[发明专利]光电子半导体芯片和用于制造光电子半导体芯片的方法

说明书

技术领域

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。

发明内容

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Al_nIn_1-n-mGa_mN或也是磷化物化合物半导体材料如Al_nIn_1-n-mGa_mP或者也是砷化物化合物半导体材料如Al_nIn_1-n-mGa_mAs，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。