TW201731122A - 用於製造光電半導體晶片的方法及光電半導體晶片 - Google Patents
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Abstract
在一實施形式中，本發明之用於製造LEDs的方法包括以下步驟：A)製備一種生長面(20)，B)在該生長面(20)上生長複數個隔開的半導體柱(3)，此處該等半導體柱(3)具有定向成與該生長面(20)成橫向的側面(32)和遠離該生長面(20)的上側(33)，C)在半導體柱(3)上生長半導體外罩(4)，使半導體外罩(4)在側面(32)上過度生長、形成為棱錐體且各別明確地配屬於半導體柱(3)，D)生長一種用於產生輻射的活性區(5)且在半導體外罩(4)上生長一種摻雜的半導體層(6)，使該活性區(5)和該摻雜的半導體層(6)複製半導體外罩(4)的上側(40)，以及E)在該摻雜的半導體層(6)上施加透光的電極層(7)。
Description
本發明提供一種用於製造光電半導體晶片的方法。此外，本發明提供一種光電半導體晶片。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2015 121 554.3之較佳權，其已揭示的內容收納於此以作為參考。
本發明的目的是提供一種方法，藉此可製成具有高的外部量子效率之半導體晶片。
上述目的另外藉由具有獨立的請求項1之特徵的方法來達成。較佳的其它形式是其它請求項的主題。
依據至少一實施形式，此方法用於製造光電半導體晶片。此光電半導體晶片特別是一種發光二極體，簡稱LED。
依據至少一實施形式，此方法包括一種生長面的製備步驟。此生長面係在特殊的磊晶生長時用作原始面。生長面例如是生長基板的一表面。同樣，生長面可藉由一生長層而形成於基板上。例如，此生長面由以下材料之一種或多種形成或由該等材料中之一種或多種所構成：GaN、AlN、SiC、藍寶石。
依據至少一實施形式，多個半導體柱生長在生長面上。該等半導體柱較佳為互相隔開地且未連續地經由半導體柱本身的材料而互相連接。該等半導體柱較佳生長在垂直於生長面的方向中，特別是只生長在垂直於生長面的方向中。半導體柱的縱橫比(aspect ratio)，即，由半導體柱之平均高度和平均直徑而算出的商數，較佳為至少3或5或10或20。
依據至少一實施形式，半導體柱具有側面。所述側面定向成與生長面成橫向，特別是定向成垂直。此外，該等半導體柱分別具有上側或尖端。上側或尖端相對於生長面的定向不同於側面相對於生長面的定向。上側或尖端例如是半導體柱之遠離該生長面的一側上之棱錐體形式或錐體形式的區域。上側或尖端較佳為在離開該生長面的方向中縮小。以下，只要未偏離地指出，則此概念上側和尖端可用作半導體柱的同義詞。
依據至少一實施形式，此方法包括：在半導體柱上生長半導體外罩的步驟。半導體外罩的生長可由半導體柱的尖端開始。然而，較佳的是，半導體外罩的生長不限於半導體柱的尖端。因此，半導體外罩可部份地或完全地長滿於半導體柱的側面上。
依據至少一實施形式，半導體外罩各別明確地配屬於半導體柱。這可表示：每一半導體柱都恰巧由一個半導體外罩包圍著且在每一半導體外罩中恰巧存在一個半導體柱。
依據至少一實施形式，半導體外罩就遠離該生長面之一上側而言以區域方式或完全地形成為棱錐體。此概念棱錐體未必排除：側緣角度在離開該生長面的方向中沿著棱錐體而改變。在俯視圖中觀看時，棱錐體較佳為六角形的及/或規則的棱錐體，其基面因此是規則的六角形。
依據至少一實施形式，在半導體外罩上生長活性區。此活性區用於產生輻射。活性區中較佳產生可見光、特別是藍光。活性區包含至少一pn-接面(junction)、一單一量子井結構或一多重式量子井結構(亦稱為MQW)。
依據至少一實施形式，在活性區上生長一摻雜的半導體層。此摻雜的半導體層較佳具有一種與半導體外罩相反的電荷載體導電性。例如，若此摻雜的半導體層是p-摻雜，則半導體外罩是n-摻雜且半導體柱亦較佳為n-摻雜。
依據至少一實施形式，活性區和摻雜的半導體層須生長在半導體外罩上，使活性區和此摻雜的半導體層較佳成形式一致地複製半導體外罩的上側。即，特別是此活性區和此摻雜的半導體層至少以區域方式形成為棱錐體形式。因此，在垂直於生長面的橫剖面中觀看時，此活性區和此摻雜的半導體層可顯現成三角形的鋸齒形圖樣。於此，在橫剖面中觀看時，半導體外罩之活性區、摻雜的半導體層及/或尖端可互相平行而延伸或亦可互相在較佳為定值的角度中延伸，若大致上是活性區之層厚度沿著半導體外罩之尖端而改變時。
依據至少一實施形式，在摻雜的半導體層上施加一透光的、可導電的電極層。此電極層較佳由透明的、可導電的氧化物(簡稱TCO)製成。例如，此電極層由銦-錫-氧化物(簡稱ITO)構成的一個或多個部份層產生。
依據至少一實施形式，藉由半導體柱、半導體外罩、活性區和摻雜的半導體層形成一種半導體層序列。此半導體層序列較佳以III-V-化合物半導體材料為主。此半導體材料例如是AlnIn1-n-mGamN之類的氮化物-化合物半導體材料或AlnIn1-n-mGamP之類的磷化物-化合物半導體材料或AlnIn1-n-mGamAs或AlnGamIn1-n-mAskP1-k之類的砷化物-化合物半導體材料，其中0n1、0m1且n+m1以及0k<1。於此，0<n0.8、0.4m<1且n+m0.95以及0<k0.5較佳適用於該半導體層序列之至少一層或全部的層。於此，此半導體層序列可具有摻雜物質以及其它成份。然而，為了簡化之故，只提供該半導體層序列之晶格的主要成份，即，Al、As、Ga、In、N或P，這些主要成份之一部份亦可由少量的其它物質來取代及/或補充。
在至少一實施形式中，此方法用於製造光電半導體晶片，特別是LEDs，且至少包括以下步驟，較佳以設定的順序來進行：A)製備一種生長面，B)在該生長面上生長多個隔開的半導體柱，此處該等半導體柱具有定向成與該生長面成橫向的側面和遠離該生長面的上側或尖端，
C)在半導體柱上生長半導體外罩，使半導體外罩至少一部份在側面上過度生長(over-grow)、至少以區域方式形成為棱錐體且各別明確地配屬於半導體柱，D)生長一種用於產生輻射的活性區且隨後在半導體外罩上生長一種摻雜的半導體層，使該活性區和該摻雜的半導體層較佳成形式一致地複製半導體外罩的上側，以及E)在該摻雜的半導體層上施加透光的、可導電的電極層。
在發光二極體用的半導體層序列中，大致上會由於非輻射性的電荷載體重組而產生損耗。特別是所謂歐格(Auger)-損耗具有一種與電荷載體濃度成三次方的關係。換言之，歐格-損耗很強烈地隨著電荷載體濃度而增大且因此隨著電流密度而增大。發光二極體中有效電流密度之下降因此隨著此種損耗之大量下降而來。利用此處所述的方法可製成一種半導體晶片，其在生長基板上佔有較小的面積時活性區具有大的面積。因此，就該生長基板上佔有的面積而言，在有效電流密度下降時可達成相同的亮度。於是，可實現具有高的外部量子效率之LEDs。
另一種使有效電流密度下降的可能方式是：使半導體晶片之基面擴大且使用平面形式的活性區。然而，這樣會使每一晶圓上製成的半導體晶片較少，製造成本會提高。另一種可能方式是：在半導體柱上直接生長活性區。半導體柱於此基本上具有與生長面垂直的
面。為了藉由此種柱達成足夠的面積擴大，則所述柱須使用較大的縱橫比，即，由高度和直徑算出之較大的商數。這樣通常會使所述柱較不規則地長滿活性區。此外，此種定向成垂直於生長面的半導體面經常具有高的缺陷密度，這樣會使效率下降。
在此處所述的方法中，藉由半導體外罩可將半導體柱之傾斜於生長面而延伸的多個側面作為活性區用的基準位置。於是，可在多個面上使活性區達成較均勻的生長，其相對於垂直的面具有更少的缺陷密度。又，藉由棱錐體形式的半導體外罩可使活性區相對於生長面達成顯著的面積擴大。
依據至少一實施形式，半導體晶片以材料系統AlInGaN為主。活性區特別是以材料系統GaN/InGaN或AlInGaN/GaN/AlGaN為主。
依據至少一實施形式，半導體柱之側面為非極化的多角形平面，例如，在材料系統GaN中是m-面或a-面，其定向成垂直於c-平面。反之，半導體外罩之遠離該生長面之上側較佳為半極化之多角形平面，其定向成傾斜於生長面。
依據至少一實施形式，半導體外罩之上側相對於生長面的鉛垂線之角度或平均角度是至少1度或3度或5度及/或最多26度或23度或21度或17度或15度。換言之，半導體外罩之上側定向成輕微地傾斜於生長面且幾乎垂直於生長面。這適用於整個上側或較佳適用於上側的大部份或適用於一種平均角度。
依據至少一實施形式，半導體外罩在上側上完整地形成為棱錐體，特別是六角形的及/或規則的棱錐體。半導體外罩之棱錐體於此較佳具有一種與可能存在於半導體柱之尖端上的棱錐體不同的角度。
依據至少一實施形式，半導體外罩形成的棱錐體在其尖端上形成為較面向生長面的足區域中者更平坦。特別是，棱錐體之側緣的斜度可朝向尖端而連續地變小。半導體外罩之表面的最小斜度較佳為大於半導體柱本身之棱錐體之最大斜度。
依據至少一實施形式，該生長面部份地由一遮罩層覆蓋著。此遮罩層在步驟B)之前具有多個開口。該等開口例如藉由蝕刻方法及/或奈米壓印方法來產生。該等開口較佳以規則的配置，例如，以長方形光柵或六角形光柵，存在於遮罩層中。
依據至少一實施形式，步驟B)中半導體柱由開口生長出來。於此，半導體柱可只垂直於生長面或基本上只垂直於生長面而生長，因此使半導體柱沿著其整個高度都具有一種直徑，其等於或幾乎等於開口的直徑。
依據至少一實施形式，半導體外罩在步驟C)中生長至生長面為止或至該遮罩層為止，即，半導體外罩可直接與生長面接觸或直接與較佳存在的遮罩層接觸。
依據至少一實施形式，步驟C)中半導體外罩之面向生長面的一側係一起生長。換言之，進行一種結合。因此，步驟D)中可在半導體外罩上生長一種連貫的、
相連接的且需要時為無孔洞的活性區。因此，在俯視圖中觀看時，生長面可完全地由半導體外罩覆蓋著且可選擇地(optionally)由活性區覆蓋著。相對應的情況亦適用於施加在活性區上之摻雜的半導體層。
依據至少一實施形式，在相鄰的半導體外罩互相碰撞及/或一起生長之前，半導體外罩的生長結束於步驟C)中。換言之，正因此而不會經由半導體外罩而進行結合。
依據至少一實施形式，在步驟C)結束之後在相鄰的半導體外罩之間於平行於生長面的方向中保留一中介區。相鄰的半導體柱之相鄰的半導體外罩因此未對準地或至少未對準地相接觸。
依據至少一實施形式，半導體外罩在步驟C)中於溫度至少850℃或900℃或950℃或975℃時生長。另一方式或額外地，該溫度是最多1100℃或1050℃或1025℃。換言之，半導體外罩的生長係在較高的溫度中進行。
依據至少一實施形式，半導體外罩的產生係在反應器中進行，特別較佳的是在與產生半導體柱時相同的反應器中進行。半導體外罩產生時的反應器壓力較佳為至少20毫巴(mbar)或40毫巴或60毫巴及/或最多500毫巴或250毫巴或200毫巴或150毫巴。
依據至少一實施形式，在半導體外罩產生時使用N2或H2或N2和H2的混合物作為承載氣體。於此，可使用氨(NH3)作為氮用的供應氣體。較佳使用三甲基鎵
及/或三乙基鎵作為金屬成份用的供應氣體，金屬成份特別是鎵。可週期性地或非週期性地對氮和金屬用的氣體進行調變，以便達成半導體外罩的生長，其多角形平面相對於c-晶體軸具有所期望的定向。於此，未必需要以對應於熱力學的平衡狀態之參數來進行多角形平面的生長。這表示：半導體外罩之多角形平面未必在熱力學上是穩定的或半導體外罩之多角形平面是由多個有限的、穩定的多角形平面組成。
產生半導體柱的一種可能方式提供於文件Jana Hartmann et al.,Growth mechanisms of GaN microrods for 3D core-shell LEDs：The influence of silane flow,in Phys.Status Solidi A,1-7(2015)/DOI 10.1002/pssa.201532316中。此文件針對半導體柱的生長所揭示的內容收納於此以供參考。
依據至少一實施形式，須生長半導體外罩和活性區，由已製成的活性區之產生輻射的面和該生長面算出的商數是至少3或4或6及/或最多30或20或15。此商數以下亦稱為面積因素(factor)，簡稱為A。
依據至少一實施形式，半導體柱在步驟B)中以一種平均光柵尺寸生長成規則的光柵。平均光柵尺寸較佳為至少1微米或1.5微米及/或最多6微米或4微米。光柵尺寸是指相鄰的、最近的靠在一起的半導體柱之平均距離。
依據至少一實施形式，半導體柱在步驟B)之後具有一種平均直徑，其是至少0.4微米或0.6微米。另
一方式或額外地，平均直徑是最多2微米或1.2微米或1微米。
依據至少一實施形式，半導體柱在步驟B)之後具有一種平均高度，其是至少1微米或3微米或5微米。另一方式或額外地，平均高度是最多50微米或15微米。
依據至少一實施形式，由平均光柵尺寸和平均直徑算出的差值是至少0.2微米或0.3微米及/或最多3.4微米或2微米或1微米或0.6微米。於是，可產生上述半導體外罩，其厚度的範圍是至少100奈米或200奈米及/或最多1微米或0.5微米或0.3微米。
依據至少一實施形式，在步驟B)中或步驟B)之後，較佳為步驟E)之前，在半導體外罩之足區域上及/或半導體外罩之尖端上分別產生電性絕緣區。經由此種電性絕緣區可防止：半導體外罩之上側的轉彎點上之漏電流或短路。換言之，藉由此種絕緣區使半導體外罩上的尖端和下陷區達成電性絕緣。此種絕緣區在橫剖面中觀看時可形成為三角形。
依據至少一實施形式，在步驟C)之前或步驟C)中在半導體柱之側面上至少部份地施加電性絕緣層，即，此種電性絕緣層可完全地或較佳為只部份地覆蓋半導體柱之側面。此種絕緣層可結構化，以在半導體柱之特定位置上抑制半導體外罩的產生。經由此種絕緣層可在半導體柱上產生多個互相隔開的半導體外罩。
此外，本發明提供一種光電半導體晶片。此光電半導體晶片較佳以一種或多種上述實施形式相結合而提供的方法來製成。此方法的特徵因此亦揭示於已製成的半導體晶片中且反之亦同。
在至少一實施形式中，光電半導體晶片包括一接觸面，較佳為n-接觸面。此接觸面可對應於該生長面。此外，此半導體晶片包含多個位在該接觸面上之隔開的半導體柱，此處該等半導體柱具有定向成與該接觸面成橫向的側面和遠離該接觸面的上側或尖端。該等半導體柱各別明確地配屬於半導體外罩，此處半導體外罩部份地或完全地覆蓋半導體柱的側面且半導體外罩部份地或完全地形成為棱錐體。為了產生輻射，須在半導體外罩上施加至少一活性區且在至少一活性區上存在一摻雜的半導體層，其較佳為具有一種與該接觸層相反的極性。此活性區和此摻雜的半導體層較佳成形式一致地複製半導體外罩，特別是在橫剖面中觀看時。在摻雜的半導體層上存在一透光的、可導電的電極層。由活性區之產生輻射的面和該接觸面算出的商數在俯視圖中觀看時是至少3。
以下將參考各圖式依據各實施例來詳述此處所述的方法和此處所述的光電半導體晶片。各別圖式中相同的參考符號於此表示相同的元件。然而，各元件未依比例上的關係繪出，反之，各別元件為了更容易理解可放大地繪出。
1‧‧‧光電半導體晶片
2‧‧‧生長基板
20‧‧‧生長面/n-接觸面
23‧‧‧遮罩層
3‧‧‧半導體柱
32‧‧‧半導體柱之側面
33‧‧‧半導體柱之尖端
4‧‧‧半導體外罩
40‧‧‧半導體外罩之上側
42‧‧‧半導體外罩之足區域
44‧‧‧半導體外罩之尖端
5‧‧‧活性區
6‧‧‧摻雜的半導體層
7‧‧‧透光的電極層
8‧‧‧電性絕緣區
83‧‧‧電性絕緣層
A‧‧‧面積因素
D‧‧‧半導體柱之平均直徑，以微米計
F‧‧‧多角形平面型式(米勒指標)
H‧‧‧半導體柱之平均高度，以微米計
I‧‧‧以任意單位計的強度
L‧‧‧生長面之鉛垂線
P‧‧‧半導體柱之平均光柵尺寸
α‧‧‧上側相對於鉛垂線之平均角度
λ‧‧‧波長，以奈米計
第1圖係此處所述之用於製造此處所述之光電半導體晶片的方法之各步驟的示意剖面圖。
第2圖、第3圖、第7圖和第13圖係此處所述之光電半導體晶片用的半導體外罩和半導體柱之示意剖面圖。
第4圖至第6圖以第8圖至第12圖係此處所述之光電半導體晶片的各實施例之示意剖面圖和電子顯微鏡攝影圖。
第14圖係此處所述之光電半導體晶片的各實施例之發射特性的示意圖。
第1圖中以剖面圖示意地顯示一種用於製造光電半導體晶片1的方法。依據第1A圖製備一生長基板2，例如，可導電的基板。在該生長基板2之生長面20上施加一遮罩層23且設有開口。開口中露出該生長面20。
依據第1B圖，半導體柱3由開口中生長出來。半導體柱3於此基本上垂直地產生，即，在與生長面20之鉛垂線平行的方向中產生。半導體柱3具有側面32和上側或尖端33。側面32定向成垂直於生長面20。各尖端33各別形成為棱錐體，其具有較平坦的側面。
遮罩層23較佳為電性絕緣的介電質層。遮罩層23例如由氧化矽、氮化矽或氧化鉭形成。遮罩層23
的厚度較佳為至少20奈米及/或最多500奈米或200奈米。
第1B圖中顯示：在各半導體柱3上分別生長半導體外罩4。半導體外罩4的生長係在較高的溫度中進行。於是，已製成的半導體外罩之遠離該生長基板2之一上側40相對於生長面20之鉛垂線L具有較小的角度α。於此，半導體外罩4可具有斜度較大的足區域42和斜度較小的尖端44。於此，半導體外罩之尖端44中的斜度大於半導體柱3之尖端33中的斜度。半導體外罩4於此部份地覆蓋半導體柱3之側面32。半導體外罩4未到達遮罩層23，因此在半導體外罩4和遮罩層23之間形成空著的中介區。
經由半導體外罩4之棱錐體結構，可確保來自半導體晶片的輻射有效地發出。經由材料去除，特別是經由蝕刻，以各別產生粗糙度，這是不需要的。
半導體柱3和半導體外罩4就其形式而言係各自藉由生長而產生。因此，可避免：在製造半導體柱3和半導體外罩4時須考慮像蝕刻之類的材料去除之步驟。
其它的步驟，例如，施加活性區、產生至少另一摻雜的半導體層、或施加電性接觸層，為了圖面簡化之故未顯示在第1圖中。
在例如第2圖所示的實施例中，半導體外罩4在尖端44上相對於生長面20之鉛垂線L具有較大的角度α1。足區域42中相對於鉛垂線L之角度α2較小。半導體外罩4到達生長面20為止。
第3圖中顯示半導體外罩4之另一實施例。半導體外罩4在橫剖面圖中觀看時形成為幾近於三角形且具有幾近於定值的側緣角度α，例如，其容許誤差最多是5度或3度或1.5度。示意地繪出半導體柱3之高度H、直徑D和光柵尺寸P。
第3B圖和第3D圖中繪出不同高度H、直徑D時所屬的半導體外罩4之側緣角度α。此外，以米勒指標(Miller’s index)之形式提供多角形平面型式F。第3C圖和第3E圖中針對面積因素A對應地繪出高度H。面積因素A是半導體外罩4之上側40經由生長面20之大小而劃分成的面積。於此，在第3C圖和第3E圖中一方面只對半導體柱3且另一方面針對半導體外罩4繪出面積因素A。可辨認的是：半導體外罩4之面積因素A較半導體柱3單獨存在者大很多。
直徑D較佳為在1微米至1.5微米之範圍中。高度H特別是在數個微米之範圍中。角度α較佳為小於17度。上側40之多角形平面型式因此以米勒指標較佳為2 0 1或3 0 1或4 0 1。對應的多角形平面型式亦可存在於所有其它實施例中。
半導體晶片之半導體柱3、半導體外罩4以及其它的半導體組件於此係以材料系統AlInGaN為主。特別是，半導體柱3和半導體外罩4分別由n-摻雜的GaN構成。
藉由半導體外罩4，可達成的面積因素A較只藉由具有非極化多角形平面之半導體柱3所達成者還
大。由於半導體外罩4圍繞半導體柱3而生長，則活性區可達成更大量的光產生之面積。半導體外罩4具有半極化的多角形平面且能以小的缺陷密度產生。於是，整體上在較小的電流密度時生長面20之每一面積單元可達成高的光效益和高的效率。
第4圖之實施例中，請參閱第4A圖中的剖面圖和第4B圖中的電子顯微鏡攝影圖，須生長半導體外罩4，使其與遮罩層23直接相接觸。相鄰的半導體外罩4未相接觸。依據第4A圖，在半導體外罩4上施加活性區5，其上又存在著一摻雜的半導體層6。較佳的是，半導體柱3和半導體外罩4是n-摻雜且該摻雜的半導體層6是p-摻雜，特別是由p-摻雜的GaN構成。活性區5較佳為由InGaN構成的量子井層和由GaN構成的位障層來形成。
在半導體層6上存在著透光的、可導電的電極層7，其例如由ITO構成。光電半導體晶片1之外部接觸用的電性接觸區未顯示。基板2是可導電的或對所述半導體柱3設有未顯示之可導電的塗層，其用作另一電極層。在遠離該生長基板2之一側上，相鄰的半導體外罩4之間經由較佳為連續的電極層7而存在著一種電性連接。
第5圖之實施例，請參閱第5A圖中的剖面圖和第5B圖、第5C圖中的電子顯微鏡攝影圖，基本上對應於第4圖之實施例。然而，半導體外罩4未到達遮罩層23。
第6圖之實施例中，請參閱第6A圖中的剖面圖和第6B圖中的電子顯微鏡攝影圖，半導體外罩4之尖端44形成為六角形的、規則的棱錐體。尖端44沿著生長面20之鉛垂線L而形成半導體外罩4的大部份，例如，沿著鉛垂線L形成至少60%或80%或90%。足區域42相對於鉛垂線L只以小的側緣角度來形成且因此形成為幾近於六邊形棱鏡。沿著鉛垂線L該足區域42只形成一小部份。相鄰的半導體外罩4未相接觸。
第7圖之實施例中，請參閱電子顯微鏡攝影圖，幾近於棱鏡的足區域42沿著鉛垂線形成為較第6圖中者更長。例如，足區域42沿著鉛垂線形成半導體外罩4之至少40%或50%及/或最多70%或60%。
在第8圖以剖面圖顯示的實施例中，半導體外罩4接觸該遮罩層23。相鄰的半導體外罩4在半導體柱3之間相鄰接，使得在俯視圖中觀看時由各別的半導體外罩4形成閉合的、連續的層，其完全覆蓋該生長面20。
第9圖之實施例亦如第8圖所示，半導體外罩4相結合。然而，不同於第8圖的是，半導體外罩4未到達該遮罩層23。
依據第10圖，在橫剖面中觀看時，在活性區5之轉彎區上存在著電性絕緣區8。經由半導體外罩4之最靠近生長基板2的區域中之電性絕緣區8以防止：活性區5之電流注入至該區中。為了製成該絕緣區8，該等半導體外罩4之間的中介區例如須完全以該絕緣區8用的材料填滿，然後去除該材料的一部份。該絕緣區8例如由二氧化矽製成。
依據第11圖，該等半導體外罩4由遮罩層23隔開。此外，第11圖之實施例對應於第10圖之實施例。
第12圖之實施例中，除了在下陷區中的絕緣區8a以外，另外在半導體外罩4之尖端上的轉彎區上設置另外的電性絕緣區8b。就像在所有其它實施例中較佳的那樣，該等絕緣區8a、8b直接施加在摻雜的半導體層6上、另一方式是直接施加在活性區5上。電極層7在絕緣區8a、8b之後產生。於是，可防止：活性區5之轉彎區中的漏電流或電性短路。
在第13A圖和第13B圖之示意的剖面圖中，多個半導體外罩4各別設置在半導體柱3之一上。該等半導體外罩4互相隔開。最上側的半導體外罩4形成為具有足區域42之棱錐體，足區域42以棱鏡形式形成。下方的半導體外罩4形成為純棱鏡形式或形成為平截頭棱錐體，其對鉛垂線L具有小的角度。
側面32之未被半導體外罩4覆蓋的區域可以例如由氮化矽構成的電性絕緣層83來覆蓋。藉由側面32以絕緣層83來達成的覆蓋度，則可界定半導體外罩4產生時的區域。
依據第13B圖，存在二個幾近於棱鏡形式的、下方的半導體外罩4。絕緣層83未存在於第13B圖中。可先施加一適當的絕緣層83且在產生半導體外罩4之後又去除。
第14圖中顯示半導體外罩4上此處所述之活性區之發射特性。第14A圖、第14B圖於此涉及第6圖和第7圖中提供的實施形式。第14C圖和第14D圖係針對上述與第4圖結合而詳述的實施例而得。
依據第14A圖和第14B圖，主要是靠近半導體柱的尖端來產生輻射。於是，可達成較小的光譜發射寬度。依據第14A圖，光譜發射寬度(FWHM)大約是42奈米。反之，第14C圖中光譜發射寬度放大至大約47奈米。光發射的強度在第14B圖和第14D圖中是由陰影線來表示，較大的陰影線密度對應於較強的光發射。
這特別是基於：在尖端區上發出較長波的輻射，反之，靠近足區域則產生較短波的輻射。藉由輻射產生區的限制，則可使發射光譜在其光譜寬度中下降。反之，特別寬的發射光譜，例如，用於產生具有高的彩色再生指數之光，可藉由第14D之結構來達成。
此外，由第14B圖和第14D圖可辨認：藉由半導體外罩可使特別是尖端區域中的光發射量提高。
本發明不限於依據各實施例所作的描述。反之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含不同實施例中各別特徵之每一種組合，當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示在各請求項中或各實施例中時亦屬本發明。
1‧‧‧光電半導體晶片
2‧‧‧生長基板
23‧‧‧遮罩層
3‧‧‧半導體柱
4‧‧‧半導體外罩
5‧‧‧活性區
6‧‧‧摻雜的半導體層
7‧‧‧透光的電極層
Claims (14)
- 一種用於製造光電半導體晶片(1)的方法，具有以下步驟：A)製備一種生長面(20)，B)在該生長面(20)上生長多個隔開的半導體柱(3)，此處該等半導體柱(3)具有定向成與該生長面(20)成橫向的側面(32)和遠離該生長面(20)的上側(33)，C)在該半導體柱(3)上生長半導體外罩(4)，使該半導體外罩(4)至少一部份在該側面(32)上過度生長、至少以區域方式形成為棱錐體且各別明確地配屬於該半導體柱(3)，D)生長一種用於產生輻射的活性區(5)且隨後在該半導體外罩(4)上生長一種摻雜的半導體層(6)，使該活性區(5)和該摻雜的半導體層(6)複製該半導體外罩(4)的上側(40)，以及E)在該摻雜的半導體層(6)上施加透光的、可導電的電極層(7)。
- 如請求項1之方法，其中該光電半導體晶片(1)以材料系統AlInGaN為主，該半導體柱(3)之該側面(32)為非極化的多角形平面且該半導體外罩(4)之遠離該生長面(20)之該上側(40)為半極化之多角形平面，以及該上側(40)相對於該生長面(20)的鉛垂線(L)之平均角度(α)是在3度和23度之間。
- 如請求項1或2之方法，其中該半導體外罩(4)完整地形成為六角形的棱錐體，此棱錐體在其尖端(44)上形成為相較於面向該生長面(20)的足區域(42)中者更為平坦。
- 如請求項1或2之方法，其中該半導體外罩(4)在該尖端(44)上生長為六角形的棱錐體且在面向該生長面(20)的該足區域(42)上生長為六角形的棱鏡。
- 如請求項1至4中任一項之方法，其中該生長面(20)部份地由一遮罩層(23)覆蓋著，該遮罩層(23)在步驟B)之前以規則的配置方式產生多個開口，且該半導體柱(3)在步驟B)中由該等開口生長出來。
- 如請求項1至5中任一項之方法，其中該半導體外罩(4)在步驟C)中生長至該生長面(20)為止或至該遮罩層(23)為止。
- 如請求項1至6中任一項之方法，其中步驟C)中該等半導體外罩(4)在面向該生長面(20)的一側係一起生長，使步驟D)中可在該半導體外罩(4)上生長一種連貫的、相連接的該活性區(5)。
- 如請求項1至6中任一項之方法，其中該半導體外罩(4)在步驟C)中於溫度介於850℃和1100℃時生長，此處使用H2或N2或N2和H2的混合物作為承載氣體。
- 如請求項1至8中任一項之方法，其中該半導體外罩(4)由n-摻雜的GaN生長而成。
- 如請求項1至9中任一項之方法，其中須生長該半導體外罩(4)，由已製成的該活性區(5)之產生輻射的面和該生長面(20)算出的商數介於3和20之間。
- 如請求項1至10中任一項之方法，其中該半導體柱(3)在步驟B)中以一種介於1微米和4微米之間的平均光柵尺寸(P)生長成光柵，在步驟B)之後該半導體柱(3)之平均直徑(D)是在0.6微米和1微米之間且該半導體柱(3)之平均高度(H)是在3微米和15微米之間，且由該平均光柵尺寸(P)和該平均直徑(D)算出的差值是至少0.2微米且最多3.4微米。
- 如請求項1至11中任一項之方法，其中在步驟D)中或步驟D)之後，在該半導體外罩(4)之面向該生長面(20)之該足區域(42)上及/或該半導體外罩(4)之遠離該生長面(20)之該尖端(44)上分別產生電性絕緣區(8)。
- 如請求項1至12中任一項之方法，其中在步驟C)之前或步驟C)中在該半導體柱(3)之側面該(32)上至少部份地施加電性絕緣層(83)。
- 一種光電半導體晶片(1)，其以請求項1至13中任一項之方法製成，具有： 一接觸面(20)，複數個位在該接觸面(20)上之隔開的半導體柱(3)，此處該等半導體柱(3)具有定向成與該接觸面(20)成橫向的側面(32)和遠離該接觸面(20)的上側(33)，複數個各別明確地配屬於該半導體柱(3)之半導體外罩(4)，該等半導體外罩(4)至少部份地覆蓋該半導體柱(3)的該側面(32)，且該等半導體外罩(4)至少以區域方式形成為棱錐體，該半導體外罩(4)上有至少一用於產生輻射的活性區(5)以及一施加在該活性區(5)上之摻雜的半導體層(6)，該活性區(5)和該摻雜的半導體層(6)複製該半導體外罩(4)，以及該摻雜的半導體層(6)上有一透光的、可導電的電極層(7)，該活性區(5)之產生輻射的面和該接觸面(20)算出的商數至少為3。
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|---|---|---|---|
| MM4A | Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees |