TWI336960B - Optoelectronic semiconductor chip and a method of manufacturing the same - Google Patents

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1336960 · T— ---L - — -|~-_ |0,3曰修f例 九、發明說明： · 【發明所屬之技術領#】 本發明係一種光電半導體晶片。 【先前技術】 i 在製造晶片的過程中’通常需要經過複雜的製程步 驟才能夠將預先製好的半導體晶片的半導體本體固定 在一個與半導體本體分開的預先製好的載體上，這些複 雜的製程步驟主要是以接合或焊接的方式將半導體本 • 體固定在載體上。 【發明內容】 ，， 本發明的目的是提出一種能夠以高效率且簡單的 方法（尤其是從輻射輸出的角度來看）製造的光電半導 體晶片。 採用真有本發明之申請專利範圍第1項之特徵的 光電半導體晶片及第16項之特徵的方法即可達到上述 _ 目的。本發明之申請專利範中其他附屬於獨立申請項目 的內容爲本發明的各種有利的改良方式及實施方式。 本發明的光電半導體晶片具有一個薄膜半導體本 體及一個設置在半導體鍍層系統上負責承載薄膜半導 體本體的載體層，其中薄膜半導體本體具有一個含有產 生輻射的活性區的半導體鍍層系統。 設置在半導體鍍層系統上的載體層的作用是承載 薄膜半導體本體，也就是提供固定薄膜半導體本體所需 的機械支撐。因此本發明的光電半導體晶片不需要用到 1336960 年月日修正替換頁 預先製好的半導體本體來固定（以接合方式固定）薄g 半導體本體的半導體鍍層系統。本發明的方法是以在薄 • 半導體本體的半導體鍍層系統上形成（尤其是以成型或 疊層方式形成）載體層的方式，達到不需要以複雜的接 合步驟將半導體鍍層系統固定在載體上的目的。相較於 具有一個固定在分開的載體上的半導體鑛層系統的半 導體晶片的製造而g ’本發明的光電半導體晶片的製造 更爲簡單。由於不必將半導體半導體鍍層系統固定在一 • 個分離的載體上’因此可以降低製造半導體晶片的成 本。 .· 依據本發明的內容，可以將薄膜半導體本體視爲一 種不包含製造基板的半導體本體，或是—種製造基板被 « 弄薄的半導體本體。所謂製造基板是指在其上形成半導 體鍍層系統的基板。製造基板被弄薄或是完全去除後， 半導體鍍層系統的機械穩定性最好是完全由載體層來 0 承擔。也就是說在半導體鍍層系統上形成的載體層可以 提供半導體鍍層系統足夠的機械穩定性，因此不需要再 由製造基板來固定半導體鍍層系統。 以磊晶生長的方式製造半導體鍍層系統是以生長 基板作爲製造基板。薄膜半導體本體的載體層會隨著製 造基板而變化。半導體鍍層系統的製造基板經常必須滿 足很嚴苛的要求，例如對於生長基板上供磊晶生長用的 結晶面的要求。由於薄膜半導體本體的載體層不同於製 造基板，因此載體層不一定要具有半導體鍍層的製造所 -6- 1336960 年ft! 3修正梦換頁 要求的特性，也就是說相對於製造基板的選擇而言，載 體層的選擇可以有更大的自由空間。製作載體層的材料 要能夠讓載體層可以在半導體鍍層系統上形成，尤其是 可以成型或是疊層。例如，能夠使載體層達到最佳化的 導熱性的材料就有很大的選擇空間。由於活性區與外部 導熱元件之間的導熱效果獲得改善，因此本發明的半導 體晶片的效能可以獲得提升。 本發明提出的製造光電半導體晶片的方法是先在 基板上爲半導體晶片的半導體本體設置一個具有產生 輻射的活性區的半導體鍍層系統。接著在半導體鍍層系 統上形成一個載體層，然後再將基板去除掉。 以上提及的基板可以是半導體鍍層系統的製造基 板，或是一種與製造基板不同的基板。除了將基板整個 去除掉之外，例如以剝離方式將基板整個去除掉’也可 以只是將基板弄薄。半導體鏟層系統最好是完全由載體 層支撐住，因此如果不使用載體層，薄膜半導體本體上 的半導體鍍層系統受損的風險就會因爲未能獲得所需 的機械支撐而大幅升高。 去除基板的方法包括蝕刻、雷射切割、以及水刀切 割等方法蝕刻法也很適於用來將基板弄薄。 最好是將基板整個去除（或幾乎整個去除）。將》板 去除的一個優點是可以降低對原先被基板覆蓋住的半 導體鍍層系統部分進行下一步處理的困難度。 最好是將載體層設置在半導體鍍層系統背對基丰反 1336960 #9.¾曰¥替換頁 的那一個面上。這樣做的好處是可以使去除基板（或‘是 將基板弄薄）的工作變得更簡單。 以上描述的特徵及將在下面說明的特徵均同時適 用於本發明的光電半導體晶片及本發明的方法，原因是 本發明的方法最適於用來製造本發明的光電半導體晶 片。 本發明的一種特別有利的實施方式是使用自我支 撐的載體層。 • 載體層厚度的下限値應大於等於l〇Mm,尤其是大 於等小20μιη ’或最好是大於等於5〇um，上限値應小於 , 等於500nm，尤其是小於等於300um，或最好是小於等 於200μπι。實驗證明，載體層的厚度應介於大於等於 ΙΟμιη至小於等於500μιη之間，尤其是介於大於等於 20μιη至小於等於300um之間，或最好是介於大於等於 50μιη至小於等於200μπι之間。 φ 上述厚度的載體層特別適於提供半導體鍍層系統 所需的機械支撐。最好是盡可能選擇厚度較小的載體 層，以達到在半導體鍍層系統能夠獲得足夠的機械支撐 的同時，也不致於無謂的提高載體層厚度的目的。厚度 相對較薄的載體層的一個特徵是熱阻較小，因此與外部 導熱元件之間的導熱效果較佳。此外，厚度相對較薄的 載體層的熱膨脹係數與半導體鍍層系統的熱膨脹係數 的差異也比較小。因此可以降低因載體層的熱膨脹係數 與半導體鍍層系統的熱膨脹係數的差異導致半導體鍍 1336960 年月日修正替換頁 3λ Cl：- 厚度最好 層系統受損的風險。基於上述理由，載體層的 是訂在大於等於50μηι至小於等於ΙΟΟμιη之間 本發明的另外一種有利的實施方式是將載體層與 半導體鑛層系統結合在一起’以達到機械上的固定效 果。載體層可以經由這種結合方式被設置在薄膜半導體 本體的半導體鏟層系統上》這種實施方式的優點是不需 要在載體層及半導體鍍層系統之間另外設置__個將二 者連接在一起但並不具備其他機能性鍍層（例如反射層） 的連接層（例如一個黏著層、接合層、或是焊接層）。 本發明的另外一種有利的實施方式是利用一種薄 膜法將載體層設置在半導體鍍層系統上。薄膜法通常是 用來形成厚度較薄的自我支撐的鍍層。本發明是利用薄 膜法形成具有機械支撐能力的載體層。 在載體層的形成過程中，最好是以漸進方式使載體 層逐漸變厚的沉積在半導體鍍層系統上。最好是以沉積 方法在半導體鍍層系統上沉積出載體層。沉積法通常是 用來形成厚度較薄的非自我支撐的鍍層。本發明是利用 沉積法形成具有機械支撐能力的鍍層。沉積法可以經由 調整沉積時間來調整載體層的厚度，沉積時間愈長，所 形成的載體層的厚度通常愈厚。 最好是以物理氣相沉積法（PVD : Physical Vapor Deposition)或化學氣相沉積法（CVD : Chemical Vapor Deposition)在半導體鏟層系統上沉積出載體層。一種特 別有利的方式是濺射法（尤其是活性濺射法）、雷射輔助 1336960

^.¾•日％替換頁I 法（例如使用脈衝式雷射的沉積法）、或是蒸鍍法~ ' 體鍍層系統上沉積出載體層。雷射輔助法和濺射法是不 一樣的，濺射法通常是利用離子轟擊將要沉積出的物質 的粒子從一個標靶離析出來，而雷射輔助法則是利用雷 射（尤其是脈衝式雷射）將要沉積出的物質的粒子離析 出來。此外，也可以利用電漿輔助的物理氣相沉積法 (PVD)、化學氣相沉積法（CVD)、或是電漿加強式化學氣 相沉積法（PECVD)將載體層沉積出來。 和只能用來形成金屬鍍層的電鍍法不一樣的是，以 上提及的方法也可以用來形成非金屬鍍層。載體層最好 是一種非金屬鍍層，而且最好是不同於電鑛層。 載體層可以是一個多晶層或是非晶形層。例如，可 以將載體層製作成陶瓷層。載體層最好含有氮化鋁（例 如Α1Ν)或氧化鋁（例如Α10或Al2〇〇，因爲這種材料很 適合被用來製造載體層，尤其是適合以濺射法被被用來 製造載體層。Α1Ν的特點是導熱性特別好。 本發明的另外一種有利的實施方式的載體層是電 絕緣的（也就是將載體層製作成一種電絕體體）及/或載 體層對在活性區內產生的輻射具有吸收性。 載體層的製造可以將重點放在載體層的熱承載特 性及機械承載特性，光學特性及/或電學特性則可以不 列入考量。最好是以電絕緣材料及/或對在活性區內g 生的輻射不透明的材料來製作載體層。 此外，載體層最好是不同於一種磊晶生長的單片準 -10- 1336960 __ 年#·修喷換頁 基板（例如一種生長到半導體鍍層系統內的準基板），也 就是說不同於一種磊晶生長至未承受任何機械負載的 厚度的半導體層。這樣做的好處是可以縮短成本高昂的 磊晶生長時間，而將半導體晶片的製造成本控制在一個 ' 可以接受的範圍內。 本發明的另外一種實利的實施方式的載體層具有 —個多鍍層結構，因此可以提高製作載體層的自由度。 例如，可以經由調整多鍍層結構各單一鍍層的厚度及成 • 分，使多鍍層結構的熱膨脹係數能夠與半導體鍍層系統 的熱膨脹係數配合。這樣就可以降低因受熱造成半導體 ，. 鍍層系統或活性區受損的風險，也可以降低因受熱造成 半導體鍍層系統從載體層上脫落的風險。這種多鍍層結 構最好包括多個依序設置在半導體鑛層系統上的鏟 層，例如包括兩個按以上提及的方式製造的載體層（必 要時這兩個載體層可以各自具有不同的成分）。 φ 本發明的另外一種實利的實施方式是在載體層及 薄膜半導體本體之間設有一個含有金屬的鍍層，尤其是 一個以金屬或合金爲主要成分的鍍層。最好是在形成載 體層之前將這個含有金屬的鍍層設置在半導體鍍層系 統背對基板的那個面上。 這個含有金屬的鍍層最是一個金屬層或合金層。適 於用來製作這個含有金屬的鍍層的金屬或合金包括 Al' Ag、Au、Pt、或是至少含有一種前述金屬的合金， 例如AuGe或AuSn。 -11- 1336960 _ ^•月3•曰蟹替換頁 可以將這個含有金屬的鍍層製作成一個將在活性 區內產生的輻射反射回去的反射層，以降低在活性區內 產生的輻射被載體層吸收的風險。此外，還可以經由反 射層的反射提高通過薄膜半導體本體背對反射層的那 個表面從半導體晶片輸出的輻射功率。 此外，也可以將這個含有金屬的鍍層製作成一個與 半導體晶片形成導電接觸的接觸層。必要時這個含有金 屬的鍍層也可以同時作爲接觸層及反射層。只要將這個 φ 含有金屬的鍍層製作成接觸層，半導體晶片就可以直接 經由這個接觸層與外部形成導電接觸。例如，這個接觸 層可以直接與一條壓焊絲連接。因此這種實施方式可以 不必另外設置一個連接層》 ^ 除了以上提及的特點外，薄膜半導體晶片（也就是 一種具有一個設置在載體層上的薄膜半導體本體的半 導體晶片）還具有以下的特點： --在產生輻射的磊晶鍍層系統面對載體層的那個主平 ® 面上設置或形成一個反射層，例如一個含有金屬的 反射層，這個反射層至少能夠將一部分在磊晶鍍層 系統內產生的電磁輻射反射回去； --磊晶鍍層系統的厚小於或等於2〇um，尤其是小於或 等於ΙΟμιη ;及/或 …磊晶鍍層系統至少含有一個半導體層，這個半導體 層至少有一個面具有一個混合結構，在理想情況 下’這個混合結構能夠在嘉晶生長的嘉晶鑛層系統 -12· 1336960 內形成近似各態遍歷的光線分佈，也就是說這個混 合結構具有一種最大可能的各態遍歷隨機散射性 肯巨。 在 I. Schnitzer et al.，Appl· Phys. Lett. 63(16)， 1993年10月18日，2174-2176頁中有關於薄膜發光二 極體晶片的基本原理的說明。 對具有一個反射層（例如含有金屬的鍍層）的薄膜 半導體晶片而言，在薄膜半導體本體及載體層之間輻射 幾乎都是通過薄膜半導體本體背對載體層那個表面發 射出去。這種薄膜半導體晶片的輻射特性相當於郎伯特 (Lambertschen)表面輻射器的餘弦狀輻射特性。 本發明的另外一種有利的實施方式是半導體晶片 (尤其是半導體鍍層系統或活性區）至少含有—種ιπ-ν 化合物半導體材料，或是半導體晶片（尤其是半導體鍍 層系統或活性區）的主要成分爲III-V化合物半導體材 料。 氮化物化合物半導體、磷化物化合物半導體、以及 砷化物化合物半導體等化合物半導體材料均適於用來 製作高效率半導體晶片的半導體镀層系統’尤其適於用 來製作高量子效率的活性區。 所謂”以氮化物化合物半導體材料作爲主要成 分”是指半導體鍍層系統至少有一部分具有氮化物/V· 化合物半導體材料，而且其通式最好是AlnGamlnmN， 其中OSnSl，OSmSl，n + mSl，且最好是m爹0及/ -13- 1336960 年9fl· 換冥j 或n尹〇。當然這種材料的實際成分並不是一定必須完 全符合這個通式’而是可以另外含有不至於對 AhGamlnmN材料的物理特性造成太大影響的一種或 數種摻雜物質或是其他成分。爲了簡化起見，以上的通 ' 式僅含有構成這種材料的晶格的重要成分（Al、Ga、ιη、 N)’即使這些成分有一小部分可以被其他的物質取代。 同樣的，所謂”以磷化物化合物半導體材料作爲主 要成分”是指半導體鍍層系統至少有一部分具有磷化 • 物/V-化合物半導體材料，而且其通式最好是

AhGamlni.n.mP，其中 OSnS 1，OSmS 1，n + mS 1，且最 . 好是m#0及/或η尹0。當然這種材料的實際成分並不是 一定必須完全符合這個通式，而是可以另外含有不至於 對AhGadnmP材料的物理特性造成太大影響的—種 或數種摻雜物質或是其他成分。爲了簡化起見，以上的 通式僅含有構成這種材料的晶格的重要成分（A卜Ga、 | In、P)，即使這些成分有一小部分可以被其他的物質取 代。 同樣的，和"以氮化物化合物半導體材料作爲主要 成分”及”以磷化物化合物半導體材料作爲主要成 分”一樣，所謂的”以砷化物化合物半導體材料作爲主 要成分"是指半導體鑛層系統至少有一部分具有砷化ι 物/V·化合物半導體材料，而且其通式最好是 AlnGamIni-n-mAs ’ 其中 OSnSl，OSm客 1，n + m客 1，且 最好是m#0及/或η ^0。當然這種材料的實際成分並不 -14- 1336960 年月日修正替換頁 曰 90« 士—2------- 是一定必須完全符合這個通式，而是可以另外含有不至 於對AhGamlnmAs材料的物理特性造成太大影響的一 種或數種摻雜物質或是其他成分。爲了簡化起見，以上 的通式僅含有構成這種材料的晶格的重要成分（A1、

Ga、In、As)’即使這些成分有一小部分可以被其他的 物質取代。 氮化物化合物半導體材料特別適於用來製作產生 紫外線至藍光輻射的活性區，磷化物化合物半導體材料 ® 特別適於用來製作產生黃光輻射至紅光輻射的活性 區’砷化物化合物半導體材料特別適於用來製作產生紅 、外線輻射的活性區。一種有利的方式是將半導體晶片製 , 作成產生可見光的半導體晶片。 本發明的另外一種有利的實施方式是將半導體晶 片製作成產生非同調輻射的無諧振器的晶片，例如發光 二極體晶片。和具有諧振器（例如雷射）的晶片不同的 % 是’無諧振器的晶片的整個表面都可以被用來作爲發射 表面，而且製造成本也比較低。 本發明的另外一種有利的實施方式是以本發明的 方法同時在晶圓集合體（wafer assemblage)內製造許多 個半導體晶片，或是將本發明的方法應用在晶圓集合體 內。 這種實施方式是爲本發明的方法在基板上設置一 個用來形成許多個半導體本體用的半導體鍍層結構。由 於在晶圓集合體內可以製造許多個半導體晶片，因此可 -15- 1336960 替換頁 以降低每個半導體晶片的製造成本。按照本發明的方法 在半導體鍍層結構上形成的載體層可以作爲半導體鍍 層結構係被設計用來製作許多個半導體本體的半導體 晶圓的載體層。 在將半導體晶片從晶圓集合體中一個一個分開 時，可以形成一個與以本發明的方法製造的半導體晶片 的載體層相鄰的側面。 一種有利的方式是將載體層製作成一個不會被半 導體本體最外面的側面圍住的鍍層。另外一種有利的方 式是將載體層的表面製作原平坦狀，尤其是載體層背對 半導體材料的那個面及/或面對半導體材料的那個面。 【實施方式】 以下以配合圖式及實際的實施方式對本發明的其 他特徵及有利的實施方式做進一步的說明： 第1圖中的第1Α圖至第1F圖顯示以本發明的方法 在晶圓集合體內製造許多個光電半導體晶片的一種實 施方式的各個中間步驟的斷面示意圖。 如第1Α圖所示，第一個步驟是在基板（1)上製作一 個具有產生輻射的活性區（3)的半導體鍍層結構（2)。 基板（1)含有砷化鎵（GaAs)，半導體鍍層結構（2)最 好是以磊晶生長的方式在基板（1)上生長出來，這樣基 板（1)就可以構成半導體鍍層結構（2)的生長基板。活性 區（3)及/或半導體鍍層結構（2)應以通式爲AhGamlnmP 的材料爲主要成分，且最好是m—O及/或n^O，以通式 -16- 1336960 年姚没修嘮換頁! --—_ ——— .· 爲 AhGai^As的材料爲主要成分則更佳，且最好是 OSx各1(其中最好是x>0)。砷化鎵基板對於活性區或半 導體鍍層結構在InGaAlP材料（也可以含有其他的成分） 上的磊晶生長特別有利。 活性區（3)最好具有一個雙異質結構，或是—個單 量子井結構或多量子井結構。由於這一類的結構可以達 到很高的內部量子效率，因此能夠以很高的效率產生輻 射。此處所使用的”量子井結構” 一詞並未說明量子井 結構的維度，也就是說量子井結構可能是指量子槽、量 子線、或是量子點，也可能是這三種結構的任意組合。 如第1B圖所示，下一個步驟是在半導體鍍層結構 (2)背對基板（1)的表面（4)上形成一個表面結構（5)。表面 結構（5)可以在一個半導體層內被形成’例如在一個半 導體鍍層結構（2)最好是被限定在背對基板U)的那個面 上的p型導電的半導體層內形成。可以利用蝕刻（例如 濕式化學蝕刻或乾式化學蝕刻）或是具有適當結構的掩 膜在半導體鍍層結構（2)內形成表面結構（5)。最好是在 表面（4)上設置一個依據所需要的表面結構而空出缺口 的掩膜。這樣就可以經由掩膜的缺口來產生表面結構’ 然後再將掩膜去除掉。 在必要的情況下，也可利用表面粗化的方式產生表 面結構，例如以噴砂法產生表面結構。在這種情況下’ 最好是將整個表面粗化，而不必以掩膜定義所需要的表 面結構。 -17- 1336960 •曰聲替換頁 表面結構（5)可以具有許多個最好是彼此等距的凹 槽，例如截錐體形、圓錐體形、或是稜柱體形的凹槽。 凹槽的寬度會隨著與活性區的距離變大而沿著橫向方 向（最好是平行於活性區）逐漸變大。 經由表面結構（5)可以在要製造出來的半導體晶片 內以很簡單的方式從結構化的表面將輻射反射回去，而 且反射角的分佈範圍很廣。由於表面結構的關係，在活 性區（3)內產生的輻射在半導體材料內發生延伸全反射 • 的機率會降低，因此可以提高半導體晶片的半導體材料 的輻射輸出效率。 .. 如第1C圖所示，下一個步驟是在半導體鍍層系統 ’ 背對基板（1)的那一個面上設置一個含有金屬的鍍層 (6)，例如以蒸鍍法製作這個含有金屬的鍍層（6)。含有 金屬的鍍層（6)最好是一個金屬化鍍層，例如由金（Au) 或合金AuGe構成的金屬化鍍層。此外，含有金屬的鍍 I 層（6)的整個面積最好都與活性區（3)以導電接通的方式 連接在一起’這樣含有金屬的鍍層（6)就可以被用來作 爲與要製造出來的半導體晶片形成導電接觸的接觸 層。尤其是可以將含有金屬的鍍層（6)直接設置在半導 體材料上。此外，也可以將含有金屬的鍍層（6)製作成 能夠將在活性區內產生的輻射反射回去的反射層。另外 一個特徵是含有金屬的鍍層（6)最好是延伸到表面結構 內。 必要時也也可以使含有金屬的鍍層（6)具有多個鍍 -18- 1336960 年月日修正替換頁 00 0 3 —— 層（未在圖式中繪出），這些鍍層可以包括接觸層:射 層。這樣做的好處是可以讓每一個鍍層都聚焦於一個單 一的功能，例如形成導電接觸或是反射輻射的功能。 必要時可以在含有金屬的鏟層（6)及半導體材料之 間另外設置一個絕緣層（未在圖式中繪出），例如一個含 有氮化矽（Si Ν)的絕緣層。這個絕緣層可以作爲介電反 射層。爲了使含有金屬的鍍層（6)與活性區能夠形成導 電連接，最好在接觸位置在絕緣層上留出缺口。 含有金屬的鍍層（6)的厚度最好是厚到能夠使含有 金屬的鍍層（6)背對活性區（3)的那一個面是平坦的。爲 此可以用含有金屬的鏟層（6)將表面結構（5)塡滿到在含 有金屬的鍵層（6)背對表面結構（5)的那一個面上形成一 個平坦的表面的程度》 如第1D圖所示，下一個步驟是在含有金屬的鍍層 (6) 上沉積出一個載體層（7)。 可以利用濺射法在半導體鍍層系統上形成載體層 (7) 。氮化鋁（例如A1N )及氧化鋁（例如A1 0或A h ◦ 3)均很 適合作爲製作載體層的材料。此外，也可以將載體層（7) 製作成非晶形鏟層或多晶形鍍層，例如製作成陶瓷層。 由於氧化銘及氮化銘都具有很好的導熱性，因此在產生 輻射時產生的熱能可以很容易的從半導導材料被排 出。必要時可以用活性濺鍍及/或雷射輔助濺鍍的方式 進行源鍵作業。由於氮化鋁是一種電絕緣體，因此最好 是利用含有金屬的鏟層（6)形成活性區（3)的導電接觸。 -19- 年ί修贷換頁 載體層（7)係自我支撐，而且其上下兩面最好都是 平坦的，因此載體層（7)能夠支撐其本身的重量，並提 供半導體鍍層結構（2)足夠的機械支撐。載體層的厚度 應在大於等於50μηι至小於等於200μιη間，而且最好是 在大於等於5〇um至小於等於100 μιη間，這個厚度範圍 的載體層除了具有足夠的剛性外，從散熱的觀點來看也 能夠有效的將活性區產生的熱能排出去。由於可以將含 有金屬的鍍層製作成反射層，因此必要時也可將載體層 (7)製作成可以吸收要產生的輻射，而且這樣做並不會 大幅提高輻射真正被吸收到載體層（7)內的危險。也可 以將載體層製作成可以被輻射穿透，尤其是以一種輻射 可穿透的材料或一種具有相同效果的材料成分來製作 載體層。 除了以濺鍍法製作載體層外，還可以根據製作載體 層的材料選擇其他的沉積法來形成（尤其是疊層）載體 層，例如化學氣相沉積法（CVD)、物理氣相沉積法 (PVD)、或是蒸鍍法。最好是選擇能夠形成非晶形鍍層 或多晶形鍍層的方法，尤其是能夠形成陶瓷鍍層的方 法。電漿加強式化學氣相沉積法（PECVD)也是一種形成 載體層的適當方法。 此外’也可以用一個多鍍層結構（最好是具有多個 不同成分的單一鍍層，例如氮化鋁鑛層及氧化鋁鍍層） 作爲載體層（7)，這樣做的好處是可以提高製作載體層 的自由度，例如可以使載體層（7)的熱膨脹係數能夠與 1336960 •%9? 3?修4替換頁 _ »·__ 半導體鍍層系統的熱膨脹係數配合。當然，隨著鍍層數 的加，載體層的熱阻抗通常也會跟著升高，因此應盡可 能將鍍層數壓低，例如不超過5個鍍層。一種特別有利 的實施方式是載體層只有一個鍍層。 由於在晶圓集合體內載體層（7)是在活性區（3)上形 成，或是直接在含有金屬的鍍層（6)上形成，因此不需 要進行將一個在晶圓集合體外預先製作好的載體固定 (例如焊接或黏著）在半導體鍍層結構（2)上的步驟，因而 φ 使製造方法得以簡化。 如第1E圖所示，下一個步驟是將基板（1)從半導體 鍍層結構（2)移除。例如以蝕刻或雷射切割等方法將基 1 板（1)去除掉。 〆 帶有設置在載體層（7)上的半導體鑛層結構（2)的晶 圓集合體的機械穩定性完全是由載體層提供。 下一個步驟是將半導體鍍層結構（2)結構化，以便 在載體層（7)上形成許多個半導體本體（8)，而且每個半 ® 導體本體（8)彼此都隔著一個空隙（9)。在半導體鍍層結 構（2)結構化後形成的每一個半導體本體（8)都具有一個 含有產生輻射的活性區（3)的半導體鍍層系統（20)。利用 蝕刻以及適當的掩膜即可完成半導體鍍層結構（2)的結 構化作業，然後再將掩膜去除。 一種有利的方式是將晶圓集合體背對載體層（7)的 那一個面結構化，以便露出含有金屬的鍍層（6)。由於 生長基板從半導體鍍層結構（2)被去除，因此半導體本 -21- 知?3·日修S替換頁 體（8)被製作成薄膜半導體本體。 接著可以沿著穿過空隙（9)的直線（10)將光電半導 體晶片（12)從晶圓集合體中一個一個分開’例如以鋸開 的方式在空隙範圍內將光電半導體晶片（12) —個一個 分開。每一個光電半導體晶片（12)最好都是剛好具有一 個半導體本體（8)。將光電半導體晶片（12)—個一個分開 最好是經由載體層（7)及/或含有金屬的鍍層（6)來進行。 在將光電半導體晶片（12)—個一個分開之前，應在 晶圓集合體背對載體層（7)的那一個面上爲半導體本體 (8)形成一個接點（1 1)，例如以蒸鍍方式形成接點（Π)。 最好是將接點（11)製作成一個觸頭金屬化層。 第2圖顯示一種以第1圖的方法製造的光電半導體 晶片（12)。由於光電半導體晶片（12)相當於·從第1F圖顯 示的晶圓集合體產生的具有半導體本體（8)的半導體晶 片，因此前面關於第1圖的說明及特徵亦適用於第2圖 的半導體晶片。 和第1F圖的晶圓集合體不一樣的地方是’在第2 圖，形成半導體晶片的導電接觸（例如與裝有半導體晶 片（12)的外殼的連接導線形成導電接觸）的接點（11)是 與一條壓焊絲（1 3)以導電接通的方式連接在一起。含有 金屬的鍍層（6)連接另外一條壓焊絲（14)，尤其是以直接 導電接通的方式連接。光電半導體晶（1 2)可以經由接點 (11)及作爲接觸層的含有金屬的鍍層（6)形成導電接 通。含有金屬的鍍層（6)及/或接點（1 1)與活性區（3)以導 1336960 命· I•日替換頁1 電接通的方式連接在一起。爲了使含有金屬的鍍層（6) 更容易經由壓焊絲（1 4)形成導電接通，最好是將含有金 屬的鍍層（6)製作成橫向凸出於一個與半導體本體（8)相 鄰的側面（15)。這樣做的另外一個好處是載體層（7)可以 對含有金屬的鑛層（6)的這個橫向凸出部分提供機械支 撐，以確保含有金屬的鍍層（6)的機械穩定性。 此外，在將半導體晶片一個一個分開時，可以形成 一個與半導體晶片（12)橫向相鄰的側面（16)。側面（16) φ 最好是至少有一部分是由載體層（7)及/或含有金屬的鍍 層（6)所構成。此外，側面（16)與半導體本體（8)橫向間隔 一段距離，尤其是與半導體本體（8)的側面（15)橫向間隔 、·| — 一段距離。 在半導體晶片（12)運轉時，含有金屬的鍍層（6)會將 在活性區內產生的輻射反射回去。由於含有金屬的鍍層 (6)的表面結構（5)的關係，因此反射角的分佈會遠大於 I 在平坦表面上反射的反射角，這樣就可以降低輻射在半 導體本體（8)內發生延伸全反射的機率，以及防止半導 體本體（8)的輻射輸出變小。這樣就可以提高半導體晶 片的輸出效率。 另外一種有利的實施方式是將半導體晶片（12)製 作成一種產生非同調輻射的無諧振器的發光二極體晶 片。這種晶片不但易於製造’而且成本也很低。 半導體晶片（12)運轉過程中活性區（3)產生的熱能 可以經由電絕緣但是導熱性很好的載體層（7)，例如由 -23- 1336960 氮化鋁構成的載體層（7)，很快的從半導 出。 本專利登記主張2005年1 2月25日德國專利登記 DE 10 2005 047 157.9及2005年12月21日德國專利登 記 DE 10 2005 061 346.2 的優先權。

本發明的範圍並非僅限於以上所舉的實施方式。每 一種新的特徵及兩種或兩種以上的特徵的所有組合方 式（尤其是申請專利範圍中提及的特徵的所有組合方式） 均屬於本發明的範圍，即使這些特徵或特徵的組合方式 未在本說明書之說明部分或實施方式中被明確指出。 【圖式簡單說明】 第1圖：第1A圖至第1F圖顯示以本發明的方法在 晶圓集合體內製造許多個光電半導體晶片的一種實施 方式的各個中間步驟的斷面示意圖。

第2圖：本發明的光電半導體晶片的一種實施方式 的一個斷面示意圖。 在以上的圖式中，相同或具有相同作用的元件均以 相同的元件符號標示。 【元件符號說明】 1 生長基板/基板 2 半導體鍍層系統 3 活性區 4 表面 5 表面結構 -24- 1336960 6 含有金屬的鍍層 7 載體層 8 薄膜半導體本體 9 空隙 10 直線 11 接點 12 (光電）半導體晶片 13 壓焊絲 14 壓焊絲 15,16 側面 20 半導體鍍層系統 淪· §·日%t替換頁j -25-

Claims (1)

1336960 「年月p修正笮4了^ 第95 1 35959號「光電半導體晶片」專利案 UM^3.·— 2 (2010年3月2日修正） 十、申請專利範圍： 1. 一種光電半導體晶片（12)，具有一個薄膜半導體本體（8)及一 個設置在半導體鍍層系統（2，20)上負責承載薄膜半導體本 體（8)的載體層（7)，其中薄膜半導體本體（8)具有一個含有產 生輻射的活性區（3)的半導體鏟層系統（2，20)，其中在載體 層（7)及半導體鍍層系統（2〇)之間設有一個含有金屬的鍍層 (6)，該含有金屬的鍍層（6)是一個以金屬或合金爲主要成分 的鍍層，同時載體層（7)是直接形成在含有金屬的鍍層（6) 上。 2. 如申請專利範圍第1項的光電半導體晶片，其中，使用自我 支撐的載體層（7)。 3 .如申請專利範圍第丨或2項的光電半導體晶片，其中，載體 層（7)的厚度介於大於等於10μπ1及小於等於500μηι之間。 4.如申請專利範圍第3項的光電半導體晶片，其中，載體層（7) 的厚度介於大於等於50pm及小於等於200um之間。 5 ·如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，載體 層（7)不同於生長基板（1)，薄膜半導體本體（8)的半導體鑛層 系統（2’ 20)係以慕晶生長的方式生長在生長基板（1)上。 6.如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，載體 層（7)對在活性區（3)內產生的輻射具有吸收性。 第 圍 範 利 專 請 申 如 的 項 2 或 層 鍍 的 屬 金 有 含 在 積 沉 係 \1/ 7 Γ\ 層 澧 ^ τηβτ 中 其 片 晶 體。 導上 半 ? 電 6 /V 光 133.6960 年焱！，正!μ 8. 如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中’ 層（7)是一個陶瓷層、多晶層、或是非晶形層。 9. 如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，載體 層（7)含有一種氮化鋁或氧化鋁。 '10.如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，載體 層（7)具有一個多鍍層結構。 11.如申請專利範圍第1項的光電半導體晶片，其中，在半導體 鍍層系統（2，20)的一個面對載體層（7)的面上具有一表面結 | 構（5)，其中表面結構（5)帶有凹槽，這些凹槽的寬度會隨著 與活性區（3)的距離變大而沿著平行於活性區（3)的方向逐 漸變大。 ^ 1 2.如申請專利範圍第1或1 1項的光電半導體晶片，其中，含 有金屬的鍍層（6)是作爲在活性區（3)內所產生之輻射的反射 層。 13. 如申請專利範圍第1或11項的光電半導體晶片，其中，將 含有金屬的鍍層（6)製作成一個與半導體晶片（12)形成導電 I 接觸的接觸層。 14. 如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，半導 體鍍層系統（2，20)及活性區（3)，至少含有一種ΙΠ-V化合 物半導體材料，或是以III-V化合物半導體材料爲主要成分 製成。 15. 如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，半導 體晶片（12)是一種產生非同調輻射的無諧振器的晶片。 16. 如申請專利範圍第1或2項的光電半導體晶片，其中，半導 -2 - 1336960 年月.曰修正替換頁 s- 體晶片（12)是一種發光二極體晶片。 17. 如申請專利範圍第1或11項的光電半導體晶片，其中，含 有金屬的鍍層（6)係直接設置在半導體鍍層系統（20)上。 18. 如申請專利範圍第1項的光電半導體晶片，其中，在含有金 _ 屬的鍍層（6)及半導體鍍層系統（20)之間設有一電絕緣層。 1 9 .如申請專利範圍第1 8項的光電半導體晶片，其中，在絕緣 層內有接觸位置，經由這些接觸位置可在半導體鍍層系統 (20)及含有金屬的鍍層（6)之間形成導電連接。 | 2 0.如申請專利範圍第1或18項的光電半導體晶片，其中，含 有金屬的鍍層（6)是作爲在活性區內所產生之輻射的反射 層。 I 21.—種製造光電半導體晶片（12)的方法，具有以下的步驟： ' --爲半導體晶片的半導體本體（8)製作一個設置在基板（1) 上的半導體鍍層系統（2，20)，其中半導體鍍層系統（2， 20)具有一個產生輻射的活性區（3); --在半導體鏟層系統上形成一個載體層（7)，其中載體層（7) t 係電性絕緣； --將基板（1)去除，其中在載體層（7)及半導體鍍層系統（2， 20)之間有一個含有金屬的鍍層（6)，此含有金屬的鑛層（6) 是以金屬或合金爲主要成分’同時載體層（7)係直接形成 於含有金屬的鍍層（6)上。 22. 如申請專利範圍第21項的方法，其中，在半導體鍍層系統 (2，20)背對基板（1)的那個面上形成載體層（7)。 23. 如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，利用一種薄膜 1336960 年月日修正替換頁 MH). 〇. a- 方法在半導體鍍層系統（2，2 0)上形成載體層（7)。 24.如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，利用一種沉積 方法在半導體鍍層系統（2，20)上形成載體層（7)。 25 .如申請專利範圍第2 1或22項的方法，其中，利用物理氣相 沉積法（PVD)或化學氣相沉積法（CVD)在半導體鍍層系統 (2，20)上形成載體層（7) » 2 6.如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，利用濺射法（尤 其是活性濺射法）、雷射輔助法（例如使用脈衝式雷射的沉積 法）、或是蒸鍍法在半導體鍍層系統（2，20)上沉積出載體層 ⑺。 27.如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，基板（1)包括 供半導體鍍層系統（2，20)在其上磊晶生長的生長基板。 28_如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，同時製造許多 個半導體晶片（12)的方法是在晶圓集合體（wafer assemblage)內進行。 29. 如申請專利範圍第28項的方法，其中，在將半導體晶片從 晶圓集合體中一個一個分開時’會形成一個與以本發明的方 法製造的半導體晶片（12)的載體層（7)相鄰的側面（16)。 30. 如申請專利範圍第21或22項的方法，其中，可以用來製造 如申請專利範圍第1至2 0項中任一項的半導體晶片（1 2)。