JP2005536896A - 電磁放射線を発する半導体チップの製造法及び電磁放射線を発する半導体チップ - Google Patents

Abstract

電磁放射線を発する半導体チップの製造法及び電磁放射線を発する半導体チップ
本発明によれば、以下の処理工程：基板を準備する工程；基板上に、光子を発する活性層を含有する半導体層構造体を施与する工程；及びＧａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０．８≦ｘ及び０≦ｙ≦１）を含む透明な減結合層を施与する工程を含む、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップの製造法において、基板がゲルマニウムから形成されており、かつ透明な減結合層を低温で施与することが予定されている。

Description

本発明は、以下の処理工程：基板を準備する工程；基板上に、光子を発する活性層を含有する半導体層構造体を施与する工程；及び透明な減結合層、殊にＧａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０．８≦ｘ及び０≦ｙ≦１）、殊にＧａＰを含む減結合層を施与する工程を含む、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの電磁放射線を発する半導体チップの製造法に関する。本発明は、基板、基板上に施与された、光子を発する活性層を含有する半導体層構造体及び活性層上に配置された、ＧａＰを含む透明な減結合層を含有する、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの電磁放射線を発する半導体チップにも関する。

本願特許明細書は、２００２年８月２６日付で提出されたドイツ連邦共和国特許出願番号１０２３９０４５．２の優先権を主張し、これらの出願明細書の開示内容はこの引用により本願明細書に開示されているものとする。

ＩｎＧａＡｌＰをベースとする材料には、殊に式Ｇａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０≦ｘ≦１及び０≦ｙ≦１及びｘ＋ｙ≦１）に含まれる組成を有する全ての混晶が含まれる。ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの電磁放射線を発する半導体チップには、電磁放射線を発する層中に存在する半導体層構造体が、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする材料の少なくとも本質的な割合を有し、かつ半導体チップから発せられる放射線の特性がＩｎＧａＡｌＰをベースとする材料により少なくとも本質的に決定される、全ての半導体チップが含まれる。

この場合、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする上記材料は、上述の式に対して必ずしも数学的に正確な組成を有していなくともよい。むしろ上記材料は、１つ又は複数のドープ物質並びに加的な成分を有してよい。

ＡｌＧａＩｎＰ−材料系は発光ダイオードにおける適用のために極めて重要であり、それというのも、その禁制帯を、Ａｌ−割合を１．９ｅＶ〜２．２ｅＶの広範囲に亘って変動させることにより調節することが可能であるためである。これは、上記材料から成る発光ダイオードを赤色〜緑色の色領域内で製造することができることを意味する。

そのような発光ダイオードをエピタクシーを用いて製造するためには、その上に半導体層構造体の種々の半導体層が出来る限り単結晶質で堆積し得るような基板が必要とされる。この場合、ＡｌＧａＩｎＰをベースとする発光ダイオードのエピタクシーのための基板は、以下の条件を満たすべきである：
−前記基板は、材料系ＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＡｓが単結晶質で堆積するのを可能にする格子定数を有していなければならないという条件
−前記基板は、使用されるプロセス温度でなお十分に堅固でなければならないという条件、及び
−前記基板は、十分に良好な品質で市販されていなければならないという条件。

上記の全ての条件はＧａＡｓ−基板により満たされる。従って、ＡｌＧａＩｎＰ発光ダイオードのための基板としてＧａＡｓが世界的に広く使用されている。しかしながら、発光ダイオードの経済的な製造の観点から、ＧａＡｓ基板は、極めて高価でありかつヒ素を含有するという欠点を有する。他の基板材料は、大きな格子欠陥整合を示すか、又は通常の処理工程のために十分に適当であるわけではない。

従って本発明は、技術的に容易であり、かつＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップの廉価な製造を可能にする、冒頭に記載されたような方法を提供するという課題に基づく。

前記の課題は、請求項１の特徴部に記載された方法により解決される。前記方法の他の有利な態様及び実施態様は、従属請求項２〜８から明らかである。

本発明による方法により製造可能である電磁放射線を発する半導体チップは、請求項９の対象である。本発明による半導体チップの有利な態様及び実施態様は、従属請求項１０及び１１の対象である。

本発明によれば、冒頭に記載されたような製造法において、基板が本質的にゲルマニウムを有し、かつ透明な減結合層を低温で施与することが予定されている。ゲルマニウムは材料系ＡｌＧａＩｎＰ及びＡｌＧａＡｓと良好に整合する格子定数を有し、かつ高品質で市販されている。更に、ゲルマニウム基板のための価格はＧａＡｓ−基板のための価格のたった約半分であるため、製造プロセスにおいて大きな節約可能性が生じる。

ＧａＡｓと比較した場合のゲルマニウムのより低い熱安定性は、リン化ガリウムを含む透明な減結合層の成長の殊に臨界的な工程を低温で実施し、その際、ゲルマニウム基板がなお十分な強度及びわずかな蒸気圧を有することにより顧慮される。

本発明による方法の有利な実施態様において、透明な減結合層（１６）を、リン源としてのｔ−ブチルホスフィン（ＴＢＰ、（Ｃ_４Ｈ_９）ＰＨ_２）の使用下に施与することが予定されている。ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの慣用の発光ダイオードの場合、典型的には、ホスフィン（ＰＨ_３）の使用下に８００℃を上回る温度でエピタキシャル堆積されるＧａＰから成る光減結合層が使用される。反応器中でのこのような温度は、ゲルマニウム基板を用いたプロセスのためには高すぎる。それに対して、リン源としてのｔ−ブチルホスフィンの使用は、高品質の光減結合層を明らかにより低いプロセス温度で堆積させることを可能にする。

殊に、透明な減結合層を、７８０℃を下回る、有利に７５０℃を下回る温度で施与することは殊に有利である。

透明な減結合層を約７００℃の温度で施与する場合、殊に有利である。

同様に、透明な減結合層を、ガリウム源としてのトリメチルガリウムの使用下に施与することもしばしば有利である。

活性層の典型的な格子サイズがＡ＝２５０μｍである場合、約１μｍ〜約１０μｍ、有利に約２μｍ〜約１０μｍの減結合層の厚さが選択される。

本発明による方法の有利な実施態様において、透明な減結合層を有機金属気相エピタクシー（ＭＯＶＰＥ）を用いて成長させる。

Ｖ／ＩＩＩ−比は、透明な減結合層の成長において有利に５〜２０、有利に約１０の値に調整される。

本発明の他の有利な態様、特徴及び詳細は、従属請求項、実施例の記載及び図から明らかである。

本発明の他の利点、有利な態様及び実施態様は、図と関連した実施例の以下の説明から明らかである。これらはその都度本発明を理解するための本質的な要素であるに過ぎない。

唯一の図は、本発明の実施例による放射線を発する半導体チップの図式的な断面図を示す。

図１は、全般的に１０で符号付けされたＡｌＧａＩｎＰベースの発光ダイオードチップ１０の図式的な断面図を示す。

発光ダイオードチップ１０はゲルマニウム基板１２を含み、前記基板上には半導体層構造体１４が形成されている。半導体層構造体１４は実施例において二重ヘテロ構造であり、前記構造は、活性の、光子を発するＡｌＧａＩｎＰベースのｎ型層２２を有し、前記層は活性層の下方のＡｌＧａＩｎＰベースのｎ型ジャケット層及び活性層の上方のＡｌＧａＩｎＰベースのｐ型ジャケット層により閉じ込められる。このような構造及び層構造体は当業者に公知であるため、ここでは詳説しない。上記の層は、従来技術において公知である通り、適当なｐ−ドープ物質、例えばＺｎ、Ｃ又はＭｇもしくは適当なｎ−ドープ物質、例えばＴｅ、Ｓｅ、Ｓ及びＳｉで所望の不純物含分でドープされている。

また、活性半導体層構造体１４は、例えば同様に従来技術から公知であるような多重量子井戸構造を有していてよい。

ｐ型ＡｌＧａＩｎＰ−ジャケット層上に、Ｇａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０．８≦ｘ及び０≦ｙ≦１）又はＧａＰから成る厚い光減結合層１６が施与される。減結合層の禁制帯は活性層の禁制帯よりも大きいため、光減結合層１６は活性層構造体１４中で生じる電磁放射線に対して透過性である。

発光ダイオードチップの運転のために必要な電流は、前面コンタクト１８及び裏面コンタクト２０を介して、発光ダイオードチップ１０の活性層に供給される。しかしながらそれとは別に、実施例に明示されているものとは異なるコンタクトが配置されていてもよい。

光減結合層１６は、有機金属気相エピタクシー（ＯＭＶＰＥ）を用いて施与されている。この場合、リン源としてｔ−ブチルホスフィン（ＴＢＰ、（Ｃ_４Ｈ_９）ＰＨ_２）が使用され、かつガリウム源としてトリメチルガリウムが使用され、約１０のＶ／ＩＩＩフラックス比が選択されている。成長温度は実施例では７２０℃であり、これはゲルマニウム基板が反応器中でなお十分に堅固である温度である。

実施例では、層構造体１４は２５０μｍ×２５０μｍの断面積及び２〜１０μｍの層厚を有する。

上記記載、図並びに請求項において開示された本発明の特徴は、単一であっても任意の組合せであっても、本発明の実現のために本質的であり得る。

ＡｌＧａＩｎＰベースの発光ダイオードチップ１０の図式的な断面図。

符号の説明

１０ 発光ダイオードチップ、１４ 半導体層構造体、１６ 減結合層、１８ 前面コンタクト、 ２０ 裏面コンタクト、 ２２ 光子を発する活性層。

Claims (11)

1. 以下の処理工程：
   −基板（１２）を準備する工程；
   −基板上に、光子を発する活性層（２２）を含有する半導体層構造体を施与する工程；及び
   −透明な減結合層（１６）を施与する工程
   を含む、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップの製造法において、
   −基板（１２）が本質的にゲルマニウムから形成されており、かつ
   −透明な減結合層（１６）を最高８００℃までの温度領域内で施与すること
   を特徴とする、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップの製造法。
2. 透明な減結合層（１６）を、リン源としてのｔ−ブチルホスフィンの使用下に施与する、請求項１記載の方法。
3. 透明な減結合層（１６）を、７８０℃を下回る、有利に７５０℃を下回る温度で施与する、請求項１又は２記載の方法。
4. 透明な減結合層（１６）を約７００℃の温度で施与する、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. 透明な減結合層（１６）を、ガリウム源としてのトリメチルガリウムの使用下に施与する、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. 透明な減結合層（１６）を、有機金属気相エピタクシー（ＯＭＶＰＥ）を用いて施与する、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
7. 減結合層がＧａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０．８≦ｘ及び０≦ｙ≦１）、殊にＧａＰを含む、請求項２から６までのいずれか１項記載の方法。
8. 透明な減結合層（１６）を５〜２０、有利に約１０のＶ／ＩＩＩ−比で成長させる、請求項６又は７記載の方法。
9. 以下：
   −基板（１２）；
   −基板上に施与された、光子を発する活性層（２２）を含有する半導体層構造体（１４）；
   及び
   −半導体層構造体（１４）上に配置された透明な減結合層（１６）
   を含有する、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップにおいて、
   −基板（１２）がゲルマニウムから形成されていること
   を特徴とする、ＡｌＧａＩｎＰ−ベースの放射線を発する半導体チップ。
10. 透明な減結合層（１６）がＧａ_ｘ（Ｉｎ_ｙＡｌ_１−ｙ）_１−ｘＰ（０．８≦ｘ及び０≦ｙ≦１）、殊にＧａＰを含んでいる、請求項９記載の放射線を発する半導体チップ。
11. 透明な減結合層（１６）が、約１μｍ〜約１０μｍ、殊に約２μｍ〜約１０μｍの厚さを有する、請求項９又は１０記載の放射線を発する半導体チップ。

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