TWI431802B - 光電半導體本件 - Google Patents
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Description
本發明係一種光電半導體本體。
本專利申請要求享有德國專利申請10 2007 049 772.7及10 2008 021 403.5之優先權。
光電半導體本體通常具有一個能夠產生電磁輻射的作用層。為了接通電壓，光電半導體本體還具有兩條接線。常見的作法是將第一條接線設置在作用區的第一個面上，以及將第二條接線設置在作用區的第二個面上。這樣就可以與光電半導體本體的第一個面及第二個面形成電觸點接通。
本發明的目的是提出一種改良的光電半導體本體。
採用具有申請專利範圍第1項之特徵的光電半導體本體即可達到上述目的。附屬申請專利項目之內容均為本發明之進一步改良方式及實施方式。
根據一種實施方式，光電半導體本體具有一個基板，該基板具有一個正面及一個背面。基板的正面是用來發射電磁輻射。此外，光電半導體本體還具有一個半導體層序列、第一連接層、以及第二連接層。半導體層序列係設置在基板的背面上。半導體層序列具有一個能夠產生電磁輻射的作用層。第一及第二連接層係設置在半導體層序列背對基
板的第一個面上。
可以用基板的背面作為基板的底面。基板的底面可以是在組裝半導體本體時基板面對連接導體的那一個面。基板的正面可以是基板的頂面。
可以用磊晶生長方式形成半導體層序列。可以在一個基板上磊晶生長出半導體層序列。
由於兩個連接層均位於半導體層序列背對基板的第一個面上，因此電磁輻射可以通過光電半導體本體的正面向外發射，以及經由光電半導體的背面將電能輸入作用層。由於這兩個連接層不會妨礙輻射通過光電半導體本體的正面向外輸出，因此可以達到很高的輸出效率。基板的正面最好是構成光電半導體本體的正面。這兩個連接層則可以構成光電半導體本體的背面。
基板可以是一種晶格匹配的基板。也就是說基板是與半導體層序列的晶格匹配。這樣做的好處是可以簡化半導體層序列以磊晶生長方式沉積在基板上的過程。一種特別有利的方式是基板與半導體層序列在基板背面上沉積出的第一層晶格匹配。
根據一種實施方式，半導體本體(例如基板及/或半導體層序列)含有一種氮化物化合物半導體。含有氮化物化合物半導體可能表示半導體本體(尤其是基板及/或半導體層序列)含有一種氮化物－III族－化合物半導體材料，而且其通式最好是Aln
Gam
In1－n－m
N，其中0≦n≦1，0≦m≦1，n＋m≦1。
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Aln
Gam
In1－n－m
N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。為了簡化起見，以上的通式僅含有構成這種材料的晶格的重要成分(Al、Ga、In、N)，即使這些成分有一小部分可以被其他的物質取代。
根據一種實施方式，基本含有第一種氮化物化合物半導體。半導體層序列含有第二種氮化物化合物半導體。
根據一種實施方式，第一種氮化物化合物半導體及第二種氮化物化合物半導體是不同的材料。根據另外一種實施方式，第一種氮化物化合物半導體及第二種氮化物化合物半導體是相同的材料。基板及半導電層序列均含有氮化物化合物半導體的好處是基板與半導體層序列可以達到良好的晶格匹配。
基板可以含有結晶的氮化鎵(GaN)。基根最好是由氮化鎵－單晶所構成。在含有氮化鎵的基板上沉積出一個以氮化鎵為主要成分的磊晶層，可以使基板及半導體層序列之間的折射率躍變保持在很低的程度或完全不會有折射率躍變的現象。這樣就可以減小或避免發生在基板背面上的波導效應。透過均勻磊晶生長沉積可以減少半導體層序列內錯位的數量。例如可以將每一平方公分的錯位密度降低到明顯低於107
的程度。
根據一種實施方式，基板具有一個輔助載體，而且最好
是一個結晶的輔助載體。該輔助載體係設置在基板的正面上。半導體層序列含有一種氮化物化合物半導體，而且最好是一種具有前面提及之通式的氮化鋁銦鎵化合物半導體。半導體層序列是以雜磊晶生長的方式沉積在基板的背面上。輔助載體可以作為生長基板。構成輔助載體的材料最好不同於半導體層序列的一種以氮化物化合物半導體為主要成分的材料。使用輔助載體的優點是可以降低光電半導體的製造成本。
根據一種改良方式，輔助載體含有結晶的氧化鋁(Al2
O3
)。輔助載體最好是由氮化鋁－單晶構成。氧化鋁－單晶通常被稱為藍寶石。
根據一種改良方式，基板背面的構造方式可以減輕因輔助載體及半導體層序列之折射率不同造成的影響。因此可以進一步提高輻射效率。
根據一種改良方式，輔助載體的第一主面有經過預先圖案化處理。輔助載體的第一主面是面對半導體層序列，因此是背面基板的正面。這種經過預先圖案化的基板(PPS：pre patterned substrate)可以使磊晶生長沉積的過程更為順利。
根據一種實施方式，基板可以具有一個成核層，該成核層係設置在輔助載體的第一主面上，而且最好是以沉積方式形成。成核層可以是一個結構化的成核層。結構化的成核層可以具有尺寸介於5nm至100nm之間的橫向結構。結
構化的成核層最好具有尺寸介於5nm至100nm之間的橫向結構及垂直結構。一個典型的尺寸是30nm。成核層可以含有一種金屬。由於成核層的尺寸很小，可能會有表面質粒基因組出現。
根據一種改良方式，基板具有一個緩衝層，該緩衝層係設置在輔助載體的第一主面上，而且最好是以沉積方式形成。也可以將緩衝層設置在成核層上，而且最好是以沉積方式形成。緩衝層可以含有一個介電層。介電層可以含有氧化矽(SiOx
)或氮化矽(SiNx
)。另外一種可能的方式是緩衝層含有氮化鋁鎵及/或氮化鎵。緩衝層可以可以具有一個氮化鋁鎵－氮化鎵接面(簡寫為AlGaN－GaN接面)。AlGaN－GaN接面可以是磊晶生長沉積而成。緩衝層可以構成基板的背面，該背面與半導體層序列匹配，這樣就可以磊晶生長沉積出半導體層序列，並達到很高的輻射效率。
根據一種改良方式，緩衝層帶有結構。緩衝層的垂直及水平尺寸可以介於5nm至5 μm之間。緩衝層可以具有一個粗糙結構。該粗糙結構可以是不規則的。
另外一種可能的方式是將緩衝層製作成具有週期性的晶格結構。
根據一種改良方式，半導體層序列或半導體層序列的第一層是經由磊晶生長的結構化方法被沉積在基板的背面上。此外輔助載體、成核層、及/或緩衝層也可以具有結構。半導體層序列的第一層係設置在基板的背面上。也可以將
第一層結構化。經由磊晶生長的結構化可以形成橫向尺寸及垂直尺寸介於5nm至5 μm之間的結構。可以將第一層製作成具有粗糙結構或週期性晶格結構的層。結構的橫向尺寸及/或垂直尺寸最好是介於60nm至500nm之間。所使用的磊晶生長的結構化方法可以是結構化磊晶生長方法、選擇性磊晶生長方法、或是磊晶側向過生長方法。磊晶側向過生長方法的英文名稱為epitaxial lateral over growth(縮寫為ELOG)。ELOG方法是在基板上的個別位置開始磊晶生長沉積。開始時只是以孤島狀存在的磊晶生長層會在磊晶生長的過程中結合成一個完整的磊晶生長層，也就是構成第一層。使用這種方法時，開始形成磊晶生長的位置之間的間隙會有磊晶過生長。可以由一個結構化的掩模層構成發生側向磊晶過生長的間隙。因此磊晶生長層至少具有一個在基板側的結構。
採用具有輔助載體的基板的實施方式可以使輔助載體的晶格與半導體層序列的晶格達到晶格匹配。這樣就可以降低因晶格匹配缺失造成的錯位密度。此種錯位可能是造成非輻射復合的主要原因。避免出現錯位可以進一步提高光電半導體本體的效率。這種實施方式的另外一個作用是可以減低輔助載體及半導體層序列之間的折射率差異。可以將基板的背面結構製作成能夠使輔助載體折射率與半導體層序列的折射率匹配。
根據一種實施方式，電半導體本體具有一個輸出耦合結
構。輸出耦合結構係設置在基板的正面上。輸出耦合結構可具具有設置在基板正面上的層。
根據一種改良方式，基板具有輸出耦合結構。在這個改良方式中，輸出耦合結構係位於基板內。因此從基板的正面發出的電磁輻射會通過輸出耦合結構，這樣就可以調整與角度相關之電磁輻射的強度。
根據一種有利的改良方式，具有輸出耦合結構的基板是以氮化物化合物半導體(尤其是氮化鎵)製成。可以在基板中蝕刻出輸出耦合結構所需的結構(尤其是空隙)。由於乾式化學法及濕式化學法都很容易對氮化物化合物半導體進行蝕刻，因此可以很有效率的在基板內形成輸出耦合結構。
根據一種改良方式，光電半導體本體具有一個反射鏡，尤其是一個設置在半導體層序列背對基板的第一面上的介電反射鏡。最好是至少將反射鏡的部分區域設置在半導體層序列及第一/或第二連接層之間。這個反射鏡可以將作用層產生的一部分電磁輻射朝基板正面的方向反射回去。因此可以提高輻射輸出。
根據一種實施方式，反射鏡具有一個介電層及一個金屬層。介電層係沉積在半導體層序列上。例如介電層可以含有氧化矽(SiOx
)或氮化矽(SiNx
)。金屬層是作為反射器之用。金屬層可以含有鋁(Al)、銀(Ag)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鈦鎢(TiW)、氮化鈦鎢(TiWN)、或是一種合金，而且該合金最好含有這些金屬中的一種金屬或金屬化合物。
根據一種改良方式，介電層及金屬層具有至少一個空，這樣第一/或第二連接層就可以在這至少一個空隙中被設置在半導體層序列的一個層上。這樣就可以在第一/或第二連接層及半導體層序列之間形成導電接觸。因此可以經由反射鏡形成層間連接。
可以在反射鏡的介電層及金屬層之間設置一個附著層。附著層可以含有一種金屬，例如鉑、鈦、鈦鎢、或氮化鈦鎢。附著層的厚度為5nm以下，且最好是1nm以下。加入鈦鎢及氮化鈦鎢也可以作為擴散阻擋之用。鉑同時具有良好的擴散阻擋特性及反射特性。
根據一種實施方式，第一/或第二連接層具有多層結構。
根據一種改良方式，第一/或第二連接層含有一種透明導電氧化物。透明導電氧化物(TCO：transparent conductive oxides)是一種透明的導電材料(通常是一種金屬氧化物)，例如氧化鋅、氧錫、氧化鎘、氧化鈦、氧化銦、氧化銦鋅、氧化銦錫(縮寫為ITO)。除了二價金屬氧化物(例如ZnO、SnO2
、In2
O3
)外，三價金屬氧化物(例如Zn2
SnO4
、CdSnO3
、ZnSnO3
、MgIn2
O4
、GaInO3
、Zn2
In2
O5
、In4
Sn3
O12
)，以及由及不同透明氧化物組成的混合物也都屬於TCO。此外，TCO的成分不一定要符合化學計量的組成，而是也可以是p型摻雜或n型摻雜。經由透明導電氧化物層可以達到擴大第一及/或第二連接層之電流量的效果。
可以將光電半導體本體製作成發光二極體，尤其是薄膜
發光二極體晶片，同時所發射的電磁輻射可以是可見光。
根據一種實施方式，製造光電半導體本體的方法包括以下的步驟：製作一個基板，該基板具有一個發射電磁輻射的正面，以及具有一個背面；以磊晶生長的方式在基板的背面沉積出一個半導體層序列，該半導體層序列具有一個能夠產生電磁輻射的作用層；在半導體層序列背對基板的第一面上沉積出第一連接層及第二連接層。
最好是將光電半導體本體製作成一種可單面電觸點接通的光電半導體本體。由於是在光電半導體本體的背面形成電觸點接通，因此光電半導體本體的正面的輻射輸出具有很高的效率。因此可以利用覆晶技術將光電半導體本體設置在一個載體上，例如設置在印刷電路板或外殼上。
以下配合多個實施例及圖式對本發明的內容做進一步的說明。在以下的圖式中，相同功能或相同作用的層、區域、以及結構均以相同的元件符號標示。相同功能或相同作用的層、區域、以及結構在說明過一次之後，將不再重複說明。
第1A圖顯示按照本發明建議的方式製造之光電半導體本體的一種實施方式。光電半導體本體(10)的基板(11)具有一個正面(12)及一個背面(13)。此外，光電半導體本體(10)還具有一個半導體層序列(14)、第一連接層(15)、以及第二連接層(16)。半導體層序列(14)係設置在基板(11)的背面(13)
上。半導體層序列(14)具有第一面(17)及第二面(18)。半導體層序列(14)的第一面(17)係背對基板(11)。半導體層序列(14)的第二面(18)則係設置在基板(11)的背面(13)上。第一連接層(15)及第二連接層(16)係設置在半導體層序列(14)的第一面(17)上。此外，半導體層序列(14)還具有一個作用層(19)、至少一個n型導電層(20)、以及至少一個p型導電層(21)。該至少一個n型導電層(20)係設置在作用層(19)及基板(11)之間，或是設置在作用層(19)及半導體層序列(14)的第二面(18)之間。該至少一個p型導電層(21)係設置在作用層(19)及半導體層序列(14)的第一面(17)之間。
基板(11)的背面(13)可以是基板(11)的底面。基板(11)的底面可以是在組裝光電半導體本體(10)時，基板(11)面對連接導體的那一個面。基板(11)的正面(12)可以是基板(11)的頂面。
p型導電層(21)及作用層(19)具有多個空隙(22)。空隙(22)的作用是使第一連接層(15)與n型導電層(20)連接。第1A圖顯示第一連接層(15)與n型導電層(20)的3個接點。此外，第二連接層(16)具有一個與p型導電層(21)的接點。在空隙(22)的側壁及p型導電層(21)的部分區域上有設置一個第一絕緣層(23)。第一連接層(15)是沉積在空隙(21)中的n型導電層(20)及第一絕緣層(23)上。第二絕緣層(24)有部分區域是沉積在第一連接層(15)上。第二連接層(16)有部分區域係設置在第二絕緣層(24)及p型導電層(21)上。在區域(31)
內，第一連接層(15)係設置在半導電層序列(14)及第二連接層(16)之間。在區域(31)內，第二絕緣層(24)使第一連接層(15)與第二連接層(16)絕緣。
第一連接層(15)及第二連接層(16)分別具有第一連接面(25)及第二連接面(26)。第一連接面(25)及第二連接面(26)大致上是設置在一個平面上。第一連接面(25)及第二連接面(26)與半導體層序列(14)的第一面(17)的距離短於與第二面(18)的距離。在p型導電層(21)及第一絕緣層(23)之間有一個反射鏡(27)。反射鏡(27)具有一個介電層(28)及一個金屬層(29)。介電層(28)的部分區域係沉積在半導體層序列(14)的第一面(17)。金屬層(29)係設置在介電層(28)上。第二連接層(16)在其位於p型導電層(21)上的區域含有一種透明導電氧化物(30)。透明導電氧化物(30)構成一個層。基板(11)含有一種結晶的氮化鎵。基板(11)是由氮化鎵－單晶製成。半導體層序列(14)含有一種氮化物化合物半導體。半導體層序列(14)具有一個氮化鎵化合物半導體或氮化銦鎵化合物半導體。
從光電半導體本體(10)的背面可以接觸到第一連接層(15)及第二連接層(16)。經由第一連接層(15)與n型導電層(20)及第二連接層(16)與p型導電層(21)可以將電壓接通至作用層(19)。通過作用層(19)下降的電壓會產生電磁輻射(S)，其中第一部分的電磁輻射(S)會穿過n型導電層(20)及基板(11)，然後從基板(11)的正面(12)發射出去。第二部分的電
磁輻射(S)則會從作用層(19)朝半導體層序列(14)的第一面(17)的方向發射出去。一部分第二部分的電磁輻射(S)會被反射鏡(27)反射，因此這部分的電磁輻射(S)也會從基板(11)的正面(12)發射出去。
n型導電層(20)經由多個空隙被多重電觸點接通，因此可以形成第一連接面(25)與n型導電層(20)之間的低歐姆連接。經由p型導電層(21)的層間連接可以使第一連接面(25)及第二連接面(26)被設置在光電半導體本體(10)背對基板(11)的背面上，設樣就可以很容易的將第一連接面(25)及第二連接面(26)放置在一個未在圖式中繪出的支架上，例如放到一個機殼上。這樣從正面(12)發射的輻射就不會受到光電半導體本體(10)與機殼之間可能會有的接線的妨礙，因此可以提高輻射效率，而且可以用較低的成本封裝光電半導體本體(10)。藉由反射鏡(27)能進一步改善輻射效率。
第1B圖顯示按照本發明建議的方式製造之光電半導體本體的另外一種實施方式。這種實施方式中的半導體層序列(14)、第一連接層(15)、第二連接層(16)、第一絕緣層(23)、第二絕緣層(24)、反射鏡(27)、以及透明導電氧化物(30)均與第1A圖之實施方式相同。與第1A圖之實施方式不同的是，第1B圖之光電半導體本體(10)的基板(11’)具有一個輔助載體(40)。輔助載體(40)是一個結晶的輔助載體。輔助載體(40)含有結晶的氧化鋁。此外，基板(11’)還具有一個設置在輔助載體(40)及基板(11’)的背面(13)之間的緩
衝層(41)。也可以將緩衝層(41)製作成輸出耦合層。緩衝層(41)含有氮化鋁鎵或氮化鎵。緩衝層(41)係設置在輔助載體(40)的一個第一主面(42)上。第一主面(42)是指輔助載體(40)面對半導體層序列(14)的那一個主面。
基板(11’)及輔助載體(40)可以讓電磁輻射(S)穿透。基板(11’)經由緩衝層(41)與半導體層序列(14)匹配。因此可以減低半導體層序列(14)與基板(11’)對的折射率躍變造成的影響，以提高正面(12)的輻射效率。此外，經由緩衝層(41)也可以使輔助層(40)的晶格常數與半導體層序列(14)的晶格常數匹配，因此可以降低錯位密度，以進一步提高輻射效率。
輔助載體(40)最好是由氧化鋁－單晶製成。
根據變化方式，緩衝層(41)含有一個介電層。例如一個含有氧化矽或氮化矽的介電層。
根據一種未在圖式中繪出的變化方式，可以在第一主面(42)上設置一個成核層，以取代緩衝層(41)。該成核層可以構成一個第一單晶面。
根據一種未在圖式中繪出的變化方式，可以在輔助載體(40)及緩衝層(41)之間設置一個成核層。緩衝層(41)的存在可以使成核層與半導體層序列(14)的晶格匹配變得更容易。
第2A圖至第2D圖分別顯示四種按照本發明建議的方式製造之具有不同的輸耦合結構之光電半導體本體的實施方
式。第2A圖至第2D圖的實施方式是第1A圖及第1B圖之實施方式的進一步改良。第2A圖至第2D圖之實施方式中的半導體層序列(14)、第一連接層(15)、第二連接層(16)、第一絕緣層(23)、第二絕緣層(24)、反射鏡(27)、以及透明導電氧化物均與第1A圖及第1B圖之實施方式相同，因此以下將不再對這些部分作詳細說明。
第2A圖至第2D圖普別顯示基板(11)的正面(12)的一個斷面圖及一個俯視圖。基板(11)在俯視圖中是一個四方形。根據第2A圖至第2D圖，基板(11)具有一個輸出耦合結構(50)。輸出耦合結構(50)係形成於基板(11)內。
根據第2A圖，輸出耦合結構(50)是一個微透鏡(51)。微透鏡(51)的範圍被局限在被圓周線(52)內。圓周線(52)的直徑D小於基板(11)之四方形的第一邊長SL1，第一邊長SL1則小於第二邊長SL2。
微透鏡(51)會將電磁輻射(S)集中成束，使其以很高的強度朝垂直於基板(11)的正面(12)的方向射出。基板(11)含有一種氮化物化合物半導體，這是因為只需較低的成本即可在這種化合物半導體中蝕刻出微透鏡(51)。可以使用乾式化學法進行蝕刻。
根據第2B圖，輸出耦合結構(50’)具有一個繞射光學元件(55)，縮寫為DOE。繞射光學元件(55)係形成於基板(11)內。繞射光學元件(55)具有一個微透鏡(56)，以及多個環繞微透鏡(56)的透鏡(57)。微透鏡(56)具有一橢圓形邊界(58)。同
樣的，透鏡(57)也是以橢圓形的形狀環繞微透鏡(56)。透鏡(57)具有三角形斷面。
經由繞射光學元件(55)可以實現一個相當平坦的結構，該結構會將電磁輻射(S)在垂直於基板(11)的方向上集中成束。
根據第2C圖，輸出耦合結構(50”)是一個光子結晶(60)，縮寫為PhC。光子結晶(60)係形成於基板(11)內。為此從正面(12)在基板(11)內蝕刻出空隙(61)。在俯視圖中空隙(61)的形狀為圓形。空隙(61)的排列是規則性的。根據第2C圖的實施方式，光子結晶具有一個由4x4個空隙(61)構成的配置。
根據第2D圖，輸出耦合結構(50''')是格柵(65)。為此需在基板(11)內蝕刻出條狀空隙(66)。在俯視圖中條狀空隙(66)的形狀為四方形。條狀空隙(66)彼此平行。這樣就可以在基板(11)內形成格柵(65)。
這樣就可以經由格柵(65)產生與方向相關的電磁輻射(S)。
另外一種可行的方式是基板本身即包含一個具有輸出耦合結構(50)的輔助載體(40)。根據這種實施方式，輸出耦合結構(50)係形成輔助載體(40)內。
第3A圖至第3C圖、第4A圖至第第4C圖、以及第5A圖至第5C圖顯示光電半導體本體的多種實施方式，這些實施方式的磊晶生長結構化係按照本發明建議的方式進行。
這些實施方式都是第1B圖之實施方式的進一步改良，其基板(11’)均具有輔助載體(40)。此外，根據這些實施方式，光電半導體本體(10)的半導體層序列(14)、第一連接層(15)、第二連接層(16)、反射鏡(27)、第一絕緣層(23)、第二絕緣層(24)、以及透明導電氧化物(30)均與第1A圖及第1B圖之實施方式相同。由於已在第1A圖中說明過，以及為了簡化圖面起見，第3A圖至第3C圖、第4A圖至第第4C圖、以及第5A圖至第5C圖並未繪出第一連接層(15)、第二連接層(16)、反射鏡(27)、第一絕緣層(23)、第二絕緣層(24)、以及透明導電氧化物(30)。
第3A圖顯示按照本發明建議的方式製造之光電半導體本體的實施方式，根據這種實施方式，基板(11’)具有一個成核層(70)。成核層(70)係設置在輔助載體(40)的第一主面(42)上。因此成核層(70)係位於輔助載體(40)及半導體層序列(14)之間。成核層(70)帶有由空隙(71)構成的結構。空隙(71)的作用是使成核層(70)結構化，以執行結構化的磊晶生長。半導體層序列(14)係沉積在輔助載體(40)的成核層(70)及成核層(70)被去除之位置上。成核層(70)的厚度介於1nm至1 μm之間。成核層(70)的典型厚度為25nm。成核層(70)也可以被稱為生長層。成核層(70)含有一種化合物半導體。該化合物半導體是一種氮化物化合物半導體，例如氮化鎵或氮化鋁。成核層(70)可以具有一粗糙表面。
形成第3A圖顯示之斷面的第一個步驟是輔助載體(40)上
沉積出一個成核層(70)。接著在一個微影步驟及蝕刻步驟中將成核層(70)結構化。然後是以磊晶生長沉積的方式形成半導體層序列(14)。成核層(70)的存在有助於半導體層序列(14)在輔助載體(40)上的生長。
第3B圖顯示光電半導體本體的另外一種實施方式。這種實施方式與第3A圖的區別是基板(11’)另外具有一個緩衝層(41)。緩衝層(41)係沉積在第3A圖顯示之輔助載體(40)之結構化成核層(70)或成核層(70)被去除之位置上。半導體層序列(14)係設置在緩衝層(41)上。根據這種實施方式，結構化成核層(70)及緩衝層(41)的作用是促成輔助載體(40)及半導體層序列(14)之間的晶格匹配。成核層(70)的結構化有助於減低半導體層序列(14)及輔助載體(40)之間的波導效應。
形成第3B圖顯示之斷面的第一個步驟是輔助載體(40)上沉積出一個成核層(70)。接著在一個微影步驟及蝕刻步驟中將成核層(70)結構化。然後是以磊晶生長沉積的方式先形成緩衝層(41)，然後再形成半導體層序列(14)。
第3C圖顯示第3A圖及第3B圖之光電半導體本體的一個斷面。第3C圖顯示的是穿過成核層(70)的斷面。成核層(70)具有圓形空隙(71)。空隙(71)的直徑D’介於10nm至3 μm之間。直徑D’的典型值為2 μm。從一個空隙(71)至下一個空隙(71)的間距A’介於20nm至10 μm之間。間距A’的典型值為5 μm。間距A’是指空隙(71)的邊緣到下一個空
隙(71)的邊緣的距離。
在其他實施例中，空隙(71)具有六角型結構或其他幾何結構。
第4A圖顯示按照本發明建議的方式製造之具有結構化緩衝層(41)的光電半導體本體的實施方式。緩衝層(41)係設置在輔助載體(40)的第一主面(42)上。緩衝層(41)具有由空隙(72)構成的結構。空隙(72)的作用是使緩衝層(41)結構化，以執行結構化的磊晶生長。半導體層序列(14)係沉積在輔助載體(40)的緩衝層(41)及緩衝層(41)被去除之位置上。
形成第4A圖顯示之斷面的第一個步驟是輔助載體(40)上沉積出一個緩衝層(41)。接著在一個微影步驟及蝕刻步驟中將緩衝層(41)結構化，以形成空隙(72)。然後是以磊晶生長沉積的方式形成半導體層序列(14)。緩衝層(41)的厚度介於0.5 μ至8 μm之間。緩衝層(41)的典型厚度是3 μm。
第4B圖顯示如第4A圖之光電半導體本體的一種改良方式。根據第4B圖，基板(11’)另外具有一個成核層(70)。成核層(70)係沉積在輔助載體(40)的第一主面(42)上。因此成核層(70)係位於輔助載體(40)及緩衝層(41)之間。半導體層序列(14)係沉積在緩衝層(41)或成核層(70)上緩衝層(41)被去除之位置上。
形成第4B圖顯示之斷面的步驟是先在輔助載體(40)上沉積出一個成核層(70)，然後在成核層(70)上沉積出緩衝層
(41)。緩衝層(41)的沉積是以磊晶生長的方式進行。接著在一個微影步驟及蝕刻步驟中將緩衝層(41)結構化，以形成空隙(72)。然後再以磊晶生長沉積的方式形成半導體層序列(14)。
第4C圖顯示第4A圖或第4B圖之光電半導體本體的一個斷面。第4C圖顯示的是穿過緩衝層(41)的斷面。緩衝層(41)具有圓形空隙(72)。空隙(72)的直徑D”介於80nm至3 μm之間。直徑D”的典型值為2 μm。兩個空隙(72)之間的間距A”介於120nm至10 μm之間。間距A”的典型值為5 μm。
第5A圖顯示按照本發明建議的方式製造之具有結構化基板的光電半導體本體的實施方式。基板(11’)的輔助載體(40)帶有由空隙(73)構成的結構。輔助載體(40)的第一主面(42)具有空隙(73)。空隙(73)的深度介於10nm至2 μm之間。空隙(73)深度的典型值為500nm。空隙(73)的作用是使輔助載體(40)結構化，以執行結構化的磊晶生長。半導體層序列(14)係沉積在輔助載體(40)上。形成第5A圖顯示之斷面的過程是在一個微影步驟及蝕刻步驟中將輔助載體(40)結構化。然後再將半導體層序列(14)沉積於其上。
第5B圖顯示如第5A圖之光電半導體本體的一種改良方式。根據第5B圖，基板(11’)具有結構化的輔助載體(40)、成核層(70)、以及緩衝層(41)，其中成核層(70)係沉積在輔助載體(40)上，而緩衝層(41)則是沉積在成核層(70)上。
形成第5B圖顯示之斷面的過程是在一個微影步驟及蝕刻步驟中將輔助載體(40)結構化，以形成空隙(73)。然後在一個磊晶生長裝置中將成核層(70)沉積在輔助載體(40)上。接著再將緩衝層(41)沉積在成核層(70)上，以及將半導體層序列(14)沉積在於緩衝層(41)上。根據一種實施方式，成核層(70)、緩衝層(41)、以及半導體層序列(14)的沉積都可以在沒有真空中斷的情況下進行，因此沉積出的層可以達到很高品質。
另外一種未在圖式中繪出的實施方式沒有成核層(70)，因此是直接將緩衝層(41)沉積在輔助載體(40)上。
第5C圖顯示第5A圖或第5B圖之光電半導體本體的一個斷面。第5C圖顯示的是穿過緩衝層(41)的斷面。緩衝層(41)具有圓形空隙(73)。空隙(73)的直徑D'''介於80nm至3 μm之間。直徑D'''的典型值為2 μm。兩個空隙(73)之間的間距A'''介於120nm至10 μm之間。間距A'''的典型值為5 μm。
根據另外一種實施方式，空隙(73)具有六角形結構或其他幾何結構。
根據第3A圖至第3C圖、第4A圖至第4C圖、以及第5A圖至第5C圖，由於成核層(70)、緩衝層(41)、或是輔助載體(40)的結構化，輔助載體(40)及半導體層序列(14)之間的波導效應會變小。成核層(70)及/或緩衝層(41)的存在有助於輔助載體(40)及半導體層序列(14)之間的晶格匹配。成核
層(70)內的空隙(71)、緩衝層(41)內的空隙(72)、或是輔助載體(40)內的空隙(73)都是由半導體層序列(14)的磊晶過生長而成。
成核層(70)的沉積可以在一個磊晶生長裝置中進行。同樣的，緩衝層(41)的沉積也可以在一個磊晶生長裝置中進行。
經由成核層(70)、緩衝層(41)、或是輔助載體(40)的結構化，可以達到光子結晶的效果。
本發明的範圍並非僅限於以上所舉的實施例。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例中被明確指出。
10‧‧‧光電半導體本體
11，11’‧‧‧基板
12‧‧‧正面
13‧‧‧背面
14‧‧‧半導體層序列
15‧‧‧第一連接層
16‧‧‧第二連接層
17‧‧‧第一面
18‧‧‧第二面
19‧‧‧作用層
20‧‧‧n型導電層
21‧‧‧p型導電層
22‧‧‧空隙
23‧‧‧第一絕緣層
24‧‧‧第二絕緣層
25‧‧‧第一連接面
26‧‧‧第二連接面
27‧‧‧反射鏡
28‧‧‧介電層
29‧‧‧金屬層
30‧‧‧透明導電氧化物
31‧‧‧區域
40‧‧‧輔助載體
41‧‧‧緩衝層
42‧‧‧第一主面
50，50’，50”，50'''‧‧‧輸出耦合結構
51‧‧‧微透鏡
52‧‧‧圓周線
53‧‧‧繞射光學元件
55‧‧‧微透鏡
56‧‧‧線
57‧‧‧橢圓
60‧‧‧光子結晶
61‧‧‧空隙
65‧‧‧格柵
66‧‧‧條狀空隙
70‧‧‧成核層
71‧‧‧空隙
72‧‧‧空隙
73‧‧‧空隙
S‧‧‧電磁輻射
第1A圖及第1B圖：按照本發明建議的方式製造之光電半導體本體的一種實施方式。
第2A圖至第2D圖：按照本發明建議的方式製造之具有輸耦合結構之光電半導體本體的實施方式。
第3A圖至第3C圖：按照本發明建議的方式製造之具有結構化成核層的光電半導體本體的實施方式。
第4A圖至第4C圖：按照本發明建議的方式製造之具有結構化緩衝層的光電半導體本體的實施方式。
第5A圖至第5C圖：按照本發明建議的方式製造之具有
結構化基板的光電半導體本體的實施方式。
10‧‧‧光電半導體本體
11‧‧‧基板
12‧‧‧正面
13‧‧‧背面
14‧‧‧半導體層序列
15‧‧‧第一連接層
16‧‧‧第二連接層
17‧‧‧第一面
18‧‧‧第二面
19‧‧‧作用層
20‧‧‧n型導電層
21‧‧‧p型導電層
22‧‧‧空隙
23‧‧‧第一絕緣層
24‧‧‧第二絕緣層
25‧‧‧第一連接面
26‧‧‧第二連接面
27‧‧‧反射鏡
28‧‧‧介電層
29‧‧‧金屬層
30‧‧‧透明導電氧化物
31‧‧‧區域
Claims (14)
- 一種光電半導體本體，具有：-- 一基板(11)，具有一發射電磁輻射(S)的正面(12)；-- 一半導體層序列(14)，設置在基板(11)的背面(13)上，並具有一能夠產生電磁輻射(S)的作用層(19)；-- 設置在半導體層序列(14)背對基板(11)的第一面(17)上第一連接層(15)及第二連接層(16)；及-- 具有一反射鏡(27)，為了反射作用層(19)產生的一部分電磁輻射(S)，反射鏡(27)有部分區域係設置在半導體層序列(14)背對基板(11，11’)的第一面(17)上。
- 如申請專利範圍第1項的光電半導體本體，其中基板(11)及半導體層序列(14)含有一種氮化物化合物半導體。
- 如申請專利範圍第2項的光電半導體本體，其中：基板(11)含有結晶的氮化鎵。
- 如申請專利範圍第1項的光電半導體本體，其中基板(11’)具有一設置在基板(11’)的正面上的輔助載體(40)，且半導體層序列(14)含有一種設置在基板(11’)的背面(13)上的氮化物化合物半導體。
- 如申請專利範圍第4項的光電半導體本體，其中輔助載體(40)含有結晶的氧化鋁。
- 如申請專利範圍第4項或第5項的光電半導體本體，其中輔助載體(40)面對半導體層序列(14)的第一主面(42)帶 有結構。
- 如申請專利範圍第4項的光電半導體本體，其中基板(11’)具有一成核層(70)，且該成核層(70)係設置在輔助載體(40)面對半導體層序列(14)的第一主面(42)上。
- 如申請專利範圍第7項的光電半導體本體，其中成核層(70)帶有結構。
- 如申請專利範圍第4或7項的光電半導體本體，其中基板(11’)具有一緩衝層(41)，且該緩衝層(41)係設置在輔助載體(40)面對半導體層序列(14)的第一主面(42)上，或是設置在位於輔助載體(40)的第一主面(42)上的成核層(70)上。
- 如申請專利範圍第9項的光電半導體本體，其中緩衝層(41)帶有結構。
- 如申請專利範圍第1項的光電半導體本體，其中從基板(11，11’)的正面(12)發射的電磁輻射(S)會通過輸出耦合結構(50)。
- 如申請專利範圍第11項的光電半導體本體，其中輸出耦合結構(50，50’，50”，50''')包括一微透鏡、一繞射光學元件(55)、一光子結晶(60)或一格柵(65)。
- 如申請專利範圍第1項的光電半導體本體，其中反射鏡(27)具有至少一個空隙(22)，同時第一連接層(15)在這至少一個空隙(22)中與半導體層序列(14)形成導電接觸。
- 如申請專利範圍第1項的光電半導體本體，其中反射鏡 (27)具有一介電層(28)及一金屬層(29)。
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