JP2008085337A - 半導体ボディおよび半導体チップ - Google Patents

Abstract

【課題】ビーム放射に適しており、効率が高くまた簡単に形成できる半導体ボディを提供する。
【解決手段】半導体層列が２つのコンタクト層を包含し、コンタクト層の間にアクティブ領域が配置されており、コンタクト層には、半導体ボディ上に配置されている端子層がそれぞれ１つずつ対応付けられており、それぞれの端子層は対応付けられたコンタクト層と導電的に接続されており、それぞれの端子層は、対応付けられたコンタクト層のアクティブ領域側とは反対側に配置されており、端子層はアクティブ領域において形成されるビームに対して透過性であり、コンタクト層は同一の導電型を有する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は半導体ボディおよび半導体チップに関する。

本願は、２００６年９月２７日付けのドイツ連邦共和国特許明細書第10 2006 045 700.5号および２００６年１２月７日付けのドイツ連邦共和国特許明細書第10 2006 057 747.7号の優先権を主張するものであり、その全体の開示内容は明示的な参照により本願に含まれるものとする。

本発明の課題は、ビーム放射に適しており、効率が高くまた簡単に形成できる半導体ボディを提供することである。殊に、ビーム出力結合に関して効率的な半導体ボディないしこの種の半導体ボディを有する効率的な半導体チップが提供されるべきである。

半導体ボディに関する課題は、半導体層列が２つのコンタクト層を包含し、コンタクト層の間にアクティブ領域が配置されており、コンタクト層には、半導体ボディ上に配置されている端子層がそれぞれ１つずつ対応付けられており、それぞれの端子層は対応付けられたコンタクト層と導電的に接続されており、それぞれの端子層は、対応付けられたコンタクト層のアクティブ領域側とは反対側に配置されており、端子層はアクティブ領域において形成されるビームに対して透過性であり、コンタクト層は同一の導電型を有することにより解決される。

半導体チップに関する課題は、請求項１から１９までのいずれか１項記載の半導体ボディと支持体とを包含し、半導体ボディは支持体上に配置されていることにより解決される。

本発明の有利な実施形態および発展形態は従属請求項に記載されている。

本発明による半導体ボディは、ビーム形成に適したアクティブ領域を有する半導体層列を包含する。さらに半導体層列は２つのコンタクト層を包含し、これら２つのコンタクト層の間にアクティブ領域が配置されている。これらのコンタクト層には半導体ボディ上に配置されている端子層がそれぞれ１つずつ対応付けられている。それぞれの端子層はこの端子層に対応付けられているコンタクト層と導電的に接続されており、またこの端子層に対応付けられているコンタクト層のアクティブ領域側とは反対側に配置されている。さらに端子層はアクティブ領域において形成されるビームに対して透過性である。コンタクト層は同一の導電型であり、殊に同一の導電型にドーピングされている。

好適にはアクティブ領域、さらには半導体ボディ全体が端子層の間に配置されている。

半導体ボディにおけるコンタクト層は有利には、それぞれのコンタクト層に対応付けられている端子層を用いて半導体ボディとの電気的なコンタクトを形成するために形成されている。端子層は有利には別個の層、すなわち事前に製造された半導体ボディ上に取付けられる層として実施されている。殊にこの場合、端子層は半導体ボディには集積されていない。例えば端子層は、エピタキシャル成長された半導体ボディ上にエピタキシの終了後に取付けられている。端子層を取付けるために、殊に半導体ボディの製造方法とは異なる方法を使用することができる。

導電型が同一のコンタクト層を有する半導体ボディは、コンタクト層の導電型に殊に適している端子層を使用できるという利点を提供する。端子層はコンタクト層の導電型、ｎ型またはｐ型に依存して、コンタクト層との種々の電気的な接触特性を有することができる。殊に、所定の端子層との種々の接触特性を、ドーピングも含め同一の組成を有するコンタクト層においても生じさせることができる。本発明においてはコンタクト層の導電型を同一に形成することができるので、それら２つのコンタクト層についての端子層を用いて簡単に電気的なコンタクトを形成することができ、それぞれの端子層との接触特性は導電型が異なっても影響は受けない。

端子層はアクティブ領域において形成されるビームに対して透過性に形成されているので、ビーム通過時の端子層における吸収損失をこの層によって低減することができるが、実質的に完全に回避することができる。端子層の半導体ボディ側とは反対側を通過するビームの出力を高めることができる。

有利には、端子層はビーム透過性の材料またはビーム透過性の材料組成を含有するか、その種の材料ないしその種の材料組成から形成されている。

有利な実施形態においては、端子層がビーム透過性且つ導電性の酸化物、殊に金属酸化物（TCO: Transparent Conductive Oxide）を含有する。ＴＣＯ材料は導電率が同じ場合には殊に横方向におけるビーム透過性が高いという点で優れている。ＴＣＯ材料はビーム放射性の半導体ボディのための端子層、例えば発光ダイオードのための半導体ボディに殊に適している。適切なＴＣＯ材料は例えばＳｎＯまたはＳｎＯ₂のような酸化錫、ＺｎＯのような酸化亜鉛、インジウム錫酸化物（ITO: Indium Tin Oxide）またはＴｉＯ₂のような酸化チタンである。

導電率を高めるためにＴＣＯを含有する端子層をドーピングすることができる。殊に両方の端子層をドーピングすることができる。ＺｎＯに関しては例えばＡｌドーピングが適している。

別の有利な実施形態においては、端子層が同一の材料、殊に同一のＴＣＯ材料、例えば酸化亜鉛を含有する。殊に有利には端子層が同一の組成を有する。このことは、半導体材料とのコンタクト形成に関して、殊に適切な材料、例えば酸化亜鉛を端子層のために使用できるという利点を有する。殊に、ｐ型とｎ型の２つの導電型の半導体材料との、同種の接触特性を有する電気的なコンタクトの形成が不可能であるか殆ど実現できない材料を使用することができる。

有利にはコンタクト層が同一のドーピング濃度を有する。

別の有利な実施形態においてはコンタクト層がｐ型に実施されている。ｐ型のコンタクト層はＴＣＯ材料、殊に酸化亜鉛、例えばｎ型の酸化亜鉛とのコンタクト形成に殊に適している。ＴＣＯ材料を用いたｐ型の層との電気的なコンタクトはｎ型の層との電気的なコンタクトに比べて良好な接触特性を有し、例えば僅かな電圧降下が僅かであり、簡単に製造できることが分かった。

別の有利な実施形態において端子層は対応するコンタクト層と接している。有利には、第１の端子層は第１のコンタクト層と接しており、第２の端子層は第２のコンタクト層と接している。有利にはそれぞれの端子層は完全に半導体ボディと接している。端子層と対応するコンタクト層との間の電気的な接触特性を改善するための中間層、例えば半透明の金属層を省略することができる。むしろ、同一の導電型のコンタクト層を用いることにより、良好に電気的に接触可能な半導体ボディの半導体材料を両側において既に提供することができる。金属中間層におけるビームの吸収を回避することができる。

別の有利な実施形態においては端子層、殊に一方の端子層とアクティブ領域との間にトンネル接合部が配置されている。有利にはトンネル接合部は半導体層列内に集積されており、また殊に有利には導電型が異なる２つの高ドープされたトンネル層を包含する。

トンネル接合部のアクティブ領域側とは反対側のトンネル層をコンタクト層の内の一方のコンタクト層として構成することができるか、トンネル接合部をコンタクト層とアクティブ領域との間に配置することができる。前者の場合には、半導体ボディ内の付加的なコンタクト層を省略することができる。これに対し後者の場合には、トンネル接合部とコンタクト層を相互に独立して構成することができる。

アクティブ領域と対向していないトンネル層およびコンタクト層は有利には同一の導電型を有する。アクティブ領域と対向するトンネル層はコンタクト層の導電型とは異なる導電型を有する。

トンネル接合部を介して、半導体層列においてトンネル接合部のコンタクト層とは反対側に配置されており、コンタクト層の導電型とは異なる導電型を有する半導体層とコンタクト層を有利には低抵抗で導電的に接続させることができる。

２つのコンタクト層が同一の導電型を有しているにもかかわらず、半導体ボディはトンネル接合部のアクティブ領域と対向する側から従来の発光ダイオード半導体ボディの導電型の経過、すなわちｐ型／アクティブ領域／ｎ型ないしｎ型／アクティブ領域／ｐ型を有するように構成することができる。

トンネル接合部は有利には、好適にはコンタクト層のうちの一方によって形成されている半導体ボディに接する表面と、この表面の次にくる半導体ボディのアクティブ領域との間の直接的な電流経路内に配置されている。トンネル接合部が２つのアクティブ領域間に配置されている、複数のアクティブ領域を有する半導体ボディとは異なり、本発明においてはトンネル接合部がコンタクト層とアクティブ領域の導電的な接続に使用されるが、種々のアクティブ領域の相互の電気的な結合には使用されない。殊に半導体ボディはアクティブ領域を１つだけ包含することができる。

別の有利な実施形態においては、アクティブ領域に対向するトンネル層が、半導体層列のアクティブ領域とトンネル接合部との間に配置されている半導体層、例えば半導体層列の金属層と同一の導電型を有する。好適にはこの半導体層の導電型はコンタクト層の導電型とは異なる。

別の有利な実施形態においては、端子層のうちの１つの端子層、殊に端子層のうちのちょうど１つの端子層の半導体ボディ側とは反対側にはミラー層が配置されている。ミラー層を用いることにより、アクティブ領域において形成され、この端子層を通り抜けるビームを反射させることができる。ミラー層によって反射されたビームを再び半導体ボディに入射させることができる。

したがってミラー層を用いることにより、半導体ボディのミラー層側とは反対側を介して半導体ボディから放出されるビームの出力を高めることができる。さらにはミラー層のアクティブ領域側とは反対側に配置されている構成要素におけるビームの吸収を阻止することができる。

トンネル接合部をミラー層とアクティブ領域との間に配置することができるか、アクティブ領域のミラー層側とは反対側に配置することができる。

ミラー層は有利には金属を含有する。殊に有利にはミラー層は金属性、殊に金属化部として構成されているか、金属を含有する合金として構成されている。合金は有利には金属性の特性を有する。例えばミラー層はＡｕ、ＡｌまたはＡｇを含有するか、これらの金属の内の少なくとも１つを有する合金、例えばＡｕＧｅを含有する。

ミラー層は有利には端子層に取付けられており、殊に端子層上に析出されている。

有利にはミラー層が導電性に実施されており、また殊に有利には導電的にアクティブ領域と接続されている。したがってミラー層をアクティブ領域との電気的な接触のために使用することができる。

別の有利な実施形態においては、半導体ボディがＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料を含有する。殊にアクティブ領域、トンネル層、コンタクト層、および／または、トンネル接合部とアクティブ領域との間に配置されている半導体層がＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料を含有する。ＩＩＩ‐Ｖ族半導体材料はビーム形成時の内部量子効率が高いという点で優れている。

有利にはアクティブ領域が材料系Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１）からなる材料を含有する。ｙ≠０、ｙ≠１、ｘ≠０および／またはｘ≠１でもよい。この材料系は黄色から赤色のスペクトル領域のビームの形成に殊に適している。

有利にはコンタクト層が同一の半導体材料系、殊にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系を基礎とする。

酸化亜鉛との電気的なコンタクトを形成するために、材料系Ａｌ_xＧａ_1-yＡＳ（ここで、０≦ｙ≦１、必要に応じてｙ≠０）からなる材料を含有するコンタクト層、殊にＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを含有するかそれらの材料から形成されているコンタクト層が殊に適している。例えばコンタクト層のうちの一方、有利には両方のコンタクト層がＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを含有する。

コンタクト層は使用される半導体材料および／または使用されるドーパントに関して、また必要に応じてドーピング濃度も含めて同一の組成を有することができる。

有利にはトンネル層が同一の半導体材料系、殊にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系を基礎とする。トンネル層は材料系Ａｌ_yＧａy_1-yＡｓ（ここで、０≦ｙ≦１、必要に応じてｙ≠０）からなる材料を含有することができる。

有利には半導体ボディのミラー層側とは反対側に配置されている端子層が電流拡散層として形成されている。電流拡散層と導電的に接続されており、半導体ボディのミラー層側とは反対側に配置されている電気的な端子を介して電流拡散層に到達する電流をこの電流拡散層において横方向に分散させ、大面積で半導体ボディに到達させることができる。ビーム透過性の端子層の場合、均質な電流供給のための大面積の端子構造、例えば大面積の端子金属化部を省略することができる。

半導体ボディとミラー層との間に配置されている端子層は、好適には半導体ボディとの電気的なコンタクトを形成するために構成されている。有利にはミラー層の面積が大きく設けられており、且つ導電性に形成されているので、端子層を電流拡散層として構成する必要はない。端子層を用いた半導体ボディとの電気的なコンタクト形成が行われているので、ミラー層を高反射率に関して最適に実施することができる。

端子層は異なる厚さを有していても良い。電流拡散のために構成されている端子層、例えば半導体ボディのミラー層側とは反対側に配置されている端子層が有利には、主として電気的なコンタクト形成のために使用される端子層よりも厚く構成されている。

別の有利な実施形態においては半導体ボディが薄膜半導体ボディとして実施されている。薄膜半導体ボディにおいては、半導体ボディのための半導体層列が製造されている、殊に析出されている製造基板は領域毎にまたは完全に除去されている。製造基板は有利には成長基板であり、この成長基板上に半導体層列がエピタキシャルに成長されている。製造基板は有利には、この製造基板に対向する半導体ボディの表面をさらに処理できるように除去されている。

製造基板が除去されているので、有利には両側において、つまり製造基板に対向する側においても半導体ボディの製造基板側とは反対側においても端子層を事前に製造されている半導体ボディ上に取付けることができる。

薄膜半導体ボディを製造するために、例えば先ずビーム形成に適したアクティブ領域と、基板上、有利には半導体層列の成長基板上に配置されており、導電型が同一である２つのコンタクト層とを有する薄膜半導体ボディのための半導体層列が準備される。続けて、基板側とは反対側においてビーム透過性且つ導電性の端子層が半導体ボディに取付けられ、この端子層はコンタクト層のうちの一方と導電的に接続されている。

続けて基板が除去され、ビーム透過性且つ導電性の別の端子層が半導体ボディの自由な表面に取付けられ、この端子層はコンタクト層のうちの他方と導電的に接続されている。

本発明による半導体チップは本発明による半導体ボディおよび支持体を包含し、この支持体上には半導体ボディが配置されている。有利には、半導体ボディが支持体と接続されている。このために半導体ボディと支持体との間、殊にミラー層と支持体との間に接続層を形成することができる。有利には接続層が導電性に形成されており、また殊に有利には導電的にアクティブ領域と接続されている。

支持体は有利には半導体ボディを機械的に安定させる。成長基板を除去する際においても、半導体ボディが損傷する危険を低減することができる。有利には、基板が薄膜半導体ボディを形成するために除去される前に、半導体ボディが支持体上に配置される。支持体は製造基板、殊に半導体層列の成長基板とは別のものである。

さらに、半導体層列の製造基板とは異なる支持体上に配置されている薄膜半導体チップ、すなわち薄膜半導体ボディを有するチップは以下の特徴のうちの１つまたは複数の特徴を有する：
−ビームを形成するエピタキシャル層列の支持体側の第１の主面には反射層が被着または形成されており、この反射層はエピタキシャル層列内で形成された電磁ビームの少なくとも一部をこのエピタキシャル層列に戻るよう反射させる。
−エピタキシャル層列は２０μｍ以下の範囲、殊に１０μｍの範囲の厚さを有する。
−エピタキシャル層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を包含し、理想的な場合にはこの面によりエピタキシャル層列内にほぼエルゴード的な光分布が生じる。すなわち、この光分布は可能な限りエルゴード的な確率分散特性を有する。

この種の薄膜発光ダイオードチップの原理については、例えばI. Schnitzer等によるAppl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993, 2174-2176に記載されており、その開示内容は参照により本願に含まれるものとする。

薄膜発光ダイオードチップは良好な近似ではランベルト表面放射器であり、したがって投光装置における用途に殊に良好に適している。

本発明の別の特徴、利点および有効性を以下の実施例の説明において図面と関連させて説明する。

同一、同種の素子また同様に作用する素子には図面において同一の参照番号が付されている。さらに図面は、殊に個々の素子の寸法に関して相互に相対的に描かれたものであって必ずしも縮尺通りに描かれたものではない。むしろ図面における個々の構成素子はより良い理解のために誇張して大きく描かれている。

図１は図１Ａ、１Ｂないし１Ｃに示した概略的な断面図に基づいた本発明による半導体チップの３つの実施例を示す。

半導体チップ１はそれぞれ半導体ボディ２を包含する。半導体ボディ２はビーム形成に適したアクティブ領域３を有する半導体層列を包含する。半導体層列は複数の半導体層を包含する。殊に有利には、半導体ボディ２は半導体層列によって形成されている。

さらに半導体ボディ２はビーム形成のための発光ダイオード半導体ボディとして、有利には非コヒーレントなビームを形成するためのＬＥＤ半導体ボディとして形成されている。

さらに半導体ボディ２は上面４および下面５を有する。上面４は有利にはアクティブ領域３において形成されたビームを半導体ボディ２から出力結合するために形成されている（出力結合面）。下面５は有利には実装面として使用され、この下面５を用いて半導体ボディ２は支持体素子上に、例えば接続支持体、有利にはプリント回路基板上に直接的に実装される（明示的には図示せず）。

さらに半導体層列は第１のコンタクト層６および第２のコンタクト層７を包含する。アクティブ領域３はコンタクト層６，７の間に配置されている。コンタクト層６，７は同一の導電型、ｐ型またはｎ型にドーピングされている。コンタクト層６，７は有利には半導体ボディとの外部の電気的なコンタクトを形成するために構成されている。好適にはコンタクト層６，７は上面４ないし下面５において半導体ボディ２の境界をなしている。

さらに半導体層列にはトンネル接合部８がモノリシックに集積されている。トンネル接合部８は第１のトンネル層８１および第２のトンネル層８２を包含する。トンネル層８１および８２は異なる導電型にドーピングされている。さらにトンネル接合部８は、半導体ボディ２の下面５と半導体ボディ内のアクティブ領域３との間に配置されている。アクティブ領域３側とは反対側にある第２のトンネル層８２は有利にはコンタクト層６，７と同一の導電型を有する。

さらに半導体層列は第１の被覆層９または相応の被覆層列と、第２の被覆層１０または相応の被覆層列とを包含する。アクティブ領域３は第１の被覆層９と第２の被覆層１０との間に配置されている。さらに第１の被覆層９は第１のコンタクト層６とアクティブ領域３との間に配置されている。第２の被覆層１０は第２のコンタクト層７とアクティブ領域３との間に配置されている。第１の被覆層９と第２の被覆層１０は異なる導電型にドーピングされている。アクティブ領域３のトンネル接合部８側とは反対側に配置されている第１の被覆層９は有利にはコンタクト層６，７と同一の導電型を有する。

図１Ａ，１Ｂおよび１Ｃにそれぞれ示されている半導体ボディ２はそれぞれの半導体ボディ内のトンネル接合部８の配置に関して異なる。

図１Ａによる実施例においては、トンネル接合部８が第２のコンタクト層７とアクティブ領域３との間に配置されており、また殊に第２のコンタクト層７と第２の被覆層１０との間に配置されている。

図１Ｂによる実施例においては、トンネル接合部８が被覆層１０内に集積されており、したがって図１Ａに比べてアクティブ領域のより近くに配置されている。この図１Ｂの実施例においては被覆層列が２つの被覆層１０１，１０２を有し、これらの被覆層１０１，１０２の間にトンネル接合部８が配置されている。

したがって図１Ａおよび図１Ｂによる半導体ボディ２においては、トンネル接合部８とは分離された別個の第２のコンタクト層７がそれぞれ設けられている。

それらの図１Ａおよび図１Ｂ実施例とは異なり図１Ｃによる実施例においては、トンネル接合部８のアクティブ領域３側とは反対側にある第２のトンネル層８２が第２のコンタクト層７として形成されている。トンネル接合部８と被覆層１０との間に半導体層１１を配置することができる。

半導体層列のトンネル接合部８と下面５との間に配置されている層は有利にはコンタクト層６，７と同一の導電型にドーピングされている（例えば図１Ｂにおける被覆層１０２を参照されたい）。トンネル接合部８とアクティブ領域３との間に配置されている半導体層列の層は有利にはコンタクト層の導電型とは異なる導電型にドーピングされている（例えば図１Ａおよび１Ｃにおける被覆層１０、図１Ｂにおける被覆層１０１および図１Ｃにおける半導体層１１）を参照されたい。

被覆層１０は殊にトンネル接合部８に付加的に導電型が異なる２つの半導体層を有することができる（図１Ｂの被覆層１０１および１０２を参照されたい）。

トンネル接合部８を介して、２つのコンタクト層の導電型が同一であるにもかかわらず比較的抵抗の低い、すなわちトンネル接合部を省略した場合に比べて抵抗の低い、半導体ボディの下面５とアクティブ領域３の電気的な接続を達成することができる。トンネル接合部を省略した場合には下面５とアクティブ領域３との間に著しく阻止性のｐｎ接合部が生じる可能性がある。放射性の再結合のためのアクティブ領域へのキャリア注入が著しく阻止され、結果として半導体ボディの効率が低下する可能性がある。

例えば図１Ａにおける第２のコンタクト層７および被覆層１０が相互に接触しているならば、そのような著しく阻止性のｐｎ接合部が生じることになる。

トンネル接合部８により、アクティブ領域３と下面５との間に導電型が異なる層、すなわち被覆層１０ないし１０１と第２のコンタクト層７が配置されているにもかかわらず、アクティブ領域３への低抵抗のキャリア注入を実現することができる。

さらにトンネル層８１および８２は有利には１*１０¹⁸ １／ｃｍ³以上、殊に有利には１*１０¹⁹ １／ｃｍ³以上、最も有利には１*１０²⁰ １／ｃｍ³以上のドーパント濃度で高ドープされている。

トンネル層８１および８２は有利には、半導体ボディにおいて必要に応じてそれぞれのトンネル層と接しており、且つ導電型が同一の層よりも高いドーピング濃度を有する。

それぞれのトンネル層の厚さは有利には２０ｎｍ以下、殊に有利には１０ｎｍ以下である。

半導体ボディ２は第１の端子層１２と第２の端子層１３との間に配置されている。これらの端子層１２，１３は有利には半導体ボディ２の上面４に取付けられている（第１の端子層１２）、もしくは半導体ボディ２の下面５に取付けられている（第２の端子層１３）。半導体ボディ２は端子層を取り付ける前に既に製造されている。

さらに有利には、第１の端子層１２および第２の端子層１３は半導体ボディ２と直接的に接している。第１の端子層１２および第２の端子層１３はアクティブ領域３において形成されるビームに対して透過性の材料または相応の材料組成から形成されている。例えば酸化亜鉛、酸化錫、インジウム錫酸化物または酸化チタンからなるＴＣＯ端子層が殊に適している（上記を参照されたい）。導電率を高めるために端子層を適切にドーピングすることができる。ＺｎＯには例えばＡｌが適している。

２つのコンタクト層６，７は同一の導電型を有しているので、ＴＣＯ材料とのコンタクト形成に殊に適している導電型を選択することができる。殊に２つの端子層１２，１３に対して同一のＴＣＯ材料を使用することができる。半導体ボディの半導体材料とのＴＣＯ材料の接触特性は半導体材料の導電型に依存することが多い。

ＴＣＯ材料と半導体ボディとの間の金属性の中間層を介することにより、確かに余り適していない導電型の半導体材料とでさえも良好な電気的なコンタクトを必要に応じて形成することができる。しかしながら金属性の中間層ではアクティブ領域において形成されるビームが吸収され、その結果チップからのビーム出力結合の効率が低下することになる。半導体ボディ２においては２つの層が半導体ボディとのコンタクト形成のために同一の導電型を使用することができるので、中間層を省略することができる。

例えば酸化亜鉛はｐ型の半導体材料、殊にｐドープされたＧａＡｓまたはｐドープされたＡｌＧａＡｓとの殊に良好な電気的な接触特性において優れている。酸化亜鉛として有利にはｎ型の酸化亜鉛が使用される。ｐ型のコンタクト層とｎ型の酸化亜鉛との間には確かにトンネルコンタクトが生じるが、このトンネルコンタクトにより僅かな電圧降下しか生じないので、半導体ボディの効率が著しく低下することはない。

端子層とコンタクト層との間の電気的なコンタクトは実質的にオーム電流電圧特性を有する。

有利にはコンタクト層６，７はｐ型のＧａＡｓまたはｐ型のＡｌＧａＡｓを含有するか、それらから構成されている。ＡｌＧａＡＳを含有するコンタクト層には殊に０．６以下のＡｌ含有量、有利には０．５以下のＡｌ含有量、殊に有利には０．３以下のＡｌ含有量が適している。

アクティブ領域３は有利には可視ビームを形成するために構成されている。例えばアクティブ領域はＩｎＧａＡｌＰを含有する。このＩＩＩ−Ｖ属半導体材料は黄色から赤色のスペクトル領域のビームの形成に殊に適している。

トンネル層８１，８２は有利にはＧａＡｓまたはＡｌＧａＡｓを含有するか、それらから形成されている。

被覆層１０，１０１，１０２は有利にはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yPを基礎とする。

（Ａｌ）ＧａＡｓを基礎とする半導体層およびＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰを基礎とする半導体層を重ねてエピタキシャルに成長させることができる。

有利な実施形態においてはコンタクト層６，７が高ドーピングされている。このために好適には、コンタクト層６，７は半導体ボディにおいて導電型が同一である層よりも高いドーピング濃度を有する。コンタクト層６，７のドーピング濃度は有利には１*１０¹⁸ １／ｃｍ³以上、殊に有利には１*１０¹⁹ １／ｃｍ³以上、最も有利には１*１０²⁰ １／ｃｍ³以上である。

この種のドーピング濃度はＴＣＯ材料とのコンタクト形成に殊に適しており、殊にＺｎＯ、場合によってはＺｎＯ：Ａｌとの良好な電気的なコンタクトの形成に関して（Ａｌ）ＧａＡｓを基礎とするコンタクト層に殊に適している。

ドーパントとして半導体材料２の層に関してｐ型ドーピングには例えばアクセプタとしてのＭｇまたはＣが適しており、ｎ型ドーピングには例えばドナーとしてのＳｉが適している。高ドーピング濃度のために殊にＧａＡｓを基礎とする半導体材料、例えば（Ａｌ）ＧａＡｓを基礎とする材料に関してはＣが殊に適している。トンネル層および／またはコンタクト層は有利にはＣでドーピングされている。

別の有利な実施形態においてはコンタクト層６，７が、有利にはドーピング、すなわち使用されるドーパントおよび／またはドーピング濃度も含めて同一の組成を有する。これに関して半導体ボディとの同種の電気的なコンタクトを簡単に両側において構成することができる。

第１のコンタクト層６および／または第２のコンタクト層７は有利には１００ｎｍ以下、殊に有利には５０ｎｍ以下、最も有利には２０ｎｍ以下の厚さを有する。このような適切な厚さは端子層との電気的なコンタクトを形成するために既に十分なものである。２つのコンタクト層は同一の厚さを有していても良い。

第２の端子層１３の半導体ボディ２側とは反対側にはミラー層１４が配置されている。ミラー層１４は有利には第２の端子層１３と直接的に接している。

例えばミラー層１４は金属、殊にＡｕを含有するか、金属から形成されている。合金、例えばＡｕＧｅを含有するミラー層も使用することができる。これらの材料は金属系Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_１-x-yＰにおいて形成できるビームに対して殊に高い反射率を有する点において優れている。

さらに有利には金属特性を有するミラー層は反射率とビームの入射角度との依存関係が低い点に関して優れている。

ミラー層１４を用いることにより、アクティブ領域３において形成され、第２の端子層１３の通過後にこのミラー層１４に入射するビームを半導体層列に逆反射させ、第１の端子層１２の半導体ボディ側とは反対側を介して放出させることができる。したがって有利には出力結合側から放出されるビーム出力を高めることができる。さらにはミラー層を用いることにより、ミラー層のアクティブ領域３側とは反対側に配置されている構造体においてビームが吸収されることを阻止することができる。

さらに半導体ボディ２は薄膜半導体ボディとして実施されている。このために半導体ボディ２は成長基板上に例えばＭＯＶＰＥを用いてエピタキシャル成長されている。上述の半導体材料系には例えばＧａＡｓが成長基板として適している。

薄膜半導体ボディに関しては成長基板が成長プロセスの後に半導体ボディから除去されているので、図面には示されていない。成長基板をエッチングまたはレーザ分離により除去することができる。成長基板が除去されることに基づき、半導体ボディのエピタキシャル成長後に半導体ボディ２の両側にＴＣＯ端子層を析出することができる。有利には端子層１２，１３を析出するために、半導体ボディ２の製造プロセスとは異なる方法、殊にエピタキシャル法でない方法が使用される。端子層の析出には例えばスパッタリングまたは蒸着のようなＰＶＤ法（PVD: Physical Vapor Deposition）またはＰＥＣＶＤ（PECVD: Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition）のようなＣＶＤ法が適している。

薄膜半導体チップ１に関して半導体ボディ２は支持体１５上に固定されている。この支持体１５は半導体層列の成長基板とは別のものである。例えば支持体はＧａＡｓまたはＧｅを含有するか、それらから構成されている。

ミラー層１４を例えば蒸着またはスパッタリングにより端子層１３に析出することができる。

半導体ボディ２を支持体１５上に固定するために、ミラー層１４と支持体１５との間には有利には導電性の接続層１６が配置されている。接続層１６をはんだ層としてまたは導電性の接着層、例えば銀導電性接着剤層として形成することができる。

半導体ボディ２の上面４、殊に第１の端子層１２の半導体ボディ側とは反対側には端子１８、例えば端子金属化部が配置されている。端子１８はこの第１の端子層１２を介してアクティブ領域３と導電的に接続されている。端子１８は有利にはボンディングワイヤを用いた接続のために構成されている。

第２の端子層１３のアクティブ領域３側とは反対側、殊に支持体１５のアクティブ領域３側とは反対側には対向端子１７が配置されている。対向端子１７はミラー層１４、殊に接続層１６および支持体１５を介してアクティブ領域３と導電的に接続されている。

端子１８および対向端子１７を介してアクティブ領域３を電気的に接触させることができる。トンネル接合部８により、コンタクト層６，７が同一の導電型であるにもかかわらず、端子１７，１８からアクティブ領域３への抵抗の低いキャリア移送が実現される。

上面４側の端子層１２は有利には電流拡散層として形成されている。出力結合側に配置されている端子１８を介して第１の端子層１２に注入されるキャリアを電流拡散層において横方向に分散させることができる。端子１８の比較的小面積の実施に比べて、電流拡散により半導体ボディへの大面積のキャリア注入を達成することができる。

第２の端子層１３は主に半導体ボディとの電気的なコンタクト形成に使用される。ミラー層１４が大面積且つ導電性に構成されていることに基づき電流拡散は必要ない。ミラー層１４を介することにより下面５側の第２の端子層１３に既に大面積で電流を注入することができる。したがって半導体ボディ２の下面５を介する電流の横方向の分散は、第２の端子層１３の半導体ボディ２側とは反対側において既に達成されている。

内部においてキャリアが横方向に分散される電流拡散層には２００ｎｍ以上の厚さの端子層が殊に適している。したがって第１の端子層１２は有利には２００ｎｍ以上、殊に有利には３００ｎｍ以上または４００ｎｍ以上の厚さを有する。

これに対して電流拡散の少ない電気的なコンタクトを形成するためには、例えば１００ｎｍ以下の比較的薄い厚さの端子層で十分である。下面５側では電流が大面積の対向端子１７および大面積のミラー層１４を介して既に大面積で半導体ボディに到達することができるので、この下面５側における電流拡散はあまり重要ではない。したがってこの観点のもとで第２の端子層１３を比較的薄く実施することができ、例えば１５０ｎｍ以下、殊に有利には１００ｎｍ以下の厚さを有することができる。

第２の端子層１３およびミラー層１４を包含するミラー構造の高積分反射率（総反射率）を達成するために比較的厚い第２の端子層１３は殊に有利であることが分かった。比較的薄い第２の端子層１３は共振作用を引き起こす可能性があり、この共振作用によりミラー構造の反射率とこのミラー構造へのビームの入射角度との依存関係において不均一性が生じる可能性がある。ミラー構造の均質な積分反射率、すなわち入射角に依存しない積分反射率に関して、第２の端子層の厚さが４００ｎｍ以上、有利には５００ｎｍ以上である場合に殊に有利であることが分かった。積分反射率への共振作用の影響を低減することができる。

端子１８において吸収されるビーム出力を不必要に大きくしないために、出力結合面においては端子１８の面積が小さく維持されるべきである。したがってビーム透過性の端子層におけるビーム拡散は半導体ボディのこの側においては顕著な利点をもたらす。

図２は図２Ａ，２Ｂおよび２Ｃに示した概略的な断面図に基づいた本発明による半導体チップの３つの別の実施例を示す。

図２に示されている半導体チップは実質的に図１において同様に示したそれぞれの図面に対応する。すなわち図２Ａは図１Ａに対応し、図２Ｂは図１Ｂに対応し、また図２Ｃは図１Ｃに対応する。図１とは異なり図２による半導体チップ１においては、トンネル接合部８が第１の端子層１２とアクティブ領域３との間において、また殊にアクティブ領域３のミラー層１４側とは反対側に配置されている。

図２による半導体ボディ２は下面５側から見ると、図１において上面４側から見たときの相応の半導体ボディ２と同じ層の順序を有する。したがって図２による半導体ボディは図１の相応の半導体ボディと比較すると逆向きでミラー層に配置されている。

図３は概略的な断面図に基づいた本発明による半導体チップ１を簡略化して示している。半導体チップは実質的に図１および図２と関連させて説明した半導体チップに対応し、ここでは明瞭にするために半導体ボディ２の個々の構成素子ならびにミラー層１４および接続層１６を詳細には示していない。半導体ボディ２を図１および図２に関連させて説明した半導体ボディに従って実施することができる。

例えばボンドパッドとして実施されている面積の小さい端子１８の下方の領域において半導体ボディ２に到達するキャリアにより、アクティブ領域３においてはこの端子の下方でのビーム形成がますます増加する。端子１８の下方において形成されるビーム部分は通常の場合、相当な部分がこの端子において吸収される。

したがって半導体チップ１の出力結合効率を高めるために、アクティブ領域３の端子１８によって覆われている部分におけるビーム形成が所期のように低減されることは有利である。出力結合効率とは半導体ボディにおいて形成されるビーム出力と半導体チップから出力結合されるビーム出力の比であると解される。

このための適切な措置を図４と関連させて詳細に説明する。

図４は図４Ａおよび４Ｂに示した概略的な断面図に基づいた半導体チップ１の２つの別の実施例を示す。これらの図面は実質的に図３の簡略化された図面に対応する。図３とは異なり、チップは端子１８の下方におけるビーム形成が低減されるように構成されている。

図４Ａに示されている半導体チップ１はアクティブ領域３の端子１８側とは反対側に絶縁手段を有し、この絶縁手段は端子１８によって覆われている領域におけるアクティブ領域へのキャリア注入を低減する。

アクティブ領域３の端子１８側とは反対側には電気的な絶縁層１９、例えば窒化ケイ素層が絶縁手段として半導体ボディに取付けられている、殊に析出されている。絶縁層１９は端子１８を有利には完全に覆い、また殊に有利には端子１８に比べて横方向に拡張されている。絶縁層１９は有利にはアクティブ領域３とミラー層１４との間に配置されている。

絶縁層１９を用いることにより端子１８の下方の領域における半導体ボディへのキャリアの注入を低減することができる。これによって端子の下方の領域において形成されるビーム出力、したがって端子１８において吸収されるビーム出力も有利には低減することができる。

絶縁層１９を端子１８の寸法に比べて横方向に拡張することにより、半導体ボディにおける電流拡散に起因する、端子１８の下方の領域へのキャリアの注入を低減することができる。

絶縁層１９は有利には下面５側の第２の端子層１３の切欠部内に配置されている。したがってミラー層１４と、アクティブ領域３の端子１８によって覆われる領域との間の直接的な電流経路はこの絶縁層の領域において遮断される。

この結果アクティブ領域３におけるビーム形成は端子１８によって覆われていない領域に集中する。端子１８において吸収されるビーム出力はこれによって有利には低減される。総じて、第１の端子層１２のアクティブ領域３側とは反対側を介して放出されるビーム出力を高めることができる。

図４Ａと関連させて説明したような下面５側の（埋め込まれた）絶縁手段の形成について択一的または補完的に、図４Ｂに示されているように上面４側においても絶縁手段を形成することができる。

例えば、端子１８の下方においてこの端子１８と半導体ボディ２との間に配置されている絶縁層を介して半導体ボディ２に注入されるキャリアを低減することができる（明示的には示していない）。

端子１８が半導体ボディ２と機械的に直接接触している場合には、端子１８と接している半導体ボディ側の材料を適切に選択することによって、端子１８と半導体ボディ２が機械的に接触している領域におけるキャリア注入を低減することができる。例えば第１の端子層１２に切欠部を設けることができ、この切欠部に端子１８が埋め込まれている。切欠部の端部において、有利には端子層１２の半導体ボディ２側とは反対側において端子１８は端子層１２と殊に直接的に導電的に接続されている。切欠部の底部において端子１８は半導体ボディ２と直接的に接している。

端子１８の下方におけるキャリア注入を低減できるようにするために、例えば半導体ボディ２においてはこの半導体ボディ２において境界をなす材料と共にショットキーバリアを形成する金属を端子１８のために使用することができる。例えば陽子打ち込みのような半導体ボディ２への打ち込みによって、端子１８と半導体ボディ２の接触領域においてこの半導体ボディ２内に高抵抗の領域を形成することも適している。この場合には、キャリアが対向端子から出発して専ら第１の端子層１２を介して半導体ボディ２に到達する。その結果、端子１８を介する半導体ボディへの直接的なキャリア注入は回避される。

図５は概略的な断面図に基づいた半導体チップ１の別の実施例を示す。半導体チップは図１〜図３と関連させて上記において説明した半導体チップに実質的に対応する。

図１〜図３の半導体チップとは異なり、半導体ボディ２には表面構造化部２０が設けられている。有利には表面構造化部２０は上面４側、殊に半導体チップ２のミラー層１４側とは反対側に形成されている。表面構造化部２０によって、半導体ボディから構造化された面側において出力結合されるビーム出力を高めることができる。

例えば粗面として実施することができるこの種の出力結合構造を用いて、半導体ボディ２の構造化された表面における反射、殊に全反射を阻止することができる。この表面のビームの通過が容易になる。

殊に表面構造化部２０をそれぞれの上面側のコンタクト層（図５においてはコンタクト層６に関して示されている）に形成することができる。したがってこれと同時に、このコンタクト層により端子層との良好な電気的なコンタクトが提供され、半導体ボディ２から出力結合されるビーム出力が高められる。この種の出力結合構造を、例えばエッチングにより半導体ボディの表面を粗くすることにより形成することができる。

図６は概略的な断面図に基づいた半導体チップ１の別の実施例を示す。半導体チップは図４Ａおよび図５と関連させて上記において説明した半導体チップに実質的に対応する。

図４Ａおよび図５の半導体チップとは異なり、半導体チップの半導体ボディ２は下面５側に１つまたは複数の切欠部２１を有する。切欠部２１は半導体ボディ２の下面５からアクティブ領域３に向かって延在しているが、有利にはこのアクティブ領域３には進入していない。切欠部２１は有利には斜めに延びる側面を有する。アクティブ領域３から切欠部の側面に入射するビームをこの側面において反射させることができる。切欠部の側面が斜めに構成されていることに基づき、半導体ボディ２におけるビームの反射角度分布を、下面５が平坦に実施されている場合に比べてより広範にばらつかせることができる。したがって半導体ボディからビームが放出される確率は高まる。殊に、それぞれの切欠部２１を絶縁層１９の絶縁材料で充填することができる。さらにはこれと同時に、端子１８の下方におけるアクティブ領域３へのキャリア注入を低減することができる。

半導体ボディ２の端部領域においても、この半導体ボディ２は有利には切欠部２１を有し、この切欠部２１は好適には絶縁材料で充填されている。アクティブ領域３の端部領域においては放射を伴わないキャリアの再結合が生じる危険が極めて高い。端部側における半導体ボディへのキャリア注入を低減することによって、放射を伴わないキャリアの再結合の割合を低減することができ、したがって半導体ボディの効率を高めることができる。

殊に１つまたは複数の切欠部を用いることにより、半導体ボディ内にマイクロプリズム状の構造を形成することができる。

半導体ボディ２は上面４側に出力結合構造化部２０を有し、これは図５に示した半導体チップに対応するものである。

図７は半導体チップ１の実施例を平面図に基づいて上面４側の第１の端子層１２に関して示したものである。端子１８は端子構造として実施されており、この端子構造は端子領域１８０以外にも有利には端部に形成されているフレーム１８１を有する。フレーム１８１は半導体ボディ２の上面４また殊に端子領域を有利には横方向に包囲する。接続ウェブ１８２を介してフレーム１８１は端子領域１８０と導電的に接続されている。半導体ボディにおいて横方向に広範に延在するこの端子構造によって、殊に第１の端子層１２における電流拡散に付加的に、半導体ボディの上面４にわたる横方向の電流拡散を達成することができる。端子領域１８０は有利にはワイヤボンディングのために、すなわちボンディングワイヤとの導電的な接続のために設けられている。さらに端子領域１８０は有利には上面の中央に設けられている。

この種の端子構造を図面と関連させて前述した半導体チップに使用することができる。

切欠きが設けられた、殊に格子状の端子１８の構成に基づき、この切欠き領域、殊に格子の隙間を介する半導体チップからのビーム放出は有利には端子１８における吸収により低減されない。有利には、端子層１２における電流拡散を介して端子構造によって覆われていない領域においてもキャリアは半導体ボディにますます到達することができる。

本発明は実施例に基づく上記の説明に制限されるものではない。むしろ本発明は、あらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。

殊に、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系、Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＮまたはＩｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＡｓ（但し、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１且つｘ＋ｙ≦１であり、有利にはそれぞれｙ≠０、ｙ≠１、ｘ≠０および／またはｘ≠１である）を基礎とする半導体ボディにおいても本発明を使用することができる。

概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な断面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。 概略的な平面図で示した本発明による半導体チップの別の実施例。

Claims (21)

1. ビーム形成に適したアクティブ領域（３）を有する半導体層列を包含する半導体ボディ（２）において、
   前記半導体層列は２つのコンタクト層（６，７）を包含し、該コンタクト層（６，７）の間に前記アクティブ領域（３）が配置されており、前記コンタクト層（６，７）には、前記半導体ボディ（２）上に配置されている端子層（１２，１３）がそれぞれ１つずつ対応付けられており、それぞれの前記端子層（１２，１３）は対応付けられた前記コンタクト層（６，７）と導電的に接続されており、それぞれの前記端子層（１２，１３）は、対応付けられた前記コンタクト層（６，７）の前記アクティブ領域（３）側とは反対側に配置されており、
   前記端子層（１２，１３）は前記アクティブ領域（３）において形成されるビームに対して透過性であり、前記コンタクト層（６，７）は同一の導電型を有することを特徴とする、半導体ボディ（２）。
2. 前記アクティブ領域（３）は前記端子層（１２，１３）間に配置されている、請求項１記載の半導体ボディ。
3. 前記端子層（１２，１３）はビーム透過性且つ導電性の酸化物を含有する、請求項１または２記載の半導体ボディ。
4. 前記端子層（１２，１３）は同一の材料を含有する、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
5. 前記端子層（１２，１３）は酸化亜鉛を含有する、請求項３または４記載の半導体ボディ。
6. 前記端子層（１２，１３）はインジウム錫酸化物を含有する、請求項３または４記載の半導体ボディ。
7. 前記端子層のうちの一方の端子層（１２）は前記コンタクト層のうちの一方のコンタクト層（６）と接しており、前記端子層のうちの他方の端子層（１３）は前記コンタクト層のうちの他方のコンタクト層（７）と接している、請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
8. 前記コンタクト層（６，７）はｐ型に実施されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
9. 前記コンタクト層（６，７）のうちの一方のコンタクト層はＧａＡｓまたはＡｌＧａＡＳを含有するか、前記コンタクト層（６，７）は両方ともＧａＡｓまたはＡｌＧａＡＳを含有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
10. 前記アクティブ領域（３）は材料系Ｉｎ_xＧａ_yＡｌ_1-x-yＰ、但し０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦1且つｘ＋ｙ≦１、からなる材料を含有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
11. 前記端子層（１２，１３）のうちの一方の端子層と前記アクティブ領域（３）との間にトンネル接合部（８）が配置されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
12. 前記トンネル接合部（８）は前記半導体層列内に集積されており、２つのトンネル層（８１，８２）は異なる導電型を有する、請求項１１記載の半導体ボディ。
13. 前記トンネル接合部（８）の前記アクティブ領域（３）側とは反対側のトンネル層（８１，８２）は前記コンタクト層（６，７）のうちのいずれかのコンタクト層として形成されているか、前記トンネル接合部（８）の前記アクティブ領域（３）側とは反対側のトンネル層（８１，８２）は前記コンタクト層と同一の導電型を有する、請求項１１または１２記載の半導体ボディ。
14. 前記端子層のうちの一方の端子層（１３）の前記半導体ボディ（２）側とは反対側にミラー層（１４）が配置されている、請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
15. 前記トンネル接合部（８）は前記ミラー層（１４）と前記アクティブ領域（３）との間に配置されている、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
16. 前記トンネル接合部（８）は前記アクティブ領域（３）の前記ミラー層（１４）側とは反対側に配置されている、請求項１１から１４までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
17. 前記ミラー層（１４）はＡｕを含有する、請求項１０から１５までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
18. 前記半導体ボディは薄膜半導体ボディとして実施されている、請求項１から１７までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
19. 発光ダイオード半導体ボディ（２）として実施されている、請求項１から１８までのいずれか１項記載の半導体ボディ。
20. 請求項１から１９までのいずれか１項記載の半導体ボディ（２）と支持体（１５）とを包含し、前記半導体ボディ（２）は前記支持体（１５）上に配置されていることを特徴とする、半導体チップ。
21. 前記支持体（１５）は半導体層列の成長基板とは異なる、請求項２０記載の半導体チップ。

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