光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法技术

在光电子半导体芯片(1)的至少一个实施形式中，所述光电子半导体芯片包括半导体层序列(2)以用于产生电磁辐射。半导体层序列(2)具有光出射侧(25)，将光耦合输出层(4)安置在所述光出射侧上。光耦合输出层(4)包括由对于所产生的辐射而言透射的材料制成的辐射不活跃的纳米晶体(40)。对于所产生的辐射而言，纳米晶体(40)的材料的折射率为至少1.9或至少2.2。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法
提出一种光电子半导体芯片。此外，提出一种用于制造光电子半导体芯片的方法。
技术实现思路
要实现的目的在于，提出一种光电子半导体芯片，所述光电子半导体芯片具有高的光耦合输出效率。根据光电子半导体芯片的至少一个实施形式，所述光电子半导体芯片包括半导体层序列，所述半导体层序列具有用于产生电磁辐射的至少一个有源层。半导体层序列具有光出射侧。光出射侧尤其通过半导体层序列的平面的边界面形成，所述边界面位于半导体层序列的背离载体的一侧上并且优选垂直于半导体层序列的生长方向定向。半导体层序列优选基于III-V族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamN或也是磷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamP或者也是砷化物化合物半导体材料如AlnIn1-n-mGamAs，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成成分。然而，为了简单性仅说明半导体层序列的晶格的主要组成成分，即Al、As、Ga、In、N或P，即使这些主要组成成分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。半导体层序列包括设立为用于产生电磁辐射的至少一个有源层。有源层尤其包含至少一个pn结和/或至少一个量子阱结构。由有源层在运行中产生的辐射尤其位于400nm和1050nm之间或430nm和650nm之间的光谱范围中，其中包含边界值。根据至少一个实施形式，半导体芯片具有光耦合输出层。光耦合输出层间接地或优选直接地安置在半导体层序列的光出射侧上。光耦合输出层设立为用于：提高在有源层中在半导体芯片运行时产生的辐射从半导体层序列中以及从半导体芯片中耦合输出效率。根据半导体芯片的至少一个实施形式，光耦合输出层包括纳米晶体或由纳米晶体构成。光耦合输出层和/或纳米晶体由下述材料成形或由这样的材料构成，所述材料对于在有源层中产生的辐射而言具有至少1.5或至少2.0或至少2.5的折射率。换言之，光耦合输出层和/或纳米晶体由光学高折射的材料形成。在参考文献US2011/0215295A1中说明纳米晶体。该参考文献的公开内容通过参考并入本文。根据至少一个实施形式，纳米晶体的和/或光耦合输出层的材料的折射率与半导体层序列的中位折射率偏差最多1.5或者最多0.5或最多0.25。换言之，因此纳米晶体的和/或光耦合输出层的以及半导体层序列的材料的折射率彼此相似。根据半导体芯片的至少一个实施形式，纳米晶体是辐射不活跃的。换言之，因此纳米晶体不设立为用于在光电子半导体芯片运行时产生电磁辐射或者将在有源层中产生的辐射转换成不同波长的辐射。特别地，纳米晶体不具有用于产生电磁辐射的有源区域和/或不具有用于波长转换的转换介质。在光电子半导体芯片的至少一个实施形式中，所述光电子半导体芯片包括半导体层序列，所述半导体层序列具有用于产生电磁辐射的有源层。半导体层序列具有光出射侧，所述光耦合输出层安置在光出射侧上。光耦合输出层包括由对于所产生的辐射而言透射的材料制成的辐射不活跃的纳米晶体或由其制成。对于在有源层中所产生的辐射而言，纳米晶体的和/或光耦合输出层的材料的折射率为至少1.5或至少2.0或至少2.2。例如用于发光二极管的半导体材料、如AlInGaN或InGaAlP优选具有相对高的折射率。由此，光在半导体层序列的边界面上由于全反射大部分地沿进入半导体层序列中的方向向回反射。由此，能够显著地降低效率，因为在半导体层序列中和/或在电接触部上能够出现吸收损耗。提高光耦合输出效率的可行性在于，将半导体层序列的表面结构化，尤其设有粗化部。这样的粗化部能够以湿化学方式产生和/或通过掩膜工艺和通过接下来的刻蚀以光刻的方式产生。然而，通过产生粗化部需要更厚的半导体层序列，这提高半导体层序列的生长时间。通过施加光耦合输出层的纳米晶体能够在要生长的半导体层序列相对薄的同时实现高的光耦合输出效率。根据半导体芯片的至少一个实施形式，光耦合输出层的和/或纳米晶体的材料与半导体层序列的材料不同。特别地，光耦合输出层以及半导体层序列基于不同的材料体系。半导体层序列的和光耦合输出层的主要材料组成成分能够彼此不同。例如，纳米晶体的材料不是半导体材料GaN。根据半导体芯片的至少一个实施形式，纳米晶体的至少一部分或者所有的纳米晶体构成为是针状的。这能够表示：纳米晶体具有拉长的形状。纳米晶体能够是类似柱形的外形，然而其中类似柱形不排除纳米晶体的横截面与圆形或圈形不同。根据半导体层序列的至少一个实施形式，以光出射侧的面积计，纳米晶体的覆盖度为至少40％或至少55％或至少60％。替选地或附加地，覆盖度最高为90％或最高为80％或最高为75％。在此，覆盖度能够在光耦合输出层的和/或纳米晶体的最靠近光出射侧的区域处确定。换言之，覆盖度尤其表示光出射侧的直接长满纳米晶体的面积份额。根据半导体芯片的至少一个实施形式，纳米晶体的至少一部分或全部纳米晶体构成为是棱锥形的。在此，棱锥形包括圆锥形。特别地，纳米晶体因此具有尖部，在远离光出射侧的方向上具有所述尖部。可行的是，纳米晶体的尖部是原子尖的。优选地，尖部上的也能够被压平且平行于光出射侧定向的面积最高为400nm2或5000nm2或40000nm2。根据至少一个实施形式，用纳米晶体对光出射侧的覆盖度为至少70％或至少80％或至少85％。优选地，覆盖度为至少90％或至少95％。尤其优选地，整个光出射侧被纳米晶体覆盖。这尤其适用于纳米晶体棱锥形生长的情况。根据半导体芯片的至少一个实施形式，纳米晶体具有至少50nm或至少100nm或至少150nm或至少200nm的中位直径。替选地或附加地，中位直径最高为1μm或最高为500nm或最高为300nm。中位直径的标准偏差优选为最高30nm或最高15nm。根据至少一个实施形式，纳米晶体具有至少300nm的或至少500nm或至少1μm的平均长度。替选地或附加地，平均长度最高为4μm或者最高为2μm或最高为1.5μm。平均长度的标准偏差例如最高为100nm或最高50nm。根据半导体芯片的至少一个实施形式，纳米晶体局部地或在整个光出射侧上直接地安置在半导体层序列上。换言之，因此，纳米晶体的材料至少局部地与半导体层序列的材料直接地物理接触。根据半导体芯片的至少一个实施形式，在光出射侧上局部地或整面地安置结核层。结核层设立为用于：在其上尤其以规则的、紧密的布置方式生长纳米晶体。优选地，结核层直接地位于光出射侧上进而与半导体层序列物理接触。纳米晶体还优选直接地位于结核层的背离半导体层序列的一侧上并且与其处于物理接触。根据半导体芯片的至少一个实施形式，结核层具有最高200nm或最高50nm或最高20nm或最高10nm或最高5nm的厚度。替选地或附加地，结核层的厚度为至少两个单层或至少1nm或至少2nm或至少5nm。根据半导体芯片的至少一个实施形式，结核层是金属层。例如，结核层通过薄的金层或通过由金合金构成的薄的层形成。结核层对于在有源层中产生的辐射而言是可透射的并且优选吸收和/或反射所述辐射的最多10％或最多5％。根据半导体芯片的至少一个实施形式，结核层通过金属氧化物、优选为ZnO或TiO2的层形成。因此，结核层尤其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光电子半导体芯片(1)，具有‑半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有用于产生电磁辐射的有源层(20)和具有光出射侧(25)，以及‑光耦合输出层(4)，所述光耦合输出层安置在所述光出射侧(25)上，其中‑所述光耦合输出层(4)包括由对于所产生的所述辐射而言透射的材料制成的辐射不活跃的纳米晶体(40)或由其制成，并且‑透射辐射的所述材料的折射率对于所述辐射而言为至少1.9。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2011.10.28 DE 102011117381.51.一种光电子半导体芯片(1)，具有半导体层序列(2)，所述半导体层序列具有用于产生电磁辐射的有源层(20)和具有光出射侧(25)，以及光耦合输出层(4)，所述光耦合输出层安置在所述光出射侧(25)上，其中-所述光耦合输出层(4)包括由对于所产生的所述辐射而言透射的材料制成的辐射不活跃的纳米晶体(40)或由其制成，-透射辐射的所述材料的折射率对于所述辐射而言为至少1.9，-直接在所述光出射侧上局部地安置结核层(3)，-所述结核层在俯视图中限制在中央区域(8)上，其中所述中央区域由所述光出射侧(25)的边缘区域(7)包围，所述边缘区域不具有所述结核层(3)，-所述纳米晶体(40)至少局部地直接位于所述结核层的背离所述半导体层序列(2)的一侧上，-所述纳米晶体(40)局部地在所述边缘区域(7)中直接地安置在所述半导体层序列(2)的所述光出射侧(25)上，并且其中所述光电子半导体芯片具有附加的特征i至ii中的一个特征，即i.与在所述光出射侧(25)的所述中央区域(8)中的情况相比，在所述边缘区域(7)中安置更少的纳米晶体(40)，和ii.与在所述光出射侧(25)的所述中央区域(8)中的情况相比，在所述边缘区域(7)中安置更小的纳米晶体(40)。2.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述光出射侧由所述半导体层序列(2)的边界面形成。3.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述中央区域(8)相对于所述半导体层序列(2)的棱边长度具有50％和90％之间的份额，其中包含边界值。4.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述纳米晶体(40)的至少一部分构成为是针状的，其中用所述纳米晶体(40)对所述光出射侧(25)的覆盖度为55％和80％之间，其中包含边界值。5.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述纳米晶体(40)的至少一部分构成为是棱锥体形的，其中用所述纳米晶体(40)对所述光出射侧(25)的覆盖度为85％和100％之间，其中包含边界值。6.根据权利要求1所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述纳米晶体(40)具有包含边界值的50nm和1μm之间的中位直径(d)和包含边界值的300nm和2μm之间的平均长度(L)。7.根据权利要求1至6中的任一项所述的光电子半导体芯片(1)，其中所述结核层(3)是金属的且透光的层或者是由金属氧化物构成的层或具有金属氧化物的层，其中所述结核层(3)的厚度最高为200nm，并且其中所述结核层(...

【专利技术属性】
技术研发人员：马丁·鲁道夫·贝林格，马库斯·布勒尔，克里斯托夫·克伦普，
申请(专利权)人：欧司朗光电半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE