辐射发射的半导体芯片及其制造方法技术

本发明专利技术涉及一种方法，用于将用于薄膜发光二极管芯片的半导体层序列的辐射发射的面微结构化，其包括以下步骤：（ａ）在衬底上生长半导体层序列；（ｂ）将反射器层（７）施加或者构造在半导体层序列上，反射器层将在半导体层序列工作时在半导体层序列中所产生的、并朝向反射器层的辐射的至少一部分反射回半导体层序列中；（ｃ）借助剥离方法将半导体层序列与衬底分离，其中半导体层序列中的分离区至少部分地被分解，使得分离区的组成部分的各向异性的残留物（２０）、特别是分离层的金属组成部分的残留物残留在与衬底分离的半导体层序列的分离面上；以及（ｄ）刻蚀半导体层序列的带有残留物的分离面，其中各向异性的残留物至少临时被用作刻蚀掩模。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术处于辐射发射的半导体芯片的微结构化的领域。本专利技术涉及产生辐射的半导体层序列的辐射发射面的粗化、特别是薄膜发光二极管芯片的辐射发射的半导体层序列的辐射输出耦合面的粗化。薄膜发光二极管芯片的特色尤其在于以下独特的特征-在薄膜发光二极管芯片的产生辐射的外延层序列的朝向支承元件的第一主面上施加或者构造有反射的层，该反射的层将外延层序列中所产生的电磁辐射的至少一部分反射回该外延层序列中；-外延层序列具有20μm或者更小范围内的厚度，特别是具有10μm范围内的厚度；以及-在产生辐射的外延层序列的背离反射的层的第二主面上，该外延层序列具有充分混合结构(Durchmischungsstruktur)，在理想情况下该充分混合结构导致光在外延的外延层序列中近似各态历经地分布，即外延层序列具有尽可能各态历经的随机散射特性。例如在I.Schnitzer等人所著的Appl.Phys.Lett.63(16)，1993年10月18日，2174-2176页中说明了薄膜发光二极管芯片的基本原理，在此将其公开内容通过引用纳入本文。薄膜发光二极管芯片的发射区基本上限制在极薄的外延层序列的正面的、结构化的输出耦合面上，由此近似产生朗伯特(Lambert’schen)表面辐射器的特性。本专利技术的任务在于提供了一种用于制造微结构化的改进方法，以及提供了一种具有改进的光输出耦合的薄膜发光二极管芯片。该任务通过具有权利要求1所述特征的方法以及通过具有权利要求7所述特征的方法来解决。根据该方法所制造的薄膜发光二极管芯片是权利要求32的主题。在从属权利要求中说明了该方法或薄膜发光二极管芯片的一些有利的实施形式和优选的改进方案。根据作为本专利技术的基础的技术规范的方法特别优选地适合于具有这样的外延层序列的薄膜发光二极管芯片，该外延层序列基于氮化物-化合物半导体材料，特别是基于由氮化物-化合物半导体材料系InxAlyGa1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)构成的半导体材料。目前，特别是这些半导体层序列属于基于氮化物-化合物半导体材料的半导体层序列的族，在这些半导体层序列中，通常具有由不同单个层构成的层序列的、外延地制造的半导体层包含至少一个单个层，该单个层包括由氮化物-化合物半导体材料系InxAlyGa1-x-yN(其中0≤x≤1，0≤y≤1且x+y≤1)构成的材料。一种这样的半导体层序列例如可以具有传统的pn结、双异质结构、单量子阱结构(SQW-Struktur)或者多量子阱结构(MQW-Struktur)。这些结构是本领域技术人员所公知的，因而在此未更进一步地解释。在WO 01/39282A2中说明了一个基于GaN的多量子阱结构的例子，在此将其公开内容通过引用纳入本文。一种根据本专利技术的、用于将用于薄膜发光二极管芯片的半导体层序列辐射发射的面微结构化的方法建立在这样的基本思想上，即在半导体层序列在生长条件方面最大程度优化过的生长衬底上外延生长之后，和在将反射器层构造或者施加到半导体层序列上之后，将该半导体层序列与生长衬底分离。在半导体层序列的至少部分被分解的分离区中这样地实现分离，使得在半导体层序列的与衬底分开的分离面上，残留有分离区的组成部分的各向异性的残留物，特别是分离层的金属组成部分的残留物。接着，在使用残留物作为刻蚀掩膜的预刻蚀步骤中，借助干刻蚀方法、借助气态刻蚀剂或者借助湿化学刻蚀剂，将其上存在残留物的半导体层序列的分离面材料去除地刻蚀。优选的是，在此同时将残留物至少大部分地清除，即各向异性残留物仅仅临时作为刻蚀掩膜。在分离步骤之后，残留物通常作为具有变化的厚度的连续层而残留在分离面上，或者已经具有一些带间隙的岛状或者网状区，在这些间隙中已露出半导体层序列的表面。接着在预刻蚀步骤中，根据残留物的层厚度而不同强度地刻蚀半导体层序列，使得形成半导体层序列的分离面的粗化。在一种优选实施形式中，露出半导体层序的不同晶体小面(Kristallfacetten)。特别有利的是，在预刻蚀分离面之后，利用湿化学或者气态刻蚀剂借助后刻蚀步骤来处理分离面，该刻蚀剂主要在晶体缺陷上刻蚀并且选择性地刻蚀在半导体层序列的分离面上的不同的晶体小面。对此特别优选的是，湿化学刻蚀剂包含KOH。腐蚀性气体如H或者Cl例如适合作为气态刻蚀剂。优选的是，在提高温度的情况下，特别是高于或者等于800℃的情况下，使用H作为刻蚀气体。对于这种情况，即在半导体层序列与生长衬底分离时，仅无关紧要的残留物残留在分离面上和/或可利用这样的刻蚀剂来去除这些残留物的至少绝大部分，其中该刻蚀剂主要在半导体层序列的晶体缺陷上刻蚀并且选择性地刻蚀分离面上的不同的晶体小面，则可以省去上面所说明的预刻蚀步骤。在具有氮化物-化合物半导体材料的分离区中，优选这样地分解该分离区，使得产生气态氮。为此特别优选的是，激光剥离方法(也简称为Laser-Liftoff)适合作为分离方法。例如在WO 98/14986 A1中已阐述了这样的激光剥离方法，在此将其公开内容通过引用纳入本文。替代地，可以使用另一分离方法，在该分离方法中，分离层的组成部分的残留物、特别是分离层的金属组成部分的各向异性的残留物残留在分离面上。有利的是，与从衬底层来看而设置在分离面后的半导体层序列的部分相比，半导体层序列在分离面上具有提高的缺陷密度。优选地，分离区处于生长衬底与半导体层序列的产生辐射的区域之间的缓冲层中。缓冲层是半导体层序列朝着衬底的半导体层，该半导体层基本上用于制造最佳生长表面，该生长表面用于随后的、半导体层序列的功能层(例如多量子阱结构)的生长。一个这样的缓冲层例如补偿了衬底的晶格常数与半导体层序列的晶格常数之间的不同以及衬底的晶体缺陷。借助缓冲层同样可以有针对性地调节用于生长半导体层序列的扭曲状态(Verspannungszustaende)。分离区特别优选地主要具有GaN并且在半导体层序列的分离面上优选地遗留有由金属Ga构成的各向异性的残留物。半导体层序列的其中存在分离区的那个区域优选设置有在1×1018cm-3与1×1019cm-3之间的掺杂材料浓度，该范围包括两个端值。在这种情况下，半导体层序列在其分离面上有利地具有在1×1018cm-3与1×1020cm-3之间的掺杂材料浓度，该范围包含两个端值。这简化了在半导体层序列上的电阻接触的构造。如果该区域主要基于GaN，则优选使用Si作为掺杂材料。在另一优选实施形式中，分离区包含AlGaN，其Al含量被这样地选择，使得AlGaN在半导体层序列与生长衬底分离时被分解，并且Al被烧结到半导体层序列中。Al含量为此优选地在大约1％与大约10％之间，特别是在大约1％和大约7％之间。为了制造Al-n接触(Al-n-Kontakt)，Al在分离过程中优选被熔化并烧结到半导体层序列中。特别优选的是，为此使用激光剥离方法，其中该激光具有小于360nm范围内的波长，优选在350nm与355nm之间的波长，该范围包含两个端值。在该方法的一种有利的扩展方案中，分离区具有GaN层，从衬底看，AlGaN层连接在GaN层上。在半导体层序列与生长衬底分离时，整个GaN层和AlGaN层的一部分被分解。这带来了这样的优点，即当出于层质量的原因或者出于其它原因而必要时，可以首本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种方法，用于将用于薄膜发光二极管芯片的半导体层序列的辐射发射的面、特别是基于氮化物－化合物半导体材料的辐射发射的半导体层序列的辐射发射的面微结构化，所述方法具有以下方法步骤：（ａ）在衬底上生长所述半导体层序列；（ｂ）将反射 器层施加或者构造在所述半导体层序列上，所述反射器层将在所述半导体层序列工作时在所述半导体层序列中所产生的、并且朝向所述反射器层的辐射的至少一部分反射回所述半导体层序列中；（ｃ）借助剥离方法将所述半导体层序列与所述衬底分离，其中在所述 半导体层序列中的分离区至少部分地被这样地分解，使得所述分离区的组成部分的各向异性的残留物、特别是分离层的金属组成部分的残留物残留在与所述衬底分离的所述半导体层序列的分离面上；以及（ｄ）借助干刻蚀方法、借助气态刻蚀剂或者借助湿化学刻蚀 剂来刻蚀所述半导体层序列的设置有残留物的分离面，其中所述各向异性的残留物至少临时地被用作刻蚀掩模。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种方法，用于将用于薄膜发光二极管芯片的半导体层序列的辐射发射的面、特别是基于氮化物-化合物半导体材料的辐射发射的半导体层序列的辐射发射的面微结构化，所述方法具有以下方法步骤(a)在衬底上生长所述半导体层序列；(b)将反射器层施加或者构造在所述半导体层序列上，所述反射器层将在所述半导体层序列工作时在所述半导体层序列中所产生的、并且朝向所述反射器层的辐射的至少一部分反射回所述半导体层序列中；(c)借助剥离方法将所述半导体层序列与所述衬底分离，其中在所述半导体层序列中的分离区至少部分地被这样地分解，使得所述分离区的组成部分的各向异性的残留物、特别是分离层的金属组成部分的残留物残留在与所述衬底分离的所述半导体层序列的分离面上；以及(d)借助干刻蚀方法、借助气态刻蚀剂或者借助湿化学刻蚀剂来刻蚀所述半导体层序列的设置有残留物的分离面，其中所述各向异性的残留物至少临时地被用作刻蚀掩模。2.根据权利要求1所述的方法，其中在步骤(d)中不仅所述分离区的残留物被材料去除地刻蚀，而且所述半导体层序列在其分离面上也被材料去除地刻蚀。3.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中在步骤(d)中使所述半导体层序列的不同晶体小面露出。4.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中所述湿化学刻蚀剂含有KOH，优选地含有稀释形式的KOH，或者所述气态刻蚀剂含有腐蚀性气体，特别是H或者Cl。5.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中在方法步骤(d)之后，被刻蚀的所述分离面用另一湿化学刻蚀剂或者气态刻蚀剂来处理，所述刻蚀剂主要在晶体缺陷上刻蚀并且选择性地刻蚀在所述半导体层序列的所述分离面上的不同的晶体小面。6.根据权利要求5所述的方法，其中所述另外的湿化学刻蚀剂含有KOH，优选为浓缩形式的KOH，或者所述气态刻蚀剂含有腐蚀性气体，特别是H或者Cl。7.一种方法，用于将用于薄膜发光二极管芯片的半导体层序列辐射发射的面、特别是基于氮化物-化合物半导体材料的辐射发射的半导体层序列的辐射发射的面微结构化，所述方法具有以下方法步骤(a)在衬底上生长所述半导体层序列；(b)将反射器层构造或者施加在所述半导体层序列上，所述反射器层将在所述半导体层序列工作时在所述半导体层序列中所产生的、并且朝向所述反射器层的辐射的至少一部分反射回所述半导体层序列中；(c)将所述半导体层序列与所述衬底分离，其中由所述半导体层序列的化合物半导体材料构成的分离区至少部分地被分解，以及(d)利用刻蚀剂来刻蚀与所述衬底分离的所述半导体层序列的所述分离面，所述刻蚀剂主要在晶体缺陷上刻蚀并且选择性地刻蚀在所述分离面上的不同的晶体小面。8.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤(d)中所述刻蚀剂含有KOH，优选地含有浓缩形式的KOH。9.根据权利要求7所述的方法，其中在步骤(d)中所述刻蚀剂含有腐蚀性气体，特别是H或者Cl。10.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中在步骤(c)中，在所述分离区中这样将所述半导体层序列的氮化物-化合物半导体材料分解，使得形成气态氮。11.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中所述剥离方法是激光剥离方法。12.根据上述权利要求中的至少一项所述的方法，其中与从所述衬底看、所述半导体层序列的设置在所述分离面后的部分相比，所述半导体层序列在所述分离面上具有增大的缺陷密度。13.根据权利要求12所述的方法，其中所述分离区位于其中的所述半导体层序列的区域是缓冲层。14.根据上述权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：贝特霍尔德哈恩，斯特凡凯泽，福尔克尔黑勒，
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]