TW200933934A - Optoelectronic semiconductor chip with a dielectric layer structure - Google Patents

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200933934 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及一種具有鏡面結構之光電半導體晶片，其 包括一種介電層結構。 【先前技術】 在公開文件 J.-Q. Xi，M. Ojha, J. L. Plawsky, W. N. Gill, J. K. Kim und E. F. Schubert, Appl. Phys. Lett. 87, 03 1 1 1 1 (2005)中已描述一種電磁輻射用的鏡面結構，其具 © 有一種高的反射性。 【發明内容】 本發明的目的在於使一種光電半導體晶片之發射效率 提高。 本發明提供一種具有半導體層序列之半導體晶片，半 導體層序列具有一種活性層以產生電磁輻射。此外，半導 體晶片包括一種鏡面結構，其包含一介電層結構。 在光電半導體晶片之活性層中產生光，其經由一發射 ^ 結構而由半導體晶片離開。然而，光的一部分將在半導體 晶片中被吸收。半導體晶片之發射效率表示：活性區中所 產生的光之多少百分比經由該發射結構而離開半導體晶 片。 爲了在半導體晶片中將光的吸收量保持儘可能低，須 使用一種鏡面結構，其將所入射的光反射回到半導體層序 列中。應設置此鏡面結構，使其將儘可能多的光成份予以 反射。 200933934 於此，上述的半導體晶片之鏡面結構包括一介電層結 構，其含有一個或多個介電層。該鏡面結構之反射能力是 與半導體層序列中-以及介電層結構中的折射率之變化有 關。 在一種實施形式中，須設置該鏡面結構，使其將活性 區中所產生的入射而來的光之至少96 %予以反射。該反射 能力的下限因此較佳是亦可分別適用於每一入射角範圍， 其中該光是在此入射角範圍中入射至該鏡面結構。 © 依據至少一實施形式，該半導體晶片是以氮化物-化合 物半導體材料爲主而製成。所謂”以氮化物-化合物半導體 材料爲主”是指，至少該活性區具有一>種氮化物-化合物半 導體材料，較佳是AUGamInmN或由其所構成，其中GSn S 1，OSmS 1且n + mS卜因此，此材料未必含有上述形式 之以數學所表示之準確的組成。反之，此材料可具有一種 或多種摻雜物質以及其它成份，這些成份基本上不會改變 此材料之物理特性。然而，爲了簡單之故，上述形式只含 ® 有晶格（Al，Ga，In, N)之主要成份，這些主要成份之一部分 亦可由少量的其它物質來取代及/或補充。 在一實施形式中，半導體晶片中的活性區產生一種由 藍色至綠色的光，其對應於400nm至5 50nm之波長範圍。 例如，可形成以氮化鎵爲主的半導體層序列和以氮化銦鎵 爲主的活性區。 在一種佈置中，半導體晶片是一種薄膜-發光二極體晶 片。半導體層序列較佳是以磊晶方式生長在基板上且在生 200933934 長過程之後一部分被去除或完全被去除。此處’有利的是 將該半導體層序列與另一載體相連接。該介電層結構可配 置在該載體和半導體層序列之間。 在一實施形式中，該介電層結構包括至少一介電層， 其含有折射率η < 1.3 8之所謂低折射率材料。若該低折射 率材料之折射率η<1.25，則亦稱爲超低折射率材料。 以下，含有低折射率材料之介電層簡稱爲低折射率層。 低折射率層之反射能力是以二個相鄰的層之間的折射 〇 率之一種跳躍値爲主來求出。於此，第一層（光來自第一層） 的折射率大於相鄰的層之折射率。若光在一種大於所謂臨 界角之入射角下入射至這些層的界面上，則理想情況下會 發生無損耗的全反射。 鏡面之所謂有效的反射率可經由全部的空間角度來對 反射率進行積分而決定，此種有效的反射率藉由折射率之 儘可能大的跳躍來最大化。這與”臨界角越小，則相鄰的層 之間的折射率之跳躍値越大”有關。因此，更多成份的光可 ® 無損耗地被全反射。 在一種實施形式中，光直接由半導體層序列入射至低 折射率層。若半導體層序列以具有折射率η = 2.33之氮化鎵 爲主，則低折射率層必須儘可能超過此種低的値。 低折射率材料和超低折射率材料可藉由特殊的沈積方 法而將多個孔施加至一種容積（volume)材料中而產生。這些 孔的大小較佳是在奈米的範圍中且以氣體（例如，空氣）來 塡入。容積材料之折射率大於氣體之折射率，空氣的折射 200933934 m n=1°藉由這些孔，則介電層之有效折射率可下降至小 於該容積材料之折射率。 在—種實施形式中，低折射率層以一種低-k材料或超 低-k材料爲主，此種材料例如可以是氧化矽。低折射率層 可由此種材料構成或含有此種材料。 二氧化矽之介電常數k是k = 3.9。介電常數小於此値的 材料稱爲低-k材料。介電常數k<2.7時，此種材料亦稱爲 超低-k材料。藉由介電材料k之下降，則亦可調整低折射 範圍或超低折射範圍中的折射率η。 低折射或超低折射介電質在厚度直至數個100nm爲止 時只吸败很少的光。折射率之虛部/c是表示一種材料之吸 收能力的値。依據其它有機成份，在波長小於300nm時該 虛部之値/c S 0.0001。在此，光之此種吸收性不能以橢圓 偏光方式來證實。 二氧化矽之折射率例如是n=l.46。若其它成份添加至 此材料，則可產生所謂旋塗玻璃，其折射率的下限是 n = l.38。適當的添加物例如是氟、氯或C-Η»這些材料佔有 矽的結合位置且可防止一種由二氧化矽所形成的結晶網。 藉由施加多個孔，則可產生一種η < 1. 3 8之折射率。 於此，上述的添加物例如可施加至一種由二氧化矽所構成 的容積材料中且隨後藉由加熱而又排出。折射率不能藉由 添加多個孔而任意地下降’此乃因在孔數目逐漸增加時該 層的機械穩定性會受到影響且各孔不能均勻地分布著。就 容積材料二氧化矽而言，折射率能以此種方式而下降至大 200933934 約n=1.14之値。 低-k或超低-k材料之孔較佳是具有小於8nm之大小且 特別是小於3nm。 原則上低折射率層之折射率越小，則所含有的氣體之 體體成份越大。當然，介電層應具有一儘可能平滑的表面， 以便與相鄰的層形成一種良好的連接。由於此一原因，各 孔不能太大。較小的孔可另外使介電鏡面結構之機械穩定 性提高。 在其它的實施形式中，低折射率層以空氣或氮爲主。 即，低折射率層可由氣體（特別是空氣或氮）來形成。低折 射率層於是可由此種氣體來構成。半導體層序列因此藉由 多個接觸區所形成的網目（raster)而與鏡面結構的其它層或 載體相連接。各接觸區例如可以是通孔接觸區。 爲了形成上述的層，則例如可在事後由一種層中溶解 出一種介電容積材料或其它形式的容積材料。 由接觸區所形成的網目一方面可與半導體層序列形成 電性上的接觸》另一方面可使半導體層序列在機械上與載 體相連接且亦可與各組件達成熱性上的結合。在一較佳的 實施形式中，須佈置該網目，以便在該介電鏡面層上使入 射的光之至少96%被反射。 在另一實施形式中，低折射率材料所具有的折射率η < 1。 此種材料通常稱爲超材料（m e t a m a t e r i a 1)且可包括周期 結構’例如，2維的光子晶體。這些材料之特殊的光學特 -9- 200933934 性是與導電的材料成份之間的細胞質耦合有 份藉由波長不同的介電質而互相隔開。電磁 之間所形成的交互作用會使分散關係發生改 率η<1。在特定的頻率範圍中上述材料亦可 折射率，此種材料亦可稱爲負折射率材料。 在另一實施形式中，介電層結構包括至 維光子晶體的層。此種3維光子晶體在三個 向中具有折射率調變値。 © 藉由3維光子晶體，則可使光被全反射 射角無關。3維光子晶體之周期因此大約是 波長的四分之一。爲了獲得一種完全的光子 使用一種折射率n>2.6之基材。適當的材料 射率n = 3.5之砂。 在另一實施形式中，介電層結構具有 (Bragg)-鏡面。 佈拉格-鏡面是由一序列之不同折射率 ^ 成。例如，佈拉格-鏡面由層對（pair)所構成 含有二氧化矽、二氧化钽或二氧化鈦。 在入射的光具有特定的波長時，須針對 來選取各層，使該光在界面上反射時可發生 正向（positive)干涉，且當該光透射時可發生 負向（negative)干渉。佈拉格-鏡面之反射能力 時特別良好。佈拉格-鏡面之總反射率隨著層 高。 關，各材料成 波和周期結構 變，且使折射 具有n< 0之 少一種含有3 不同的空間方 ，這與光的入 可反射的光之 能帶間隙，須 例如可以是折 至少一佈拉格 的介電層所組 ，其層例如可 折射率和厚度 一種儘可能是 一種儘可能是 在小的入射角 數的增加而提 -10- 200933934 對綠色波長範圍中的光而言，由二氧化矽構成的層和 由二氧化钽構成的第二層所形成的一對層所具有的厚度大 約是lOOnm。個別的層的厚度可調整至入射光之中央波 長。佈拉格-鏡面相對於一光譜區之反射能力可藉由各層之 折射率的不同以及層對的數目來調整。例如，佈拉格-鏡面 可由五個或更多的層對來形成。 特別有利的是與低折射率層相組合來使用佈拉格-鏡 面。該低折射率層較佳是位於半導體層序列和佈拉格-鏡面 〇 之間。 由半導體層序列入射至低折射率層上的光在一種大於 臨界角的入射角度時大部分都在至該低折射率層的界面上 反射。入射角度小於臨界角而入射的光只有一小部分被反 射且有一部分進入至介電層中。介電層相對於所產生的光 具有較小的吸收性且可透過該光。在界面上所傳送的光因 此可橫越該低折射率層，以入射至佈拉格-鏡面且由佈拉格 -鏡面所反射。 ® 低折射率層和佈拉格-鏡面可互補，此乃因其可在二種 不同的入射角範圍中使光最佳地反射。入射角度越大，則 低折射率層越佳地使光發生反射。藉由低折射率層上之與 入射角度有關的反射，則已透過的光在入射至佈拉格-鏡面 上時具有一種藍伯（Lamb ertic)式的角度分布以取代原來的 同向性（isotropic)之角度分布。佈拉格·鏡面在此種角度分 布時具有高的反射性。 在一較佳的實施形式中，該鏡面結構除了介電層結構 200933934 之外另外具有一種金屬鏡面層。此金屬鏡面層在載體的方 向中是與該鏡面結構齊平。 金屬鏡面用的適當材料例如可以是鋁、金及/或銀。就 藍色至綠色光譜範圍之光而言，銀具有很高的反射性。通 常，基材中可摻入少量的其它金屬（例如，鉑或鈦）成份。 即，該鏡面可包括以下的材料中的至少一種或由以下的材 料所構成：金、銀、鋁、鉑、欽。 該金屬鏡面例如可類似於上述的實施形式而用在佈拉 格-鏡面上。在另一種形式中，鏡面結構包括一種由低折射 率材料、佈拉格-鏡面和金屬鏡面所構成的層。 以下將依據多個未按比例繪出的圖式來說明半導體晶 片及其有利的佈置。 【實施方式】 各圖式和實施例中相同-或作用相同的各組件分別設 有相同的參考符號。所示的各元件和各元件之間的比例未 必依比例繪出。反之，爲了能夠更佳地呈現及/或清楚地瞭 解，各圖式的一些細節已予放大地顯示出。 第1圖顯示本發明之半導體晶片之實施形式，其半導 體層序列1具有一活性區11以產生電磁輻射。活性區11 位於半導體層序列1之二個層12，13之間，其中一層是P-導電者，且另一層是η-導電者。活性區11中所產生的光可 經由一發射結構1 5而離開半導體晶片。 半導體層序列1鄰接於一鏡面結構2，其包括一介電 層結構21和一金屬鏡面22。入射至鏡面結構2上的光應 -12- 200933934 儘可能完全地反射回到半導體層序列丨中，使光隨後經由 該發射結構15而離開半導體晶片。 於此’光由介電層結構21反射回到半導體層序列1 中。由於介電層結構21可使活性區11中所產生的光透過， 則光之未在介電層結構21上反射的成份將透過此介電層 結構21。然後，光入射至相鄰的金屬鏡面22且可由此而 反射回到半導體層序列1中。 整個配置位於載體3上。經由上方的接觸結構41和下 方的接觸結構42可在電性上接觸該半導體晶片。此外，多 個通孔43經由介電層結構21而延伸，各通孔43使半導體 層序列1與金屬鏡面22形成導電性的連接，且因此亦與下 方的接觸結構42相連接。爲了使光的吸收性保持儘可能 小，則各通孔例如須塗布著銀且佔有儘可能小的面積。 各通孔43例如可以支柱來形成且例如佈置成長方六 面體或圓柱體。各通孔可在其側面上由層結構21所圍繞 著。換言之，層結構21可直接與至少一通孔43相鄰接且 直接與該通孔相接觸。於是，層結構21亦可以與氣體（例 如，空氣）有關》 第2圖顯示本發明之半導體晶片之另一實施形式。此 處，半導體層序列1例如以氮化鎵爲主且活性區11以氮化 銦鎵爲主，其中光在綠色光譜區中產生。 該發射結構15位於η-導電層12之上側。該發射結構 15已粗糙化。Ρ-導電層13是與電流擴散層（TC0)14相鄰接。 介電層結構21在載體的方向中和側向中與半導體層 -13- 200933934 序列1相鄰接。介電層結構21由通孔43所中斷，各通 使導電性的電流擴散層14導電性地與金屬鏡面22相 接。另一接觸結構42是與金屬鏡面22相連接。 此處只能由圖中理解到半導體晶片垂直劃分成半導 層序列1、鏡面結構2和載體3,此乃因半導體晶片另外 由側面來形成介電層結構21而升高。本發明亦包括光電 導體晶片之其它實施形式，其例如具有另一種由載體、 射結構或鏡面結構所形成的配置。 © 第3A圖顯示一具有鏡面結構2之半導體1之反射率 一光學測量時用的輻射通道。鏡面結構2對應於第1圖 的鏡面結携2或亦可只包括一種金屬鏡面層22。所示的 置未具有金屬接觸區，其使鏡面結構2中斷且使光被額 地吸收。因此，具有鏡面結構之實際的半導體晶片之反 率小於由該測量所得到的値。 在測量各反射率時，由外部經由半導體晶片之發射 構15使光51入射。所入射的光51之一小部分52在該 ® 射結構15上反射回到環境中。光51的大部分53穿入至 導體層序列1中且入射至鏡面結構2上。該發射結構15 已粗糙化的表面用來劃分該光53之入射角。鏡面結構2 已入射的光5 3之成份54反射回到半導體層序列1中， 成份54然後經由該發射結構15而離開該半導體晶片。 在此種測量中，須測得該半導體晶片之總反射率， 是由半導體晶片所反射的光52，54和所入射的光51之 而求得。於此，反射的光52，54是半導體晶片之表面 孔 連 體 藉 半 發 之 中 配 外 射 結 發 半 之 使 該 這 商 -14- 15 200933934 上所反射的光52和鏡面結構2上所反射的光之和（sum)。 第3B圖中顯示半導體晶片之三種不同的實施形式之 反射率相對於所入射的光之波長λ的關係。該波長位於 300nm至700nm之範圔中。 在二種半導體晶片81，82中，鏡面結構2包括一由二 氧化矽構成的介電層21(其折射率爲η=1·46)和一由銀構成 的金屬鏡面22,其具有一種由鈦構成的0.1 nm厚的黏合層。 測量一種半導體晶片83以作爲參考，其中該鏡面結構 © 2只包括一種由銀構成的金屬鏡面層22,其具有厚度0.1 nm 之由鉛構成的黏合層。 ' 第3B圖顯示：對波長λ < 3 60nm之入射光而言，三種 實施形式81，82，83之反射率都接近於常數。個別的常數 値對應於入射光51之直接在該發射結構15上反射的成份 52 ° 在入射光之波長λ是在360nm至470nm之範圍中時， 三種半導體晶片81，82，83之反射率都在較長波長的方向 ® 中變大。若波長超過上述範圍而繼續變長，則具有介電層 81，82之該二種半導體晶片之反射率只微小地改變，此反 射率接近於90%。在純金屬鏡面83中，反射率在波長470nm 至700nm之範圍中慢慢由70%上升至大約78%之値。 整體上由圖面可看出，就波長；I >450nm之光而言， 具有介電層81，82之半導體晶片之反射率較只具有金屬鏡 面83之半導體晶片之反射率大很多。 藉助於上述的測量，則可估計半導體晶片在操作時之 -15- 200933934 發射效率。 此處，首先算出該入射至鏡面結構上的入射光之成 53。於此，由全部的入射光中減去直接在半導體晶片的 面上反射回到環境中的成份5 2。然後，在整個入射光 中確定由該鏡面結構所反射的成份54。這些成份52, 由第3B圖中得知。光發射率現在可由此二種値之差來 出。就具有介電層的半導體晶片而言可得到的光發射率 大約8 5 %。 〇 第4圖中顯示該包括介電層之半導體晶片之發射效 E相對於介電層之折射率η之關係圖。 半導體晶片之個別的鏡面結構因，此除了介電層之外 具有由鋁構成的金屬鏡面。所示的光發射率之値是以模 方式測得。 此處考慮了半導體晶片之二種不同的實施形式91 92。在實施形式91中，半導體晶片之發射結構15直接 周圍空氣相鄰接。第二種實施形式92中，一種環氧樹脂 〇 ¥ 蓋件位於該發射結構上。 此種澆注物質具有較空氣還大的折射率。因此，來 半導體層序列1且入射至該發射結構15上之光之少數成 將反射回到半導體層序列1中。此澆注物質因此可使半 體晶片之發射效率提高》 第4圖中顯示該介電層21之折射率是在l$nS2之 圍中時的發射效率Ε»此外，垂直線93顯示二氧化矽之 射率。 份 表 51 54 算 是 率 另 擬 9 與 覆 白 份 導 範 折 -16- 200933934 在二種實施形式91，92中’該發射效率E在較小的折 射率η之方向中連續地上升。該具有環氧樹脂92之半導體 晶片之發射效率Ε因此在整個範圍中較由空氣所圍繞之半 導體晶片91者大很多。整體上該模擬顯示出：在折射率變 小的方向中該發射效率Ε提高。這樣可期望在折射率η<1 時該發射效率又提高。 第5A, 5B，5C圖顯示不同的介電質’其中折射率周期 地改變。因此，具有較高折射率之區域100和具有較低折 〇 射率之區域101交替地配置著。 第5A圖顯示一維的光子晶體’其中折射率在一維中改 變。高折射率的各層，100和低折射率的各層1 〇 1交替地配 置著。這對應於佈拉格-鏡面的構造。 第5B圖顯示二維的光子晶體，其中折射率在二維中改 變〇 第5C圖顯示三維的光子晶體，其具有一種在三種不同 空間方向中的折射率。藉由三維之光子晶體，則可使光達 W 成一種與入射角無關的全反射。三維光子晶體之周期a，b， c大約是待反射的光之波長的四分之一。爲了獲得一種完 整的光子能帶間隙，須使用一種折射率n> 2.6之基材。適 當的材料例如是折射率n = 3.5之矽。 第5D圖顯示三維光子晶體之光子能帶結構1〇2。於 此，已正規化的頻率c/λ相對於多個布洛赫（Bloch)向量而 繪出。第5D圖中可在一特定的波長範圍中看出光子的停止 頻帶103。該停止頻帶103內的波長之光可無損耗地全反射 -17- 200933934 而與入射角無關。該停止頻帶103之位置是與周期結構之 單元之形式有關且較佳是依據半導體晶片中所產生的_射 來調整。在一種理想的全反射下不需額外的佈拉格·鏡面或 金屬鏡面。 第6A圖顯示半導體晶片之一實施例之橫切面，其中該 鏡面結構21包括一種低折射率層211、一佈拉格-鏡面212 和一金屬鏡面22。此外，亦顯示出光在不同的層上的反射。 活性區11中產生了光61，62，63，其可在不同的入射 Ο 角度α!，α2，£«3下入射至鏡面層2上。若入射角度大於 所示的臨界角α。，則大部分的光將在半導體層序列2和低 折射率層211之界面上發生全反射，這發生在入射角 ct。的光6 1中。若入射角小於臨界角α。，則光的一部分62， 63將穿入至層211中且隨後以角度α2’，α3’入射至佈拉格 -鏡面212上。在入射角足夠小時，大部分的光62都由 佈拉格-鏡面212所反射。在角度α 3’較大時，佈拉格-鏡面 212之反射能力小很多。光63的一部分經過佈拉格-鏡面、 ® 入射至金屬鏡面22且可由金屬鏡面反射回來。 在上述的鏡面結構中，光之入射至金屬鏡面上的成份 最小化。由於金屬鏡面是鏡面結構中具有最高吸收能力的 層，則可使整個鏡面結構之反射率最佳化。 對具有不同鏡面結構的半導體晶片而言，須算出光在 不同的入射角〇：時的反射率R。第6Β，6C，6D和6Ε圖中顯 示個別的鏡面結構》半導體層序列1分別以氮化鎵爲主。 活性區中所產生的輻射之波長λ是460 nm。 -18- 200933934 第6B圖顯示一種半導體層序列1，其具有一種由銀構 成的純金靥鏡面22。 第6C圖中顯示一種鏡面層，其包括一由二氧化矽構成 的低-k層211和一由銀構成的金靥鏡面22。該低-k層之厚 度是700nm且具有n=l.l之折射率。 第6D圖中所示的半導體晶片包括一種由氧化銦錫構 成的TCO-層14、一由二氧化矽構成的低-k層21 1和一由銀 構成的金屬鏡面22。該低-k層211就像第6C圖中相對應 ® 的層211 —樣。該TCO-層14之厚度是5 0nm且具有n = 2.1 之折射率，其虛部爲/c =0.02。 第6E圖中顯示一種半導體晶片，其中該鏡面結構包括 一由二氧化矽構成的低-k層211、一佈拉格-鏡面212和一 由銀構成的金屬鏡面22。低-k層211就像第6C圖中相對 應的層211 —樣。佈拉格-鏡面212由至少四個層對所組 成，各層對中的層分別是48.7nm厚之Ti〇2-層，其折射率 n = 2.6，以及97.7nm厚的Si〇2-層，其折射率n=1.46。 第6F圖中顯示第6B，6C，6D和6E圖之鏡面結構之反 射率R相對於光之入射角α之關係圖。光以入射角α入射 至鏡面結構2上，此入射角〇:位於0度至90度之間。 第6Β圖所顯示的純金屬鏡面中，在入射角α=〇度時 所測得的反射率7 1小於96%。在入射角較大時，反射率連 續地上升且在入射角到達90度時反射率接近100%。 第6C圖之鏡面結構中，在入射角α小於30度時，反 射率72在93 %和99%之間變動。在入射角α大於30度時， -19- 200933934 反射率接近100%。 第6D圖之鏡面結構中，在入射角α小於60度時，反 射率73在小於94 %之範圍中大大地變動。與其它的鏡面結 構相比已下降很多的反射率可歸因於光在TCO -層14中被 吸收所造成。 第6Ε圖之鏡面結構中，在入射角α介於0度和30度 之間時，反射率74是在99 %至100 %之範圍中。在入射角 α大於30度時，低-k層211具有絕對反射性而導致100% D 之反射率。 由第6F圖可知，對第6B，6C和6D圖所示的鏡面結構 分別形成一入射角範圍，其中該反射率小於96%。第6E圖 所示的鏡面結構包括一種低-k層211，一佈拉格-鏡面212 和一金屬鏡面22。只有第F圖之鏡面結構中可使每一入射 角都造成一種較96%大很多的反射率。 本專利申請案主張德國專利申案DE 1 02007057676.7 和DE 10200 8005 3 3 2.5之優先權，其已揭示的整個內容在此 一倂作爲參考。 本發明當然不限於依據各實施例中所作的描述。反 之，本發明包含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特 別是包含各申請專利範圍-或不同實施例之個別特徵之每 一種組合，當相關的特徵或相關的組合本身未明顯地顯示 在各申請專利範圍中或各實施例中時亦靥本發明。 【圖式簡單說明】 第1，2圖光電半導體晶片之二種實施形式的橫切面 -20- 200933934 ，其個別的鏡面層包括一介電層結構和一金屬鏡面。 第3A圖具有鏡面結構之半導體晶片之橫切面，其反 射率由外部藉由光入射量來測得。 第3B圖不同的半導體晶片之依據第3A圖所測得的 反射率的圖解。 第4圖在個別的介電層之折射率不同且在澆注物質 對光射出量的影響下半導體晶片之光發出量的圖解。 第 5A 圖 —· 維 光 子 晶 體 之 斜 視 圖 0 第 5B 圖 二 維 光 子 晶 體 之 斜 視 圖 〇 第 5C ΓΒ1 圖 三 維 光 子 晶 體 之 斜 視 圖 〇 第 5D 圖 二 維 光 子 晶 體 之 光 子 能 帶 結 構 之 圖 解。1 第 6A 圖 具 有 鏡 面 結 構 之 半 導 體 晶 片 之 橫 切 面以及在 不同鏡面層上的光反射。 第6B,6C，6D和6E圖具有不同鏡面結構之半導體晶 片之橫切面。 第6F圖依據第6B，6C，6D和6E圖在光以不同的入 射角入射時各種鏡面結構之反射率之比較。 【主要元件符號說明】 1 半導體層序列 2 鏡面結構 3 載體 11 活性層 12 η-導電層 13 Ρ-導電層 200933934

14 電 流 擴 散 層 15 發 射 結 構 21 介 電 層 結 構 22 金 屬 鏡 面 層 41、 42 接 觸 結 構 43 通 孔 5 1 光 52 小 部 分 53 大 部 分 54 成 份 61、 62、 63 光 71、 72、 73、7 4 反 射 率 81、 82、 83、91 半 導 體 晶 片 92 環 氧 樹 脂 93 垂 直 線 100 具 有 較 高 折 射 率 之 區 域 101 具 有 較 低 折 射 率 之 區 域 102 光 子 能 帶 結 構 103 停 止 ifcS 頻 /IHf 市 211 、212 介 電 層 -22-

Claims (1)

1. 200933934 十、申請專利範圍： 1. 一種半導體晶片，包括：半導體層序列（1)，其具有一用 來產生電磁輻射的活性層（11);以及鏡面結構（2)，其包 括介電層結構（21)，其特徵爲： -該鏡面結構（2)將入射至其上之在活性區（11)中所產生 的光之至少96%予以反射而與光入射至該鏡面結構（2)時 的入射角α無關。 2. 如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中 0 -活性區（1 1)中產生一種波長範圍在400nm至550nm之光 〇 3. 如申請專利範圍第1或2項之半導體晶片，其中 -半導體層序列（1)以GaN爲主而形成。 4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體晶片，其 中 -介電層結構（21)包含至少一種層（211，212)，其包括一種 折射率n< 1.38之折射率材料。 ❹ 5.如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中 -低折射率材料以低-k或超低-k材料爲主。 6.如申請專利範圍第5項之半導體晶片，其中 -該低-k或超低-k材料包括氧化较。 7_如申請專利範圍第5或6項之半導體晶片，其中 •該低-k或超低-k材料包括以氣體來塡入的孔，其大小較 8nm還小。 8.如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中 -23- 200933934 -該低-k或超低-k材料之孔之大小較3nm還小。 9.如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中 -該低-折射率材料是一種氣體，特別是空氣，且半導體層 序列（1)經由多個通孔（43)構成的網目而與鏡面結構（2)之 其它層（21 1，212，22)相連接或與載體（3)相連接。 10. 如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中 -該低折射率材料具有一種η<1之折射率。 11. 如申請專利範圍第10項之半導體晶片，其中 〇 -折射率η<1之介電層（211 ,212)是以二維光子晶體爲主 而製成。 12. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之半導體晶片，其 中 -介電層結構（21)之層（211，212)中的至少一層包含三維之 光子晶體，其具有一種在三種不同的空間方向中調變的 折射率。 13. 如申請專利範圍第4至12項中任一項之半導體晶片’其 ❹ 中 -介電層結構（21)包含一佈拉格-鏡面° 14. 如申請專利範圍第1至13項中任一項之半導體晶片’其 中 -該鏡面結構（2)除了介電層結構（21)之外另包括一種金 屬鏡面層（2 2)，其在載體（3)之方向中與該鏡面結構（2)齊 平。 15. 如申請專利範圍第1至14項中任一項之半導體晶片’其 -24- 200933934 中 -半導體層序列（1)經由一種由通孔（43)構成的' 鏡面結構（2)之其它層（211，212，22)相連接或I 相連接，其中各通孔（43)在側面上由空氣所圍繞 掲目而與 I載體（3) 著。