專利名稱：光電半導體本體的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電半導體本體。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，通過引用將其公開內容并入本文。 光電半導體本體通常具有適于產生電磁輻射的有源層。光電半導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面，第二端子布置在有源層的第二側面。因此，有源層的第一側面和第二側面是接觸的。
本發(fā)明的問題是提供改善的光電半導體本體。 該問題通過具有權利要求1的特征的對象得到解決。改進和實現(xiàn)是從屬權利要求的主題。 在一個實施方案中，一種光電半導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。光電半導體本體還包括半導體層序列以及第一和第二連接層。半導體層序列布置在襯底的背面上。半導體層序列具有適于產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。 半導體層序列可以外延生長。半導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體層序列的第一表面上，所以可以經(jīng)由光電半導體本體的正面發(fā)射電磁輻射，以及經(jīng)由半導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)選形成光電半導體本體的正面。另一方面，兩個電連接層可形成光電半導體本體的背面。
襯底可以是晶格匹配的襯底。在這種情況下，襯底與半導體層序列的晶格相匹配。這簡化了在襯底上的半導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體層序列的第一層相匹配。 在一個實施方案中，半導體本體例如襯底和/或半導體層序列包括氮化物化合物半導體。包括氮化物化合物半導體可意味著半導體本體尤其是襯底和/或半導體層序列包括III族氮化物化合物半導體材料，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。 在一個實施方案中，襯底包括第一氮化物化合物半導體。半導體層序列包括第二氮化物化合物半導體。 在一個實施方案中，第一和第二氮化物化合物半導體不同。在一個替代實施方案中，第一和第二氮化物化合物半導體相同。通過使用氮化物化合物半導體用作襯底和用作半導體層序列，襯底與半導體層序列匹配良好。 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效應。由于同質外延沉積，因而半導體層序列中的位錯
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。半導體層序列包括氮化物化合物半導體。優(yōu)選地，氮化物 化合物半導體實現(xiàn)為根據(jù)上式的氮化鋁銦鎵化合物半導體。半導體層序列在襯底的背面上 異質外延沉積。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體的半導體層序列所不同的材料。使用輔助載體有利于光電半 導體本體的成本有效生產。 在一個改進方案中，輔助載體包括晶體氧化鋁八1203。輔助載體優(yōu)選實現(xiàn)為氧化鋁 單晶。氧化鋁單晶通常稱作藍寶石。 在一個改進方案中，襯底的背面實現(xiàn)為使得輔助載體和半導體層序列的折射率的 差異的影響減小。由此進一步提高輻射率。 在一個改進方案中，輔助載體的第一主表面進行預先結構化。輔助載體的第一主 表面朝向半導體層序列，因而背向襯底的正面。這種預先圖案化的襯底(簡稱為PPS)可以 有利于半導體層序列的外延沉積。 在一個實施方案中，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。成核層可以構建為結構化的成核層。成核層可具有間距尺寸為5nm 100nm的橫向結構。成核層優(yōu)選包括具有橫向和垂直間距尺寸為5nm 100nm的結構。尺 寸的典型值為30nm。成核層可包括金屬。因為成核層的尺寸小，所以在成核層中可產生表 面等離子體激元。 在一個改進方案中，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，縮寫為AlGaN-GaN 結。AlGaN-GaN結可以外延沉積。緩沖層可以形成與半導體層序列匹配的襯底背面，從而可 以外延沉積半導體層序列并且可以獲得高輻射率。 在一個改進方案中，緩沖層被結構化。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 糙結構。所述粗糙結構可以是不規(guī)則的。
緩沖層任選地實現(xiàn)為周期性柵格結構。 在一個改進方案中，半導體層序列或者半導體層序列的第一層通過在襯底的背面 上結構化外延的方法來沉積。為此，例如輔助載體、成核層和/或緩沖層可具有結構。半導 體層序列的第一層布置在襯底的背面上?？扇芜x結構化第一層。通過結構化外延，可以實 現(xiàn)具有5nm 5 ii m間距的垂直和橫向尺寸的結構。第一層可實現(xiàn)為粗糙結構或周期性柵 格結構。結構的橫向和/或垂直尺寸優(yōu)選為具有60nm 500nm的間距。結構化外延的方 法可配置為用于結構化外延的方法、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成第一層的鄰接外延層。在此過程中，外延層開始生長的點之間的區(qū)域過生長?？赏ㄟ^掩模層形成橫 向過生長的空隙。因此外延層至少在襯底側面上具有結構。 通過具有輔助載體的襯底的上述實施方案，獲得輔助載體的晶格和半導體層序列 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 可以作為非輻射復合中心。通過避免位錯提高了半導體本體的效率。另外，可以減小輔助 載體和半導體層序列之間折射率差異的影B向。襯底的背面可以構建為使得輔助載體的折射
率與半導體層序列的折射率相匹配。 在一個實施方案中，光電半導體本體包括輸出耦合結構。輸出耦合結構布置在襯 底的正面上。輸出耦合結構可包括施加于襯底正面的層。 在一個改進方案中，襯底包括輸出耦合結構。根據(jù)該改進方案，輸出耦合結構在襯 底中實現(xiàn)。因此電磁輻射通過輸出耦合結構從襯底的正面發(fā)射，從而可以調節(jié)電磁輻射強 度的角度依賴性。 在一個優(yōu)選改進方案中，氮化物化合物半導體、尤其是氮化鎵用作包括輸出耦合 結構的襯底?？梢栽谝r底中蝕刻出輸出耦合結構所必需的結構尤其是凹陷。由于氮化物化 合物半導體可易于通過干或濕化學蝕刻來結構化，所以在襯底中可以有效地產生輸出耦合 結構。 在一個改進方案中，光電半導體本體包括鏡，尤其是電介質鏡，所述鏡布置在背向 襯底的半導體層序列的第一表面上。所述鏡優(yōu)選至少布置在半導體層序列與第一和/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。 在一個實施方案中，所述鏡具有介電層和金屬層。介電層沉積在半導體層序列上。 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 接層與半導體層序列的導電接觸。由此產生了經(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層。粘合促進層可包括金屬如鉑、 鈦、鈦-鎢或氮化鈦-鎢。粘合促進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_鎢另外可用作擴散屏障。鉑作為擴散屏障和作為反射體都具有良好的性 能。 在一個實施方案中，第一和/或第二電連接層具有多層結構。 在一個實施方案中，第一和/或第二電連接層具有透明導電氧化物。透明導電氧 化物(縮寫為TC0)是透明的導電材料，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 種透明導電氧化物的混合物也屬于TC0組。另外，透明導電氧化物不必對應于化學計量比 組成，而可以是P摻雜的或n摻雜的。這種透明導電氧化物可優(yōu)選包括氧化銦錫和氧化銦 鋅。通過透明導電氧化物實現(xiàn)第一和/或第二電連接層中的電流擴散。
光電半導體本體可實現(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。 在一個實施方案中，一種制造光電半導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體層序列。半導體層 序列包括適于產生電磁輻射的有源層。在背向襯底的半導體層序列的第一表面上沉積第一 和第二電連接層。 光電半導體本體優(yōu)選實現(xiàn)為從一側可接觸的光電半導體本體。因為接觸光電半導 體本體的背面，所以在光電半導體本體的正面上的輻射輸出耦合非常有效。因此，光電半導 體本體可采取倒裝芯片技術應用于載體本體，尤其是電路板或外殼。
以下將結合附圖針對幾個實施方案詳細描述本發(fā)明。具有相同功能或效果的層、 區(qū)域和結構具有相同的附圖標記。至于在功能上相對應的層、區(qū)域或結構，在以下每個附圖 中將不對其進行重復描述。
在附圖中

圖1A和IB示出根據(jù)所提出的原理的光電半導體本體的示例性實施方案； 圖2A 2D示出根據(jù)所提出的原理的具有輸出耦合結構的光電半導體本體的其它
示例性實施方案； 圖3A 3C示出根據(jù)所提出的原理的具有結構化成核層的光電半導體本體的示例 性實施方案； 圖4A 4C示出根據(jù)所提出的原理的具有結構化緩沖層的光電半導體本體的示例 性實施方案；禾口 圖5A 5C示出根據(jù)所提出的原理的具有結構化襯底的光電半導體本體的其它示 例性實施方案。 圖1A示出根據(jù)所提出的原理的光電半導體本體的示例性實施方案。光電半導體 本體IO包括具有正面12和背面13的襯底11。光電半導體本體IO還包括半導體層序列14 以及第一和第二電連接層15、16。半導體層序列14布置在襯底11的背面13上。半導體層 序列14具有第一和第二表面17、18。半導體層序列14的第一表面17背向襯底11。另一 方面，半導體層序列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布置在半導體層序列14的第一表面17上。半導體層序列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具有幾個導電接觸。圖1A中示出導電連接層15與 n型層20的三個接觸。第二導電連接層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 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)域中的半導體層序列14的第一表面17中。 金屬層29進而布置在介電層28上。第二電連接層16在其中設置在p型層21上的區(qū)域中 包含透明導電氧化物30。透明導電氧化物30形成為層。襯底ll包括晶體氮化鎵。襯底 11實現(xiàn)為氮化鎵單晶。半導體層序列14包括氮化物化合物半導體。半導體層序列14包括 氮化鎵或氮化銦鎵化合物半導體。 第一和第二電連接層15、16可以從光電半導體本體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?？缬性?層19的電壓降產生電磁輻射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體本體10可以成本有效地封裝。通過鏡27進一步 提高輻射率。 圖1B示出根據(jù)所提出的原理的光電半導體本體的另一個示例性實施方案。如圖 1A所示實現(xiàn)半導體層序列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以及透明導電氧化物30。與圖1A中所示的示例性實施方案不同，根據(jù)圖1B的光電半 導體本體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 導體層序列14匹配。因此，半導體層序列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構的光電半導體本體的總共 四個示例性實施方案。圖2A 2D中所述的實施方案是圖1A和1B中所示實施方案的改進 方案。圖2A 2D中所示的實施方案的半導體層序列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以及透明導電氧化物對應于圖1A和1B中的相應層，將不在 下文中進行解釋。 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構50。輸出耦合結構50在襯底 11中形成。 根據(jù)圖2A，輸出耦合結構50實現(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的方向上高強度發(fā) 射。襯底ll包括例如氮化物化合物半導體，這是因為可以利用低的技術消耗在該化合物半 導體中蝕刻出微透鏡51。該蝕刻可使用干蝕刻方法。 根據(jù)圖2B，輸出耦合結構50'包括衍射光學元件55，縮寫為D0E。衍射光學元件 55在襯底11中實現(xiàn)。衍射光學元件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實現(xiàn)為橢圓。線57具有三角形截面。
通過衍射光學元件55實現(xiàn)在垂直于襯底11的方向上聚焦電磁輻射S的基本平面 結構。 根據(jù)圖2C，輸出耦合結構50"實現(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，輸出耦合結構50"'實現(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構50的輔助載體40。根據(jù)此實施 方案，輸出耦合結構50在輔助載體40中形成。 圖3A 3C、4A 4C和5A 5C示出根據(jù)所提出的原理的實施結構化外延的光電 半導體本體的幾個示例性實施方案。圖中所示的實施方案是圖1B中所示實施方案的改進 方案。襯底11'因此包括輔助載體40。光電半導體本體IO還包括對應于圖1A和1B的半 導體層序列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以及透明導電氧化物30由于已經(jīng)基于圖1A詳細解釋過，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體本體的示例性實施方案，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和半導體層序列14之間。成核層70具有形成為凹陷71的結構。凹陷 71用于實現(xiàn)成核層70的結構化從而用于實施結構化的外延。半導體層序列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包括化合物半導體。 該化合物半導體為氮化物化合物半導體?；衔锇雽w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結構化。然后外延沉積半導體層序列14。成核層70有利于輔助載 體40上的半導體層序列14的生長。 圖3B示出光電半導體本體的另一個實施方案。與圖3A相比，襯底11'還具有緩 沖層41。緩沖層41沉積在圖3A中所示的結構化的成核層70上或者在已移除成核層70處 的輔助載體40上。半導體層序列14進而布置在緩沖層41上。根據(jù)此實施方案，結構化的 成核層70和緩沖層41用于輔助載體40和半導體層序列14之間的晶格匹配。由于成核層 70的結構化，所以降低了半導體層序列14和輔助載體40之間的結處的波導效應。
為產生圖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結構化。然后外延沉積緩沖層41，然后外延沉積半導體層序列14。
圖3C示出圖3A和3B中所示的光電半導體本體的截面的示例性實施方案。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。
在一個替代實施方案中，凹陷71具有六邊形結構或其它幾何結構。
圖4A示出具有結構化緩沖層41的根據(jù)所提出的原理的光電半導體本體的一個示 例性實施方案。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的結構。凹陷72用于實現(xiàn)緩沖層41的結構化從而實施結構化的外延。半導體層 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結構化以形成凹陷72。然后外延沉積半導體層序列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示出的光電半導體本體的示例性實施方案是圖4A中示出的實施方案的改進 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行。隨后，在光刻步驟和蝕刻步驟中使緩沖層41 結構化以形成凹陷72。然后，外延沉積半導體層序列14。 圖4C示出通過圖4A或4B中所示的光電半導體本體的截面。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示出具有結構化襯底的根據(jù)所提出的原理的光電半導體本體的一個示例性 實施方案。襯底ll'的輔助載體40也具有形成為凹陷73的結構。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用于實現(xiàn)輔助載體40的結構化從而實施結構化外延。輔助載體40沉積在半導體層 序列14上。為產生圖5A中所示的截面，通過光刻步驟和蝕刻步驟使輔助載體40結構化。 然后，沉積半導體層序列14。 圖5B示出的光電半導體本體的示例性實施方案是圖5A中所示的實施方案的改進 方案。根據(jù)圖5B，襯底11'包括結構化的輔助載體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結構化以產生凹陷 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，半導體層序列14外延沉積在緩沖層41上。在所述方法的一個實施方案中，成核 層70的沉積以及緩沖層41和半導體層序列14的沉積可以不中斷真空而實施，從而獲得高 質量的層。 在一個替代實施方案中(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中所示光電半導體本體的截面的一個示例性實施方案。 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。 在一個替代實施方案中，凹陷73具有六邊形結構或者其它幾何結構。
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 的結構化，所以減小了輔助載體40和半導體層序列14之間的波導效應。成核層70和/或 緩沖層41有利于輔助載體40和半導體層序列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結構化來實現(xiàn)光子晶體的效果。
本發(fā)明不限于參考實施方案的描述。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利 要求或示例性實施方案中明確說明。
權利要求
一種光電半導體本體，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)上并且具有用于產生所述電磁輻射(S)的有源層(19)的半導體層序列(14)，-布置在背向襯底(11)的半導體本體(14)的第一表面(17)上的第一和第二電連接層(15，16)。
2. 根據(jù)權利要求1的光電半導體本體，其中襯底(11)和半導體層序列(14)包括氮化 物化合物半導體。
3. 根據(jù)權利要求2的光電半導體本體，其中襯底(11)包括晶體氮化鎵。
4. 根據(jù)權利要求l的光電半導體本體，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體。
5. 根據(jù)權利要求4的光電半導體本體，其中輔助載體(40)包括晶體氧化鋁。
6. 根據(jù)權利要求4或5中任一項的光電半導體本體，其中朝向半導體層序列(14)的輔 助載體(40)的第一主表面(42)具有結構。
7. 根據(jù)權利要求4 6中任一項的光電半導體本體，其中襯底(ll')包括布置在朝 向半導體層序列(14)的輔助載體(40)的第一主表面(42)上的成核層(70)。
8. 根據(jù)權利要求7的光電半導體本體，其中成核層(70)具有結構。
9. 根據(jù)權利要求4 8中任一項的光電半導體本體，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)權利要求9的光電半導體本體，其中緩沖層(41)具有結構。
11. 根據(jù)前述權利要求中任一項的光電半導體本體，其中所述電磁輻射(S)通過輸出 耦合結構(50)從襯底(11， 11')的所述正面(12)發(fā)射。
12. 根據(jù)權利要求ll的光電半導體本體，其中輸出耦合結構(50，50' ，50〃 ，50〃 ') 包括微透鏡(51)、衍射光學元件(55)、光子晶體(60)或者柵格(65)。
13. 根據(jù)前述權利要求中任一項的光電半導體本體，包括鏡(27)，所述鏡(27)布置在 背向襯底(11， 11')的半導體層序列(14)的第一表面(17)上的特定區(qū)域中，以反射由有 源層(19)產生的所述電磁輻射(S)的一部分。
14. 根據(jù)權利要求13的光電半導體本體，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)中具有與半導體層序列(14)的導電接觸。
15. 根據(jù)權利要求13或14的光電半導體本體，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)。光電半導體本體(10)具有半導體層序列(14)，所述半導體層序列(14)布置在襯底(11)的背面(13)上并且包括適于產生電磁輻射(S)的有源層(19)。光電半導體本體(10)還包括布置在背向襯底(11)的半導體層序列(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:歐司朗光電半導體有限公司