專利名稱：光電半導(dǎo)體本體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電半導(dǎo)體本體。本專利申請要求德國專利申請10 2007 049 772. 7和10 2008 021403. 5的優(yōu)先
權(quán)，通過引用將其公開內(nèi)容并入本文。 光電半導(dǎo)體本體通常具有適于產(chǎn)生電磁輻射的有源層。光電半導(dǎo)體具有用于施加電勢的兩個端子。通常第一端子布置在有源層的第一側(cè)面，第二端子布置在有源層的第二側(cè)面。因此，有源層的第一側(cè)面和第二側(cè)面是接觸的。
本發(fā)明的問題是提供改善的光電半導(dǎo)體本體。 該問題通過具有權(quán)利要求1的特征的對象得到解決。改進(jìn)和實(shí)現(xiàn)是從屬權(quán)利要求的主題。 在一個實(shí)施方案中，一種光電半導(dǎo)體本體包括具有正面和背面的襯底。襯底的正面用于發(fā)射電磁輻射。光電半導(dǎo)體本體還包括半導(dǎo)體層序列以及第一和第二連接層。半導(dǎo)體層序列布置在襯底的背面上。半導(dǎo)體層序列具有適于產(chǎn)生電磁輻射的有源層。第一和第二電連接層布置在背向襯底的半導(dǎo)體層序列的第一表面上。 襯底的背面可以是襯底的底面。襯底的底面可以是在半導(dǎo)體本體安裝過程中襯底面對連接引線的面。襯底的正面可以是襯底的頂面。 半導(dǎo)體層序列可以外延生長。半導(dǎo)體層序列可以在襯底上外延沉積。
由于兩個電連接層位于背向襯底的半導(dǎo)體層序列的第一表面上，所以可以經(jīng)由光電半導(dǎo)體本體的正面發(fā)射電磁輻射，以及經(jīng)由半導(dǎo)體本體的背面為有源層提供電能。因此兩個電連接層不阻礙經(jīng)由正面的輻射輸出耦合，從而獲得高的輸出耦合效率。襯底的正面優(yōu)選形成光電半導(dǎo)體本體的正面。另一方面，兩個電連接層可形成光電半導(dǎo)體本體的背面。
襯底可以是晶格匹配的襯底。在這種情況下，襯底與半導(dǎo)體層序列的晶格相匹配。這簡化了在襯底上的半導(dǎo)體層序列的外延沉積。尤其是，襯底與在襯底背面上沉積的半導(dǎo)體層序列的第一層相匹配。 在一個實(shí)施方案中，半導(dǎo)體本體例如襯底和/或半導(dǎo)體層序列包括氮化物化合物半導(dǎo)體。包括氮化物化合物半導(dǎo)體可意味著半導(dǎo)體本體尤其是襯底和/或半導(dǎo)體層序列包括III族氮化物化合物半導(dǎo)體材料，優(yōu)選AlnGamIni—n—mN，其中0《n《l，0《m《l和n+m《l。該材料不是必須具備依照上式的數(shù)學(xué)精確組成。相反，其可以具有一種或更多種摻雜劑以及基本上不改變AlnGamIni—n—mN材料的特征物理性能的其它組分。但是，為了簡便起見，上式只包括晶格的必需組分A1、 Ga、 In和N，盡管這些必需組分也可以被小量其它材料部分地取代。 在一個實(shí)施方案中，襯底包括第一氮化物化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體層序列包括第二氮化物化合物半導(dǎo)體。 在一個實(shí)施方案中，第一和第二氮化物化合物半導(dǎo)體不同。在一個替代實(shí)施方案中，第一和第二氮化物化合物半導(dǎo)體相同。通過使用氮化物化合物半導(dǎo)體用作襯底和用作半導(dǎo)體層序列，襯底與半導(dǎo)體層序列匹配良好。 襯底可包括晶體氮化鎵。襯底優(yōu)選形成為氮化鎵單晶。通過在含氮化鎵的襯底上沉積氮化鎵基外延層，襯底和半導(dǎo)體層序列之間的折射率不連續(xù)性可以變小或避免。這樣 可以減小或避免襯底背面處的波導(dǎo)效應(yīng)。由于同質(zhì)外延沉積，因而半導(dǎo)體層序列中的位錯
數(shù)目得到最小化。位錯密度可顯著小于ioM立錯每平方厘米。 在一個替代實(shí)施方案中，襯底包括輔助載體，優(yōu)選尤其是在襯底的正面上布置為 朝向襯底正面的晶體輔助載體。半導(dǎo)體層序列包括氮化物化合物半導(dǎo)體。優(yōu)選地，氮化物 化合物半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)為根據(jù)上式的氮化鋁銦鎵化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體層序列在襯底的背面上 異質(zhì)外延沉積。輔助載體可以是晶體。輔助載體可以形成為生長襯底。輔助載體可優(yōu)選包 括與基于氮化物化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體層序列所不同的材料。使用輔助載體有利于光電半 導(dǎo)體本體的成本有效生產(chǎn)。 在一個改進(jìn)方案中，輔助載體包括晶體氧化鋁八1203。輔助載體優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為氧化鋁 單晶。氧化鋁單晶通常稱作藍(lán)寶石。 在一個改進(jìn)方案中，襯底的背面實(shí)現(xiàn)為使得輔助載體和半導(dǎo)體層序列的折射率的 差異的影響減小。由此進(jìn)一步提高輻射率。 在一個改進(jìn)方案中，輔助載體的第一主表面進(jìn)行預(yù)先結(jié)構(gòu)化。輔助載體的第一主 表面朝向半導(dǎo)體層序列，因而背向襯底的正面。這種預(yù)先圖案化的襯底(簡稱為PPS)可以 有利于半導(dǎo)體層序列的外延沉積。 在一個實(shí)施方案中，襯底可具有成核層，所述成核層布置在尤其是沉積在輔助載 體的第一主表面上。成核層可以構(gòu)建為結(jié)構(gòu)化的成核層。成核層可具有間距尺寸為5nm 100nm的橫向結(jié)構(gòu)。成核層優(yōu)選包括具有橫向和垂直間距尺寸為5nm 100nm的結(jié)構(gòu)。尺 寸的典型值為30nm。成核層可包括金屬。因?yàn)槌珊藢拥某叽缧?，所以在成核層中可產(chǎn)生表 面等離子體激元。 在一個改進(jìn)方案中，襯底可具有緩沖層，所述緩沖層布置在尤其是沉積在輔助載 體的第一主表面上。緩沖層可任選布置為尤其是沉積在成核層上。緩沖層可包括介電層。 介電層可包括硅氧化物或硅氮化物，分別縮寫為SiO,和SiN,。作為替代方案或者額外方案， 緩沖層包括氮化鋁鎵和/或氮化鎵。緩沖層可包括氮化鋁鎵_氮化鎵結(jié)，縮寫為AlGaN-GaN 結(jié)。AlGaN-GaN結(jié)可以外延沉積。緩沖層可以形成與半導(dǎo)體層序列匹配的襯底背面，從而可 以外延沉積半導(dǎo)體層序列并且可以獲得高輻射率。 在一個改進(jìn)方案中，緩沖層被結(jié)構(gòu)化。緩沖層的垂直和橫向尺寸可以具有5nm 5 y m的間距。緩沖層的橫向和垂直尺寸優(yōu)選具有60nm 500nm的間距。緩沖層可具有粗 糙結(jié)構(gòu)。所述粗糙結(jié)構(gòu)可以是不規(guī)則的。
緩沖層任選地實(shí)現(xiàn)為周期性柵格結(jié)構(gòu)。 在一個改進(jìn)方案中，半導(dǎo)體層序列或者半導(dǎo)體層序列的第一層通過在襯底的背面 上結(jié)構(gòu)化外延的方法來沉積。為此，例如輔助載體、成核層和/或緩沖層可具有結(jié)構(gòu)。半導(dǎo) 體層序列的第一層布置在襯底的背面上。可任選結(jié)構(gòu)化第一層。通過結(jié)構(gòu)化外延，可以實(shí) 現(xiàn)具有5nm 5 ii m間距的垂直和橫向尺寸的結(jié)構(gòu)。第一層可實(shí)現(xiàn)為粗糙結(jié)構(gòu)或周期性柵 格結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)的橫向和/或垂直尺寸優(yōu)選為具有60nm 500nm的間距。結(jié)構(gòu)化外延的方 法可配置為用于結(jié)構(gòu)化外延的方法、用于選擇性外延的方法或外延過生長的方法。用于外 延過生長的方法也稱為外延橫向過生長，簡稱為ELOG。在ELOG方法中，外延沉積在襯底上 的各個點(diǎn)處開始。開始僅以島狀物形式存在的外延層在外延過程中閉合成為構(gòu)成第一層的鄰接外延層。在此過程中，外延層開始生長的點(diǎn)之間的區(qū)域過生長。可通過掩模層形成橫 向過生長的空隙。因此外延層至少在襯底側(cè)面上具有結(jié)構(gòu)。 通過具有輔助載體的襯底的上述實(shí)施方案，獲得輔助載體的晶格和半導(dǎo)體層序列 的晶格之間的匹配。因此與晶格失配的情況下不同的是，位錯密度的水平下降。這種位錯 可以作為非輻射復(fù)合中心。通過避免位錯提高了半導(dǎo)體本體的效率。另外，可以減小輔助 載體和半導(dǎo)體層序列之間折射率差異的影B向。襯底的背面可以構(gòu)建為使得輔助載體的折射
率與半導(dǎo)體層序列的折射率相匹配。 在一個實(shí)施方案中，光電半導(dǎo)體本體包括輸出耦合結(jié)構(gòu)。輸出耦合結(jié)構(gòu)布置在襯 底的正面上。輸出耦合結(jié)構(gòu)可包括施加于襯底正面的層。 在一個改進(jìn)方案中，襯底包括輸出耦合結(jié)構(gòu)。根據(jù)該改進(jìn)方案，輸出耦合結(jié)構(gòu)在襯 底中實(shí)現(xiàn)。因此電磁輻射通過輸出耦合結(jié)構(gòu)從襯底的正面發(fā)射，從而可以調(diào)節(jié)電磁輻射強(qiáng) 度的角度依賴性。 在一個優(yōu)選改進(jìn)方案中，氮化物化合物半導(dǎo)體、尤其是氮化鎵用作包括輸出耦合 結(jié)構(gòu)的襯底。可以在襯底中蝕刻出輸出耦合結(jié)構(gòu)所必需的結(jié)構(gòu)尤其是凹陷。由于氮化物化 合物半導(dǎo)體可易于通過干或濕化學(xué)蝕刻來結(jié)構(gòu)化，所以在襯底中可以有效地產(chǎn)生輸出耦合 結(jié)構(gòu)。 在一個改進(jìn)方案中，光電半導(dǎo)體本體包括鏡，尤其是電介質(zhì)鏡，所述鏡布置在背向 襯底的半導(dǎo)體層序列的第一表面上。所述鏡優(yōu)選至少布置在半導(dǎo)體層序列與第一和/或第 二電連接層之間的特定區(qū)域中。通過所述鏡，由有源層發(fā)射的電磁輻射的一部分在襯底正 面方向上被反射。由此提高了輻射輸出耦合。 在一個實(shí)施方案中，所述鏡具有介電層和金屬層。介電層沉積在半導(dǎo)體層序列上。 介電層可包括例如硅氧化物或硅氮化物，分別縮寫為SiO,和SiN,。金屬層用作反射體。金 屬層可包括鋁(Al)、銀(Ag)、鉬(Pt)、鈦(Ti)、鈦-鎢(TiW)、氮化鈦-鎢(TiWN)，或者合金。 所述合金優(yōu)選包括所述金屬或金屬化合物之一。 在一個改進(jìn)方案中，介電層和金屬層具有至少一個凹陷，因此第一和/或第二電 連接層布置在半導(dǎo)體層序列的層上的至少一個凹陷中。因此，獲得了第一和/或第二電連 接層與半導(dǎo)體層序列的導(dǎo)電接觸。由此產(chǎn)生了經(jīng)過鏡的穿通連接。 在鏡的介電層和金屬層之間可以布置粘合促進(jìn)層。粘合促進(jìn)層可包括金屬如鉑、 鈦、鈦-鎢或氮化鈦-鎢。粘合促進(jìn)層的厚度可以小于或等于5nm，優(yōu)選小于或等于lnm。 鈦_鎢和氮化鈦_鎢另外可用作擴(kuò)散屏障。鉑作為擴(kuò)散屏障和作為反射體都具有良好的性 能。 在一個實(shí)施方案中，第一和/或第二電連接層具有多層結(jié)構(gòu)。 在一個實(shí)施方案中，第一和/或第二電連接層具有透明導(dǎo)電氧化物。透明導(dǎo)電氧 化物(縮寫為TC0)是透明的導(dǎo)電材料，通常為金屬氧化物如氧化鋅、氧化錫、氧化鎘、氧化 鈦、氧化銦、氧化銦鋅和氧化銦錫(縮寫為IT0)。除了二元金屬氧化物如ZnO、Sn02或ln203 之外，三元金屬氧化物如Zn2Sn04、CdSn03、ZnSn03、MgIn204、GaIn03、Zn2In205或In4Sn3012或各 種透明導(dǎo)電氧化物的混合物也屬于TC0組。另外，透明導(dǎo)電氧化物不必對應(yīng)于化學(xué)計(jì)量比 組成，而可以是P摻雜的或n摻雜的。這種透明導(dǎo)電氧化物可優(yōu)選包括氧化銦錫和氧化銦 鋅。通過透明導(dǎo)電氧化物實(shí)現(xiàn)第一和/或第二電連接層中的電流擴(kuò)散。
光電半導(dǎo)體本體可實(shí)現(xiàn)為發(fā)光二極管，尤其是薄膜發(fā)光二極管芯片，特別地，電磁 輻射可以是可見光。 在一個實(shí)施方案中，一種制造光電半導(dǎo)體本體的方法包括提供包括正面和背面 的襯底，所述正面用于發(fā)射電磁輻射。在襯底的背面上外延沉積半導(dǎo)體層序列。半導(dǎo)體層 序列包括適于產(chǎn)生電磁輻射的有源層。在背向襯底的半導(dǎo)體層序列的第一表面上沉積第一 和第二電連接層。 光電半導(dǎo)體本體優(yōu)選實(shí)現(xiàn)為從一側(cè)可接觸的光電半導(dǎo)體本體。因?yàn)榻佑|光電半導(dǎo) 體本體的背面，所以在光電半導(dǎo)體本體的正面上的輻射輸出耦合非常有效。因此，光電半導(dǎo) 體本體可采取倒裝芯片技術(shù)應(yīng)用于載體本體，尤其是電路板或外殼。
以下將結(jié)合附圖針對幾個實(shí)施方案詳細(xì)描述本發(fā)明。具有相同功能或效果的層、 區(qū)域和結(jié)構(gòu)具有相同的附圖標(biāo)記。至于在功能上相對應(yīng)的層、區(qū)域或結(jié)構(gòu)，在以下每個附圖 中將不對其進(jìn)行重復(fù)描述。
在附圖中

圖1A和IB示出根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的示例性實(shí)施方案； 圖2A 2D示出根據(jù)所提出的原理的具有輸出耦合結(jié)構(gòu)的光電半導(dǎo)體本體的其它
示例性實(shí)施方案； 圖3A 3C示出根據(jù)所提出的原理的具有結(jié)構(gòu)化成核層的光電半導(dǎo)體本體的示例 性實(shí)施方案； 圖4A 4C示出根據(jù)所提出的原理的具有結(jié)構(gòu)化緩沖層的光電半導(dǎo)體本體的示例 性實(shí)施方案；禾口 圖5A 5C示出根據(jù)所提出的原理的具有結(jié)構(gòu)化襯底的光電半導(dǎo)體本體的其它示 例性實(shí)施方案。 圖1A示出根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的示例性實(shí)施方案。光電半導(dǎo)體 本體IO包括具有正面12和背面13的襯底11。光電半導(dǎo)體本體IO還包括半導(dǎo)體層序列14 以及第一和第二電連接層15、16。半導(dǎo)體層序列14布置在襯底11的背面13上。半導(dǎo)體層 序列14具有第一和第二表面17、18。半導(dǎo)體層序列14的第一表面17背向襯底11。另一 方面，半導(dǎo)體層序列14的第二表面18布置在襯底11的背面13上。第一和第二電連接層 15、16布置在半導(dǎo)體層序列14的第一表面17上。半導(dǎo)體層序列14還包括有源層19、至少 一個n型層20和至少一個p型層21。所述至少一個n型層20布置在有源層19和襯底11 之間，或者布置在有源層19和半導(dǎo)體本體14的第二表面18之間。所述至少一個p型層21 布置在有源層19和半導(dǎo)體本體14的第一表面17之間。 襯底11的背面13可以是襯底11的底面。襯底11的底面可以是在半導(dǎo)體本體10 安裝過程中面對連接引線的襯底11的面。襯底11的正面12可以是襯底11的頂面。
p型層21和有源層19包括幾個凹陷22。凹陷22用于將第一連接層15連接至n 型層20。第一連接層15與n型層20具有幾個導(dǎo)電接觸。圖1A中示出導(dǎo)電連接層15與 n型層20的三個接觸。第二導(dǎo)電連接層16還包括與p型層21的接觸。第一絕緣層23布 置在凹陷22的側(cè)壁上和在特定區(qū)域中的p型層21上。第一電連接層15布置在凹陷22中 的n型層20上和第一絕緣層23上。在特定區(qū)域中，第二絕緣層24布置在第一電連接層15 上。第二電連接層16布置在第二絕緣層24和p型層21上。在區(qū)域31中，第一連接層15布置在半導(dǎo)體層序列14和第二連接層16之間。在區(qū)域31中，第一連接層15通過第二絕 緣層24與第二連接層16電絕緣。 第一和第二電連接層15、16具有第一和第二連接表面25、26。第一和第二連接表 面25、26布置在接近于一個平面中。兩個連接表面25、26布置為比第二表面18更靠近半導(dǎo) 體層序列14的第一表面17。鏡27布置在p型層21和第一絕緣層23之間。鏡27包括介 電層28和金屬層29。介電層28沉積在特定區(qū)域中的半導(dǎo)體層序列14的第一表面17中。 金屬層29進(jìn)而布置在介電層28上。第二電連接層16在其中設(shè)置在p型層21上的區(qū)域中 包含透明導(dǎo)電氧化物30。透明導(dǎo)電氧化物30形成為層。襯底ll包括晶體氮化鎵。襯底 11實(shí)現(xiàn)為氮化鎵單晶。半導(dǎo)體層序列14包括氮化物化合物半導(dǎo)體。半導(dǎo)體層序列14包括 氮化鎵或氮化銦鎵化合物半導(dǎo)體。 第一和第二電連接層15、16可以從光電半導(dǎo)體本體10的背面連接。利用第一電 連接層15和n型層20以及第二電連接層16和p型層21對有源層19施加電勢。跨有源 層19的電壓降產(chǎn)生電磁輻射S，電磁輻射S的第一分量傳輸穿過n型層20和襯底11并在 襯底11的正面12發(fā)射。電磁輻射的第二分量沿半導(dǎo)體層序列14的第一表面17的方向從 有源層19發(fā)射。電磁輻射的第二分量的一部分被鏡27反射，使得該部分也在襯底11的正 面12處離開。 n型層20經(jīng)由幾個凹陷22進(jìn)行多接觸，從而獲得第一連接層25與n型層20之 間的低歐姆接觸。通過P型層21的層間接觸的效果是第一和第二連接表面25、26布置在 光電半導(dǎo)體本體10的背面上，背向襯底ll，使得它們易于安裝在載體(未示出)例如外殼 上。因此，輻射可以在正面12處離開而不被具有外殼的光電半導(dǎo)體本體10的任何電接觸 所阻礙，從而提高輻射率并且光電半導(dǎo)體本體10可以成本有效地封裝。通過鏡27進(jìn)一步 提高輻射率。 圖1B示出根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的另一個示例性實(shí)施方案。如圖 1A所示實(shí)現(xiàn)半導(dǎo)體層序列14、第一和第二電連接層15、和16、第一和第二絕緣層23和24、 鏡27以及透明導(dǎo)電氧化物30。與圖1A中所示的示例性實(shí)施方案不同，根據(jù)圖1B的光電半 導(dǎo)體本體10的襯底11'具有輔助載體40。輔助載體40布置在襯底11的正面12上。輔 助載體40形成為晶體輔助載體。輔助載體40包含晶體氧化鋁。襯底ll'還包括布置在輔 助載體40和襯底11'的背面13之間的緩沖層41。緩沖層41也可實(shí)現(xiàn)為輸出耦合層。緩 沖層41包括氮化鋁鎵或者氮化鎵。緩沖層41布置在輔助載體40的第一主表面42上。第 一主表面42是朝向半導(dǎo)體層序列14的輔助載體40的主表面。襯底ll'和輔助載體40對電磁輻射S是透明的。襯底ll'通過緩沖層41與半 導(dǎo)體層序列14匹配。因此，半導(dǎo)體層序列14與襯底11'之間的折射率不連續(xù)性的影響減 小，從而使得正面12處的輻射率高。緩沖層41另外使得輔助載體40的晶格常數(shù)與半導(dǎo)體 層序列14的晶格常數(shù)匹配，從而降低位錯密度，因此也同樣地提高輻射率。
輔助載體40優(yōu)選形成為氧化鋁單晶。 在一個替代實(shí)施方案中，緩沖層41包括介電層。介電層可包括例如硅氧化物或硅 氮化物。 在一個替代實(shí)施方案(未示出)中，成核層可以替代緩沖層41施加于主表面42。 成核層可形成第一單晶表面。
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在一個替代實(shí)施方案(未示出)中，成核層可布置在主表面40和緩沖層41之間。 緩沖層41可有利于成核層與半導(dǎo)體層序列14的晶格匹配。 圖2A 2D示出根據(jù)所提出的原理的具有輸出耦合結(jié)構(gòu)的光電半導(dǎo)體本體的總共 四個示例性實(shí)施方案。圖2A 2D中所述的實(shí)施方案是圖1A和1B中所示實(shí)施方案的改進(jìn) 方案。圖2A 2D中所示的實(shí)施方案的半導(dǎo)體層序列14、第一和第二電連接層15和16、第 一和第二絕緣層23和24、鏡27以及透明導(dǎo)電氧化物對應(yīng)于圖1A和1B中的相應(yīng)層，將不在 下文中進(jìn)行解釋。 圖2A 2D的各圖中示出襯底11的正面12上的截面圖和平面圖。襯底11形成 為矩形。根據(jù)圖2A 2D，襯底11包括各自的輸出耦合結(jié)構(gòu)50。輸出耦合結(jié)構(gòu)50在襯底 11中形成。 根據(jù)圖2A，輸出耦合結(jié)構(gòu)50實(shí)現(xiàn)為微透鏡51。微透鏡51用圓線52劃界。圓線 52的直徑D小于矩形襯底11的第一邊長SL1和第二邊長SL2。 微透鏡51將電磁輻射S聚焦，從而在垂直于襯底11的正面12的方向上高強(qiáng)度發(fā) 射。襯底ll包括例如氮化物化合物半導(dǎo)體，這是因?yàn)榭梢岳玫偷募夹g(shù)消耗在該化合物半 導(dǎo)體中蝕刻出微透鏡51。該蝕刻可使用干蝕刻方法。 根據(jù)圖2B，輸出耦合結(jié)構(gòu)50'包括衍射光學(xué)元件55，縮寫為D0E。衍射光學(xué)元件 55在襯底11中實(shí)現(xiàn)。衍射光學(xué)元件55包括被幾條線57包圍的微透鏡56。微透鏡56具 有橢圓邊界58。因此，微透鏡56周圍的線57實(shí)現(xiàn)為橢圓。線57具有三角形截面。
通過衍射光學(xué)元件55實(shí)現(xiàn)在垂直于襯底11的方向上聚焦電磁輻射S的基本平面 結(jié)構(gòu)。 根據(jù)圖2C，輸出耦合結(jié)構(gòu)50"實(shí)現(xiàn)為光子晶體60，簡稱為PhC。光子晶體60在襯 底11中形成。為此目的，在正面12上的襯底11中蝕刻出凹陷61。凹陷61在平面視圖中 是圓形的。凹陷61布置為規(guī)則圖案。根據(jù)圖2C中所示的實(shí)施方案，光子晶體包括4X4個 凹陷61的排列。 根據(jù)圖2D，輸出耦合結(jié)構(gòu)50"'實(shí)現(xiàn)為柵格65。為此，在襯底ll中蝕刻出條狀凹 陷66。條狀凹陷66在平面視圖中形成為矩形。條狀凹陷66布置為彼此平行。因此在襯底 11中形成柵格65。 因此通過柵格65可產(chǎn)生電磁輻射S的方向依賴性。 作為替代方案，襯底可包括具有各自輸出耦合結(jié)構(gòu)50的輔助載體40。根據(jù)此實(shí)施 方案，輸出耦合結(jié)構(gòu)50在輔助載體40中形成。 圖3A 3C、4A 4C和5A 5C示出根據(jù)所提出的原理的實(shí)施結(jié)構(gòu)化外延的光電 半導(dǎo)體本體的幾個示例性實(shí)施方案。圖中所示的實(shí)施方案是圖1B中所示實(shí)施方案的改進(jìn) 方案。襯底11'因此包括輔助載體40。光電半導(dǎo)體本體IO還包括對應(yīng)于圖1A和1B的半 導(dǎo)體層序列14、第一和第二電連接層15和16、鏡27、第一和第二絕緣層23和24以及透明 導(dǎo)電氧化物30。為清楚起見，第一和第二電連接層15和16、鏡27、第一和第二絕緣層23和 24以及透明導(dǎo)電氧化物30由于已經(jīng)基于圖1A詳細(xì)解釋過，所以在圖3A 3C、4A 4C和 5A 5C中不予說明。 圖3A示出根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的示例性實(shí)施方案，其中襯底 11'包括成核層70。成核層70布置在輔助載體40的第一主表面42上。因此，成核層70
8布置在輔助載體40和半導(dǎo)體層序列14之間。成核層70具有形成為凹陷71的結(jié)構(gòu)。凹陷 71用于實(shí)現(xiàn)成核層70的結(jié)構(gòu)化從而用于實(shí)施結(jié)構(gòu)化的外延。半導(dǎo)體層序列14沉積在成核 層70上和移除成核層70處的輔助載體40上。成核層70具有厚度為lnm 1 ii m。成核層 70的典型厚度為25nm。成核層70還可以稱為生長開始層。成核層70包括化合物半導(dǎo)體。 該化合物半導(dǎo)體為氮化物化合物半導(dǎo)體?；衔锇雽?dǎo)體層可由例如氮化鎵或氮化鋁形成。 成核層70可具有粗糙表面。 為產(chǎn)生圖3A所示的截面，成核層70沉積在輔助載體40上。然后，在光刻步驟和 蝕刻步驟中使成核層70結(jié)構(gòu)化。然后外延沉積半導(dǎo)體層序列14。成核層70有利于輔助載 體40上的半導(dǎo)體層序列14的生長。 圖3B示出光電半導(dǎo)體本體的另一個實(shí)施方案。與圖3A相比，襯底11'還具有緩 沖層41。緩沖層41沉積在圖3A中所示的結(jié)構(gòu)化的成核層70上或者在已移除成核層70處 的輔助載體40上。半導(dǎo)體層序列14進(jìn)而布置在緩沖層41上。根據(jù)此實(shí)施方案，結(jié)構(gòu)化的 成核層70和緩沖層41用于輔助載體40和半導(dǎo)體層序列14之間的晶格匹配。由于成核層 70的結(jié)構(gòu)化，所以降低了半導(dǎo)體層序列14和輔助載體40之間的結(jié)處的波導(dǎo)效應(yīng)。
為產(chǎn)生圖3B所示的截面，成核層70沉積在輔助載體40上。然后，在光刻步驟和 蝕刻步驟中使成核層70結(jié)構(gòu)化。然后外延沉積緩沖層41，然后外延沉積半導(dǎo)體層序列14。
圖3C示出圖3A和3B中所示的光電半導(dǎo)體本體的截面的示例性實(shí)施方案。圖3C 中示出了成核層70的截面。成核層70具有圓形凹陷71。凹陷71具有10nm 3iim的直 徑D'。凹陷71的典型直徑D'為2iim。從一個凹陷71到下一個凹陷71的距離A'可具 有20nm 10iim的值。典型距離A'具有5iim的值。距離A'，也稱為"間距"，是指凹陷 71的一個邊緣到最近的凹陷71的最近邊緣之間的距離。
在一個替代實(shí)施方案中，凹陷71具有六邊形結(jié)構(gòu)或其它幾何結(jié)構(gòu)。
圖4A示出具有結(jié)構(gòu)化緩沖層41的根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的一個示 例性實(shí)施方案。緩沖層41布置在輔助載體40的第一主表面42上。緩沖層41具有形成為 凹陷72的結(jié)構(gòu)。凹陷72用于實(shí)現(xiàn)緩沖層41的結(jié)構(gòu)化從而實(shí)施結(jié)構(gòu)化的外延。半導(dǎo)體層 序列14沉積在緩沖層41上和移除緩沖層41處的輔助載體40上。 為產(chǎn)生圖4A的截面，緩沖層41沉積在輔助載體40上。在光刻步驟和蝕刻步驟中， 使緩沖層41結(jié)構(gòu)化以形成凹陷72。然后外延沉積半導(dǎo)體層序列14。緩沖層41的厚度值 為0. 5 ii m 8 ii m。緩沖層41的厚度的典型值為3 y m。 圖4B示出的光電半導(dǎo)體本體的示例性實(shí)施方案是圖4A中示出的實(shí)施方案的改進(jìn) 方案。根據(jù)圖4B，襯底11'還包括成核層70。成核層70沉積在輔助載體40的第一主表面 42上。因此，成核層70位于輔助載體40和緩沖層41之間。半導(dǎo)體層序列14再次沉積在 緩沖層41上和移除緩沖層41處的成核層70上。 為實(shí)現(xiàn)圖4B的截面，成核層70沉積在輔助載體40上，然后緩沖層41沉積在成核 層70上。緩沖層41的沉積過程外延地進(jìn)行。隨后，在光刻步驟和蝕刻步驟中使緩沖層41 結(jié)構(gòu)化以形成凹陷72。然后，外延沉積半導(dǎo)體層序列14。 圖4C示出通過圖4A或4B中所示的光電半導(dǎo)體本體的截面。圖4C示出了緩沖層 41的截面。緩沖層41具有圓形凹陷72。凹陷72的直徑D〃具有80nm 3iim的值。凹 陷72的典型直徑D〃為2iim。兩個凹陷之間的距離A〃可具有120nm 10 y m的值。距離A"的典型值為5iim。 圖5A示出具有結(jié)構(gòu)化襯底的根據(jù)所提出的原理的光電半導(dǎo)體本體的一個示例性 實(shí)施方案。襯底ll'的輔助載體40也具有形成為凹陷73的結(jié)構(gòu)。輔助載體40在第一主 表面42上具有凹陷。凹陷73的深度為10nm 2iim。凹陷73的典型深度值為500nm。凹 陷73用于實(shí)現(xiàn)輔助載體40的結(jié)構(gòu)化從而實(shí)施結(jié)構(gòu)化外延。輔助載體40沉積在半導(dǎo)體層 序列14上。為產(chǎn)生圖5A中所示的截面，通過光刻步驟和蝕刻步驟使輔助載體40結(jié)構(gòu)化。 然后，沉積半導(dǎo)體層序列14。 圖5B示出的光電半導(dǎo)體本體的示例性實(shí)施方案是圖5A中所示的實(shí)施方案的改進(jìn) 方案。根據(jù)圖5B，襯底11'包括結(jié)構(gòu)化的輔助載體40、成核層70以及緩沖層41。成核層 70此處布置在輔助載體40上，緩沖層41布置在成核層70上。 為實(shí)現(xiàn)圖5B的截面，通過光刻步驟和蝕刻步驟使輔助載體40結(jié)構(gòu)化以產(chǎn)生凹陷 73。隨后，成核層70在外延系統(tǒng)中沉積在輔助載體40上。然后緩沖層41外延沉積在成核 層70上，半導(dǎo)體層序列14外延沉積在緩沖層41上。在所述方法的一個實(shí)施方案中，成核 層70的沉積以及緩沖層41和半導(dǎo)體層序列14的沉積可以不中斷真空而實(shí)施，從而獲得高 質(zhì)量的層。 在一個替代實(shí)施方案中(未示出)，可省略成核層70，使得緩沖層41直接沉積在 輔助載體40上。 圖5C示出通過圖5A和5B中所示光電半導(dǎo)體本體的截面的一個示例性實(shí)施方案。 示出了輔助層40的截面。輔助層40具有圓形凹陷73。凹陷73的直徑D〃 '為80nm 3iim。直徑D〃 '的典型值為2iim。兩個凹陷73之間的距離A〃 '的值為120nm 10 y m。 距離A〃 '的典型值為5iim。 在一個替代實(shí)施方案中，凹陷73具有六邊形結(jié)構(gòu)或者其它幾何結(jié)構(gòu)。
根據(jù)圖3A 3C、4A 4C和5A 5C，由于成核層70或緩沖層41或輔助載體40 的結(jié)構(gòu)化，所以減小了輔助載體40和半導(dǎo)體層序列14之間的波導(dǎo)效應(yīng)。成核層70和/或 緩沖層41有利于輔助載體40和半導(dǎo)體層序列14之間的晶格匹配。成核層70中的凹陷71 或緩沖層41中的凹陷72或輔助載體40中的凹陷73通過半導(dǎo)體層序列14外延過生長。
成核層70可以在外延系統(tǒng)中沉積。緩沖層41同樣可以在外延系統(tǒng)中沉積。
可以通過使成核層70、緩沖層41或輔助載體40結(jié)構(gòu)化來實(shí)現(xiàn)光子晶體的效果。
本發(fā)明不限于參考實(shí)施方案的描述。本發(fā)明包括每個特征以及該特征的每個組 合，尤其包括權(quán)利要求中的特征的每個組合，即使這個特征或者這個特征組合沒有在權(quán)利 要求或示例性實(shí)施方案中明確說明。
權(quán)利要求
一種光電半導(dǎo)體本體，包括-具有用于發(fā)射電磁輻射(S)的正面(12)的襯底(11)，-布置在襯底(11)的背面(13)上并且具有用于產(chǎn)生所述電磁輻射(S)的有源層(19)的半導(dǎo)體層序列(14)，-布置在背向襯底(11)的半導(dǎo)體本體(14)的第一表面(17)上的第一和第二電連接層(15，16)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的光電半導(dǎo)體本體，其中襯底(11)和半導(dǎo)體層序列(14)包括氮化 物化合物半導(dǎo)體。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的光電半導(dǎo)體本體，其中襯底(11)包括晶體氮化鎵。
4. 根據(jù)權(quán)利要求l的光電半導(dǎo)體本體，其中襯底(IT )包括布置在襯底(IT )的 所述正面上的輔助載體(40)，并且半導(dǎo)體層序列(14)包括布置在襯底(11')的所述背面 (13)上的氮化物化合物半導(dǎo)體。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的光電半導(dǎo)體本體，其中輔助載體(40)包括晶體氧化鋁。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5中任一項(xiàng)的光電半導(dǎo)體本體，其中朝向半導(dǎo)體層序列(14)的輔 助載體(40)的第一主表面(42)具有結(jié)構(gòu)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求4 6中任一項(xiàng)的光電半導(dǎo)體本體，其中襯底(ll')包括布置在朝 向半導(dǎo)體層序列(14)的輔助載體(40)的第一主表面(42)上的成核層(70)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7的光電半導(dǎo)體本體，其中成核層(70)具有結(jié)構(gòu)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求4 8中任一項(xiàng)的光電半導(dǎo)體本體，其中襯底(ll')包括緩沖層 (41)，所述緩沖層(41)布置在朝向半導(dǎo)體層序列(14)的輔助載體(40)的第一主表面(42) 上、或者布置在設(shè)置于輔助載體(40)的第一主表面(42)上的成核層(70)上。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9的光電半導(dǎo)體本體，其中緩沖層(41)具有結(jié)構(gòu)。
11. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的光電半導(dǎo)體本體，其中所述電磁輻射(S)通過輸出 耦合結(jié)構(gòu)(50)從襯底(11， 11')的所述正面(12)發(fā)射。
12. 根據(jù)權(quán)利要求ll的光電半導(dǎo)體本體，其中輸出耦合結(jié)構(gòu)(50，50' ，50〃 ，50〃 ') 包括微透鏡(51)、衍射光學(xué)元件(55)、光子晶體(60)或者柵格(65)。
13. 根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)的光電半導(dǎo)體本體，包括鏡(27)，所述鏡(27)布置在 背向襯底(11， 11')的半導(dǎo)體層序列(14)的第一表面(17)上的特定區(qū)域中，以反射由有 源層(19)產(chǎn)生的所述電磁輻射(S)的一部分。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的光電半導(dǎo)體本體，其中鏡(27)具有至少一個凹陷(22)，并且第 一電連接層(15)在所述至少一個凹陷(22)中具有與半導(dǎo)體層序列(14)的導(dǎo)電接觸。
15. 根據(jù)權(quán)利要求13或14的光電半導(dǎo)體本體，其中鏡(27)包括介電層(28)和金屬層 (29)。
全文摘要
一種光電半導(dǎo)體本體(10)包括具有用于發(fā)射電磁輻射(S)的正面(12)的襯底(11)。光電半導(dǎo)體本體(10)具有半導(dǎo)體層序列(14)，所述半導(dǎo)體層序列(14)布置在襯底(11)的背面(13)上并且包括適于產(chǎn)生電磁輻射(S)的有源層(19)。光電半導(dǎo)體本體(10)還包括布置在背向襯底(11)的半導(dǎo)體層序列(14)的第一表面(17)上的第一和第二電連接層(15，16)。
文檔編號H01L33/58GK101796660SQ200880106173
公開日2010年8月4日 申請日期2008年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月28日
發(fā)明者卡爾·恩格爾, 盧茨·赫佩爾, 帕特里克·羅德, 馬丁·斯特拉斯伯格, 馬蒂亞斯·扎巴蒂爾 申請人:歐司朗光電半導(dǎo)體有限公司