專利名稱：產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體芯片的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有一層發(fā)光活性層的產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體芯片。
背景技術(shù)：
DE 198 07 758 A1公開了這種半導(dǎo)體芯片，該導(dǎo)體芯片具有一個設(shè)置在一襯底上的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，該異質(zhì)結(jié)構(gòu)具有若干p型和n型摻雜外延層。沿p型和n型外延層之間的界面構(gòu)成一層活性層，在該活性層中產(chǎn)生光子。
為了改善這種公知的半導(dǎo)體芯片的光輸出，該半導(dǎo)體芯片做成棱錐形。通過傾斜的側(cè)面確保了由該活性層產(chǎn)生的光線在少量反射到側(cè)面上后，都可離開該半導(dǎo)體芯片。
這種公知的半導(dǎo)體芯片的一個缺點是，發(fā)光效率沒有根據(jù)幾何比例和折射率預(yù)期的那么高，其主要原因是由于光束通過材料和反射到側(cè)面上的吸收損耗所致。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，根據(jù)這個先有技術(shù)提出一種具有改善的光輸出的半導(dǎo)體芯片。
根據(jù)本發(fā)明，這個目的是這樣實現(xiàn)的，該活性層被分成許多區(qū)段，這些區(qū)段具有垂直于該活性層延伸的側(cè)面。
通過把該活性層分成許多區(qū)段，擴(kuò)大了側(cè)面的總面積。此外，從活性層的每一個發(fā)光點看去，在一個較大的空間角下面都露出相應(yīng)的最近的側(cè)面。所以從活性層的發(fā)光點射出的光束的大部分可直接射到一個側(cè)面上并在該處從該半導(dǎo)體芯片射出。
通過把該活性層分成許多區(qū)段雖然損失了整個用于發(fā)光的活性層的很小一部分，但因此而明顯提高了光輸出。所以總的來說，通過提出的種種措施提高了發(fā)光效率。


下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的實施例。附圖表示圖1a和b常規(guī)半導(dǎo)體芯片的活性層內(nèi)的光束的走向；圖1c和d本發(fā)明半導(dǎo)體芯片內(nèi)的光束的走向；圖2半導(dǎo)體芯片的一個改進(jìn)實施例的一個橫截面，此時活性層內(nèi)的切口具有傾斜的側(cè)面；圖3另一個改進(jìn)實施例的一個橫截面，此時活性層內(nèi)的切口具有側(cè)面凹進(jìn)去的部分；圖4又一個實施例的一個橫截面，此時活性層由許多相互傾斜的、平面的區(qū)段組成；圖5圖3橫截面的放大部分圖；圖6至8 本發(fā)明各一個半導(dǎo)體芯片的俯視圖。
具體實施例方式
圖1a表示一個常規(guī)的光電子半導(dǎo)體芯片1，該芯片設(shè)置在一個具有一主面的襯底2上，在該襯底上有一層活性層3。
在活性層3設(shè)置有接觸點4，這些接觸點4也導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片1的損耗。例如一個從活性層3內(nèi)部的一個發(fā)光點6發(fā)出的光束5首先反射到一個下側(cè)7，然后反射到一個表面8。其中，光束5射到接觸點4的下側(cè)并在該處被部分吸收。這同樣適用于下側(cè)7和表面8的反射。每次反射都導(dǎo)致光束5的強(qiáng)度的一部分的損耗。此外，在通過活性層3的材料時也有損耗。所以從活性層3的一個側(cè)面9射出的光束5已被明顯減弱。
此外，從發(fā)光點6發(fā)出的光線只以一個較小的空間角部分直接射到側(cè)面9，這可從圖1b一目了然。從發(fā)光點6看出，側(cè)面9暴露在那些位于空間角范圍以外的光束都或多或少地反射到活性層3的下側(cè)7和上側(cè)8并由此減弱了它們的強(qiáng)度。
為了提高光輸出，在圖1c和1d所示的半導(dǎo)體芯片10中設(shè)置一些切入活性層3的切口11，通過這些切口把活性層3分成若干部分區(qū)段12。
本發(fā)明的活性層是指半導(dǎo)體芯片1的那些有助于發(fā)光的層。這些層不但包括那些發(fā)光的區(qū)域，而且也包括鄰接的載流層。此外，在襯底(2)上可設(shè)置一個層序列，這個層序列含有該活性層(3)。這個層序列的其他各層例如可用于活性層的接通、晶格匹配、電流導(dǎo)通或光場的導(dǎo)引。
為簡化起見，在附圖的襯底上只示出了一層3，該層在下面簡稱為活性層。也可理解為一個包括該活性層的層序列，這個層序列組成圖中的層3。
此外，還應(yīng)當(dāng)指出，本發(fā)明光束的概念不只是指在可見波長范圍內(nèi)具有波長的光束。確切地說，這里提出的概念原是上適用于任何一種電磁輻射，特別是適用于紅外線到紫外線的整個光譜范圍內(nèi)的光線。所以，在幾何光學(xué)范圍內(nèi)使用的光束概念不應(yīng)當(dāng)包含電磁輻射的一定的波長。
活性層3的區(qū)段例如在該活性層的俯視圖中可呈瓷磚狀布置。這里可理解為按一個重復(fù)的圖案在活性層的平面內(nèi)的一個平面布置。
根據(jù)本發(fā)明，作為這個層序列尤其是這個活性層3的材料最好用GaN基半導(dǎo)體材料，例如GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。這些層序列可用外延法制成，其中作為外延襯底優(yōu)先使用SiC襯底、藍(lán)寶石襯底或Si襯底以及由此形成的復(fù)合襯底。
通過把活性層3分成許多區(qū)段保證了從發(fā)光點6發(fā)出的光束5在光量反射后射到切口11的側(cè)面13之一上。由于這些區(qū)段12的小面積的延伸，所以從發(fā)光點6看去，這些側(cè)面13暴露在一個大的空間角下面。這就是說，從發(fā)光點6發(fā)出的光線的相當(dāng)大的部分都直接射到側(cè)面13上并在該處向外發(fā)射。這尤其可從圖1d清楚看出。
從切口11輸出的光線應(yīng)當(dāng)盡可能不在對應(yīng)的側(cè)面13上重新輸入活性層3。這個目的可通過切口11的側(cè)面13的特殊造型來實現(xiàn)。
這些側(cè)面13例如可做成傾斜的，如圖2所示。一個在活性層3的主延伸方向傳播的即基本上平行于一個通過活性層3確定的層平面延伸的光束14在穿過側(cè)面13時朝切口11的一個底部15的方向反射，這個光束下面稱為主光束14。在底部15，主光束14射到襯底2上并在該處反射。如果切口11足夠?qū)?，光?4則可輸出。這特別意味著光束14離開半導(dǎo)體芯片，而不再進(jìn)入層序列或射到活性層3上。
所以在圖2所示的半導(dǎo)體芯片16時，不存在從活性層3發(fā)出的光束重新輸入活性層3的危險。
圖3表示另一種可能性。在圖3所示的半導(dǎo)體芯片17時，切口從襯底開始朝活性層的襯底對應(yīng)一側(cè)的方向逐漸縮小。這里的切口11側(cè)向凹進(jìn)很多，所以主光束14在側(cè)面13上可達(dá)到全反射。該側(cè)面的傾斜度是這樣選擇的，使側(cè)面13上的主光束14以一個大的角度尤其是以一個直角射到表面8上并在該處發(fā)射。
最后，還存在活性層3由相互傾斜的、平的區(qū)段18組成的可能性。在活性層3的這種布置時，一個區(qū)段18的側(cè)面由相鄰區(qū)段18之一的上側(cè)8或下側(cè)7構(gòu)成。為了在上側(cè)8或下側(cè)7上不產(chǎn)生全反射，傾斜角7必須大于全反射的臨界角，其中全反射的臨界角通過sinαc＝n2/n1確定。式中n2為與活性層3鄰接的介質(zhì)的折射率，n1為活性層3的折射率。
圖5表示切口11象圖3那樣側(cè)凹的情況。在這種情況中，切口11的側(cè)面角α1介于0°和全反射的臨界角αc之間。所以這種情況中，主光束14在上側(cè)B的方向內(nèi)折射。為了阻止主光束14射到相對的側(cè)面13上，切口11的寬度必須選擇足夠大。從圖5可清楚看出為此提出的這個條件，即切口11的寬度b必須為b≥h2tan(a2-a1)]]>令sinα1=n1n2sinα2]]>式中h為活性層3的厚度，α1和α2分別為側(cè)面13的平面垂線與入射光束14與出射光束14之間的角度，n1和n2分別為活性層13和切口11的折射率。就這樣實現(xiàn)了該光束在該切口的側(cè)面上產(chǎn)生折射并隨即離開半導(dǎo)體芯片。這特別意味著該光束不再射入該層序列。
切口11的面積結(jié)構(gòu)可考慮用不同的形狀。圖6和7表示兩種可能性圖6表示切口11做成十字狀，圖7表示切口做成另一種安德列斯十字形(Andreas kreuz)。
這里所述的措施也可與其他的措施組合來提高光輸出。例如側(cè)面9以及上側(cè)8可進(jìn)行適當(dāng)?shù)拇蛎幚怼４送?，?cè)面13和上側(cè)8可設(shè)置溝槽或類似的不平度來提高光輸出；這種實施例如圖8所示，在該處，活性層的俯視圖呈郵票狀。
權(quán)利要求
1.產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體芯片，包括一個具有一主面的襯底(2)和一個布置在襯底(2)的主面上的層序列，該層序列包括一層輻射的活性層(3)，其特征為，活性層(3)被分成許多區(qū)段(12，18)，它們具有垂直于活性層(3)延伸的側(cè)面(7，8，13)。
2.按權(quán)利要求1的半導(dǎo)體芯片，其特征為，活性層(3)或該層序列被切口(11)分段。
3.按權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體芯片，其特征為，切口(11)完全切斷活性層(3)。
4.按權(quán)利要求3的半導(dǎo)體芯片，其特征為，切口(11)從層序列的背離襯底(2)的一側(cè)延伸到襯底(2)的主面或伸入襯底(2)中。
5.按權(quán)利要求1至4任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，活性層(3)被分成瓷磚狀。
6.按權(quán)利要求2至5任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，這些切口(11)的至少一個具有一側(cè)面(13)，該側(cè)面朝襯底(2)的主面按一個預(yù)定的、不等于90°的角度布置。
7.按權(quán)利要求2至6任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，從層序列的與主面相對的一側(cè)朝襯底(2)方向看去，這些切口(11)中至少一個逐漸縮小。
8.按權(quán)利要求6或7的半導(dǎo)體芯片，其特征為，該切口具有一個底面(15)，且切口(11)的側(cè)面(13)之間的距離是這樣選擇的，即在活性層(3)內(nèi)產(chǎn)生的輻射的至少一部分可射到切口(11)的底面(15)上。
9.按權(quán)利要求8的半導(dǎo)體芯片，其特征為，平行于活性層(2)的一個主延伸方向傳播的輻射部分射到底面(15)上。
10.按權(quán)利要求8或9的半導(dǎo)體芯片，其特征為，切口(11)的側(cè)面(13)之間的距離是這樣選擇的，即射到底面(15)的輻射的至少一部分可反射到底面(15)并隨即從半導(dǎo)體芯片輸出。
11.按權(quán)利要求2至5任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，從主面看去，這些切口的至少一個在背離該主面的層序列的一側(cè)的方向內(nèi)逐漸縮小。
12.按權(quán)利要求11的半導(dǎo)體芯片，其特征為，側(cè)面(13)將在活性層(3)內(nèi)產(chǎn)生的輻射的至少一部分全反射。
13.按權(quán)利要求12的半導(dǎo)體芯片，其特征為，平行于活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分被側(cè)面(13)全反射。
14.按權(quán)利要求11的半導(dǎo)體芯片，其特征為，該切口的側(cè)面(13)出射平行于活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分。
15.按權(quán)利要求14的半導(dǎo)體芯片，其特征為，側(cè)面(13)之間的距離是這樣選擇的，即平行于活性層(3)的一個主延伸方向傳播的輻射部分(14)在折射到一個側(cè)面(13)上以后直接離開該半導(dǎo)體芯片。
16.按權(quán)利要求1或2的半導(dǎo)體芯片，其特征為，活性層(3)被分成若干平面的、相互按一定角度布置的區(qū)段(18)，這些區(qū)段的上側(cè)(8)和下側(cè)(7)分別構(gòu)成相鄰區(qū)段(18)的側(cè)面(13)。
17.按權(quán)利要求16的半導(dǎo)體芯片，其特征為，一個區(qū)段(18)的上側(cè)(8)和下側(cè)(7)出射相鄰區(qū)段(18)的沿活性層(3)延伸的主光束(14)。
18.按權(quán)利要求1至17任一項的半導(dǎo)體器件，其特征為，襯底(2)含有硅、氧化硅、碳化硅或藍(lán)寶石。
19.按權(quán)利要求1至18任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，層序列含有GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。
20.按權(quán)利要求20的半導(dǎo)體芯片，其特征為，活性層(3)含有GaN、AlGaN、InGaN或AlInGaN。
21.按權(quán)利要求1至20任一項的半導(dǎo)體芯片，其特征為，該層序列外延生長在襯底(3)上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體芯片(10)。為了提高光輸出，活性層(3)通過切口(11)切斷。這樣，從產(chǎn)生光的一個點(6)看去，活性層(3)的側(cè)面(9)便暴露在一個大的空間角下并縮短了活性層(3)內(nèi)的光程。
文檔編號H01L33/00GK1913185SQ200610105929
公開日2007年2月14日 申請日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月10日
發(fā)明者D·埃澤爾特, V·海勒, U·施特勞斯, U·策恩德爾 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司