TW497280B - Semiconductor-chip for the optoelectronics - Google Patents

Description

I f if y^> i、發明説明（1 ) 本發明涉及光電元件用之半導體晶片，其具有發光 用之活性層。 此種半導體晶片在DE 198 07 758 A1中已爲人所知 。習知之半導體晶片具有一種施加在基板上之異質 (he tero)結構，其具有許多摻雜之p型或n型磊晶層。沿 著Ρ型及η型磊晶層之間之界面形成一種活性層，其中 可產生光子。 爲了改良習知之半導體晶片之光耦合性，則習知之 半導體晶片以平截頭菱錐體之形式構成，藉由傾斜之側 面可確保：由活性層所產生之光在半導體晶片之側面上 反射幾次之後離開。 習知半導體晶片之缺點是：其由於幾何上之比例及折 射率，光效益不符合吾人所期望的。這主要是光束經由 材料以及在側面反側時與吸收上之損耗有關。

由前技藝開始，本發明之目的是提供一種光射出性 已改良之半導體晶片。 本發明中此目的以下述方式達成：活性層劃分成許 多部份區域，其分別具有垂直於活性層而延伸之側面。 由於活性層劃分成許多部份區域，則側面之總面積 可增大。此外’由活性層之每一發光點觀之，則各別相 鄰之側面形成一種較大之空間角度。由活性層之發光點 所發出之光束之大部份直接入射至側面且可在該處由半 導體晶片發出。 497280 五、發明説明（2) 由於活性層劃分成許多部份區域，則活性層之極小 部份在光產生時並無作用，但這樣可大大地改良光之射 出性。整體而言由於此種措施而可在光產生時提高效率。 在較佳之實施形式中，活性層由於半導體晶片之上 側中所引入之凹口而被中斷。凹口之側面在背後切割該 上側且其寬度須使一種由側面所傳送之中央光束可輕易 地由活性層所中斷而在半導體晶片之界面上反射。 在此種實施形式中，活性層中所產生之平行於活性 層之中央光束在數次通過各別之界面之後離開此半導體 晶片。這樣可達成一種特別高之耦合效率。 其它有利之形式描述在申請專利範圍各附屬項中。 本發明之實施形式以下依據圖式來描述。圖式簡單 說明= 第1 a，1 b圖傳統之半導體晶片之活性層中之光束。 第1 c，1 d圖本發明之半導體晶片中之光束。 第2圖半導體晶片之另一實施例之橫切面，其中各 凹口在活性層中具有傾斜之側面。 第3圖另一實施例之橫切面，其中各凹口在活性層 中向後切開。 第4圖半導體晶片之橫切面，活性層由許多互相傾 斜之平面區段所組成。 第5圖第3圖之橫切面之已放大之部份。 第6至8圖本發明之半導體晶片之俯視圖。 第1 a圖中顯示傳統式光電半導體晶片1，其在基板2 -4- 497280 五、發明説明（3 ) 上方，其上施加一種活性層3。”活性層”此處是指半導 體晶片1之可產生光之此種層。其不只是此種產生光子 所用之區域，而且亦包括相鄰之產生電流之各層。爲了 簡單之故，這些層在圖式中組合成活性層3。 活性層3上施加各接觸位置4，其會在半導體晶片1 中造成造成損耗。光束5(其由活性層3內部中產生光 所用之點6發出）首先在下側7上反射且然後在上側8 上反射。光束5入射至接觸位置4之下側上且一部份在 該處被吸收。這亦適用於下側7及上側8上之其它反射 。在每一反射中，光束5之強度之一部份消失。此外， 經由活性層3之材料之此種通道會造成損耗◦光束5因 此在由活性層3之側面9出來時會大大地衰減。 因此，由產生光之點6所發出之光中只有較小之立 體角成份直接入射至側面9。這在第1 b圖中很明顯。 立體角區域（其中由產生光之點6觀之可見此側面9)外 部之光束或多或少反射至活性層3之下側7及上側8上 且其強度減弱。 須注意：光束之槪念不只是指具有可見波長區域中 之波長之這些光束。反之，此處所考慮者基本上適用於 每一形式之電磁輻射，特別是適用於由紅外線至紫外線 之整個光譜區域中之光。光束之在幾何光學中所使用之 槪念因此未隱含此電磁輻射之指定之波長。 爲了改良此種光之射出性，則在第1 c，1 d圖中所示 之半導體晶片1 0中在活性層3中形成各凹口 1 1，藉此 497280 五、發明説明（4 ) 可使活性層3劃分成部份區1 2。此種方式可確保：由 產生光之點6而來之光束5在數次反射之後入射至各凹 口 1 1之各側面1 3中之一。由於部份區1 2之較小之面 積範圍，則由產生光之點6觀之各側面1 3形成較大之 立體角。這表示：由產生光之點6而來之光束5之較大 之成份直接入射至側面1 3且在該處向外射出。後者在 第1 d圖中特別可辨認。 凹口 1 1中所發出之光儘可能不在相面對之側面1 3 上又入射至活性層3中。此目的藉由凹口 1 1之側面1 3 之特殊造型來達成。 如第2圖所示，可使側面1 3傾斜。一種沿著活性層 3而延伸之中央光束1 4在穿過側面1 3時反射至凹口 1 1 底部15之方向中。中央光束14在底部15上入射至基 板2且在該處反射。若凹口 1 1足夠寬，則光束丨4不再 入射至活性層3。在第2圖所示之半導體晶片1 6中， 因此不會有此種危險：由活性層3所發出之光束又入射 至活性層3中。 其它可能性顯示在第 3圖中。第3圖所示之半導 體晶片1 7中，此凹口 1 1須傾斜地後切，使中央光束 1 4全反射至側面1 3上。須特別選取此側面之傾斜度， 使側面1 3上之中央光束1 4在一種大角度（特別是直角） 下入射至上側8且在該處向外傳送。 最後，活性層3由互相傾斜之平坦式部份區1 8所組 成。在此種活性層3之配置中，部份區1 8之側面由相 -6- 497280 yu 五、發明説明（5 ) 鄰之部份區1 8之一之上側8或下側7所形成。因此在 上側8或下側7上不會發生全反射’傾斜角γ大於全反 射所需之臨界角，全反射所需之臨界角由Sin(Xe=n2/ni 所定義。n2是鄰接於活性層3之介質之折射率，η 1是 活性層3之折射率。 最後，第5圖中各凹口 1 1就像第3圖中一樣是後切 形式。此時此凹口 Π之邊角αι介於〇°各全反射所需 之臨界角ae之間。在此種情況下，中央光束1 4在上側 8之方向中被中斷。爲了防止中央光束I4入射至相面 對之側面1 3上，則凹口 1 1之寬度須足夠寬。依據第5 圖，此種條件可由此輕易地看地。凹口 1 1之寬度b須 符合： h 2tan(a2 -a}) sma, -sma2 h是活性層3之厚度，α i，α 2分別是側面1 3之法 線和入射光束1 4，所透過之光束1 4之間之角度，n i， η 2是活性層1 3及凹口 1 1中之折射率。 各種形式都適合作此凹口 11之平面式構造。第6，7 圖中顯示二種可能性。第6圖中之凹口是以相交之形式 構成，第7圖中之凹口以不同之相交形式構成。 上述方式亦能與其它形式相組合以改良此光之射出 497280 五、發明説明（6 ) 性。側面9以及上側8可經由適當之處理而構成。此外 ’亦可在側面 3及上側8 中設置條紋或類似之不平坦性 以改良光之射出性。此種實施形式顯示在第8圖中，其 中此活性層之俯視圖是一 種郵票之形式。 參考符號說明 1..... 光電半導體晶片 2..... 基板 3..... 活性層 4..... 接觸位置 5..... 光束 6..... 發光點 7..... 下側 8..... 上側 9..... 側面 10， 16， 17 • · · . . 半導體晶片 11. · · · •凹口 12 · · · · •部份區 13· · · · •側面 14· · · · •中央光束 15 · · · · •底部 18· · · · •部份區 -8-

Claims (1)

1. 497280 六、申請專利範圍 第901 16482號「光電元件用之半導p晶片」專利案 年11月修正） 六申請專利範圍 1. 一種光電元件用之半導體晶片，其具有一種發光用之活 性層（3)，其特徵爲：活性層（3 )劃分成許多部份區（12， 18) ’其具有垂直於活性層（3)而延伸之側面（7，8，13)。 2·如申請專利範圍第1項之半導體晶片，其中此半導體晶 片之基板（2)上具有一種層序列，其包含活性層（3)。 3_如申請專利範圍第丨或2項之半導體晶片，其中此活性 層（3)由上側（8)藉由凹口（11)而被劃分。 4. 如申請專利範圍第3項之半導體晶片，其中各凹口（11)完 全使活性層（3)中斷。 5. 如申請專利範圍第3項之半導體晶片，其中此活性層（3) 由各凹口劃分成瓷磚形成之相鄰之部份區（12)。 6·如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中此活性層（3) 由各凹口劃分成瓷磚形成之相鄰之部份區（12)。 7·如申請專利範圍第3項之半導體晶片，其中各凹口（11)之 側面是傾斜的。 8. 如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中各凹口（11)之 側面是傾斜的。 9. 如申請專利範圍第5項之半導體晶片，其中各凹口（Η)之 側面是傾斜的。 10·如申請專利範圍第7項之半導體晶片，其中須選取各側 面（13)之間之距離，使一種在活性層（3)中延伸之中央光 497280 六、申請專利範圍 束（14)入射至凹口（11)之底部（15)。 11·如申請專利範圍第3項之半導體晶片，其中各凹口（11)具 有側面，其對上側（8)形成一種斜切作用。 12·如申請專利範圍第4項之半導體晶片，其中各凹口（1 1)具 有側面，其對上側（8)形成一種斜切作用。 13·如申請專利範圍第5項之半導體晶片，其中各凹口（11)具 有側面，其對上側（8)形成一種斜切作用。 14.如申請專利範圍第11項之半導體晶片，其中各側面（丨3) 使一種沿著活性層（3)而延伸之中央光束（14)全反射。 15·如申請專利範圍第11項之半導體晶片，其中各側面（1 3) 使一種在活性層（3)中延伸之中央光束（14)透過。 16. 如申請專利範圍第1 5項之半導體晶片，其中須選取側面 (13)之間之距離，使中央光束（14)由凹口（11)出來不需繼 續在半導體晶片之界面上反射即可中斷。 17. 如申請專利範圍第16項之半導體晶片，其中此凹口（11) 之寬度b適合以下之關係： h ~；-： 2tan(a2 - ) 其中： nx h是活性層（3 )之厚度，α 1，a 2分別是側面（1 3)之法線 與入射光束（14)及所透過之光束（14)之間之角度，心，n2 是活性層（13)及凹口（11)中之折射率。 -2- 497280 六、申請專利範圍 18·如申請專利範圍第1或2項之半導體晶片，其中此活性 層（3)劃分成互相配置成角度之各區段（18)，其上側（8)及 下側（7)分別形成相鄰之部份區（18)之側面（13)。 19.如申請專利範圍第18項之半導體晶片，其中部份區（18) 之上側（8)及下側（7)由相鄰之部份區（18)之沿著活性層（3) 而延伸之中央光束（14)所透過。