CN117355999A - 光电子半导体芯片和组件 - Google Patents

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斯文·格哈德
布鲁诺·延奇
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Abstract

在至少一个实施方式中，光电子半导体芯片(1)包括：‑载体(2)，‑在载体(2)处的半导体层序列(3)，所述半导体层序列具有用于产生辐射(R)的至少一个有源区(33)，‑在半导体层序列(3)的用于耦合输出辐射的耦合输出端面(34)处的光学高折射层(4)，和‑直接在高折射层(4)的外侧处的光学低折射覆层(5)，以用于全反射辐射(R)，其中‑半导体层序列(3)被设计成在有源区(33)中垂直于半导体层序列(3)的生长方向(G)引导辐射(R)，并且‑高折射层(4)被设计成在外侧(45)处使辐射(R)平行于生长方向(G)偏转。

Description

光电子半导体芯片和组件
提出一种光电子半导体芯片。此外，提出一种具有这种光电子半导体芯片的组件。
在文献US 2009/0097519 A1和WO 2019/170636 A1中存在具有倾斜取向的偏转端面的半导体激光器。
要实现的目的在于：提出可以高效制造的光电子半导体芯片和组件。
此外，该目的通过具有独立专利权利要求所述特征的光电子半导体芯片和组件来实现。优选的改进方案是从属权利要求的主题。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括载体。载体能够是机械承载和支撑半导体芯片的部件。载体可以用于半导体芯片的电连接。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括半导体层序列，用于产生辐射的一个或多个有源区位于所述半导体层序列中。至少一个有源区尤其包含至少一个pn结和/或至少一个量子阱结构。术语量子阱不包含关于量子化维度的说明。因此，术语量子阱例如包括多维量子阱、一维量子线、可视作为零维的量子点以及这些结构的任何组合。
半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料，如AlnIn1-n-mGamN，或者是磷化物化合物半导体材料，如AlnIn1-n-mGamP，或者是砷化物化合物半导体材料，如AlnIn1-n-mGamAs或AlnGamIn1-n-mAskP1-k，其中分别0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1，以及0≤k<1。在此，例如，0<n≤0.8，0.4≤m<1并且n+m≤0.95以及0<k≤0.5适用于半导体层序列的至少一个层或所有层。在此，半导体层序列能够具有掺杂材料以及附加的组成部分。然而，为了简单，仅说明半导体层序列的晶格的主要组成部分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充。
半导体层序列优选基于材料体系AlnIn1-n-mGamN或AlnIn1-n-mGamAs。在运行中由有源区产生的辐射的光谱范围尤其为350nm至600nm或者590nm至960nm，其中包括边界值。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括光学高折射层。该至少一个高折射层位于半导体层序列的至少一个耦合输出端面处。至少一个耦合输出端面用于来自半导体层序列的辐射的辐射耦合输出。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括光学低折射覆层。低折射覆层优选直接位于高折射层的外侧处。外侧背离半导体层序列。低折射覆层与高折射层协作地用于辐射的全反射。
根据至少一个实施方式，半导体层序列被设计成在有源区中垂直于半导体层序列的生长方向引导辐射。为此，半导体层序列能够具有波导和包围的包覆层，其中至少一个有源区位于波导中。术语平行例如意味着：以与生长方向的法向平面成至多15°或至多5°或至多2°的角度引导辐射。
根据至少一个实施方式，高折射层被设计成在外侧处使辐射平行于生长方向偏转。例如，这适用于最大45°或最大15°或最大5°的角度公差。
在至少一个实施方式中，光电子半导体芯片包括载体；在载体处的半导体层序列，所述半导体层序列具有用于产生辐射的至少一个有源区；在半导体层序列的用于耦合输出辐射的耦合输出端面处的光学高折射层；和直接在高折射层的外侧处的光学低折射覆层，以用于全反射辐射。在此，半导体层序列被设计成在有源区中垂直于半导体层序列的生长方向引导辐射。高折射层被设计成在外侧处使辐射平行于生长方向偏转，其中高折射层和低折射覆层共同作用，使得高折射层与低折射覆层之间的边界面被设计成全反射辐射。
半导体芯片尤其是具有水平腔的表面发射的激光器，也称为HCSEL。“表面发射”能够意味着：发射侧垂直于半导体层序列的生长方向取向，并且“水平”能够意味着在平行于发射侧的方向上。因此，在此处描述的半导体芯片中，优选地装入偏转元件、尤其是由高折射层和低折射覆层的组合形成的偏转元件，其中相关联的耦合输出端面例如形成45°偏转棱镜或平行于生长方向取向。由此，半导体芯片能够被成本有效地设计成激光器，因为在制造中能够使用类似LED的工艺，而不需要特定的激光工艺，例如刻划和折断。
除了明显更成本有效的实现方案外，在没有分割工艺(对于激光器中的镜覆层是必要的)的情况下，晶圆级工艺处理能够用于一系列应用，例如波长转换材料的泵浦，例如在投影应用中。其他可能的应用领域为航空领域以及汽车领域或普通照明领域。附加地，表面发射允许特别平坦的壳体，进而与LED封装技术高度协同。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片是半导体激光器。这意味着：在运行中半导体芯片被设计用于发射相干辐射。
根据至少一个实施方式，在辐射的最大强度的波长下，高折射层的折射率比低折射覆层高至少0.6或至少0.8或至少1.0。这尤其适用于室温(即，300K)或适用于半导体芯片的正常运行温度。
根据至少一个实施方式，在有源区与高折射层之间的折射率差为至多0.3或至多0.2或至多0.1或至多0.05。这尤其适用于室温(即，300K)或适用于半导体芯片的正常运行温度。
根据至少一个实施方式，高折射层直接位于耦合输出端面处，并且耦合输出端面横向于生长方向取向。例如，生长方向与耦合输出端面之间的角度于是为至少15°或至少30°和/或至多75°或至多60°，例如45°。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片还包括直接在耦合输出端面处的一个或多个耦合输出镜。至少一个耦合输出镜尤其是布拉格镜。
根据至少一个实施方式，高折射层直接位于耦合输出镜处，并且耦合输出端面平行于生长方向(G)取向。术语平行或垂直尤其以最大15°或最大10°或最大5°的角度公差适用于此处和下文。
根据至少一个实施方式，高折射层是用于耦合输出端面和/或用于耦合输出镜的平坦化层。这意味着：通过高折射层能够减少耦合输出端面的不平整度或粗糙度。换言之，背离耦合输出端面的一侧处的高折射层能够比耦合输出端面本身更平滑和/或更平整。尽管如此，不管不平整度或粗糙度如何，耦合输出端面优选是平面。
根据至少一个实施方式，高折射层是用于耦合输出端面的角度校正层，使得外侧与耦合输出端面之间的角度为0.1°至20°或0.2°至10°或0.2°至3°，其中包括边界值。这意味着，与耦合输出端面本身相比，借助于高折射层能够精确地调节和/或调整辐射的耦合输出方向。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片还包括针对辐射的反射金属化部，所述反射金属化部直接位于低折射覆层的背离耦合输出端面的一侧处。通过这种金属化部，可以使用半导体层序列中产生的辐射的穿过低折射覆层的份额。
根据至少一个实施方式，载体是半导体层序列的生长衬底。在此，辐射能够穿过载体放射。
根据至少一个实施方式，载体是替换载体，半导体层序列借助于连接机构固定在所述替换载体处。这意味着，半导体层序列的生长衬底可以通过替换载体替换，或者除了生长衬底外还存在替换载体。在这种情况下，辐射可以由于外侧而沿远离载体的方向、特别是远离替换载体的方向放射。
根据至少一个实施方式，载体具有用于半导体层序列的凹部，使得载体具有面向耦合输出端面的支撑面。在这种情况下，低折射覆层能够施加到支撑面上并且高折射层能够安置在低折射覆层上。
根据至少一个实施方式，半导体层序列以俯视图观察在没有有源区的至少一个区域中利用固定机构固定在低折射覆层处，所述低折射覆层施加在载体上。固定机构能够基于至少一种金属。
根据至少一个实施方式，半导体层序列的与耦合输出端面相对的另外的端面倾斜于生长方向取向。替代地，另外的端面平行于生长方向取向。
根据至少一个实施方式，与另外的端面相关联的另外的支撑面平行于生长方向取向，使得另外的支撑面被设计成将辐射的从有源区到达另外的支撑面的辐射份额反射回到有源区中。
根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片还包括用于对辐射进行射束校正的光学装置。光学装置以俯视图观察例如完全或部分位于外侧的上方。以俯视图观察，光学装置能够大于外侧。光学装置可以从载体中产生。
此外，提出一种组件，所述组件具有至少一个如结合上述实施方式中的一个或多个描述的光电子半导体芯片。因此，组件的特征也针对光电子半导体芯片公开，反之亦然。
在至少一个实施方式中，组件包括多个光电子半导体芯片以及安装平台。半导体芯片安装在安装平台上，并且借助于半导体芯片的光学装置将半导体芯片的放射方向彼此适配。
下面参照附图根据实施例更详细地解释在此描述的光电子半导体芯片和在此描述的组件。在各个附图中，相同的附图标记在此表示相同的元件。然而，在此，没有示出比例参考，更确切地说，为了更好地理解，能够夸大地示出各个元件。
附图示出：
图1示出了在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例的平行于谐振器纵向方向的示意性截面图，
图2至图5示出了用于制造图1中的光电子半导体芯片的方法步骤的示意性截面图，
图6示出了在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例的示意性截面图，
图7和图8示出了在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意性俯视图，
图9和图10示出了在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意性截面图，
图11示出了在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例的示意性俯视图，
图12至图16示出了在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意性截面图，
图17至图28示出了用于制造在此描述的光电子半导体芯片的一个实施例的方法步骤的示意性截面图，
图29至图31示出了在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意性截面图，和
图32至图34示出了具有在此描述的光电子半导体芯片的组件的实施例的示意性截面图。
图1示出了光电子半导体芯片1的一个实施例。半导体芯片1优选是激光二极管芯片。半导体芯片1包括半导体层序列3，所述半导体层序列例如由AlInGaN制成。例如，半导体层序列3中的有源区33被设计成在运行中产生蓝光、绿光和/或近紫外辐射R。有源区33能够嵌入半导体层序列3的波导中，并且波导能够由半导体层序列3的未明确示出的包覆层限界。半导体层序列3还能够位于作为载体2的生长衬底21处。
半导体层序列3具有两个耦合输出端面34，所述两个耦合输出端面与半导体层序列3的生长方向G成大约45°取向。在此，半导体层序列3朝远离生长衬底21的方向变窄。在有源区33中产生的辐射穿过耦合输出端面34离开半导体层序列3。
光学高折射层4分别直接位于耦合输出端面34处。高折射层4具有与半导体层序列3相同或近似相同的折射率。高折射层4例如由NbO或LiNbO制成并且能够借助于溶胶-凝胶方法来施加，或者由ZnS或溅射的无定形的GaN制成。高折射层4的外侧45相对平滑并且能够精确地与生长方向G成45°角取向。这就是说，借助于高折射层4能够校正耦合输出端面34的定向并使耦合输出端面34平滑。
光学低折射覆层5直接位于外侧45处。低折射覆层5优选地是电绝缘的并且例如由SiO2或氟化物(例如，MgF或CaF)制成。低折射覆层5能够相对较薄。在高折射层4和低折射覆层5的协作下，外侧45被设计成全反射辐射R。
可选地，固定机构63侧向地处于高折射层4的旁边。固定机构63优选是导电的并且能够是焊料。经由固定机构63，实现了半导体层序列3与作为另外的载体2的替换载体22的电接触和机械连接。替换载体22优选地与结构化的高折射层4相匹配并且例如由蓝宝石制成。因此，有源区33位于另外的载体2、22中的凹部24中或凹部24处。
为了进一步电接触半导体层序列3，能够在半导体层序列3的朝向替换载体22的接触侧30处中断低折射覆层5，使得电接触机构64能够穿过低折射覆层5到达半导体层序列3。在替换载体22的支撑面25处，低折射覆层5可选地直接位于替换载体22处。
沿远离半导体层序列3的方向，垂直于生长方向G取向的区域能够跟随在支撑面25之后。可选地，远离生长衬底21伸展的另外的区域能够跟随在所述区域之后。
此外，可选地，间隙8能够位于接触侧30处、在低折射覆层5与高折射层4之间。
因此，有源区33中产生的辐射R穿过耦合输出端面34进入高折射层4并到达相应的外侧45。在外侧45处，辐射R借助于全反射转向至生长衬底21并且例如从生长衬底21的放射侧37处的两个区域中发射。
图2至图5示出了根据图1的光电子半导体芯片1的示例性制造方法。
根据图2，在生长衬底21上产生并结构化半导体层序列3，使得有源区33仅保留在预端面35之间的区域中。半导体层序列3的结构化借助于干法蚀刻来进行，因为借助于湿法蚀刻难以产生耦合输出端面34的例如45°的正确角度。当然，由于干法蚀刻，预端面35相对粗糙。
在图3的可选步骤中，使预端面35平滑，使得形成耦合输出端面34。
根据图4，产生并结构化光学高折射层4。在此，产生外侧45和用于电接触机构的开口。因此，除了开口外，高折射层4能够在接触侧30处平坦地且垂直于生长方向G取向。外侧45例如与生长方向G成45°角取向。靠近载体2，在辐射R射到外侧45上的区域之外，高折射层4能够可选地具有平行于生长方向G伸展的侧壁。
能够产生与图2和图3中的生长方向G成例如45°的耦合输出端面34的角度的公差为例如0.5°。与此相比，由于高折射层4的材料不同，外侧45的角度能够以例如仅0.1°或仅0.05°的公差产生。因此，外侧45与相关联的耦合输出端面34之间的角度例如为至少0.1°和/或至多3°。
图5示出：提供另外的载体2、22，所述另外的载体被预先结构化并且设有低折射覆层5。同样地，低折射覆层5已经被结构化并且可选地安置电接触机构64。
在另外的方法步骤(未示出)中，将图4和图5中的部件接合在一起，以便获得图1的半导体芯片1。
因此，利用图2至图5的方法，蚀刻的耦合输出端面34可以与高折射层4结合制造以获得完美的侧壁，以便补偿蚀刻角度的不精确性。因此，无需借助于刻划和折断来产生端面，以实现期望的侧壁角度的高精度，随之节省成本。
图6示出了半导体芯片1的另外的实施例。在这种情况下，存在与仅有的一个耦合输出端面34相对的另外的端面36。另外的端面36平行于生长方向G取向。高折射层4也直接位于另外的端面36处，但低折射覆层5没有位于另外的端面36处。代替低折射覆层5，存在端镜覆层65、例如布拉格镜。因此，另外的支撑面26与另外的端面36相关联，如同高折射层4的相关联的侧壁那样，所述另外的支撑面平行于生长方向G取向。
端镜覆层65能够始于用于电接触机构64的开口处。替代于图6中的视图，同样可行的是：端镜覆层65不替代低折射覆层5，而是附加地施加到低折射覆层5的面向半导体层序列3的一侧上。
此外，图1至图5的实施方案同样适用于图6，反之亦然。
图7和图8示出了半导体层序列3的俯视图，其中为了简化视图未显示另外的载体2、22以及低折射覆层5。
根据图7，半导体层序列3的在产生耦合输出端面45之后保留的部分被成形为截棱锥。这就是说，半导体层序列3的所述部分处的所有侧向端面均横向于生长方向G取向并且具有例如与生长方向G成大约45°的角度。
与之相对，图8示出：不与辐射R接触的端面能够平行于或近似平行于生长方向G定向。
在图7和图8中，分别存在两个耦合输出端面34，例如，如结合图1所示的那样。但是同样地，图7和图8的结构也能够在具有仅一个耦合输出端面45和例如具有另外的端面36的半导体芯片1(参见图6)中使用。
此外，图1至6的实施方案同样适用于图7和图8，反之亦然。
图9和图10的实施例尤其涉及基于GaN的HCSEL激光器，所述HCSEL激光器具有蚀刻的端面并且在放射侧37处具有低功率密度，例如用于发射蓝色或绿色辐射R。特别是在所述半导体芯片1中，如图9和图10所示，可以省去半导体芯片1周围的气密密封的壳体或封装件。
基于GaN的激光器由于其高功率密度和窄放射特性，通常需要密封的壳体来保护耦合输出端面。这与显著的成本耗费相关。通过穿过载体2进行耦合输出并且通过将辐射R偏转到载体2中，辐射R在其走向中尤其在根据图9和图10的半导体芯片1的情况下被扩宽，使得功率密度在放射侧37处下降到不再需要密封封装的程度。
在此，耦合输出端面34和/或另外的端面36能够如前面的实施例那样借助于蚀刻来产生。此外，存在集成的片上TIR偏转镜，以实现根据HCSEL概念的表面发射器；在此，TIR代表全内反射。总体而言，相对于其他方法和解决方案(例如，借助于外部偏转镜或粘合棱镜等)，这意味着显著的成本降低和性能优势。
根据图9和图10，基于AlInGaN的半导体层序列3施加在载体2上，所述载体例如是由GaN制成的、具有大约2.46的折射率的生长衬底21。耦合输出端面34和相对的另外的端面36彼此平行且平行于生长方向G取向。优选地，作为端镜覆层65的高反射布拉格镜位于另外的端面36处。耦合输出端面34优选地直接设有耦合输出镜61，所述耦合输出镜对于辐射R具有较低的反射率，例如至少30％和/或最多80％的反射率。耦合输出镜61和/或端镜覆层65还能够用作端面34、36的钝化部。
光学高折射层4直接位于耦合输出镜61的背离半导体层序列3的一侧处并且例如由折射率为大约2.44的NbO或折射率为大约2.47的ZnS制成。外侧45例如与生长方向G成45°角定向。
光学低折射覆层5直接位于外侧45处，所述光学低折射覆层例如由SiOx、MgF或CaF制成并且优选具有至多2.0的折射率。低折射覆层5优选地在外侧45的与辐射R接触的区域上具有恒定的层厚度。
可选地，反射金属化部62(替代地，布拉格镜)直接位于低折射覆层5的背离半导体层序列3的一侧上。根据辐射R的波长，反射金属化部62例如由Al、Ag、Au或Cr-Au层系统制成。
为了充分降低放射侧37处的辐射R的功率密度，载体2优选地具有至少200μm和/或至多2mm的厚度。例如，载体2的厚度为0.3mm。
高折射层4在有源区33的平面中以及在平行于有源区33的方向上的有效厚度例如为至少2μm或至少8μm和/或至多0.2mm或至多0.1mm或至多30μm。这意味着，高折射层4的有效厚度能够明显小于载体2的厚度。
低折射覆层5的厚度例如为至少0.2μm和/或至多2μm。
载体2的放射侧37可选地至少在与辐射R相关的区域中设有抗反射覆层66，例如由SiOx或SiOxNy制成的1/4层。
优选地，例如是金属层的第一电接触层91和第二电接触层92位于载体2处的放射侧37处以及半导体层序列3的接触侧30处。
根据图9，载体2的载体上侧20是平面的，半导体层序列3位于所述载体上侧20处。但是，参见图10，载体上侧20也能够被结构化，以便能够根据具体要求适配载体2的厚度。例如，载体2在半导体层序列3的区域中比在低折射覆层5的区域中厚。
由于NbO和GaN具有非常好的折射率适配，因此在NbO/GaN过渡的相应边界面处没有出现干扰反射。此外，NbO可以作为非晶材料良好地蚀刻，例如以产生45°的外侧。
图11示出了根据图9的半导体芯片1的俯视图。因此，在俯视图中观察，半导体层序列3能够是矩形的，并且所有端面能够平行于生长方向G定向。
此外，图1至图8的实施方案同样适用于图9至图11，反之亦然。
图12示出了半导体芯片1的一个实施例，其中半导体层序列3基于AlInGaAs材料体系，并且有源区33被设计用于产生红色或近红外辐射R。如在所有其他实施例中那样，半导体层序列3能够包括多个有源区33。有源区33均能够被设计用于产生相同波长的辐射R或不同波长的辐射R。
此外，图12示出：能够在载体2处或载体2中产生光学装置7。光学装置7例如是准直透镜。这种光学装置7也能够存在于所有其他实施例中。特别地，图1的半导体芯片1是设计成脉冲运行的、具有蚀刻的端面34、36的、基于GaAs的HCSEL。
如果实现为HCSEL，则脉冲的GaAs激光器、例如用于LiDAR应用的激光器并且特别是具有三个有源区33进而具有较厚的、外延生长的半导体层序列3的三重堆叠激光器在完整的半导体层序列3上需要精确的45°斜面，但由于有源区33中的材料不同而难以实现。如果不能确保这一点，就会形成高损耗，特别是对于较深的有源区33和相关联的波导而言。特别地，如果斜面仍然是谐振器的一部分，则难以在半导体层序列3的整个厚度上精确地实现45°斜面。
在图12的基于GaAs的半导体芯片1中，端面34、36也借助于蚀刻产生并且具有集成的片上的TIR偏转镜，使得实现了HCSEL。相对于其他方法和解决方案(例如，借助于外部偏转镜、粘贴棱镜等)，这意味着显著的成本降低和性能优势。借助所述概念能够实现与标准边缘发射器方案中相同数量级的效率。当45°的外侧45位于实际谐振器时，这尤其适用。另外的优点是：与在此描述的概念中的理想45°斜面的偏差可以通过放射侧37处的补偿光学装置7来补偿。这也适用于具有仅一个有源区33的半导体芯片1。
在根据图12的半导体芯片1中，载体1尤其是折射率为大约3.6的GaAs生长衬底21，所述GaAs生长衬底对于大约870nm以上的波长是透明的。光学高折射层5又例如由折射率为大约2.28的NbO制成，并且与折射率小于2.0的低折射覆层5相比是高折射的。低折射覆层5例如由SiOx、MgF或CaF制成。反射金属化部62例如由Al、Ag、Au或Cr-Au制成。
为了防止辐射R在载体上侧20与高折射层4之间的边界面处的反射，优选地，抗反射覆层66存在于载体2与高折射层4之间。特别是如果高折射层5由SiOxNy或NbO制成，则抗反射覆层66例如是由TiOx制成的1/4层，其中SiOxNy尤其能够具有大约1.75的折射率。替代于单层的抗反射覆层66还能够使用多层系统，例如布拉格层序列。
光学装置7还能够包括快轴补偿和/或被设计成相对于辐射R的90°偏转进行角度校正。光学装置7例如被粘合或键合或蚀刻到载体2中。
此外，图1至图11的实施方案同样适用于图12，反之亦然。
图13示出：低折射覆层5也能够被构成为布拉格层堆叠。这意味着：在这种情况下，低折射覆层5无需用作与高折射层4协作的全反射覆层。这同样适用于所有其他实施例。
此外，图12的实施方案同样适用于图13，反之亦然。
图14示出：高折射层4、低折射覆层5和可选的反射金属化部62无需在接触侧30处进行平坦化。这同样适用于所有其他实施例。
此外，图14示出：光学装置7不需要是凸透镜或双凸透镜，而是还能够由超光学装置(Metaoptik)或衍射光学元件形成或包括相应的部件。这同样适用于所有其他实施例。
此外，图12和图13的实施方案同样适用于图14，反之亦然。
在根据图15的实施例中，生长衬底21由替换载体22替换。因此，放射侧37位于高折射层4的背离载体2的一侧。抗反射覆层66能够再次存在。
此外，图12至图14的实施方案同样适用于图15，反之亦然。
图16示出：基于图15，低折射覆层5能够被构成为布拉格镜，类似于图13。此外，图13和图15的实施方案同样适用于图16，反之亦然。
图17至图28示出了根据图15构建的半导体芯片1的制造方法，可选的反射金属化部62的形状除外。因此，图17示出：具有有源区33的半导体层序列在生长衬底21上连续生长。
根据图18，对半导体层序列3进行结构化，使得形成耦合输出端面34以及另外的端面36。这些端面34、36平行于生长方向G定向。在此，端面34、36不借助于刻划和折断来产生，而是借助于蚀刻产生。所述蚀刻能够包括或者是湿化学方法和/或干化学方法。
在图19的步骤中，在端面34、36处产生端镜覆层65和耦合输出镜61。端镜覆层65以及耦合输出镜61优选地是布拉格镜。
在图20的步骤中，沉积用于高折射层的起始层41。在此，起始层41能够大面积施加，可选地仅施加在耦合输出镜61处。
图21示出：借助于蚀刻对高折射层4进行结构化，使得形成外侧45。然后，参见图22，产生低折射覆层5，优选地以恒定的层厚度产生。
然后，施加用于可选的反射金属化部62的至少一种金属。与图15所示不同的是，所述金属也能够大面积地且相对较厚地施加。与图23所示不同的是，所述金属也能够位于端镜覆层65的背离半导体层序列3的一侧处。反射金属化部62的厚度在平行于生长方向G的方向上能够大于或等于半导体层序列3的厚度。
在图24的可选步骤中，进行层4、5、62的平坦化，使得层4、5、62能够在远离生长衬底21的方向上与半导体层序列3以及与镜61、65齐平。
根据图25，进行重键合，使得由Si或Ge制成的替换载体22附接到半导体层序列3的背离生长衬底21的一侧。在附接替换载体22后，去除生长衬底21。
在图26的步骤中，施加抗反射覆层66，使得产生了放射侧37。
最后，图28示出：将电接触层91、92附接到替换载体22和半导体层序列3。
图17至图28的方法例如用于制造如图15所示的半导体芯片1，但是当然也能够适配于根据其他实施例的半导体芯片1的制造要求。
图29至图31具体涉及半导体芯片1的实施例，所述半导体芯片设置有抗光束倾斜光学装置7，即能够补偿相对于载体2的辐射R的不期望倾斜和/或外侧45的错误位置的光学装置。借此可以有效地实现HCSEL的结构形式。
由于在蚀刻工艺中实现外侧45中的公差，因此造成了放射角度的倾斜或偏斜，也称为侧倾。例如，外侧45的+/-1°波动意味着所发射的辐射R的+/-5°的侧倾，例如由于折射率差异。这对于许多需要调整、准直和/或聚焦辐射R的应用来说是非常不利的。
通过将对应的透镜设计例如装入GaN衬底21中，可以补偿这种输出射束倾斜，类似于在例如径向LED中那样。特别是，由于激光模式在其起点中通常只有几个100nm、2μm宽，而载体2明显更厚，因此对于透镜设计能够将45°的外侧45处的射束尺寸假定为点辐射器。此外，经由载体厚度良好地限定了透镜表面的距离。例如，可以借助于蚀刻方法来实现相应的径向的透镜形状。其他透镜形状例如也能够是超光学结构或衍射结构。在此，另一个优点在于，能够执行压缩和/或快轴准直或预准直或将其集成到光学功能中。
因此，在图29中说明了侧倾校正。在此，为了简化视图，仅非常示意性地示出了高折射层4和低折射覆层5。
如在所有其他实施例中那样，另外的端面36也能够与生长方向G成45°角定向。耦合输出镜61也能够附接在载体2与半导体层序列3的具有至少一个有源区33的区域之间，这在所有其他实施例中是同样可行的。
此外，图1至图28的实施方案同样适用于图29，反之亦然。
根据图30，除了侧倾校正外，还进行了快轴校正。
另外，在抗反射覆层66处或代替抗反射覆层66，存在用于对辐射R进行波长变化的发光材料层67，这在所有其他实施例中是同样可行的。
此外，图29的实施方案同样适用于图30，反之亦然。
图31示出：光学装置7能够被设计成衍射光学元件或超光学装置。
此外，图29和图30的实施方案同样适用于图31。
图32示出了包括根据前述实施例之一的半导体芯片1的组件10的一个实施例。半导体芯片1位于安装平台11(例如，陶瓷衬底)处。安装平台11设置有用于电接触半导体芯片1的导电覆层12。例如，借助于能够为键合线的电连接件15来进行电接触。
因此，半导体芯片1例如装入SMD壳体中，所述壳体能够在下侧上具有用于与电路板焊接的接触面。壳体衬底、即安装平台11能够是陶瓷，例如由AlN制成，所述陶瓷在其主侧之间具有电通孔。除了两个电触点外，还能够在下侧上构成用于散热的另外的无电势的触点。
为了机械保护，半导体芯片1能够例如利用有机灌封材料(例如，环氧树脂)或利用硅树脂封装在壳体(未示出)中。如有必要，另外的光学元件(例如，透镜)能够是组件10或壳体的一部分。
此外，图29至图31的实施方案同样适用于图32。
壳体衬底、即安装平台11还能够是金属引线框架，例如由Cu制成，例如QFN壳体。为此能够存在导体框架部件14，所述导体框架部件利用载体材料13彼此机械连接。
此外，图32的实施方案同样适用于图33。
根据图34的组件10包含多个半导体芯片1，其中所有半导体芯片1能够是结构相同的或者能够构建不同类型的半导体芯片1，例如以产生不同颜色的辐射R。
这意味着：多个半导体芯片1被构建并接触在共同的安装平台11上。多个半导体芯片1的电连接例如作为串联连接进行。这允许使用市售的驱动器并且减少了所需的导线横截面。每个安装平台11可以有多个电支路。
如图32所示，共同的安装平台11能够被构成为例如基于至少一种陶瓷的SMD壳体。替代地，安装平台11被构成为由金属衬底(例如Al或Cu)、高导热性的电介质和结构化的导体层制成的电路板。
为了机械保护，半导体芯片1还能够例如利用有机灌封材料(例如，环氧树脂)或利用硅树脂来封装。其他光学元件(例如，透镜)能够是该结构的一部分。组件10能够包括用于监控温度的适当的器件(例如，NTC)，未示出。
在电路板作为安装平台11的情况下，载体材料13能够具有用于电接触的焊盘或插头以及用于固定在散热器上的钻孔，未示出。
借助于光学装置7，尤其可以将各个半导体芯片1的放射方向彼此精确适配。为此，光学装置7能够可选地单独地适配于相应的要求，即在半导体芯片层面上的要求。
除非另有说明，否则附图中所示的部件优选地按照所说明的顺序彼此相随，特别直接彼此相随。附图中未接触的部件优选彼此间具有间距。如果线彼此平行地绘制，则相关联的面优选地同样彼此平行地定向。另外，除非另有说明，否则附图正确地再现了所绘制的部件彼此的相对位置。
在此描述的本发明不限于根据实施方式的描述。更确切地说，本发明包括任何新特征和任何特征组合，这尤其是包括专利权利要求中的任何特征组合，即使该特征或该组合本身没有明确地在专利权利要求或实施方式中陈述也如此。
本申请要求德国专利申请10 2021 113 856.6的优先权，其公开内容通过引用并入本申请。
附图标记列表
1 光电子半导体芯片
2 载体
20 载体上侧
21 生长衬底
22 替换载体
23 连接机构
24 凹部
25 支撑面
26 另外的支撑面
3 半导体层序列
30 接触侧
33 有源区
34 耦合输出端面
35 预端面
36 另外的端面
37 放射侧
4 光学高折射层
41 用于光学高折射层的起始层
45 高折射层的外侧
5 光学低折射覆层
61 耦合输出镜
62 反射金属化部
63 固定机构
64 电接触机构
65 端镜覆层
66 抗反射覆层
67 发光材料层
7 光学装置
8 间隙
91 第一电接触层
92 第二电接触层
10 组件
11 安装平台
12 导电覆层
13 载体材料
14 导体框架部件
15 电连接件
G 半导体层序列的生长方向

Claims (15)

1.一种光电子半导体芯片(1)，具有：
-载体(2)，
-在所述载体(2)处的半导体层序列(3)，所述半导体层序列具有用于产生辐射(R)的至少一个有源区(33)，
-在所述半导体层序列(3)的用于耦合输出辐射的耦合输出端面(34)处的光学高折射层(4)，和
-直接在所述高折射层(4)的外侧(45)处的光学低折射覆层(5)，以用于全反射所述辐射(R)，
其中，
-所述半导体层序列(3)被设计成在所述有源区(33)中垂直于所述半导体层序列(3)的生长方向(G)引导所述辐射(R)，并且
-所述高折射层(4)被设计成在所述外侧(45)处使所述辐射(R)平行于所述生长方向(G)偏转，
-所述载体(2)是替换载体(22)并且所述辐射(R)由于所述外侧(45)而沿远离所述载体(2)的方向放射，
-所述载体(2)具有用于所述半导体层序列(3)的凹部(24)，使得所述载体(2)具有面向所述耦合输出端面(34)的支撑面(25)，并且所述低折射覆层(5)施加到所述支撑面(25)上，并且所述高折射层(4)安置在所述低折射覆层(5)上，并且
-所述半导体层序列(3)以俯视图观察在没有有源区(33)的至少一个区域中利用固定机构(63)固定在所述低折射覆层(5)处，所述低折射覆层施加在所述载体(2)上。
2.根据前一项权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，
所述光电子半导体芯片是半导体激光器，
其中，在所述辐射(R)的最大强度的波长下，所述高折射层(4)的折射率比所述低折射覆层(5)高至少0.6。
3.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，在所述有源区(33)与所述高折射层(4)之间的折射率差为至多0.3，
其中，所述高折射层(4)直接位于所述耦合输出端面(34)处，并且所述耦合输出端面(34)横向于所述生长方向(G)取向。
4.根据权利要求1和2之一所述的光电子半导体芯片(1)，
还包括直接在所述耦合输出端面(34)处的耦合输出镜(61)，
其中，所述高折射层(4)直接位于所述耦合输出镜(61)处，并且所述耦合输出端面(34)平行于所述生长方向(G)取向。
5.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，所述高折射层(4)是用于所述耦合输出端面(34)和/或用于所述耦合输出镜(61)的平坦化层。
6.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，所述高折射层(4)是用于所述耦合输出端面(34)的角度校正层，使得所述外侧(45)与所述耦合输出端面(34)之间的角度为0.1°至20°，其中包括边界值。
7.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
还包括针对所述辐射(R)的反射金属化部(62)，所述反射金属化部直接位于所述低折射覆层(5)的背离所述耦合输出端面(34)的一侧处。
8.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，所述低折射覆层(5)在所述半导体层序列(3)的面向所述载体(2)的接触侧(30)处中断，使得电接触机构(64)穿过所述低折射覆层(5)引导至所述半导体层序列(3)，
其中，所述低折射覆层(5)在所述载体2的支撑面(25)处直接位于所述载体(2)处。
9.根据前一项权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，间隙(8)位于所述接触侧(30)处、在所述低折射覆层(5)与所述高折射层(4)之间。
10.根据前一项权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，沿横向方向，即沿垂直于所述生长方向(G)并远离所述半导体层序列(3)的方向，所述载体(2)的第一区域连接到所述支撑面(25)，所述第一区域垂直于所述生长方向(G)取向，并且所述载体(2)的第二区域连接到所述第一区域，并且在所述第二区域中，所述载体(2)的厚度沿远离所述半导体层序列(3)的方向减小。
11.根据前一项权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，所述固定机构(63)基于至少一种金属或者是金属合金。
12.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，与所述耦合输出端面(34)相对的另外的端面(36)倾斜于所述生长方向(G)取向，并且
其中，与所述另外的端面(35)相关联的另外的支撑面(26)平行于所述生长方向(G)取向，使得所述另外的支撑面(26)被设计成将所述辐射(R)的从所述有源区(33)到达所述另外的支撑面(26)的辐射份额反射回到所述有源区(33)中。
13.根据前述权利要求之一所述的光电子半导体芯片(1)，
还包括用于对所述辐射(R)进行射束校正的光学装置(7)，
其中，所述光学装置(7)以俯视图观察位于所述外侧(45)的上方。
14.根据前一项权利要求所述的光电子半导体芯片(1)，
其中，所述光学装置(7)从所述载体(2)中产生。
15.一种组件(10)，具有：
-多个根据权利要求13和14中至少一项所述的半导体芯片(1)，和
-安装平台(11)，
其中，所述半导体芯片(1)安装在所述安装平台(11)上，并且借助于所述半导体芯片(1)的光学装置(7)将所述半导体芯片(1)的放射方向彼此适配。
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