辐照尤其具有至少一个光谱分量，所述光谱分量在 第一半导体层中和/或在沿生长方向设置在其下方的层或结构、例如温 度分布结构中能够被吸收。局部变化的光辐照尤其能够构成为，使得一 个或多个区域能够同时或依次在生长衬底上被辐照，所述区域的面扩展 小于半导体芯片的面扩展。
此外，光入射能够以脉冲的方式进行。尤其结合移动的、例如旋转 的生长衬底，能够通过脉冲的辐照来辐照预定的分开的区域，所述区域 在光束下移动穿过。此外，能够将光通过光转向装置、例如从镜中或借 助镜有针对性地转向到预定的区域上。通过所述措施，对下述面的扫描 能够是可行：在所述面上生长第一半导体层。在此可行的能够是：使用单独的光束、尤其单独的激光束。替选地或附加地，多个可同步地或彼 此独立地操控的光源、尤其多个可同步地或彼此独立地操控的激光源能 够用于产生局部变化的光辐照，所述光辐照能够根据操控例如照亮多个 区域进而局部地发热。
用于控制温度分布的所描述的、基于光辐照的局部的加热装置还能 够与在生长反应器中通常存在的现场测量设备、即温度测量设备和/或 用于测量晶片曲率的测量设备耦合，使得为每个生长衬底例如根据基于 曲率测量和/或位置分辨的温度测量的瞬时曲率数据，能够局部地调整 射入到生长衬底上的光功率，使得在第一步骤中，能够将在生长阶段期 间、尤其每个生长阶段期间的温度曲线均匀化。在此，均匀化能够补偿 在生长衬底上以及在多个在反应器中同时设置用于覆层的生长衬底之 间的温度差。在第二步骤中，能够针对均匀化的温度曲线有针对性地施 加调制，使得能够在生长衬底上产生期望的横向的不均匀的温度分布， 由此能够产生第一半导体层的具有不同的材料组成的期望的区域。第二 步骤还能够附加地通过下述方式改进：在生长衬底上、尤其在所述方法 之前安置呈校准或触发标记形式的特殊的标记。在光辐照的范围中，在 生长工艺期间能够探测所述标记，使得能够将温度曲线根据所述标记校 准。由此，在制造法的进一步的进展中，具有不同的材料组成进而不同 的波长范围的区域与芯片结构的准确的关联能够是可行的。
温度分布结构能够具有至少一个温度分布结构元件，所述温度分布 结构元件引起生长的第一半导体层的温度的局部升高或降低。温度分布 结构元件能够至少沿着一个延伸方向具有横向扩展，所述横向扩展小于 半导体芯片的横向扩展，使得在半导体芯片的子区域中能够引起局部的 温度变化。尤其，温度分布结构能够具有多个温度分布结构元件，所述 温度分布结构元件沿横向方向规则地和/或周期性地根据有意的不均匀 的横向温度分布曲线设置。一个或多个温度分布结构元件例如能够以彼 此分开的岛和/或线形结构的形式构成。
在下面的描述中提到的温度分布结构能够代表一个或多个温度分 布结构元件。尤其，下面的涉及温度分布结构的实施方式和特征能够是 可彼此组合的，以至于也能够存在彼此不同的温度分布结构元件，所述 温度分布结构元件能够以组合形式引起期望的温度分布。
根据温度分布结构的期望的改变温度的作用，所述温度分布结构能 够具有介电材料、半导体材料、金属或具有其的多种材料或者组合，或 者由它们构成。介电材料例如能够引起对热导率的局部的影响进而通过 改进的或减小的热导入或热导出引起在生长的第一半导体层中的温度 的局部的升高或降低。半导体材料和金属材料同样能够影响热导率，和 /或通过光的或其他适合的电磁辐射、例如微波辐射的入射，有针对性 地加热。电磁辐射例如能够均匀地且大面积地或局部变化地射入。
温度分布结构例如能够具有与生长衬底不同的材料或由其构成。此 外，也可行的能够是：温度分布结构具有与生长衬底相同的材料。尤其， 在此情况下，温度分布结构和生长衬底能够一件式地构成。
根据一个实施方式，温度分布结构设置在生长衬底的背离第一半导 体层的一侧上。换言之，生长衬底具有后侧，在所述后侧上设置有温度 分布结构；并且具有前侧，在所述前侧上生长第一半导体层。替选地或 附加地，也可行的能够是：温度分布结构设置在生长衬底的朝向半导体 层的一侧上。在此情况下，温度分布结构能够沿生长方向设置在生长的 第一半导体层下方，进而设置在生长衬底和第一半导体层之间。替选地 或附加地，还可行的能够是：温度分布结构嵌入生长衬底中和/或嵌入 生长衬底上的半导体层中。
特别有利的能够是：温度分布结构与生长衬底直接接触地设置。这 尤其能够表示：温度分布结构直接在生长衬底的后侧和/或前侧上、或 者也以嵌入生长衬底的方式设置。
根据另一实施方式，温度分布结构至少部分地借助保护层覆盖。这 能够表示：温度分布结构从生长衬底观察由保护层覆盖，和/或在温度 分布结构和生长衬底之间设置有保护层。如果温度分布结构由保护层全 方位地覆盖，那么所述温度分布结构尤其能够嵌入到保护层中。保护层 尤其能够设置和构成为用于：在第一半导体层和尤其具有第一半导体层 的半导体层序列的生长期间，使生长工艺不会负面地通过温度分布结构 影响。例如，能够通过保护层防止温度分布结构的材料的放气或蒸发。
根据另一实施方式，温度分布结构和/或保护层至少部分地或也完全 地保留在制成的半导体芯片中。这例如能够是如下情况：温度分布结构 设置在生长衬底的朝向第一半导体层的一侧上或者嵌入生长衬底中并 且生长衬底至少部分地保留在半导体芯片中。此外，也可行的能够是： 温度分布结构设置在生长衬底的背离第一半导体层的后侧上，并且生长 衬底与温度分布结构共同地保留在半导体芯片中。
对此替选地，也能够是：温度分布结构不保留或仅部分地保留在半 导体芯片中并且在制成半导体芯片之前至少部分地或完全地被移除。例 如，至少部分地或完全地移除温度分布结构能够在至少部分地移除、即 打薄或完全地移除生长衬底期间进行。
根据另一实施方式，温度分布结构构成为用于有针对性地局部地加 热生长的第一半导体层的区域。在此情况下，一个或多个温度分布结构 元件能够构成为加热元件。例如，构成为加热元件的温度分布结构元件 能够具有吸收电磁辐射的材料，尤其半导体或金属。此外，一个或多个 温度分布结构元件能够构成为温度传导元件，所述温度传导元件与横向 相邻的材料、即例如生长衬底或半导体层相比，能够将由承载生长衬底 的载体提供的热量更好地导向生长的第一半导体层。
根据另一实施方式，温度分布结构构成为用于有针对性地局部地减 小生长的第一半导体层的区域的温度。在此情况下，所述一个或多个温 度分布结构元件能够构成为热障元件，所述热障元件与横向相邻的材 料、即例如生长衬底或半导体层相比，能够将由承载生长衬底的载体提 供的热量更差地导向生长的第一半导体层。
根据另一实施方式，一个或多个温度分布结构元件分别具有在生长 衬底中的凸出部和/或凹陷部。替选地，一个或多个温度分布结构元件 能够施加在生长衬底上并且与所述生长衬底一起分别形成凸出部和/或 凹陷部。例如，温度分布结构元件能够具有或形成在生长衬底中或在生 长衬底上的凹陷部，在所述凹陷部中设置有具有比生长衬底更小的热导 率的热障材料。替选地或附加地，也可行的能够是：温度分布结构元件 具有或形成在生长衬底中的凸出部。通过这种拓扑方式构成的温度分布 结构元件，例如能够引起到载体上的有针对性局部变化的热耦合，在所 述载体上设置有生长衬底。
根据另一实施方式，保护层具有介电材料。例如，保护层能够通过 具有金属和/或半金属的氧化物和/或氮化物和/或氮氧化物，例如氧化 硅、氧化钛、氮化铝和/或氧化铝形成。为了实现尽可能好的保护作用， 有利的能够是：借助于如下方法施加保护层，所述方法允许尽可能紧密 的层形成。为此，例如原子层沉积法能够是有利的。
通过在此描述的方法，制造极其紧凑的构型是可行的，因为多波长 发射的发光二极管或激光二极管能够单片地集成在半导体芯片之内。关 于这样构成的激光器棒或激光器阵列，此外能够实现高的成像质量，因 为可行的能够是：光学部件、例如偏转棱镜或透镜系统仅需要一次，使 得在安装时仅必须一次性地校准这种光学部件。如果将适合的波长差有 针对性地引入到构成为激光二极管的半导体芯片中，那么减小散斑的投 影应用能够是可能的。此外，多波长发射的半导体芯片提供用于紧凑的 可波长控制的光源的可能性。所述光源尤其例如能够是基于半导体芯片 的可单独操控的区域具有可变的白点的白光光源，并且必要时与波长转 换材料组合。因为对于在此描述的多波长发射的光源不必安装或安装至 少明显更少的单独部件，所以能够得到简化的、低成本的安装工艺。此 外，能够改进尤其关于激光二极管中的性能的参数，因为在外延工艺期 间的有针对性控制的温度分布能够引起可复现的电子光学特性。此外， 通过在生长工艺期间的温度的有针对性的局部变化进而通过放射波长 分布的有针对性的局部变化，得到高的组件产量的优点以及在例如构成 为激光器棒或激光器阵列或多重波长发光二极管芯片的半导体芯片之 内的不同发射波长的低成本的可制造性，其中所述放射波长分布能够在 生长衬底的不同区域上重复。
附图说明
其他优点、有利的实施方式和改进方案从下面结合附图描述的实施 例中得出。
附图示出：
图1示出根据一个实施例的用于制造半导体芯片的方法的示意图，
图2A至3B示出根据其他实施例的半导体芯片的示意图，
图4A和4B示出CIE图表的示意图，
图5A至6B示出根据其他实施例的半导体芯片的示意图，
图7A至10F示出根据另外的实施例的用于制造半导体芯片的方法 的特征的示意图。
在实施例和附图中，相同的、同类的或起相同作用的元件能够分别 设有相同的附图标记。示出的元件和其相互间的大小关系不能够视为是 符合比例的，更确切地说，为了更好的可视性和/或为了更好的理解， 夸大地示出个别元件，例如层、组件、器件和区域。
具体实施方式
在图1中示出根据一个实施例的用于制造发光半导体芯片的方法， 其中制造具有第一半导体层的半导体芯片，所述第一半导体层具有材料 组成的横向变化。为此，在第一方法步骤1000中，提供表面，在所述 表面上生长第一半导体层。第一半导体层优选能够是半导体层序列的一 部分，所述半导体层序列除了第一半导体层以外具有多个另外的半导体 层。提供用于生长第一半导体层的表面能够通过生长衬底或在生长衬底 上生长的半导体层形成，所述半导体层也能够是半导体层序列的已经生 长的子层堆的一部分。
在另一方法步骤2000中，在提供的表面上生长第一半导体层序列。 这也能够表示：在生长第一半导体层之前，能够在表面上生长半导体层 序列的一个或多个另外的半导体层。在用于生长第一半导体层的生长工 艺期间，沿着生长的第一半导体层的至少一个延伸方向产生不均匀的横 向温度分布。通过在生长工艺期间的不均匀的横向温度分布，引起第一 半导体层的材料组成的横向变化。换言之这表示：提供和输送用于生长 第一半导体层的材料在生长工艺的范围中在所提供的具有不同温度的 表面的至少两个或更多个表面区域上堆积。生长的材料的组成与相应的 表面区域的局部温度相关，使得至少两个或更多个表面区域中的不同的 温度引起不同的材料组成。相应地，第一半导体层具有至少两个或更多 个具有不同的材料组成的区域，所述区域沿着第一半导体层的至少一个 延伸方向横向并排地设置。在提供的表面的表面区域之间的温度差能够 大于或等于1K或者大于或等于2K或者大于或等于5K或者甚至大于 或等于10K。在具有不同温度的两个相邻的表面区域之间，表面温度能 够突然地变化，即在技术方面可行的范围中基本上阶梯状地或连续地以期望的温度曲线变化。
在另一方法步骤3000中，在生长具有材料组成的横向变化的第一 半导体层之后，制成发光半导体芯片。这例如能够表示：还施加半导体 层序列的一个或多个另外的半导体层和/或一个或多个钝化层和/或一个 或多个接触层。替选地或附加地，也能够执行其他工艺步骤、例如刻蚀 法、和其他结构化法以及用于将晶片复合件分割为各个半导体芯片的分割步骤。
用于制造半导体芯片的方法的其他特征以及这样制造的半导体芯 片的其他特征在下面的附图中描述。然而下面描述的实施例不能够理解 为：所述实施例将可能的方法特征和可借助该方法制造的半导体芯片的 特征仅限制于下面具体描述的特征上。更确切地说，能够将下面的实施 例理解为对于可能的方法特征和对于可借助该方法制造的半导体芯片 的特征是纯示例性的。
结合图2A至6B，描述用于半导体芯片100的实施例。半导体芯片 100尤其能够借助根据图1的实施例的方法制造，即如下方法：在所述 方法中，在用于生长第一半导体层1的生长工艺期间，沿着生长的第一 半导体层1的至少一个延伸方向产生不均匀的横向温度分布，使得建立 第一半导体层1的材料组成的横向变化。因此，示出的发光半导体芯片 100具有第一半导体层1，所述第一半导体层沿着至少一个延伸方向具 有材料组成的通过在生长工艺期间的横向变化的温度分布引起的横向 变化。
在示出的实施例中，第一半导体层1纯示例性地是半导体层序列的 一部分，所述半导体层序列除了第一半导体层1以外例如具有第二半导 体层2和第三层3，在所述第二半导体层和所述第三层之间设置有第一 半导体层1。半导体层序列的每个层1、2、3能够具有一个或多个层或 由一个或多个层构成。半导体层序列的层沿着生长方向依次设置。生长方向也能够称作竖直方向。垂直于生长方向，半导体层序列的层具有沿 着在横向方向上的延伸方向的扩展，其中横向扩展优选大于层的沿竖直 方向的厚度。半导体层序列尤其能够在晶片复合件中生长，随后所述晶 片复合件能够分割为多个半导体芯片100。
例如，第三层3能够具有衬底，所述衬底能够是导电的或电绝缘的， 并且在所述衬底上能够施加有半导体层序列的另外的层。衬底能够是上 面在概述部分中描述的生长衬底，在所述生长衬底上借助于外延生长 法、例如MOVPE或MBE生长半导体层序列的半导体层。对此替选地， 衬底能够是所谓的载体衬底，在生长衬底上生长之后，将半导体层序列的半导体层转移到所述载体衬底上。能够将生长衬底在生长工艺之后打 薄或完全移除，使得也可行的能够是：层3在制成的半导体芯片100中 不具有衬底。
在图2A至6B的实施例中，半导体芯片100纯示例性地构成为边缘 发射的激光二极管芯片或发光二极管芯片，所述激光二极管芯片或发光 二极管芯片具有用于产生光的有源层。在此，第一半导体层1尤其能够 形成有源层的至少一部分或整个有源层。换言之，第一半导体层1能够 是有源层的一部分或是有源层或具有所述有源层。此外，第一半导体层1也能够通过多个层形成，所述层共同地形成有源层的至少一部分或整 个有源层。
除了第一半导体层1以外，半导体芯片100的半导体层序列能够具 有其他功能性的半导体层，例如一个或多个选自波导层、包覆层、缓冲 层和半导体接触层中的层，所述其他功能性的半导体层能够是第二半导 体层2的和第三层3的一部分，或者所述其他功能性的半导体层能够单 独地或以组合形式形成半导体层序列的第二半导体层2和第三层3。此外，第一半导体层1也能够附加地具有这种层。
为了电接触半导体芯片100，在半导体层序列上施加有接触层4， 所述接触层具有可键合的和/或可焊接的金属。接触层4也能够具有由 多个金属层构成的相应的层序列。术语“金属”除了纯金属以外也能够 表示具有多种金属或由多种金属构成的混合物、合金和化合物，所述金 属具有适合于电接触和电连接的特性。适合于接触层4的金属能够是选 自金、铝、银、钛、铂、镍、钯、铑和钨中的一种或多种金属的组合或 单独金属。
半导体芯片100具有至少一个另外的接触层，所述接触层在附图中 为了概览性没有示出，并且能够与接触层4共同地实现半导体芯片100 的电连接。例如，第三层3能够是导电的并且另外的接触层施加在第三 层3的背离第一半导体层1的一侧上。替选地，另外的接触层能够在示 出的接触层4旁边设置在半导体芯片100的上侧的相应露出的部分上。
在至少一些实施例中，半导体芯片100局部地、即在接触层4和半 导体层序列之间的子区域中具有钝化层5，所述钝化层将半导体层序列 的上侧的一部分相对于接触层4电绝缘。钝化层5例如能够具有电绝缘 的氧化物、氮化物或氮氧化物或多种这种材料的组合，或者由其构成。 例如，钝化层能够具有一种或多种下述材料：氧化铝、氧化硅、氮化硅、 氮氧化硅、氧化钛。通过钝化层5可行的能够是：提供具有大的接触面 的接触层4，所述接触面对于半导体芯片100的例如借助于焊接连接或 键合线的外部的电接触是足够大的，而半导体层序列在较小的区域中通 过电接触层4电连接。在接触层4和半导体层序列之间的接触区域尤其 能够限定有源层的下述区域：在所述区域中期望产生光，并且所述接触 区域能够相应地例如条形地构成。条形的接触区域在激光二极管芯片的 情况下能够优选从半导体层序列的前部侧面延伸至半导体层序列的相 对置的后部侧面，所述前部侧面形成用于光放射的耦合输出棱面，所述 后部侧面形成进行反射的后侧棱面。在棱面上能够根据期望的功能施加 有适合的层，例如部分或完全反射的层和层组合。
纯示例性地，半导体芯片100的第一半导体层1和优选半导体层序 列基于上面在概述部分中描述的III-V族化合物半导体材料体系 InAlGaN。因此，在示出的实施例中，第一半导体层1的材料组成在此 能够关于InAlGaN的晶体组成部分中的至少一个在横向方向上变化。 特别优选地，材料组成关于铟含量变化，所述铟含量尤其与生长温度相 关。因此，嵌入的铟含量在常规的生长温度下能够随着生长温度增加而 变小，使得在生长的第一半导体层1的下述区域中能够引起更强的铟嵌 入进而引起由此得到的更高的铟含量：在所述区域中，与其他区域相比 存在更小的生长温度。
与材料组成沿着至少一个延伸方向的横向变化相关地，第一半导体 层1的特性能够沿着所述延伸方向变化。在材料体系InAlGaN中，更 高的铟含量例如能够产生更高的折射率、带隙的减小和光学吸收的提 高。相应地，较低的铟含量能够引起折射率的减小、带隙的提高和光学 吸收的减小。通过设定第一半导体层1的带隙，尤其也能够设定在半导 体层序列中产生的光的相对应的波长。
在示出的实施例中，特别优选地，第一半导体层1的层厚度能够如 在图中示出的那样不变。尤其，第一半导体层1的厚度能够与不同区域 的材料组成无关地变化不大于10％或不大于5％或特别优选不大于 1％，如这在下面所描述。
在图2A中示出的发光半导体芯片100构成为所谓的激光二极管芯 片并且具有半导体层1，所述半导体层具有横向并排设置的区域11、12， 所述区域具有不同的材料组成。第一区域11和第二区域12条形地沿着 在其上设置的、在半导体层序列和接触层4之间的接触区域构成，并且 沿横向于条的延伸方向的横向方向彼此邻接。因此，在观察半导体芯片100的后侧面或耦合输出棱面时，区域11和12并排设置并且是两个激 光器条的组成部分，这两个激光器条能够经由接触层4彼此分开地操控。 发光半导体芯片100相应地构成为多氧化物条激光器。
第一区域11与横向相邻的第二区域12相比具有更高的铟含量，使 得区域12与区域11相比具有更高的带隙。因此，具有第一区域11的 激光器条在发光二极管芯片100运行时产生与具有第二区域12的激光 器条相比具有更大波长的光。由此，可行的是：经由棱面，在对应于激 光器条的相邻的棱面区域中放射具有不同波长的激光。发光二极管芯片 100因此具有两个单片集成的激光器条，所述激光器条在示出的实施例 中可彼此独立地操控，并且能够放射具有不同波长的激光。根据第一区 域11和第二区域12的材料组成中的通过在上文中描述的制造方法设定 的差异，相应放射的激光的波长能够相差大于或等于1nm或大于或等 于2nm或大于或等于5nm或大于或等于10nm或大于或等于50nm或 大于或等于100nm。
第一区域11至第二区域12的过渡如在图2A中通过区域11、12之 间的边界线表明的那样能够是突然的进而是阶梯状的。对此替选地，过 渡部也能够是连续的，即例如斜坡形的。在激光器条的区域中，区域11、 12的相应的材料组成能够是均匀的。对此替选地，也能够可行的是：第 一半导体层1中的材料组成不仅在区域11、12之内并且也在其之间的 过渡部中连续地改变，使得沿横向方向能够存在第一半导体层1中的材 料组成的连续改变。对示出的实施例替选地，此外也可行的是：两个激 光器条共同地经由共同的接触层4操控。此外，也可行的能够是：第一 半导体层1具有多于两个的、具有不同的材料组成的横向并排设置的区 域，使得由多个棱面区域发射具有多个不同波长的激光是可行的。这种 特征和其他特征也结合一些下面的实施例描述。
在图2B中示出半导体芯片100，所述半导体芯片基本上对应于图 2A的实施例，但是与此相反地，在第一半导体层1上方具有第二半导 体层2，所述第二半导体层在区域11、12上方分别具有用于限定相应的 激光器条的肋形波导结构21，所述肋形波导结构也能够称作为所谓的 “脊部/肋部ridge”。这种能够引起在相应的激光器条中产生的光的折射 率导引的脊形结构在现有技术中是已知的进而在此不进一步阐述。在下 面示出的构成为激光二极管的半导体芯片100能够对分别示出的实施方 案替选地构成为多氧化物条激光器还有构成为具有这种肋形波导结构 的多脊部激光器。
在图2C中示出发光半导体芯片100，所述发光半导体芯片具有多于 两个激光器条，即纯示例性地四个激光器条，所述激光器条通过接触层 4和半导体层序列之间的相应的接触区域限定。相应地，第一半导体层 1在示出的实施例中具有横向并排设置的区域11、12、13、14，所述区 域具有不同的材料组成。如在图2C中示出的，在第一半导体层1之内 的材料组成连续地沿横向于激光器条的延伸方向的横向方向改变，使得 关于区域11、12、13、14进而相应的激光器条能够引起有针对性控制 的波长变化曲线。
在图2D中示出发光半导体芯片100的一个实施例，所述发光半导 体芯片如前面的实施例的发光半导体芯片100那样构成，但是与此相反 地具有共同的接触层4，以用于同时接触和操控激光器条。下面示出的 用于构成为激光二极管的半导体芯片100同样能够具有激光器条的这种 共同的操控。
通过两个或更多个激光器条在具有不同发射波长的发光半导体芯 片之内的示出的单片集成，与常见的多芯片解决方案相比，具有高紧凑 性、改进的产量和减小的制造成本的光源是可行的。如结合下面的实施 例描述的那样，通过多个以不同波长发射的激光器条的单片集成，能够 得到改进的激光器性能、更高的成像质量和减小的激光器散斑。
结合图3A和3B示出根据另一个实施例的发光二极管100和这种半 导体芯片100的散斑图案。示出的半导体芯片100关于其构造基本上对 应于双份的结合图2C描述的发光半导体芯片100。在图3A中示出的实 施例的两个对应于图2C的实施例的半导体芯片100通过虚线表示。在 图3A中示出的发光半导体芯片100例如能够为投影光源，所述投影光 源根据当前的描述具有多个单片集成的激光发射器，所述激光发射器呈 具有第一半导体层1的区域11、12、13、14的激光器条的形式，所述 激光发射器能够发射具有彼此不同波长、例如在绿色或其他颜色的波长 范围中的光。相邻的激光器条的发射波长的差别因此能够位于一纳米或 数纳米的范围中。通过单独发射器的这种轻微不同的波长，与常规的激 光器棒相比实现散斑减小，所述激光器棒具有单独发射器，所述单独发 射器全部在相同波长中发射。此外，示出的半导体芯片100的特征在于 投影光源的紧凑的、单片集成的设置和与此关联的简单的安装和透镜校 准。
在图4A和4B中示出本领域技术人员已知的CIE标准比色表，在 所述CIE标准比色表中绘制一些示例性的色坐标，所述色坐标例如能够 在投影应用中用于覆盖投影色彩空间。三个在图4A中绘制的在蓝色、 绿色和红色光谱范围中的色坐标在此对应于具有相应的发射波长的三 个单独的激光二极管在已知的投影应用中的常见的组合。容易可见的 是，通过三个光源的这种组合，例如缺少在黄色、蓝绿色和粉色处的色 彩份额。
如果使用多个光源，例如如在图4B中示出的那样使用八个发射波 长不同的光源，能够可行的是：近似覆盖完整的色彩空间。在示出的示 例中，将在三个不同的蓝色波长、在四个不同的绿色波长和一个红色的 波长中的激光发射组合。蓝色的和绿色的发射能够如在上文中和也在下 文中描述的那样分别通过发光二极管芯片100产生，所述发光二极管芯片具有发射波长不同的多个单片集成的激光器条，使得如在现有技术中 那样，通常必须仅使用三个激光二极管组件，但是所述激光二极管组件 由于不同发射的单片集成的激光器条能够覆盖明显更大的色彩空间。除 了投影应用之外，这种设计方案例如也能够对于显示器和对于具有良好 的显色性的照明应用是有利的。其他有利的发光二极管芯片100结合下面的附图5A至6B描述。
在图5A中示出发光半导体芯片100，所述发光半导体芯片基本上对 应于在上文中结合图2C描述的半导体芯片100，并且所述发光半导体 芯片能够在具有高的显色指数的照明光源方面使用。因为对于高的显色 指数，对于激光光源典型的窄的光谱是不利的，所以半导体芯片100的 具有第一半导体层1的区域11、12、13、14的激光器条能够构成为， 使得所述激光器条具有略微不同的发射光谱，例如以不同的蓝色色调或 不同的绿色色调或不同的红色色调。由此，对于高的显色指数有利的宽 的光谱能够通过发光半导体芯片100产生。照明光源能够包含具有不同 颜色的相应的光谱的这种发光半导体芯片100，并且由于使用的半导体 芯片100的紧凑的单片集成的实施方案，所述照明光源具有简化安装和 透镜校准的优点。
在图5B中示出发光半导体芯片100，所述半导体芯片与在上面的实 施例中示出的激光光源相比构成为所谓的超级发光二极管，其中在接触 层4和半导体层序列之间的接触区域具有相应适合的形状，如在图5B 中表明的那样。在这种半导体芯片100中可行的是：将不同发射光谱在 芯片上的单片集成与同激光相比更宽的发射光谱组合，由此能够实现非常宽带的光源，所述光源此外还具有定向放射的优点。
结合图5C至5F示出发光半导体芯片100的实施例，所述发光半导 体芯片构成为发光二极管芯片。半导体芯片100分别在对应于芯片上侧 的辐射耦合输出面的俯视图中绘出。此外，示出第一半导体层的区域11、 12的布置，所述区域具有不同的材料组成和所发射的光的相应产生的不 同的波长。如在图5C中示出的那样，例如第一区域11能够径向地包围第二区域12。此外，例如半导体芯片100的相对置的角部和侧面的材料 组成的连续的变化曲线是可行的，如在图5D和5E中示出的那样。通 过彼此分开的接触层4，能够彼此分开地操控不同发射的区域，如在图 5F中示出的那样，使得能够彼此独立地操控不同的色彩。由此，例如 对于显示器或可匹配色彩的光源能够实现单片集成的多色的发光二极 管芯片，所述发光二极管芯片提供小的结构大小和低成本的制造的优 点。
与在图5F中示出的用于构成为分区段的发光二极管芯片的发光半 导体芯片100的构造类似地，根据另一个实施例的发光半导体芯片也能 够构成为表面发射的半导体激光器的一维的或二维的阵列(VCSEL： “vertical-cavity surface-emitting laser”，垂直腔面发射激光器)，即构 成为多个VCSEL元件的条或矩阵，所述VCSEL元件在第一半导体层的具有不同的材料组成的不同区域中构成。发射波长能够在这种组件中 相应地沿一个或两个方向变化。
如结合之前的实施例实施详述的那样，通过在第一半导体层的具有 不同的材料组成的区域中的不同的发射波长，与这借助已知的半导体光 源中可行的情况相比，通过单个芯片覆盖更大的波长范围，使得例如结 合发光二极管的宽的光谱能够覆盖更大的色彩空间进而实现更好的显 色性。通过由相同芯片发射不同的发射波长，与使用多个不同的单独芯 片的情况相比，能够实现更均匀的色彩印象。因此，同时能够使结构大 小最小化。
在图5G至5B中示出发光半导体芯片100的不同的实施例，所述发 光半导体芯片例如能够用作为激光投影光源。图5G的实施例的发光半 导体芯片100具有带有第一区域11的激光器条以及具有第二区域12的 激光器条，所述第一区域设计成用于发射蓝光，所述第二区域设计成用 于发射绿光。通过这种发射蓝色和绿色的激光发射器单元的单片的集 成，具有简化安装和透镜校准的优点的紧凑的绿蓝投影光源是可行的。
图5H的实施例的发光半导体芯片100同样具有发射蓝色的和发射 绿色的激光器条，其中区域11和12例如构建成用于：放射具有小的波 长差异的蓝光，并且区域13和14构建成用于：放射具有小的波长差异 的绿光，使得如在上文中结合图3A和3B描述的那样附加地还能够实 现散斑减少。
在图5I中示出发光半导体芯片100，所述半导体芯片具有第一半导 体层1，所述第一半导体层具有区域11、12、13、14、15、16，所述区 域构建成用于：产生具有不同波长的光，使得在紧凑的、单片集成的构 造的同时能够实现用于投影应用的其他色彩空间。
结合图5J至5N示出用于构成为多色光源的发光半导体芯片100的 其他实施例，所述发光半导体芯片例如能够在多色光源方面使用。发光 半导体芯片100的构造对应于之前的实施例的构造，使得出于概览，弃 用用于标识各个元件的附图标记。图5J的发光半导体芯片100例如能 够通过第一半导体层的具有不同的材料组成的单片集成的区域而构建 成用于：放射700nm的红光、525nm的绿光和450nm的蓝光，这对应 于adobe宽色域-RGB-色彩空间。图5K和5L的发光半导体芯片100 能够通过第一半导体层的具有不同材料组成的各四个单片集成的区域 构建成用于：附加地还放射各扩展的色彩空间的蓝绿色的或黄色的光，如通过在旁边绘制的CIE标准比色表明。图5M的发光半导体芯片100 与图5J的半导体芯片100相比，除了发射蓝色的和绿色的区域之外， 还具有第一半导体层的两个区域，这两个区域构建成用于：产生绿光。 因为在一些波长范围中，例如在绿色的波长范围中，能够降低尤其激光 二极管的效率，能够有利的是：根据示出的实施例，设有具有下述区域 的多个激光器条，所述区域能够在绿色的波长范围中放射光。而图5N 的实施例示出具有发光半导体芯片100与用于发射蓝光和绿光的单片集 成的激光器条和附加的激光二极管芯片101的红绿蓝组合，所述附加的 发光二极管芯片在运行时能够放射红光。替选地，替代激光二极管芯片 101，根据上面的实施例中之一的另一发光半导体芯片100例如能够用 于发射多个波长的红光。
在图6A和6B中示出发光二极管芯片100的组合的实施例，所述发 光二极管芯片根据一个上面的实施例之一构成为激光二极管芯片(图 6A)或构成为发光二极管芯片(6B)，所述发光半导体芯片附加地具有 波长转换元件102，所述波长转换元件具有波长转换材料。通过半导体 芯片100的不同的蓝色的、绿色的或红色的发射光谱与波长转换材料的 组合，能够有针对性地改变从中得到的光源的色坐标。通过发光半导体 芯片100的各个发光区域的单独操控，能够单独地操控不同的颜色。波 长转换元件102能够直接地集成到发光半导体芯片100上或与发光半导 体芯片100分开地安装，如在图6A和6B中示例性地表明的那样。
结合下面的附图描述产生用于生长第一半导体层的不均匀的横向 温度分布的可能性。不均匀的横向温度分布有针对性地在生长第一半导 体层期间通过局部地热学影响预定的且有针对性地选择的区域来产生。 尤其地，不均匀的横向温度分布能够至少部分地通过温度分布结构和/ 或通过局部变化的光辐照来产生，如这在下文中描述。如果使用温度分 布结构，那么所述温度分布结构能够根据设置保留在半导体芯片中。相 应地，在上文中描述的半导体芯片附加地还能够具有根据下面的实施例 的温度分布结构。
在图7A至7D中示出衬底6的实施例，在所述衬底的表面61上能 够生长第一半导体层。衬底6构成为生长衬底，所述生长衬底呈晶片的 形式，所述晶片具有例如大于或等于2寸且小于等于12寸的直径。尤 其，晶片能够具有2寸或4寸或6寸或8寸或12寸的直径。借助这种 衬底6，能够通过在晶片复合件中施加半导体层序列和半导体芯片的其 他层并且随后分割来制造多个半导体芯片。衬底6能够在传统的覆层工 艺中使用，其中一个或多个这种衬底在覆层室中设置在适合的衬底载体 上。
例如在图7A和7C中可见：衬底6具有温度分布结构7，所述温度 分布结构能够有针对性地产生沿着要生长的第一半导体层的至少一个 延伸方向的不均匀的横向温度分布。温度分布结构7具有温度分布结构 元件70，所述温度分布结构元件适合于且设置用于：在生长工艺期间影 响在表面61上的局部的温度分布。在此，能够为导热元件、加热元件 和/或热障元件，如下面结合图8A至8K所描述的那样。根据温度分布 结构7的期望的改变温度的作用，所述温度分布结构能够具有介电材料、 半导体材料、金属或这些材料中的多种或组合，或者由其构成。介电材 料例如能够在表面61上进而在生长的第一半导体层中引起对热导率的 局部影响进而通过改进的或减少的导热引起温度的局部升高或降低。半 导体材料和金属材料同样能够影响热导率和/或通过光的或其他适合的 电磁辐射、例如微波辐射的射入有针对性地加热，使得在温度分布结构 元件70的区域中与相邻区域相比产生更多热量进而能够产生更高的温 度。如上文所描述的那样，由此例如能够在InAlGaN的情况下调节和 改变第一半导体层的铟含量，所述铟含量强烈与生长温度相关。相应地， 第一半导体层的特性、例如折射率、带隙进而必要时发射波长以及吸收 性能能够横向地变化。
尤其，温度分布结构7具有多个温度分布结构元件70，所述温度分 布结构元件沿横向方向规则地和/或周期性地根据有意的不均匀的横向 温度分布曲线设置。温度分布结构元件能够如所示出的那样例如以彼此 分开的岛和/或线形结构的方式构成。
在示出的实施例中，温度分布结构元件70沿着设置方向、在示出 的实施例中即沿垂直于线形结构的主延伸方向的横向方向具有横向扩 展，所述横向扩展小于要制造的半导体芯片的相应的横向扩展，使得能 够由每个温度分布结构元件70分别在之后的半导体芯片的子区域中产 生局部的温度变化。通过温度分布结构元件70，例如能够产生第一半导体层的结合图2A至2D所描述的区域，其中所述温度分布结构元件的 宽度沿着设置方向小于半导体芯片的相应的尺寸。
纯示例性地，在图7A至7D中，为了概览，仅示出三个条形的温度 分布结构元件70，所述温度分布结构元件位于衬底6的背离表面61的 后侧上。由此产生的横向的不均匀的温度分布在图7B中示出，所述温 度分布在InAlGaN的情况下也对应于在衬底6上的铟分布。与衬底6 的尺寸和要制造的半导体芯片的尺寸相关地，在晶片复合件中制造的半 导体芯片的数量进而温度分布结构元件70的尺寸和数量能够显著地变 化，所述半导体芯片例如在激光二极管芯片的情况下对于单发射器芯片 的情况能够具有小于100μm直至几百μm的横向尺寸和对于激光器棒和 激光器阵列能够具有直至一厘米或数厘米的横向尺寸。
由于良好可见的温度分布结构元件70，芯片制造工艺能够非常准 确地针对具有不同的材料组成的区域校准。温度分布结构元件70例如 能够借助光刻法以任意形式和设置方式制造，这能够实现为之后的半导 体芯片定制的材料组成进而实现在衬底6上的期望的特性的相应的变 化。
如之前所描述的那样，温度分布结构7优选能够设置在衬底6的 后侧上，所述后侧与提供用于生长工艺的表面61相对置，使得生长工 艺能够在表面61上不受温度分布结构7干扰地进行。如在图7A和7C 中所示出的那样，温度分布结构7能够直接设置在衬底后侧上。对此替 选地，也可行的是：温度分布结构7通过至少一个保护层覆盖，所述保 护层例如由介电材料构成；或者如在图7D中所示出的那样，所述温度 分布结构嵌入两个这种保护层8、9之间，以便防止通过温度分布结构7 中的材料的放气和/或蒸发而影响生长工艺。在图7D的实施例中，第一 保护层8设置在温度分布结构7和衬底6之间，而第二保护层9覆盖温 度分布结构7。保护层8、9能够具有相同的或不同的材料。
温度分布结构7的其他特征和实施例在图8A至8K中描述，其中 在此分别始终仅示出衬底6的和在所述衬底上生长的半导体材料10的 进而还有温度分布结构7的和温度分布结构元件70的局部。尤其，温 度分布结构7能够具有多个下面描述的温度分布结构元件70和/或这些 温度分布结构单元的组合。温度分布结构元件70尤其能够具有沿横向 方向的宽度，所述横向方向在绘图平面中对应于水平方向，所述宽度小 于要在所述温度分布结构元件上制造的半导体芯片的宽度。此外，也可 行的能够是：在半导体芯片的区域中存在多个温度分布结构元件70，以 便在第一半导体层中制造更多数量的具有不同的材料组成的区域。半导 体材料10例如能够具有一个或多个在衬底6上生长的半导体层。
在图8A中示出具有温度分布结构元件70的温度分布结构7，所 述温度分布结构元件直接设置在衬底6的背离表面61的后侧上。尤其， 在示出的实施例中，温度分布结构元件70能够具有与衬底6不同的材 料并且构成为加热元件，所述加热元件能够通过射入适合的电磁辐射来 加热，使得衬底6进而还有在所述衬底上生长的半导体材料10能够在 温度分布结构元件70上方的区域中被加热至与在相邻的区域中相比更 高的温度，所述相邻的区域不设置在温度分布结构元件70上方。例如， 示出的温度分布结构元件70能够具有半导体材料，例如硅，所述半导 体材料例如能够通过射入具有位于半导体材料的吸收光谱中的波长的 光被加热。对此替选地，温度分布结构元件70例如也能够具有金属， 所述金属能够通过射入适合的电磁辐射、例如微波辐射被加热。
衬底6能够在生长半导体层序列期间借助温度分布结构7安放在 衬底载体上，使得通过温度分布结构7也能够同时影响在衬底载体和衬 底6之间的导热。
衬底6例如能够具有在100μm直至几百μm的范围内的、例如 300μm的典型的厚度，使得能够将在衬底6中的沿横向方向的热消散保 持得小，并且能够在表面61上产生期望的温度曲线。由于温度分布结 构7设置在衬底6的后侧上，在半导体材料10的生长期间出现通过温 度分布结构7造成的低的化学影响。根据在生长半导体材料10之后是 否将衬底6保留、打薄或完全移除，温度分布结构7也能够在之后制成 的半导体芯片中保留或移除。尤其，例如在发光二极管芯片的情况下， 可行的能够是：温度分布结构7保留在芯片中。
在图8B中示出一个实施例，在所述实施例中，与之前的实施例 相比，温度分布结构7直接设置在衬底6的提供用于半导体材料10的 生长工艺的表面61上。例如能够如在之前的实施例中那样构成的温度 分布结构7在生长时通过半导体材料10过生长，例如借助于所谓的 ELOG工艺(ELOG：“epitaxial lateral overgrowth”，横向外延过生长)。 为此，温度分布结构7优选具有大于或等于10nm且小于等于500nm或 者小于或等于300nm或者小于或等于200nm或者特别优选小于或等于 100nm的沿生长方向的厚度。通过将温度分布结构7设置在衬底6的设 为用于生长的表面61上进而设置在衬底6的朝向半导体材料10的一侧上，能够避免在衬底6中的热消散，由此能够实现更清晰的温度曲线。 如果在生长半导体层序列之后不将衬底6移除或仅打薄，那么温度分布 结构7能够保留在之后制成的半导体芯片中。
为了保护半导体材料10防止通过温度分布结构7引起的可能的化 学损害并且尽管如此仍避免在衬底中的温度消散，能够如在图8C中所 示出的那样，在温度分布结构7上方施加保护层8，所述保护层由优选 介电材料、例如上面在概述部分中描述的氧化物、氮化物或氮氧化物构 成，所述介电材料与衬底6共同地封装温度分布结构元件70。例如，能 够借助于施加方法、例如原子层沉积来施加保护层8，所述施加方法在 层厚度尽可能小的同时允许尽可能严密密封的层形成。保护层8在此优 选不在衬底6的整个表面61上延伸，而是尽可能仅包覆温度分布结构7 的元件。
在图8D中示出另一实施例，其中设置在衬底6的后侧上的、能 够如在图8A中那样构成的温度分布结构7同样借助如结合图8C所描 述的保护层8覆盖。在此，保护层8能够覆盖衬底6的整个后侧，或者 对示出的实施例替选地，也能够仅覆盖温度分布结构元件70。除了避免 生长工艺的化学影响以外，通过适合的保护层8例如也能够避免在衬底 载体上的不期望的可能的附着和粘住。
如在图8E中所示出的那样，温度分布结构元件70也能够全方位 地由保护层8包围，进而嵌入所述保护层中。在此情况下，温度分布结 构7不直接设置在衬底6上。代替嵌入的保护层8的示出的构成方案， 对此替选地，如结合图7D所描述的那样，也能够使用两个保护层，在 所述保护层之间设置有温度分布结构元件70。
如结合图8F和8G所示出的那样，温度分布结构7也能够嵌入 半导体材料10或衬底6中。为此，具有小的带隙的半导体材料能够尤 其优选用于制造相应的构成为加热元件的温度分布结构元件70。对此替 选地，温度分布结构7也能够具有与包围的衬底材料6或半导体材料10 不同的热导率，使得温度分布结构元件70能够构成为集成到衬底6或 半导体材料10中的导热元件或热障元件。在图8F和8G中示出的温度 分布结构7例如能够通过植入制造。此外，也可行的是：衬底6或者半 导体材料10与衬底6共同地形成准衬底，所述准衬底具有过生长的温 度分布结构7和紧接着的平坦化的表面。
结合图8H至8K示出具有温度分布结构元件70的温度分布结构 7，所述温度分布结构元件具有一个或多个凸出部和/或凹陷部或由一个 或多个凸出部和/或凹陷部构成。例如，在衬底6的背离表面61的后侧 中能够构成具有凸出部和凹陷部的表面结构，所述凸出部和凹陷部形成 温度分布结构元件70。由于衬底6仅借助凸出部安放在衬底载体上，在 那里温度耦合更好进而局部地在凸出部上方的区域中的温度与在相邻 设置的凹陷部上方的区域中相比更高。因此，能够实现衬底6到衬底载 体上的不同的热耦合。在此情况下，构成为凸出部的温度分布结构元件 70能够具有与衬底6相同的材料并且特别优选与衬底6一体地构成。
如在图8I中所示出的那样，通过温度分布结构7形成的凸出部和 凹陷部也能够通过与衬底6不同的材料形成。
在图8J中示出温度分布结构7，所述温度分布结构是结合图8A 和8H所描述的温度分布结构7的组合。一方面，构成为加热元件的温 度分布结构元件70设置在衬底后侧上。附加地，构成为凹陷部的温度 分布结构元件70设置在衬底后侧中，所述温度分布结构元件形成用作 为热障的分离沟槽，由此减少在衬底6中的热消散进而能够产生更清晰 的温度曲线。
如在图8K中所示出的，在衬底后侧上的凹陷部中能够附加地设 置有具有比衬底6更小热导率的材料，以便增大这样形成的温度分布结 构元件70的热障功能。
在图9A中示意地表明在传统的衬底载体中的可用作为用于此处 所描述的方法的衬底6的晶片的表面61上的典型的温度曲线。可见的 是，在衬底表面61上的温度分布不是均匀的，而是在长度标度上和在 横向方向上变化，所述温度分布与要在晶片复合件中制造的半导体芯片 的设置无关。相应的温度分布例如也能够在第一半导体层生长时存在。 所述温度曲线如之前所描述的那样作用于半导体芯片的半导体层的材 料组成，使得在晶片复合件中制成的半导体芯片能够具有彼此不同的特 性。为了避免这种情况，能够在附加的方法步骤中，如在图9B中所示 出的那样，使设置用于生长工艺的表面61上的温度曲线均匀化并且基 于此，如在图9C中所示出的那样，根据期望的不均匀的横向温度分布 来设定所述温度曲线。
如在根据随后的图10A至10F的实施例中所示出的那样，在常规 的覆层设备中，在衬底载体200上通常设置有多个衬底6，以便能够对 所述衬底同时覆层。为了实现尽可能均匀的覆层，衬底载体200旋转， 如借助表明转动方向201的箭头所示出的那样。经由衬底载体200将衬 底6加热到期望的生长温度上，其中在表面61上能够存在不均匀的温 度分布，如示例性地在图9A中所示出的那样。为了使衬底6的表面61 上的相应的温度曲线均匀化，能够首先测量所述温度曲线，例如借助于 红外探测器测量，其中所述温度曲线对于每个衬底6能够是不同的。
此外，将每个衬底6有针对性地在子区域中加热，以便在所述衬 底的相应的表面61上产生尽可能均匀的温度曲线。这种加热例如能够 如在图10A中所示出的那样借助于局部变化的光辐照、即借助于射入可 适当地变化的光束300来进行，所述光束例如能够在衬底材料中或在施 加在衬底6上的半导体材料中被吸收。光束例如能够是一个或多个激光源的单束或多束，并且借助于适合的光转向装置400、例如借助镜或其 他适合的设备有针对性地转向到衬底6的表面61的选出的子区域上。 对此替选地，如在图10B中所示出的那样，例如也能够使用多个光源 301，例如激光器阵列中的多个激光源，所述光源优选能够彼此独立地 将光射入到衬底6的表面61上。由此，优选能够分别将衬底6的整个 表面61覆盖，其中在考虑衬底载体200的转动运动和衬底6的所确定 的单独的温度曲线的情况下进行光射入。
借助于之前所描述的附加存在的温度分布结构能够产生期望用于 第一半导体层生长的不均匀的横向的温度曲线。对此替选地，也可行的 能够是：同样借助于所描述的光射入产生所述温度曲线，其中与温度曲 线的纯均匀化相比，相应地调整要通过光加热产生的加热曲线。此外， 也可行的能够是：通过局部变化的光辐照形成的光加热在没有附加的均 匀化步骤的情况下仅用于产生期望的不均匀的温度曲线。
在第一半导体层生长期间局部变化的光辐照能够如之前所描述的 那样包括用激光器辐照，所述激光器将一个或多个光束300在预定的且 有针对性地选择的区域中射入到生长的第一半导体层上，所述光束通过 在生长的第一半导体层中或在位于其下方的层、例如已经生长的层和/ 或衬底6中的吸收引起在这些区域中的局部的且不均匀的加热，使得在 不同的区域中存在对于生长的第一半导体层不同的有效生长温度。局部 变化的光辐照尤其能够构成为，使得能够同时或依次在衬底6上辐照一 个或多个区域，所述区域的面扩展小于半导体芯片的面扩展。在此，也 能够脉冲地进行光射入。通过所描述的光转向装置400和/或通过使用 多个光源301，对下述面的扫描能够是可行的：在所述面上生长第一半导体层。
如在图10A至10F中所示出，衬底6或替选地还有衬底载体200 能够构成有至少两个标记62，所述标记用作为反射器或校准标志，以便 能够使光束300同步。如在图10C和10D中示例性示出的那样，例如 在时间点T1，用A表示的光束300能够射到标记62上，并且由所述标 记反射(图10C)；而在相同的或之后的时间点T2，用B表示的光束300 射到标记62上并且由所述标记反射(图10D)。能够使用由标记62反 射的信号，以便一方面能够实现光束300到衬底6上的精确的同步。附 加地，可行的能够是：根据至少两个标记62的可能时间错开的信号， 计算衬底6在衬底载体200中的转动，进而将期望的温度曲线与标记62 匹配地定向。标记62能够与温度曲线匹配地在将温度曲线均匀化时以 及之后在芯片工艺中用于校准芯片结构。
呈多个单独光源形式或者如在图10B中示出的那样呈复数个多个 光源301的形式的多个光源也能够用于多个衬底6的同时加热。由此可 行的能够是：在衬底载体200旋转期间实现更均匀的温度分布。此外， 能够局部地引入更多功率，因为多个光源能够照亮在衬底6上的相同的 区域，使得较强的温度梯度是可行的。通过例如多个通过多个光源301 构成的激光器阵列的错开的设置，也还能够改进位置分辨率。
如在图10F中所示出的那样，多个光源301也能够仅照亮衬底6 的子区域。由此，例如能够简化反射的信号与标记62的关联。此外， 探测器500能够设置在衬底载体200上或在所述衬底载体附近设置，以 便能够直接探测由标记62反射的信号。
结合附图所描述的实施例和其特征能够根据其他实施例彼此组 合，即使这些组合并未详尽地描述时也如此。此外，结合附图所描述的 实施例能够具有根据在概述部分中的描述的替选的和附加的特征。
本发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包 括每个新的特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的 任意组合，即使所述特征或所述组合本身未详尽地在权利要求中或实施 例中说明时也如此。
附图标记列表
1 第一半导体层
2 第二半导体层
3 第三层
4 接触层
5 钝化层
6 衬底
7 温度分布结构
8，9 保护层
10 半导体材料
11，12，13，14，15，16 区域
21 肋形波导结构
61 表面
62 标记
70 温度分布结构元件
100 半导体芯片
101 激光二极管芯片
102 波长转换元件
200 载体
201 转动方向
300 光束
301 多个光源
400 光转向装置
500 探测器
1000，2000，3000 方法步骤

Claims (19)

1.一种发光半导体芯片(100)，其具有第一半导体层(1)，所述第一半导体层至少是设为用于产生光的有源层的一部分并且沿着至少一个延伸方向具有材料组成的横向变化。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片(100)，
其中所述第一半导体层(1)具有保持不变的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的半导体芯片(100)，其中
-所述第一半导体层(1)具有至少一个第一区域(11)和至少一个横向地与所述第一区域相邻的第二区域(12)；
-所述第一区域(11)和所述第二区域(12)具有相同的材料体系；并且
-所述第一区域(11)的材料组成不同于所述第二区域(12)的材料组成。
4.根据权利要求3所述的半导体芯片(100)，其中
-所述第一半导体层(1)至少是设为用于产生光的有源层的一部分，并且
-所述半导体芯片(100)由于至少一个所述第一区域(11)和至少一个横向与其相邻的所述第二区域(12)的不同的材料组成而在运行时放射具有不同波长的光。
5.根据权利要求4所述的半导体芯片(100)，其中
-所述半导体芯片(100)构成为激光二极管芯片并且具有棱面，经由所述棱面在运行时放射光，
-所述第一区域(11)和所述第二区域(12)分别是横向相邻的激光器条的一部分，所述激光器条在运行时经由所述棱面放射具有不同波长的光。
6.根据权利要求5所述的半导体芯片(100)，
其中所述激光器条能够被共同地操控。
7.根据权利要求5所述的半导体芯片(100)，
其中所述激光器条能够被彼此独立地操控。
8.根据权利要求4所述的半导体芯片(100)，其中
-所述半导体芯片(100)构成为发光二极管芯片，并且所述半导体芯片具有辐射耦合输出面，经由所述辐射耦合输出面在运行时放射光，
-由于至少一个所述第一区域(11)和至少一个横向地与其相邻的所述第二区域(12)，所述半导体芯片(100)具有不同的发射区域，使得经由所述辐射耦合输出面在运行时能够经由不同的相邻的辐射耦合输出面区域放射具有不同波长的光。
9.根据权利要求8所述的半导体芯片(100)，
其中不同的所述发射区域能够被共同地操控。
10.根据权利要求8所述的半导体芯片(100)，
其中不同的所述发射区域能够被彼此独立地操控。
11.根据权利要求4至10中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述第一区域和所述第二区域(11，12)中的所述材料组成选择成，使得波长差大于或等于1nm。
12.根据权利要求4至11中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述第一区域和所述第二区域(11，12)中的所述材料组成选择成，使得波长差大于或等于10nm。
13.根据权利要求4至12中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述第一区域和所述第二区域(11，12)中的所述材料组成选择成，使得波长差大于或等于50nm。
14.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述第一半导体层(1)基于材料体系InAlGaN，并且为了所述材料组成的横向变化而改变In含量。
15.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述材料组成的横向变化至少部分地具有阶梯形的变化曲线。
16.根据上述权利要求中任一项所述的半导体芯片(100)，
其中所述材料组成的横向变化至少部分地具有连续的变化曲线。
17.一种用于制造根据权利要求1至15中任一项所述的发光半导体芯片(100)的方法，其中在用于生长所述第一半导体层(1)的生长工艺期间，沿着生长的所述第一半导体层(1)的至少一个延伸方向产生不均匀的横向温度分布，使得建立所述第一半导体层(1)的所述材料组成的横向变化。
18.根据权利要求17所述的方法，其中有针对性地至少部分地通过局部变化的光辐照(300)产生不均匀的横向温度分布。
19.根据权利要求17或18所述的方法，
其中有针对性地至少部分地通过温度分布结构(7)产生所述不均匀的横向温度分布，所述温度分布结构(7)具有至少一个温度分布结构元件(70)，所述温度分布结构元件引起生长的所述第一半导体层(1)的温度的局部的升高或降低。
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