JP2003234506A - 放射線を発する半導体デバイス - Google Patents
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Abstract
れたコンタクトメタライジング部を備えた放射線を発す
る半導体デバイスを提供すること 【解決手段】 窒化物−化合物半導体を有する半導体ボ
ディ(1)を備え、その表面(2)上にコンタクトメタ
ライジング部(3)が配置されている放射線を発する半
導体デバイスにおいて、コンタクトメタライジング部
(3)が放射線透過性であり、コンタクトメタライジン
グ部(3)が少なくとも部分的に放射線透過性の導電性
コンタクト層(4)で覆われていることを特徴とする、
放射線を発する半導体デバイス
Description
念に記載の放射線を発する半導体デバイスに関する。
イスは、窒化物−化合物半導体を有しかつその表面にコ
ンタクトメタライジング部を有する半導体ボディを有す
る。
イジング部と比べてしばしば比較的僅かな導電性を示
す。導電性の向上は特にp型ドープした窒化物−化合物
半導体の場合に特にそれ自体技術的問題となる。従っ
て、半導体ボディ中での均一な電流分配のために、半導
体ボディ上の大面積のコンタクトメタライジング構造体
が必要である、それというのも半導体ボディ自体におい
ても電流の拡張、つまり不均一な電流分配の補償は僅か
な周辺部においてのみ行われるためである。
とは、放射線を発する半導体デバイスにおいて、外方放
射を提供する自由な半導体表面を減少させるため、放射
する放射線量は低下する。コンタクトメタライジング部
を外方へ放射する放射線に対して透過性になるようにコ
ンタクトメタライジング部を薄くすることもできる。し
かしながら、それによりラテラル方向、つまり半導体表
面に対して平行な方向への電気抵抗が上昇するため、ワ
イヤ接続部上の中央の接続点により供給される動作電流
の均質な分配がもはや保証されない。不均一な電流分配
は、動作電流の局所的集中のためにデバイスを損傷する
危険を増加させ、この集中は熱的な過負荷を引き起こし
かねない。
物−化合物半導体をベースとし、改善されたコンタクト
メタライジング部を備えた放射線を発する半導体デバイ
スを提供することである。特に、本発明の課題はp型ド
ープした窒化物−化合物半導体のための改善されたコン
タクトメタライジング部を提供することである。
記載のデバイスにより解決される。本発明の有利な実施
態様は引用形式請求項の対象である。
は、窒化物−化合物半導体を有する半導体ボディを備
え、その表面上にコンタクトメタライジング部が配置さ
れており、このコンタクトメタライジング部は放射線透
過性でかつ放射線透過性の導電性コンタクト層で覆われ
ている、放射線を発する半導体デバイスを形成する。
射線に対して相応して高い透過性を有する極めて薄いコ
ンタクトメタライジング部の構成を可能にする。コンタ
クトメタライジング部の厚さが薄いことにより減少され
た横方向導電性はコンタクトメタライジング部上に設け
られた導電性でかつ放射線透過性のコンタクト層により
補償される。この場合に、横方向導電性とはコンタクト
メタライジング部が設けられている表面に対して平行方
向の導電性であると解釈される。
物−化合物半導体を有する半導体ボディを備え、その表
面上に複数の開口を備えているか又は相互に間隔をおい
た複数のコンタクト島状部を備えたコンタクトメタライ
ジング部が配置されている、放射線を発する半導体デバ
イスを形成する。このコンタクトメタライジング部は同
様に放射線透過性で、導電性のコンタクト層で覆われて
いる。第1の実施態様と異なるのは、第2の実施態様の
場合にはコンタクトメタライジング内の開口を通して又
はコンタクトメタライジング島状部の間の半導体ボディ
から、生じた放射線が外方に放射されることである。こ
うして高い外方放射度を達成するのが有利である。コン
タクトメタライジング部の構造化により減少した横方向
導電性はコンタクトメタライジングを覆うコンタクト層
によって補償される。
めに、第2の実施態様の場合でも、コンタクトメタライ
ジングが放射線透過性に構成されているのが有利であ
る。また、コンタクトメタライジング自体は第2の実施
態様の場合には放射線不透過性であってもよい。これは
コンタクトメタライジングの厚さをより厚くし、それに
より機械的安定性、たとえば引掻に対する安定性をより
高めることができる。さらに、コンタクト層の厚さに関
しては製造許容差が有利に低下する。
過性の及び/又は構造化されたコンタクトメタライジン
グ部により放射線を高度に外方へ放射する利点と、導電
性のコンタクト層による均一なラテラルな電流分配の利
点と及び僅かなコンタクト抵抗の利点とを統合する。
白金又はパラジウムを有する金属層が適している。慣用
のコンタクトメタライジング部と比較して、本発明の場
合のコンタクトメタライジング部は、20nmを下回
る、有利に10nmを下回る極めて薄い層厚で構成され
ていてもよい。本発明の場合には、一般に5nmの厚さ
の白金層、ニッケル層又はパラジウム層がコンタクトメ
タライジング部として使用される。
ト層を、p型ドープした、たとえばマグネシウム又は亜
鉛でドープした半導体ボディの領域上に設けるのが有利
である。p型導電性の窒化物−化合物半導体の導電性は
比較的小さく、p型ドープされた領域内で電流の拡張は
限られた範囲内でだけ行われる。特に高い動作電流密度
のデバイス、たとえば半導体レーザーのためには、電流
の拡張はp型導電性の範囲内でしばしば不十分である。
横方向導電性の向上のために導電性コンタクト層を設け
ることは、この場合に特に有利である。
タクト層用に、コンタクトメタライジング部の横方向導
電性よりも高い横方向導電性を有する材料を使用するこ
とが有利である。このために特に酸化亜鉛が適してい
る。さらに酸化スズ又はITO(インジウム−スズ−オ
キサイド)を使用することも可能である。
に、特に周期表の第3及び/又は第5主族の元素の窒化
物化合物、たとえばGaN、AlN、InN、AlxG
a1 - xN、0≦x≦1、InxGa1 - xN、0≦x≦
1又はAlxInyGa1 - x - yN、0≦x≦1、0≦
y≦1、0≦x+y≦1であると解釈される。
体層を有するのが有利である。この半導体層は基板上
に、たとえばエピタキシャル成長により配置することが
できる。このためには、特に放射線透過性の基板、たと
えば炭化ケイ素−基板(SiC−基板)又はサファイア
−基板が適しており、これらの基板はこの基板を通して
放射線を外方へ放射することが可能である。
バイスとして構成していてもよい。生じた放射線の基板
内での吸収は完全に抑制するのが有利である。
基板はコンタクトメタライジングとは反対側にリフレク
タが設けられている。これは取り付け面としてリフレク
タ側を使用することを可能にし、この場合、このリフレ
クタ側の方向へ発光する放射線は、少なくとも部分的
に、前記した有利な外方放射特性を有するコンタクトメ
タライジングの方向へ反射し返される。
フレクタは有利に放射線透過性の導電性コンタクト層上
に配置される。このコンタクト層はこの場合には有利に
特に高い反射率を可能にする。外方への放射は、大部
分、半導体ボディの、リフレクタとは反対側を介して行
われる。
1及び2との関連で本発明の2つの実施例の次の記載か
ら明らかである。
中で同じ符号で示されている。
窒化物−化合物半導体層6,7,8を備えた半導体ボデ
ィ1を有する。たとえば、この半導体ボディは、放射線
透過性の層8を有し、これは第1のジャケット層6及び
第2のジャケット層7の間に配置されている。ジャケッ
ト層6及び/又は7のための材料として、たとえばGa
N、AlGaN又はAlInGaNを使用することがで
きる。
めに、層8は複数の個々の層を有することができる。有
利に、放射線を生じる層8はAlGaN、InGaN、
AlInGaN、GaN又はInNを有する。
7はn型ドープされており、ジャケット層6はp型ドー
プされているため、これらの層の間で活性層8の範囲内
で放射線を生じるpn接合が形成されている。n型ドー
プのために、たとえばケイ素が適しており、p型ドープ
のためにはたとえばマグネシウムが適している。
ている。エピタキシャルに製造された層構造の場合に、
基板としてたとえばエピタキシー基板を使用することが
できる。特に、SiC−基板が適しており、これはその
導電性の他に、窒化ガリウムベースの化合物に関する良
好な格子整合を特徴とする。
間で、付加的に1つの緩衝層が形成されていてもよく、
この緩衝層はたとえばエピタキシーの際の格子整合をさ
らに改善し及び/又は半導体ボディと基板との間の電気
抵抗を減少させる。
対向コンタクトメタライジング部9が設けられている。
タクトメタライジング部3が配置されている。このコン
タクトメタライジング部3は、薄い白金層又はパラジウ
ム層として構成されており、この厚さは20nmを下回
り、有利に10nmを下回る。図示された実施例の場合
には、コンタクトメタライジング部の厚さは5nmであ
る。この種のコンタクトメタライジング部3は、厚さが
薄いため、活性層8中で生じた放射線に対して少なくと
も部分的に透過性である。
厚さと共にその横方向導電性も低下する。これは、ワイ
ヤ接続部11及びワイヤ接続面10を介して供給される
動作電流が主にワイヤ接続面10から対向メタライジン
グ部9への直線方向で流動することを生じさせる。コン
タクトメタライジング部3内の電流拡張は、コンタクト
箇所から半導体表面2に対して平行な電流の流れを必要
とし、かつこのコンタクトメタライジング部3の僅かな
導電性に基づきこの方向へ限られた程度でしか行われな
い。さらに、p型ドープされた半導体層6中の導電性も
比較的僅かであり、電流の拡張を著しく拡大することに
はならない。半導体ボディ中でのそれにより生じた不均
一な電流分配の不利な結果、特に局所的な熱的過負荷は
すでに記載した。
コンタクトメタライジング部3は、酸化亜鉛からなる導
電性で、放射線透過性のコンタクト層4で覆われてい
る。このコンタクト層4は有利に10nmより厚い、特
に有利に100nmより厚い、たとえば200nmの厚
さに構成されており、コンタクトメタライジング部3と
比較して高い横方向導電性を有する。ワイヤ接続面10
を介して供給された動作電流は、コンタクト層4内でま
ず主に半導体表面2に対して平行に流れ、続いてコンタ
クトメタライジング部3を介して半導体ボディ内へ導入
される。対応する電流経路13を図1に示した。すでに
コンタクト層4内で充分に電流が拡張されかつ均質に分
配されているため、その下のコンタクトメタライジング
部3では充分に均一でラテラルな電流分配が生じる。
いる。図2aは図式的な断面図を示し、図2bはその平
面図を示す。
実施例の場合に半導体デバイスが薄層デバイスとして構
成されており、基板を有していないことである。
のためにコンタクト層4で支持体12上に取り付けられ
る。有利に支持体12は導電性であり、同時に電流の導
入のために用いられる。
ィをエピタキシー基板上にエピタキシャル成長させ、そ
の後にコンタクトメタライジング部3及びコンタクト層
4を設け、次いで支持体12上に固定することにより製
造できる。その後にエピタキシー基板を取り除き、対向
コンタクトメタライジング部を設置する。
従って半導体ボディ1もしくはその中に含まれるジャケ
ット層7上に直接配置され、これは前記の実施例と同様
に、GaN、AlGaN又はAlInGaNを含有しか
つ/又はn−ドープされていてもよい。活性層8及びジ
ャケット層6のの構造及び組成は、同様に前記の実施例
に一致する。
グ部は、図1に示した実施例とは異なり、ワイヤ接続1
1用の接続面として用いられ、半導体ボディ1の表面を
部分的に覆っているだけである。
であることができ、この場合、熱により生じる機械的応
力を抑制するために、支持体の熱膨張率は半導体ボディ
1の熱膨張率に適合させるのが有利である。これは、熱
膨張率の差が、製造時及び動作時に生じるもしくは想定
される温度範囲において半導体ボディ1に障害が生じな
い程度に少ないと解釈することができる。支持体12の
熱膨張率の半導体ボディ1の熱膨張率からの相対的な逸
脱は、有利に50%より小さく、特に有利に30%より
少ないのが好ましい。
表面2上にはコンタクトメタライジング部3が、複数の
相互に隣り合って配置された図2bでは円形で示したコ
ンタクト島状部の形で設置されている。生じた放射線
は、コンタクト島状部の間のコンタクトメタライジング
3で覆われていない領域を通過して、放射線放出面の方
向へ反射し戻され、これは次にさらに詳説する。
形のコンタクトメタライジング部3のこのような構造に
より、半導体表面の遮蔽度は少なく、その結果、高い放
射線放出が達成される。コンタクトメタライジング部3
の厚さは第1の実施例の場合と同様に選択されるため、
付加的にコンタクト島状部自体は放射線透過性である。
さは第2の実施例の場合にも、図1に示した実施例の場
合よりも明らかに厚く選択することができる、それとい
うのもコンタクト島状部自体の放射線透過性は有利には
必要であるが、必ずしも必要ではないためである。
も、コンタクトメタライジング部3も個々のコンタクト
島状部の形で構成されていてもよい。コンタクト島状部
の間の横方向導電性は、この場合一般に、均一な電流分
配を保証する付加的手段を必要としない程度に少ない。
これは、本発明の場合に導電性の、放射線透過性のコン
タクト層4により達成される。このコンタクト層用の材
料として有利に酸化亜鉛が使用される。
バイスとしての構造の他の利点は、生じた放射線の基板
中での吸収を抑制することにある。特に支持体12の方
向へ放射する放射線成分も有効に利用できる。
けるのが有利であり、このリフレクタ層14はできる限
り高い反射率を有し、かつ半導体ボディはこのリフレク
タ層14で支持体12に取り付けられる。また、支持体
12自体が反射性で、有利に鏡面の構造を有していても
よい。両方の場合に、支持体12の方向に放射する放射
線成分は、放射線放出面の方向へ反射して戻され、それ
により放射効率が向上する。
過性で、導電性のコンタクト層4で覆うことは、この場
合に、高い反射率を有する境界面を形成させることを容
易にする。この反射率は、通常の半導体ボディとコンタ
クトメタライジング部との間の界面で達成できる反射率
よりも明らかに高い。
の放射線を生じる構造体、たとえばp型導電層及びn型
導電層を備え、その間にpn接合又はVCSEL−構造
(vertical cavity surface emitting laser;面発光型
垂直共振器レーザ)を有する二層構造体も使用できる。
に均一な電流分配、低いコンタクト抵抗及び半導体層に
対して垂直の低損失の放射線放出を必要とするVCSE
Lの場合が有利である。
たが、もちろん本発明はこれに限定されるものではな
い。特に実施例の個々の特徴は他の方法と組み合わせる
ことができる。
的な断面図
2の実施態様の断面図及び平面図
Claims (25)
- 【請求項1】 窒化物−化合物半導体を有する半導体ボ
ディ(1)を備え、その表面(2)上にコンタクトメタ
ライジング部(3)が配置されている放射線を発する半
導体デバイスにおいて、コンタクトメタライジング部
(3)が放射線透過性であり、コンタクトメタライジン
グ部(3)が少なくとも部分的に放射線透過性の導電性
コンタクト層(4)で覆われていることを特徴とする、
放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項2】 窒化物−化合物半導体を有する半導体ボ
ディ(1)を備え、その表面(2)上にコンタクトメタ
ライジング部(3)が配置されている放射線を発する半
導体デバイスにおいて、コンタクトメタライジング部
(3)が複数の開口を有するか又は複数の相互に間隔を
開けたコンタクト島状部を有し、コンタクトメタライジ
ング部(3)が少なくとも部分的に放射線透過性の導電
性コンタクト層(4)で覆われていることを特徴とす
る、放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項3】 コンタクトメタライジング部(3)もし
くはコンタクト島状部が放射線透過性である、請求項2
記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項4】 窒化物−化合物半導体が周期表の第3及
び/又は第5主族の元素の窒化物−化合物である、請求
項1から3までのいずれか1項記載の放射線を発する半
導体デバイス。 - 【請求項5】 窒化物−化合物半導体が化合物GaN、
AlN、InN、AlxGa1 - xN、0≦x≦1、I
nxGa1 - xN、0≦x≦1又はAlxIn yGa1 -
x - yN、0≦x≦1、0≦y≦1、0≦x+y≦1の
少なくとも1つを含有する、請求項1から4までのいず
れか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項6】 放射線透過性の導電性コンタクト層
(4)内の、半導体ボディ(1)の表面(2)に対して
平行方向の導電性が、コンタクトメタライジング部
(3)内の導電性よりも大きい、請求項1から5までの
いずれか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項7】 コンタクトメタライジング部(4)がパ
ラジウム又は白金を含有する、請求項1から6までのい
ずれか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項8】 コンタクトメタライジング部(4)は2
0nmを下回る、特に10nmを下回る層厚を有する層
として構成されている、請求項1から7までのいずれか
1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項9】 半導体ボディ(1)がp型ドープ領域
(6)を有し、コンタクトメタライジング部(3)がp
型ドープ領域(6)の表面上に設置されている、請求項
1から8までのいずれか1項記載の放射線を発する半導
体デバイス。 - 【請求項10】 半導体ボディ(1)のp型ドープ領域
(6)はマグネシウム又は亜鉛でドープされている、請
求項9記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項11】 放射線透過性の導電性コンタクト層
(4)は酸化亜鉛を含有する、請求項1から10までの
いずれか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項12】 放射線透過性の導電性コンタクト層
(4)が酸化インジウム、酸化スズ又はITOを含有す
る、請求項1から11までのいずれか1項記載の放射線
を発する半導体デバイス。 - 【請求項13】 半導体ボディ(1)が基板(5)上に
配置されている、請求項1から11までのいずれか1項
記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項14】 基板(5)が放射線透過性である、請
求項13記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項15】 基板(5)は炭化ケイ素又はサファイ
アである、請求項13又は14記載の放射線を発する半
導体デバイス。 - 【請求項16】 半導体ボディ(1)が複数の半導体層
(6,7,8)を有し、これらの層はエピタキシャルに
基板(5)上に堆積している、請求項13から15まで
のいずれか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項17】 基板(5)は導電性であり、半導体ボ
ディ(1)とは反対側に対向コンタクトメタライジング
部(9)を備えている、請求項13から16までのいず
れか1項記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項18】 半導体ボディ(1)が複数の半導体層
(6,7,8)を有し、前記の半導体層(6,7,8)
はエピタキシー法で製造されており、その際、エピタキ
シー法のために使用される基板は半導体ボディから取り
去られている、請求項1から12までのいずれか1項記
載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項19】 半導体ボディ(1)が支持体(12)
上に固定されており、コンタクト層(4)は支持体(1
2)と半導体ボディ(1)との間に配置されている、請
求項18記載の放射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項20】 支持体(12)とコンタクト層との間
に反射性の、特に鏡面状の境界面が形成されている、請
求項18又は19記載の放射線を発する半導体デバイ
ス。 - 【請求項21】 半導体ボディ(1)の、コンタクト層
の反対側に対向コンタクトメタライジング部(9)を有
する、請求項18から20までのいずれか1項記載の放
射線を発する半導体デバイス。 - 【請求項22】 半導体デバイスが薄層デバイスであ
る、請求項18から21までのいずれか1項記載の放射
線を発する半導体デバイス。 - 【請求項23】 半導体デバイスが1つの主放射方向を
有し、半導体ボディ(1)の表面(2)は、この主放射
方向に対して垂直に又は所定の角度で配置されている、
請求項1から22までのいずれか1項記載の放射線を発
する半導体デバイス。 - 【請求項24】 半導体デバイスが発光ダイオード、特
に可視光発光ダイオード又はレーザーダイオードであ
る、請求項1から23までのいずれか1項記載の放射線
を発する半導体デバイス。 - 【請求項25】 半導体デバイスがVCSELである、
請求項24記載の放射線を発する半導体デバイス。
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