TW201841389A - 光電半導體晶片及用於製造光電半導體晶片的方法 - Google Patents
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Abstract
在一實施方式中，光電半導體晶片(1)包括半導體層序列(2)，其具有一種在可透光的基板(3)上介於第一(21)和第二半導體區(23)之間的活性層(22)。電性絕緣的鏡面層(5)用於反射該活性層(22)中產生的輻射。鏡面層(5)至少位於一隔離溝渠(42)中。金屬性的電流肋條(6)安裝在一接觸溝渠(41)中且用於沿著該接觸溝渠(41)來導引電流且供電至第一半導體區(21)。金屬性的電流匯流排(8)位於電流分配溝渠(43)中以用於沿著該電流分配溝渠(43)來導引電流以及供電至第二半導體區(23)。該接觸溝渠(41)、該隔離溝渠(42)和該電流分配溝渠(43)經由活性層(22)而延伸至第一半導體區(21)中。該接觸溝渠(41)完全以該隔離溝渠(42)來鑲邊且該電流分配溝渠(43)只位於該隔離溝渠(42)外部。
Description
本發明提供一種光電半導體晶片。
此外，本發明提供一種用於製造光電半導體晶片的方法。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2016 124 860.6之優先權，其已揭示的內容收納於此以作為參考。
一種待解決的課題在於提供一種光電半導體晶片，其可有效率地製成且提供高的光效益。
上述課題另外藉由具有獨立的專利請求項特徵之光電半導體晶片和方法來解決。其它優選的形式是附屬請求項之主題。
依據至少一實施方式，光電半導體晶片具有一種半導體層序列。半導體層序列包括一個或多個活性層以產生輻射，特別是產生像藍光之類的可見光。活性層位於第一半導體區和第二半導體區之間。第一半導體區優選為n-導電之n-側且第二半導體區特別是指p-導電之p-側。以下將詳述第一和第二半導體區，其分別具有 電荷載體可導電性。同樣地，第一和第二半導體區可具有相反的電荷載體可導電性。
光電半導體晶片優選為發光二極體，簡稱LED。
依據至少一實施方式，半導體層序列以III-V-化合物半導體材料為主。此半導體材料例如是氮化物-化合物半導體材料(例如，AlnIn1-n-mGamN)或磷化物-化合物半導體材料(例如，AlnIn1-n-mGamP)或砷化物-化合物半導體材料(例如，AlnIn1-n-mGamAs或AlnGamIn1-n-mAskP1-k)，其中0n1,0m1且n+m1以及0k<1。於此，優選的是，0<n0.8，0.4m<1且n+m0.95以及0<k0.5，對此半導體層序列之至少一層或全部的層都適用。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，只提供此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。特別優選的是，此半導體層序列優先以材料系統AlInGaN為主。
至少一活性層特別是包含至少一pn-接面(junction)及/或至少一量子井結構。一種由活性層在操作時產生的輻射例如具有一種至少400奈米或425奈米及/或最多480奈米或800奈米之最大強度的波長。
依據至少一實施方式，半導體層序列位於可透光的基板上。此基板特別是可使該活性層中產生的輻射透過，優選為透明的。此外，半導體層序列優選為直 接生長在基板上，該基板因此是一種生長基板。例如，該基板是碳化矽基板、氮化鎵基板、矽基板或優選為藍寶石基板。
於此，第一半導體區較第二半導體區更靠近基板。活性層優選為定向成垂直於半導體層序列之生長方向且垂直於基板之主側，半導體層序列施加在該主側上。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一個或多個隔離溝渠。至少一隔離溝渠由第二半導體區之遠離基板之此側經由該活性層向內到達第一半體區。特別是，該隔離溝渠在俯視圖中觀看時隔開該活性層。該隔離溝渠係用於避免：位於由該隔離溝渠所形成的框架內部的區域和第二半導體區之位於該框架外部的區域之間發生電性短路。朝向該隔離溝渠下方延伸時，在第一半導體區內部提供一種連續的連接。即，該隔離溝渠未到達基板。
依據至少一實施方式，半導體晶片具有一個或多個接觸溝渠。至少一接觸溝渠由第二半導體區之遠離該基板之一側經由活性層而延伸至第一半導體區中。經由該接觸溝渠，可由第二半導體區之遠離該基板之一側來對第一半導體區作電性接觸。
依據至少一實施方式，光電半導體晶片包括一個或多個電流分配溝渠。至少一電流分配溝渠係用於使橫向電流分配可超越第二半導體區。該電流分配溝渠亦由第二半導體區之遠離該基板之此側經由活性層而延 伸至第一半導體區中。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一個或多個金屬性的電流肋條(rib)。至少一電流肋條安裝在該接觸溝渠中。該電流肋條係用於沿著該接觸溝渠來導引電流且供電至第一半導體區。該電流肋條可部份地與第一半導體區直接相接觸或該電流肋條連續地與第一半導體區相隔開。
依據至少一實施方式，半導體晶片具有一鏡面層。該鏡面層優選為具電性絕緣性。此外，該鏡面層係用於反射該活性層操作時產生的輻射。該鏡面層可由唯一的層形成或由多個部分層組合而成。該些部份層優選為沿著半導體層序列之生長方向直接依序重疊著。特別是，該鏡面層構成為介電質鏡面層或分散式佈拉格(Bragg)反射器，簡稱DBR。該鏡面層例如就像文件WO 2016/180779 A1中所提供的那樣來構成。採納該文件之已揭示的該鏡面層之內容作為參考。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一個或多個電流肋條。至少一個電流肋條優選為金屬肋條，即，特別是該肋條由一種或多種金屬構成且具歐姆式導電性。
依據至少一實施方式，該電流肋條部份地或全部地位於該接觸溝渠中。在俯視圖中觀看時，該電流肋條優選為全部位於該接觸溝渠之內部。在與半導體層序列之生長方向平行的方向中，該電流肋條可全部位於該接觸溝渠中，在由該基板離開之方向中優選為使該電 流肋條突出於該接觸溝渠和該半導體層序列之上。
依據至少一實施方式，該電流肋條係用於沿著該接觸溝渠來導引電流。經由該電流肋條可對第一半導體區供應電流。於此，該電流肋條沿著縱向優選為具有一種長度，此長度超過該電流肋條之平均寬度至少10倍或20倍或30倍及/或最多超過200倍或100倍或50倍。換言之，該電流肋條縱向延伸地形成。例如，該電流肋條具有大約3微米x 500微米之尺寸。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一個或多個電流匯流排(bus)。至少一電流匯流排優選為金屬性的匯流排。金屬性特別是指：電流匯流排由一種或多種金屬構成且具歐姆式導電性。電流匯流排就像電流肋條那樣對該半導體晶片操作時產生的輻射是不可透過的。該金屬性的電流匯流排安裝在電流分配溝渠中且係用於對第二半導體區供應電流。
依據至少一實施方式，該接觸溝渠完全以該隔離溝渠來鑲邊。這特別是表示：由該隔離溝渠所包圍的區域至由該隔離溝渠形成的框架之外部的外部區域，未存在一種經由第二半導體區及/或經由該活性層的連續式連接。於此，該接觸溝渠位於該包圍的區域內部。
依據至少一實施方式，電流分配溝渠位於該隔離溝渠外部，特別是只位於該隔離溝渠外部。換言之，該接觸溝渠和該電流分配溝渠藉由該隔離溝渠而互相隔開。藉由該隔離溝渠，使該接觸溝渠和該電流分配溝渠之間不存在電性直接的連接。”電性直接的”優選為涉及 歐姆式可導電的連接，因此，目前經由半導體層序列而達成之可導電的連接不能視為電性直接的連接。
在至少一實施方式中，光電半導體晶片包括一種半導體層序列，其具有一種介於第一和第二半導體區之間的活性層以用於產生輻射。該半導體層序列位於可透光的基板上。又，半導體晶片包括至少一接觸溝渠、至少一隔離溝渠、以及至少一電流分配溝渠。一電性絕緣的鏡面層係用於反射該活性層中產生的輻射。至少在該隔離溝渠中存在著該鏡面層。至少一金屬性的電流肋條安裝在該接觸溝渠中且係用於沿著該接觸溝渠來導引電流且用於對第一半導體區供應電流。至少一金屬性的電流匯流排存在於該電流分配溝渠中且係用於沿著該電流分配溝渠來導引電流以及用於對第二半導體區供應電流。該接觸溝渠、該隔離溝渠以及該電流分配溝渠分別由第二半導體區之遠離該基板之一側於基板之方向中經由活性層而延伸至第一半導體區中。該接觸溝渠完全以該隔離溝渠來鑲邊且該電流分配溝渠只位於該隔離溝渠外部。
發光二極體生產最多的形式是所謂的藍寶石體(volume)發射器，其中以AlInGaN為主的半導體層序列生長在藍寶石基板上。該發光二極體產生藍光，其經由基板的側面以及經由基板之遠離該半導體層序列之一上側而發出。在半導體層序列上存在著電流注入用的金屬接觸區。在該金屬接觸區之面向半導體層序列之一下側和該半導體層序列之間優選為存在其它的層，例如， 鏡面層或電流擴大層。此種發光二極體在與一種像YAG：Cc之類的發光材料組合時大致上用於產生白光。
此種發光二極體中適用的情況是：電性金屬接觸區上的反射係數越大，則接觸區上的吸收率越小且因此使亮度損耗越小。此外，適用的情況是：光電半導體晶片之製造過程中光平面越多，特別是用於提高該接觸區上的反射係數，則製造成本越高。
以此處描述的半導體晶片和此處描述的方法，則一方面可在電性接觸區上達成高的反射，另一方面只需三個光平面以製造該半導體晶片。因此，在較低的製造成本下可製成一種高發光效率的半導體晶片。
這特別是以下述方式來達成：半導體晶片具有一種具備鏡面層的第一溝渠，該第一溝渠以隔離溝渠之形式在該接觸溝渠周圍形成一種閉合的框架。該接觸溝渠包括一種用於第一半導體區的電性接觸區。該接觸溝渠和該隔離溝渠之間的距離選擇成儘可能小，以確保該活性層在框架外部有儘可能大的、可用於產生輻射的面積。
依據至少一實施方式，該鏡面層位於該隔離溝渠中。特別是，在俯視圖中觀看時該鏡面層大部份地或完全地覆蓋該隔離溝渠。
依據至少一實施方式，該鏡面層直接施加在第一半導體區上。藉由該鏡面層，使第一半導體區在離開基板的方向中達成電性絕緣。
依據至少一實施方式，該鏡面層部份地或整 面地由該隔離溝渠延伸出來。於此，該鏡面層優選為大部份地或完全地覆蓋該隔離溝渠之側壁。特別是，該鏡面層由該隔離溝渠到達第二半導體區之遠離基板之此側。於此，第二半導體區之此側只微少地由該鏡面層覆蓋著，例如，最多10%或5%或2%及/或至少0.1%或0.5%。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一個或多個電性接觸層。此電性接觸層至少部份地與第一半導體區直接相接觸以及與電流肋條直接相接觸。此接觸層係用於將電流注入至第一半導體區中。此接觸層可由唯一的層形成或由多個部份層組成。
依據至少一實施方式，該接觸層由恰巧二個或恰巧三個或恰巧四個部份層組成。特別是，存在一種半導體接觸層，其直接位於第一半導體區上且優選為由恰巧一層形成。該半導體接觸層優選為包括一種或多種下述材料或由該些材料之一種或多種構成：Cr,Ag,Mo,Ni,Ti,ZnO,ITO。此外，該半導體接觸層之厚度優選為至少0.1奈米或0.5奈米或1奈米及/或最多5奈米或30奈米或100奈米。
依據至少一實施方式，該接觸層包括一反射層。此反射層優選為直接跟隨著該半導體接觸層且優選為恰巧由一層形成。特別是，該接觸層由該反射層與該半導體接觸層之組合所構成。此外，該反射層和該半導體接觸層優選為配置成上下疊合著。該反射層優選為包括一種或多種下述材料或由該些材料之一種或多種構成：Ag,Al,Al：Cu,Rh,Pd,Pt，以及像ITO之類的TCO- 層。該反射層之厚度優選為至少10奈米或20奈米或30奈米及/或最多100奈米或200奈米或500奈米。
依據至少一實施方式，該接觸層包含位障層。此位障層優選為直接安裝在反射層上，在遠離該半導體層序列之一側上。可選擇的(optional)位障層優選為金屬層。特別是，位障層包括一種或多種下述材料或由該些材料之一種或多種構成：Ti,Pt,Au,Ni,Rh,Ru。位障層之厚度優選為至少1奈米或4奈米或20奈米及/或最多200奈米或100奈米。位障層優選為由二個部份層組成，大致上是由鈦(Ti)-部份層和鉑(Pt)-部份層構成，但亦可具有多於二個的部份層。
依據至少一實施方式，該接觸層由該接觸溝渠之底面開始而超越該接觸溝渠之側面延伸至第二半導體區。即，該接觸溝渠之側面部份或完全地直接由該接觸層覆蓋著。該接觸層特別是與活性層及/或與第二半導體區直接相接觸。
於此，該接觸層優選為金屬層，特別是一種反射層。此外，該接觸層優選為直接位於該接觸溝渠之底面上，此處該底面特別是只有一部份由該接觸層覆蓋著。
依據至少一實施方式，該接觸層至少沿著電流肋條而限定在該接觸溝渠上。即，沿著電流肋條該接觸層只位於該接觸溝渠之內部。
依據至少一實施方式，電流肋條沿著縱向具有多個接觸區陣列和多個隔離體陣列，其交替地上下依 序配置著。在隔離體陣列中，電流未由電流肋條注入至半導體層序列中。反之，接觸區陣列係用於對該半導體層序列，於此係第一半導體區，供應電流。因此，不是沿著該電流肋條之整個長度將電流注入至第二半導體區中。
依據至少一實施方式，該接觸層直接安裝在電流肋條上。即，電流經由電流肋條而朝向該接觸層流動且由接觸層流出而進入至第一半導體區中。該接觸層優選為限定在各別的接觸區陣列上，相鄰的接觸區陣列之間的連接因此不是經由該接觸層本身的材料來達成而是”電性直接的”優選為只經由電流肋條來達成。”電性直接的”優選為涉及歐姆式可導電的連接，因此，目前經由半導體層序列而達成之可導電的連接不能視為電性直接的連接。
依據至少一實施方式，隔離體陣列未具備接觸層。特別是，該接觸層限定在該接觸區陣列上。在所述隔離體陣列中，鏡面層位於電流肋條和第一半導體區之間。換言之，在所述隔離體陣列中藉由該鏡面層使電流肋條與第一半導體區達成電性絕緣。
依據至少一實施方式，接觸區陣列之沿著縱向位於電流肋條上的份量為至少20%或25%或30%或40%。另一方式或額外地，該份量為最多70%或60%或55%或45%或35%。特別是，接觸區陣列之所述份量小於隔離體陣列之對應的份量。
依據至少一實施方式，該電流肋條超越該接 觸區陣列和該隔離體陣列沿著縱向具有一種保持相同的寬度。即，電流肋條沿著該接觸溝渠特別是成直線地延伸而不改變寬度。同樣地，電流肋條用之接觸溝渠可具有一種保持相同的、固定的寬度及/或橫切面形式。該接觸溝渠亦可優選為沿著一條直線而延伸。
另一方式是，電流肋條及/或接觸溝渠可具有一種可變的寬度。此寬度例如在由接合區離開的方向中連續地或步級式地減小或此寬度週期地變化，例如以正弦形式變化。
依據至少一實施方式，隔離體陣列中的接觸溝渠、該隔離溝渠以及該電流分配溝渠都同樣深。這以下述方式達成：該隔離溝渠、該電流分配溝渠、以及該接觸溝渠之在隔離體陣列中的區段都以相同的方法步驟來產生。
依據至少一實施方式，接觸區陣列中的接觸溝渠具有一種不同於隔離體陣列中的深度及/或具有一種不同於該隔離溝渠以及該電流分配溝渠的深度。於此，接觸區陣列中的接觸溝渠優選為深度小於隔離體陣列中的深度。另一方式是，該接觸區陣列中的接觸溝渠亦可較該隔離體陣列中的深度更深或相同。
依據至少一實施方式，在俯視圖中觀看時，該隔離溝渠較該接觸溝渠更狹窄。另一方式或額外地，同樣在俯視圖中觀看時，該隔離溝渠較該電流分配溝渠更狹窄。
依據至少一實施方式，在該接觸溝渠周圍形 成閉合的框架之該隔離溝渠係靠近該接觸溝渠及/或離該電流分配溝渠較遠。特別是，該隔離溝渠和該接觸溝渠之間的平均距離及/或最大距離是最多50微米或30微米或20微米或10微米。另一方式或額外地，該隔離溝渠和該接觸溝渠之間的平均距離及/或最小距離是至少0.5微米或1微米或4微米。關於該隔離溝渠和該電流分配溝渠之間的平均距離及/或最小距離，另一方式或額外地適用以下情況：該距離是至少30微米或50微米或75微米或100微米。
依據至少一實施方式，在俯視圖中觀看時，電流匯流排形成為U-形。即，在俯視圖中觀看時，經由該電流匯流排而優選為形成一種具有180度之角覆蓋區的圓弧，此處該電流匯流排在中央部份形成的圓弧較在末端區域中者更明顯，該末端區域中的電流匯流排可直線地延伸出來。另一方式是，電流匯流排亦可具有其它形式且例如可形成為L-形、Π-形以及m-形或具有二個手指或多於二個手指的叉形。
依據至少一實施方式，電流肋條位於電流匯流排之U形的腰之間。特別是，電流肋條可全部位於電流匯流排之U形的內部。若電流匯流排具有其它形式，則電流肋條同樣可位於電流匯流排的內部。此外，另一方式亦是可能的，即：電流匯流排和電流肋條分別形成為L-形且並排或在俯視圖中觀看時電流匯流排和電流肋條形成為叉形或m-形，其具有互相交錯的手指或尖齒。
依據至少一實施方式，半導體晶片特別就電 性接觸而言在俯視圖中觀看時形成為對縱軸對稱的形式，電流肋條沿著該縱軸而延伸。該縱軸特別是指該半導體晶片之對稱軸或最長的軸。該縱軸在俯視圖中觀看時可能是該半導體晶片之唯一的對稱軸。
依據至少一實施方式，電流肋條部份地或整個地於側向中突出於該接觸溝渠之上。這適用於俯視圖中觀看以及在與該電流肋條之縱向成垂直的方向中觀看時的情況。優選的是，這適用於沿著該縱向而連續地在全部的接觸區陣列中的情況。
依據至少一實施方式，電流肋條在俯視圖中觀看時部份地或整個完全地位於該接觸溝渠中。在離開基板的方向中，電流肋條優選為突出於該接觸溝渠之上，但在另一方式下亦可在離開基板的方向中使電流肋條完全位於該接觸溝渠中。
依據至少一實施方式，半導體晶片包括一鈍化層。此鈍化層可由唯一的層形成或由多個部份層形成。優選的是，鏡面層部份地由該鈍化層覆蓋著。鈍化層中優選為存在著用於電流肋條和電流匯流排之凹口。
依據至少一實施方式，該隔離溝渠部份地或優選為全部地由該鈍化層覆蓋著。此外，該接觸溝渠和該電流分配溝渠優選為全部由該鈍化層與該電流肋條和該電流匯流排一同來覆蓋著。於此，該電流匯流排在俯視圖中觀看時優選為限定在該電流分配溝渠上。
此外，提供一種用於製造光電半導體晶片的方法。此方法優選為用於製造光電半導體晶片，其就像 與上述一種或多種實施方式相關聯而提供者那樣。本方法之特徵因此亦揭示於光電半導體晶片且反之亦同。
在至少一實施方式中，建立一種用於製造光電半導體晶片的方法且包括以下步驟，特別是選優為以設定的順序來進行：A)製備可透光的基板且在該基板上生長半導體層序列，該半導體層序列具有一種在第一半導體區和第二半導體區之間的活性層以用於產生輻射，B)在該半導體層序列上產生第一遮罩層且蝕刻出一隔離溝渠以及一電流分配溝渠，C)在該隔離溝渠以及該電流分配溝渠中施加一電性絕緣的鏡面層，以反射該活性層操作時產生的輻射，D)去除第一遮罩層且整面上施加一用於第二半導體區之電流擴大層，E)產生第二遮罩層且蝕刻出一接觸溝渠，其就像該隔離溝渠以及該電流分配溝渠那樣由第二半導體區之遠離該基板之一側經由該活性層而延伸至第一半導體區中，使該接觸溝渠完全以該隔離溝渠來鑲邊且該電流分配溝渠只位於該隔離溝渠外部，F)由一種直接在該接觸溝渠上的區域去除該電流擴大層，G)去除第二遮罩層以及產生一鈍化層，以及H)產生第三遮罩層且部份地去除該鈍化層以及在該接觸溝渠中施加一種金屬性的電流肋條，用於沿著該接觸溝渠來導引電流且對第一半導體區供應電流，同時 在電流分配溝渠中施加一種金屬性的電流匯流排，用於沿著該電流分配溝渠來導引電流且對第二半導體區供應電流。
藉由上述方法，在用於第一以及第二半導體區之二個電性接觸面上可只以三個光平面達成高的反射率。因此，在較少的製造成本下可同時達成高的發光效率。
依據至少一實施方式，本方法包括一種介於步驟F)和G)之間的步驟F1)。此步驟中，於該接觸溝渠中直接在第一半導體區上施加該電性接觸層。
依據本方法之至少一實施方式，於步驟F)中對該電流擴大層作蝕刻，優選為濕式化學蝕刻。因此，第二半導體區被釋出且優選為該鏡面層亦部份地由該電流擴大層釋出。於此，對第二遮罩層進行欠蝕刻(under-etching)，使該電流擴大層之蝕刻區延伸至第二遮罩層下方。蝕刻之後，在朝向該接觸溝渠之方向中鏡面層在該電流擴大層上的突出量優選為至少0.3微米或0.7微米及/或最多10微米或5微米。
以下將依據各實施例參考其圖式來詳述此處描述的光電半導體晶片和此處描述的方法。相同的參考符號表示各別圖式中相同的元件。然而，於此顯示出未依比例繪出的各種關係，反之，為了更易於理解，各別的元件已予放大地顯示。
1‧‧‧光電半導體晶片
2‧‧‧半導體層序列
3‧‧‧可透光的基板/藍寶石
5‧‧‧鏡面層
6‧‧‧n-側用之電流肋條
7‧‧‧接觸層
8‧‧‧p-側用之電流匯流排
9‧‧‧鈍化層
11‧‧‧第二鏡面層用之第一遮罩層
12‧‧‧該接觸溝渠用之第二遮罩層
13‧‧‧該接觸層用之第三遮罩層
21‧‧‧第一半導體區/n-側
22‧‧‧活性層
23‧‧‧第二半導體區/p-側
41‧‧‧接觸溝渠
42‧‧‧隔離溝渠
43‧‧‧電流分配溝渠
44‧‧‧邊緣溝渠
61‧‧‧接觸區陣列
62‧‧‧隔離體陣列
66‧‧‧n-側用之接合區
83‧‧‧p-側用之電流擴大層
88‧‧‧p-側用之接合區
91‧‧‧另一鈍化層
G‧‧‧半導體層序列之生長方向
第1圖係所描述的光電半導體晶片之一實施例的示意俯視圖。
第2圖至第10圖係所描述的光電半導體晶片之多個實施例的示意斷面圖。
第11圖係所處描述的用於製造此處描述的光電半導體晶片的方法之各步驟的示意斷面圖。
第1圖中顯示光電半導體晶片1之一實施例。第1圖中標示四個區域A,B,C,D,E。第2圖至第6圖中顯示該些區域A,B,C,D,E之斷面圖。半導體晶片1，特別是發光二極體晶片，包括一種位於可透光的基板3上之半導體層序列2。半導體層序列2優選為以AlInGaN為主。基板3優選為藍寶石生長基板。半導體晶片1在操作時優選為產生藍光。
為了對該半導體晶片1供應電流，存在一種具有接合區66之電流肋條6以及一種具有接合區88之電流匯流排8。電流肋條6在俯視圖中觀看時位於一接觸溝渠41中。沿著一縱向，該電流肋條6具有交錯地直接依序重疊的接觸區陣列61和隔離體陣列62。電流注入至半導體層序列2中係經由電流肋條6且只在接觸區陣列61進行。在俯視圖中觀看時，電流匯流排8形成為U-形且具有接合區66之電流肋條6全部都在該U-形的內部中。
第2圖中顯示第1圖之由區域A構成的斷面。因此，第2圖中示出該光電半導體晶片1之一邊緣 區。
半導體層序列2包括一活性層22，例如，一種多重式量子井結構，其位於第一半導體區21和第二半導體區23之間。第一半導體區21優選為半導體層序列2之n-側且第二半導體區23為半導體層序列之p-側。
在半導體晶片1之邊緣上形成一邊緣溝渠44。邊緣溝渠44中去除第二半導體區23以及活性層22，第一半導體區21只有一部份存在著。基板3未裸露在該邊緣溝渠44中。此外，在該邊緣上存在一種電性絕緣之鏡面層5，第二半導體區23以及活性層22裸露在半導體層序列2之一側緣上，該鏡面層5完全覆蓋該側緣。
大致上由ITO構成且厚度例如大約80奈米的電流擴大層83、以及一鈍化層9完全超越該邊緣區而延伸。由於在該邊緣區中鏡面層5位於第一半導體區21和電流擴大層83之間，則在該邊緣區中無電流。該邊緣區中，基板3、第一半導體區21、鏡面層5、電流擴大層83以及鈍化層9沿著半導體層序列2之生長方向G分別直接地依序重疊著。
鈍化層9就像亦在所有其它的實施例中優選者那樣，該鈍化層9由電性絕緣的材料形成且對濕氣及/或氧具密封性。特別是，該鈍化層9是一種由氧化鋁構成的內層和另一離基板3更遠的、由二氧化矽構成的層之組合，該內層大致上經由原子層沉積而產生，該二氧化矽構成的層大致上經由化學氣相沉積而製成。
第3圖中詳細顯示第1圖之區域B。第3圖 中示出第二半導體區23用之接合區88。與此對應的、寬度只變小的一種構造亦可沿著電流匯流排8的U-形臂而存在著。
該接合區88中以及優選為亦沿著電流匯流排8的U-形臂來形成電流分配溝渠43。電流分配溝渠43優選為具有相同於第2圖之邊緣溝渠44的深度。電流分配溝渠43中存在一種電性絕緣的鏡面層5，其完全覆蓋電流分配溝渠43之底面以及側面。電流擴大層83完全超越電流分配溝渠43而延伸。經由電流擴大層83來進行第二半導體區23之橫向電流擴大和電流供應。
電流擴大層83完全由接合區88或電流匯流排8共同與鈍化層9一起覆蓋著。鈍化層9以及電流匯流排8或該接合區88係互相齊平。電流匯流排8以及該接合區88可在離開該基板3之方向中沿著生長方向G突出於半導體層序列2之上。電流擴大層83以及鈍化層9保持原樣地利用鏡面層5而過多地形成(over-forming)電流分配溝渠43之邊緣，其優選為在所有其它的實施例中亦屬此種情況。
第4圖中顯示電流肋條6之區域C。因此，第4圖表示該接觸區陣列61中該電流肋條6之斷面圖。
電流肋條6位於接觸溝渠41中。該接觸溝渠41經由活性層22而到達第一半導體區21中。可選擇地，在第一半導體區21和電流肋條6之間存在一接觸層7。接觸層7完全覆蓋該接觸溝渠41之一底面以及側面。因此，在該接觸溝渠41上所述二個半導體區21、23經由 優選為金屬性的、具反射性的接觸層7而短路。
為了使經由該接觸層7造成之短路局部地受到限制，該接觸溝渠41須位於一閉合的框架內部，該框架由隔離溝渠42形成。該隔離溝渠42依據第4圖未直接鄰接於該接觸溝渠41，使得在該隔離溝渠42和該接觸溝渠41之間仍可完全地保持著半導體層序列2。該隔離溝渠42可在朝向基板3之方向中更深入地向內到達第一半導體區21中。
該隔離溝渠42中存在著鏡面層5。鏡面層5上由該隔離溝渠42形成的框架之外部存在著電流擴大層83。由於來自該框架之外部，該電流擴大層83只部份地覆蓋鏡面層5，則經由該電流擴大層83由該隔離溝渠42形成的框架之內部朝向該框架外部時不會造成電性接觸。該電流擴大層83超越該隔離溝渠42之最深的位置而延伸。
電流肋條6直接位於該接觸層7上且具有的寬度小於該接觸層7的寬度。電流肋條6與鈍化層9一起完全地覆蓋該接觸溝渠41周圍以及該隔離溝渠42周圍的區域。
可選擇地，就像亦在所有其它實施例中都可能的那樣，該接觸層7由一半導體接觸層7a、一反射層7b和一位障層7c組成。薄的半導體接觸層7a例如由鈦或鉻形成。該反射層7b大致上是一種由銀、鋁或銠構成的、較厚的層。該位障層7c包含鈦或鉑或特別是由鈦或鉑構成。
電流肋條6例如由銀、銅、金、錫及/或鎳形成。該鏡面層5優選為多層的鏡面層，其形成為DBR(Distributed Bragg Reflector)。該鏡面層5優選為所具有的層數目較少，特別是至少二個或三個或四個部份層。另一方式或額外地，鏡面層5包含最多20個或12個或6個部份層。因此，鏡面層5優選為具有一種由具有低折射率和高折射率的介電質層構成的序列。關於半導體層序列2中操作時產生的輻射之最大強度的波長，低折射率特別是表示<1.7，高折射率特別是表示>1.7。關於此波長，各別的層之厚度優選為λ/4，此處，最靠近基板3的這些層之最下方的一層可具有3 λ/4之厚度。
不同於第4圖中所示者，該隔離溝渠42不只一部份而是全部都由鏡面層5共同與電流擴大層83及/或鈍化層9一起來填滿。
第5圖中可看出第1圖之區域D之斷面圖。因此，第5圖表示該隔離體陣列62之區域中沿著電流肋條之切面。
在所示的隔離體陣列62中，該接觸溝渠41具有與該隔離溝渠42一樣的深度。特別是，隔離體陣列62中該接觸溝渠41、以及該隔離溝渠42都以相同的步驟製成且均勻地設有鏡面層5。因此，與第4圖不同，第5圖之接觸溝渠41係與該隔離溝渠42一樣深且另外以鏡面層5來填充。鏡面層5又完全覆蓋該隔離體陣列62中該接觸溝渠41之底面和側面。第二半導體區23之遠離基板3之此側只微小地由鏡面層5覆蓋著，其優選 為在所有其它的實施例中亦屬此種情況。
該接觸層7可選擇地(optionally)介於鏡面層5和電流肋條6之間。該接觸層7亦可由該隔離體陣列62去除。該接觸層7在該隔離體陣列62中完全由鏡面層5共同與鈍化層9和電流肋條6一起包圍著。
第6圖中顯示第一半導體區21用之接合區66周圍的區域E。該接合區66在俯視圖中觀看時是圓形的。在該接合區66下方可選擇地存在著該接觸層7，其具有的寬度可大於該接合區66者。鏡面層5具有一種在俯視圖中觀看時成圓形的區段，使該鏡面層5在橫斷面觀看時顯示成劃分成三部份。第一半導體區21包圍著該鏡面層5之在俯視圖中成圓形的區域。
第7圖中示出半導體晶片1之另一實施例。所顯示的是第1圖之區域E且因此顯示第一半導體區21用之接合區66。與第6圖不同，該接合區66下方該鏡面層5中於環形的區段上在橫斷面中觀看時朝向該接觸層7內部可辨認第一半導體區31之三角形的多個凸出。這些三角形的凸出可經由該接觸層7而延續至該接合區66之遠離該基板3之上側上。
上述在橫斷面中觀看時成三角形的凸出係由二種蝕刻步驟造成，一方面是用於接觸區陣列61中的接觸溝渠41且另一方面有一蝕刻步驟是用於該隔離體陣列62中的接觸溝渠41以及該隔離溝渠42。換言之，依據第7圖，該隔離溝渠42和該接觸溝渠41可相接觸，使此二溝渠41、42之間在任何位置上都仍完全未保持著 半導體層序列2，這不同於第4圖和第5圖之圖式。
第8圖之實施例中，在接合區66中不存在接觸層。此外，第8圖之實施例係對應於第6圖。
與第8圖中的圖式不同，在橫斷面中觀看時第一半導體區21之三角形的凸出在離開該基板3之方向中亦存在著，就像與第7圖相關聯而顯示者那樣，此處缺少該接觸層7，這與第7圖不同。
第9圖涉及半導體晶片1之另一實施例，所顯示的是接觸區陣列61上的區域C中的斷面圖。不同於第4圖，電流肋條6具有的寬度大於該接觸層7者。因此，該接觸層7在接觸區陣列61中完全由半導體層序列2與電流肋條6一起包圍著且未與鈍化層9直接相接觸。該接觸肋條6之遠離基板3之上側對應於該接觸層7之遠離基板3之上側而形成且因此在該上側上具有一在橫斷面中觀看時位於中央的、梯形的、且在離開基板3之方向中變寬的凹口。此外，第9圖之實施例對應於第4圖的實施例。
第10圖中顯示該接觸區陣列61之另一實施例。在該接觸層7和該半導體層序列2之間在該接觸溝渠41之側面上存在另一鈍化層91。此另一鈍化層91優選為以與該接觸區陣列61中該接觸溝渠41相同的蝕刻遮罩來產生。此另一鈍化層91例如以同向的(isotropic)施加方法來製成且隨後異向地(anisotropically)受到蝕刻，使該接觸溝渠41之底面不具備上述另一鈍化層91。此外，第10圖之實施例對應於第9圖之實施例。
當不存在該接觸層7且電流肋條6直接到達該接觸溝渠41之底面時，上述此種另一鈍化層91亦可存在著。
第11圖中以示意圖示出用於製造上述半導體晶片1的方法，特別是就像與第1圖至第6圖相關聯而詳述的那樣。以此方法，半導體晶片1可只以對應於三個遮罩層11、12、13之三個光平面來製成。
第11A圖中顯示多個接觸區陣列61之一和多個隔離體陣列62之一。在半導體層序列2上施加第一遮罩層11。然後，產生多個隔離溝渠42以及只在隔離體陣列62中產生該接觸溝渠41。在相同的步驟中，設置第11A圖中未顯示的電流分配溝渠43和邊緣溝渠44，請比較第2圖和第3圖。
依據第11B圖，鏡面層5藉助於相同的第一遮罩層11施加而成。這在第11B圖中只對該接觸區陣列61顯示，這相對於隔離體陣列62而言係以相同方式進行。
第11C圖中可看出：在第一遮罩層11去除之後，整面上施加該電流擴大層83。
依據第11D圖，施加第二遮罩層12。藉助於第二遮罩層12，該接觸溝渠41產生於接觸區陣列61中。半導體層序列之其餘區域由第二遮罩層12覆蓋著。
在對該接觸溝渠41蝕刻完成之後，進行濕式化學處理，使半導體層序列2之遠離基板3的上側，於靠近該接觸溝渠41之處，區域式地由電流擴大層83釋 出以避免短路。此種濕式化學蝕刻中，第二遮罩層12保持原狀。回蝕刻(back-etching)電流擴大層83至鏡面層5為止，使鏡面層5於朝向該接觸溝渠41之方向中由電流擴大層83突出約1微米。
然後，藉助於相同的第二遮罩層12來施加該接觸層7。第11E圖之步驟，即，施加該接觸層7，是可選擇的(optional)。
第11F圖之步驟中，在第二遮罩層12去除之後，整面上施加該鈍化層9。
於是，請參閱第11G圖，產生第三遮罩層13。藉助於第三遮罩層13，使該接觸層7上方之鈍化層9形成開口且局部地沈積該電流肋條6。
為了使鈍化層9形成開口，使用一種濕式或乾式化學蝕刻。若鈍化層9以多層方式構成，則有利方式是進行乾式化學蝕刻，以產生平滑的側緣，此乃因不同介電質之濕式化學蝕刻速率通常互相不同。最後，去除第三遮罩層13，但未顯示。
第11圖中只詳述第1圖之區域C以及區域D。第1圖之其餘的區域A,B,E中以類似方式進行所述用於製造半導體晶片1的方法。
各圖式中所示的組件只要不另外標明，優選為以所設定的順序分別直接依序設置。圖中未接觸的各層互相隔開。只要各條線互相平行地顯示，則對應的各平面同樣互相平行地對準。同樣，只要不另外標明，所示的各組件之相對的厚度比、長度比和位置都可互相在 圖中正確地再設定。
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，特別是包含各專利請求項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專利請求項中或各實施例中時亦屬本發明。
Claims (16)
- 一種光電半導體晶片(1)，具有-半導體層序列(2)，其具有一種介於第一半導體區(21)和第二半導體區(23)之間的活性層(22)用於產生輻射，-可透光的基板(3)，其上存在著半導體層序列(2)，-至少一接觸溝渠(41)，-至少一隔離溝渠(42)，-至少一電流分配溝渠(43)，-至少在隔離溝渠(42)中的一電性絕緣的鏡面層(5)，用於反射該活性層(22)中產生的輻射，-至少一金屬性的電流肋條(6)，位於接觸溝渠(41)中以用於沿著該接觸溝渠(41)來導引電流且供電至第一半導體區(21)，以及-至少一金屬性的電流匯流排(8)，位於電流分配溝渠(43)中以用於供電至第二半導體區(23)，此處-該接觸溝渠(41)、該隔離溝渠(42)和該電流分配溝渠(43)分別由第二半導體區(23)之遠離該基板(3)之一側經由活性層(22)而延伸至第一半導體區(21)中，及-該接觸溝渠(41)完全以該隔離溝渠(42)來鑲邊且該電流分配溝渠(43)只位於該隔離溝渠(42)外部。
- 如請求項1之光電半導體晶片(1)，其中第一半導體區(21)形成半導體層序列(2)之n-側且第二半導體區(2)形成半導體層序列(2)之p-側，該鏡面層(5)直接施加在第 一半導體區(21)上且部份地至少由該隔離溝渠(42)延伸至第二半導體區(23)之遠離該基板(3)之此側，所述此側中最多5%係由該鏡面層(5)覆蓋著。
- 如請求項1之光電半導體晶片(1)，其中另外包括電性接觸層(7)，此接觸層(7)係與電流肋條(6)和第一半導體區(21)直接相接觸且用於將電流注入至第一半導體區(21)中。
- 如請求項3之光電半導體晶片(1)，其中該接觸層(7)是金屬層，且由該接觸溝渠(41)之底面開始至少部份地覆蓋該接觸溝渠(41)之側面及超越該活性層(22)而延伸至第二半導體區(23)，此處該接觸層(7)直接施加在所述底面和所述側面上。
- 如請求項3或4之光電半導體晶片(1)，其中該接觸層(7)至少沿著電流肋條(6)而限定在該接觸溝渠(4)上。
- 如請求項1之光電半導體晶片(1)，其中沿著電流肋條(6)之縱向交替地配置多個接觸區陣列(61)和隔離體陣列(62)，在接觸區陣列(61)中使電流直接注入至第一半導體區(21)中，及隔離體陣列(62)中第一半導體區(21)由於該鏡面層(5)而不具有對該電流肋條(6)之直接電性接觸區。
- 如請求項6之光電半導體晶片(1)，其中該接觸區陣列(61)之沿著縱向位於電流肋條(6)上 的份量係介於20%(含)和70%之間，電流肋條(6)超越該接觸區陣列(61)和該隔離體陣列(62)沿著該縱向具有一種保持相同的寬度。
- 如請求項6或7之光電半導體晶片(1)，其中隔離體陣列(62)中的接觸溝渠(41)、隔離溝渠(42)和電流分配溝渠(43)都同樣深，接觸區陣列(61)中的接觸溝渠(41)深度較小。
- 如請求項1至4中任一項、請求項6或7之光電半導體晶片(1)，其中該隔離溝渠(42)較該接觸溝渠(41)和該電流分配溝渠(43)狹窄，該隔離溝渠(42)和該接觸溝渠(41)之間的平均距離是最多20微米且該隔離溝渠(42)和該電流分配溝渠(43)之間的平均距離是至少30微米。
- 如請求項1至4中任一項、請求項6或7之光電半導體晶片(1)，其中該電流匯流排(8)在俯視圖中觀看時成U-形且電流肋條(6)位於該U-形的腰之間，半導體晶片(1)在俯視圖中觀看時形成為對縱軸對稱的形式，電流肋條(6)沿著該縱軸而延伸。
- 如請求項1至4中任一項、請求項6或7之光電半導體晶片(1)，其中該電流肋條(6)在俯視圖中觀看時至少部份地在側向中突出於該接觸溝渠(4)之上且是在與該電流肋條(6)之縱向成垂直的方向中。
- 如請求項1至4中任一項、請求項6或7之光電半導 體晶片(1)，其中該電流肋條(6)在俯視圖中觀看時至少部份地完全位於該接觸溝渠(41)中。
- 如請求項1至4中任一項、請求項6或7之光電半導體晶片(1)，其中該隔離溝渠(42)完全由一鈍化層(9)覆蓋著，該接觸溝渠(41)和該電流分配溝渠(43)完全由該鈍化層(9)共同與該電流肋條(6)和該電流匯流排(8)一起覆蓋著。
- 一種用於製造光電半導體晶片(1)的方法，具有以下依設定的順序來進行之步驟：A)製備可透光的基板(3)且在該基板(3)上生長半導體層序列(2)，該半導體層序列(2)具有一在第一半導體區(21)和第二半導體區(23)之間的活性層(22)用於產生輻射，B)在該半導體層序列(2)上產生第一遮罩層(11)且蝕刻出一隔離溝渠(42)以及一電流分配溝渠(43)，C)在該隔離溝渠(42)以及該電流分配溝渠(43)中施加一電性絕緣的鏡面層(5)，以反射該活性層(22)操作時產生的輻射，D)去除第一遮罩層(11)且整面上施加一用於第二半導體區(23)之電流擴大層(83)，E)產生第二遮罩層(12)且蝕刻出一接觸溝渠(41)，其就像該隔離溝渠(42)以及該電流分配溝渠(43)那樣由第二半導體區(23)之遠離該基板(3)之一側經由 該活性層(22)而延伸至第一半導體區(21)中，使該接觸溝渠(41)完全以該隔離溝渠(42)來鑲邊且該電流分配溝渠(43)只位於該隔離溝渠(42)外部，F)由一種直接在該接觸溝渠(41)上的區域去除該電流擴大層(83)，G)去除第二遮罩層(12)以及產生一鈍化層(9)，以及H)產生第三遮罩層(13)且部份地去除該鈍化層(9)以及在該接觸溝渠(41)中施加一種金屬性的電流肋條(6)，用於沿著該接觸溝渠(41)來導引電流且對第一半導體區(21)供應電流，同時在電流分配溝渠(43)中施加一種金屬性的電流匯流排(8)，用於沿著該電流分配溝渠(43)來導引電流且對第二半導體區(23)供應電流。
- 如請求項14的方法，其中在介於步驟F)和G)之間的步驟F1)中，於該接觸溝渠(41)中直接在第一半導體區(21)上施加一電性接觸層(7)，用於將電流注入至第一半導體區(21)中，步驟H)中產生該電流肋條(6)使與該接觸層(7)直接相接觸。
- 如請求項14或15的方法，其中於步驟F)中對該電流擴大層(83)作濕式化學蝕刻，使第二半導體區(23)和該鏡面層(5)部份地由該電流擴大層(83)釋出，且對第二遮罩層(12)進行欠蝕刻(under-etching)，使該電流擴大層(83)之蝕刻區延伸至第二遮罩層(12)下方。
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