JP2004503094A - ビーム放射性半導体チップおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

半導体チップ（１）が基板（２）を有し、この基板は平行六面体の形状を有する。基板の側面（５）は鋭角な平行四辺形である。半導体チップ（１）は高い出力結合効率を均一な熱的負荷を有する。

Description

【０００１】
本発明は、アクティブ層と、該アクティブ層の広がりを横方向で制限する多数の側面とを有するビーム放射性半導体チップに関する。
【０００２】
本発明はさらに、ビーム放射性半導体チップの製造方法に関するものであり、ここではまずアクティブ層が基板の表面に形成され、続いて基板がアクティブ層と共に半導体チップに個別化される。
【０００３】
ＪＰ１０−３２６９１０Ａからビーム放射性半導体チップが公知であり、この半導体チップはピラミッド台の形状を有する。公知の半導体チップのアクティブ層は半導体チップのエミッタ領域に配置されている。アクティブ層の上には結晶層が配置されている。アクティブ層に平行に延在する基面は菱形に構成されている。基面の特別の構成によって半導体チップからの光出射が容易になる。なぜなら光ビームは遅くとも数回の全反射の後、外面に臨界角よりも小さな角度で当たるからである。ピラミッド台形状の半導体チップの特別の構成によって、光子が出力結合される際の効率が比較的高い。
【０００４】
公知の半導体チップの欠点は、電極を取り付けるために使用される基面と、これに対向し、同様に電極の設けられた上側との間の横断面積が変化することである。半導体チップの横断面積が基面に向かって減少することにより、熱の放出が困難となる。さらに電流の流れが小さくなった横断面積によって阻止され、そのためオーム性抵抗が半導体チップで局所的に増大する。この２つのことのために、半導体チップが局所的に異なる熱的負荷を受けるようになる。しかしこのことにより発生した半導体チップ内のストレスは半導体チップの寿命を損なう。さらに熱的負荷が高まることによってアクティブ層の転換効率が減少する。
【０００５】
従来技術から出発して本発明の課題は、半導体チップが良好な光学的出力結合と均等な熱的負荷を有するように構成することである。
【０００６】
この課題は本発明により、半導体チップが、鋭角が設けられており、先鋭化された平行四辺形状の側面を少なくとも２つ有するように構成して解決される。
【０００７】
先鋭化された２つの平行四辺形状の側面を有する半導体チップのプリズム状構Ｃ成によって、一方ではアクティブ層を発する光が比較的小さな反射数で半導体チップを去ることができる。アクティブ層を基面の方向に去る光ビームは大部分が斜めの側面に当たり、対向する側面に反射される。ここへ光ビームは全反射に対する臨界角よりも小さな角度で当たる。同時に半導体チップは同形状の横断面を有し、そのため熱的負荷は半導体チップ全体にわたって均一である。これにより半導体チップ内のストレスは効率的に回避される。従って本発明の半導体チップは良好な光学的出力結合を有するほかに、均一で低い熱的負荷を有する。
【０００８】
さらに本発明の課題は、このような半導体チップの製造方法を提供することである。
【０００９】
この課題は、半導体チップを表面に対して斜めに延在する分離面に沿って個別化することにより解決される。
【００１０】
基板を斜めに延在する分離面に沿って分離することによって、半導体チップの製造に基板全体をほぼ使用することができる。分離方法を実施するために従来の装置を使用することができる。このことにより通常の製造方法に対して付加的コストが発生しない。本発明の方法は従って大きな材料損失なしに簡単かつ安価に実施することができる。
【００１１】
本発明のさらに有利な構成は従属請求項の対象である。
【００１２】
以下、本発明を添付図面に基づいて詳細に説明する。
【００１３】
図１は、半導体チップの斜視図である。
【００１４】
図２は、図１の半導体チップの平面図である。
【００１５】
図３は、図１の半導体チップの側面図である。
【００１６】
図４は、図１の半導体チップの可能な光経路の断面図である。
【００１７】
図５は、出力結合パーセンテージを、図１の半導体チップの幾何形状の種々異なる基本角に依存して示す線図である。
【００１８】
図１は、基板２を有する半導体チップ１を示す。基板２はプリズム状に構成されており、基面３と上側４の他に側面５を有する。側面５はそれぞれ先鋭化された平行四辺形の形状を有する。基板２の上側４にはアクティブ層を備える層シーケンスが６が取り付けられており、アクティブ層には円形電極７が配置されている。図１には図示しない別の電極が基板２の基面３に配置されている。
【００１９】
図２には、基面３と上側４に対して平行な基板２の断面が示されている。この断面も、基面３と同様に先鋭化された平行四辺形として構成されており、鋭角φを有する。図３から分かるように、側面５も先鋭化された平行四辺形として構成されており、鋭角φを有する。
【００２０】
鋭角な平行四辺形状の側面を備える平行六面体として基板２を構成することは、光出力結合に対して有利である。このことは図４から明かである。点状の光源８が基板２内にあるとする。例えば光ビーム９が上側４の面垂線に対して角度αで当たり、ここで角度αが全反射の角度αｃより大きい場合、光ビームは上側４で反射される。光ビーム９は次に側面５に角度α１＝１８０゜−θ−αで当たる。入射角α１も全反射に対する臨界角αｃよりも大きい。従って光ビーム９は側面５で反射される。さらに進むと光ビーム９は基面３に入射角α２＝θ−α１で当たる。この場合、入射角は全反射に対する臨界角αｃよりも小さい。従って光ビーム９は基板２から出射することができる。入射角α１とα２に対する前記関係から、θ＝９０゜に対しては光ビーム９は、入射した光ビーム９が基板２から出力結合できるような入射角の角度領域で反射され得ないことが分かる。しかし基本角θ＜９０゜に対しては有利である。基板２を、鋭角な平行四辺形状の側面を備える平行六面体として構成することにより、光源８から発した光を出力結合するのに寄与する空間角が増大し、このことは出力結合の効率を改善する。
【００２１】
基板２からの出力結合の増大は半導体チップ１のモデルに対する正確な計算によっても証明される。図５にはこの種の計算の結果が示されている。このモデルは、層シーケンス６が屈折率ｎ＝２．５の窒化ガリウムベースに作製された半導体チップ１を表す。層シーケンス６は、炭化シリコンからなり、屈折率ｎ＝２．７，吸光係数α＝１０ｃｍ^{− １}、エッジ長が０．２５ｍｍの基板２に作製される。層シーケンス６はアクティブ層の他に、部分的に透明なコンタクト層を有する。しかし電極７は不透明である。出力結合の効率は、半導体チップが屈折率ｎ＝１．５の注形コンパウンドに埋め込まされている場合に対して検出された。
【００２２】
図５は、基板２が垂直方向に先鋭化され、垂直基本角θが減少すると、出力結合に対する効率が大きく向上することを示す。垂直基本角がθ＝９０゜である平行六面体に対しては出力結合効率が２５％である。垂直基本角がθ＝５０゜の基板２に対しては出力結合効率が５０％と２倍になっている。
【００２３】
水平基本角φの減少も同様にポジティブな影響を出力結合効率に及ぼす。ただし水平基本角φの影響は垂直基本角θよりも小さい。これは、基板２の基面３が５０％までの吸光性であると仮定されているためである。このことは半導体チップ１が導電性銀接着剤により支持体に取り付けられる場合、実際のことである。このことにより基板２へ戻り反射される光ビームが減衰される。従って基面３を反射性に構成するのが有利である。
【００２４】
これに対して垂直基本角θが減少すると、先行の減衰なしに側面５を通る直接的出力結合が容易になる。
【００２５】
ここに紹介した計算は、層シーケンス６が、ＧａＰからなる透明窓層を備えるＡｌＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＩｎＰベースに作製された場合に相応に当てはまる。基板２に対しては炭化シリコンの代わりに、サファイア、窒化ガリウム、酸化亜鉛、ダイヤモンドまたは水晶の材料も使用できる。
【００２６】
先鋭化された平行四辺形を側面として備える平行六面体として基板を構成することはさらに、基板２の横断面が基面３から上側４まで同じであるという利点を有する。このことにより熱を均等に層シーケンス６から放出できる。基板２のオーム性抵抗も上側から基面３に向かって同じである。このことにより基板２での電圧降下が低いまま、均等に分散される。従って全体として半導体チップ１は均等に熱的に負荷される。従ってストレスが半導体チップ１に発生することがない。
【００２７】
さらにアクティブ層と基面３に配置された電極との間で電流は、基板２が均一な横断面を有することにより妨害されずに流れることができる。従って半導体チップ１は低いフォワード電圧を特徴とする。
【００２８】
半導体チップ１を製造するためにまず基板２に層シーケンス６が設けられる。続いて基板２を、斜め調整された鋸プレートを有するソーカット装置によって切断することができる。この種のソーカット方法ではアクティブ面および基板に損失が発生しない。このことはとりわけ基板２の製造と層シーケンス２の成長が高いコストと結び付いている場合に有利である。
【００２９】
さらにこの種のソーカット方法は、例えばＳｉＣまたはＧａＡｓである基板上での従来の発光ダイオードの製造と関連してすでに公知であり、実質的に引き継ぐことができる。基本的には鋸プレートの傾斜を変更すれば良いだけである。従って付加的なプロセスコストは発生しない。
【００３０】
ここに紹介した半導体チップはとりわけ、紫外線から赤外線までのスペクトル領域の発光ダイオードの製造に適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、半導体チップの斜視図である。
【図２】
図２は、図１の半導体チップの平面図である。
【図３】
図３は、図１の半導体チップの側面図である。
【図４】
図４は、図１の半導体チップの可能な光経路の断面図である。
【図５】
図５は、出力結合パーセンテージを、図１の半導体チップの幾何形状の種々異なる基本角に依存して示す線図である。

Claims (7)

1. アクティブ層と、該アクティブ層（６）の広がりを横方向で制限する多数の側面（５）とを有するビーム放射性半導体チップにおいて、
   該半導体チップは、鋭角が設けられており、先鋭化された平行四辺形状の側面（５）を少なくとも２つ有する、
   ことを特徴とするビーム放射性半導体チップ。
2. アクティブ層（６）が基板（２）に配置されている、請求項１記載のビーム放射性半導体チップ。
3. アクティブ層（６）のビームの一部は基板（２）の方向へ放射される、請求項２記載のビーム放射性半導体チップ。
4. 平行四辺形状の側面（５）の鋭角θは８０゜より小さい、請求項１から３までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体チップ。
5. 基板（２）は、サファイア、窒化ガリウム、炭化シリコン、酸化亜鉛、ダイヤモンドまたは水晶ガラスのベースに作製されている、請求項２から４までのいずれか１項記載のビーム放射性半導体チップ。
6. まずアクティブ層（６）を基板（３）の上側の上部に形成し、
   続いて基板（２）をアクティブ層（６）と共に半導体チップに個別化する、ビーム放射性半導体チップの製造方法において、
   半導体チップを、表面に対して斜めに延在する分離面（５）に沿って個別化する、
   ことを特徴とする製造方法。
7. 半導体チップを個別化するために、斜めに調整された鋸プレートを有するソーカット装置を使用する、請求項６記載の製造方法。

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