光電子半導(dǎo)體芯片和用于其制造的方法
【專利摘要】說明了一種帶有層堆疊的半導(dǎo)體芯片，該層堆疊具有第一半導(dǎo)體層序列（21a）以及第二半導(dǎo)體層序列（21b）。第一半導(dǎo)體層序列（21a）具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域（2a）、第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域（2b）和布置其間的有源區(qū)（1a）。該第二半導(dǎo)體層序列（21b）具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域（2b）、第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域（2c）和布置其間的第二有源區(qū)（1b）。此外，還說明了一種用于制造這種半導(dǎo)體類型的方法。
【專利說明】光電子半導(dǎo)體芯片和用于其制造的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及帶有第一半導(dǎo)體層序列和第二半導(dǎo)體層序列的光電子半導(dǎo)體芯片。此外，本發(fā)明還涉及用于制造這種半導(dǎo)體芯片的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片隨著電流密度上升而效率降低是迄今都存在的一個(gè)問題，這尤其是限制了每給定面積的亮度、也即射束密度。在串聯(lián)連接和/或重疊堆疊的半導(dǎo)體芯片中，該問題可部分被解決。然而在整體地重疊生長的半導(dǎo)體芯片中，其中這些半導(dǎo)體芯片發(fā)射在可見波長范圍中的輻射，由于大的帶隙而得到極其高的摻雜劑濃度，其中雜質(zhì)同時(shí)具有高的激活能量。這導(dǎo)致有效載流子密度的劇烈減少并且導(dǎo)致例如在可以集成在半導(dǎo)體芯片中的隧道結(jié)處的歐姆損失。
[0003]通常已知的是，要以垂直重疊堆疊的半導(dǎo)體芯片實(shí)現(xiàn)高射束密度。在此，將各個(gè)半導(dǎo)體芯片與晶體隧道結(jié)或與接合層相互連接。這種堆疊的半導(dǎo)體芯片可以在高效率情況下運(yùn)行，其中與簡單的半導(dǎo)體芯片相比可以產(chǎn)生相同的光量，由此可以在較小的電流密度情況下運(yùn)行這種堆疊的半導(dǎo)體芯片。但是，這些垂直重疊堆疊的半導(dǎo)體芯片表現(xiàn)出提高的運(yùn)行電壓，因?yàn)樵谒淼澜Y(jié)處的歐姆損失不能被避免。此外，輻射效率受到在半導(dǎo)體芯片中的內(nèi)部吸收的影響，即使是在隧道結(jié)無損失地工作情況下。
[0004]由文獻(xiàn)EP 1601026 Al例如描述了一種光電子器件,其包括具有兩個(gè)相反取向的半導(dǎo)體層序列的層堆疊，所述半導(dǎo)體層序列整體地被集成。在此，所述半導(dǎo)體層序列分別具有第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域，在其之間分別布置有源區(qū)。在各個(gè)半導(dǎo)體層序列之間布置有接觸層。
[0005]在文獻(xiàn)DE 102008053731中描述了一種帶有兩個(gè)有源區(qū)的光電子半導(dǎo)體芯片。該半導(dǎo)體芯片在此由兩個(gè)單獨(dú)的半導(dǎo)體本體構(gòu)成，這些半導(dǎo)體本體借助連接層機(jī)械連接。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的任務(wù)在于說明一種光電子半導(dǎo)體芯片，借助其可以產(chǎn)生高的射束密度，其中同時(shí)避免在半導(dǎo)體芯片中的歐姆損失。此外，本發(fā)明的任務(wù)還在于說明一種用于這種改善的半導(dǎo)體芯片的制造方法。
[0007]所述任務(wù)通過具有權(quán)利要求1的特征的半導(dǎo)體芯片解決。此外，本發(fā)明的任務(wù)還通過具有權(quán)利要求14的特征的制造方法解決。該半導(dǎo)體芯片和其制造方法的有利的擴(kuò)展方案是從屬權(quán)利要求的主題。
[0008]在一種實(shí)施方式中，光電子半導(dǎo)體芯片具有第一半導(dǎo)體層序列,第一半導(dǎo)體層序列具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域、第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域和布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域和第二半導(dǎo)體區(qū)域之間的用于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)。該層堆疊還具有第二半導(dǎo)體層序列，該第二半導(dǎo)體層序列具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域、第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域和布置在第二半導(dǎo)體區(qū)域和第三半導(dǎo)體區(qū)域之間的用于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)。
[0009]層堆疊例如可以理解為重疊堆疊的層的序列。這些層在此優(yōu)選外延淀積到生長襯底上。有源區(qū)優(yōu)選在垂直方向上以其扁平側(cè)重疊地緊靠布置。也即，層堆疊的這些層整體地被集成。這些層于是外延生長在彼此上，而不在其間布置非外延施加的例如接合層形式的連接裝置。
[0010]因此半導(dǎo)體芯片具有兩個(gè)分別帶有有源區(qū)的半導(dǎo)體層序列，其中這兩個(gè)半導(dǎo)體層序列分享一個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域。第一和第二半導(dǎo)體層序列于是具有第二導(dǎo)電類型的共同的第二半導(dǎo)體區(qū)域。優(yōu)選在兩個(gè)半導(dǎo)體層序列的兩個(gè)有源區(qū)之間僅有一個(gè)一種導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域。該層堆疊在此一共僅僅具有正好三個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域。通過共同的半導(dǎo)體區(qū)域，半導(dǎo)體層序列的電端子例如通過金屬接觸部來實(shí)現(xiàn)。在半導(dǎo)體層序列或接合層之間的隧道結(jié)是不必要的。因此該半導(dǎo)體芯片在半導(dǎo)體層序列之間沒有隧道結(jié)和接合層。同時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在小的電流密度情況下運(yùn)行該半導(dǎo)體芯片。有利地通過小的電流密度而減少了在半導(dǎo)體芯片中的電流收縮現(xiàn)象。此外，需要更少的用于優(yōu)化的電流展寬的接觸部，這導(dǎo)致:有利地簡化了外延結(jié)構(gòu)，減少了接觸面積并且由此增加了有源面積。尤其是，外延結(jié)構(gòu)由于使用了共同的半導(dǎo)體區(qū)域和由于取消了例如多重層系統(tǒng)(如超晶格)而得到簡化，該多重層系統(tǒng)通常是為構(gòu)造低歐姆的隧道結(jié)所需的。
[0011]此外由于共同的第二半導(dǎo)體區(qū)域，可以有利地在半導(dǎo)體芯片的η側(cè)上應(yīng)用介電的反射器而無需外部的電流展寬。這種介電的反射器由于其相對傳統(tǒng)金屬反射器提高的反射率而特別有利并且可以進(jìn)一步提高效率。在P側(cè)上可以有利地在層堆疊中進(jìn)行電流展寬。此外，能夠在所使用的電流展寬層中實(shí)現(xiàn)簡化的并且精確的處理。
[0012]第一半導(dǎo)體區(qū)域的第一導(dǎo)電類型例如是η導(dǎo)電類型。因此在該情況下，第三半導(dǎo)體區(qū)域的導(dǎo)電類型也是η導(dǎo)電類型。第二半導(dǎo)體區(qū)域的第二導(dǎo)電類型在此是P導(dǎo)電類型。
[0013]相應(yīng)地，第一導(dǎo)電類型可以是P導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型可以是η導(dǎo)電類型。
[0014]尤其是，第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型彼此不同。
[0015]半導(dǎo)體芯片是光電子半導(dǎo)體芯片，其能夠?qū)㈦娮赢a(chǎn)生的數(shù)據(jù)或能量轉(zhuǎn)換成光發(fā)射或者反過來。光電子半導(dǎo)體芯片例如包括發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片，例如LED。
[0016]半導(dǎo)體芯片的有源區(qū)優(yōu)選包含ρη結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)、單量子阱結(jié)構(gòu)(SQW，單量子阱)或者多量子阱結(jié)構(gòu)(MQW，多量子阱)用于產(chǎn)生輻射。量子阱結(jié)構(gòu)的術(shù)語這里不表明關(guān)于量子化的維度方面的含義。其尤其是包含量子阱、量子線和量子點(diǎn)和這些結(jié)構(gòu)的每種組合。
[0017]第一和第二半導(dǎo)體層序列優(yōu)選分別包含半導(dǎo)體材料。尤其是，第一和第二半導(dǎo)體層序列、尤其是有源區(qū)優(yōu)選包含III/V半導(dǎo)體材料。III/V半導(dǎo)體材料特別適于在紫外頻譜范圍中、經(jīng)過可見頻譜范圍直至紅外頻譜范圍中的輻射產(chǎn)生。
[0018]半導(dǎo)體芯片、尤其是層堆疊具有多個(gè)相繼外延淀積的半導(dǎo)體層，在這些半導(dǎo)體層中分別布置第一和第二有源區(qū)。該層堆疊的這些層例如生長在生長襯底上，該生長襯底接著至少部分或完全被剝離。優(yōu)選第一和第二半導(dǎo)體層序列整體地被集成。[0019]由于共同的第二半導(dǎo)體區(qū)域，在第一半導(dǎo)體層序列和第二半導(dǎo)體層序列之間不布置或無需隧道結(jié)和/或接合層。尤其是，第一半導(dǎo)體層序列和第二半導(dǎo)體層序列相交。第一半導(dǎo)體層序列因此過渡到第二半導(dǎo)體層序列中，其方式是，第二半導(dǎo)體區(qū)域不僅被分配給第一半導(dǎo)體層序列而且被分配給第二半導(dǎo)體層序列。[0020]按照至少另一實(shí)施方式，在第一半導(dǎo)體層序列的與第二半導(dǎo)體層序列背離的側(cè)上布置電流展寬層。電流展寬層例如是介電的反射器、金屬反射器或Combo反射器。電流展寬層在此不是必然針對由有源區(qū)發(fā)射的輻射是透明的或者半透明的。在該情況下，在第二半導(dǎo)體層序列的側(cè)上、尤其是通過第三半導(dǎo)體區(qū)域進(jìn)行從半導(dǎo)體芯片的輻射耦合輸出。
[0021]按照至少另一實(shí)施方式，第三半導(dǎo)體區(qū)域的背離第二有源區(qū)的表面具有打毛和/或輻射耦合輸出結(jié)構(gòu)。優(yōu)選通過經(jīng)打毛或設(shè)置有結(jié)構(gòu)的表面進(jìn)行從半導(dǎo)體芯片的輻射耦合輸出。這些輻射耦合輸出結(jié)構(gòu)在此優(yōu)選為三維結(jié)構(gòu)，例如棱錐體、棱錐臺和/或透鏡形式。通過經(jīng)打毛的表面或設(shè)置有輻射耦合輸出結(jié)構(gòu)的表面，尤其是在有源區(qū)中產(chǎn)生的輻射在層堆疊和環(huán)境介質(zhì)之間的界面上出現(xiàn)時(shí)所具有的角度可以被改變，使得該角度偏離全反射角度，由此有利地提高輻射耦合輸出效率。
[0022]按照至少另一實(shí)施方式，半導(dǎo)體芯片具有至少一個(gè)第一沖孔，第一沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的表面伸展至第二半導(dǎo)體區(qū)域中。該第一沖孔于是完全穿過第一半導(dǎo)體區(qū)域和第一有源區(qū)地一直達(dá)到第二半導(dǎo)體區(qū)域中。換句話說，第一沖孔貫穿第一半導(dǎo)體區(qū)域和第一有源區(qū)，其中該沖孔優(yōu)選被第一半導(dǎo)體區(qū)域和有源區(qū)全面地包圍。相應(yīng)地，第一沖孔是在第一半導(dǎo)體區(qū)域中和在第一有源區(qū)中的孔。第一沖孔優(yōu)選在第二半導(dǎo)體區(qū)域中結(jié)束，使得第一沖孔不再完全地穿過第二半導(dǎo)體區(qū)域。
[0023]按照至少另 一實(shí)施方式，在所述至少一個(gè)第一沖孔中布置第一電接觸層，該第一電接觸層與第一半導(dǎo)體區(qū)域和第一有源區(qū)電絕緣地布置并且電接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域。對第二半導(dǎo)體區(qū)域的電接觸相應(yīng)地通過在第一沖孔中的第一電接觸層來進(jìn)行。在此，第二半導(dǎo)體區(qū)域優(yōu)選可以在第一半導(dǎo)體區(qū)域側(cè)從外部被電接觸。
[0024]按照至少另一實(shí)施方式，在第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的表面上布置第二電接觸層，第二電接觸層與第一電接觸層電絕緣并且電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域。為此，例如在第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第二半導(dǎo)體區(qū)域的表面上施加第二電接觸層。該第二電接觸層優(yōu)選在第一沖孔的區(qū)域中同樣具有沖孔，第二半導(dǎo)體區(qū)域的第一電接觸層引導(dǎo)穿過所述沖孔。為了將第一接觸層與半導(dǎo)體層和第一有源區(qū)以及與第二接觸層電絕緣，優(yōu)選在這些層之間布置電絕緣層。
[0025]按照至少另一實(shí)施方式，在第三半導(dǎo)體區(qū)域的背離第二有源區(qū)的表面上布置第三電接觸層，第三電接觸層在半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上與半導(dǎo)體芯片電絕緣地引導(dǎo)至第二電接觸層并且電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域。第二電接觸層和第三電接觸層在此優(yōu)選不是相互電絕緣的，而是彼此電接觸。優(yōu)選，第三電接觸層構(gòu)造為對于由有源區(qū)發(fā)射的輻射透明的層，例如構(gòu)造為TCO層(透明導(dǎo)電氧化物)。這樣，此外也可以在第三半導(dǎo)體區(qū)域的側(cè)上保證高效的輻射耦合輸出。
[0026]通過這三個(gè)電接觸層的如所描述的電接觸使得能夠僅僅用兩個(gè)電端子區(qū)域?qū)崿F(xiàn)從外部的接觸。在此，第二和第三電接觸層共同地被從外部電接觸，例如借助接合線。第一電接觸層例如可以通過導(dǎo)電的承載體來接觸，在該承載體上布置有第一接觸層以及接著布置有半導(dǎo)體芯片的層堆疊。
[0027]按照至少另一實(shí)施方式，半導(dǎo)體芯片具有至少一個(gè)第二沖孔，第二沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的表面伸展至第三半導(dǎo)體區(qū)域中。所述至少一個(gè)第二沖孔相應(yīng)地穿過第一半導(dǎo)體區(qū)域、第一有源區(qū)、第二半導(dǎo)體區(qū)域和第二有源區(qū)而到達(dá)第三半導(dǎo)體區(qū)域中。換句話說，所述至少一個(gè)第二沖孔優(yōu)選是在第一和第二半導(dǎo)體區(qū)域中以及在第一和第二有源區(qū)中的孔。在此，所述至少一個(gè)第二沖孔不完全穿過第三半導(dǎo)體區(qū)域，使得所述至少一個(gè)第二沖孔在第三半導(dǎo)體區(qū)域中結(jié)束。
[0028]按照至少另一實(shí)施方式，在所述至少一個(gè)第二沖孔中布置有第二電接觸層，第二電接觸層與第一有源區(qū)、第二半導(dǎo)體區(qū)域和第二有源區(qū)電絕緣地布置并且電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域。第二電接觸層相應(yīng)地適于接觸第一導(dǎo)電類型的半導(dǎo)體區(qū)域。該電絕緣例如借助包圍所述至少一個(gè)第二沖孔的電絕緣層來實(shí)現(xiàn)。
[0029]按照至少另一實(shí)施方式，第二電接觸層此外布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的側(cè)上并且電接觸該第一半導(dǎo)體區(qū)域。第二電接觸層相應(yīng)地適于并且被設(shè)計(jì)用于電接觸第一導(dǎo)電類型的第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域，而第一電接觸層適于電接觸第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域。
[0030]按照至少一個(gè)實(shí)施方式，在第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的側(cè)上與第一接觸層和第二接觸層電絕緣地布置有第三電接觸層，第三電接觸層電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域。在各個(gè)接觸層之間的電絕緣在此可以例如借助電絕緣層或借助相對彼此的距離來保證。
[0031]按照至少另一實(shí)施方式，第一電磁輻射和第二電磁輻射是相同的。在該情況下，第一有源區(qū)和第二有源區(qū)在其構(gòu)造、其材料和/或其厚度等等方面基本上相同地構(gòu)造，使得這兩種有源區(qū)都適于發(fā)射在類似波長范圍中的輻射。類似波長范圍尤其是理解為，這些輻射處于相同的色度坐標(biāo)范圍中。
[0032]按照至少一種代替的擴(kuò)展方案，第一電磁輻射與第二電磁輻射不同。因此這些輻射在其色度坐標(biāo)方面不同。在該情況下，半導(dǎo)體芯片適于，發(fā)射第一電磁福射和第二電磁福射的混合輻射，例如白色 輻射。第一和第二電磁輻射在此在半導(dǎo)體芯片的同一輻射耦合輸出側(cè)上從半導(dǎo)體芯片耦合輸出。
[0033]按照至少一個(gè)實(shí)施方式，用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法包括下面的方法步驟:
A)在生長襯底上生長第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域，
B)在第三半導(dǎo)體區(qū)域上生長適于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)，
C)在第二有源區(qū)上生長第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域，
D)在第二半導(dǎo)體區(qū)域上生長適于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)，并且
E)在第一有源區(qū)上生長第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域。
[0034]結(jié)合半導(dǎo)體芯片說明的特征和優(yōu)點(diǎn)也存在于結(jié)合制造方法的應(yīng)用中并且反過來也是。
[0035]這樣制造的半導(dǎo)體芯片通過第二導(dǎo)電類型的共同的第二半導(dǎo)體區(qū)域而出眾，第二半導(dǎo)體區(qū)域不僅可以被分配給第一半導(dǎo)體層序列而且可以被分配給第二半導(dǎo)體層序列。由此，可以優(yōu)選無損失地產(chǎn)生優(yōu)選高的射束密度，因?yàn)椴皇褂酶郊拥夭贾迷诎雽?dǎo)體芯片中的隧道結(jié)和/或接合層。各個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的層相繼地在生長襯底上生長并且由此整體集成地被制造。生長襯底可以在方法步驟E)之后完全或至少部分地被剝離。在該情況下，優(yōu)選將該半導(dǎo)體芯片安裝在外部載體上。
[0036]按照該制造方法的至少一個(gè)實(shí)施方式，構(gòu)造至少一個(gè)第一沖孔，該第一沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的表面伸展至第二半導(dǎo)體區(qū)域中，和/或構(gòu)造至少一個(gè)第二沖孔，該第二沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域的背離第一有源區(qū)的表面伸展至第三半導(dǎo)體區(qū)域中。第一和/或第二沖孔尤其用于從第一半導(dǎo)體區(qū)域的側(cè)電接觸第二和/或第三半導(dǎo)體區(qū)域。為此，優(yōu)選借助電絕緣層包圍沖孔，其中接著在第一和/或第二沖孔中分別引入由導(dǎo)電材料構(gòu)成的接觸層。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0037]本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)和有利的改進(jìn)方案從下面結(jié)合圖1至5所描述的實(shí)施例得到。
[0038]其中:
圖1A，3A至5B分別示出本發(fā)明半導(dǎo)體芯片的實(shí)施例的示意性橫截面，
圖1B示出了本發(fā)明半導(dǎo)體芯片的第二半導(dǎo)體區(qū)域的實(shí)施例的示意性橫截面，以及 圖2示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的半導(dǎo)體芯片的實(shí)施例的示意性橫截面。
[0039]在圖中，相同的或功能相同的組成部分可以分別設(shè)置有相同的參考標(biāo)號。所示的組成部分以及組成部分的相互大小關(guān)系不視為比例正確的。相反，各個(gè)組成部分例如層、結(jié)構(gòu)、組件和區(qū)域?yàn)榱烁玫目擅枋鲂院?或?yàn)榱烁玫睦斫饪梢员贿^分粗或尺寸上放大地示出。
【具體實(shí)施方式】
[0040]在圖2中示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的帶有層堆疊的半導(dǎo)體芯片的橫截面。半導(dǎo)體芯片具有第一半導(dǎo)體層序列21a和第二半導(dǎo)體層序列21b。第一半導(dǎo)體層序列21a包括第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域2a、第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域2b和布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第二半導(dǎo)體區(qū)域2b之間的用于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)la。在此，第一導(dǎo)電類型和第二導(dǎo)電類型不同。例如第一導(dǎo)電類型是η導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型是P導(dǎo)電類型或者反過來。第二半導(dǎo)體層序列21b包括第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域2c、第二導(dǎo)電類型的第四半導(dǎo)體區(qū)域2d和布置在第三半導(dǎo)體區(qū)域2c和第四半導(dǎo)體區(qū)域2d之間的用于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)lb。第三半導(dǎo)體區(qū)域在此又是η導(dǎo)電類型，第四半導(dǎo)體區(qū)域是P導(dǎo)電類型或者反過來。
[0041]在第一半導(dǎo)體層序列21a和第二半導(dǎo)體層序列21b之間布置有隧道結(jié)3。這些半導(dǎo)體層序列優(yōu)選與晶體隧道結(jié)3或?qū)щ姷慕雍蠈酉嗷ミB接。
[0042]借助垂直重疊堆疊的半導(dǎo)體層序列21a、21b可以有利地實(shí)現(xiàn)高的射束密度。同時(shí)，這種堆疊的半導(dǎo)體芯片可以在高效率的情況下運(yùn)行。然而，這種半導(dǎo)體芯片表現(xiàn)出提高的運(yùn)行電壓，因?yàn)樵谒淼澜Y(jié)3處可能出現(xiàn)歐姆損失。此外，輻射效率還可能受到在隧道結(jié)3中的內(nèi)部吸收的影響。
[0043] 在圖1A中示出了本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片，其避免了常規(guī)地出現(xiàn)的缺點(diǎn)。圖1A的光電子半導(dǎo)體芯片具有層堆疊，該層堆疊包括第一半導(dǎo)體層序列21a和第二半導(dǎo)體層序列21b。第一半導(dǎo)體層序列21a具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域2a、第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域2b和布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第二半導(dǎo)體區(qū)域2b之間的用于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)la。同樣，第二半導(dǎo)體層序列21b具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域2b和第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域2c。在第二半導(dǎo)體區(qū)域2b和第三半導(dǎo)體區(qū)域2c之間布置有用于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)lb。[0044]因此在本發(fā)明的半導(dǎo)體芯片中，與傳統(tǒng)半導(dǎo)體芯片相比避免了在兩個(gè)半導(dǎo)體層序列21a、21b之間通常使用的隧道結(jié)或通常使用的接合層。半導(dǎo)體層序列21a、21b尤其是共享第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。在此，分別具有有源區(qū)的半導(dǎo)體層序列重疊地堆疊，使得此外也可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化并且高的輻射效率。
[0045]第一導(dǎo)電類型可以是P導(dǎo)電類型，第二導(dǎo)電類型可以是η導(dǎo)電類型，或者反過來。半導(dǎo)體芯片相應(yīng)地具有如下的導(dǎo)電類型序列:ρηρ型或ηρη型。
[0046]有源區(qū)la、lb優(yōu)選可以適于發(fā)射在相同波長范圍中的輻射。代替地，有源區(qū)la、lb可以適于發(fā)射在不同波長范圍中的輻射，使得半導(dǎo)體芯片總體上發(fā)射混合輻射。
[0047]有源區(qū)la、lb分別直接鄰接第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。第二半導(dǎo)體區(qū)域2b因此構(gòu)成半導(dǎo)體層序列21a、21b的一種導(dǎo)電類型的共同的半導(dǎo)體區(qū)域。半導(dǎo)體芯片在有源區(qū)Ia和Ib之間沒有隧道結(jié)和接合層。共同的第二半導(dǎo)體區(qū)域2b優(yōu)選具有良好的橫向?qū)щ娦?。第二半?dǎo)體區(qū)域2b被結(jié)合圖1B進(jìn)一步闡述。
[0048]如果第二半導(dǎo)體區(qū)域2b是η型，則與該半導(dǎo)體芯片的第二有源區(qū)鄰接地存在η-摻雜-(Si，Ge)-層3a。在該層3a的背離第二有源區(qū)的側(cè)上鄰接有由AlGaN/GaN-層或InGaN/GaN-層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)3b，它們優(yōu)選是Si摻雜的。該超晶格結(jié)構(gòu)3b優(yōu)選比傳統(tǒng)的隧道結(jié)薄。另一 η摻雜的層3c鄰接于該超晶格結(jié)構(gòu)3b，該另一 η摻雜的層具有朝向中心上升的摻雜分布。這意味著，在該層3c的中心構(gòu)造有高的摻雜，該摻雜朝向?qū)?c的邊緣降低。層3c優(yōu)選約IOOnm厚。
[0049]層3c與AlGaN或InGaN層4鄰接。接著在該層4上布置有層3d，層3d包含二維的載體氣體并且從另一 AlGaN或InGaN層4限定到另外的側(cè)。該二維的載體氣體、例如二維的電子氣體有助于提高第二半導(dǎo)體區(qū)域的橫向?qū)щ娦浴?br> [0050]在第二半導(dǎo)體區(qū)域2b是P型的情況下，代替Si或Ge類似地使用Mg作為摻雜。在其他方面，層序列與上面闡述的層序列一致。
[0051]在圖3A和3B中示出了用于根據(jù)圖1A的實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片的可能的電接觸部。半導(dǎo)體芯片的各個(gè)半導(dǎo)體區(qū)域的電接觸優(yōu)選通過穿通接觸部來產(chǎn)生。圖3A、3B示出了這種代替的穿通接觸可能性。
[0052]圖3A的實(shí)施例的第二半導(dǎo)體區(qū)域2b借助兩個(gè)第一穿通接觸部IOa來被接觸，第一穿通接觸部從第一半導(dǎo)體區(qū)域2a的背離第一有源區(qū)Ia的表面伸展至第二半導(dǎo)體區(qū)域2b中。第一沖孔IOa在此優(yōu)選相互隔有距離，使得可以實(shí)現(xiàn)盡可能優(yōu)化的橫向電流展寬。在第一沖孔IOa中布置有第一電接觸層5，第一電接觸層與第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第一有源區(qū)Ia電絕緣地布置并且電接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。為了電絕緣地布置，例如使用電絕緣層，其包圍第一沖孔IOa并且將第一接觸層5與其他層電絕緣。第一電接觸層5在此優(yōu)選完全填滿第一沖孔10a。此外，第一接觸層5優(yōu)選最大程度地覆蓋第一半導(dǎo)體區(qū)域2a，使得一個(gè)第一沖孔IOa的第一接觸層5的材料與第二第一沖孔IOa的第一接觸層的材料連接。
[0053]第三半導(dǎo)體區(qū)域2c優(yōu)選借助第二沖孔IOb被電接觸，第二沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域2a的背離第一有源區(qū)Ia的表面伸展至第三半導(dǎo)體區(qū)域2a中。第二沖孔IOb相應(yīng)地幾乎完全穿過半導(dǎo)體芯片的層堆疊。在第二沖孔IOb中優(yōu)選布置有第二電接觸層6，其與第二半導(dǎo)體區(qū)域2b、第二有源區(qū)Ib和第一有源區(qū)Ia電絕緣并且電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域2c。此外為了電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域2a，優(yōu)選整面地在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a的側(cè)上布置第二接觸層6。在有源區(qū)la、Ib的俯視圖中，第一電接觸層5和第二電接觸層6至少部分地重疊。在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第二接觸層6之間優(yōu)選布置，第一和第二沖孔10a、IOb被引導(dǎo)穿過電流展寬層7b和/或介電反射器。第一沖孔IOa在此同樣伸展穿過第二接觸層6。
[0054]如果第二半導(dǎo)體區(qū)域2b是η型區(qū)域，則第一接觸層5是η接觸層，第二接觸層6是P接觸層或反過來。
[0055]在圖3Β中示出半導(dǎo)體芯片的電接觸的代替的擴(kuò)展方案。與在圖3Α中所示的實(shí)施例不同，在此分離地構(gòu)造第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第三半導(dǎo)體區(qū)域2c的電接觸。在該情況下僅僅有一個(gè)第二沖孔10b，其穿過半導(dǎo)體區(qū)域2a、2b、2c和有源區(qū)la、lb引導(dǎo)。在此第二接觸層6不是整面地構(gòu)造在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a上方，而是僅僅覆蓋部分區(qū)域。借助電絕緣層7a與第二接觸層6電絕緣地布置有電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域2a的第三接觸層8。為此，第三接觸層8直接布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域2a上并且與其電連接。用于接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域2a的沖孔在此相應(yīng)地沒有被用到。
[0056]對第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域的共同的電接觸的原則，如其在圖3A的實(shí)施例中所示地，應(yīng)用在圖4A和5A的實(shí)施例中。按照圖3B的實(shí)施例的第一和第三半導(dǎo)體區(qū)域的分離的電接觸原則應(yīng)用在圖4B和5B中。
[0057]按照圖4A的實(shí)施例的半導(dǎo)體芯片又具有在圖1A中所示的層堆疊。該層堆疊在此布置在優(yōu)選導(dǎo)電的載體9上。在此，第一半導(dǎo)體區(qū)域2a布置在載體9上，使得第三半導(dǎo)體區(qū)域2c背離載體地布置。電接觸從載體9的側(cè)、因此尤其是在層堆疊和載體9之間進(jìn)行。為了電接觸，又應(yīng)用第一沖孔IOa和第二沖孔10b。
[0058]層堆疊在與 體9相對的側(cè)上具有優(yōu)選提高耦合輸出效率的打毛部20和/或輻射耦合輸出結(jié)構(gòu)。在有源區(qū)la、lb中產(chǎn)生的輻射相應(yīng)地在第三半導(dǎo)體區(qū)域2c的側(cè)上從半導(dǎo)體芯片耦合輸出。
[0059]在載體9上布置有第一接觸層5，其伸展到第一沖孔IOa中直至第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。第一接觸層5相應(yīng)地適于電接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。在第一接觸層5上方布置有第二接觸層6，其中在第一接觸層5和第二接觸層6之間構(gòu)造有電絕緣層7a。第二接觸層6伸展到第二沖孔IOb中，使得第二接觸層6適于電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域2c。此外，第二電接觸層6通過電流展寬層7b直接與第一半導(dǎo)體區(qū)域2a接觸，使得第二接觸層6同樣適于電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域2a。電接觸層相互之間以及至層堆疊的另外的層分別電絕緣地構(gòu)造。
[0060]對第二接觸層6的電接觸優(yōu)選借助接合線6a和端子區(qū)域來進(jìn)行，接合線6a在第二接觸層6上電連接在該端子區(qū)域上。第一接觸層5的電端子優(yōu)選通過載體9來實(shí)現(xiàn)，該載體在該情況下構(gòu)造為導(dǎo)電的。
[0061]圖4B的實(shí)施例與圖4A的實(shí)施例的區(qū)別在于，第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第三半導(dǎo)體區(qū)域2c彼此分離地被電接觸。第三半導(dǎo)體區(qū)域2c又通過第二沖孔IOb和第二接觸層6被電接觸。第二電接觸層又借助接合線6a可在外部被電連接。第二半導(dǎo)體區(qū)域2b如在圖4A的實(shí)施例中那樣通過第一接觸層5并且通過導(dǎo)電載體9可在外部被電連接。第一半導(dǎo)體區(qū)域2a通過第三接觸層8和第二接合線6b被電接觸。在各個(gè)接觸層5、6、8以及各個(gè)不同類型的半導(dǎo)體層之間又應(yīng)用電絕緣層。
[0062]圖5A的實(shí)施例與圖4A的實(shí)施例的不同之處在于:僅僅應(yīng)用帶有第一電接觸層5的第一沖孔10a，第一沖孔電接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域2b。第二沖孔沒有集成在半導(dǎo)體芯片中。[0063]第一半導(dǎo)體芯片2a與第二接觸層6和接合線6a電接觸。第三半導(dǎo)體區(qū)域2c通過對于在有源區(qū)la、lb中產(chǎn)生的輻射透明的接觸層8被電接觸，該接觸層整面地布置在第三半導(dǎo)體區(qū)域2c的背離載體9的側(cè)上并且在半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上被引導(dǎo)至第二電接觸層
6。在所述側(cè)面上，在此第三電接觸層8例如借助電絕緣層與層堆疊的層電絕緣。
[0064]在其他方面，圖5A的實(shí)施例與圖4A的實(shí)施例基本一致。
[0065]圖5B的實(shí)施例與圖5A的實(shí)施例的不同之處在于，第一半導(dǎo)體區(qū)域2a和第三半導(dǎo)體區(qū)域2c彼此分離地被電接觸。此外，第三接觸層8與第一接觸層5電絕緣地布置。該絕緣又例如借助電絕緣層7a來進(jìn)行。第三接觸層8和第二接觸層6可以分別相互分離地分別借助接合線6a、6b被電連接。
[0066]在其他方面，圖5B的實(shí)施例基本與圖5A的實(shí)施例一致。
[0067]本發(fā)明不通過借助實(shí)施例的說明被局限于這些實(shí)施例，而是，本發(fā)明包含任何新特征以及特征的任何組合，這尤其是包含權(quán)利要求中的特征的任何組合，即使所述特征或所述組合本身沒有在權(quán)利要求或?qū)嵤├斜幻鞔_說明。
[0068]本專利申請請求德國專利申請102011116232.5的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過參考
被結(jié)合于此 。
【權(quán)利要求】
1.帶有層堆疊的光電子半導(dǎo)體芯片，具有 -第一半導(dǎo)體層序列(21a)，第一半導(dǎo)體層序列具有第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)、第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)和布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)和第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)之間的用于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)(la)，以及 -第二半導(dǎo)體層序列(21b)，該第二半導(dǎo)體層序列具有第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)、第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)和布置在第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)和第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)之間的用于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)(lb)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體芯片，其中在第一半導(dǎo)體層序列(21a)和第二半導(dǎo)體層序列(21b)之間不布置隧道結(jié)和/或接合層。
3.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體芯片， 具有 至少一個(gè)第一沖孔(10a)，第一沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的表面伸展至第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在所述至少一個(gè)第一沖孔(IOa)中布置有第一電接觸層(5)，該第一電接觸層與第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)和第一有源區(qū)(Ia)電絕緣地布置并且電接觸第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的表面上布置第二電接觸層(6)，第二電接觸層與第一電接觸層(5)電絕緣并且電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)的背離第二有源區(qū)(Ib)的表面上布置第三電接觸層(8)，第三電接觸層在半導(dǎo)體芯片的側(cè)面上與半導(dǎo)體芯片電絕緣地引導(dǎo)至第二電接觸層(6)并且電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的半導(dǎo)體芯片，其中所述半導(dǎo)體芯片具有至少一個(gè)第二沖孔(10b)，第二沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的表面伸展至第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在所述至少一個(gè)第二沖孔(IOb)中布置有第二電接觸層(6)，第二電接觸層與第一有源區(qū)(la)、第二半導(dǎo)體區(qū)域(2a)和第二有源區(qū)(Ib)電絕緣地布置并且電接觸第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體芯片， 其中第二電接觸層(6)還布置在第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的側(cè)上并且電接觸該第一半導(dǎo)體區(qū)域。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的側(cè)上與第一接觸層(5)和第二接觸層(6)電絕緣地布置有第三電接觸層(8)，第三電接觸層電接觸第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體芯片， 其中在第一半導(dǎo)體層序列(21a)的與第二半導(dǎo)體層序列(21b)背離的側(cè)上布置電流展寬層(7b)。
12.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體芯片， 其中該第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)的背離第二有源區(qū)(Ib)的表面具有打毛部(20)和/或輻射耦合輸出結(jié)構(gòu)。
13.根據(jù)上述權(quán)利要求之一所述的半導(dǎo)體芯片， 其中第一電磁福射與第二電磁福射不同。
14.一種用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法，包括下面的方法步驟: A)在生長襯底上生長第一導(dǎo)電類型的第三半導(dǎo)體區(qū)域(2a)， B)在第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)上生長適于產(chǎn)生第二電磁輻射的第二有源區(qū)(lb)， C)在第二有源區(qū)(Ib)上生長第二導(dǎo)電類型的第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)， D)在第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)上生長適于產(chǎn)生第一電磁輻射的第一有源區(qū)(1)， E)在第一有源區(qū)(Ia)上生長第一導(dǎo)電類型的第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中 構(gòu)造至少一個(gè)第一沖孔(10a)，該第一沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的表面伸展至第二半導(dǎo)體區(qū)域(2b)中，和/或構(gòu)造至少一個(gè)第二沖孔(10b)，該第二沖孔從第一半導(dǎo)體區(qū)域(2a)的背離第一有源區(qū)(Ia)的表面伸展至第三半導(dǎo)體區(qū)域(2c)中。
【文檔編號】H01L27/15GK104025296SQ201280050977
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2012年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2011年10月17日
【發(fā)明者】A.S.阿夫拉梅斯庫, P.羅德, M.施特拉斯堡 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司