CN110474230A - 光电子半导体器件和用于制造光电子半导体器件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有半导体本体的光电子半导体器件，半导体本体包括第一传导类型的第一区域、设计用于产生电磁辐射的有源区域和第二传导类型的第二区域以及设置用于耦合输出电磁辐射的耦合输出面。第一区域、有源区域和第二区域沿着堆叠方向设置。有源区域从与耦合输出面相对置的后侧面沿着纵向方向延伸至耦合输出面，纵向方向横向于或垂直于堆叠方向伸展。耦合输出面平面平行于后侧面设置。半导体本体的耦合输出面和后侧面借助于蚀刻工艺产生。此外提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。

Description

光电子半导体器件和用于制造光电子半导体器件的方法
技术领域
提出一种光电子半导体器件和一种用于制造光电子半导体器件的方法。光电子半导体器件尤其能够是发射辐射的光电子半导体器件，所述光电子半导体器件在运行时发射电磁辐射，例如光。
发明内容
要实现的目的在于，提出一种光电子半导体器件，所述光电子半导体器件具有改进的可靠性。
另一要实现的目的在于，提出一种用于制造光电子半导体器件的方法，所述方法能够实现简化的制造。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，所述光电子半导体器件具有半导体本体，所述半导体本体沿着堆叠方向包括第一传导类型的第一区域、设计用于产生电磁辐射的有源区域和第二传导类型的第二区域。此外，半导体本体具有耦合输出面，所述耦合输出面设置用于耦合输出在运行时产生的电磁辐射。耦合输出面例如横向于或垂直于堆叠方向伸展。
有源区域从与耦合输出面相对置的后侧面沿着纵向方向延伸至耦合输出面，所述纵向方向横向或垂直于堆叠方向伸展。有源区域优选包括pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW，single quantum well)或者特别优选地，包括多量子阱结构(MQW，multi quantumwell)以产生辐射。
半导体本体的区域优选外延生长。半导体本体的第一区域和第二区域分别具有不同的传导类型。传导类型的构成优选借助于半导体材料的掺杂实现。P型传导类型的构成例如借助于用受主材料掺杂来实现。n型传导类型的构成例如借助于用施主材料掺杂来实现。
耦合输出面尤其与后侧面平面平行地设置。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，半导体本体的耦合输出面还有后侧面借助于蚀刻工艺产生。
据此借助于蚀刻工艺产生半导体本体的耦合输出面和后侧面的特征不是纯方法特征，而是可在制成的部件处得到证实的并因此也是物体特征。借助于蚀刻工艺制造的面的特征尤其是耦合输出面和/或后侧面的表面中与材料组成相关的不平坦性，这通过在后侧面和耦合输出面的表面上的不同的材料和/或阶梯部中的略微不同的蚀刻速率引起。蚀刻工艺的另一特征得自于耦合输出面和后侧面彼此间小于300μm的间距。在耦合输出面和后侧面之间的这种小的间距目前难以借助划线和折断工艺产生。
通过至少一次蚀刻半导体本体产生这些特征。所述特征在制成的半导体器件处例如可借助电子显微照片或在光学显微镜下证实。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，光电子半导体器件具有半导体本体，所述半导体本体包括第一传导类型的第一区域、设计用于产生电磁辐射的有源区域、第二传导类型的第二区域，并且光电子半导体器件具有设置用于耦合输出电磁辐射的耦合输出面，其中
-所述第一区域、所述有源区域和所述第二区域沿着堆叠方向设置，
-所述有源区域从与所述耦合输出面相对置的后侧面沿着纵向方向延伸至所述耦合输出面，所述纵向方向横向于或垂直于所述堆叠方向伸展，
-所述耦合输出面平面平行于后侧面设置，并且其中
-所述半导体本体的所述耦合输出面和所述后侧面借助于蚀刻工艺产生。
在此描述的光电子半导体器件此外基于下述思考。在制造边缘发射的半导体激光二极管时尤其需要的是，所述耦合输出面和所述后侧面(刻面)借助于适宜的工艺尽可能彼此平面平行地以及光滑和平坦地制造。增加的表面粗糙度此外引起反射率减小并且还可能导致过早的部件失效。由于表面缺陷，可能会引起刻面的灾难性的光学损坏(CODcatastrophic optical damage)，与此伴随部件的完全失效。
为了制造适宜的刻面，可以采用划线和折断工艺。在此，沿着半导体的晶面选择折断轴线。因此产生沿着该所选择的晶体轴线的光滑的折断线，借此确保平面平行性并且将表面粗糙度减小到几纳米。然而，划线和折断工艺的缺点是，由不清洁地折断的刻面以及各个半导体激光二极管的立即分离引起的高比例的缺陷部件。由此不再可行的是，在要制造的部件的复合件，尤其是晶片复合件中的刻面上执行另外的工艺。更确切地说，每个半导体部件必须单独地加工，或者必须借助于附加的工艺将多个部件组合成一组，以便一起进行加工，并且随后再次相互松开。
此外，半导体激光二极管的最小长度在通过划线和折断工艺分离时被限制为相对高的值，因为折断工艺所需的折断力随着长度的减小而大幅增加。
附加的是，在使用划线和折断工艺时，也可限制为使用可折断的衬底，这进一步限制了光电子半导体器件的设计自由度。
在此描述的光电子半导体器件此外利用下述构思：代替划线和折断工艺，借助于蚀刻工艺来制造刻面。由此可行的是，在晶片复合件中制造刻面。为了确保刻面的低的表面粗糙度和高的平面平行性，采用化学抛光方法。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，光电子半导体器件设计用于产生相干辐射。换言之，光电子半导体器件能够是边缘发射的半导体激光二极管，其在运行时发射激光辐射。半导体本体的耦合输出面和后侧面在此用作为激光刻面并且是半导体激光二极管的谐振镜。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，半导体本体沿纵向方向具有小于300μm，优选小于100μm并且特别优选小于50μm的延展。半导体本体在纵向方向上的最小长度在划线和折断工艺中被限制为最小长度。通过使用蚀刻工艺，该限制失效。具有小于300μm的延展的半导体激光二极管具有有利的低增益。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，所述半导体本体的，尤其整个半导体本体的至少一个区域基于氮化物化合物半导体材料。“基于氮化物化合物半导体材料”在本文中表示：半导体本体或其至少一部分优选具有AlnGamIn1-n-mN或由其构成，其中0≤n≤1，0≤m≤1且n+m≤1。在此，所述材料不必强制性地具有根据上式的数学上精确的组成。更确切地说，所述材料例如能够具有一种或多种掺杂物质以及附加的组成成分。然而，为了简单起见，上式仅包含晶格的基本组成成分(Al，Ga，In，N)，即使所述基本组成成分能够部分地被少量的其他物质替换和/或补充。
例如在半导体本体的第一区域中p型传导类型的构成，例如借助于用材料例如镁掺杂来进行。例如在半导体本体的第二区域中n型传导类型的构成，例如借助用材料例如硅掺杂来进行。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面平行于半导体本体的晶体的m平面伸展。作为m平面表示晶体的平面，其具有纤锌矿型的六边形基本结构。由于两个相对置的m平面的平面平行性，耦合输出面相对于后侧面的定向是彼此平面平行的。由此有利地实现在耦合输出面和后侧面之间构成谐振器。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，光电子半导体器件包括生长衬底，所述半导体本体施加在所述生长衬底上，并且所述生长衬底由下述材料之一形成：蓝宝石、氮化镓、碳化硅、硅。氮化镓和碳化硅也可用于划线和折断工艺并且与蓝宝石相比具有较低的缺陷密度。在划线和折断工艺中不能或难以加工蓝宝石和硅。因此，在使用蚀刻工艺时有利地产生光电子半导体器件的较大的设计自由度。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面具有在0.1nm至10nm的范围内，并且优选在0.1nm至1nm的范围内的平均粗糙度。所述平均粗糙度定义为表面上的测量点与表面轮廓的假想的中线的平均间距。低的平均粗糙度对于耦合输出面和后侧面的高的反射率是有利的。高的光学反射率尤其有利于构成激光刻面。为了实现小的平均粗糙度值，耦合输出面和后侧面的化学抛光是有利的。尤其，在化学抛光工艺中使用TMAH(四甲基氢氧化铵)作为蚀刻剂时有利地产生小的粗糙度值。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，镜分别在背离半导体本体的侧上位于后侧面和/或耦合输出面的下游。所述镜例如能够构成为DBR镜(英语：distributedbragg reflector)。在此，所述镜包括具有不同折射率的多个层的周期性序列。DBR镜的特征尤其在于在光谱非常小的波长范围中的高反射率。因此可行的是，产生具有非常窄带的发射光谱的半导体激光二极管。DBR镜能够与半导体本体直接接触并且在所述半导体本体上产生。换言之，DBR镜通过对半导体本体进行结构化制成。多个依次设置的沟槽形的留空部在横截面中形成在半导体本体的材料和留空部之间的过渡部处的变化的折射率的周期性序列。
此外，半导体本体能够包含DFB镜(英语：distributed feedback)。DFB镜包括沿着在耦合输出面和后侧面之间的假想的连接线的折射率变化的周期性序列。在DFR镜设置在耦合输出面和/或后侧面的背离半导体本体的侧上期间，DFB镜设置在后侧面和耦合输出面之间。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，借助半导体本体的材料产生镜。通过将留空部引入半导体本体中，产生具有不同的折射率的区域。例如，所述留空部也能够用透明材料，例如空气或塑料材料或电介质来填充，所述电介质的折射率与半导体本体不同。沿着纵向方向，留空部具有限定的周期性间隔，由此产生周期性的折射率变化。通过用半导体本体的材料产生镜，能够有利地省去施加多个介电层。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，在耦合输出面上的第一区域沿着纵向方向具有至少一个阶梯部。所述阶梯部是第一区域的材料横向于堆叠方向超出耦合输出面的假想平面的凸起或突出部。尤其，光电子半导体器件也能够具有多个阶梯部。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，阶梯部结构化为，使得从半导体本体发射的电磁辐射不会射到阶梯部上。换言之，阶梯部的宽度和阶梯部的高度选择为，使得从光电子半导体器件中射出的辐射有利地能够特别不受阻碍地传播。至少一个阶梯部的结构化例如能够借助于蚀刻工艺进行。
根据光电子半导体器件的至少一个实施形式，第一区域的至少一个阶梯部的宽度bn沿纵向方向结构化为，使得其除了+/-10％的偏差以外，优选除了+/-5％的偏差以外满足下式：bn<[(hn-a-w)/tan(α/2)]-(bn-1-bn-2-…-b2-b1)。其中b限定为第一区域超出耦合输出面的阶梯部的宽度，a限定为有源区域与第二区域的背离有源区域的侧的间距，hn限定为耦合输出面在平行于半导体本体的堆叠方向的方向上的延展，w限定为在第一区域的背离有源区域的侧上的波导厚度，并且α限定为竖直的远场角。系数n代表阶梯部的数量。半导体本体的第一区域的这样结构化的阶梯部特别有效地防止所发射的光被第一区域遮蔽。
此外提出一种用于制造光电子半导体器件的方法。借助所述方法尤其能够制造在此描述的半导体器件。也就是说，所有对于半导体器件描述的特征也对于所述方法公开并且反之亦然。
根据用于制造光电子半导体器件的方法的至少一个实施形式，所述方法具有下述步骤：
提供半导体本体，所述半导体本体沿着堆叠方向具有：第一传导类型的第一区域、设计用于产生电磁辐射的有源区域和第二传导类型的第二区域。有源区域在第一区域和第二区域之间沿着纵向方向延伸，所述纵向方向横向于或垂直于堆叠方向伸展。
根据所述方法的至少一个实施形式，至少局部地沿着堆叠方向和横向于纵向方向借助于第一蚀刻工艺引入第一沟槽。所述第一沟槽完全穿过第一区域和有源区域。在此，在第一沟槽的朝向半导体本体的侧面上产生耦合输出面，所述耦合输出面设置用于耦合输出电磁辐射。尤其，所述第一蚀刻工艺在耦合输出面上产生阶梯部，在制成的半导体器件上可证实所述阶梯部。
根据所述方法的至少一个实施形式，至少局部地沿着半导体本体的堆叠方向和横向于纵向方向借助于第一蚀刻工艺在半导体本体的与第一沟槽相对置的侧上引入第二沟槽。第二沟槽完全穿过第一区域和有源区域。在此，在第二沟槽的朝向半导体本体的侧面上产生后侧面。尤其，所述第一蚀刻工艺在后侧面上产生阶梯部，在制成的半导体器件上可证实所述阶梯部。
第一蚀刻工艺优选包括借助于氯离子和氩离子进行的等离子蚀刻工艺、激光烧蚀工艺或湿法化学光刻工艺。第一沟槽和第二沟槽的蚀刻区域例如能够通过掩模层限界，所述掩模层保护有源区域免受蚀刻剂的影响。
根据所述方法的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面的整平借助于第二蚀刻工艺进行。所述第二蚀刻工艺尤其用于，制备半导体晶体的m平面。将晶体的平面称为m平面，其具有纤锌矿型的六边形基本结构。所述第二蚀刻工艺优选以湿法化学的方式借助于例如KOH、NaOH、NH4OH、LiOH、TMAH、NMP(N-甲基-2-吡咯烷酮)进行。在此意外地发现，借助使用TMAH，能够特别好地制备半导体本体的各个晶面。也就是说，在使用TMAH作为第二蚀刻剂时产生刻面的特别低的平均粗糙度。
尤其，所述第二蚀刻工艺产生可在制成的半导体器件上检测到的特征。
根据所述方法的至少一个实施形式，第二蚀刻剂包括下述蚀刻剂之一：KOH、NaOH、NH4OH、LiOH、TMAH或NMP。该湿法化学的蚀刻方法引起刻面的表面粗糙度的减小，进而用于改善表面特性。
根据所述方法的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面借助于离子净化来净化。离子净化例如借助低能量的离子进行，例如氮离子、氩离子、氢等离子、氧等离子或氙离子。被离子净化的刻面优选不再具有任何因异物引起的污染。
根据该方法的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面覆层有部分结晶材料。尤其能够将氮化铝、氮化硅、氮氧化铝、氮氧化硅、硅、氧化铝、氮化镓、硒化锌、砷化镓、磷化镓以及三元和/或四元化合物用作为部分结晶材料。部分结晶材料尤其用于耦合输出面和后侧面的钝化部。尤其，借助于溅射工艺或ALD(atomic layer deposition，原子层沉积)工艺能够将部分结晶材料沉积在耦合输出面和后侧面上。在ALD法中，能够沉积单层的原子。单层的沉积能够通过沉积多个亚单层来实现，例如借助于有机金属前体如三甲基铝来实现。在此，甲基尤其借助于各个配体的空间位阻来防止完整的单层，进而首先形成亚单层。该循环能够多次重复，直至由多个亚单层产生单层。因此，没有构成上下堆叠的原子层，而是在面上沉积仅一个单原子层。这种单层的优点是非常好的表面覆盖和包覆甚至最小的颗粒和不平整部。由此产生非常致密的层，所述层能够有利地为良好的扩散阻挡层。
根据用于制造的方法的至少一个实施形式，耦合输出面和后侧面覆层有介电材料或金属。将耦合输出面和后侧面用电介质材料或金属覆层用于设定所需的反射率，进而用于确定光电子半导体器件的光学参数。由介电材料或金属构成的层例如能够借助于溅射、蒸镀、CVD(chemical vapour deposition，化学气相沉积)或者也作为ALD层来沉积。例如能够使用氮化硅、氧化铝、氮氧化铝、氮氧化硅、氧化钽、二氧化硅或硅作为材料。
根据该方法的至少一个实施形式，第一区域的沿纵向方向超出耦合输出面的阶梯部借助于蚀刻工艺结构化。这种结构化防止了遮蔽在耦合输出面处从有源区域射出的发散的电磁辐射，并且能够同时用于分离各个光电子半导体器件。例如，将等离子蚀刻工艺用于结构化。该方法步骤尤其也能够在借助于离子净化来净化耦合输出面和后侧面之前就已经进行。
根据用于制造光电子半导体器件的方法的至少一个实施形式，在此描述的方法步骤在晶片复合件中的多个光电子半导体器件处执行。换言之，在此描述的方法步骤还在光电子半导体器件从晶片复合件中分离之前进行。晶片复合件的特征在于多个光电子半导体器件，所述光电子半导体器件单片地构成在共同的生长衬底上。所有在此描述的方法步骤均还在各个光电子半导体器件被分离之前进行。由此产生大的生产优势，尤其通过工艺步骤与从制造发光二极管中已经建立的工艺的兼容性产生大的生产优势。在此能够有利地省去将各个光电子半导体器件耗费地合并，以通过放入晶舟盒和从晶舟盒取出(Ein-undAushorden)进行镜覆层。
附图说明
从下述结合附图示出的实施例中获得光电子半导体器件的另外的优点和有利的设计方案和改进方案。
附图示出：
图1A、2A、3A、4A、5A和6A示出具有多个光电子半导体器件的晶片复合件在其根据在此描述的方法的一个实施例进行制造的不同阶段中的俯视图的示意图；
图1B、2B、3B、4B、5B和6B示出在其根据在此描述的方法的实施例进行制造的不同阶段中穿过根据第一实施例的光电子半导体器件的示意横截面图；
图7示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件的示意横截面图；
图8A至8C示出根据第一实施例的光电子半导体器件的不同的示意剖视图和视图；
图9A和9B示出根据第二实施例的光电子半导体器件的示意横截面图和俯视图；
图10示出穿过根据第三实施例的光电子半导体器件的示意横截面图；
图11示出穿过根据第四实施例的光电子半导体器件的示意横截面图；和
图12示出多个在此描述的光电子半导体器件在条形配置中的俯视图。
相同的、类似的或起相同作用的元件在附图中设有相同的附图标记。附图和在附图中示出的元件彼此间的大小比例部视为是符合比例的。更确切地说，各个元件能够为了更好的可视出性和/或为了更好的理解而夸大地示出。
具体实施方式
图1A示出在用于其制造的第一步骤中具有多个光电子半导体器件1的晶片90的俯视图的示意图。晶片90包括生长衬底900，所述生长衬底尤其由蓝宝石构成。晶片90还包括多个第一接触结构810以及多个第二区域102。第一接触结构810例如用金属或金属合金形成并且用于电接触光电子半导体器件1。
第二区域102具有第二传导类型并且优选外延生长。
图1B示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿着切线A穿过在图1A中示出的晶片90的剖面。光电子半导体器件1包括第一接触结构810、第二区域102、有源区域103和第一区域101，其共同配设给半导体本体10。半导体本体10的区域优选在生长衬底900上外延生长。第一区域101具有第一传导类型，第二区域102具有第二传导类型，并且有源区域103设置用于产生电磁辐射。
图2A示出掩模层50，所述掩膜层施加在第二区域102和第一接触结构810的背离有源区域103的侧上。为了结构化，在掩模层52中引入多个留空部。
图2B示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿着切线A穿过在图2A中示出的晶片90的剖面。在该另外的方法步骤中，将掩模50施加在光电子半导体器件1的上侧上。掩模50在掩模层52中具有多个留空部，所述留空部限定了光电子半导体器件1的要进一步加工的区域并且保护了不要加工的区域。
图3A示出借助于等离子蚀刻工艺引入的沟槽状留空部40的方位。蚀刻工艺在掩模层52中的留空部的部位处产生半导体本体10的蚀刻部。
图3B示出根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿切线A穿过在图3A中示出的晶片90的剖面。在此，多个留空部40被引入光电子半导体器件1中。这例如能够借助于等离子蚀刻工艺或另一种干法化学蚀刻工艺来进行。留空部40完全穿过第二区域102和有源区域103。在此产生留空部40的侧壁的表面的不规则性和损坏区域200。为了移除所述损坏区域200，在留空部40内进行另一蚀刻工艺。在此，能够使用下述湿法化学蚀刻剂之一：KOH、NaOH、NH4OH、LiOH、TMAH、NMP。随后，移除掩模层50。
图4A示意性地示出在留空部40的侧壁上的离子净化工艺，借助于该工艺实现对蚀刻残余物和其他杂质材料的净化。
图4B示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿着切线A穿过在图4A中示出的晶片90的剖面。离子净化借助于例如低动能的氮离子、氩离子、氢等离子、氧等离子或氙离子进行。因此，能够从留空部40的侧面移除蚀刻残余物或其他杂质材料，以便获得最干净的刻面表面。
图5A示出钝化部60，所述钝化部借助于覆层工艺施加在留空部40的侧面上。
图5B示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿着切线A穿过在图5A中示出的晶片90的剖面。在此，留空部40的侧面借助于部分结晶材料如氮化铝、硅、氮氧化铝、氮氧化硅、氧化铝、氮化镓、硒化锌、砷化镓、磷化镓、氮化硅或其他三元或四元化合物制成，以便形成钝化部60。钝化部60防止由于外部环境影响如湿气而引起对有源区域103或第一区域101或第二区域102的损坏。
图6A示出镜层70，所述镜层借助于另外的覆层工艺施加在留空部40的侧面上。
图6B示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面图。在此示出的光电子半导体器件1的剖视图对应于沿着切线A穿过在图6A中示出的晶片90的剖面。在留空部40内，将镜层70施加到钝化层60上。镜层70例如包括金属层或一种或多种电介质的一个或多个层。镜层70尤其能够包括氮化硅、氧化铝、氮氧化铝、氧化钽、二氧化硅或硅或由其形成。镜层70例如借助于溅射、蒸镀、CVD或借助于ALD工艺施加。通过施加镜层70，能够实现光电子半导体器件1的耦合输出面20和后侧面30的限定的反射率。
图1A、2A、3A、4A、5A和6A分别示出晶片90在用于制造多个光电子半导体器件1的方法的不同的阶段中的俯视图。尤其可识别，在此示出的所有方法步骤能够有利地在晶片复合件中执行。通过引入多个呈沟槽形式的留空部40来实现晶片的结构化。进一步的加工也能够在晶片复合件中进行，所述进一步的加工尤其包括沟槽侧面的抛光以及沟槽侧面的钝化和随后的涂覆。这简化了制造并且降低了每个所制造的器件的成本耗费。
图7示出穿过根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性横截面。光电子半导体器件1包括半导体本体10，所述半导体本体具有第二区域102、有源区域103和第一区域101。第一接触结构810施加在第二区域102的背离有源区域103的侧上。在第一区域101的背离有源区域103的侧上施加第二接触结构820。第一接触结构810和第二接触结构820例如用金属，如金形成，并且设置用于电连接半导体本体10。在半导体本体10的端部面处施加有耦合输出面20和后侧面30。耦合输出面20平面平行于后侧面30设置并且用于耦合输出在有源区域103中产生的电磁辐射E。由钝化层60和镜层70构成的层序列施加在耦合输出面20以及后侧面30上。
第一区域101根据式bn<[(hn-a-w)/tan(α/2)]-(bn-1-bn-2-…-b2-b1)结构化。在具有两个阶梯部1011的该具体实施例中，根据该式，现在，对第一阶梯部1011的宽度b1适用b1<(h1-a-w)/tan(α/2)，和第二阶梯部1011的宽度b2适用b2<[(h2-a-w)/tan(α/2)]-b1。变量a表示有源区域103与第二区域102的背离有源区域103的侧的间距。变量h1表示从第二区域102的背离有源区域103的侧测量的留空部40的第一蚀刻深度。变量h2表示从第二区域102的背离有源区域103的侧测量的另一留空部的第二蚀刻深度。变量w表示在邻接于有源区域103的第一区域101内的波导区域的厚度。波导区域用于光学引导在有源区域103中产生的电磁辐射。变量α表示从耦合输出面20射出的电磁辐射E的竖直的远场角。如果两个阶梯部1011根据上述式结构化，那么有利地避免了通过第一区域101的材料对出射的电磁辐射E的遮蔽并且所述电磁辐射E能够有利地特别不受阻碍地离开光电子半导体器件1。
图8A示出根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性侧视图。与图7中示出的实施例相反，在此示出的实施例具有仅一个阶梯部1011。
图8B示出根据第一实施例的光电子半导体器件1的示意性俯视图。在俯视图中，第二区域102的小的延展是清楚的，所述延展不在半导体本体10的整个宽度上延伸。这尤其用于对设置在第二区域102下方的有源区域103限界。因此，在有源区域103中发射的电磁辐射的延展受到限制，由此有利地改善射束质量。
图8C示出根据第一示例性实施例的光电子半导体器件1的示意性前视图。在图8C中示出的前视图示出光电子半导体器件1的耦合输出面20。电接触经由第一接触结构810和设置在第一接触结构810的相对置的侧上的第二接触结构820进行。在狭窄限界的范围中耦合输出电磁辐射E。
图9A示出根据第二实施例的光电子半导体器件1的示意性侧视图。第二实施例基本上对应于第一实施例，并且仅在电接触的类型方面不同。第二接触结构820设置在第一接触元件810旁边的另一平面上。因此，在此示出的光电子半导体器件1例如适用于安装在不导电的衬底上。
图9B示出根据第二实施例的光电子半导体器件1的示意性俯视图。电接触通过第一接触结构810和与设置在其旁边的第二接触结构820实现。
图10示出根据第三实施例的光电子半导体器件1。在此示出的光电子半导体器件1包括多个留空部40，留空部40设置在与耦合输出面20相对置的后侧面30上并且构成镜701。每个留空部40设有钝化层60和镜层70。镜701包括所谓的DBR结构。所述DBR结构的特征尤其在于光谱选择性的反射率和在这种情况下非常高的反射率。留空部40通过在半导体本体10的材料与留空部40之间的过渡部产生折射率变化的周期性序列。DBR镜直接被加入到半导体本体10中。留空部40尤其能够为了增加的机械稳定性和/或为了调节折射率而例如用BCB或其他透明聚合物或电介质填充。第一区域101在耦合输出面20上沿纵向方向X具有阶梯部1011。
图11示出根据第四实施例的光电子半导体器件1。第四实施例基本上对应于第三实施例，并且附加地在光电子半导体器件1的耦合输出面20上具有另一外的镜702。该另外的镜702同样构成为DBR结构并且具有多个留空部40，所述留空部分别具有钝化部60和镜层70。第二镜702直接引入半导体本体10中。半导体本体10的半导体材料和留空部40中的材料的不同的折射率能够实现折射率的周期性变化进而实现DBR镜的构造。这也适用于仅用空气填充的留空部40。第一区域101沿纵向方向X在耦合输出面20上具有阶梯部1011。
图12示出多个光电子半导体器件1，所述光电子半导体器件在单片结构中组合成条。单片表示：在此示出的光电子半导体器件1在共同的生长衬底900上生长并且通过生长衬底900和/或外延制造的半导体层彼此连接。具有多个光电子半导体器件1的条的制造能够有利地直接实现，并且能够有利地省去组装多个预先分离的光电子半导体器件1。
本发明不受根据实施例的描述的限制。相反，本发明包括每个新的特征以及特征的任何组合，这尤其包括权利要求中的特征的任何组合，即使该特征或该组合本身没有在权利要求或实施例中明确说明。
该专利申请要求德国专利申请102018111319.6的优先权，其公开内容通过参引的方式并入本文。
附图标记列表:
1 光电子半导体器件
10 半导体本体
101 第一区域
1011 阶梯部
102 第二区域
103 有源区域
20 耦合输出面
30 后侧面
40 留空部
50 掩膜层
52 在掩膜层中的留空部
60 钝化部
70 镜层
701 镜
702 镜
200 损坏区域
810 第一接触结构
820 第二接触结构
90 晶片
900 生长衬底
A 切线
α 竖直的远场角
E 电磁辐射
X 纵向方向
Y 堆叠方向。

Claims (20)

1.一种具有半导体本体(10)的光电子半导体器件(1)，所述半导体本体包括第一传导类型的第一区域(101)、设计用于产生电磁辐射的有源区域(103)、第二传导类型的第二区域(102)以及设置用于耦合输出电磁辐射的耦合输出面(20)，其中
-所述第一区域(101)、所述有源区域(103)和所述第二区域(102)沿着堆叠方向(Y)设置，
-所述有源区域(103)从与所述耦合输出面(20)相对置的后侧面(30)沿着纵向方向(X)延伸至所述耦合输出面(20)，所述纵向方向横向于或垂直于所述堆叠方向(Y)伸展，
-所述耦合输出面(20)平面平行于所述后侧面(30)设置，和
-所述半导体本体(10)的所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)借助于蚀刻工艺产生。
2.根据上一项权利要求所述的光电子半导体器件(1)，其中所述光电子半导体器件(1)设计用于产生相干辐射。
3.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中所述半导体本体(10)沿纵向方向(X)具有小于300μm，优选小于100μm并且特别优选小于50μm的延展。
4.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中所述半导体本体(10)的至少一个区域基于氮化物化合物半导体材料。
5.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)平行于所述半导体本体(10)的晶体的m平面伸展。
6.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中所述半导体本体(10)施加在所述生长衬底(900)上，并且所述生长衬底(900)由下述材料之一形成：蓝宝石、氮化镓、碳化硅、硅。
7.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)具有在0.1nm至10nm的范围内，并且优选在0.1nm至1nm的范围内的平均粗糙度。
8.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中镜(701、702)分别在背离所述半导体本体(10)的侧上位于所述后侧面(30)和/或所述耦合输出面(20)的下游。
9.根据上一项权利要求所述的光电子半导体器件(1)，其中借助所述半导体本体(10)的材料产生所述镜(701、702)。
10.根据上述权利要求中任一项所述的光电子半导体器件(1)，其中在所述耦合输出面(20)上的所述第一区域(101)沿着纵向方向(X)具有至少一个阶梯部(1011)。
11.根据上一项权利要求所述的光电子半导体器件(1)，其中所述阶梯部(1011)结构化为，使得从所述半导体本体(10)发射的电磁辐射(E)不会射到所述阶梯部(1011)上。
12.根据权利要求10所述的光电子半导体器件(1)，其中所述第一区域(101)的至少一个阶梯部(1011)的宽度bn沿所述纵向方向(X)结构化为，使得其除了+/-10％的偏差以外满足下式：bn<[(hn-a-w)/tan(α/2)]-(bn-1-bn-2-…-b2-b1)，其中a限定为所述有源区域与所述第二区域(102)的背离所述有源区域的侧的间距，hn限定为所述耦合输出面在平行于所述半导体本体的堆叠方向(Y)的方向上的延展，w限定为在所述第一区域(101)的背离所述有源区域的侧上的波导厚度，并且α限定为竖直的远场角，并且系数n代表阶梯部(1011)的数量。
13.一种用于制造光电子半导体器件(1)的方法，所述方法具有下述步骤：
-提供半导体本体(10)，所述半导体本体沿着堆叠方向(Y)具有：第一传导类型的第一区域(101)、设计用于产生电磁辐射的有源区域(103)和第二传导类型的第二区域(102)，其中所述有源区域(103)在所述第一区域(101)和所述第二区域(102)之间沿着纵向方向(X)延伸，所述纵向方向横向于或垂直于所述堆叠方向(Y)伸展，
-引入第一沟槽至少局部地沿着所述堆叠方向(Y)和横向于所述纵向方向(X)借助于第一蚀刻工艺进行，所述第一沟槽完全穿过所述第一区域(101)和所述有源区域(103)，其中，在所述第一沟槽的朝向所述半导体本体(10)的侧面上产生耦合输出面(20)，所述耦合输出面设置用于耦合输出电磁辐射(E)，和
-在所述半导体本体(10)的与所述第一沟槽相对置的侧上引入第二沟槽至少局部地沿着所述半导体本体(10)的所述堆叠方向(Y)和横向于所述纵向方向(X)借助于所述第一蚀刻工艺进行，所述第二沟槽完全穿过所述第一区域(101)和所述有源区域(103)，其中在所述第二沟槽的朝向所述半导体本体(10)的侧面上产生后侧面(30)，和
-所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)的整平借助于第二蚀刻工艺进行。
14.根据上一项权利要求所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述第二蚀刻方法的所述蚀刻剂包括下述蚀刻剂之一：KOH、NaOH、NH4OH、LiOH、TMAH、NMP。
15.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)借助于离子净化来净化。
16.根据上一项权利要求所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)用部分结晶材料涂覆。
17.根据上一项权利要求所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述耦合输出面(20)和所述后侧面(30)覆层有介电材料或金属。
18.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中将所述第一区域(101)的沿所述纵向方向(X)超出所述耦合输出面(20)的阶梯部(1011)借助于蚀刻工艺结构化。
19.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述方法步骤在晶片复合件中的多个光电子半导体器件(1)处执行。
20.根据上述权利要求中任一项所述的用于制造光电子半导体器件(1)的方法，其中所述第二蚀刻工艺是湿法化学蚀刻方法。
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