TWI438928B - 半導體晶片及製造半導體晶片的方法 - Google Patents

半導體晶片及製造半導體晶片的方法 Download PDF

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Description

半導體晶片及製造半導體晶片的方法
本發明涉及一種半導體晶片及半導體晶片的製造方法。
本專利申請案主張德國專利申請案DE 10 2007 021 389.3和DE 10 2007 029 370.6之優先權，其已揭示的整個內容在此一併作為參考。
LED-半導體晶片通常具有一種高的內部量子效率，其指出：電子-電洞-對(pair)之哪些成份在活性區中重組而發出光子形式的輻射。當然，所產生的輻射的大部份並未完全由半導體晶片中發出而是有一部份例如會由於在半導體晶片之界面上的全反射而反射回到半導體晶片中且在半導體晶片中被吸收。半導體晶片中所產生的光子由於吸收而在由此半導體晶片所發出的可使用的輻射中遺失越多時，則此半導體晶片的發射效率越小。
本發明的目的是提供一種半導體晶片，其中在此半導體晶片操作時發射效率可提高。此外，本發明提供一種發射效率較高的半導體晶片之較簡易的製造方法。
上述目的藉由申請專利範圍第1項所述的半導體晶片或申請專利範圍第29項所述的半導體晶片之製造方法來達成。本發明有利的佈置和其它形式描述在申請專利範圍各附屬項中。
依據本發明之一種實施形式，半導體晶片具有一種半導體本體，其包括半導體層序列，半導體層序列具有一用來產生輻射的活性區。半導體本體上配置一種鏡面結構。此鏡面結構具有一鏡面層和一至少局部地配置在該鏡面層和該半導體本體之間的介電質層結構。
半導體晶片操作時活性區中所產生的輻射由該鏡面結構反射回到半導體本體中。於是，可使半導體晶片之由該活性區觀看時配置在該鏡面結構之後的區域中不會發生該輻射被吸收的現象。然後，該輻射可由該半導體晶片中發出。於是，該半導體晶片之發射效率可提高。
該鏡面層較佳是包括一種金屬或金屬合金。例如，該鏡面層可含有金，銀，鋁，銠，鉑，鈦或鈀或由這些材料之一所構成。亦可使用一種具有上述金屬中之至少一種的金屬合金。
在一種佈置形式中，該介電質層結構含有一種介電質層。此種介電質層結構之特徵特別是一種簡易的可製造性。
在另一種佈置形式中，該介電質層結構具有多個介電質層。藉由該介電質層可形成一種介電質鏡面結構。此介電質鏡面結構特別是可形成佈拉格(Bragg)鏡面。藉由此種介電質鏡面結構，則可使活性區中所產生的輻射達成高的反射性。
以一種角度入射至介電質層結構上的輻射可經由該介電質層結構且隨後反射至該鏡面層。特別是在與介電質鏡面結構相比較時，較佳是以金屬為主或以金屬合金為主的 鏡面層之反射率相對於該輻射的入射角而言具有較小的相依性。因此，藉由介電質層結構和該鏡面層的組合，則入射至鏡面結構上的輻射之特別多的成份可在該鏡面結構上反射。該鏡面結構相對於活性區中所產生的輻射之反射率可以是80%或更大，較佳是90%或更大，特別佳時是95%或更大。
該介電質層結構之至少一層較佳是含有一種氧化物(大約是SiO2 )、氮化物(大約是Si3 N4 )或氧化氮化物(大約是SiON)。
半導體本體可具有一個側面，其在橫向中作為該半導體本體(特別是活性區)的邊界。所謂橫向因此是指一種沿著半導體層序列之層之主延伸方向而延伸的方向。該側面較佳是垂直於或傾斜於半導體層序列之層之主延伸方向而延伸。
在一種較佳的佈置中，該鏡面結構(特別是介電質鏡面結構)至少局部地延伸至該半導體本體之作為該半導體本體邊界的此側面。該鏡面結構特別是可經由該半導體本體之整個周圍而在橫向中延伸至該側面或情況需要時可延伸至該半導體本體之其它各別作為該半導體本體邊界的側面。
該鏡面結構(特別是介電質層結構)可繼續在橫向中至少局部地越過作為該半導體本體邊界的此側面而特別是平坦地持續延伸。此外，作為該半導體本體邊界的此側面較佳是未具備該介電質層結構用的材料。
該鏡面層可在橫向中至少局部地越過作為該半導體本 體邊界的此側面而特別是平坦地持續延伸。
在一較佳的佈置中，在半導體本體上配置一接觸結構。此接觸結構可配置在半導體本體之與該介電質層結構相同的此側上。此接觸結構用來作為該半導體本體之外部電性接觸用。
此外，半導體晶片較佳是具有另外的接觸結構。此另外的接觸結構特別是配置在半導體本體上該活性區之遠離該接觸結構之此側上。藉由此種接觸結構，則在半導體晶片操作時電荷載體可注入至半導體本體中。
半導體晶片較佳是具有一輻射發射面，其在橫向中延伸。該鏡面結構(特別是介電質層結構)較佳是配置在該活性區之遠離該輻射發射面之此側上。活性區中所產生之在鏡面層之方向中發出的輻射可藉由該介電質層結構而反射至該輻射發射面之方向中且最後經由該輻射發射面而發出。
在另一較佳的佈置中，半導體晶片具有一載體，載體上配置著該半導體本體。此載體因此是半導體晶片之一部份且特別是用來使該半導體本體達成機械上的穩定。此外，該載體可與半導體層序列用的生長基板不同。該載體因此未必滿足一種生長基板之結晶化所需的高需求，反之，可就其它的物理特性來選取該載體，這些物理特性例如是高的導熱性或高的機械穩定性。例如，該載體可含有矽，矽碳化物，鍺，鎵砷化物，鎵氮化物，鎵磷化物或其它的半導體材料或由上述各材料之一種來構成。該載體的導電性例如可藉由摻雜來提高。可使用一種電性絕緣的載 體，其例如可含有鋁氮化物或藍寶石或由此種材料所構成。該載體可藉由一種連接層而固定在半導體本體上。該連接層例如可含有一種焊劑或黏合劑。
另一方式是，該載體可藉由一種沈積在半導體本體上的層來形成。於此，此層須足夠厚，以便使半導體本體在機械上具有穩定性。該載體例如可藉由一種金屬層或一種以金屬合金為主的層來形成。
該載體較佳是配置在半導體本體之遠離該輻射發射面之此側上。此外，該鏡面結構較佳是配置在該載體和該半導體本體之間。活性區中所產生的在載體之方向中發出的輻射因此可在該鏡面結構上反射至該輻射發射面之方向中且最後經由該輻射發射面發出。
在另一較佳的形式中，該載體在半導體晶片之俯視圖中至少局部地突出於半導體本體上方。在此種情況下，該鏡面結構，特別是介電質層結構，可超過半導體本體的側面而延伸至該載體之作為該載體邊界的此側面。該鏡面結構，特別是介電質層結構，因此可平行於該載體以超過半導體晶片之側面而延伸。經由半導體本體之此側面而在該載體的方向中發出的輻射因此可由該鏡面結構所反射。因此可特別有效地使活性區中所產生的輻射在該載體中的吸收量下降。
在一較佳的佈置中，該接觸結構藉由該鏡面層而形成。該鏡面層因此可作為半導體本體之電性接觸層且亦可作為介電質層結構之反射層。於是，該鏡面層可完全或只 局部地經由半導體本體之較佳是與該載體相面對的表面而延伸。
在另一較佳的形式中，該介電質層結構具有一凹處。在該介電質層結構之至少一凹處中可形成該接觸結構。該介電質層結構更可藉由該凹處而劃分成至少二個分開的部份區域。該凹處可形成在這些分開的部份區域之間。例如，該介電質層結構可具有一內部份區域和一外部份區域，其中該外部份區域在橫向中完全圍繞該內部份區域。在此種情況下，該外部份區域以框架形式來形成。
在另一較佳的佈置中，該介電質層結構和該接觸結構至少局部地相鄰而配置著。在半導體晶片操作時，電荷載體注入至半導體本體之與該接觸結構相鄰的區域中。反之，在半導體本體之與該介電質層結構鄰接的位置處並無電荷載體注入。因此，藉由該介電質層結構，則在橫向中至少可界定該半導體本體之表面的一區域，在半導體晶片操作時不會有電荷載體經由此一區域而注入至半導體本體中。
例如，該介電質層結構，特別是該介電質層結構之該內部份區域，在半導體晶片之俯視圖中可與該輻射發射面之一例如由另外的接觸結構所遮蔽之區域相重疊。該介電質層結構之該內部份區域因此可在其橫向之造型中依據該另外的接觸結構之形式來調整。在該另外的接觸結構下方所產生且由該另外的接觸結構所吸收的輻射成份因此可較少。
此外，可在橫向中形成該介電質層結構，這大致上是藉由以框架形的形式來形成該介電質層結構或該介電質層結構之該外部份區域來達成，使注入至半導體本體之邊緣區域(即，靠近半導體本體之側面的區域)中的電荷載體的數量減少。以此種方式，則半導體本體中由於電荷載體所造成的非輻射式重組現象可減少。
在另一較佳的佈置中，在該鏡面層和半導體本體之間可連續地配置該該介電質層結構。
此外，該鏡面層較佳是具有一凹處，此一凹處是與該介電質層結構之凹處相重疊。在此種情況下，該接觸結構和該鏡面層可互相隔開而形成。
該接觸結構及/或該另外的接觸結構可以多層的形式來形成。特別是至少該接觸結構-或該另外的接觸結構之一層包含一種TCO(transparent conductive oxide)-材料。一種含有TCO-材料之層較佳是與半導體本體相鄰。
TCO-材料是透明的導電材料，通常是金屬氧化物，例如，氧化鋅，氧化錫，氧化鎘，氧化鈦，氧化銦或氧化銦錫(ITO)。除了二元的金屬氧化合物(例如，ZnO,SnO2 或In2 O3 )之外，一些三元的金屬氧化合物亦屬於TCOs之族群，其例如包括Zn2 SnO4 ,CdSnO3 ,ZnSnO3 ,MgIn2 O4 ,GaInO3 ,Zn2 In2 O5 或In4 Sn3 O12 或不同的透明之導電氧化物之混合物。此外，TCOs未必與化學計量上的成份相對應。TCOs亦可以p-或n-摻雜。
此外，該接觸結構可具有一反射層。此反射層較佳是 靠近該半導體本體而配置成鏡面層。此反射層可與半導體本體相鄰接。另一方式是，該接觸結構之含有TCO-材料之層可配置在此反射層和半導體本體之間。
同理，該另外的接觸結構可具有另外的反射層。此另外的反射層較佳是配置在半導體本體和該另外的接觸結構之一連接層之間。該連接層用來例如藉由一連接線而與半導體晶片形成外部的電性接觸。
半導體晶片之活性區中所產生的輻射可在反射層上或另外的反射層上反射回到半導體本體中。因此，由活性區中觀看時該接觸結構-或另外的接觸結構之配置在該反射層-或另外的反射層之後的層不會吸收輻射或至少使輻射的吸收量減少。該反射層及/或另外的反射層特別是可含有一種金屬或金屬合金，其例如可以是金，銀，鋁，銠，鉑，鈦，鈀或具有這些材料之至少一種的合金。
特別是在該反射層及/或另外的反射層鄰接於半導體本體時，該反射層或另外的反射層較佳是除了具有一種對該活性區中所產生的輻射的高反射性以外亦具有一種對該半導體本體之良好的電性接觸性。
若該反射層及/或另外的反射層是與半導體本體相隔開，則該反射層或另外的反射層(例如，鏡面層)可主要地針對該活性區中所產生的輻射來形成一種儘可能高的反射性。
在該反射層之遠離該半導體本體之此側上形成鏡面層。此處，此鏡面層可完全地或只局部地在反射層上延伸。
在一較佳的佈置中，該半導體本體具有一較佳是與該接觸結構相鄰或與該另外的接觸結構相鄰的穿隧接觸層。此穿隧接觸層較佳是高濃度的p-摻雜或n-摻雜。此外，該穿隧接觸層所具有的導電型式不同於另外的配置在該活性區和該接觸結構(或另外的接觸結構)之間的半導體層。藉由該穿隧接觸層，則在半導體晶片操作時電荷載體可簡易地注入至半導體本體中。
在另一較佳的佈置中，半導體本體的表面(其上配置著另外的接觸結構)在一種於垂直方向中與該另外的接觸結構相鄰的區域中是平坦的。此區域中該半導體本體之表面較佳是已平滑化。此表面之區域之粗糙度越小，則該接觸結構之反射率可越大。
此外，該表面在橫向中與該平坦區域相鄰的另外的區域上具有一種結構。此結構用來使該活性區中所產生的輻射由該半導體本體中發出的發射效率提高。此結構可規則地或不規則地形成。
不規則的結構例如可藉由該表面的粗糙化來形成。另一方式是，該結構可規則地例如以微透鏡的形式或光柵的形式來形成。在光柵中，橫向結構的周期長度，即，該橫向結構周期性地重複的長度，位於該活性區中所產生的輻射之波長的範圍中，這大約是介於形成有光柵的材料中該波長的0.1倍和10倍之間。
在另一較佳的佈置中，半導體層序列用的生長基板至少局部地被去除或至少局部地被薄化。此種半導體晶片亦 稱為薄膜-半導體晶片。
產生輻射的薄膜-半導體晶片之特徵特別是以下各點：-在輻射產生用的磊晶層序列之面向該載體元件之主面上施加或形成一種反射層，其使磊晶層序列中所產生的電磁輻射之至少一部份反射回到磊晶層序列中；-此磊晶層序列較佳是具有一種20微米或更小的厚度，此厚度特別是在10微米的範圍中；-此外，此磊晶層序列較佳是包含至少一種半導體層，其至少一面有一混合結構。在理想狀況下，此混合結構可使磊晶層序列中的光達成一種近似遍壢(ergodic)之分佈，即，該光具有一種儘可能遍壢之隨機雜散特性。
薄膜-發光二極體晶片之基本原理例如已描述在文件I.Schnitzer et al.,Appl.Phys.Lett.63(16),18.October 1993,page 2174-2176中，其已揭示的內容藉由參考而併入此處。
薄膜-發光二極體晶片很類似於一種藍伯(Lambertian)表面輻射器且因此特別適用於一種探照燈中。
半導體晶片較佳是用來產生一主要是非相參的輻射。例如，半導體晶片可以一種LED-晶片來形成或進一步以RCLED-晶片來形成。RCLED-晶片中該活性區配置在空腔的內部中。另一方式是，該半導體晶片可用來產生一種相參的輻射。在此種情況下，半導體晶片以一種半導體雷射晶片來構成，特別是以一種表面發射式半導體雷射晶片(其具有內部共振器(VCSEL))來構成或以一種表面發射式半導體晶片(其以一種外部共振器(VECSEL)來操作)來構成。
半導體本體，特別是活性區，較佳是含有一種III-V-半導體材料。III-V-半導體材料特別適合用來在紫外光譜區中經由可見光譜區(Inx Gay Al1-x-y N，特別是藍色至綠色輻射，或Inx Gay Al1-x-y P，特別是黃色至紅色輻射)至紅外線(Inx Gay Al1-x-y As)光譜區來產生輻射。此處，上述各化學式中都是0≦x≦1,0≦y≦1且x+y≦1，較佳是x≠0,y≠0,x≠1及/或y≠1。特別是藉由上述材料系統所構成的III-V-半導體材料可另外在產生輻射時有利地達成高的內部量子效率。
依據一實施形式，在一種半導體晶片之製造方法中，首先製備一種具有活性區的半導體層結構系統，其中該半導體晶片具有一種半導體本體，其包括一種具有活性區之半導體層序列，該活性區用來產生輻射。具有半導體層序列之半導體本體在本製造方法中來自於該半導體層結構系統。
在預製成的半導體層結構系統上形成一種鏡面結構，此時該鏡面結構包括一種介電質層結構和一鏡面層。由該半導體層結構系統來形成該具有半導體層序列之半導體本體。於是，製成此半導體晶片。
以此方式，可簡易地製成一種具有一鏡面結構的半導體晶片。
較佳是在形成該鏡面結構之後由半導體層結構系統來形成該半導體本體。
該半導體層結構系統較佳是製作在該半導體層結構系統用的一種生長基板上。於此，該半導體層結構系統之半 導體層較佳是以磊晶方式(特別是藉由MBE或MOVPE)而沈積在該生長基板上。
在一較佳的佈置中，該半導體層結構系統特別是在由半導體層結構系統形成該半導體本體之前固定在一載體上。此載體特別是用來使半導體本體達成機械上的穩定性。就保持同樣良好的機械穩定性而言，該生長基板因此已不需要。另一方式是，該載體可沈積在該半導體層結構系統上。這例如可藉由電鍍或其它的沈積方法(例如，蒸鍍或濺鍍)來達成。
在另一較佳的形式中，該半導體層結構系統用的生長基板至少局部地被去除或至少局部地被薄化。這例如可藉由一種機械過程，例如，研磨、平滑化或拋光，來達成。亦可使用化學過程，特別是蝕刻過程，來達成。此外，可使用一種雷射剝蝕過程來去除該生長基板。該生長基板較佳是在該載體設置以後才去除或被薄化。
在另一較佳的佈置中，在半導體本體上形成一接觸結構。此外，可形成另外的接觸結構。此一接觸結構以及情況需要時該另外的接觸結構可以單層或多層形式來形成。接觸結構之該單層或多層例如可藉由蒸鍍或濺鍍來沈積而成。
在另一較佳的形式中，半導體本體之表面至少局部地而被平滑化，此時該接觸結構及/或該另外的接觸結構然後形成在該表面之已平滑化的區域上。該接觸結構或該另外的接觸結構之反射率因此可提高。入射至該接觸結構或該 另外的接觸結構上的輻射因此可有效地反射回至該半導體本體中且隨後由該半導體本體中發出。
該半導體本體之平滑化較佳是以機械方式來達成，特別是藉由研磨、磨光或拋光來達成。另一方式是，該平滑化亦可藉由化學方式(例如，乾式或濕式化學過程)來達成。
在另一較佳的佈置中，半導體本體之表面設有一種結構。該表面之一區域(其上形成該接觸結構或該另外的接觸結構)在該結構中較佳是設有凹處。該結構用來使該半導體晶片之發射效率提高。該結構可在半導體本體形成之後由半導體層結構系統來形成。例如，該結構可藉由表面的機械式粗糙化來製成。一種特別是規則的結構(大致上是微稜鏡的形式或光子晶體的形式)例如可以化學方式(例如，乾式或濕式化學蝕刻)來製成。
上述半導體晶片之製造方法特別適合用來製造上述之半導體晶片。所述的半導體晶片的特徵因此亦適合用於其製造方法中，且反之亦然。
本發明的其它特徵和有利的佈置形式由下述的實施例及其圖式即可明白。
各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件分別設有相同的參考符號。
各圖式中所示的各元件和各元件之間的比例未必依比例繪出。反之，為了清楚之故各圖式的一些細節已予放大地顯示出。特別是層的厚度為了顯示而予以放大。
第1A圖為本發明之半導體晶片的第一實施例的切面圖，其是沿著俯視圖(第1B圖)中所示的切線A-A所形成的切面圖。
半導體晶片1具有一種形成半導體本體2之半導體層序列。半導體層序列較佳是以磊晶方式(通常是藉由MOVPE或MBE來進行)而沈積在一種生長基板上。半導體本體2之半導體層序列包括一活性區25。此活性區配置在半導體層序列之p-導電層21和n-導電層22之間。在半導體本體上形成一種鏡面結構3，其具有一鏡面層4和一介電質層結構5。p-導電層21以例示方式形成在該活性區之與鏡面結構相面對的此側上。同理，n-導電層21形成在該活性區25之與鏡面結構3相遠離的此側上。亦可形成與此種方式不同的配置，此時p-導電層和n-導電層互換。
半導體晶片1包括載體7，其上配置著半導體本體2。載體特別是與半導體本體2之半導體層序列用之生長基板不同。載體因此不必滿足一種生長基板之高的需求(特別是晶體純度)。反之，載體可依據其它的物理特性，例如，高的機械穩定性或高的導熱性，來選取。例如，半導體本體2可藉由一種連接層而固定在載體上(圖中未明確地顯示)。該連接層例如可包含一種焊劑或一種較佳是導電的黏合劑。該載體例如包含一種半導體，例如，矽，碳化矽，砷化鎵，氮化鎵或鍺或由這些材料構成。該載體可具有導電性。在此種情況下，半導體晶片之外部的接觸作用可經由該載體材料來達成。亦可使用一種電性絕緣的載體，其含有藍寶 石或AlN或由此種材料所構成。
除了將半導體本體2固定在一預製成的載體上之外，載體7亦可沈積在半導體本體2上。於此，該載體較佳是以足夠厚的方式沈積而成，以便使具有半導體層序列之半導體本體2在機械上獲致穩定。在此種情況下，半導體本體2和載體7之間的連接層可以省略。此種形成在半導體本體2上的載體例如可藉由電鍍、濺鍍或蒸鍍來製成。
在半導體晶片1之俯視圖上，該載體7所具有的橫向範圍大於半導體本體2之橫向範圍。半導體本體2因此只局部地覆蓋該載體。
介電質層結構5較佳是具有一種氧化物(例如，SiO2 )，氮化物(例如，Si3 N4 )或氧化氮化物(例如，SiON)。
鏡面層3配置在載體7和半導體本體2之間。介電質層結構5和鏡面層4因此配置在半導體本體2之與載體7相面對的此側上。半導體晶片之輻射發射面10配置在半導體本體之與該載體相面對的此側上。介電質層結構至少配置在半導體本體2和鏡面層4之間的一區域中。
此外，半導體本體2和載體7之間配置一接觸結構6。此接觸結構6和介電質層結構5相鄰地配置著。介電質層結構具有一凹處55，其中形成著該接觸結構6。此接觸結構6經由該凹處55而延伸。
介電質層結構5具有一內部份區域5A和一外部份區域5B。該外部份區域在橫向中圍繞著該內部份區域，該外部份區域和該內部份區域藉由該凹處55而互相隔開。該凹處 因此在該外部份區域和該內部份區域之間延伸著。該外部份區域5B形成框架形且在該半導體晶片之俯視圖中沿著半導體本體2之一橫向的邊界而延伸。藉由該介電質層結構5之外部份區域5B，則在半導體晶片1操作時可使電荷載體在半導體本體之橫向的邊界附近之注入量減少。電荷載體在邊界上(例如，側面26上)之非輻射式的重組因此可減少。於是，整體上由半導體晶片1所發出的輻射功率可提高。
該接觸層6藉由鏡面層4和反射層61而形成。反射層61形成在該鏡面層之與該半導體本體相面對的此側上。該反射層因此靠近該半導體本體2而作為鏡面層。此外，該反射層鄰接於該半導體本體。活性區25中所產生的輻射可在此反射層上反射回到半導體本體中且然後特別是經由輻射發射面10而由半導體晶片1中發出。此外，在該載體7之方向中所發出的輻射(特別是在半導體本體2之邊緣區域中所發出者)可由該鏡面結構4(特別是該鏡面層3)所反射。該載體中的輻射因此不會被吸收或至少可使吸收量大大地下降。
在該半導體本體2之遠離該載體7之此側上形成另外的接觸結構65。此另外的接觸結構包括另外的反射層66和一連接層67。該另外的反射層配置在該連接層67和半導體本體2之間。藉由該另外的反射層66，則可預防該終-層67中的輻射被吸收。該另外的接觸結構65，特別是該連接層67，用來使該半導體晶片例如藉由一種連接線而達成外部 的電性接觸。該連接層較佳是包括一種金屬或金屬合金，特別是包括金。
在半導體晶片之俯視圖中，該另外的接觸結構65和該介電質層結構5之內部份區域5A特別是互相覆蓋著。因此，就橫向的造型而言，該介電質層結構之內部份區域可依據該另外的接觸結構65之內部份區域來調整。藉由該介電質層結構5，則在半導體晶片操作時可將電荷載體施加至半導體本體2中，使活性區25中的輻射主要是在橫向區域中產生，橫向區域中輻射發射面10未被該另外的接觸結構65所遮蔽。
該鏡面層較佳是含有一種金屬或金屬合金或由這些材料所構成。該鏡面層特別有利的是含有鈀，鉑，鎳，金，銀，鋁，銠，鈦或含有一具有這些材料之至少一種的合金。金之特徵是紅外線範圍中具有高的反射性。鈀，鋁，銀和銠以及具有這些材料之至少一種的金屬合金特別適合用於可見光譜區和紫外線光譜區。鏡面結構3相對於該活性區中所產生的輻射之反射率較佳是80%或更大，特別是90%或更大，例如，95%或更大。
與該鏡面層4有關的材料亦適用於反射層且有時亦適用於該另外的反射層。此外，該接觸結構6和該另外的接觸結構65至少具有一種層，其含有一種TCO-材料(例如，ITO或SnO)或上述其它TCO-材料中的一種。
此外，該反射層61或該另外的反射層66除了對該活性區中所產生的輻射具有高的反射率以外亦具有一種至半 導體本體2之良好的電性接觸特性。
該反射層61及/或該另外的反射層66較佳是較該接觸結構6或該另外的接觸結構65之其它層還薄。此外，該反射層61及或該另外的反射層66較佳是較該鏡面層4還薄。該反射層61之厚度較佳是最多200奈米，特別佳時最多100奈米。
然後，該反射層及/或該另外的反射層須被薄化，使其厚度最多是50奈米，較佳是最多20奈米。這樣所薄化後的該反射層或該另外的反射層可使活性區25中所產生的輻射的一部份透過。
該鏡面結構3，特別是該介電質層結構5，在橫向中超過該作為半導體本體2之邊界的側面26而平坦地繼續延伸。此處，該側面26是空的或基本上未具有該介電質層結構的材料。在該半導體晶片之俯視圖中，半導體本體之橫向的邊界是在介電質層結構5之內部中延伸，特別是在介電質層結構之該外部份區域5B之內部中延伸。在半導體晶片操作時，因此可在半導體本體之邊緣區域中防止電荷載體注入至半導體本體中。於是，半導體本體之邊緣區域未具有電性或至少電性較弱。同時，藉由該鏡面結構3，可使由半導體本體2之邊緣區域所發出的輻射由該鏡面結構所反射。
該鏡面結構3繼續延伸，即，介電質層結構5和該鏡面層4在橫向中環繞著直至一在橫向中以載體7為邊界之側面71為止。以此種方式，則由活性區中所產生的輻射由 半導體本體之側面26而在半導體本體之載體7之方向中發出時在該載體7中的吸收現象可特別有效地避免。
當然，該接觸結構6以及情況需要時另外的接觸結構65，特別是其幾何形式，不限於上述的實施形式。反之，該接觸結構以及另外的接觸結構例如可具有一個或多個條形的部份區域，其例如經由輻射發射面10而延伸，以有效地將電荷載體施加至半導體本體2中。另一方式是，該接觸結構及/或另外的接觸結構亦可具有多個分開的部份區域(圖中都未顯示)。
介電質層結構亦可與第1A圖和第1B圖之實施例不同而具有多個凹處。例如，介電質層結構可具有條形的部份區域。於此，介電質層結構形成橫向連續的層結構。
半導體晶片1以LED-薄膜-半導體晶片來構成。半導體本體2之半導體層序列用的生長基板可完全去除。半導體晶片1之構造高度因此可變小。
該活性區25較佳是用來產生紅外線、可見光或紫外線光譜區中的輻射且特別是可含有一種III-V-半導體材料。III-V-半導體材料特別適合用來在紫外線光譜區(Inx Gay Al1-x-y N)中經由可見光譜區(Inx Gay Al1-x-y N，特別是藍色至綠色輻射，或Inx Gay Al1-x-y P，特別是黃色至紅色輻射)至紅外線(Inx Gay Al1-x-y As)光譜區來產生輻射。
與所示的實施例不同，半導體晶片1亦可以RCLED-半導體晶片來構成，或亦可以半導體雷射晶片來構成，例如，由以上所述的VCSEL或VECSEL來構成。
本發明的半導體晶片之第二實施例之切面圖顯示在第2圖中。於此，第二實施例對應於第1A和1B圖所示的第一實施例。與第一實施例不同之處是，半導體本體2具有一種表面27，其包含一結構化部28。此表面27是半導體晶片1之輻射發射面10。
此外，該表面27在一垂直方向中與另外的接觸結構65相鄰的區域271中較佳是以平坦形式來形成。特別是該表面27之該區域可被平滑化。另外的接觸結構65(特別是反射層66)之反射率因此可提高。
該結構化部28形成該表面27之另外的區域272，其在橫向中鄰接於作為該接觸結構用的區域271。較佳是形成該結構化部28，使活性區25中所產生的輻射由該半導體本體1中發出時的發射效率提高。
該結構化部28可規則地或不規則地形成。不規則的結構例如能以機械方式(例如，藉由粗糙化)來形成。
該表面27之規則的結構化部28例如可藉由凸起及/或凹口(大致上是微稜鏡的形式或光柵之形式)來形成。光柵中，橫向結構之周期長度是在活性區中所產生的輻射之波長的範圍中，該周期長度在形成有光柵的材料中較佳是在該波長之0.1倍至10倍之間。
此外，該接觸結構6具有一種層62，其含有一種TCO-材料或由TCO-材料構成。例如，ITO或SnO適合作為此種材料。亦可使用其它二元-或三元的TCO-材料。該含有TCO-材料之層62配置在半導體本體2和該反射層61之間。此 外，該含有TCO-材料之層62是與該半導體本體2相鄰接。
半導體本體2在與該接觸結構6相面對的此側上具有一穿隧接觸層23。此穿隧接觸層23具有一種高的摻雜濃度，較佳是至少1018 cm-3 ，特別佳時至少1019 cm-3 。此穿隧接觸層具有n-導電性且因此是與穿隧接觸層23相鄰接的半導體層21之導電型式相反，該半導體層21以p-導電型來摻雜。同理，此穿隧接觸層在與n-導電的半導體層相鄰接時，此穿隧接觸層以p-導電型來摻雜。
藉由該穿隧接觸層23，則電荷載體可簡易地注入至半導體本體2中。當該接觸結構6之與半導體本體2相鄰接的層(即，含有TCO-材料之層62)對一n-導電之半導體層形成一種對p-導電之半導體層有更佳的電性接觸時，則此穿隧接觸層23特別是可用在上述可電性接觸的p-導電之半導體層21之情況中。依據該接觸結構6之材料，則亦可省略該穿隧接觸層。
本發明的半導體晶片之第三實施例之切面圖顯示在第3圖中。於此，第三實施例基本上對應於第1A和1B圖所示的第一實施例。與第一實施例不同之處是，該介電質層結構5以框架形式來形成。與一外部份區域相隔開的內部份區域因此未設置。此外，就像第一實施例所示一樣，該介電質層結構5具有一凹處55。該介電質層結構5可形成一種橫向連續的層結構。又，就像第1A和1B圖所示的第一實施例中的介電質層結構5之外部份區域5B一樣，該介電質層結構5在半導體晶片1之俯視圖中主要是沿著該半 導體本體2之橫向邊界而延伸。該介電質層結構5因此主要是用來使靠近邊緣處的電荷載體注入至半導體本體中的數量減少，此時該鏡面結構3(即，鏡面層4和該介電質層結構5)在靠近邊緣的區域中同時使載體7之方向中所發出的輻射不會在載體中被吸收或至少使吸收量減少。
就像第一實施例一樣，該接觸結構6配置在介電質層結構5之凹處55中。本發明的半導體晶片之第四實施例之切面圖顯示在第4圖中。於此，第四實施例基本上對應於第1A和1B圖所示的第一實施例。與第一實施例不同之處是，該介電質層結構5以多層方式來構成。該介電質層結構因此包括多個介電質層。較佳是藉由介電質層結構來形成一種介電質鏡面結構。此介電質鏡面結構包括多個層對(pair)，其分別由第一層51和第二層52所構成，其中第一層和第二層具有互相不同的折射率。介電質鏡面結構較佳是以佈拉格(Bragg)鏡面來構成且較佳是另外具有十個層對或更多個層對，特別是具有二十個層對或更多。層對的數目越多，則該介電質鏡面結構之反射率越大。由該介電質層結構5所透過的輻射大致上是以一種對各層51，52之法線成較大的角度入射至此二層上的輻射，此輻射然後在該鏡面層4上反射回到半導體本體2中。藉由該介電質鏡面結構與該鏡面層的組合，則能以簡易的方式達成一種鏡面結構3，其對該活性區中所產生的輻射具有較高的反射率。特別是由於位於該鏡面層之前的該介電質鏡面結構5，則該鏡面結構3亦可在該鏡面層之反射率較小時具有一類似的 高的總反射率。
依據本實施例所構成的介電質層結構5(其具有多個介電質層)當然亦可用在以上或以下所述的各實施例的半導體晶片中。
本發明的半導體晶片之第五實施例之切面圖顯示在第5圖中。於此，第五實施例基本上對應於第1A和1B圖所示的第一實施例。與第一實施例不同之處是，半導體本體2之半導體層序列用的生長基板20未去除或至少未完全去除。該生長基板因此可被薄化。在此種情況下，另外的與生長基板20不同的載體即可省略。
此外，半導體晶片的輻射發射面10是該生長基板20之與該半導體本體2遠離的表面。此輻射發射面形成在該活性區25之遠離該鏡面結構3之此側上。
該另外的接觸結構65配置在該生長基板20之遠離該半導體本體2之此側上。在此種情況下，該生長基板20可適當地具有導電性。在一種非導電的生長基板中，該另外的接觸結構65亦可配置在該半導體本體2之與該接觸結構6相同之此側上。此種半導體晶片亦稱為覆晶(Flip chip)，其未顯示在圖中。另一方式是亦能局部地將一種特別是電性絕緣的生長基板去除，使該半導體本體2由該生長基板20之此側上裸露出。在此種裸露的區域中，可配置另外的接觸結構65。
本發明的半導體晶片之第六實施例之切面圖顯示在第6圖中。於此，第六實施例基本上對應於第3圖所示的第三 實施例。與第三實施例不同之處是，該鏡面層4具有凹處40。此凹處40在半導體晶片1之俯視圖中是與該介電質層結構5之凹處55相重疊。在該鏡面層4和半導體本體2之間通常配置著該介電質層結構5。此外，該鏡面層4是與該接觸結構6相分開地構成。特別是該鏡面層4是與該接觸結構6相隔開。在此種情況下，該鏡面層4和該接觸結構6特別是可就所使用的材料而互相獨立地達成最佳化。
一半導體晶片之製造方法的實施例顯示在第7A至7D圖之切面圖所示的中間步驟中。本方法因此只用來例示第一實施例所形成的半導體晶片之製造方法。本方法當然亦可用來製造其它的半導體晶片，特別是用來製造第二至第六實施例中的半導體晶片。
如第7A圖所示，首先製備一種具有一活性區25的半導體層結構系統200。於此，圖中為了簡化而只顯示半導體層結構系統之一部份，由此可推導出已製成的半導體晶片之半導體本體。
半導體層結構系統200較佳是藉由一種磊晶-方法(例如，MOCVD或MBE)而沈積在半導體層結構系統之一種生長基板20上。在該生長基板20上可製備該半導體層結構系統。然而，亦可以不同方式而在一與該生長基板不同的輔助載體上製備該半導體層結構系統。
在該半導體層結構系統200之遠離該生長基板20之此側上形成一鏡面結構3。此處，在該半導體層結構系統200上沈積一種介電質層結構5。然後，該鏡面層4沈積在該半 導體層結構系統200上。該鏡面層4較佳是橫向地被結構化而形成，使該鏡面層完全或只局部地來覆蓋該介電質層結構5。該介電質層結構5和鏡面層4之沈積較佳是藉由蒸鍍或濺鍍來達成。
此外，在該半導體層結構系統200之遠離該生長基板20之此側上形成一種接觸結構6。特別是在該介電質層結構5之凹處55中形成該接觸結構。該接觸結構藉由一種反射層61和鏡面層4來形成。此反射層可在該介電質層結構沈積之前或之後沈積在半導體本體2上(請參閱第7B圖)。
如第7C圖所示，半導體層結構系統200須配置在一載體7上，使鏡面結構3位於該半導體層結構系統200和該載體7之間。半導體層結構系統以機械方式穩定地固定在該載體上，這例如可藉由黏合或焊接來達成。這樣所形成的位於載體7和半導體本體2之間的連接層未顯示在圖中。此外，該半導體層結構系統以一種晶圓鍵結-過程而固定在該載體上。
亦可與上述方式不同而在該半導體層結構系統200上沈積一種較佳是金屬之層。此時，例如可適當地使用一種電鍍方法或其它的沈積方法，例如，濺鍍或蒸鍍。
然後，如第7D圖所示，去除該生長基板20。該生長基板20可完全或只局部地而被去除。亦可與此方式不同而將該生長基板完全薄化或只局部地而薄化。就該生長基板之去除或薄化而言，例如可使用一種機械過程，其例如可以是研磨、拋光或磨光，或使用一種化學過程，其例如可以 是濕式化學-或乾式化學蝕刻。另一方式是可藉由一種雷射剝蝕方法來去除該載體。
由該半導體層結構系統200來形成半導體本體2。半導體本體2之形成較佳是藉由半導體層結構系統200之材料的剝除來達成。這例如可藉由濕式化學-或乾式化學蝕刻來達成。在該生長基板去除或薄化之後，半導體本體2較佳是由半導體層結構系統200來形成。
半導體層結構系統200之半導體材料之去除是由半導體層結構系統200之遠離該載體7之此側來進行。藉由該半導體層結構系統200之磊晶生長成的半導體材料之去除，則可使該鏡面結構3(特別是該介電質層結構5)局部地裸露出。亦可與此方式不同而將該鏡面結構完全隔離。在此種情況下，可繼續進行材料之剝除，直至該載體7局部地裸露出來為止。
為了使半導體晶片1裸露，在該半導體本體2之遠離該鏡面結構3之此側上須形成另外的接觸結構65。此另外的接觸結構之形成較佳是在由該半導體層結構系統200來形成該半導體本體2之後才進行。
在上述方法中較佳是特別同時製成多個半導體晶片1，此時各別的半導體晶片之半導體本體2分別來自半導體層結構系統200之橫向中相鄰而配置的部份區域。
本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之各別特徵之每一 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申請專利範圍中或各實施例中時亦屬本發明。
1‧‧‧半導體晶片
2‧‧‧具有半導體層序列的半導體本體
3‧‧‧鏡面結構
4‧‧‧鏡面層
5‧‧‧介電質層結構
5A‧‧‧介電質層結構之內部份區域
5B‧‧‧介電質層結構之外部份區域
6‧‧‧接觸結構
7‧‧‧載體
10‧‧‧輻射發射面
20‧‧‧生長基板
21‧‧‧p-導電之半導體層
22‧‧‧n-導電之半導體層
23‧‧‧穿隧接觸層
25‧‧‧活性區
26‧‧‧側面
27‧‧‧表面
28‧‧‧結構化部
40‧‧‧鏡面層的凹處
51‧‧‧第一層
52‧‧‧第二層
55‧‧‧介電質層結構之凹處
61‧‧‧反射層
65‧‧‧另外的接觸結構
66‧‧‧另外的反射層
67‧‧‧連接層
71‧‧‧載體之側面
271‧‧‧表面之區域
272‧‧‧表面之另外的區域
第1A和1B圖 分別為本發明之半導體晶片的第一實施例的切面圖和俯視圖。
第2圖 本發明之半導體晶片的第二實施例的切面圖。
第3圖 本發明之半導體晶片的第三實施例的切面圖。
第4圖 本發明之半導體晶片的第四實施例的切面圖。
第5圖 本發明之半導體晶片的第五實施例的切面圖。
第6圖 本發明之半導體晶片的第六實施例的切面圖。
第7A至7D圖 本發明之製造方法的一實施例，其依據切面圖中所示的中間步驟來進行。
1‧‧‧半導體晶片
10‧‧‧輻射發射面
2‧‧‧具有半導體層序列的半導體本體
21‧‧‧p-導電之半導體層
22‧‧‧n-導電之半導體層
25‧‧‧活性區
26‧‧‧側面
3‧‧‧鏡面結構
4‧‧‧鏡面層
5‧‧‧介電質層結構
5A‧‧‧介電質層結構之內部份區域
5B‧‧‧介電質層結構之外部份區域
55‧‧‧介電質層結構之凹處
6‧‧‧接觸結構
61‧‧‧反射層
65‧‧‧另外的接觸結構
66‧‧‧另外的反射層
67‧‧‧連接層
7‧‧‧載體
71‧‧‧載體之側面

Claims (38)

  1. 一種半導體晶片(1)，其具有半導體本體(2)，該半導體本體(2)包括具有用來產生輻射的的活性區(25)的半導體層序列，其中在半導體本體(2)上配置鏡面結構(3)，該鏡面結構(3)具有鏡面層(4)和至少局部地配置在該鏡面層(4)和半導體本體(2)之間的介電質層結構(5)；該介電質層結構(5)具有凹處(55)；在該半導體本體(2)上將接觸結構(6)配置在該介電質層結構(5)之至少一個凹處(55)中；該接觸結構(6)具有含有TCO-材料的層(62)及含有金屬或金屬合金的反射層(61)，該含有TCO-材料的層(62)係配置在該半導體本體(2)和該反射層(61)之間；及該反射層(61)係配置成比鏡面層(4)還靠近該半導體本體(2)。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中該鏡面層(4)包含金屬或金屬合金。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)恰巧具有一介電質層。
  4. 如申請專利範圍第2項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)恰巧具有一介電質層。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)具有多個介電質層(51，52)，藉此形成一介電質鏡面 結構。
  6. 如申請專利範圍第2項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)具有多個介電質層(51，52)，藉此形成一介電質鏡面結構。
  7. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中該半導體本體(2)具有一側面(26)，其在橫向中形成半導體本體(2)之邊界。
  8. 如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中該鏡面結構(3)至少局部地延伸直到該半導體本體之形成半導體本體(2)的邊界的側面(26)。
  9. 如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)在橫向中至少局部地伸出形成半導體本體(2)的邊界的側面(26)。
  10. 如申請專利範圍第8項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)在橫向中至少局部地伸出形成半導體本體(2)的邊界的側面(26)。
  11. 如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中形成半導體本體(2)邊界的側面(26)不具備用於該介電質層結構(5)之材料。
  12. 如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中該鏡面層(4)在橫向中至少局部地伸出形成半導體本體(2)的邊界的側面(26)。
  13. 如申請專利範圍第12項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)藉由該凹處(55)而劃分成至少二個分開的部份區域(5A，5B)。
  14. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中該接觸結構(6)藉由該鏡面層(4)形成。
  15. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中在該鏡面層(4)和半導體本體(2)之間連續地配置該介電質層結構(5)。
  16. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中在該半導體本體(2)上配置另外的接觸結構(65)。
  17. 如申請專利範圍第16項之半導體晶片，其中該另外的接觸結構(65)配置在活性區(25)之遠離該接觸結構(6)之側上。
  18. 如申請專利範圍第17項之半導體晶片，其中該另外的接觸結構(65)和該介電質層結構(5)在半導體晶片(1)之俯視圖中重疊。
  19. 如申請專利範圍第16項之半導體晶片，其中該另外的接觸結構(65)具有與半導體本體(2)相鄰接的另外的反射層(66)。
  20. 如申請專利範圍第16項之半導體晶片，其中該另外的接觸結構(65)配置在該半導體本體(2)之表面(27)上，該表面(27)在於橫向中與該另外的接觸結構(65)相鄰的區域(271)中是平坦的且在與該表面之平坦區域相鄰的另外的區域(272)中具有粗糙化形式的不規則的結構化部(28)或具有微稜鏡或光柵形式的規則的結構化部。
  21. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中該半導體晶片具有載體(7)，該載體上配置有該半導體本體 (2)。
  22. 如申請專利範圍第21項之半導體晶片，其中該介電質層結構(5)配置在半導體本體(2)和載體(7)之間。
  23. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中該半導體層序列(2)之生長基板(20)至少局部地被去除或至少局部地被薄化。
  24. 如申請專利範圍第1至6項中任一項之半導體晶片，其中該半導體晶片構成為LED-晶片、RCLED-晶片或半導體雷射-晶片。
  25. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中該半導體晶片(1)具有載體(7)，載體(7)上配置有半導體本體(2)，且該介電質層結構(5)- 具有多個介電質層(51，52)，- 配置在該載體(7)和半導體本體(2)之間，以及- 在橫向中至少局部地伸出半導體本體(2)之於橫向中形成半導體本體(2)的邊界的側面(26)。
  26. 一種具有半導體本體(2)之半導體晶片(1)之製造方法，該半導體本體(2)包括具有用來產生輻射的活性區(25)的半導體層序列，該製造方法包括以下步驟：a)製備具有活性區(25)之半導體層結構系統(200)，b)在半導體層結構系統(200)上形成鏡面結構(3)，該鏡面結構(3)包括介電質層結構(5)和鏡面層(4)，該介電質層結構(5)具有凹處(55)；在該半導體本體(2)上將接觸結構(6)配置在該介電質 層結構(5)之至少一個凹處(55)中；該接觸結構(6)具有含有TCO-材料的層(62)及含有金屬或金屬合金的反射層(61)，該含有TCO-材料的層(62)係配置在該半導體本體(2)和該反射層(61)之間；及該反射層(61)係配置成比鏡面層(4)還靠近該半導體本體(2)，c)由半導體層結構系統(200)形成具有半導體層序列之半導體本體(2)，以及d)製成半導體晶片(1)。
  27. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中步驟c)是在步驟b)之後進行。
  28. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中該半導體層結構系統(200)在步驟c)之前係固定在載體(7)上。
  29. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中在生長基板(20)上製備該半導體層結構系統(200)，該生長基板(20)至少局部地被去除或至少局部地被薄化。
  30. 如申請專利範圍第29項之製造方法，其中該生長基板(20)藉由機械過程、化學過程或雷射剝蝕方法來去除。
  31. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中在半導體本體(2)的表面上形成另外的接觸結構(65)。
  32. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中該半導體本體(2)之表面(27)至少局部地被平滑化，該接觸結構(6)形成在該表面(27)之已平滑化的區域(271)上。
  33. 如申請專利範圍第31項之製造方法，其中該半導體本體(2) 之表面(27)至少局部地被平滑化，該另外的接觸結構(65)形成在該表面(27)之已平滑化的區域(271)上。
  34. 如申請專利範圍第32項之製造方法，其中該半導體本體(2)之表面的平滑化藉由化學方式及/或機械方式來達成，特別是藉由研磨、磨光或拋光來達成。
  35. 如申請專利範圍第33項之製造方法，其中該半導體本體(2)之表面的平滑化藉由化學方式及/或機械方式來達成，特別是藉由研磨、磨光或拋光來達成。
  36. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中該半導體本體(2)之表面(27)設有粗糙化形式的不規則的結構化部(28)或設有微稜鏡或光柵形式的規則的結構化部。
  37. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其中在步驟c)中該半導體層結構系統之材料局部地被剝除，以便使該鏡面結構局部地裸露出來。
  38. 如申請專利範圍第26項之製造方法，其製成如申請專利範圍第1至25項中任一項所述的半導體晶片(1)。
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