TWI626763B - Photoelectric semiconductor component and method of manufacturing optoelectronic semiconductor component - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種光電半導體組件，包括：一發光的半導體本體(1)，其具有發射側(1a)；一電流擴大層(2)，其配置在半導體本體(1)之發射側(1a)上且至少一部份覆蓋該發射側(1a)，該電流擴大層(2)包括透光之可導電的材料(2a)、以及另一材料的粒子(2b)，該透光之可導電的材料(2a)可使該半導體本體(1)發出的光透過；以及一電性接觸區(3)，其配置在該電流擴大層(2)之遠離該半導體本體(1)之一側(2c)上。
Description
本發明涉及光電半導體組件以及製造光電半導體組件的方法。
本專利申請案主張德國專利申請案10 2015 111 573.5之優先權，其已揭示的整個內容收納於此以作為參考。
具有上側接觸區之表面發射式光電半導體組件中，經由其上側的光發射量可藉由接觸結構而下降。為了以平面方式將電流注入至表面發射式光電半導體組件之半導體層中，則可在該半導體組件上配置一種電流擴大層，其是透光的。具反射性的或至少具遮蔽性的接觸結構之範圍因此可在該半導體組件之發射側縮小。為了使光有效率地由該半導體組件發出，傳統式透光的電流擴大層當然須具有夠小的折射率，這樣可在該半導體組件中使光之更多的份量由於全反射而保留在半導體本體和電流擴大層之間的邊界面上。
本發明的目的是提供一種光電半導體組件，其在考慮「使電流更有效地注入至半導體本體中且使輻射更有效地發射」的情況下在其發射的上側上該半導體
本體具有改良的接觸區，本發明另涉及一種製造此接觸區的方法。
上述目的藉由請求項的獨立項所述之產品和方法來達成。本發明之有利的構成和其它形式是請求項的附屬項之主題。
光電半導體組件包括：一發光的半導體本體，其具有發射側；一電流擴大層，其配置在半導體本體之發射側上且至少一部份覆蓋該發射側，該電流擴大層包括透光之可導電的材料、以及另一材料的粒子，該透光之可導電的材料可使該半導體本體發出的光透過；以及一電性接觸區，其配置在該電流擴大層之遠離該半導體本體之一側上。
發光的半導體本體可有利地形成為表面發射式半導體晶片。有利的方式是由發射側來接觸該半導體本體，此時藉由電流擴大層使電流儘可能均勻的分佈在發射側上且使電流注入至半導體本體中。因此，藉由該電流擴大層來確保該半導體本體之發射和接觸，該電流擴大層包括透光之可導電的材料，其例如是銦錫氧化物(ITO)或氧化鋅。
該電流擴大層在發射側上有利地至少一部份覆蓋該半導體本體。此外，該電流擴大層亦可部份地或全部覆蓋該半導體本體之活性區的一區域，該區域中在該半導體組件操作時產生光。該電流擴大層完全覆蓋該發射側時亦是有利的。
藉由電流擴大層上的電性接觸區，將電流注入至該電流擴大層中，此時該電性接觸區有利地未完全覆蓋該電流擴大層。有利的方式是，該電性接觸區在該電流擴大層上的面積佔有率較該電流擴大層在半導體本體上的面積佔有率小很多。於是，由該電性接觸區達成的光遮蔽效果下降，光由該電流擴大層發出。
該另一材料的粒子有利地儘可能均勻地分佈在電流擴大層中。藉由所述粒子可有利地影響電流擴大層之光學特性及可導電性。上述透光之可導電的材料及該另一材料的粒子有利地形成材料複合物，其形成該電流擴大層。
依據光電半導體組件之一實施形式，該另一材料的粒子具有折射率n3，其與透光的材料之折射率n1不同。
電流擴大層之光學特性受到該電流擴大層所包含的材料之折射率的影響。有利的是，所述粒子可均勻地分佈在電流擴大層之透光的材料中，這樣可使該電流擴大層之平均折射率n2達成均勻的變化。該電流擴大層之平均折射率n2介於透光的材料之折射率n1和所述粒子之折射率n3之間。於是，該平均折射率n2每次都依據具有折射率n1和n3之所述材料的份量而變化。
依據光電半導體組件之一實施形式，該另一材料的粒子之折射率n3大於該透光的材料之折射率n1。
利用所述粒子之折射率n3大於該透光的材料之折射率n1，則平均折射率n2每次都依據電流擴大
層中粒子之份量而由值n1放大至適當的大小。以此方式，所述粒子使該電流擴大層對光的透射性改變。利用已改變的平均折射率n2，使光在電流擴大層和半導體本體之邊界面上發生全反射的角度條件改變，且因此使該半導體本體之發射效率變大，該電流擴大層係配置在該半導體本體上。
依據光電半導體組件之一實施形式，該另一材料的粒子包括TiO2。
所述粒子包括TiO2-粒子，所述粒子可使平均折射率n2變大且有利地適合與透光的材料一起形成該電流擴大層而成為一種材料複合物。有利的是，藉由明確地將所述粒子施加至該電流擴大層中可使該電流擴大層的電阻最小化且同時使光的發射最大化。
依據光電半導體組件之一實施形式，該透光的材料包括透光之可導電的氧化物。
特別是ITO適合用作透光之可導電的氧化物。有利的是，ITO可與另一材料的粒子一起施加在半導體本體的發射側且形成該電流擴大層而成為一種材料複合物。藉由ITO之導電性，則可經由一電性接觸區而連接該電流擴大層。
依據光電半導體組件之一實施形式，電流擴大層具有一種大於或等於2之平均折射率n2。
為了使光由半導體本體發出的發射量提高，則已顯示有利的是：電流擴大層之平均折射率n2須大於2，使得在半導體本體和電流擴大層之間的接面(junction)
中光的全反射變少。由於透光之可導電的氧化物，特別是ITO，具有小於2的折射率，則該電流擴大層之平均折射率n2可有利地藉由該另一材料之粒子而提高至大於2之值。
依據光電半導體組件之一實施形式，電性接觸區至少一部份形成為接觸條。
該電性接觸區例如包括一連接區，其上藉由一接合線或其它構件來達成一種接觸。此外，該接觸區有利地在電流擴大層之一發射側上延伸成接觸條且因此具有一種與電流擴大層之寬度成比例之小的寬度，其例如是該電流擴大層之寬度的最多10%。因此，可達成該電流擴大層之接觸功能且遮蔽效果由於此種接觸而最小化。有利的是，該接觸條具有的寬度小於電流擴大層之寬度的20%，有利的是小於10%或小於5%。
依據光電半導體組件之一實施形式，在電流擴大層和半導體本體之間配置另一層，其包括透光之可導電的材料且未具備該另一材料的粒子。
該另一層有利地包括透光之可導電的氧化物。當然，該另一層有利的是未包括該另一材料的粒子。有利的是，該另一層具有折射率n4，其例如等於電流擴大層的透光之可導電的材料之折射率n1且小於該電流擴大層之平均折射率n2。藉由該另一層，則可有利地使電流擴大層下方的電阻最小化且使電流由電流擴大層有利地順利注入至半導體本體中。明確而言，由於該另一層，則由半導體本體發出的光藉由該電流擴大層而改善
的發射會減弱，當然若該另一層的厚度未超過一臨界值(critical value)時，該發射相較於傳統的電流擴大層仍較強。該另一層有利地具有一種小於或等於30奈米的厚度。以此方式，藉由該另一層可同時使電阻變小且使光的發射最佳化。
依據光電半導體組件之一實施形式，該半導體組件包括一藍寶石基板。
發光的半導體本體可有利地包括一種半導體層序列，其施加在藍寶石基板上。
在製造光電半導體組件之方法中，須製備一發光的半導體本體。此外，須製造一種電流擴大層，這是藉由在半導體本體之一發射側上同時施加一種可使該半導體本體所發出的光透過的透光之可導電的材料、和另一材料之粒子來達成，其中該電流擴大層至少一部份覆蓋該半導體本體之該發射側。此外，在該電流擴大層上配置一電性接觸區。
在有利地形成為表面發射式半導體晶片的發光半導體本體上可藉由沈積過程而在該半導體本體的發射側上施加不同的材料，使該發射側在該施加之後有利地形成固定的材料複合物而成為電流擴大層。待施加的材料之份量在施加的過程期間可依據預設值來調整，且各材料可有利地均勻分佈在半導體本體之發射側上。因此，另外亦可施加一序列的層在該半導體本體上，其中各材料的份量可改變。因此，可在半導體本體和電流擴大層之間例如配置另一層，其有利地包括一透光之可導
電的材料但未包括另一材料的粒子，該電流擴大層包括該另一材料的粒子。
為了使電流擴大層之平均折射率變大，則可使另一材料的粒子之份量提高。
依據本方法之至少一實施形式，須藉由透光的材料之濺鍍且同時濺鍍該另一材料之粒子來製造該電流擴大層。
濺鍍適合於有利地在半導體體之一發射側上順利地施加例如透光之可導電的氧化物之類的材料以及例如由TiO2構成的粒子，特別是可同時施加，且因此須控制該發射面上各材料的份量。此外，濺鍍亦適合於使各材料在施加至該發射面上時大範圍均勻地分佈在該發射面上且有利地使不同的材料形成為材料複合物。另一方式是，可對透光之可導電的材料和該另一材料之粒子進行蒸鍍。
依據本方法之至少一實施形式，在製造電流擴大層時，透光的材料的份量和該另一材料之粒子的份量須依據預設的值作調整以設定該電流擴大層的平均折射率n2。
有利的是，該另一材料的粒子具有的折射率n3大於該透光之可導電的材料之折射率。例如，為了達成來自半導體本體之較佳的發射，則在施加透光的材料和所述粒子時電流擴大層之平均折射率n2係藉由該另一材料之粒子的份量而變大。依據所期望的發射之等級，則在該施加時可調整電流擴大層的材料複合物中所
述粒子的份量或透光的材料之份量，使該電流擴大層達成預設的平均折射率n2。此外，亦可在該施加的期間使所述粒子和該透光的材料之份量改變且因此使已製成的電流擴大層的內部中該電流擴大層之上述份量和平均折射率n2隨著至半導體本體之發射面的距離而改變。
其它優點、有利的實施形式和其它形式陳述在以下與各圖式相關而描述的實施例中。
1‧‧‧發光之半導體本體
1a‧‧‧發射側
2‧‧‧電流擴大層
2a‧‧‧透光之可導電的材料
2b‧‧‧粒子
2c‧‧‧電流擴大層之遠離半導體本體之一側
3‧‧‧電性接觸區
3a‧‧‧框架區
9‧‧‧由透光之可導電的材料構成之另一層
D‧‧‧該另一層的厚度
10‧‧‧光電半導體組件
K‧‧‧接觸條
S‧‧‧連接區
第1a圖和第1b圖以示意性的側視圖顯示光電半導體組件。
第2a圖、第2b圖和第2c圖顯示電流擴大層上的一電性接觸區。
第3圖顯示一種半導體本體上電流擴大層的製成狀態。
各圖式中相同-或作用相同的各元件分別設有相同的參考符號。各圖式中所示的組件和該些組件之間的大小比例未依比例繪出。
第1a圖以示意性的側視圖顯示光電半導體組件10，其具有一具有發射側1a之發光的半導體本體1，發射側1a上配置著電流擴大層2且發射側1a的一部份被覆蓋著。藉由電流擴大層2，有利地使電流由電性接觸區3饋入至半導體本體1中，電性接觸區3配置在電流擴大層2之遠離半導體本體1之一側上，其中該電
流有利地在電流擴大層2(具有半導體本體1之發射側1a)之整個接觸面上饋入至半導體本體1中。為了使發出的光之遮蔽最小化，該電性接觸區3只配置在電流擴大層2上儘可能小的部份區域上。
此外，第1a圖顯示電流擴大層2包括：可使半導體本體1所發出的光透過的透光之可導電的材料2a；以及另一材料的粒子2b，其中透光之可導電的材料2a例如包括ITO且粒子2b例如包括TiO2。粒子2b和透光之可導電的材料2a形成電流擴大層2而成為固定的材料複合物，且粒子2b有利地均勻分佈在電流擴大層2中。
粒子2b具有折射率n3，其大於透光的材料之折射率n1時是有利的。於此，電流擴大層2之材料複合物中達成的折射率n2每次都依電流擴大層2中粒子2b的份量而由透光的材料2a之折射率之值n1變大。相對於未具備粒子2b之電流擴大層2而言，這樣會使電流擴大層2對光的透射性質改變，則電流擴大層和半導體本體之間的邊界面上光的全反射所需之角度條件亦會改變。利用半導體本體和電流擴大層2之間的邊界面上光之變小的全反射，使來自半導體本體的發射效率變大。
第1b圖顯示一種與第1a圖類似的光電半導體組件10，不同之處為：電流擴大層2在半導體本體1之發射側1a上包括另一層9，其包括透光之可導電的材料2a且未具備另一材料的粒子。
另一層9具有折射率n4，其例如等於電流擴大層2的透光之可導電的材料之折射率n1且小於具有另
一材料之粒子的電流擴大層之平均折射率n2。另一層9有利地具有一種小於等於30奈米的厚度D。當然，該另一層9之厚度D有利的是必須至少為10奈米。於是，該另一層9足夠薄，因此其有利地不是純光學地作用在來自半導體本體之光子上且在具有該另一層的半導體本體之邊界面上光子的波功能可與具有粒子2b之電流擴大層2相互作用。以此種方式，電阻將變小以使電流注入至半導體本體1中且同時使光經由另一層9而達成之發射最佳化。該另一層9可形成為特定層。
第2a圖顯示光電半導體組件10之俯視圖，其中電性接觸區3配置在電流擴大層2上。一種連接區S配置在電流擴大層2上，其上例如藉由一接合線來達成接觸作用。電流擴大層2包括一接觸條K，其所具有的寬度有利的方式是小於電流擴大層2之寬度的20%、更有利的是小於10%或小於5%。
與電流擴大層2比較下，該接觸條之依比例而成狹窄的實施形式使由接觸區3達成的遮蔽效果最小化。
第2b圖顯示沿著第2a圖之線A而得的側面切面圖中第2a圖之電流擴大層2上的電性接觸區3。半導體本體1例如可包括藍寶石基板。
第2c圖顯示光電半導體組件10之俯視圖，其中半導體本體3未包括電流擴大層2上用於外部接觸的連接區，反之，由框架區3a開始多個接觸條K在電流擴大層2之發射側上延伸，框架區3a橫向中包圍著半導
體本體和電流擴大層2。此種實施形式特別適用於無基板的半導體晶片。
第3圖顯示電流擴大層2之製造期間半導體本體1之示意的側視圖，其中可使該半導體本體發出的光透過的透光之可導電的材料2a、和另一材料之粒子2b施加在半導體本體1之發射側1a上且形成電流擴大層2而成為材料複合物，這例如藉由濺鍍來達成。於此，每次都可依據預設值使透光之可導電的材料2a和另一材料之粒子2b的份量適當地改變。
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，特別是包含各請求項中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請求項中或各實施例中時亦屬本發明。
Claims (12)
- 一種光電半導體組件(10)，包括：一發光的半導體本體(1)，其具有發射側(1a)；一電流擴大層(2)，其配置在該半導體本體(1)之發射側(1a)上且至少一部份覆蓋該發射側(1a)，該電流擴大層(2)包括透光之可導電的材料(2a)、以及另一材料的粒子(2b)，該透光之可導電的材料(2a)可使該半導體本體(1)發出的光透過；以及一電性接觸區(3)，其配置在該電流擴大層(2)之背對該半導體本體(1)之一側(2c)上。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中該另一材料的粒子(2b)具有折射率n3，其不同於透光之可導電的材料(2a)之折射率n1。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中該另一材料的粒子(2b)之折射率n3大於透光之可導電的材料(2a)之折射率n1。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中該另一材料的粒子(2b)包括TiO2。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中透光之可導電的材料(2a)包括透光之可導電的氧化物。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中該電流擴大層(2)具有一種大於或等於2之平均折射率n2。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中該電性接觸區(3)至少一部份形成為接觸條。
- 如請求項1之光電半導體組件(10)，其中在電流擴大層 (2)和半導體本體(1)之間配置另一層(9)，其包括透光之可導電的材料且未具備該另一材料的粒子(2b)。
- 如請求項1至8中任一項之光電半導體組件(10)，其中該半導體組件(10)包括藍寶石基板。
- 一種製造光電半導體組件(10)的方法，包括以下步驟：製備一發光的半導體本體(1)，製造一種電流擴大層(2)，這是藉由在半導體本體(1)之一發射側(1a)上同時施加一種可使該半導體本體(1)發出的光透過的透光之可導電的材料(2a)、和另一材料之粒子(2b)來達成，其中該電流擴大層(2)至少一部份覆蓋該半導體本體(1)之該發射側(1a)，以及在該電流擴大層(2)上配置一電性接觸區(3)。
- 如請求項10的方法，其中藉由透光之可導電的材料(2a)之濺鍍且同時濺鍍該另一材料之粒子(2b)來製造該電流擴大層(2)。
- 如請求項10或11的方法，其中在製造電流擴大層(2)時，透光之可導電的材料(2a)的份量和該另一材料之粒子(2b)的份量須依據預設的值作調整以設定該電流擴大層(2)的平均折射率n2。
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