光电子半导体芯片的制作方法

提出一种光电子半导体芯片。

技术实现要素：

要实现的目的在于：提出一种具有高的外部量子效率的光电子半导体芯片。

所述目的还通过具有独立权利要求的特征的光电子半导体芯片来实现。优选的改进形式是从属权利要求的主题。

根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片为发光二极管芯片、激光二极管芯片或为光电探测器。尤其优选地，半导体芯片是发光二极管芯片并且设计用于发射电磁辐射。例如，半导体芯片在正常使用时发射具有最大强度为至少350nm或400nm和/或最高550nm或480nm或460nm的波长的辐射。

根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括半导体层序列。半导体层序列优选基于iii-v族化合物半导体材料。半导体材料例如是氮化物化合物半导体材料，如alnin1-n-mgamn，或者是磷化物化合物半导体材料，如alnin1-n-mgamp，或者也是砷化物化合物半导体材料，如alnin1-n-mgamas，其中分别有0≤n≤1，0≤m≤1并且n+m≤1。在此，半导体层序列能够具有掺杂物以及附加的组成部分。然而，为了简单性仅说明半导体层序列的晶格的主要组成部分，即al、as、ga、in、n或p，即使这些主要组成部分能够部分地由少量的其他物质替代和/或补充时也如此。

根据至少一个实施方式，半导体层序列包括第一传导类型的第一半导体区域和不同的第二传导类型的第二半导体区域。在此，传导类型表示n传导或p传导。优选地，第一半导体区域是n掺杂的，并且第二半导体区域是p掺杂的。

根据至少一个实施方式，在第一半导体区域和第二半导体区域之间存在有源区。有源区优选设计用于产生由半导体芯片在运行时发射的辐射。因此，两个半导体区域以及位于其之间的有源区沿着半导体层序列的生长方向彼此上下堆叠地设置。优选地，有源区直接邻接于两个半导体区域。

根据至少一个实施方式，光电子半导体芯片包括第一电接触层。第一电接触层局部地直接位于第一半导体区域上。此外，电接触层还设计用于：将电流注入到第一半导体区域中。因此，特别地，第一电接触层在接触电阻方面和在电逸出功方面相应地匹配于第一半导体区域。特别地，仅经由第一电接触层将电流直接地注入到第一半导体区域中。

根据至少一个实施方式，半导体芯片包含第二电接触层，所述第二电接触层局部地直接位于第二半导体区域上，并且所述第二电接触层设计用于将电流注入到第二半导体区域中。特别地，仅经由第二电接触层将电流直接注入到第二半导体区域中。

根据至少一个实施方式，半导体芯片包含至少两个金属馈电部。金属尤其表示：馈电部由一种或多种金属构成并且显示出欧姆导电特性。馈电部能够为接触金属化部。优选地，馈电部直接地位于第一电接触层上，优选仅位于第一电接触层上。优选仅借助于馈电部将电流注入到第一和/或第二电接触层中。特别地，馈电部中的一个设计为阳极接触部，并且馈电部中的另一个设计为阴极接触部。经由馈电部能够外部电接触光电子半导体芯片。

根据至少一个实施方式，半导体芯片包括至少一个电绝缘层。在半导体芯片正常使用时，禁止穿过电绝缘层的电通流。绝缘层局部地直接位于第二半导体区域上进而局部地覆盖第二半导体区域。

根据至少一个实施方式，绝缘层突出于第二半导体区域。这能够表示：绝缘层施加到第二半导体区域上，而在第二半导体区域中不设有用于绝缘区域的凹部或下沉部。如果第二半导体区域的上面不存在绝缘层的其余区域设有例如用于改进光耦合输出效率的粗化部，那么绝缘层突出于这种粗化部。

根据至少一个实施方式，绝缘层位于如下馈电部下方，经由所述馈电部电连接第二半导体区域。换言之，绝缘层于是位于第二半导体区域和所属的馈电部之间。在此，绝缘层优选不具有与所述馈电部的直接的物理接触。特别地，在所述馈电部和绝缘层之间存在第一电接触层的材料和第二电接触层的材料。

根据至少一个实施方式，这两个接触层各由一种或多种透明导电氧化物制造，其也称作为透明的导电氧化物(transparentconductiveoxide)或简称tco。透明导电氧化物通常为金属氧化物，例如氧化锌、氧化锡、氧化镉、氧化钛、氧化铟或者氧化铟锡(ito)。除了二元的金属氧化化合物例如zno、sno2或in2o3之外，三元的金属氧化化合物即例如zn2sno4、cdsno3、znsno3、mgin2o4、gaino3、zn2in2o5或in4sn3o12或者不同的透明导电氧化物的混合物也属于tco的组。此外，tco不强制性地对应于化学计量的组分并且也能够是p掺杂的或者n掺杂的。

根据至少一个实施方式，第一接触层在绝缘层的区域中覆盖第二接触层。在此，第二接触层优选直接位于绝缘层上，并且第一接触层直接位于第二接触层上。因此，由用于第二半导体区域的金属馈电部将电流注入到第一接触层中，从那里起注入到第二接触层中并且从那里起沿横向方向错开地注入到第二半导体区域中。

根据至少一个实施方式，第一接触层包覆住绝缘层。换言之，通过绝缘层超出第二半导体区域形成的突出部由第一接触层罩状地或盖状地覆盖。于是，在俯视图中观察，第一接触层的材料和优选还有第二接触层的材料位于整个绝缘层之上。

在至少一个实施方式中，光电子半导体芯片包括第一传导类型的第一半导体区域和第二传导类型的第二半导体区域。在这两个半导体区域之间存在有源区，所述有源区优选设计用于产生可见光。第一电接触层局部地直接位于第一半导体区域上并且设计用于将电流注入到所述第一半导体区域中。此外，第二电接触层局部地直接位于第二半导体区域上，其中第二半导体区域经由第二接触层通电。此外，半导体芯片包含两个金属馈电部和绝缘层。绝缘层局部地直接覆盖第二半导体区域并且突出于所述第二半导体区域。此外，绝缘层处于用于第二半导体区域的馈电部下方。在此，两个接触层各由透明导电氧化物制造，并且第一接触层在绝缘层的区域中直接包覆住第二接触层，并且也包覆住绝缘层本身。

具体地，包括蓝宝石生长衬底的发光二极管芯片、简称led芯片具有电绝缘层，通过所述电绝缘层防止从金属馈电部到半导体层序列中的直接的电通流。通过这种绝缘层防止：直接在金属馈电部下方产生光。如果在该区域中产生光，那么这仅小部分地从led芯片中耦合输出。此外，金属结构相对强地吸收。为了实现横向的电流扩展，这种绝缘层借助透明导电层包覆，其中这种层为用于相应的半导体区域的接触层。然而，由透明导电氧化物构成的接触层在电导率高的情况下具有相对小的光穿透性并且反之亦然。借此，薄的接触层对于高的光耦合输出效率有利于降低辐射吸收。然而，在薄的接触层中，在包覆绝缘层时出现问题，使得在金属馈电部和接触层之间的电接触在绝缘层的区域中能够中断，这能够导致在制造半导体芯片时的小的产率。

在此处描述的半导体芯片中，面状地在第二半导体区域之上延伸的第二接触层选择得显著更薄，因为绝缘层局部附加地由第一接触层包覆。即使通过第二接触层不能够实现从馈电部到第二半导体区域中的连续的电接触，那么这通过包覆住绝缘层的第一接触层来确保。

根据至少一个实施方式，通过绝缘层，禁止由用于第二半导体区域的馈电部沿垂直于第二半导体区域的方向将电流注入到第二半导体区域中。换言之，通过该馈电部于是将电流注入到第二接触层中，并且第二接触层将电流沿横向方向在第二半导体区域之上扩展。借此，第二半导体区域的面状的通电是可行的。沿横向方向、即在垂直于半导体层序列的生长方向的方向上的电导率在此在第二接触层中优选是在第二半导体区域中的至少10倍或100倍大。

根据至少一个实施方式，第一接触层在俯视图中观察侧向地超出绝缘层至少200nm或0.5μm或1μm或5μm。替选地或附加地，第一接触层超过绝缘层的超出部在俯视图中观察为最高100μm或50μm或20μm或10μm。此外，替选地或附加地可行的是：第一接触层超过绝缘层的该超出部又在俯视图中观察为绝缘层的平均宽度的至少1％或5％或15％或20％和/或最高150％或90％或60％。通过第一接触层超过绝缘层的这种超出部，在俯视图中观察，可行的是：一方面确保将电流注入到第二半导体区域中，并且另一方面将通过第一接触层造成的吸收损失保持得小。

根据至少一个实施方式，第一接触层在横截面中观察并且始于绝缘层楔形地且连续变薄地逐渐终止。换言之，第一接触层的厚度沿远离绝缘层的方向减小。

根据至少一个实施方式，在俯视图中观察，绝缘层的宽度为至少5μm或20μm。替选地或附加地，绝缘层的宽度为最高0.2mm或0.1mm或50μm或30μm。

根据至少一个实施方式，第一接触层的厚度为第二接触层的厚度的至少2倍或3倍或5倍大。替选地或附加地，第一接触层的厚度为第二接触层的厚度的最高20倍或15倍或10倍。

根据至少一个实施方式，两个接触层的厚度各小于绝缘层的厚度。在此，绝缘层的厚度优选为第一接触层的厚度的至少1.5倍或2倍或3倍和/或最高5倍或3.5倍或2倍。

根据至少一个实施方式，第一接触层的厚度为至少30nm或50nm或100nm和/或为最高500nm或300nm或150nm。也能够适用的是，第二接触层的厚度为至少5nm或10nm或15nm，和/或为最高100nm或70nm或50nm或30nm。换言之，第二接触层于是相对薄地构成。

根据至少一个实施方式，绝缘层具有至少70nm或100nm或150nm的厚度。替选地或附加地，绝缘层的厚度最高为1μm或500nm或300nm。特别地，绝缘层的厚度选择为，使得厚度超过光的渐逝场的进入深度，所述光在绝缘层处全反射并且所述光在半导体芯片中在运行时产生。在此，光的进入深度尤其是如下深度，在所述深度中，辐射强度下降到1/e。绝缘层也能够构成为布拉格镜。

根据至少一个实施方式，第一接触层的材料具有比第二接触层的材料更小的平均粒度。例如，第一接触层的材料的平均粒度为至少5nm或10nm和/或为最高50nm或20nm。此外能够适用的是：第二接触层的材料的粒度为至少1nm或100nm或200nm或1μm和/或为最高2μm或1μm或0.5μm或2nm。

根据至少一个实施方式，第一接触层和第二接触层由相同的基础材料构成。基础材料例如为氧化锌或氧化铟锡。

根据至少一个实施方式，两个接触层的区别在于如下特性中的一个或多个：掺杂、平均粒度、电导率、接触电阻、表面粗糙度。例如，第二接触层具有比第一接触层更大的表面粗糙度。

根据至少一个实施方式，由氧化铟锡制造两个接触层。在此，锡份额各优选为至少3％或5％和/或为最高10％或8％。在该情况下，第一接触层优选具有比第二接触层更高的锡含量，例如提高至少0.5百分比或至少1百分比的锡份额。锡份额在此尤其涉及质量百分比。

根据至少一个实施方式，绝缘层由电绝缘的氧化物、氮化物或氮氧化物制造。特别地，绝缘层由二氧化硅或氮化铝制成。在此，绝缘层的材料优选对于在半导体芯片中在运行时产生的辐射是可穿透的。

根据至少一个实施方式，这两个接触层由彼此不同的材料制造。于是例如，绝缘层中的一个包含氧化铟锡，简称ito，并且另一接触层包含氧化锌。

根据至少一个实施方式，绝缘层在横截面中观察并且在远离第二半导体区域的方向上连续地变窄至少直至绝缘层的平均厚度。在此，绝缘层优选没有底切。底切能够表示：在俯视图中观察，不可见绝缘层的整个侧面。替选地可行的是：绝缘层例如由于制造方法而具有底切。

根据至少一个实施方式，第一接触层在俯视图中观察覆盖这两个半导体区域的最高20％或10％或5％。替选地或附加地，该覆盖度为至少0.5％或1％或2％。换言之，半导体层序列于是在俯视图中观察除了用于第一半导体区域的接触区域之外基本上没有第一接触层。

根据至少一个实施方式，第二接触层在俯视图中观察覆盖第二半导体区域的至少90％或95％或也完全地覆盖。由此，通过第二接触层能够提供在横向方向上的有效的电流扩展。在此可行的是：第二半导体区域的棱边没有第二接触层并且也没有第一接触层。由此可行的是：防止在这种棱边附近对第二半导体区域通电。例如，棱边在宽度为至少1μm或2μm和/或为最高5μm或3μm的条中没有第二接触层。

根据至少一个实施方式，半导体芯片具有n接触区域，在所述n接触区域中第一接触层接触第一半导体区域，并且在所述n接触区域中将电流注入到第一半导体区域中。在俯视图中观察，n接触区域环绕地由第二半导体区域包围。换言之，n接触区域处于第二半导体区域的凹部中。替选地可行的是：在俯视图中观察，n接触区域处于半导体层序列的边缘处。也可行的是：存在多于一个n接触区域。

根据至少一个实施方式，用于第二半导体区域的馈电部形成电流扩展结构。例如，用于第二半导体区域的馈电部以条状部的形式构成，所述条状部在半导体层序列之上延伸。在此，在俯视图中观察，馈电部优选覆盖半导体层序列的最高10％或5％和/或至少2％或4％。

根据至少一个实施方式，在绝缘层的区域中并且在垂直于第二半导体区域的方向上，下述部件按照以下顺序直接彼此相随：第一半导体区域、有源区、第二半导体区域、绝缘层、第二接触层、第一接触层、用于第二半导体区域的馈电部。

根据至少一个实施方式，半导体芯片在用于第一半导体区域的电接触区域中具有如下部件，所述部件在垂直于第一半导体区域的方向上按照以下顺序直接彼此相随：第一半导体区域、第一接触层、用于第一半导体区域的金属馈电部。

附图说明

下面，参考附图根据实施例详细阐述在此描述的光电子半导体芯片。在此，相同的附图标记说明各个图中的相同的元件。然而在此，不示出符合比例的关系，更确切地说为了更好的理解能够夸大地示出个别元件。

附图示出：

图1a、2、3和4示出在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意剖面图，和

图1b示出在此描述的光电子半导体芯片的实施例的示意俯视图。

具体实施方式

在图1a中示意地示出光电子半导体芯片1的一个实施例的剖视图并且在图1b中示出其俯视图。

在能够为生长衬底的载体6上安置有半导体层序列2。半导体层序列2包括n掺杂的第一半导体区域21和p掺杂的第二半导体区域23。在半导体区域21、23之间存在用于产生光、尤其蓝光的有源区22。半导体层序列2基于材料体系alingan。半导体层序列2的厚度例如为大约8μm。

半导体层序列2经由金属馈电部41、43外部电接触。馈电部41、43优选具有多种金属并且尤其具有由铝、金、铂、钛、钌和/或钨构成的多层系统。经由第一馈电部41对n掺杂的第一半导体区域进行通电，并且经由第二馈电部43对p掺杂的第二半导体区域23进行通电。

在第二半导体区域23上存在电绝缘层5，尤其由二氧化硅构成的电绝缘层。绝缘层5位于第二半导体区域23和第二馈电部43之间。通过绝缘层5防止：在俯视图中观察，在第二馈电部43下方在有源区22中产生辐射。

在横截面中观察，绝缘层5关于垂直于有源区22的轴线对称地成型。根据图1a，绝缘层5具有梯形的造型并且在远离第二半导体区域23的方向上渐缩。绝缘层5直接在第二半导体区域23处的宽度b例如为大约20μm，并且绝缘层5的厚度d5例如为大约250nm。绝缘层5由透光材料形成并且对于在半导体层序列2中产生的辐射优选具有最高400/cm或120/cm的吸收系数。于是例如通过绝缘层吸收最高0.3％或1％的辐射。

在第二半导体区域23之上的横向的电流扩展通过第二接触层33进行，所述第二接触层面状地施加到第二半导体区域23上。在半导体层序列2中产生的辐射至少部分地穿过第二接触层33从半导体芯片1射出。第二接触层33尤其由ito制造。

为了实现第二接触层33的高的透明度和为了借此实现辐射从半导体芯片1中的高的耦合输出效率，第二接触层33在半导体层序列2的辐射出射侧20处仅具有小的厚度d3。优选地，厚度d3为大约15nm至60nm，尤其为大约20nm。由于第二接触层33的小的厚度而成问题的是：对突出于第二半导体区域23的绝缘层5进行包覆，而在第二接触层33中不形成裂纹或断裂。如果仅存在第二接触层33，那么经由这种裂纹，危害从馈电部43到第二半导体区域23中的导电。

为了确保在第二半导体区域23和第二馈电部43之间的电连接，绝缘层5附加地用第一接触层31包覆。第一接触层31为如下接触层，所述接触层设置用于与第一半导体区域21的n接触。在处于第二半导体区域23的凹部中的n接触区域处，第一接触层31局部地直接施加到第一半导体区域21上。第一接触层31在该n接触区域中直接跟随有第一馈电部41。

第一接触层31的厚度d1优选是第二接触层33的厚度d3的至少3倍。特别地，第一接触层31的厚度d1为大约100nm至150nm。第一接触层31完全地包覆住绝缘层5，并且在俯视图中观察局部地延伸到绝缘层5旁边。借此确保：在辐射出射侧20上，得到在第二馈电部43和第二接触层33之间的可靠的电连接。

在远离绝缘层5的方向上，第一接触层31在辐射出射侧20上连续地逐渐结束。换言之，第一接触层31在俯视图中观察位于绝缘层5旁边的区域中具有三角形的横截面，其中在绝缘层5旁边存在最大的宽度。从第一接触层31起，不将电流直接注入到第二半导体区域23中，而是仅注入到第二接触层33中。

第一接触层31在n接触区域中优选完全地位于第二半导体区域23中的凹部中。所述凹部在俯视图中观察例如具有矩形的基本轮廓。与图1b中的视图不同，在俯视图中观察，所述凹部也能够回缩到半导体层序列2的边缘上。同样地，凹部的基本面与图1b不同也能够圆形地或椭圆形地或六边形地构成。第一馈电部41优选超出第二半导体区域23中的凹部。

第二馈电部43优选条形地构成进而设计用于在辐射出射侧20之上的电流分配。在图1b中第二馈电部43的竖直地和水平地伸展的条状部抵接的区域中，第二馈电部43能够具有扩宽部，在所述扩宽部中例如能够安置未示出的键合线。

第二馈电部43优选在俯视图中观察环绕地由第一接触层31的材料包围。在绝缘层5上的第一接触层31和n接触区域上的第一接触层31之间不存在直接的电连接，而是仅存在间接地穿过有源区22的电连接。

在图1中示出的半导体芯片1中，优选首先施加第二接触层33，并且随后才施加第一接触层31。在施加第一接触层31时，相应地成型掩模，使得第一接触层31以配合地结构化的方式施加。绝缘层5上的第一接触层31的侧壁角例如能够借助于具有底切的光掩模设定，其中接触层31、33于是优选借助于溅射施加。具有底切的这种掩模例如从参考文献wo2015/078919a1中已知，其关于掩模形状和借助于这种掩模施加材料的公开内容通过参考并入本文。

这两个接触层31、33例如都由ito形成。然而，这两个接触层31、33优选借助不同的方法参数施加，使得第一接触层31作为n接触部产生，并且第二接触层33作为p接触部产生。

在图2中，说明半导体芯片1的另一实施例。与图1不同，绝缘层5具有近似矩形的横截面。由此可行的是：绝缘层5的侧面仅部分地由相对薄的第二接触层43覆盖。在绝缘层5的侧面之上的电连接通过在横截面中观察近似梯形构成的第一接触层31实现。

如在全部其他实施例中那样可行的是：绝缘层5具有比第二馈电部43更大的宽度。因此，馈电部43在俯视图中观察由绝缘层5环绕地突出。

在半导体芯片1的如在图3中示出的实施例中，绝缘层5在横截面中观察具有底切。换言之，在俯视图中观察，在底切的区域中，绝缘层5的材料覆盖绝缘层5的侧面的其他部段。相应地，在底切的区域中在绝缘层5上不能够沉积第二接触层33的材料，因为第二接触层33仅薄地构成。通过显著更厚的第一接触层31也包覆住底切。例如，第一接触层31在此在绝缘层5的区域中近似地具有矩形的轮廓。由此，第二接触层31仅相对少地超出绝缘层5。

在结合图4示出的实施例中，第一接触层31在绝缘层5上具有相对大的分支，所述分支相对远地延伸到辐射出射侧20上。由此，能够实现从第一接触层31朝第二接触层33的相对平缓的过渡。在俯视图中观察，第一接触层31超出绝缘层5的分支为绝缘层5的宽度的大约50％。第二接触层31近似在绝缘层5的两侧上对称地且以相同的方式逐渐结束。出自第一接触层31中的这种分支也能够在全部其他实施例中存在。

在图1至4中，绝缘层5分别作为单独的层示出。与其不同地，分别可行的是：绝缘层5由多个子层组成。例如，绝缘层5那么能够具有用于改进地反射辐射的布拉格镜。接触层31、33尤其优选地各仅由唯一的层形成。但是可选地，与视图不同可行的是：一个或两个接触层31、33由多个子层组成。

在这里描述的发明不局限于根据实施例进行的描述。更确切地说，本发明包括任意新特征以及特征的任意组合，这尤其包含权利要求中的特征的任意组合，即使所述特征或所述组合自身没有明确地在权利要求中或实施例中说明时也如此。

本申请要求德国专利申请102015111301.5的优先权，其公开内容通过参考并入本文。

附图标记列表

1光电子半导体芯片

2半导体层序列

20辐射出射侧

21n掺杂的第一半导体区域

22有源区

23p掺杂的第二半导体区域

31由tco构成的第一电接触层

33由tco构成的第二电接触层

41用于n掺杂的半导体区域的馈电部

43用于p掺杂的半导体区域的馈电部

5绝缘层

6载体

b绝缘层的宽度

d1第一接触层的厚度

d3第二接触层的厚度

d5绝缘层的厚度