專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有金屬反射層、穿通接觸部、隧道接觸和載流子儲(chǔ)存裝置的發(fā)光二極管芯片的制作方法
帶有金屬反射層、穿通接觸部、隧道接觸 和栽流子儲(chǔ)存裝置的發(fā)光二極管芯片
本專(zhuān)利申請(qǐng)要求德國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)10 2007 003 282.1的優(yōu)先權(quán)，其公開(kāi)內(nèi) 容通過(guò)引用結(jié)合于此。
提出了一種發(fā)光二極管芯片，即一種光電子半導(dǎo)體芯片。
一個(gè)要解決的任務(wù)是，提出一種具有高輻射效率的發(fā)光二極管芯片， 其具有低損耗。
根據(jù)第一優(yōu)選實(shí)施形式，提出了一種帶有層序列的發(fā)光二極管芯片， 該層序列具有至少一個(gè)n型層。發(fā)光二極管芯片包括反射器，該反射器與 層序列固定相連。反射器具有與n型層導(dǎo)電相連的、導(dǎo)電的反射層。此外， 反射器包括至少一個(gè)介電層，該介電層設(shè)置在n型層和導(dǎo)電的>^射層之 間。介電層優(yōu)選是透明的。
介電層的折射率小于層序列的與介電層鄰接的層的折射率。通過(guò)使用 具有小折射率的介電層，可以將平地入射到介電層上的輻射成分全反射。 由此甚至可能的是，使用無(wú)Ag的反射層。無(wú)銀的反射器例如包含Al、 Rh、 Rt。由此成功地提高芯片的耐濕穩(wěn)定性(Feuchtestabilitaet)以及長(zhǎng) 期穩(wěn)定性。
在一個(gè)變形方案中，所述至少一個(gè)介電層具有至少兩個(gè)相疊^:置的、 具有不同大小的折射率的層，這些層一同形成布，^Jt器。在超過(guò)兩個(gè) 介電層的情況下，具有較高的和較低的折射系數(shù)的層以交替的順序布置。 相應(yīng)的層的厚度優(yōu)選為在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射的波長(zhǎng)的四分之一。相繼的 層的折射系數(shù)的比例優(yōu)選為至少1.25。
可替選地，反射器可以具有介電層和導(dǎo)電層的序列，其中具有較高的 和較低的折射系數(shù)的層以交替的順序布置。
在具有布扭^"反射器的變形方案中可能的是，使用導(dǎo)電的>^射層，該 反射層的反射率并不是特別高，其中其例如并不超過(guò)95 % 。
層序列的相應(yīng)的n型層可以穿過(guò)布4i^^^射器的介電層例如通過(guò)垂 直的電連接部來(lái)接觸。垂直的電連接部下面稱(chēng)為穿通接觸部。特別有利的是帶有第一和第二n型層的層序列的變形方案。層序列具有p型層，其設(shè)置在兩個(gè)n型層之間(npn層結(jié)構(gòu))。n型層優(yōu)選是層序列的最后的層。至少有源區(qū)和p型層設(shè)置在兩個(gè)n型層之間。
第一ii型層是與產(chǎn)生輻射的有源區(qū)鄰接的層。第二n型層形成了與層序列的p型層的隧道接觸。第一 n型層和第二 n型層可以在所有實(shí)施例中都相互交換。這意味著，在反射器的位置固定的情況下可以反轉(zhuǎn)層序列的層的順序。
>^射器與第一 n型層或者與第二 ii型層導(dǎo)電連接。在一個(gè)變形方案中，介電層設(shè)置在第一n型層和反射層之間。在另一變形方案中，介電層設(shè)置在第二 n型層和^Jt層之間。
至少一個(gè)n型層被用作接觸層。如下的層被稱(chēng)為接觸層該層通過(guò)連接線接觸，該連接線連接到電源。在一個(gè)變形方案中，兩個(gè)n型層分別用作接觸層。可替選地，可以將n型層之一用作第一接觸層，而反射層用作第二接觸層。
根據(jù)第二優(yōu)選的實(shí)施例，提出了一種帶有層序列的發(fā)光二極管芯片，該層序列在生長(zhǎng)方向上具有以所_沈明的順序相繼的層第一n型層、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)、p型層和第二n型層。在p型層和第二n型層之間形成有隧道接觸。
第二n型層用作電流擴(kuò)展層，其連接到電源上。通過(guò)引入電流擴(kuò)展層，可以4^^射器與電接觸部去耦。由此， 一方面能夠?qū)崿F(xiàn)使用具有介電層的高反射的反射器，并且另一方面可以很大程度地降低在接觸層序列時(shí)的接觸電阻。由此，可以明顯提高發(fā)光二極管芯片的總效率。
才艮據(jù)第三優(yōu)選的實(shí)施例，提出了一種帶有層序列的發(fā)光二極管芯片，該層序列具有相同導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)層，在這些層之間設(shè)置有產(chǎn)生輻射的有源區(qū)。
相同導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)層具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一層和第二層，其中第一導(dǎo)電類(lèi)型的優(yōu)選比較薄的第二層設(shè)計(jì)為載流子儲(chǔ)存裝置，用于提高第一導(dǎo)電類(lèi)型的載流子在有源區(qū)附近的濃度。層序列具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的層，其與第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層鄰接。第一導(dǎo)電類(lèi)型是n型，而第二導(dǎo)電類(lèi)型
是p型，或者相反。
在一個(gè)變形方案中，層序列具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的另外的層，其與第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一層形成隧道接觸。在產(chǎn)生層序列時(shí)的生長(zhǎng)方向原則上可以^1任意的。
第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層的厚度優(yōu)選小于第一層的厚度。第二層的厚度
優(yōu)選最大為第一層的厚度的20%。第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層的厚度優(yōu)選最大為20nm。
在一個(gè)有利的變形方案中，層序列具有以所說(shuō)明的順序相繼的層p型第一層、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)、另一p型第二層(其用作空穴儲(chǔ)存裝置)以及n型層。
兩個(gè)p型層形成了p型區(qū)。在該變形方案中，有源區(qū)并不設(shè)置在pn結(jié)上，而是設(shè)置在p型區(qū)內(nèi)的pn結(jié)附近。將有源區(qū)從pn結(jié)的邊界面移到具有確定導(dǎo)電類(lèi)型(在此為p型)的區(qū)域中提高了產(chǎn)生輻射時(shí)的效率。
在另一有利的變形方案中，層序列具有以所說(shuō)明的順序相繼的層n型第一層、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)、n型第二層(其用作電子儲(chǔ)存裝置)以及p型層。
兩個(gè)n型層形成了n型區(qū)。在該變形方案中，有源區(qū)并不設(shè)置在pn結(jié)上，而^:設(shè)置在n型區(qū)內(nèi)的pn結(jié)的附近。
根據(jù)第四優(yōu)選實(shí)施形式，提出了一種帶有層序列的發(fā)光二極管芯片，該層序列具有以下層兩個(gè)n型層、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)和p型層。在n型層的、在耦合輸出方向上最上面的層上設(shè)置有連接面。在該層序列中至少在連接面下構(gòu)建有凹處，該凹處在耦合輸出方向上至少延伸到n型層的最上層。凹處至少在其側(cè)表面的區(qū)域中通過(guò)介電材料覆蓋。凹處的底部在垂直方向上與連接面間隔。
此外，凹處例如可以以盲孔或者環(huán)形凹處的形式來(lái)實(shí)施。以盲孔形式實(shí)施的凹處例如具有圓柱形的實(shí)施形式。環(huán)形凹處具有圓柱形外殼的形狀，其中層序列在內(nèi)部區(qū)域中并未空出。這樣的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)光二極管芯片并不具有大面積的凹處，該凹處會(huì)不利地影響發(fā)光二極管芯片的穩(wěn)定性。
在一個(gè)變形方案中，在凹處中設(shè)置有穿通接觸部，用于電接觸在耦合輸出方向上n型層的最上層。
層序列優(yōu)選與反射器固定相連，該反射器具有至少 一個(gè)導(dǎo)電的反射層，該反射層優(yōu)選與層序列的n型層之一相連。此外，反射器可以包括透明的介電層，該介電層設(shè)置在反射層和層序列之間。
在一個(gè)變形方案中，在介電層中設(shè)置有穿通接觸部用于電接觸在耦合輸出方向上n型層的最下層。
所說(shuō)明的實(shí)施形式可以彼此任意組合。
下面將闡述發(fā)光二極管芯片的有利的擴(kuò)展方案.
層序列的層的導(dǎo)電類(lèi)型例如可以是n型或者p型。在具有n型導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體層中電子為多數(shù)載流子，而在具有p型導(dǎo)電能力的半導(dǎo)體層中，空穴為多數(shù)載流子。
具有n型導(dǎo)電能力的層稱(chēng)為n型層，而具有p型導(dǎo)電能力的層稱(chēng)為p型層。
層序列包括p型層和產(chǎn)生輻射的有源區(qū)，該有源區(qū)設(shè)置在p型層和第一n型層之間。
層序列的層優(yōu)選外延地生長(zhǎng)。層序列例如基于GaN而形成。在一個(gè)變形方案中，有源區(qū)通過(guò)包含InGaN或者InGaAlN的層來(lái)形成。In含量?jī)?yōu)選為高達(dá)50 % 。在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射的確切頻譜范圍取決于In含量并且原則上可以是任意的。為了產(chǎn)生白光，可以在耦合輸出側(cè)i殳置轉(zhuǎn)換器。
在一個(gè)有利的變形方案中，層序列具有p型層，另外的p型層以及設(shè)置在p型層之間的、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)。所述另外的p型層^l置在有源區(qū)和第一 n型層之間。所述另外的p型層的厚度例如為O.lnm到100nm，在一個(gè)變形方案中為O.lnm到10nm。在所述另外的p型層中摻雜的最小值優(yōu)選為10"Mg原子/cm3。
在一個(gè)優(yōu)選的變形方案中，層序列包括第二n型層。p型層優(yōu)選設(shè)置在第二 n型層和有源區(qū)之間。在p型層和第二 n型層之間形成隧道接觸。
>^射層通過(guò)至少 一個(gè)第 一 穿通接觸部(在一個(gè)有利的變形方案中通過(guò)設(shè)置在介電層中的多個(gè)穿通接觸部)與第一ii型層導(dǎo)電連接。
借助多個(gè)穿通接觸部，能夠減小接觸電阻并且由此相對(duì)于具有僅僅一個(gè)穿通接觸部的變形方案減小反射層和與該反射層導(dǎo)電連接的 n型層之間的電勢(shì)差。在相應(yīng)的第一穿通接觸部和n型層的界面上形成優(yōu)選低阻值的電接觸。該接觸的總面積優(yōu)選最大為層序列的底面的10%,在一個(gè)有利的變形方案中最大為其5% 。
在第一穿通接觸部之間的橫向距離優(yōu)選為20~30微米，&目對(duì)于介電層的厚度而言較大，其中介電層的厚度例如為10nm至2000nm,在優(yōu)選的變形方案中為400nm~600nm。介電層對(duì)于具有較平的入射角(例如超過(guò)30° )的輻射分量用作幾乎完美的反射器，其反射系數(shù)近似為100% (全反射)。因?yàn)樵谌?gt;^射的情況下在介電層上沒(méi)有吸收，所以實(shí)際上排除了對(duì)于平的入射角的吸收損耗。
介電層對(duì)于有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射優(yōu)選是透明的。基本上垂直入射到介電層和與該介電層鄰接的n型層的界面上的輻射分量基本上并不在該界面上被反射，而是在介電層和反射層的界面上被反射。
介電層的折射系數(shù)優(yōu)選比層序列的朝向介電層的層(例如第一 n型層或第二n型層)的折射率小至少1.5倍。特別是二氧化硅、氮化硅和旋涂玻璃(Spin-On Glas )考慮作為介電層的材料。其他透明的、在一個(gè)變形方案中多孔的、介電材料(其折射率小于1.5)也是適合的。有利的是透明的多孔材料，其折射率近似等于空氣的折射率。
相對(duì)于僅僅具有金屬層、即沒(méi)有介電層的>^射器的變形方案，通過(guò)使用折射系數(shù)為1.5的介電層得到的耦合輸出效率的增益為至少10%。
反射層優(yōu)選包^^金屬，例如Al、 Ag、 PtAg和/或其他合適的金屬或者金屬合金，包括其組合。在PtAg情況下的Pt層的厚度優(yōu)選最大為3nm,在一個(gè)有利的變形方案中最大為0.3nm。
通過(guò)使用介電層，幾乎消除了在不同材料構(gòu)成的反射層的耦合輸出效率中的差別。由此可能的是，降〗^^射層中的銀含量并且提高鋁成分。甚至可能的是完全省去Ag。
反射層可以通過(guò)金屬的氣相淀積或者沉積來(lái)制造。穿通接觸部和/或結(jié)構(gòu)化的反射層也可以通過(guò)在使用合適的掩模的情況下對(duì)金屬的氣相淀積或者沉積來(lái)制造。
在一個(gè)有利的變形方案中，第二 n型層設(shè)計(jì)為耦合輸出層用于耦合輸出在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射。在第二n型層上優(yōu)選^l置有連接面，該連接面例如可以通過(guò)連接線從外部接觸。
第二 n型層的暴露的表面優(yōu)選被粗化。替代粗化可以在第二 n型層的表面上設(shè)置另 一耦合輸出結(jié)構(gòu)，例如具有表面的不平度的周期性布置的光子晶體結(jié)構(gòu)或者準(zhǔn)晶體結(jié)構(gòu)。也可以考慮非周期性的耦合輸出結(jié)構(gòu)。例
如，在此可以設(shè)計(jì)附加的至少部分透明的、具有WI^面的層。也可以考慮磨妙-層。
不同于粗化的表面的耦合輸出結(jié)構(gòu)例如可以是深度為100nm至1000nm、優(yōu)選為150nm至500nm的凹槽。凹槽可以具有環(huán)形的或者矩形的、特別是方形的橫截面。在一個(gè)變形方案中，凹槽的直徑或者線性橫截面大小為50nm至800nm，優(yōu)選為80nm至500nm。
不僅n型耦合輸出層而且另外的耦合輸出層、例如透明的襯底都可以具有表面粗糙性或者耦合輸出結(jié)構(gòu)。
耦合輸出層的表面優(yōu)選并非全部被粗化，而是除了其中設(shè)置有連接面的區(qū)域。入射到連接面的下側(cè)上的光由此可以^L^射。由此得到改善的光耦合輸出。
在一個(gè)變形方案中，i殳計(jì)了凹處，該凹處垂直于層結(jié)構(gòu)延伸直到第二n型層。凹處至少部分地填充以介電材料。特別地，凹處的側(cè)壁被以電介質(zhì)覆蓋。由此，特別是防止了有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射在層序列的一個(gè)區(qū)域中的產(chǎn)生或者傳播，該區(qū)域在連接面之下并且因此被連接面遮擋。在這種情況中，可以將發(fā)光二極管芯片工作中的電流損耗保持為低，因?yàn)楸苊饬擞糜诋a(chǎn)生不能耦合輸出的輻射的電流消耗。
凹處優(yōu)選構(gòu)建為盲孔凹處。凹處的底部至少達(dá)到第二n型層的界面。凹處的底部也可以位于如下平面中該平面在第二 n型層的兩個(gè)界面之間延伸。此外，凹處可以?xún)H僅達(dá)到p型層。然而在此要求的是，凹處通過(guò)有源區(qū)。
可替選地，凹處可以不以盲孔的形式而是以環(huán)形凹處的形式來(lái)實(shí)施。于是凹處不是圓柱形地實(shí)施，而是具有圓柱形外殼的形狀，其中層序列在內(nèi)部區(qū)域中并未被空出。這樣具有的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)光二極管芯片并不具有大面積的凹處，該凹處會(huì)不利地影響發(fā)光二極管芯片的穩(wěn)定性。
在一個(gè)變形方案中，反射層通過(guò)至少一個(gè)第二穿通接觸部與第二 n型層導(dǎo)電連接。在所述至少一個(gè)第二穿通接觸部和第二 n型層的界面上形成的電接觸部的總面積優(yōu)選為層結(jié)構(gòu)的底面的最大10%,在一個(gè)變形方案中為其最大5%。
第二穿通接觸部?jī)?yōu)選被第一穿通接觸部包圍。第二穿通接觸部的底面優(yōu)選大于相應(yīng)的第一穿通接觸部的底面。
第二穿通接觸部?jī)?yōu)選設(shè)置在凹處中。在第二穿通接觸部和層結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體層之間在任意的橫向方向上設(shè)置有介電材料構(gòu)成的罩層(Mantel )。
在一個(gè)變形方案中，相應(yīng)的第一穿通接觸部連接到設(shè)計(jì)為反射層的導(dǎo)電的面。第二穿通接觸部?jī)?yōu)選與第一穿通接觸部電絕緣。在另一變形方案中，第二穿通接觸部與第一穿通接觸部電絕緣。在這
種情況中，與第一穿通接觸部相連的Jl射層優(yōu)選i殳置有凹處，在這些凹處中設(shè)置有與第二穿通接觸部導(dǎo)電連接的連接面。根據(jù)該變形方案，第一n型層以及第二n型層僅M—側(cè)、確切地說(shuō)v^^射層的側(cè)來(lái)電接觸。
至少部分填充有介電材料的凹處的至少一個(gè)區(qū)域設(shè)置在連接面之下。凹處的底面優(yōu)選大于連接面的底面。在橫向的投影面上，在連接面的邊緣和凹處的側(cè)面之間的距離普遍例如為至少5微米，在一個(gè)變形方案中為至少10微米。
在一個(gè)實(shí)施形式中，發(fā)光二極管芯片包括與層序列固定相連的村底。根據(jù)第一變形方案，第二n型層設(shè)置在襯底和p型層之間。根據(jù)第二變形
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在光學(xué)領(lǐng)域中透明的襯底可以用于耦合輸出在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射。襯底可以(但并非必須)是外延生長(zhǎng)的層序列的生長(zhǎng)襯底。
此外，層序列可以與支承襯底固定相連，該支承襯底具有不同金屬層
的序列，其中例如有Ge、 Mo、 Ni、 Cu、 Ag、 AgCu、 Si和/或A1N。反射層和介電層的復(fù)合結(jié)構(gòu)在此設(shè)置在支承襯底和層序列之間。
為了將穿通接觸部和層序列的層或者反射層的界面上的電接觸的接觸電阻保持為小，針對(duì)穿通接觸部和反射層優(yōu)選使用具有比較高的導(dǎo)電能力的金屬或者金屬合金，例如Ag、 Al等等。
以下將借助示意性的并且并非合乎比例的附圖來(lái)闡述所說(shuō)明的器件及其有利的擴(kuò)展方案。其中


圖1、 2、 3以橫截面分別示出了具有兩個(gè)n型層、介電層和反射層的發(fā)光二極管芯片；
圖4以橫截面示出了具有兩個(gè)n型層作為耦合輸出層的發(fā)光二極管芯
片.，
圖5示出了根據(jù)圖4的發(fā)光二極管芯片中的介電層的視圖；圖6以橫截面示出了在連接面之下具有凹處的發(fā)光二極管芯片；圖7從上方示出了凹處和連接面的視圖8以橫截面示出了發(fā)光二極管芯片，其中兩個(gè)n型層被從一側(cè)接觸并且其中透明的襯底用于將輻射耦合輸出；圖9示出了根據(jù)圖8的發(fā)光^l管芯片中的介電層的視圖IO示出了根據(jù)圖8的發(fā)光二極管芯片的下側(cè)的視圖11以橫截面示出了發(fā)光二極管芯片，其中兩個(gè)n型層^L從一側(cè)接觸并且其中第二 n型層用于將輻射耦合輸出。
在圖1、 2、 3、 4、 6、 8和11中分別示出了具有用于產(chǎn)生輻射的層序列IO的光電子半導(dǎo)體芯片。層序列IO包括p型層2、第一n型層31、第二 n型層32和產(chǎn)生輻射的有源區(qū)1。有源區(qū)1通過(guò)例如以銦摻雜的層來(lái)形成，其設(shè)置在p型層2和第一n型層31之間。在p型層2和第二n型層32之間形成隧道接觸23。
層序列10在襯底6上優(yōu)選外延地生長(zhǎng)。在圖1、 2和3中用箭頭表明了生長(zhǎng)方向(從上至下)。
在才艮據(jù)圖1的變形方案中，在襯底6上首先生長(zhǎng)第二n型層32，隨后是p型層，之后是產(chǎn)生光的層l和第一n型層31。
在才艮據(jù)圖2的變形方案中，在襯底6上首先生長(zhǎng)第一n型層31，隨后是產(chǎn)生光的層l，之后是p型層和第二n型層32。
在才艮據(jù)圖3的變形方案中，在襯底6上首先生長(zhǎng)第二n型層32，隨后是p型層，之后是產(chǎn)生光的層l、另外的p型層以及在所述另外的p型層之上生長(zhǎng)第一n型層31。
在根據(jù)圖1-3的變形方案中，生長(zhǎng)方向(向下)與光耦合輸出方向(向上)反方向平行。原則上生長(zhǎng)方向可以反轉(zhuǎn)，使得生長(zhǎng)方向和光耦合輸出方向 一致或者彼此平行。
在圖l至3中示出的層序列IO可以與下面所闡述的發(fā)光二極管芯片的變形方案任意組合。特別地，在任何實(shí)施形式中都可能將有源區(qū)l設(shè)置在兩個(gè)p型層2、 21之間。
層序列10固定地與反射器相連，該反射器具有透明的介電層和反射層5。介電層4被施加(例如氣相淀積或者濺射)到在生長(zhǎng)方向上看層序列的最上層(在圖l、 3中為層31，在圖2中為層32)。在一個(gè)變形方案中的金屬反射層5隨后被施加(優(yōu)選氣相淀積)到介電層4上。
層序列IO的所有層都是透明的。襯底6優(yōu)選是透明的并且可以例如在才艮據(jù)圖8的變形方案中用于將輻射耦合輸出。原則上可能的是，去除襯底6并且將圖1 - 3中所示的層結(jié)構(gòu)在>^射器4、5的側(cè)上與支承襯底相連。層4、 5原則上可以具有多個(gè)彼此相疊的部分層。這也適用于襯底6和層序列10的所有層.
在根據(jù)圖4的變形方案中，第一n型層31與導(dǎo)電的反射層5通過(guò)設(shè)置在介電層4中的第一穿通接觸部71導(dǎo)電連接。在圖5中示出了帶有第一穿通接觸部71的介電層4的視圖。
為了產(chǎn)生第一穿通接觸部71，還在產(chǎn)生反射層5之前通過(guò)使用合適的掩^在介電層4中刻蝕連續(xù)的開(kāi)口 。開(kāi)口以具有高的導(dǎo)電能力的導(dǎo)電材料來(lái)填充。在填充開(kāi)口之后氣相淀積反射層5。
在此，第二n型層32設(shè)計(jì)為耦合輸出層。在第二n型層32上設(shè)置有連接面9，其設(shè)計(jì)用于通過(guò)這里未示出的連接線來(lái)對(duì)層32電接觸。
第二 n型層32的在通過(guò)連接面9覆蓋的區(qū)域之外暴露的表面上設(shè)置有耦合輸出結(jié)構(gòu)33，該耦合輸出結(jié)構(gòu)在一個(gè)變形方案中可以通過(guò)層32的被粗化的表面來(lái)形成。
第一穿通接觸部71在橫向的投影面中設(shè)置在通過(guò)連接面9覆蓋的區(qū)域之外，以便減少在連接面9之下的光產(chǎn)生。這在所有變形方案中都視為優(yōu)點(diǎn)。
在圖6中示出了圖4中所示的實(shí)施形式的一個(gè)改進(jìn)方案。在層序列10中在施加介電層4之前產(chǎn)生了盲孔形式的凹處8。為了產(chǎn)生凹處8，層序列10的層中的至少一些在使用合適的掩模的情況下被刻蝕直到光耦合輸出方向上的最上面的ii型層(在圖6中為層32)的預(yù)定深度。隧道接觸23被凹處8中斷。
可替選地，凹處8可以不以如圖6中所示的盲孔的形式來(lái)實(shí)施，而是可以以環(huán)形凹處的形式來(lái)實(shí)施。于是凹處并不是如圖6中那樣圓柱形地實(shí)施，而是具有圓柱形外殼的形狀，其中層序列IO在內(nèi)部區(qū)域中并未被空出(未示出)。這樣具有的優(yōu)點(diǎn)是，發(fā)光二極管芯片并不具有大面積的凹處，該凹處會(huì)不利地影響發(fā)光二極管芯片的穩(wěn)定性。
在此形成的凹槽以介電材料41來(lái)填充。隨后施加優(yōu)選由相同的介電材料構(gòu)成的介電層4。
借助電絕緣的凹處8可以避免對(duì)層序列的饋電并且由此也避免在連接面之下的光產(chǎn)生，其中該凹處特別是在高度導(dǎo)電的、與有源區(qū)l鄰接的層31中防止在連接面9之下的橫向通過(guò)電流。由此，可以降低由于被連接面9遮擋而不能耦合輸出的輻射的能量消耗。由此提高了芯片的耦合出效率或者有效性。
在中斷連接面之下的饋電的意義上的將層序列的材料"去活化"可以替選地通過(guò)改進(jìn)材料來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中使相應(yīng)的半導(dǎo)體層的位于連接面之下的區(qū)域電絕緣。
在圖7中所示的橫向投影面中，在連接面9的邊緣和凹處8的側(cè)面之間優(yōu)選"fi4保持一定的距離dl。該距離dl例如為5-10微米。
在根據(jù)圖8和11的變形方案中，從^Jt器4、 5的側(cè)接觸兩個(gè)n型層31、 32。為此在凹處8中產(chǎn)生第二穿通接觸部72，該穿通接觸部延伸直到凹處的底部或者直到最后的高度導(dǎo)電的層32的內(nèi)部。在穿通接觸部72和層32的界面上形成優(yōu)選低阻值的電接觸部73。
為了產(chǎn)生第二穿通接觸部72，層4和凹處8的介電材料41通過(guò)使用合適的掩模至少刻蝕直到凹處8的底部。在此形成的凹槽或者開(kāi)口以具有高的導(dǎo)電能力的導(dǎo)電材料來(lái)填充。
在這種情況中，在第二穿通接觸部72的下側(cè)產(chǎn)生連接面9。相應(yīng)的連接面9設(shè)置在反射層5的凹處81中，參見(jiàn)圖10。
可以在圖9中看到穿通接觸部71、 72在介電層4中的布置。
為了改進(jìn)穿通接觸部71、 72和n型層31、 32的電接觸部73、 74，對(duì)于穿通接觸部使用了高度導(dǎo)電的材料，例如鋁和/或銀，該材料能夠保甜目應(yīng)的穿通接觸部和相應(yīng)的n型層之間的低阻值的電連接以及良好的反射性。電接觸部73、 74的反射系數(shù)優(yōu)選為至少卯％。
在根據(jù)圖8的變形方案中，在這種情況中透明的襯底6用于將輻射耦合輸出。在根據(jù)圖11的變形方案中(該變形方案的特征也在于n型層31、32的單側(cè)接觸)，輻射從第二 n型層32耦合輸出。發(fā)光二極管芯片的層結(jié)構(gòu)和光耦合輸出的類(lèi)型在該情況中對(duì)應(yīng)于圖4或圖6。
層序列10和反射器4、 5的復(fù)合結(jié)構(gòu)在才艮據(jù)圖4、 6和11的變形方案中與圖11中所示的支承襯底6相連。為了將層序列與《Jt器相連，可以考慮晶片M或者在圖中未示出的連接層。
即使在圖4、 6、 8和11中始終將第二n型層32作為在耦合輸出方向上的最上層示出，原則上可能的是，將層序列10的層的順序反轉(zhuǎn)，例如在圖2中那樣。在這種情況中，第一 n型層31通過(guò)第二穿通接觸部72和第一 n型層31通過(guò)第一穿通接觸部71被電接觸。
1權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管芯片，具有-層序列(10)，其具有至少一個(gè)n型層(31，32)，-反射器，其包括導(dǎo)電的反射層(5)和至少一個(gè)介電層(4)，-其中所述至少一個(gè)介電層(4)設(shè)置在n型層(31，32)和導(dǎo)電的反射層(5)之間，-其中導(dǎo)電的反射層(5)與n型層(31，32)導(dǎo)電相連。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的發(fā)光二極管芯片， -其中所述至少一個(gè)n型層(31， 32)具有第一導(dǎo)電層(31)， -其中層序列(10)包括p型層(2)和產(chǎn)生輻射的有源區(qū)(1)，該 有源區(qū)設(shè)置在p型層(2)和第一n型層(31)之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片， -其中所述至少一個(gè)n型層(31, 32)具有第一導(dǎo)電層(31)，-其中層序列(10)包括p型層、另外的p型層和設(shè)置在p型層之 間的產(chǎn)生輻射的有源區(qū)，-其中所述另外的p型層設(shè)置在有源區(qū)和第一 n型層之間。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的發(fā)光二極管芯片， -其中層序列(10)包括第二n型層，-其中在p型層和第二 n型層之間形成隧道接觸。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)光二極管芯片，-其中p型層設(shè)置在第二n型層和有源區(qū)之間。
6. 根據(jù)權(quán)利要求2至5中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片，-其中^Jt層通過(guò)第一穿通接觸部與第一 n型層導(dǎo)電相連，該第一穿 通接觸部設(shè)置在介電層中。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片，-其中介電層的折射率比層序列(10 )的朝向該介電層的層的折射率 至少小1.25倍。
8. 根據(jù)權(quán)利要求4至7中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -具有凹處，該凹處垂直于層結(jié)構(gòu)延伸直到第二n型層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的發(fā)光4管芯片， —其中凹處至少部分地用介電材料填充。
10. 根據(jù)權(quán)利要求4至9中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片，-其中>^射層通過(guò)至少一個(gè)第二穿通接觸部與第二 n型層導(dǎo)電相連。
11. 根據(jù)權(quán)利要求8和10所述的發(fā)光二極管芯片， -其中第二穿通接觸部設(shè)置在凹處中，-其中在第二穿通接觸部的側(cè)面和層序列的半導(dǎo)體層之間設(shè)置有介 電材料構(gòu)成的環(huán)繞的外殼(41)。
12. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的發(fā)光二極管芯片， -其中第二穿通接觸部與第一穿通接觸部導(dǎo)電連接。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的發(fā)光二極管芯片， -其中第二穿通接觸部與第一穿通接觸部電絕緣。
14. 根據(jù)權(quán)利要求10至12中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中第二穿通接觸部連接到設(shè)計(jì)為反射層的導(dǎo)電的面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求10至14中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中相應(yīng)的第一穿通接觸部連接到設(shè)計(jì)為反射層的導(dǎo)電的面。
16. 根據(jù)權(quán)利要求4至15中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片，-其中第二 n型層設(shè)計(jì)為用于將有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射耦合輸出的耦 合輸出層，-其中在第二 n型層上設(shè)置有連接面。
17. 根據(jù)權(quán)利要求4和權(quán)利要求8至16中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極 管芯片，-其中凹處設(shè)置在連接面之下。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的發(fā)光二極管芯片， -其中凹處的底面大于連接面的底面。
19. 根據(jù)權(quán)利要求18所述的發(fā)光二極管芯片，-其中在橫向的投影面中在連接面的邊緣和凹處的側(cè)面之間的距離 為至少5微米。
20. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -具有襯底，該襯底與層序列(10)固定相連，-其中第二 n型層設(shè)置在襯底和p型層之間。
21. 根據(jù)權(quán)利要求1至19中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -具有襯底，該襯底與層序列(10)固定相連，-其中第一 n型層設(shè)置在襯底和有源區(qū)之間。
22. 根據(jù)權(quán)利要求20或21所述的發(fā)光二極管芯片， -其中襯底在光學(xué)區(qū)域中是透明的。
23. 根據(jù)權(quán)利要求1至22中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中層序列(10)的層外延地生長(zhǎng)。
24. 根據(jù)權(quán)利要求1至23中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中層序列(10 )基于GaN形成。
25. 根據(jù)權(quán)利要求1至24中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中所述至少一個(gè)介電層(4)具有至少兩個(gè)相疊設(shè)置的、具有不同折射率的層，這些層一同形成了布拉^^^射器。
26. —種發(fā)光二極管芯片，-具有層序列(10)，該層序列在生長(zhǎng)方向上具有以所說(shuō)明的順序相 繼的層第一n型層、產(chǎn)生輻射的有源區(qū)、p型層和第二n型層。
27. —種發(fā)光二極管芯片，-具有層序列(10)，其具有相同導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)層，在這些層之間 設(shè)置有產(chǎn)生輻射的有源區(qū)。
28. 根據(jù)權(quán)利要求27所述的發(fā)光二極管芯片，-其中相同導(dǎo)電類(lèi)型的兩個(gè)層具有第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一層和第二層，-其中第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層設(shè)計(jì)為載流子儲(chǔ)存裝置用于提高有源 區(qū)附近的第一導(dǎo)電類(lèi)型的載流子濃度，-其中層序列(IO)具有第二導(dǎo)電類(lèi)型的層，該層與第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層鄰接，-其中第一導(dǎo)電類(lèi)型是n型而第二導(dǎo)電類(lèi)型是p型，或者相反。
29. 根據(jù)權(quán)利要求28所述的發(fā)光二極管芯片，-其中第一導(dǎo)電類(lèi)型的第二層的厚度最大為第一導(dǎo)電類(lèi)型的第一層 的厚度的20 % 。
30. 根據(jù)權(quán)利要求1至25中的任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管芯片， -其中反射層包含金屬。
31. —種發(fā)光二極管芯片，-具有層序列(10)，該層序列具有以下層兩個(gè)n型層、產(chǎn)生輻射 的有源區(qū)和p型層，-其中在n型層的、在耦合輸出方向上最上面的層上設(shè)置有連接面 (9)，-其中在層序列(10)中至少在連接面(9)之下構(gòu)建有凹處(8)， 該凹處在耦合輸出方向上至少延伸直到n型層的最上層，-其中凹處(8)至少在其外殼面的區(qū)域中通過(guò)介電材料覆蓋，-其中凹處(8)的底部在垂直方向上與連接面(9)間隔。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種帶有層序列(10)的發(fā)光二極管芯片，該層序列具有至少一個(gè)n型層。發(fā)光二極管芯片具有與n型層(31)導(dǎo)電連接的反射層(5)。在n型層和反射層之間設(shè)置有至少一個(gè)透明的介電層(4)。
文檔編號(hào)H01L33/38GK101601141SQ200880002993
公開(kāi)日2009年12月9日 申請(qǐng)日期2008年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2007年1月23日
發(fā)明者克里斯托夫·艾克勒, 卡爾·恩格爾, 盧茨·赫佩爾, 馬丁·斯特拉斯伯格, 馬蒂亞斯·彼得, 馬蒂亞斯·扎巴蒂爾 申請(qǐng)人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司