产生辐射的半导体芯片和发光二极管制造技术

本发明专利技术提出了高功率发光二极管用的半导体芯片（１），其纵侧比其横侧长得多，从而明显地提高了光输出。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种产生辐射的半导体芯片，该芯片具有一个包括一个产生辐射区域的有源层以及具有侧向界定该有源层的延伸方向内的半导体的横侧和纵侧。此外，本专利技术涉及一个用这种半导体芯片制成的发光二极管。
技术介绍
这种半导体芯片可从Song Jae lee和Seok Won Song发表的题为“基于几何变形的芯片的发光二极管的有效改进(EfficiencyImprovement in Light-Emitting Diodes Based on GeometricallyDeformed Chips)”的文章中得知，见SPIE会议录III关于发光二极管研究、制造和应用，圣约瑟，加利福利亚，1999年1月，237～248页。该文描述的一种半导体芯片的半导体本体具有一层下覆盖层、一个有源区和一层上覆盖层。在一种实施形式中，该半导体芯片做成具有一个菱形的基面。在这种菱形基面的情况下，从有源区射出的光束至少在侧面上几次全反射以后才以一个小于全射极限角的角度射到一个侧面上。由于半导体芯片的吸收，发光效率是有限的。公知的半导体芯片用于高光功率的场合会产生许多困难。因为高的光功率需要大电流通过半导体芯片。其中，光功率和需要的电流强度之间存在一种非线性的关系。亦即需要的电流强度随光功率的增加而超比例地增加。所以横截面面积的每单位面积产生的热随半导体芯片的光功率的增加而超比例地增加。为了限制热负荷，必须通过增加横截面面积来降低电流密度。因此，具体高光功率的半导体芯片一般都具有特别大的横截面面积。但在半导体芯片的厚度不变的情况下，这会导致这样的后果从产生光线的有源区的光点看去，只在一个较小的立体角下露出半导体芯片的侧面。所以，按百分率计，只有很少的光束直接射到半导体芯片的侧面上。虽然原则上可通过按比例增加半导体芯片横截面尺寸的厚度，从而获得大的侧面来消除此缺陷，但由于工艺上的原因，这是难于实现的。此外，例如在市场上只能买到具有预定厚度的衬底。
技术实现思路
本专利技术的目的是，提出一种适用于高辐射功率的半导体芯片来改善半导体芯片内产生的辐射的输出。此外，本专利技术的目的是提出一种具好改善辐射效率的发光元件。根据本专利技术，这个目的是通过至少一个作为输出面用的半导体芯片的纵侧在有源区的延伸方向内比一个横侧长来实现的。为了获得一个适用于高光功率的半导体芯片，首先需要选用很大的侧向横截面来散掉产生的损耗热量。这里所谓的横向横截面是指一个沿着有源区延伸的横截面的面积。特别是在一种具有很小导热率的材料时，该横向横截面必须选择得很大，才能导散在有源区内产生的损耗热量。通过纵侧相对于横侧的延长可影响横截面面积与侧面积之和的比例。特别是通过纵侧相对于横侧的延长可降低横截面面积与侧面积之和的比例。这样横截面面积与光线输出的侧面积之和的比例就变得有利得多。所以与纵侧和横侧同等延长的情况比较，从有源区看去，纵侧暴露在一个较大的立体角下面。因而直接射到一个侧面上的辐射的百分率较高，辐射在半导体芯片中通过的光程也因此变得较短。所以辐射中途被一个侧面吸收的几率较小。由于这些原因，纵侧比横侧长的半导体芯片在相同横截面面积时比具有相同长度侧面的半导体芯片具有较好的辐射效率。在一个优选的实施形式中，有源区位于一个有源层内，该有源层布置在一个辐射能穿透的衬底上，该衬底朝该有源层对面的衬底的基面方向呈锥形缩小。由于从有源层发出的辐射可通过辐射能穿透的衬底，而且一般都在一个小于全反射角的角度下入射到倾斜的纵侧上，所以从有源层看去，侧面被暴露在一个增大的立体角下面，从而导致特别高的发光效率。附图说明下面结合附图来详细说明本专利技术。其中图1a和b本专利技术半导体芯片的一个横截面和一个纵截面的示意图；图2a和b一只发光二极管的横截面和一只发光二极管的俯视图的示意图，该发光二极管装有图1a和b的半导体芯片；图3a和b 另一只发光二极管的横截面和另一只发光二极管的俯视图的示意图，该发光二极管配有图1a和b的半导体芯片；图4一个设置了一层接触层的半导体芯片的示意放大俯视图；图5另一个半导体芯片的横截面示意图；图6一种变型的半导体芯片的一个横截面示意图；图7另一个变型的半导体芯片的一个横截面示意图。具体实施例方式图1a表示一个具有一层有源层2的半导体芯片1的横截面。有源层2一般为一层含有一个辐射区的导电层或最好在一个多层结构内的层序列。有源层2设置在一个衬底3上，来自有源层2的辐射可以穿透该衬底。此外，还有例如作为接触层用的一层下覆盖层4和一层上覆盖层5。半导体芯片1具有纵侧6。该衬底一般被一种介质包围，这种介质的折射率比该衬底的折射率小。由于在衬底侧面上例如图1a中纵侧6上的全反射，所以只有那些在一个小于从衬底过渡到相邻介质时的全反射极限角的角度下从衬底射到侧面上的光线才可通过侧面。这个角度在下面也简称为全反射角。所以，在输出到一个衬底侧面上时，从一个光点发出的光束必须在一个光出射锥体中延伸，该锥体的中轴线是通过该光点延伸的衬底侧面的平面垂线。该光出射锥体的张角是全反射角的二倍。当从光点发出的光束在这个光出射锥体之外延伸时，则这些光束便全反射在相应的衬底侧面上。在图1a所示的情况中，从有源层2的一个发出辐射的光点7起，由衬底3形成的纵侧6的区域都暴露在一个立体角ω1下面。这个立体角ω1如此之大，以致全部从光点发出的并在位于衬底3中的光出射锥体8的部分以内延伸的光束都射到纵侧6上并输出。图1b表示半导体芯片1的纵截面。从光点7起，由衬底3形成的横侧9的区域都暴露在一个立体角ωq下面。立体角ωq比立体角ω1小得多，从光点7起，纵侧6暴露在立体角ω1下面。特别是ω1如此之小，以致在位于衬底中的光出射锥体部分内延伸的、可输出的光束的一部分射到下覆盖层4上而不被输出。虽然原则上可把衬底3的厚度增加到使光出射锥体8以内的全部光束都射到横侧9上。但由于实际原因，这种可能性受到了很大的限制，因为市售的衬底3都是预先给定了厚度的，所以不可能任意选择衬底3的厚度。因此，如果纵侧6选择得尽量长一些，乃是有好处的。此外，横侧9应至少选择这样短，使在光出射锥体8中位于离一个纵侧6最远的光点发出的光束可直接射到该纵侧6上。通过纵侧6相对于横侧9的增加可获得侧面积与有源面积的有利比例。这里所谓的有源面积是指有源层2的面积。在相同有源面积的情况下，在纵侧6和横侧9的长度不同时的侧面积与有源面积之比大于在纵侧6和横侧9的长度相同时的侧面积与有源面积之比。在衬底中的光出射锥体8的部分以内延伸的光束可无阻碍地射到纵侧6上以及侧面积与有源面积的有利比例这一事实导致了这样的结果半导体芯片1具有通过大电流负荷的能力而又同时具有良好的辐射输出的特点。图2a和b分别表示一个装有半导体芯片1的发光二极管元件10的横截面和俯视图。纵向延伸的半导体芯片1平行并排布置、其纵侧的长度与横侧的长度之比至少为10∶1，所以总体上讲，发光二极管10具有一个大致呈方形的基面。在这些半导体芯片1之间设置有隔离壁11。半导体芯片1和隔离壁11用一个管座12盖住。半导体芯片1、隔离壁11和管座12布置在一个共同的载体13上并由一个例如用一种塑料制成的透镜体14覆盖。隔离壁11和管座12用来把半导体芯片1侧向发射的辐射离开载体13偏转到透镜体14中。通过隔离本文档来自技高网...

【技术保护点】
产生辐射的半导体芯片，具有一层包括一个发射电磁辐射的区域的有源层（２）和一个该辐射能穿透的衬底（３），在该衬底上设置该有源层，该半导体芯片具有横侧（９）和纵侧（６），它们侧向界定有源区延伸方向上的半导体芯片，并通过它们输出该辐射的至少一部分，其特征为，至少一个作为输出面用的纵侧（６）在该有源区的延伸方向内比一个横侧（９）长。

【技术特征摘要】
DE 2000-8-11 10039433.71.产生辐射的半导体芯片，具有一层包括一个发射电磁辐射的区域的有源层(2)和一个该辐射能穿透的衬底(3)，在该衬底上设置该有源层，该半导体芯片具有横侧(9)和纵侧(6)，它们侧向界定有源区延伸方向上的半导体芯片，并通过它们输出该辐射的至少一部分，其特征为，至少一个作为输出面用的纵侧(6)在该有源区的延伸方向内比一个横侧(9)长。2.按权利要求1的半导体芯片，其特征为，该半导体芯片具有一个包括有源层(2)的多层结构(27)，该多层结构布置在衬底(3)上。3.按权利要求1或2的半导体芯片，其特征为，纵侧(6)和横侧(9)界定有源层(2)在其侧向内的延伸。4.按权利要求1至3任一项的半导体芯片，其特征为，作为输出面用的纵侧(6)在有源层(2)的延伸方向上至少两倍于横侧(9)的长度。5.按权利要求1至3任一项的半导体芯片，其特征为，作为输出面用的纵侧(6)在有源层(2)的延伸方向上至少具有一个横侧(9)的10倍的长度。6.按权利要求1至5任一项的半导体芯片，其特征为，衬底(3)作成平行六面体。7.按权利要求1至6任一项的半导体芯片，其特征为，半导体芯片(3)朝有源层(2)对面的基面方向呈锥形缩小。8.按权利要求7的半导...

【专利技术属性】
技术研发人员：J保尔，D埃泽尔特，M费雷尔，B哈恩，V海勒，U雅各布，W普拉斯，U斯特劳斯，J维尔克尔，U策恩德尔，
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]