專利名稱：光電子半導(dǎo)體芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有半導(dǎo)體層堆疊和輻射出射面或輻射入射面的光電子半導(dǎo)體芯片以及一種用于制造該光電子半導(dǎo)體芯片的方法。本專利申請要求德國專利申請10 2010 020 789. 6的優(yōu)先權(quán)，其公開內(nèi)容通過回
引結(jié)合于此。
背景技術(shù)：
例如LED的發(fā)射輻射的半導(dǎo)體芯片或者例如傳感器或探測器的接收輻射的半導(dǎo)體芯片的功率特別是通過使用在上面生長半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層的襯底而受到影響。襯底尤其是與半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體層相比大多具有膨脹系數(shù)和/或點陣參數(shù)·(Gitterparameter)方面的顯著差異。由此可能產(chǎn)生導(dǎo)致不福射或不接收的復(fù)合中心的點陣位錯和點缺陷，由此半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部和外部的量子效率可能受到不利影響。此外可能因此產(chǎn)生半導(dǎo)體芯片中的漏電流路徑。為了改善來自或去到半導(dǎo)體芯片的光輸出耦合或光輸入耦合，已知將射在半導(dǎo)體芯片與環(huán)境之間的界面上的輻射的角度保持得比全反射的臨界角度小。為此例如在使用VOH (氫氧化鉀)的情況下利用濕化學(xué)刻蝕過程來處理例如半導(dǎo)體芯片的表面，由此可以在該表面上形成特殊的三維結(jié)構(gòu)，但是該三維結(jié)構(gòu)由于選擇性化學(xué)反應(yīng)而不會導(dǎo)致最大的和與角度無關(guān)的輻射發(fā)射。為了優(yōu)化半導(dǎo)體芯片的輻射發(fā)射，具有特殊形狀和大小的表面結(jié)構(gòu)是有利的。然而，利用用于制造表面結(jié)構(gòu)的常規(guī)使用的制造方法，例如對表面的KOH處理，為表面結(jié)構(gòu)的形狀和大小設(shè)置了限制。

發(fā)明內(nèi)容
本申請的任務(wù)是，提供一種具有減少的點陣位錯和/或點缺陷的半導(dǎo)體芯片，由此可以有利地獲得半導(dǎo)體芯片的改善的效率。另外，本申請的任務(wù)是，說明一種用于這種半導(dǎo)體芯片的改善的制造方法。所述任務(wù)特別是通過具有權(quán)利要求I的特征的半導(dǎo)體芯片和通過具有權(quán)利要求
12的特征的用于制造這種半導(dǎo)體芯片的方法來解決。該半導(dǎo)體芯片和用于其制造的該方法的有利擴展方案是從屬權(quán)利要求的主題。在一個擴展方案中，光電子半導(dǎo)體芯片具有半導(dǎo)體層堆疊和輻射出射面或輻射入射面。半導(dǎo)體層堆疊具有適于生成或接收電磁輻射的活性層。在輻射出射面或輻射入射面上布置多個納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)至少部分地具有至少一個子結(jié)構(gòu)。替換地或者附加地，在半導(dǎo)體層堆疊中布置多個至少部分地具有至少一個子結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)。在此，不是一定需要輻射出射面或輻射入射面的和/或半導(dǎo)體層堆疊中的每個納米結(jié)構(gòu)都具有子結(jié)構(gòu)。此外可能的是，納米結(jié)構(gòu)具有多個子結(jié)構(gòu)。所述子結(jié)構(gòu)可以在此在納米結(jié)構(gòu)中有針對性地或者隨意地布置。子結(jié)構(gòu)的形狀和大小優(yōu)選取決于半導(dǎo)體層堆疊的期望的光電子和化學(xué)特性。通過納米結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)，納米結(jié)構(gòu)的表面與沒有集成子結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)相比優(yōu)選增大。此外可以減少由于點陣位錯和點缺陷而可能出現(xiàn)的不利后果，因為在點陣位錯或點缺陷的影響與表面之間存在間接的相稱性(Proportional itjit)。例如，由于增加的表面，位錯或缺陷可以相互抵消。由于增加的表面，不輻射的或不接收的復(fù)合中心的數(shù)量可以降低，由此有利地改善半導(dǎo)體芯片的內(nèi)部的和外部的量子效率。此外可以因此降低半導(dǎo)體芯片中的由于點陣位錯或點缺陷而可能產(chǎn)生的漏電流路徑?？傮w上可以有利地顯著降低半導(dǎo)體芯片中的層的位錯密度。通過使用具有集成子結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)，可以有利地使用其膨脹系數(shù)與半導(dǎo)體層的膨脹系數(shù)不同的生長襯底。尤其是因此可以使用例如無定形表面的非晶表面。此外，有利地簡化了在半導(dǎo)體芯片的制造過程期間對襯底的剝落。光電子半導(dǎo)體芯片尤其是使得能夠?qū)⒁噪娮臃绞缴傻臄?shù)據(jù)或能量轉(zhuǎn)換成光發(fā)射或者進行相反的轉(zhuǎn)換的半導(dǎo)體芯片。所述光電子半導(dǎo)體芯片例如是發(fā)射輻射的或者接收輻射的半導(dǎo)體芯片。
在一個擴展方案中，所述至少一個子結(jié)構(gòu)是納米結(jié)構(gòu)的表面上的或者納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙，例如凹陷、孔、溝槽或者開口。此外，所述至少一個子結(jié)構(gòu)也可以是突起，例如階狀部或者凸出部。所述子結(jié)構(gòu)在此優(yōu)選與半導(dǎo)體層堆疊的光電子和化學(xué)特性相對應(yīng)地構(gòu)造。在一個擴展方案中，納米結(jié)構(gòu)以周期性的模式布置。優(yōu)選地，所述納米結(jié)構(gòu)在生長過程期間以該周期性模式構(gòu)造。如果在輻射出射面或者輻射入射面上布置多個納米結(jié)構(gòu)，則輻射出射面或者輻射入射面通過這種方式具有納米結(jié)構(gòu)的規(guī)則模式。由此可以有利地獲得與角度無關(guān)的輻射發(fā)射，由此有利地得出均勻的輻射特性。在一個擴展方案中，輻射出射面或者輻射入射面上的納米結(jié)構(gòu)的周期性布置被有針對性地布置為，使得生成輻射成型。在此有利地不需要關(guān)于納米結(jié)構(gòu)的造型的、與期望的輻射形狀有關(guān)的復(fù)雜的再處理步驟。如果多個納米結(jié)構(gòu)替換地或者附加地布置在半導(dǎo)體層堆疊中，則這表示，半導(dǎo)體層堆疊的至少一層可以具有納米結(jié)構(gòu)。例如，具有活性層的半導(dǎo)體層堆疊可以布置在襯底上、例如生長襯底或者載體襯底，其中納米結(jié)構(gòu)可以布置在襯底與活性層之間，使得所述活性層又布置在納米結(jié)構(gòu)與輻射出射面或輻射入射面之間。由此可以有利地實現(xiàn)活性層中缺陷的降低。替換于此地，活性層也可以布置在納米結(jié)構(gòu)中。這尤其是可以表示，半導(dǎo)體層堆疊或者其包括活性層的一部分可以構(gòu)造為多個納米結(jié)構(gòu)。通過納米結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)可以有利地增大納米結(jié)構(gòu)的表面，使得在納米結(jié)構(gòu)中可能出現(xiàn)的點陣缺陷沿著增大的表面分布并且因此可以有利地實現(xiàn)納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的活性層中的點陣缺陷的降低。此外也可以通過具有活性層的納米結(jié)構(gòu)中的子結(jié)構(gòu)有利地增大活性層。如果納米結(jié)構(gòu)布置在半導(dǎo)體層堆疊中，則所述納米結(jié)構(gòu)可以例如在緩沖層上生長或者與緩沖層結(jié)合在一起。替換于此地，納米結(jié)構(gòu)也可以直接在襯底上生長或者施加在襯底上，而無需在襯底與納米結(jié)構(gòu)之間存在緩沖層。此外還可以在納米結(jié)構(gòu)上生長半導(dǎo)體層堆疊的一個或多個層或者所述層與納米結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起。在一種擴展方案中，納米結(jié)構(gòu)分別具有最高5μπι的橫向伸展。特別優(yōu)選地，所述納米結(jié)構(gòu)分別具有最聞2 μ m或者甚至最聞Ium的橫向伸展。
優(yōu)選地，納米結(jié)構(gòu)以最小的尺寸構(gòu)造，其中同時優(yōu)選獲得納米結(jié)構(gòu)的幾乎精確的垂直的側(cè)壁。為此，納米結(jié)構(gòu)優(yōu)選在構(gòu)造半導(dǎo)體層堆疊時和/或在輻射出射面或輻射入射面上生長。在一種擴展方案中，納米結(jié)構(gòu)具有多個子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有不同的大小和/或形狀。在此，納米結(jié)構(gòu)分別具有子結(jié)構(gòu)，其中子結(jié)構(gòu)的大小和/或形狀在各個納米結(jié)構(gòu)之間可以不同。此外或者替換地，納米結(jié)構(gòu)可以具有多個子結(jié)構(gòu)，其中一個納米結(jié)構(gòu)的子結(jié)構(gòu)可以具有彼此間不同的大小和/或形狀。在一個擴展方案中，半導(dǎo)體芯片是薄膜芯片。在本申請的范圍中，薄膜芯片應(yīng)被看成這樣的半導(dǎo)體芯片，在該半導(dǎo)體芯片的制造期間，在上面例如外延地生長半導(dǎo)體層堆疊的生長襯底優(yōu)選完全被剝落。在一個擴展方案中，納米結(jié)構(gòu)是三維結(jié)構(gòu)。換句話說，納米結(jié)構(gòu)為空間構(gòu)造的。例如，納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造為錐形的或桿形的。
在一個擴展方案中，半導(dǎo)體芯片是LED (發(fā)光二極管)或者傳感器。因此，半導(dǎo)體芯片可以例如是具有納米結(jié)構(gòu)的LED或傳感器，所述納米結(jié)構(gòu)構(gòu)造為桿形的。替換地或者附加地，半導(dǎo)體芯片也可以具有例如錐形的納米結(jié)構(gòu)，如在下面進一步詳述的。半導(dǎo)體芯片優(yōu)選基于氮化物半導(dǎo)體、磷化物半導(dǎo)體和/或砷化物半導(dǎo)體。這在當(dāng)前的上下文中表示，活性外延層序列或者該活性外延層序列的至少一層具有氮、磷和/或砷-III/V族-化合物材料。在此，化合物材料具有一種或多種摻雜物以及附加的組成部分，所述一種或多種摻雜物以及附加的組成部分基本上不改變化合物材料的特征性的物理特性。優(yōu)選地，所述半導(dǎo)體層堆疊基于材料系統(tǒng)AlInGaN。在一種擴展方案中，納米結(jié)構(gòu)以規(guī)則的模式布置在輻射出射面或輻射入射面上并且構(gòu)造為錐形的。所述納米結(jié)構(gòu)分別具有至少一個子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)是空隙并且布置在錐的中心。所述錐因此不具有錐尖。替代了錐尖布置有尤其是空隙的子結(jié)構(gòu)。由此可以有利地改善半導(dǎo)體芯片的效率，因為出現(xiàn)的點陣位錯和/或點缺陷可以由于增大的表面被抵制。用于制造光電子半導(dǎo)體芯片的方法具有以下步驟
-構(gòu)造具有活性層的半導(dǎo)體層堆疊，所述活性層適于生成或者接收電磁輻射，
-在半導(dǎo)體層堆疊上或者在半導(dǎo)體層堆疊中構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)，
-至少部分地在納米結(jié)構(gòu)中構(gòu)造至少一個子結(jié)構(gòu)。尤其是，構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)可以與至少部分地在納米結(jié)構(gòu)中構(gòu)造至少一個子結(jié)構(gòu)同時進行。如果在半導(dǎo)體層堆疊中構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)，則構(gòu)造半導(dǎo)體層堆疊可以與構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)和至少部分地在納米結(jié)構(gòu)中構(gòu)造至少一個子結(jié)構(gòu)同時進行。結(jié)合光電子半導(dǎo)體芯片提到的特征也適用于方法，反之亦然。根據(jù)本發(fā)明的制造方法因此不僅具有在半導(dǎo)體芯片的輻射出射面或輻射入射面上制造納米結(jié)構(gòu)以改善輻射輸出耦合，也具有在半導(dǎo)體層堆疊中制造納米結(jié)構(gòu)。此外，在納米結(jié)構(gòu)中構(gòu)造子結(jié)構(gòu)，所述子結(jié)構(gòu)有利地增加了納米結(jié)構(gòu)的表面，使得可以抵制因現(xiàn)有點陣位錯或點缺陷而出現(xiàn)的影響。在一個擴展方案中，通過子結(jié)構(gòu)增大納米結(jié)構(gòu)的表面，由此可以通過有利的方式有效地抵制出現(xiàn)的點陣不完美性(位移)和缺陷。在一個擴展方案中，借助于MOV⑶(金屬有機氣相外延)來制造納米結(jié)構(gòu)。通過這種制造方法可以實現(xiàn)優(yōu)選周期性布置的納米結(jié)構(gòu)，其中所述納米結(jié)構(gòu)可以借助于該方法以最小的尺寸構(gòu)造，并且同時可以獲得納米結(jié)構(gòu)的幾乎垂直的側(cè)面。此外可以有針對性地調(diào)整或控制納米結(jié)構(gòu)的特別期望的高寬比。因此不需要用于精確地構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)的所期望的或特別的形狀和大小的再處理過程。優(yōu)選地，借助于這種方法根據(jù)半導(dǎo)體層堆疊的光電子和化學(xué)特性來調(diào)整納米結(jié)構(gòu)和子結(jié)構(gòu)的形狀和大小，由此可以有利地獲得例如優(yōu)化的和與角度無關(guān)的半導(dǎo)體芯片的輻射發(fā)射或輻射探測。替換于基于MOCVD的制造方法,也可以借助于MBE(分子束外延,“molecular beamepitaxy”)或者LPE (液相外延，“l(fā)iquid phase epitaxy”)來制造納米結(jié)構(gòu)。在一個擴展方案中，在上面生長半導(dǎo)體層堆疊的生長襯底至少部分地或者完全地被剝落。


本發(fā)明的其它優(yōu)點和有利的擴展方案由下面結(jié)合圖IA至4B描述的實施例得出。圖IA至IC示出根據(jù)多個實施例的半導(dǎo)體芯片的示意性橫截面，
圖ID示出根據(jù)另一實施例的納米結(jié)構(gòu)的示意圖，
圖2A至2C分別示出分別根據(jù)一個實施例的納米結(jié)構(gòu)的示意性視圖，其中所述納米結(jié)構(gòu)例如可以用在根據(jù)圖IA至IC的半導(dǎo)體芯片之一中，
圖3A和3B分別示出根據(jù)另一實施例的納米結(jié)構(gòu)的示意性視圖，其中所述納米結(jié)構(gòu)例如可以用在根據(jù)圖IA的半導(dǎo)體芯片中，以及
圖4A和4B分別示出根據(jù)另一實施例的半導(dǎo)體芯片的輻射出射面或輻射入射面的視圖。
具體實施例方式在這些圖中，相同的或者作用相同的組成部分可以分別配備有相同的附圖標記。所示的組成部分及其彼此間的大小關(guān)系原則上不應(yīng)視作為比例正確的，更確切地說，為了更好的可表示性和/或為了更好的理解，可以將各個組成部分，例如層、結(jié)構(gòu)、部件和區(qū)域的尺寸確定為夸張地厚或大地示出。圖IA以橫截面示出半導(dǎo)體芯片10的實施例。半導(dǎo)體芯片10具有襯底1，在該襯底I上布置多個半導(dǎo)體層。這些半導(dǎo)體層形成具有活性層2a的半導(dǎo)體層堆疊2，該活性層2a適于生成或者接收電磁輻射。半導(dǎo)體芯片10還具有在上面布置有納米結(jié)構(gòu)4的輻射出射面或輻射入射面3。半導(dǎo)體芯片10適于發(fā)射或接收輻射。半導(dǎo)體芯片10例如是LED或傳感器。半導(dǎo)體層堆疊2基于材料系統(tǒng)AlInGaN。半導(dǎo)體芯片10的襯底I例如是生長襯底，該生長襯底適于半導(dǎo)體層堆疊2的半導(dǎo)體層的生長。襯底I還可以是載體襯底。在這種情況下，生長襯底在半導(dǎo)體芯片10的制造方法中至少部分地或者優(yōu)選完全被從半導(dǎo)體層堆疊2剝除。這種半導(dǎo)體芯片10對于專業(yè)人員來說也已知為薄膜芯片。
襯底I可以與半導(dǎo)體層堆疊2的半導(dǎo)體層相比具有不同的點陣參數(shù)和/或不同的膨脹系數(shù)。由此可產(chǎn)生可能形成不輻射或不接收的復(fù)合中心的位錯和點缺陷，由此內(nèi)部和外部量子效率可能降低。這種缺陷還可導(dǎo)致半導(dǎo)體芯片中的漏電流路徑。為了抵制這種常規(guī)出現(xiàn)的缺點，在輻射出射面或輻射入射面3上布置多個納米結(jié)構(gòu)4。所述納米結(jié)構(gòu)4有利地增加了輻射出射面或輻射入射面3的表面。此外可以通過表面的增大來抵制位移、位錯和點缺陷的消極效應(yīng)，其中該特性還可以有利地與上面施加了納米結(jié)構(gòu)的表面無關(guān)。位移密度尤其是可以顯著地降低，由此內(nèi)部和外部量子效率有利地增加。為了增加表面，還在納米結(jié)構(gòu)中布置結(jié)合圖2至4詳細闡述的子結(jié)構(gòu)(未示出)。有利地，由于具有集成的子結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)，例如從活性層2a發(fā)射并且在半導(dǎo)體層堆疊2與環(huán)境之間的界面處反射回半導(dǎo)體層堆疊中的輻射份額，由于由此引起的輻射入射角的改變而降低，使得半導(dǎo)體芯片的效率進一步改善。
·
尤其是在半導(dǎo)體芯片10的界面處發(fā)生折射率從半導(dǎo)體芯片10的材料到環(huán)境材料的跳變。由此導(dǎo)致在半導(dǎo)體芯片10到環(huán)境中的過渡時輻射的折射。根據(jù)光射線射到界面上的角度，可導(dǎo)致全反射。由于半導(dǎo)體芯片10的平行表面，反射的光射線以相同的角度射到相對的界面上，使得在那里也出現(xiàn)全反射。結(jié)果是，該光射線因此不能有助于半導(dǎo)體芯片10的光輻射。通過在輻射出射面上設(shè)置納米結(jié)構(gòu)4，射到該表面上的光射線的角度被改變，由此有利地增加效率。納米結(jié)構(gòu)4以周期性模式布置在輻射出射面或輻射入射面3上。由于該周期性的和均勻的布置，有利地發(fā)生與角度無關(guān)的光發(fā)射，使得半導(dǎo)體芯片10具有均勻的輻射特性。可替換地，可以通過納米結(jié)構(gòu)4的周期性布置有針對性地構(gòu)造出射線成型的特性，而在此無需對輻射出射面或輻射入射面3的再處理步驟。納米結(jié)構(gòu)4具有最聞5 μ m并且特別優(yōu)選地為最聞2 μ m的橫向伸展。納米結(jié)構(gòu)4的橫向伸展尤其是平行于半導(dǎo)體芯片10的輻射出射面或輻射入射面3分布的伸展。半導(dǎo)體芯片10具有輻射出射面或輻射入射面3上的納米結(jié)構(gòu)4，所述納米結(jié)構(gòu)4具有最小的尺寸并且以規(guī)則的模式布置，由此可以抵制半導(dǎo)體芯片10中的位移和點缺陷，借此有利地增加該半導(dǎo)體芯片10的效率。優(yōu)選地，納米結(jié)構(gòu)4是三維結(jié)構(gòu)。納米結(jié)構(gòu)4例如構(gòu)造為錐狀的或桿狀的。此外，納米結(jié)構(gòu)4的至少一部分具有至少一個子結(jié)構(gòu)。在此，納米結(jié)構(gòu)4可以具有多個子結(jié)構(gòu)。在圖IB中示出根據(jù)另一實施例的半導(dǎo)體芯片10，該半導(dǎo)體芯片10與之前的實施例相比具有半導(dǎo)體層堆疊2中的多個納米結(jié)構(gòu)4?；钚詫?a在此布置在納米結(jié)構(gòu)4與輻射出射面或輻射入射面3之間。納米結(jié)構(gòu)4在由AlInGaN構(gòu)成的緩沖層5上生長并且具有最高5 μ m并且特別優(yōu)選地為最高2 μ m的橫向伸展。納米結(jié)構(gòu)4構(gòu)造為柱狀或桿狀，例如具有六角形橫截面，并且該納米結(jié)構(gòu)4至少部分地具有子結(jié)構(gòu)42，該子結(jié)構(gòu)42構(gòu)造為凹陷、尤其是構(gòu)造為管狀的凹陷。納米結(jié)構(gòu)4在此具有不同的大小和/或形狀。通過具有子結(jié)構(gòu)42的納米結(jié)構(gòu)4，可以有利地減少活性層2a中的點陣缺陷。
圖IB的半導(dǎo)體芯片10可以具有其它特征，這些特征結(jié)合圖IA的實施例描述。尤其是，根據(jù)圖IB的半導(dǎo)體芯片10還可以具有輻射出射面或輻射入射面3上的納米結(jié)構(gòu)4。替換于此地，輻射出射面或輻射入射面3還可以是例如粗糙的。在圖IC中示出半導(dǎo)體芯片10的另一實施例，該半導(dǎo)體芯片10與之前的實施例不同地不具有緩沖層。具有子結(jié)構(gòu)42的納米結(jié)構(gòu)4在此在構(gòu)造半導(dǎo)體層堆疊2時直接在襯底I上生長和析出。替換于在圖IB和IC中示出的實施例，活性層2a還可以布置在納米結(jié)構(gòu)4內(nèi)。在圖ID中示出這種納米結(jié)構(gòu)4的實施例。半導(dǎo)體芯片中的半導(dǎo)體層堆疊2可以具有多個這 樣的具有不同大小和/或形狀的納米結(jié)構(gòu)4。納米結(jié)構(gòu)4構(gòu)造為桿狀的并且例如具有六角形的橫截面。此外，納米結(jié)構(gòu)4具有凹陷或空隙形式的子結(jié)構(gòu)42，通過該子結(jié)構(gòu)納米結(jié)構(gòu)4的表面增大。由此可能的是，可能存在于納米結(jié)構(gòu)4中的點陣缺陷沿著增大的表面分布并且因此活性層2a具有減小的缺陷密度。此外，納米結(jié)構(gòu)4中的活性層2a可以增大。納米結(jié)構(gòu)4的其它實施例在圖2A至4B中示出。在圖2A至3A中尤其是示出這樣的納米結(jié)構(gòu)4，所述納米結(jié)構(gòu)4可以分別以底側(cè)43布置在根據(jù)圖IA至IC的實施例的半導(dǎo)體芯片10的輻射出射面或輻射入射面3上。在圖2A中示出桿狀的具有子結(jié)構(gòu)41的納米結(jié)構(gòu)4。子結(jié)構(gòu)41構(gòu)造為長形的增高部或突起，該長形的增高或突起在所示的圖示中從繪圖平面中突出出來。增高部41在此沿著桿狀的納米結(jié)構(gòu)4引導(dǎo)。通過該子結(jié)構(gòu)41可以尤其是增加納米結(jié)構(gòu)的表面，由此可以抵制半導(dǎo)體芯片中的位移和點缺陷的影響。子結(jié)構(gòu)41在此有針對性地與半導(dǎo)體層堆疊2的光電子和化學(xué)特性相應(yīng)地構(gòu)造。在此，子結(jié)構(gòu)41不必一定在納米結(jié)構(gòu)4的整個高度上延伸。更確切地說，子結(jié)構(gòu)41可以僅僅在納米結(jié)構(gòu)4的部分區(qū)域中構(gòu)造。輻射出射面或輻射入射面上的桿狀的納米結(jié)構(gòu)可以例如與構(gòu)造為傳感器的半導(dǎo)體芯片組合地使用。在此，如在圖I中示出的這種傳感器的輻射入射面具有多個這種桿狀的納米結(jié)構(gòu)4，所述納米結(jié)構(gòu)4以規(guī)則的模式布置。替換于此地，實施為LED的半導(dǎo)體芯片也可以具有這種桿狀的納米結(jié)構(gòu)。這種納米結(jié)構(gòu)例如可以借助于MOCVD方法來制造。輻射出射面和輻射入射面或者納米結(jié)構(gòu)的再處理在此不是必要的。借助于這種MOCVD方法，尤其是可以制造具有集成子結(jié)構(gòu)的納米結(jié)構(gòu)，所述納米結(jié)構(gòu)具有小的尺寸，具有幾乎精確的側(cè)面，并且以規(guī)則的模式布置，由此有利地改善這種芯片的效率。替換于此地，納米結(jié)構(gòu)也可以以自組織的生長過程、諸如MBE來制造，由此例如不規(guī)則的納米結(jié)構(gòu)也是可用的。在圖2B中示出的納米結(jié)構(gòu)4與圖2A的納米結(jié)構(gòu)相比不具有突起作為子結(jié)構(gòu)。圖2B的子結(jié)構(gòu)尤其是構(gòu)造為空隙42，所述空隙在所示的圖示中伸入到繪圖平面中。在此，納米結(jié)構(gòu)4具有多個子結(jié)構(gòu)42、尤其是多個空隙，這些子結(jié)構(gòu)42可以具有不同的大小和/或形狀。尤其是，子結(jié)構(gòu)42中的一個構(gòu)造為比其它子結(jié)構(gòu)薄。子結(jié)構(gòu)的形狀和大小與半導(dǎo)體層堆疊的光電子和化學(xué)特性相應(yīng)地構(gòu)造。另外，圖2B的實施例也可以具有圖2A的實施例的特征。
在圖2C中示出具有多個子結(jié)構(gòu)41、42的納米結(jié)構(gòu)4，其中子結(jié)構(gòu)可以構(gòu)造為突起41以及構(gòu)造為空隙42。尤其是在兩個突起41之間布置空隙42。由此可以有利地增加納米結(jié)構(gòu)4的表面，這可以有利地對具有這種納米結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體芯片的效率起作用。另外，圖2C的實施例可以具有圖2A和2b的實施例的特征。圖2A至2C的納米結(jié)構(gòu)可以替代于具有四角形橫截面的立方體形狀或柱狀的或桿狀的形狀而尤其是也具有在垂直于繪圖平面的截平面中具有多角形、尤其是六角形橫截面的柱狀或桿狀形狀，使得沿著這種納米結(jié)構(gòu)的側(cè)面構(gòu)造子結(jié)構(gòu)41和/或42。在圖3A和3B中示出納米結(jié)構(gòu)4的其它示例，該納米結(jié)構(gòu)4例如可以用在圖I的實施例的半導(dǎo)體芯片中。圖3A的納米結(jié)構(gòu)4具有錐形，其中在圖3A的實施例中錐尖被削平。尤其是，納米結(jié)構(gòu)4在上側(cè)和底側(cè)處構(gòu)造為六角形的。替換于此地，上側(cè)和/或底側(cè)也可以具有倒圓的角或者圓形橫截面。 在納米結(jié)構(gòu)4的削平的區(qū)域中構(gòu)造有作為空隙的子結(jié)構(gòu)42。子結(jié)構(gòu)42在此可以具有不同的大小和/或形狀。通過子結(jié)構(gòu)42有利地增加了納米結(jié)構(gòu)4的表面。通過納米結(jié)構(gòu)4的借助于MOCVD方法的制造過程，可以有利地獲得幾乎平坦的側(cè)面。另外，這種納米結(jié)構(gòu)4具有最聞5 μ m、優(yōu)選最聞2 μ m并且特別優(yōu)選最聞Ium的橫向伸展。這種納米結(jié)構(gòu)4以規(guī)則的模式布置在根據(jù)圖I的實施例的半導(dǎo)體芯片的輻射出射面或輻射入射面上，例如在圖4A和4B中示出的那樣。圖3B示出類似于圖3A的實施例構(gòu)造的納米結(jié)構(gòu)4的俯視圖。該納米結(jié)構(gòu)4具有六角形的錐形，該錐形在錐的中心具有子結(jié)構(gòu)42。該子結(jié)構(gòu)42尤其是空隙。錐形的納米結(jié)構(gòu)4因此不具有錐尖。替代于錐尖構(gòu)造有空隙42。由此有利地改善了半導(dǎo)體芯片的輻射效率，所述半導(dǎo)體芯片在輻射入射面或輻射出射面上具有這樣構(gòu)造的納米結(jié)構(gòu)4的規(guī)則模式。因此尤其是能夠?qū)崿F(xiàn)半導(dǎo)體芯片的均勻的輻射特性。在圖4A中示出例如在圖I中示出的半導(dǎo)體芯片的輻射出射面或輻射入射面的斜上視圖。在輻射出射面或輻射入射面3上布置有多個納米結(jié)構(gòu)4，這些納米結(jié)構(gòu)4分別具有錐狀的形狀。納米結(jié)構(gòu)4尤其是構(gòu)造為六角形的。納米結(jié)構(gòu)4的錐尖分別被削平。在納米結(jié)構(gòu)4的所削平區(qū)域的區(qū)域中構(gòu)造有子結(jié)構(gòu)42。尤其是，每個納米結(jié)構(gòu)4具有多個不同大小地構(gòu)造的子結(jié)構(gòu)42。這些子結(jié)構(gòu)在該實施例中構(gòu)造為空隙。圖4A的納米結(jié)構(gòu)4因此與圖3A的實施例類似地構(gòu)造。如在圖4A的實施例中示出的那樣，納米結(jié)構(gòu)4僅僅覆蓋輻射出射面或輻射入射面3的一部分，使得輻射出射面或輻射入射面3的其余部分沒有納米結(jié)構(gòu)4。在圖4B中示出例如在圖I中所示的半導(dǎo)體芯片的輻射入射面或輻射出射面3的俯視圖。在該輻射出射面或輻射入射面3上以規(guī)則的模式構(gòu)造多個納米結(jié)構(gòu)4，這些納米結(jié)構(gòu)4如在圖4A的實施例中那樣構(gòu)造為錐形。尤其是，這些納米結(jié)構(gòu)4具有六角形的形狀。在錐中心的區(qū)域中，也就是在錐尖的區(qū)域中，分別構(gòu)造子結(jié)構(gòu)42，這些子結(jié)構(gòu)尤其是空隙。圖4B的納米結(jié)構(gòu)因此與圖3B的實施例類似地構(gòu)造。半導(dǎo)體芯片或者其單個部件的在這些圖中闡述的大小說明不明確地限于這些大小說明。更確切地說，本發(fā)明此外具有在說明書或權(quán)利要求書中闡述的大小說明。
本發(fā)明不由于根據(jù)實施例的描述而限于該描述。更確切地說，本發(fā)明具有每種新的特征以及這些特征的每種組合，這尤其是包含權(quán)利要求書中的 特征的每種組合，即使當(dāng)該特征或該組合本身未明確地在權(quán)利要求書或?qū)嵤├姓f明時也是如此。
權(quán)利要求
1.具有半導(dǎo)體層堆疊(2)和輻射出射面或輻射入射面(3)的光電子半導(dǎo)體芯片(10)，其中 -半導(dǎo)體層堆疊(2)具有活性層(2a)，該活性層適于生成或者接收電磁輻射，并且-在半導(dǎo)體層堆疊(2)中和/或在輻射出射面或輻射入射面(3)上布置多個納米結(jié)構(gòu)(4),所述納米結(jié)構(gòu)至少部分地具有至少一個子結(jié)構(gòu)(41，42)ο
2.根據(jù)權(quán)利要求I的光電子半導(dǎo)體芯片，其中所述至少一個子結(jié)構(gòu)(41，42)是空隙(42)或突起(41)。
3.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)以周期性的模式布置。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)分別具有最高5μ m的橫向伸展。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)具有多個子結(jié)構(gòu)(41、42)，這些子結(jié)構(gòu)具有不同的大小和/或形狀。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中至少一個子結(jié)構(gòu)(41、42)是納米結(jié)構(gòu)表面上的或者納米結(jié)構(gòu)內(nèi)的空隙(42 )、凹陷、孔、溝槽、開口或者突起(41)。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)是三維結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)構(gòu)造為錐形的或者桿形的。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(3)構(gòu)造為錐形的并且分別具有多個不同大小地構(gòu)造的子結(jié)構(gòu)(41、42)。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中活性層(2a)布置在納米結(jié)構(gòu)(4)與輻射出射面或輻射入射面(3)之間或者布置在納米結(jié)構(gòu)(4)中。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求之一的光電子半導(dǎo)體芯片，其中納米結(jié)構(gòu)(4)以規(guī)則的模式布置在輻射出射面或輻射入射面(3)上，構(gòu)造為錐形的，并且分別具有至少一個子結(jié)構(gòu)(41、42)，所述子結(jié)構(gòu)是空隙并且布置在錐的中心。
12.用于制造光電子半導(dǎo)體芯片(10)的方法，具有以下方法步驟 -構(gòu)造具有活性層(2a)的半導(dǎo)體層堆疊(2)，所述活性層適于生成或者接收電磁輻射， -在半導(dǎo)體層堆疊(2)上或者在半導(dǎo)體層堆疊(2)中構(gòu)造納米結(jié)構(gòu)(3)，和 -至少部分地在納米結(jié)構(gòu)(3)中構(gòu)造至少一個子結(jié)構(gòu)(41、42)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的方法，其中通過所述子結(jié)構(gòu)(41、42)增大納米結(jié)構(gòu)(3)的表面。
14.根據(jù)前述權(quán)利要求12或13之一的方法，其中納米結(jié)構(gòu)(3)借助于金屬有機氣相外延、分子束外延或者液相外延來制造。
15.根據(jù)前述權(quán)利要求12至14之一的方法，其中在上面生長半導(dǎo)體層堆疊(2)的生長襯底至少部分地或者完全地被剝落。
全文摘要
說明一種具有半導(dǎo)體層堆疊(2)和輻射出射面或輻射入射面(3)的光電子半導(dǎo)體芯片(10)。半導(dǎo)體層堆疊(2)具有活性層(2a)，其適于生成或者接收電磁輻射。在半導(dǎo)體層堆疊(2)中和/或在輻射出射面或輻射入射面(3)上布置多個納米結(jié)構(gòu)(4)，這些納米結(jié)構(gòu)至少部分地具有至少一個子結(jié)構(gòu)(41、42)。此外說明一種用于制造這種光電子半導(dǎo)體芯片(10)的方法。
文檔編號H01L31/0236GK102893407SQ201180024376
公開日2013年1月23日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者W.貝格鮑爾, L.赫佩爾, P.德雷希澤爾, C.克爾佩爾, M.施特拉斯堡, P.羅德 申請人:奧斯蘭姆奧普托半導(dǎo)體有限責(zé)任公司