專利名稱：發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的制作方法
發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片本發(fā)明涉及一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片及其制造方法。本專利申請要求德國專利申請10 2007 046 497. 7和德國專 利申請10 2007 060 204. 0的優(yōu)先權(quán)，這些申請的公開內(nèi)容通過引用被結(jié)合于此。產(chǎn)生輻射的半導(dǎo)體芯片通常包含折射率與周圍介質(zhì)、例如空氣相比相對高的半導(dǎo) 體材料。這導(dǎo)致在輻射耦合輸出時在半導(dǎo)體芯片與周圍介質(zhì)之間的界面上可能容易發(fā)生 全反射，這導(dǎo)致光輸出被減小。在此，要解決的任務(wù)在于，說明一種具有改善的光輸出的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片。 該任務(wù)通過按照權(quán)利要求1的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片被解決。此外，要解決的任務(wù)還在于，說明這種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的制造方法。該任務(wù) 通過按照權(quán)利要求14或15的方法被解決。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的有利的改進方案在從屬權(quán)利要求中被說明。本發(fā)明尤其所基于的思想是，借助于結(jié)構(gòu)元件的形狀、大小和/或密度以期望的 方式來調(diào)節(jié)在具有第一折射率的第一介質(zhì)和具有第二折射率的第二介質(zhì)之間出現(xiàn)的折射 率過渡(Brechungsindexilbergang)。通過相應(yīng)的調(diào)節(jié)可以針對應(yīng)用產(chǎn)生相對大的或相對小 的、逐漸的或連續(xù)的折射率過渡。按照本發(fā)明的一種優(yōu)選的變型方案，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片包括用于產(chǎn)生波長為 λ的輻射的有源區(qū)以及具有不規(guī)則地布置的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)化區(qū)域，這些結(jié)構(gòu)元件包含具 有第一折射率H1的第一材料，并且被具有第二材料的介質(zhì)包圍，該第二材料具有第二折射 率η2。波長λ在這里表示在傳播該輻射的相應(yīng)介質(zhì)中的波長。在有利的改進方案中，這些結(jié)構(gòu)元件分別具有寬度b < 4μπι，并且彼此具有間距 a^4um0尤其是，這些結(jié)構(gòu)元件可以分別具有寬度λ，并且彼此具有間距λ。有利地，在該區(qū)域的結(jié)構(gòu)化時，無需注意這些結(jié)構(gòu)元件的規(guī)則的布置。例如，結(jié)構(gòu) 元件到每個直接相鄰的結(jié)構(gòu)元件可以具有不同的間距a，其中然而間距a最大為4μπι。此 夕卜，各個結(jié)構(gòu)元件還可以具有不同的寬度b，然而所述寬度優(yōu)選地不大于4 μ m。寬度b在這 里表示相應(yīng)結(jié)構(gòu)元件在一半高度h/2處橫截面的最長尺寸。在橫截面是圓形的情況下，橫 截面的最長尺寸對應(yīng)于直徑。橫截面平行于結(jié)構(gòu)元件的基面(Grimdflaeche)來布置。高 度h是結(jié)構(gòu)元件從基面出發(fā)并且垂直于基面的最長尺寸。在本發(fā)明的范圍內(nèi)，針對寬度b存在兩個優(yōu)選的值域，即b彡λ和λ <b^4ym0 如果b彡λ，那么對于光波來說所述結(jié)構(gòu)元件“變模糊(verschwimmen) ”。如果λ < b < 4μπι，那么對于光波來說所述結(jié)構(gòu)元件是散射中心。按照有利的擴展方案，該介質(zhì)完全填滿在結(jié)構(gòu)元件之間的間隙。然而也可能的是， 該介質(zhì)具有封入物、例如空氣封入物，通過該封入物能夠降低有效折射率nrff。在另外的變型方案中，結(jié)構(gòu)元件從第一層的平坦的表面凸出。所述第一層例如可 以屬于外延生長的半導(dǎo)體層的堆疊，由該堆疊構(gòu)成該半導(dǎo)體芯片，或者所述第一層可以是 布置在該堆疊上的單獨的層。這些結(jié)構(gòu)元件可以具有與第一層相同的折射率。在第一層上優(yōu)選地施加第二層，該第二層包含第二材料并且填滿結(jié)構(gòu)元件之間的空腔。在這種情況下，第二層對應(yīng)于已經(jīng)提及的介質(zhì)。針對后面的考慮，引入中間層，該中間層具有結(jié)構(gòu)元件和介質(zhì)并且因此包含第一和第二材料。中間層因此包含混合材料，即由第一材料和第二材料構(gòu)成的混合物。按照這 里所使用的定義，中間層的厚度對應(yīng)于最長的結(jié)構(gòu)元件的高度。這些結(jié)構(gòu)元件具有寬度，對 于該寬度適用λ，在較大波長的情況下也適用λ/4。在這種大小的結(jié)構(gòu)元件的情 況下，射到中間層上的光波不再察覺到結(jié)構(gòu)元件與該介質(zhì)之間的界限、即第一與第二材料 之間的界限，而是經(jīng)歷作為具有有效折射率nrff的均質(zhì)層的中間層。因為中間層包含由第一 材料和第二材料構(gòu)成的混合物，因此該混合材料的有效折射率nrff在第一折射率Ii1和第二 折射率n2之間。對于中間層，尤其適用n2<nrff <nl。然而，也可能的是，Ii1 < nrff < n2。有利地，有效折射率nrff通過在中間層中第一材料相對于第二材料的濃度而言的 濃度來調(diào)節(jié)。如果第一材料的濃度占優(yōu)勢，則產(chǎn)生與第二折射率112相比更接近Il1的有效折 射率nrff。如果第二材料的濃度占優(yōu)勢，則情況相反。為了實現(xiàn)有效折射率Iirff，有利的是，各個結(jié)構(gòu)元件的基面寬度g小于各個結(jié)構(gòu)元 件的高度h?；鎸挾萭在此被理解為結(jié)構(gòu)元件的基面的最長尺寸。在圓形基面的情況下， 基面寬度g對應(yīng)于直徑。對于比例g h，尤其適用g 10。接下來描述按照本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片的不同實施方式，其中這些不同實施方式舉 例說明結(jié)構(gòu)化區(qū)域的不同功能。在一個有利的實施方式中，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片是激光二極管芯片。有利 地，可以借助布置在合適位置的結(jié)構(gòu)化區(qū)域來實現(xiàn)比傳統(tǒng)半導(dǎo)體激光器更高的彎曲水平 (Kink-Level)，即能夠?qū)崿F(xiàn)更高的輻射功率，而不出現(xiàn)橫向模式跳躍。激光二極管芯片尤其是條形激光器。該條形激光器具有接片，其中結(jié)構(gòu)化區(qū)域優(yōu) 選地被布置在該接片的邊緣處。在這些邊緣處，結(jié)構(gòu)化區(qū)域可以有利地被用于模式衰減 (Modendampfung).按照一個實施例，該條形激光器具有接片，該接片直達有源區(qū)或者甚至延伸穿過 有源區(qū)。這具有的優(yōu)點是，可以實現(xiàn)相對小的電流擴展以及因此實現(xiàn)小的閾值電流。然而， 在傳統(tǒng)的、在邊緣處不具有結(jié)構(gòu)化區(qū)域的激光器中，在接片和通常為電介質(zhì)的周圍介質(zhì)之 間出現(xiàn)相對大的折射率跳躍。由此引導(dǎo)使輻射質(zhì)量變差的橫向模式。而在本實施例中，折射 率跳躍可以借助結(jié)構(gòu)化區(qū)域被減小。尤其是，結(jié)構(gòu)元件被具有第二折射率n2的鈍化層包覆。 鈍化層例如可以包含氧化硅。結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選地由半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層構(gòu)成。折射率跳躍 的減小導(dǎo)致僅僅還引導(dǎo)橫向模式。因此可以改善激光二極管芯片的遠場并且保持小的閾值 電流。此外，鈍化層借助結(jié)構(gòu)元件與半導(dǎo)體層嚙合，使得其更好地附著在該半導(dǎo)體層上。按照該條形激光器的另一實施例，結(jié)構(gòu)元件由吸收層包覆。由此，又可以減小在半 導(dǎo)體層與吸收層之間的折射率跳躍，其中所述結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選地從所述半導(dǎo)體層中被蝕刻出 來。光波的穿透深度由此可以被提高并且光波與該吸收層的相互作用可以被改善。這導(dǎo)致 較高橫向模式的更好的衰減。吸收層優(yōu)選地包含Si、Ti、Al、Ga、Nb、Zr、Ta、Hf、Zn、Mg、Rh、In的氧化物或氮化物。在另一實施例中，吸收層可以被布置在鈍化層上。對于所有這些實施例來說共同的是，基于可以借助被包覆的結(jié)構(gòu)元件而實現(xiàn)的被減小的折射率跳躍，光波能夠更深地穿透到鈍化層或吸收層中，由此實現(xiàn)較高模式的更好 的衰減。在一個有利的擴展方案中，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片包括具有多個條形激光器和多 個結(jié)構(gòu)化區(qū)域的激光器陣列。優(yōu)選地，在兩個條形激光器之間分別布置有一個結(jié)構(gòu)化區(qū)域。 借助結(jié)構(gòu)元件，一方面可以在λ或者在較大波長的情況下λ/4適用時減小在結(jié) 構(gòu)元件從中凸出的層與周圍介質(zhì)之間的折射率過渡并且由此改善輻射的耦合輸出。但是即 使λ <b<4ym，也可以基于在結(jié)構(gòu)元件處的散射更好地耦合輸出散射光。這具有如下優(yōu) 點可能對相鄰的條形激光器產(chǎn)生串?dāng)_或者可能導(dǎo)致環(huán)模式(Ringmode)的散射光更好地 被抑制。在另一實施方式中，發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片具有介電反射鏡。尤其是，這些結(jié)構(gòu)元 件由該介電反射鏡的第一層構(gòu)成并且被介電反射鏡的第二層包圍。優(yōu)選地，該第一層包含 具有第一折射率H1的第一材料以及第二層包含具有第二折射率 的第二材料。借助所包 覆的結(jié)構(gòu)元件，光波可以基于被減小的折射率跳躍更好地穿透到第二層中，并且與第二層 相互作用。第二層優(yōu)選地具有封入物，尤其是空氣封入物，其中所述封入物具有比第二折射 率112更小的折射率。由此可以降低第二折射率Ii2并且因此降低有效折射率nrff。這具有 如下優(yōu)點，即全反射的臨界角變小，使得可以借助出現(xiàn)在介電反射鏡處的全反射朝發(fā)射輻 射的半導(dǎo)體芯片的耦合輸出側(cè)的方向反射更大的輻射分量。該第一和第二層可以分別包含 Si、Ti、Al、Ga、Nb、Zr、Ta、Hf、Zn、Mg、Rh、In的氧化物、氮化物或氮氧化合物。在按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的另一個實施方式中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域被布置在有源區(qū)中。尤其是，該結(jié)構(gòu)化區(qū)域構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)。在本申請的范圍內(nèi)，術(shù)語“量子阱結(jié) 構(gòu)”尤其包括載流子能夠通過封入(“限制(confinement)”)經(jīng)歷其能量狀態(tài)的量子化的 那種結(jié)構(gòu)。尤其是，術(shù)語“量子阱結(jié)構(gòu)”不包含關(guān)于量子化的維數(shù)的說明。因此，它尤其包 括量子阱、量子線和量子點以及這些結(jié)構(gòu)的每種組合。借助結(jié)構(gòu)化區(qū)域可以實現(xiàn)載流子的 改善的封入。在發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的另一擴展方案中，各個結(jié)構(gòu)元件的基面寬度g大于各 個結(jié)構(gòu)元件的高度h。比例g h尤其可以是g h ^ 10 1。在這里，結(jié)構(gòu)元件的寬度 b尤其是入< b彡4μπι。在該擴展方案中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域特別適于作為耦合輸出層。在發(fā)光二極管中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域優(yōu)選地在主輻射方向上被布置在有源區(qū)之后。借助 用作耦合輸出層的結(jié)構(gòu)化區(qū)域，可以改善輻射耦合輸出并且因此改善輸出功率。此外，在尤其是具有接片的條形激光器的激光二極管芯片中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域可以用 作用于耦合輸出散射光的耦合輸出層。為此，優(yōu)選地將結(jié)構(gòu)化區(qū)域布置在該接片旁邊。在 此情況下，散射光與激光垂直地傳播并且投射到該結(jié)構(gòu)化區(qū)域上，在那里該散射光可以耦 合輸出。由此可以改善激光面(Laserfacette)處的輻射特性并且抑制超發(fā)光。在按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的所有所描述的變型方案中，結(jié)構(gòu)元件可 以為椎體或多面體，尤其是棱錐或圓柱體。為了制造先前所描述的結(jié)構(gòu)化區(qū)域可以考慮各種方法。對于所有方法來說共同的 是使用掩模，該掩模負(fù)責(zé)結(jié)構(gòu)元件的隨機的布置。根據(jù)按照本發(fā)明的一種用于制造發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的優(yōu)選方法，掩模層被施加到待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域的部分區(qū)域上。所述掩模層不完全覆蓋待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域。例如可以借助蒸鍍或濺射將掩模層相對薄地施加到待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域上，使得不形成封閉的層。在此，掩模層可以具有小于50nm的厚度，尤其是小于20nm的厚度。對于掩模 層，適合的有例如Ni、Ti或Pt的金屬，例如Si、Ti或&的氧化物或氮化物的介電材料， 或者例如光刻膠的聚合物。然而，也可以使用較厚的層作為掩模層，在施加到待結(jié)構(gòu)化的區(qū) 域上之后，該掩模層被退火。由此，可以構(gòu)造空腔或者中斷。用于構(gòu)造掩模層的另外的可能性在于，借助光刻技術(shù)來結(jié)構(gòu)化封閉的掩模層并且 由此產(chǎn)生中斷。此外，掩模層可以包含不均勻材料，從所述不均勻材料以濕法化學(xué)方式分解出材 料成分，或者所述不均勻材料可以在隨后的干法化學(xué)蝕刻中以不同的強度被去除，使得掩 模層因此具有不規(guī)則地布置的中斷。一旦掩模層被建立，待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域、例如半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層或介電反射鏡 的介電層就可以通過以下方式被結(jié)構(gòu)化，即在其中蝕刻出掩模層的中斷。在此，結(jié)構(gòu)元件被 保留下來。尤其適合的是各向異性的蝕刻方法，例如干法化學(xué)蝕刻。優(yōu)選地在蝕刻過程之 后將該掩模層除去。所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域然后具有結(jié)構(gòu)元件。在按照本發(fā)明的用于制造發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的另一變型方案中，掩模材料被 布置成遠離待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域。在蝕刻過程期間，該掩模材料至少部分地被去除并且被沉積 (ablagern)在待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域上，其中待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域同時被蝕刻，使得結(jié)構(gòu)元件被構(gòu)造。半導(dǎo)體芯片例如可以被布置在載體上，在該載體上掩模材料被布置在半導(dǎo)體芯片 旁邊或者包圍該半導(dǎo)體芯片。在這里，掩模材料用作目標(biāo)。在例如為了給予該半導(dǎo)體芯片期 望的形狀而執(zhí)行的蝕刻過程期間，將掩模材料至少部分地去除，尤其是蝕刻掉。被去除的掩 模材料可以沉積在待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域上，由此產(chǎn)生具有中斷的掩模層。掩模層能夠具有被極 其緊密地布置的并且精細的結(jié)構(gòu)。因為優(yōu)選地在掩模材料的沉積期間繼續(xù)進行蝕刻過程， 因此待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域可以同時被蝕刻，使得結(jié)構(gòu)元件被構(gòu)造。因此可以有利地在該方法中 在一個步驟中進行掩模層的產(chǎn)生和蝕刻。在一個步驟中產(chǎn)生和蝕刻掩模層的另一可能性在于，將掩模材料施加到半導(dǎo)體芯 片的成形區(qū)域上。在條形激光器的情況下，所述成形區(qū)域例如可以是構(gòu)造接片(Steg)的區(qū) 域。掩模材料可以是封閉的或者中斷的層。在尤其是借助蝕刻加工成形區(qū)域的情況下，掩 模材料至少部分地被去除，尤其是被蝕刻掉。被去除的掩模材料可以至少部分地沉積到待 結(jié)構(gòu)化的區(qū)域上。優(yōu)選地，在該方法中，在掩模材料沉積期間也繼續(xù)進行蝕刻過程，使得待 結(jié)構(gòu)化的區(qū)域被蝕刻并且因此結(jié)構(gòu)元件被構(gòu)造。借助于掩模層、蝕刻參數(shù)和蝕刻方法的適當(dāng)選擇，可以影響結(jié)構(gòu)元件的形狀和大 小。本發(fā)明的其他特征、優(yōu)點和改進方案從下面結(jié)合

圖1至10說明的實施例得出。圖1示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第一實施例的示意性橫截面視 圖，圖2示出傳統(tǒng)的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的示意性橫截面視圖，圖3示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第二實施例的示意性橫截面視 圖，
圖4示出傳統(tǒng)的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的示意性橫截面視圖，圖5示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第三實施例的示意性橫截面視 圖，圖6示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第四實施例的示意性橫截面視 圖，圖7示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第五實施例的示意性橫截面視 圖，圖8示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第六實施例的示意性橫截面視 圖，圖9示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片的第七實施例的示意性橫截面視 圖，圖10A，IOB和IOC示出按照本發(fā)明的方法的一個實施例的各種步驟。在圖1中示出了發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1，該發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1是激光二極 管芯片。該激光二極管芯片尤其是條形激光器并且具有接片(Steg) 10。接片10延伸直到 第一波導(dǎo)層5，第一波導(dǎo)層5與有源區(qū)2直接相鄰，并且因此具有蝕刻深度，在該蝕刻深度的 情況下盡管可以實現(xiàn)相對小的閾值電流，然而在該蝕刻深度的情況下沒有結(jié)構(gòu)化區(qū)域3就 出現(xiàn)較高模式(Moden)。傳統(tǒng)的沒有結(jié)構(gòu)化區(qū)域的半導(dǎo)體芯片在圖2中被示出。與此不同， 在圖1中所示的半導(dǎo)體芯片1中，結(jié)構(gòu)化區(qū)域3有利地被布置在接片10的兩個相對的邊緣 處。結(jié)構(gòu)化區(qū)域3具有結(jié)構(gòu)元件(未示出)，這些結(jié)構(gòu)元件不規(guī)則地被布置，具有寬度 b^ λ以及彼此具有間距a < λ。在較大的波長的情況下，即在光譜的長波端處輻射的情 況下，這些結(jié)構(gòu)元件尤其可以具有寬度λ/4以及彼此具有間距a < λ/4。此外，優(yōu)選 的是比例g h ^ 1 10，尤其是g h=l 10。在該實施例的情況下，結(jié)構(gòu)元件從第一波導(dǎo)層5中被蝕刻出來，并且由此包含與 第一波導(dǎo)層5相同的材料。該材料尤其是半導(dǎo)體材料。例如包含氧化硅的鈍化層4包覆結(jié)構(gòu)化區(qū)域3并且填滿各個結(jié)構(gòu)元件之間的間 隙。通過從第一波導(dǎo)層5凸出的結(jié)構(gòu)元件與鈍化層4之間的嚙合，鈍化層4特別好地附著 在第一波導(dǎo)層5上。此外，可以借助結(jié)構(gòu)元件或者借助結(jié)構(gòu)化區(qū)域3減小波導(dǎo)層5和鈍化 層4之間的折射率跳躍。因為包括結(jié)構(gòu)元件和通過鈍化層4填滿的間隙并且因此被布置在 波導(dǎo)層5和鈍化層4之間的假想的中間層具有處于結(jié)構(gòu)元件的材料的第一折射率Ii1與鈍 化層4的第二折射率Ii2之間的有效折射率nrff。與波導(dǎo)層5相鄰的有源區(qū)2在最簡單的情況下可具有ρ型導(dǎo)電和η型導(dǎo)電的半導(dǎo) 體層，在所述半導(dǎo)體層之間布置有產(chǎn)生輻射的ρη結(jié)。然而有源區(qū)2也可以具有雙異質(zhì)結(jié) 構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)或多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW)。在該實施例中，在有源區(qū)2中產(chǎn)生的輻射通過半 導(dǎo)體芯片1的邊沿發(fā)射。主輻射方向平行于接片10延伸，該接片10被構(gòu)造成條形。有源區(qū)2被布置在第二波導(dǎo)層8上。第一波導(dǎo)層5和第二波導(dǎo)層8具有不同的導(dǎo) 電類型。例如，第一波導(dǎo)層5可以是ρ型導(dǎo)電，而第二波導(dǎo)層8可以是η型導(dǎo)電。兩個波導(dǎo) 層5和8分別在背離有源區(qū)2的一側(cè)通過罩層(Mantelschicht)來限定邊界。第一罩層6 具有與第一波導(dǎo)層5相同的導(dǎo)電性，其中第一罩層6被施加到第一波導(dǎo)層5上。第二罩層9具有與第二波導(dǎo)層8相同的導(dǎo)電類型，其中第二波導(dǎo)層8被施加到第二罩層9上。優(yōu)選地，除了鈍化層4和布置在接片10上的接觸層7之外的所有層彼此重疊地外延生長，并且形成由半導(dǎo)體層構(gòu)成的層堆疊。半導(dǎo)體層的半導(dǎo)體材料可以是基于氮化物化 合物半導(dǎo)體、磷化物化合物半導(dǎo)體或砷化物化合物半導(dǎo)體的材料。在圖3中示出了發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1，它具有如圖1中所示的半導(dǎo)體芯片1的 構(gòu)造并且附加地具有吸收層11。吸收層11被直接施加到鈍化層4上。有利地，可以借助 兩個單獨的層與吸收率無關(guān)地來影響電絕緣，其中鈍化層4與這兩個單獨的層電絕緣并且 吸收層11使較高模式衰減。而在傳統(tǒng)的半導(dǎo)體芯片1中，如圖4中所示，針對電絕緣并且 為了模式衰減設(shè)置有一個唯一的層，即進行吸收的鈍化層4，該鈍化層4包含由電絕緣材料 和吸收材料構(gòu)成的混合物。在圖4的實施例中，必須遵循該解決方案，因為波導(dǎo)層5和鈍化 層4之間的相對大的折射率跳躍通常導(dǎo)致，光波不能穿透到鈍化層4中太深。如果使用單 獨的吸收層，光波幾乎不能到達其中，這會導(dǎo)致較高模式的弱衰減。在圖3的實施例中，借助于結(jié)構(gòu)化區(qū)域3，可以減小折射率跳躍。由此，光波可以更 深地穿透到這些層中并且直到到達吸收層11。吸收層11優(yōu)選地包含氧化物或氮化物，尤其是ITO或Si、Ti、Al、Ga、Nb、Zr、Ta、 Hf、Zn、Mg、Rh、In的氧化物或氮化物。這些材料在如在本發(fā)明的范圍中優(yōu)選的、基于氮化物 化合物半導(dǎo)體的半導(dǎo)體芯片的情況下是特別合適的。對于鈍化層4例如可以使用氧化硅。圖5示出按照本發(fā)明的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1的另一個實施例。這里所示的半 導(dǎo)體芯片1是激光器陣列，該激光器陣列具有多個條形激光器12和多個結(jié)構(gòu)化區(qū)域3，其中 在兩個相鄰的條形激光器12之間分別布置有一個結(jié)構(gòu)化區(qū)域3。借助結(jié)構(gòu)化區(qū)域3可以更 好地抑制一個條形激光器的散射光對另一個條形激光器的串?dāng)_。所述條形激光器12不是單獨的器件。更確切地說，半導(dǎo)體芯片1具有連續(xù)的有源 區(qū)2。條形激光器12的正面的接觸僅僅借助第一接觸層7來單獨地進行。在圖5中所示的實施例中，條形激光器12與圖1中所示的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片 1 一樣被構(gòu)造。然而，條形激光器12也可以與圖3中所示的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1 一樣 被構(gòu)造。如果選擇沒有吸收層的構(gòu)造，則可以借助結(jié)構(gòu)化區(qū)域3來減小層堆疊與周圍環(huán)境 之間的折射率過渡并且因此減小全反射的概率。由此散射光可以更好地從半導(dǎo)體芯片1耦 合輸出，由此可以抑制一個條形激光器對另外的條形激光器的串?dāng)_。在使用鈍化層4上的 吸收層的情況下，可以有利地吸收散射光。結(jié)構(gòu)元件可以具有寬度λ <b^4um0在這種情況下，結(jié)構(gòu)元件可以作為散射 中心起作用。然而，結(jié)構(gòu)元件也可以具有寬度b彡λ，在較大的波長情況下也可以具有 b < λ /4，因此由鈍化層4包圍的結(jié)構(gòu)元件是具有有效的折射率Iirff的中間層。圖6至8示出發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1。發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1優(yōu)選地是發(fā)光 二極管，與在圖1至5中所示的激光二極管不同，這些發(fā)光二極管不發(fā)射相干的輻射。對于圖6至8的半導(dǎo)體芯片1來說共同的是這些半導(dǎo)體芯片1包括具有第一介 電層(未示出)以及第二介電層(未示出)的介電反射鏡17。結(jié)構(gòu)化區(qū)域(未示出)位于 該第一介電層以及第二介電層之間的過渡處。圖6示出半導(dǎo)體芯片1，該半導(dǎo)體芯片1是薄膜半導(dǎo)體芯片。所示的薄膜半導(dǎo)體芯片1包括具有外延生長的半導(dǎo)體層15、2、14的層堆疊，生長襯底從該層堆疊被除去。層14 是具有第一導(dǎo)電類型的第一層，所述第一導(dǎo)電類型優(yōu)選地是P型導(dǎo)電，而層15是具有第二 導(dǎo)電類型的第二層，所述第二導(dǎo)電類型優(yōu)選地是η型導(dǎo)電。層堆疊被布置在載體16上，其中介電反射鏡17位于載體16和所述層堆疊之間。 介電反射鏡17不是在層堆疊的整個表面上延伸，而是被第二接觸層13包圍，其中有源區(qū)2 借助該第二接觸層13與導(dǎo)電的載體16電連接。另外的電接觸、即第一接觸層7被布置在 有源層2的背離介電反射鏡17的一側(cè)上。該側(cè)是半導(dǎo)體芯片1的耦合輸出側(cè)。如下面所闡述的，借助介電反射鏡17，可以以有效的方式朝該耦合輸出側(cè)的方向 反射由有源區(qū)2朝介電反射鏡17的方向發(fā)出的輻射。具有寬度b < λ的結(jié)構(gòu)元件優(yōu)選地由介電反射鏡17的第一層構(gòu)成并且被介電反 射鏡17的第二層包圍。借助被包覆的結(jié)構(gòu)元件和由其得到的中間層，光波可以更好地穿透 到第二層中并且與第二層相互作用。該第一層包含具有第一折射率H1的第一材料以及第二 層包含具有第二折射率112的第二材料。優(yōu)選地，第二層優(yōu)選地具有封入物，尤其是空氣封入 物，所述封入物具有比第二折射率η2小的折射率。由此可以降低第二折射率ri2并且因此降 低有效折射率neff。這具有如下優(yōu)點，即全反射的臨界角變小，使得可以借助出現(xiàn)在介電反 射鏡17上的全反射朝發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1的耦合輸出側(cè)的方向反射更大的輻射分量。 該第一和第二層可以分別包含Si、Ti、Al、Ga、Nb、Zr、Ta、Hf、Zn、Mg、Rh、In的氧化物、氮化 物或氮氧化合物。在圖7和8中所示的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1以相應(yīng)的工作原理為基礎(chǔ)。兩個半 導(dǎo)體芯片1具有透明的襯底16。由此，能夠穿過該襯底16進行輻射耦合輸出。介電反射鏡 17被布置在襯底16上并且因此也被布置在半導(dǎo)體芯片1的面對耦合輸出側(cè)的一側(cè)上。介 電反射鏡17覆蓋層堆疊的外部區(qū)域。第一接觸層7被布置在內(nèi)部區(qū)域中。在圖7的半導(dǎo)體芯片1的情況下，第二接觸層13被施加在襯底16上。而圖8的 半導(dǎo)體芯片1具有在第二層15上的第二接觸層13。第一層14和第二層15以及有源區(qū)2可以分別由多個部分層構(gòu)成。這適用于所有 所描述的實施例。圖9示出發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1，該發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片1是激光二極管并且 從構(gòu)造上很大程度上與圖1至4的條形激光器相對應(yīng)。在所示的實施方式中，具有寬度為λ的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)化區(qū)域(未示出)被 布置在有源區(qū)2中。尤其是，該結(jié)構(gòu)化區(qū)域構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)。借助該結(jié)構(gòu)化區(qū)域可以實現(xiàn) 在有源區(qū)2中載流子的改善的封入?，F(xiàn)在結(jié)合圖IOA至IOC描述按照本發(fā)明的方法的一個實施例。在這里，將成形掩模18施加到還需要成形的具有層7、6、5、2、8和9的半導(dǎo)體芯片 1的層堆疊上(參見圖10Α)。成形掩模18例如可以是用于制造接片10的蝕刻掩模(參見 圖 10Β)。將掩模材料19施加到成形掩模18上，該掩模材料被設(shè)置用于制造結(jié)構(gòu)化區(qū)域 3(參見圖10C)。掩模材料19在此被布置成遠離待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域30。掩模材料19可以包 含例如Ni、Ti或Pt的金屬，例如Si、Ti或&的氧化物或氮化物的介電材料，或者例如光刻 膠的聚合物。接著，可以將保護層20施加到掩模材料19上。
為了制造接片10，執(zhí)行蝕刻過程(參見圖10B)。在這里，第一接觸層7和第一波 導(dǎo)層6被結(jié)構(gòu)化，使得接片10被構(gòu)造。在該過程中，保護層20完全被蝕刻掉。接片10的 蝕刻深度可以通過進一步的蝕刻來增大。這里，用于制造結(jié)構(gòu)元件的掩模材料19至少部分 地被去除，并且可以沉積在待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域30上(參見圖10B)。因為繼續(xù)進行蝕刻過程，因此同時進行區(qū)域30的結(jié)構(gòu)化，使得構(gòu)造具有結(jié)構(gòu)元件 的結(jié)構(gòu)化區(qū)域3(參見圖10C)。這些結(jié)構(gòu)元件也可以在蝕刻過程之后在其頂部處還具有掩 模材料，該掩模材料不一定必須被除去。結(jié)合圖IOA至IOC所描述的方法導(dǎo)致結(jié)構(gòu)元件的一種自組織制造方式，因為在蝕刻過程期間構(gòu)造這些結(jié)構(gòu)元件而無需有目的地生成掩模層。本發(fā)明不受借助實施例的描述限制。更確切地說，本發(fā)明包括每種新特征以及特 征的每種組合，這尤其包含權(quán)利要求中的特征的每種組合，即使該特征或該組合本身沒有 在權(quán)利要求或?qū)嵤├斜幻鞔_說明。
權(quán)利要求
一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，包括-用于產(chǎn)生波長為λ的輻射的有源區(qū)(2)，-具有不規(guī)則地布置的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)化區(qū)域(3)，這些結(jié)構(gòu)元件包含具有第一折射率n1的第一材料并且被具有第二材料的介質(zhì)包圍，該第二材料具有第二折射率n2。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中所述結(jié)構(gòu)元件分別具有寬 度b < 4 μ m，并且彼此具有間距a < 4 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中所述結(jié)構(gòu)元件分別具有寬 度b彡λ，并且彼此具有間距a彡λ。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中具有所述結(jié)構(gòu)元件和 所述介質(zhì)的中間層的厚度對應(yīng)于所述結(jié)構(gòu)元件的最大高度，并且其中對于所述中間層的有 效折射率neff適用n2 < neff < Ii1。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中通過在所述中間層中第一 材料相對于第二材料的濃度而言的濃度來調(diào)節(jié)所述有效折射率nrff。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中各個結(jié)構(gòu)元件的基面 寬度g小于各個結(jié)構(gòu)元件的高度h。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，所述發(fā)射輻射的半導(dǎo)體 芯片(1)是具有接片(10)的條形激光器，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域(3)被布置在該接片(10) 的邊緣處。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中所述結(jié)構(gòu)元件由所述半 導(dǎo)體芯片(1)的半導(dǎo)體層構(gòu)成，并且所述介質(zhì)是覆蓋所述結(jié)構(gòu)元件的鈍化層(4)或吸收層 (11)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或3至6之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，所述發(fā)射輻射的 半導(dǎo)體芯片(1)具有介電反射鏡(17)，其中所述結(jié)構(gòu)元件由所述介電反射鏡(17)的第一層 構(gòu)成并且被所述介電反射鏡(17)的第二層包圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至3之一所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中所述有源區(qū)(2) 具有結(jié)構(gòu)化區(qū)域(2)，該結(jié)構(gòu)化區(qū)域構(gòu)成量子阱結(jié)構(gòu)。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其中各個結(jié)構(gòu)元件的基面 寬度g大于各個結(jié)構(gòu)元件的高度h。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，所述發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)是發(fā)光二極管，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域(3)是所述發(fā)光 二極管的耦合輸出層。
13.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，所述發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)是具有接片(10)的條形激光器，其中所述結(jié)構(gòu)化區(qū)域 (3)被布置在該接片(10)旁邊，用于耦合輸出散射光。
14.用于制造根據(jù)上述權(quán)利要求之一的半導(dǎo)體芯片(1)的方法，其中具有中斷的掩模 層被施加到待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(30)上，并且該區(qū)域(30)在所述中斷中被蝕刻，使得在除去該 掩模層之后，具有結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)化區(qū)域(3)被構(gòu)造。
15.用于制造根據(jù)權(quán)利要求1至13之一的半導(dǎo)體芯片(1)的方法，其中掩模材料(19) 被布置成遠離待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(30)，在蝕刻過程期間該掩模材料至少部分地被去除并且被沉積在所述待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(30)上，其中所述待結(jié)構(gòu)化的區(qū)域(30)同時被蝕刻，使得結(jié)構(gòu)元件被構(gòu)造。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片(1)，其包括用于產(chǎn)生波長為λ的輻射的有源區(qū)(2)以及具有不規(guī)則地布置的結(jié)構(gòu)元件的結(jié)構(gòu)化區(qū)域(3)，這些結(jié)構(gòu)元件包含具有第一折射率n1的第一材料，并且被具有第二材料的介質(zhì)包圍，該第二材料具有第二折射率n2。此外，還說明一種用于制造這種半導(dǎo)體芯片的方法。
文檔編號H01L33/00GK101809772SQ200880109326
公開日2010年8月18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A·萊利, C·?？死? C·魯姆博爾茨 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司