用于光电子学的半导体芯片及其制造方法技术

本发明专利技术提供了一种发射辐射的半导体芯片，其具有薄膜层。在薄膜层中形成一个发射光子的有源区，该薄膜层在背对半导体芯片的发射方向的一侧上设有至少一个孔洞，通过孔洞形成了多个台面。该薄膜层设有外延式层序列，并且不设生长衬底。本发明专利技术还提供了一种用于同时制造多个用于光电子学的并设有有源薄膜层的半导体芯片的方法。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于光电子学的半导体芯片，尤其涉及发射辐射的半导 体芯片，它具有--个有源薄膜层且尤其基于Ini.x.yAlxGayP (其中0《x《l,0《y《l,x+y《l)的薄膜层，在该薄膜层中形成一个发射光子的区域，--个用于薄膜层的栽体衬底，它设置在该薄膜层的背对芯片发射方向的那侧上并与该薄膜层连接。
技术介绍
衬底本身是半导体芯片的一部分并且是薄膜层的机械支承层即薄膜 层的主要支承元件，薄膜层本身在与衬底相对的那侧上不再有自支承层。基于In,.x.yAlxGayP (其中0《x < 1,0 < y《1,x+y《1 )的薄膜层意味 着，薄膜层具有许多层，它们由搀杂或未搀杂的In^.yAlxGayP (其中0 《x《l，0《y<l,x+y<l )系材料制成。US5008718和US5367580公开了上述类型的半导体芯片。为了制造 上述类型的半导体芯片，通常通过外延方法在一个衬底上涂敷上一个有 源半导体层序列。然后，在该有源半导体层序列的表面上，固定着一个 栽体衬底。其上淀积着该半导体层序列的基底的至少一部分被去除掉。 最好在该载体衬底和该有源半导体层序列之间有一个金属反射层，使载 体村底不吸收光。这种已知的半导体芯片的一个缺点是，设置在载体衬底和有源半导 体层序列之间的金属反射层在波长短时 一般没有令人满意的反射率。尤 其是当波长短于600纳米时，作为金属反射层的金的效率越来越低，因 为反射率明显降低。当波长短于600纳米时，例如可以采用元素Al和 Ag,它们的反射率在波长短于600纳米的情况下保持比较稳定。另外，接合大面积反射层如金属反射层带来了困难。另外，由于金 属接触层的接合和合金化，还存在损害金属反射层的质量的相当大的危 险。此外，DE19807758A1公开了 一种截金字塔形半导体芯片，它在一 个上窗口层和一个下窗口层之间具有一个有源发光区。该上窗口层和该 下窗口层一起构成该截金字塔形基体。窗口层侧壁的倾斜取向使来自有 源区的光在侧面上全反射并且几乎垂直地射向截金字塔形主体的起发光 面作用的底面。这样一来，从有源区发出的光的一部分在半导体元件的 出射锥内射向表面。在这里，出射锥是指并且以下应该是指这样的锥体，即它由光线构 成，所述光线入射到出射面的入射角小于全反射临界角并且这些光线因 而没有被全反射，而是直接从半导体材料中被耦合输出。因此，出射锥 的开口角是全反射临界角的两倍。那些在出射锥外延伸的或者说以一个 比全反射临界角更大的角度击中出射面的光线被全反射。为了显著增大光输出，这种构想的前提就是上、下窗口具有最小厚度。在已知的截金字塔形半导体元件中，上、下窗口层的厚度至少为50.8微米(2millizo11)。这样的层厚仍然在可作到的范围内。但是，如果要提高已知半导体芯片的功率，则必须标定整个尺寸。在这样的情况下，很快就得到了只能通过外延方式很费事地形成的层厚。所以，这种已知 的半导体芯片通常只能技术上很费事地标定。
技术实现思路
基于这样的现有技术，本专利技术的任务是提供一种可按照薄膜技术制 造的并具有更好的光耦合输出的半导体芯片及其制造方法。根据本专利技术，通过如下所述的半导体芯片和方法来完成上述任务。 优选的实施形式和半导体芯片制造方法同时见下文。根据本专利技术的第一方面，提供了一种发射辐射的半导体芯片，其具 有薄膜层。其中，在薄膜层中形成一个发射光子的有源区，该薄膜层在 背对半导体芯片的发射方向的一侧上设有至少一个孔洞，通过孔洞形成 了多个台面。该薄膜层设有外延式层序列，并且不设生长衬底。根据本专利技术的笫二方面，提供了用于同时制造多个用于光电子学的 并设有有源薄膜层的半导体芯片的方法，其中在该薄膜层中形成一个发射光子的有源区，该方法包括步骤在一个生长衬底上使一个包舍了所 述发射光子的有源区的层序列外延式生长；在该层序列中形成至少一个 孔洞，使得在该层序列中形成多个台面；去除所述生长村底；以及沿分 离轨迹将结构化的层序列分割成多个半导体芯片。在半导体芯片的一个特别优选的实施形式中，孔洞横截面从外向内地缩小，就是说，从与载体衬底的界面向薄膜层内部地缩小，孔洞的深 度大于薄膜层一半厚度。孔洞或由孔洞形成的许多台面一方面有利地造成薄膜层在其连接到 载体衬底上的连接侧上具有压紧面，该压紧面与芯片的整个横截面相比 很小。这带来了以下优点，即在缩小的压紧面区域内，可以产生比较大 的局部压力，该压力促进了村底和薄膜层的可靠连接，但同时，对薄膜 层的施压可保持得足够小，以便尽可能地消除薄膜层在与载体衬底连接 时受损的危险。另一方面，可供使用的连接面因有孔洞而增大，这也能够导致载体 衬底与薄膜层之间连接的改善。此外，孔洞用于容纳多余的粘合剂或焊 料，这有利地使得其定量变得不太重要。此外，通过孔洞而有利地提供了这样的侧面，即在这些侧面上，部 分来自有源区的辐射被转向，从而这部分辐射在出射锥内击中有源薄膜 层的背对载体村底的出射面。与现有技术相比，在本专利技术的半导体芯片 中，在台面的侧面上的反射至少部分代替了在一个连续的平面反射层上 的反射。在这里有利的是，侧面尽可能深地突入薄膜层中以便使尽可能多的 来自有源区的并且没有直接击中出射面并在那里耦合输出的辐射如此(甚 至多次)反射即转向，即这部分辐射以一个在出射锥内的角度击中出射 面。实验表明，当孔洞深度大于薄膜层厚度的一半时，耦合输出效率明 显提高。在本专利技术的 一 个实施形式中，孔洞的深度能够使有源薄膜层的有源 区净支孔洞分断开。事实证明，其有源区通过一个从固定側起开设于有源薄膜层中的孔 洞被分断开的半导体芯片具有特别高的光输出。因为在这种情况下，不 仅是射向固定侧的光子，而且至少 一部分射向有源薄膜层出射面的光子 通过在台面的側面上的反射而以一个位于出射锥内的角度转向出射面中出射面并且可以离开半导体芯片。在另一个优选实施形式中，薄膜层是如此构成的，即从有源区发出的光子的至少 一条轨迹从当时的台面通向其中 一个相邻的台面。通过使台面光学耦合，没有在原台面的其中一个側面上反射的光子进入其中 一个相邻台面中并在那里在当时的台面的側面上4^如此反射，即这部分光子在出射锥内击中出射面。另外，在本专利技术的一个有利的实施方式中，台面配备有凹侧面。 通过这些措施，辐射的走向是这样的，即它们首先在出射面上反射并且随后每次相对出射面更陡地在一个台面的一側面上继续反射，从而这些辐射最终在出射锥内击中出射面。在另一个优选实施形式中，这些台面被一个反射层覆盖住。 通过这个措施，全部击中台面侧面的光辐射被转向半导体芯片的出射侧。附图说明从以下结合附图描述的实施例中，得到了本专利技术的半导体芯片的和本专利技术方法的其它有利实施形式，其中图1是本专利技术半导体芯片的横截面示意图；图2是本专利技术半导体芯片的另一个实施例的横截面示意图，其中有 源区分别设置在截金字塔形台面内；图3是本专利技术半导体芯片的横截面示意图，该半导体芯片配备有具 有凹侧面的台面；图4是一曲线图，它示出了本专利技术半导体芯片的光输出与传统半导 体芯片相比升高的情况；图5是一个台面的横截面示意图，该台面由一个下方的扁截锥和一 个上方的陡截锥构成；图6a-6d是台面的不同横截面形状的示意图和一曲线图，该曲线图示 出了耦合本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发射辐射的半导体芯片，其具有薄膜层，其中，在该薄膜层中形成一个发射光子的有源区，所述薄膜层在背对半导体芯片的发射方向的一侧上设有至少一个孔洞，通过所述孔洞形成了多个台面，和所述薄膜层设有外延式层序列，并且不设生长衬底。

【技术特征摘要】
DE 2000-8-8 10038671.7;DE 2000-11-30 10059532.41.一种发射辐射的半导体芯片，其具有薄膜层，其中，在该薄膜层中形成一个发射光子的有源区，所述薄膜层在背对半导体芯片的发射方向的一侧上设有至少一个孔洞，通过所述孔洞形成了多个台面，和所述薄膜层设有外延式层序列，并且不设生长衬底。2. 如权利要求1所述的半导体芯片，其特征在于，所述半导体芯片设有用于薄膜层的载体衬底，所述载体村底布置在所述薄膜层的背离发 射方向的 一侧上并与这一侧相连。3. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，孔洞(8)的横 截面随着离开载体村底(l)而变小。4. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，该有源薄膜 层具有一个基于In,.x.yAlxGayP的层序列，其中0《x《1, 0《y《l且x+y 《1。5. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，孑L洞(8)的深 度形成为使得有源区(3)被孔洞分断开。6. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，孑L洞(8)的深 度形成为使得有源区(3)不被孔洞分断开。7. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，所述台面(4) 通过只在构成薄膜层(2)的辐射产生区域内形成的多个孔洞(8)来形成。8. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，由有源区(3) 发出的光子的至少一条轨迹(18)从各个台面(4)通向相邻的台面(4)中之9. 如权利要求2所述的半导体芯片，其特征在于，台面(4)向着载体 衬底逐渐缩小。10. 如权利要求9所述的半导体芯片，其特征在于，台面(4)具有凹 侧面(13)。11, 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，台面(4)呈 截头金字塔形。12.如权利要求5所述的半导体芯片，其特征在于，所述薄膜层设 有与所述台面邻接的连接层，并且所述有源区(3)设置在所述台面(4)的与 覆层(5)相邻的那一半中。13. 如权利要求7所述的半导体芯片，其特征在于，所述薄膜层设 有与所述台面邻接的连接层，并且覆层(5)对由有源区(3)发出的光子是尽 可能透明的。14. 如权利要求7所述的半导体芯片，其特征在于，所迷薄膜层设 有与所述台面邻接的连接层，并且覆层(5)是高度搀杂的。15. 如权利要求1或2所述的半导体芯片，其特征在于，台面(4)被 反射层(9,10)覆盖住。16. 如权利要求15所述的半导体芯片，其特征在于，该反射层具有 垫有绝缘层(9)的金属化层(10)。17. 如权利要求1或2...

【专利技术属性】
技术研发人员：S伊莱克，A普勒斯尔，K施特罗伊贝尔，W维格莱特，R维尔斯，
申请(专利权)人：奥斯兰姆奥普托半导体有限责任公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]