在边缘区域中具有金层的光电半导体组件的制作方法

在边缘区域中具有金层的光电半导体组件
1.发光二极管(led)是一种基于半导体材料的发光装置。led例如包括pn结。在电子和空穴在pn结的区域中相互重新结合时，例如由于施加了适当的电压而产生电磁辐射。
2.一般而言寻求即使在光电半导体组件(或称为光电半导体器件)小型化的过程中仍能够优化输出效率的新的方案。尤其寻求的方案为，通过这些方案可以实现使所产生的电磁辐射的尽可能大的份额能够向外辐射。
3.本发明所要解决的技术问题为提供一种改进的光电半导体组件。
4.一种光电半导体组件，包括适用于产生电磁辐射的半导体层堆，其中，该半导体层堆布置在衬底上方并且被结构化形成台面(mesa)，从而该半导体层堆不存在于衬底的边缘区域中，所述光电半导体组件在半导体层堆的远离衬底的一侧上包括转换器元件，并且在衬底的边缘区域上方在衬底和半导体层堆之间的布置平面中包括金层。
5.半导体层堆例如具有第一传导率类型的第一半导体层和第二传导率类型的第二半导体层。该光电半导体组件还包括与第一半导体层连接的第一电流扩展层和与第二半导体层连接的第二电流扩展层。
6.第一电流扩展层例如布置在第二电流扩展层和半导体层堆之间，并且第一半导体层布置在第二半导体层和第一电流扩展层之间。
7.按照各实施方式，金层与第二电流扩展层电连接。金层例如布置在第二电流扩展层的远离衬底的一侧上。
8.按照另一实施方式，金层与第一电流扩展层电连接。
9.按照另一实施方式，金层与第一电流扩展层和第二电流扩展层电绝缘。
10.光电半导体组件还可以具有在半导体层堆和第一电流扩展层之间的介电的镜面层，其中，金层布置在介电的镜面层的远离转换器元件的一侧上。金层备选地可以布置在介电的镜面层的远离转换器元件的一侧上并且直接与介电的镜面层邻接。
11.转换器元件例如与衬底的边缘区域搭叠。按照各实施方式，转换器元件可以通过粘合材料固定在半导体层堆上。转换器元件可以设计为板件。
12.按照各实施方式，第二接触区域可以延伸通过台面的内部区域以将第二半导体层与第二电流扩展层电连接。
13.边缘区域在金层和转换器元件之间可以不具有传导的层或者半导体层。
14.附图用于理解本发明的实施例。附图示出了实施例，并且与说明书共同用于阐述这些实施例。从下面的详细描述可以直接得出其它实施例和多种预期的优点。图中所示的元件和结构并非一定相对于彼此按照真实比例示出。相同的附图标记表示相同的或者相互对应的元件和结构。
15.图1示出了剖切按照各实施方式的光电半导体组件得到的横截面视图，
16.图2示出了剖切按照其它实施方式的光电半导体组件得到的横截面视图，
17.图3示出了剖切按照其它实施方式的光电半导体组件得到的横截面视图，
18.在以下详细描述中参照构成本公开内容的部分的附图，在这些附图中出于说明的目的示出了特定的实施例。与之相关地，方向性术语“上侧”、“底部”、“前侧”、“后侧”、“上
方”、“上”、“前”、“后方”、“前面”、“后面”等与所描述的附图的定向有关。由于所述实施例的组件可以以不同的定向进行定位，因此所述方向性术语仅用于进行解释而并不具有任何限制性。
19.对实施例的描述不是限制性的，因为也存在其它实施例，并且在此在不脱离权利要求书所定义的范围的情况下，可以进行结构或逻辑上的改变。除非上下文另有说明，以下描述的实施例的元件尤其可以与所述的其它实施例的元件结合。
20.在以下描述中使用的术语“晶圆”或者“半导体衬底”可以包括任何具有半导体表面的基于半导体的结构。晶圆和结构应当理解为包括掺杂和未掺杂的半导体、必要时由基底承载的外延式半导体层，以及其它半导体结构。由第一半导体材料构成的层例如可以在由第二半导体材料构成的生长衬底、例如gaas衬底、gan衬底或者si衬底，或者由绝缘材料构成的生长衬底、例如蓝宝石衬底上生长。
21.根据用途，该半导体可以基于直接半导体材料或者间接半导体材料。特别适用于产生电磁辐射的半导体材料的示例尤其包括例如可以用于产生紫外线、蓝色或者波长更长的光的氮化物半导体化合物、例如gan、ingan、aln、algan、algainn、algainbn、例如可以用于产生绿色或者波长更长的光的磷化物半导体化合物、例如gaasp、algainp、gap、algap，以及其他半导体材料、例如gaas、algaas、ingaas、alingaas、sic、znse、zno、ga2o3、金刚石、六边形bn和所述材料的组合。复合半导体材料的化学计量比可以不同。半导体材料的其它示例可包括硅、硅锗和锗。在本说明的范围内，术语“半导体”也包括有机半导体材料。
22.术语“衬底”一般包括绝缘的、传导性的衬底或者半导体衬底。
23.本说明中使用的术语“垂直”所描述的是基本上垂直于衬底或半导体主体的第一表面的定向。垂直方向例如可以对应于层在生长时的生长方向。
24.本说明中使用的术语“横向”和“水平”所描述的是基本上平行于衬底或者半导体主体的第一表面的定向或者指向。这例如可以是晶圆或者芯片(die，芯片)的表面。
25.水平方向例如可以位于在层生长时与生长方向垂直的平面中。
26.图1示出了按照各实施方式的光电半导体组件的示意性横截面视图。半导体元件10具有适用于产生电磁辐射20的半导体层堆103。半导体层堆103布置在衬底100上方，并且被结构化形成台面109。因此，半导体层堆103不存在于衬底的边缘区域104中。因此，在衬底的边缘区域104上方没有布置半导体层堆103的半导体层。转换器元件108布置在半导体层堆103的远离衬底100的一侧上。光电半导体组件还包括衬底100的边缘区域104上方的位于衬底100和半导体层堆103之间的布置平面中的金层105。
27.半导体层堆103例如可以包括第一传导性类型、例如p型的第一半导体层140，以及第二传导率类型、例如n型的第二半导体层130。有源区135可以布置在第一半导体层140和第二半导体层130之间。
28.有源区例如可以具有pn结、双异质结构、单量子阱(sqw，single quantum well)结构或者多量子阱(mqw，multi quantum well)结构以用于产生辐射。术语“量子阱结构”在此对量子化的维度不具有意义。量子阱结构因此包括量子阱、量子线和量子点，以及这些层的任何组合。
29.半导体层尤其可以分别包含gan，以及必要时适用于发出蓝光的其它元素。
30.所产生的电磁辐射通过第二半导体层130的第一主表面145发出。第二半导体层
130的第一主表面145可以被粗糙化，以提高所产生的电磁辐射的输出效率。介电的钝化层125可以布置在第二半导体层130的粗糙化的表面上，并且必要时可以布置在第一半导体层140的侧面上。介电的钝化层可以与第二半导体层130的第一主表面145邻接。
31.介电的镜面层121可以与第一半导体层140的第一主表面144邻接地布置。介电的镜面层121一般可以包括一个或者多个介电的层。
32.在介电的镜面层121的远离半导体层堆103的一侧上可以布置例如由银、铝或其他高反射性的材料构成的金属的镜面层122。此外，第一电流扩展层123可以与金属的镜面层122邻接地布置。第一电流扩展层123例如可以包括ti、pt、au或者其它材料、例如al或者rh。第一半导体层140可以通过第一接触区域117与金属的镜面层122或者第一电流扩展层123连接。第一接触区域117可以延伸通过介电的镜面层121。可以设置多个第一电接触区域117。第一接触区域117例如可以布置在台面109的内部中、即不是布置在台面的边缘，而是在所有侧面与第一半导体层140邻接地布置。
33.按照实施方式，还可以与第一半导体层140邻接地设置由导电的材料、例如ito构成的薄接触层111。第一半导体层140例如可以包含gan或者ingaalp。在这些情况下可以通过接触层111实现更均匀的电流输入。在使用接触层111的情况下，第一接触区域117可以延伸至接触层111。
34.在例如可以是传导性的适宜的衬底100上方，第二电流扩展层115布置在焊接层110上方。第二电流扩展层115例如可以通过焊接层110与衬底100连接。第二电流扩展层115例如可以包含钛。焊接层110例如可以包括包含扩散屏障层的层序列。第二电流扩展层115例如通过第二接触区域118与第二半导体层130连接。第二接触区域118同样可以布置在台面109的内部中。可以设置多个第二接触区域118。第二接触区域118延伸通过第一半导体层130、介电的镜面层121和第一电流扩展层123。第二接触区域118尤其没有延伸到台面109的边缘或者侧面上。第二接触区域118通过绝缘材料120与相邻的区域电绝缘。
35.按照图1所示的实施方式，金层105布置在第二电流扩展层115上方并且与之连接。金层105布置在衬底100和转换器元件108之间。金层105例如可以布置在第二电流扩展层115的远离衬底100的一侧上。按照另一实施方式，金层105可以形成第二电流扩展层115。金层105相应地通过第二接触区域118与第二半导体层130连接。
36.转换器元件108布置在第二半导体层130的第一主表面145上。转换器元件例如包含发光物质或者磷光物质并且适用于将所发出的电磁辐射的波长转换为更高的波长。由半导体层序列发出的电磁辐射为此被转换器元件108吸收。接着发出具有更长的波长的电磁辐射。所使用的发光物质例如可以是黄色的发光物质，其适用于在被蓝色led芯片的光激发时发出黄色的光。转换器元件108可以包括多个不同的发光物质，这些发光物质分别发出不同的波长。
37.发光物质的示例为金属氧化物、金属卤化物、金属硫化物、金属氮化物等。这些化合物还可以包含导致发出特殊的波长的添加剂。这些添加剂例如可以包括稀土材料。作为黄色的发光物质的示例可以使用yag:ce
3+
(铈活化的钇铝石榴石(y3al5o
12
))或者(sr
1.7
ba
0.2
eu
0.1
)sio4。其它发光物质可以基于msio4：eu
2+
，其中，m可以是ca、sr或者ba。通过选择具有适当的浓度的阳离子，可以选择期望的转换波长。已知适宜的发光物质的多个其它示例。
38.按照应用，发光物质材料、例如发光物质粉末可以嵌入适宜的基体材料中。基体材料例如可以包括树脂成分或者聚合物成分、例如硅树脂或者环氧树脂。发光物质颗粒的尺寸例如可以处于微米范围或者纳米范围中。
39.按照另一设计方案，基体材料可以包括玻璃。转换器材料例如可以如下形成，即通过烧结玻璃、例如sio2与其它的添加剂和发光物质粉末，以形成玻璃中的发光物质(pig)。
40.按照另一设计方案，发光物质材料本身可以被烧结形成陶瓷。作为烧结过程的结果，陶瓷的发光物质例如可以具有多晶结构。
41.按照另一设计方案，例如通过使用柴可拉斯基法(cz法)可以使发光物质材料生长形成单晶的发光物质。
42.按照其它设计方案，发光物质材料本身可以是半导体材料，其在体积中或者在层中具有适宜的带隙以用于吸收led发出的光并且用于发出所期望的转换波长。该半导体材料在此尤其可以是外延生长的半导体材料。外延生长的半导体材料例如可以具有下述带隙，该带隙对应于比原始发出的光的能量更低的能量。此外，分别发射不同的波长的光的多个适宜的半导体层可以相互堆叠。在半导体材料中可以形成一个或者多个量子阱或量子势阱、量子点或者量子线。
43.转换器元件例如通过粘合材料119与半导体层堆103机械地粘合。转换器元件108可以直接地与第二半导体层130邻接。转换器材料108例如可以设计为通过粘合材料119与半导体层堆103连接的板。粘合材料119例如可以设计为层。按照各实施方式，粘合材料119可以填充转换器元件108和边缘区域104之间的间隙。转换器元件108与衬底的边缘区域104搭叠。即转换器元件还覆盖衬底的其中没有布置半导体层堆103的区域。在远离半导体层堆103的一侧上，转换器元件108可以与空气邻接。转换器元件108的层厚可以小于300μm。转换器元件108的厚度可以小于芯片棱边长度的一半。转换器元件108可以具有相对较高的转换度。转换度、即转换后的光子与发出的光子的总数之比可以大于50％。
44.在衬底的边缘区域104和转换器元件108之间例如存在多余的粘合材料或者也存在封装材料。光电半导体组件10通过聚合物材料或者硅树脂113、例如包含tio2填充材料并且实施为白色的硅树脂的硅树脂113侧向地密封。
45.如图1所示，在边缘区域中在金层105上方没有设置传导的层或者半导体层。
46.如所描述的，金层105布置在衬底100的边缘区域104上方。基板的“边缘区域”这一术语在此指的是衬底的没有被半导体材料覆盖的区域。边缘区域104形成台面109之外的区域。如图1所示，绝缘的层、例如绝缘层116或者介电的镜面层121可以布置在边缘区域中的金层105和转换器元件108之间。
47.由光电半导体层堆103产生的电磁辐射相应地被转换器元件108吸收。电磁辐射接着从转换器元件108以更大的波长沿着任意方向发出。这些辐射在边缘区域中到达金层上并且被金层反射。由于通过转换器元件108进行的吸收和随后的发出增大了所产生的电磁辐射的波长，因此可以巧妙地利用金层105的反射能力。金层105针对波长较大的辐射具有更高的反射能力。因此，到达衬底100的边缘区域104上的电磁辐射的较大份额可以被金层105反射回转换器元件的方向。
48.因此，光电半导体组件的输出效率得到了提高。由于所描述的几何形状，金层在与转换器元件发出的光对应的波长范围内提供了相对较高的反射率。更确切地说，金层布置
在由转换器元件108发出的辐射所到达的位置上。因此，尽管金在蓝色波长范围内的反射能力降低，但由于入射的辐射的红移，仍可以相应地实现高的反射能力。因此，可以通过对金层的巧妙的布置利用金对较长波长的提高的反射能力。此外，与金的使用共同地在边缘区域中使用高反射性的金属，该金属被保护以免受环境影响。总体而言，可以由此提高led的亮度。
49.按照参照图1描述的实施方式，金层105与第二电流扩展层115电连接。
50.图2示出了按照另一实施方式的光电半导体组件的横截面视图。与图1所示的实施方式不同，金层105在此与第一电流扩展层123连接。金层105例如可以延伸到半导体层堆下面。换言之，金层105的部分可以垂直地与台面109搭叠。金层105例如可以形成第一电流扩展层。绝缘材料116例如可以布置在金层105和衬底100之间。例如可以包含pt、cr、ti、ni的扩散屏障(未示出)可以布置在金层105和金属的镜面层122之间。
51.如图2所示，金层105可以布置在介电的镜面层121的远离转换器元件108的一侧上。金层例如可以直接与介电的镜面层121邻接。
52.光电半导体组件的其它特征与按照图1所示的部件对应地设计。
53.按照其它实施方式，金层105也可以与第一和第二电流扩展层123、115电绝缘。这在图3中示出。可以看到的是，金层105与第一电流扩展层123电绝缘。此外，金层105与第二电流扩展层115绝缘。如图3所示，金层105可以仅布置在衬底的边缘区域104上方。也就是说，金层例如没有延伸到半导体层堆103下面的区域中。
54.金层105例如可以布置在第二电流扩展层115的远离衬底100的一侧上。
55.如图3所示，金层105可以布置在介电的镜面层121的远离转换器元件108的一侧上。金层例如可以直接与介电的镜面层121邻接。
56.光电半导体组件的其它特征与按照图1所示的部件对应地设计。
57.尽管在此说明和描述了特定的实施方式，然而本领域技术人员将认识到，在不脱离本发明保护范围的情况下，所示出和描述的特定的实施方式可以被各种备选的和/或等效的设计方案所取代。本技术应当涵盖在此讨论的特定实施方式的任何适配方案或者变型方案。因此，本发明仅受权利要求书及其等同方案的限制。
58.附图标记列表
59.10
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
光电半导体组件
60.20
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所发出的电磁辐射
61.100
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
衬底
62.103
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
半导体层堆
63.104
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
边缘区域
64.105
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
金层
65.108
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
转换器元件
66.109
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
台面
67.110
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
焊接层
68.111
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
接触层
69.112
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
间隙
70.113
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
硅树脂
71.115
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二电流扩展层
72.116
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
绝缘材料
73.117
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一接触区域
74.118
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二接触区域
75.119
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
粘合材料
76.121
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
介电的镜面层
77.122
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
金属的镜面层
78.123
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一电流扩展层
79.125
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
介电的钝化层
80.130
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二半导体层
81.135
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
有源区
82.140
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一半导体层
83.144
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第一半导体层的第一主表面
84.145
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
第二半导体层的第一主表面