JP2013516749A - オプトエレクトロニクス半導体チップおよびＡｌＧａＮをベースとする中間層の使用 - Google Patents

Abstract

オプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）の少なくとも一実施形態において、このチップは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする半導体積層体（１）、を備えている。半導体積層体（１）は、ｐ型にドープされた積層体（２）と、ｎ型にドープされた積層体（４）と、これらｐ型にドープされた積層体（２）とｎ型にドープされた積層体（４）との間の活性ゾーン（３）と、を含んでいる。半導体積層体（１）は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１））をベースとする少なくとも１層の中間層（５）を備えている。中間層（５）は、活性ゾーン（３）を基準としてｎ型にドープされた積層体（４）と同じ側にあり、低い粘性の液体に関する中間層（５）の固有の薬液浸透性が、中間層（５）に隣接する半導体積層体（１）の領域の固有の薬液浸透性よりも低い。

Description

ＡｌＧａＮをベースとする中間層を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップを開示する。さらには、ＡｌＧａＮをベースとする中間層の使用を開示する。

本発明の目的は、薬液に対する高い不浸透性を有するオプトエレクトロニクス半導体チップを開示することである。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体チップは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする、特にエピタキシャル成長させた半導体積層体、を備えている。「ベースとする」とは、半導体積層体が、これらの材料の少なくとも１種類を主成分として含んでいる、またはこれらのうち少なくとも１種類の材料からなることを意味する。この場合、半導体積層体が比較的少量のさらなる物質（特にドーパント）を含むことは、この条件に該当しない。

本半導体チップの少なくとも一実施形態によると、半導体積層体は、ｐ型にドープされた積層体と、ｎ型にドープされた積層体と、これらｐ型にドープされた積層体とｎ型にドープされた積層体との間に位置する活性ゾーンと、を備えている。この場合、用語「積層体」には、物理特性に関して均一である１層のみを備えた積層体も含まれる。「層」とは、特に、半導体積層体の成長方向に垂直な方向に、半導体積層体全体にわたり、または半導体積層体の大部分（例えば８０％以上）にわたり延在する領域を意味するものと理解されたい。したがって、層は、半導体積層体の領域であって、平面状であり、成長方向に垂直な向きにあり、かつ固有の物理特性（例えば固有の材料組成）を有する領域、とすることができる。互いに異なる層または領域は、成長方向に平行な方向における急激な遷移によって、互いに分けることができる。「急激な遷移」とは、特に、層または領域の間の、物理特性（例えば材料組成）に関する遷移領域が、製造公差の範囲内で形成されている、もしくは、結晶構造の最大で５つの単分子層、特に、最大で２つの単分子層である、またはその両方であることを意味する。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、活性ゾーンは、半導体チップの動作時、紫外線、可視光、近赤外線のうちの少なくとも１つのスペクトル領域の電磁放射を生成するように設計されている。特に、半導体チップの動作時に活性ゾーンによって生成される放射の主波長は、３８０ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲内（両端値を含む）である。主波長とは、活性ゾーンにおいて生成される放射の強度（スペクトル幅１ｎｍあたりの強度）が最大である波長である。さらには、活性ゾーンにおいて生成され半導体チップによって放出される放射は、インコヒーレントな放射であることが好ましい。言い換えれば、半導体チップは、レーザダイオードまたはスーパールミネセンスダイオードとしてではなく、発光ダイオードとして構成されている。

本半導体チップの少なくとも一実施形態によると、半導体積層体は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮをベースとする中間層を備えている。この場合、ｘは、０より大きく１より小さい。言い換えれば、中間層は、ＧａＮをベースとする層であって、Ｇａの格子位置の特定の割合がＡｌ原子によって占有されている。中間層は、活性ゾーンを基準としてｎ型にドープされた積層体と同じ側に位置する。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層、または複数の中間層のうちの１層は、ドープされていない。「ドープされていない」とは、特に、ドーパント濃度が５×１０^１６／ｃｍ^３未満であることを意味する。この場合、中間層は、ｎ型にドープされた積層体に直接隣接していることができる。言い換えれば、中間層の材料は、ｎ型にドープされた積層体のｎ型ドープ材料に直接接触している。中間層は、半導体積層体の中の位置として、成長方向に平行な方向において自身が半導体積層体の境界領域を形成しない位置にあることが好ましい。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層、または複数の中間層のうちの少なくとも１層は、ｎ型にドープされた積層体の中に位置しており、自身もｎ型にドープされている。ｎ型にドープされた積層体の中に中間層が位置しているとは、中間層がその両側の面において、ｎ型にドープされた積層体のさらなるｎ型ドープ領域に隣接していることを意味する。したがって、中間層は、成長方向に平行な方向において、ｎ型にドープされた積層体の境界領域を形成していない。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層の固有の薬剤浸透性（specific chemical permeability）は、中間層に隣接する半導体積層体の領域または層の固有の薬剤浸透性よりも小さい。特に、少なくとも１層の中間層の固有の薬剤浸透性は、半導体積層体全体、またはｎ型にドープされた積層体全体中で最小である。固有の薬剤浸透性とは、特に低い粘性の液体に対する浸透性であって、層の固有の幾何学的厚さおよび固有の時間長における浸透性を意味する。低い粘性とは、液体の粘性が最大で２．５ｍＰａｓであることを意味する。特に、中間層を分解させることのない薬液または薬剤を意味するものと理解されたい。一例として、中間層は、特に半導体積層体の残りの部分と比較して、薬液（例えば硝酸）に対して不浸透性である。同様に、中間層は、蒸気に対して不浸透性であることが好ましい。さらには、中間層は、金属（例えば銀）の拡散を阻止することが好ましく、または、中間層は、拡散によって金属が浸透しない、あるいは半導体積層体の別の層と比較して浸透される程度が小さい。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体チップは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする、好ましくはエピタキシャル成長させた半導体積層体、を備えている。半導体積層体は、ｐ型にドープされた積層体と、ｎ型にドープされた積層体と、電磁放射を生成するための活性ゾーンであって、ｐ型にドープされた積層体とｎ型にドープされた積層体との間に位置する活性ゾーンと、を備えている。さらには、半導体積層体は、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）をベースとする、ドープされていない、またはｎ型にドープされた少なくとも１層の中間層、を備えている。中間層は、半導体積層体の中に位置していることが好ましく、特に、低い粘性を有する液体に対する固有の薬剤浸透性は、中間層に隣接する半導体積層体の領域または層の固有の薬剤浸透性よりも小さい。

このような中間層を使用することによって、薬液（例えば硝酸）に対する半導体積層体の浸透性を効果的に減少させることができる。結果として、製造時の高い歩留りと、半導体チップの高い信頼性とを達成することができる。薬液または蒸気に対する、半導体積層体の層の浸透性は、例えば転位（例えばいわゆる貫通転位）に起因するものであり、転位によって半導体材料内に溝や穴が形成されうる。例えば、割れは転位線である。中間層のＡｌＧａＮは、割れや穴の中に堆積する、あるいは割れや穴に結合し、結果として、割れ、穴、転位の核の大きさを低減することができる。

本半導体チップの少なくとも一実施形態によると、ｎ型にドープされた積層体の層または半導体積層体の層のうち、中間層に隣接する層は、中間層の主延在方向を横切る方向に延びる割れもしくは穴またはその両方を有する。割れもしくは穴またはその両方の、横方向（すなわち半導体積層体の成長方向に垂直な方向）に沿った横方向の大きさは、ナノメートルまたはマイクロメートルのオーダーである。割れまたは穴の横方向の大きさは、例えば、最大で２５ｎｍ、最大で５０ｎｍ、最大で０．１０μｍ、最大で０．２５μｍ、または最大で０．４０μｍである。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層は、割れもしくは穴またはその両方の少なくとも一部分をふさいでいる。言い換えれば、中間層は、割れもしくは穴またはその両方の少なくとも一部分を完全に覆っている。特に、中間層は、活性ゾーンから遠ざかる方向、もしくは活性ゾーンに向かう方向、またはこの両方向に、割れまたは穴の中に延びる突出部を有する。突出部（中間層と同じ材料によって形成されていることが好ましい）は、部分的に、割れまたは穴が形成されている層の材料に物理的に直接接触している。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層は、割れもしくは穴またはその両方の直径もしくは横方向の大きさまたはその両方を低減する。すなわち、割れもしくは穴またはその両方の少なくとも一部分、例えば割れもしくは穴またはその両方の８０％以上、９５％以上、または９９％以上が、成長方向に沿って見たとき中間層の下流において、中間層の上流におけるよりも小さい。「小さい」とは、割れもしくは穴またはその両方が、中間層によって完全に覆われている、遮られている、または途中で切れている状態を含む。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、割れもしくは穴またはその両方は、成長方向に沿って見たとき、少なくとも一部分が中間層の下流にさらに延びている。言い換えれば、中間層は、薬液の浸透に対して、割れや穴をふさぐことができるが、結晶格子中の欠陥としての割れもしくは穴またはその両方が完全に排除されるわけではなく、割れや穴の少なくとも一部は中間層の両側に存在する。一例として、成長方向に見たとき中間層のすぐ下流における穴の数は、中間層のすぐ上流における穴の数の少なくとも５０％、少なくとも７５％、または少なくとも９０％、もしくは、最大で９０％、または最大で９５％、あるいはこれらの両方である。割れまたは転位線に関しては、中間層によって、これらを完全に排除する、またはその数を少なくとも５０％、少なくとも７５％、または少なくとも９０％減少させることが可能である。

オプトエレクトロニクス半導体チップ（特に発光ダイオード）における半導体積層体は、例えばサファイア基板の上にエピタキシャル成長させる。成長時には、成長させる半導体材料中に、特に、穴が発生することがある。同様に、レーザリフトオフ法（成長後の完成した半導体積層体を基板から除去する）を行うとき、特に、割れが発生することがある。除去する前に基板に面していた半導体積層体の境界領域における割れや穴は、例えば、レーザリフトオフ法自体において、あるいは例えば湿式エッチングによって粗面を形成するときに、割れや穴の少なくとも一部が半導体積層体の境界領域に達して表面に現れることがある。

これらの表面に現れた割れや穴を介して、以降の工程ステップにおいて薬液が半導体積層体を通って浸入することがあり、特に、成長基板とは反対側の半導体積層体の面またはめっきスルーホールにすでに形成されているミラー（例えば銀のミラー）を腐食させる。このようなミラーの損傷によって、光取り出し効率が低下する。さらには、割れや穴は、半導体積層体中の欠陥でもあり、活性ゾーンにおいて放射を生成するときの効率も低下させる。同様に、割れや穴によって、半導体チップの電流−電圧特性における小電流時の問題（small-current problems）も発生しうる。

エピタキシャル成長時（例えばいわゆるＭＯＶＰＥ工程時）、結晶表面におけるＡｌ原子は、Ｇａ原子よりも移動性が小さいため、ＡｌＧａＮ層は、純粋なＧａＮ層と比較して、成長時において表面モフォロジに関して平滑化の効果を有し得る。したがって、ＡｌＧａＮ層は、ファセット成長に対する反応性がＧａＮ層よりも大幅に小さく、結果として、ＧａＮの結晶中に存在しうる穴、割れ、溝を、このようなＡｌＧａＮ層によってふさぐ、または大きさを減少させることができる。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層、または複数の中間層のうちの１層は、２×１０^１８／ｃｍ^３〜５×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）のドーパント濃度、好ましくは４×１０^１８／ｃｍ^３〜３×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）のドーパント濃度、特に、６×１０^１８／ｃｍ^３〜２×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）のドーパント濃度によって、ドープされている。ドーピングは、例えばＳｉ原子によって行われている。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、Ａｌ原子によって占有されているＧａの格子位置の割合ｘは、０．０３〜０．２の範囲内（両端値を含む）、または０．０３〜０．５の範囲内（両端値を含む）、好ましくは０．０７〜０．１３の範囲内（両端値を含む）、例えば約０．１の値を有する。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層は、５ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内（両端値を含む）、または１５ｎｍ〜２００ｎｍの範囲内（両端値を含む）、特に、２５ｎｍ〜１００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の厚さを有する。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層、または複数の中間層のうちの１層、または複数の中間層のうちの少なくとも１層は、中断のない連続的な層である。言い換えれば、中間層には、成長方向に垂直な方向において、開口および孔（perforations）が意図的には形成されていない。したがって、中間層は、成長方向に垂直な方向に、半導体積層体全体にわたり延在しており、意図的な中断は形成されていない。ただし、中間層が中断のない連続的な層であるという条件において、半導体積層体の結晶格子中の欠陥（例えば割れや穴）によって、意図しない小さい開口が中間層に形成されることは、これに該当しない。言い換えれば、割れおよび穴のすべてが中間層によってふさがれるわけではない。しかしながら、このような意図しない開口は発生しないことが好ましい。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、中間層、特に、半導体積層体に形成されている２層の中間層のうちの１層、もしくは活性ゾーン、またはこれらの両方を、少なくとも１つの電気めっきスルーホールまたはビアが貫いている。この場合、半導体チップに通電するための電気コンタクト接続部すべてを活性ゾーンの一方の側のみに位置させることが可能である。言い換えれば、半導体チップを、いわゆるフリップチップとして形成することができる。

特にこの実施形態においては、半導体積層体の外側境界領域から、例えばめっきスルーホールにおけるミラーまでの距離は、比較的小さく、例えば約２μｍである。このような小さい距離の場合、半導体積層体中の割れや穴が外側境界領域からミラーまで達する確率は、特に高く、特に、半導体積層体をレーザリフトオフ法によって基板から分離するときと、外側境界領域において半導体積層体に粗面を形成するときにも高まる。すなわち、特に半導体積層体が比較的薄く、めっきスルーホールを有する場合、少なくとも１層の中間層を使用することによって、製造時の歩留りが特に大きく向上する。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、ＡｌＧａＮをベースとする中間層は、その両側の面において、Ａｌ含有量がゼロまたは大きくないＧａＮ層に隣接している。これらのＧａＮ層の少なくとも一方は、好ましくは、中間層よりも高濃度にドープされており、例えば電流拡散層として具体化されている。これらのＧａＮ層のもう一方は、中間層の少なくとも１／２以下の低いドーパント濃度を有することができる。

本オプトエレクトロニクス半導体チップの少なくとも一実施形態によると、オプトエレクトロニクス半導体チップは、１層または２層の中間層を備えている。この場合、中間層と同じ材料組成を有するさらなる層が、半導体積層体中に存在しないことが好ましい。特に、中間層は、いわゆる超格子の一部ではない。

さらには、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａｎ、ＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする半導体積層体中の溝、割れ、穴をふさぐ層として、ＡｌＧａＮをベースとする、ドープされていない、またはｎ型にドープされた中間層の使用、を開示する。この中間層は、上に記載した例示的な実施形態のうちの１つまたは複数に開示されているように形成することができる。したがって、オプトエレクトロニクス半導体チップの特徴は、中間層の使用に関してもあてはまり、逆も同様である。

以下では、本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップについて、例示的な実施形態に基づき、図面を参照しながらさらに詳しく説明する。この場合、個々の図面において、同じ要素には同じ参照数字を付してある。しかしながら、要素の互いの関係は必ずしも正しい縮尺ではない。むしろ、深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張した大きさで示してある。

本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 発光ダイオードチップの概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。 発光ダイオードチップの概略的な断面図を示している。 本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な実施形態の概略的な断面図を示している。

図１は、オプトエレクトロニクス半導体チップ１００の例示的な実施形態を示している。半導体チップ１００は、特に、動作時にインコヒーレントな放射を放出する発光ダイオードである。

半導体積層体１は、成長基板１１の上にエピタキシャル成長させたものである。半導体積層体１は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする。半導体積層体１の合計厚さＧは、例えば、１．０μｍ〜１０μｍの範囲内（両端値を含む）、特に、１．５μｍ〜７．０μｍの範囲内（両端値を含む）、特に、約５μｍ〜６μｍである。

成長基板１１のすぐ後ろに、ドープされていないＧａＮ層１５が位置している。このドープされていない層１５は、例えば、３００ｎｍ〜４００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の厚さを有する。成長基板１１とは反対側の、ドープされていない層１５の面には、ｎ型にドープされた部分層１７が形成されており、この部分層１７は、半導体積層体１のｎ型にドープされた積層体４の一部分である。層１５および層１７の一方のみを設けることも可能である。

成長基板１１とは反対側の、ｎ型にドープされた積層体４の面には、活性ゾーン３が位置しており、その後ろに、ｐ型にドープされた積層体２が続いている。ｎ型にドープされた積層体４と、ｐ型にドープされた積層体２との間に配置されている活性ゾーン３は、特に、所望の次元の少なくとも１つの量子井戸構造、好ましくは複数の量子井戸構造を有する。動作時、活性ゾーンにおいて、一例として、紫外線、青色光、または緑色光が生成される。

ｎ型にドープされた積層体４は、中間層５を備えている。中間層５は、ｎ型にドープされた積層体４の中、部分層１７とｎ型にドープされた電流拡散層７（ｎ型にドープされた積層体４の一部である）との間に位置している。言い換えれば、中間層５は、成長基板１１と活性ゾーン３のいずれとも直接には接触していない。したがって、ドープされていない層１５もしくは部分層１７またはその両方の最小厚さは、少なくとも次の条件が満たされるように決められる。すなわち、これらの層１５，１７の少なくとも一方によって成長基板１１が実質的に完全に覆われ、かつ成長基板１１とは反対側の層１５，１７の面が実質的に平坦に形成されるように、決められる。

中間層５の厚さＴは、好ましくは１５ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）、特に、２５ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内（両端値を含む）である。中間層５は、ＡｌＧａＮをベースとしており、この場合、純粋なＧａＮと比較して、ガリウムの格子位置の３％〜２０％の範囲内（両端値を含む）、特に、約１０％の割合が、アルミニウム原子によって占有されている。この例示的な実施形態においては、中間層のドーパント濃度は、好ましくは４×１０^１８／ｃｍ^３〜５×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）、特に、６×１０^１８／ｃｍ^３〜２×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）である。ドーパントは、例えばシリコンである。中間層５は、連続的な閉じた層である。言い換えれば、中間層５には、開口および孔のいずれも意図的には形成されていない。

半導体積層体１のバッファ層６は、部分層１７と、中間層５と、電流拡散層７とによって形成されており、ｎ型にドープされた積層体４を備えている。バッファ層６の厚さは、例えば、３００ｎｍ〜６μｍの範囲内（両端値を含む）、好ましくは５００ｎｍ〜１．８μｍの範囲内（両端値を含む）である。バッファ層６の厚さは、ｐ型にドープされた積層体２（図１による例示的な実施形態では１層のみによって形成されている）の厚さよりも大きく、好ましくは少なくとも１０倍、または少なくとも２０倍である。

図２による半導体チップ１００の例示的な実施形態は、例えば、図１による半導体チップ１００の発展形態である。活性ゾーン３とは反対側の、ｐ型にドープされた積層体２の面２０に、ｐ型コンタクト層１２ｐが形成されている。ｐ型コンタクト層１２ｐは、特に、１層または複数の金属層によって形成されており、活性ゾーン３において生成される放射に対するミラー１６を構成している、またはミラー１６を備えている。活性ゾーン３とは反対側のｐ型コンタクト層１２ｐの面には、キャリア９が結合されており、半導体チップ１００を機械的に支えている。キャリア９の厚さは、４０μｍ〜６００μｍの範囲内（両端値を含む）であることが好ましい。キャリア９により、いわゆるピックアンドプレイス工程（pick-and-place process）によって半導体チップ１００を扱うことが可能になる。

ｎ型にドープされた積層体４の部分層１７には、活性ゾーン３とは反対側の面４０に、例えばエッチングによって、粗面８が形成されている。粗面８は、中間層５には達していない。粗面８を形成する結果として、図１による、ドープされていない層１５を完全に除去することが可能である。粗面８によって、半導体チップ１００からの放射の取り出し効率を高めることができる。粗面８の平均粗さは、好ましくは０．４μｍ〜４．０μｍの範囲内（両端値を含む）、特に、０．５μｍ〜１．５μｍの範囲内（両端値を含む）である。さらには、粗面８が形成されている面４０に、ｎ型コンタクト接続部１２ｎが形成されている。このｎ型コンタクト接続部１２ｎは、特に、１層または複数の金属層、もしくは透明導電性酸化物（transparent conductive oxide）、またはその両方によって、形成されている。特に、ｎ型コンタクト接続部１２ｎは、いわゆるボンディングパッドである。したがって、図２によると、電流フローは中間層５を介して達成され、したがって、中間層５を導電性として（すなわち、特にｎ型にドープされるように）具体化する必要がある。

図２による半導体チップ１００は、図１による半導体チップ１００から、以下のように製造することができる。成長基板１１の上に半導体積層体１００を成長させた後、ｐ型コンタクト接続部１２ｐを設け、次いで、このｐ型コンタクト接続部１２ｐの上にキャリア９を結合する。その後、半導体積層体１およびキャリア９から、特にレーザリフトオフ法によって成長基板１１を除去する。この場合、ｎ型にドープされた積層体４のうち、成長基板１１の近くに位置する薄い領域（具体的には、ドープされていない層１５の一部）を分解させる。半導体積層体１から成長基板１１を除去した後、ｎ型にドープされた積層体４の部分層１７の面４０に、特にエッチングによって、粗面８を形成する。

図３による半導体チップ１００の例示的な実施形態においては、ｎ型コンタクト接続部１２ｎとｐ型コンタクト接続部１２ｐとが、活性ゾーン３の同じ側に配置されている。この構造が可能であるのは、特に、めっきスルーホール１０が、ｎ型コンタクト接続部１２ｎを起点として、ｐ型にドープされた積層体２および活性ゾーン３を貫いて、ｎ型にドープされた積層体４の方に形成されていることによる。めっきスルーホール１０は、１種類または複数種類の金属によって形成することができる。ｎ型コンタクト接続部１２ｎ（キャリア９とｐ型コンタクト層１２ｐとの間に形成されている）と、ｎ型にドープされた積層体４の電流拡散層７との間の直接的な電気接続が、めっきスルーホール１０を介して形成されている。

ｎ型コンタクト接続部１２ｎおよびめっきスルーホール１０は、活性ゾーン３と、ｐ型にドープされた積層体２と、ｐ型コンタクト接続部１２ｐとから、電気絶縁層１３によって隔てられており、電気絶縁層１３は、例えば、透明な材料（例：二酸化ケイ素、窒化ケイ素）によって形成されている。この例示的な実施形態においては、ｐ型コンタクト接続部１２ｐは、動作時に活性ゾーン３において生成される放射に対するミラー１６ａの役割も果たし、放射は粗面８を介して半導体チップ１００から取り出される。

粗面８の側の、めっきスルーホール１０の面には、さらなるミラー１６ｂ（例えば銀のミラー）が設けられていることが好ましい。記載した形態のバリエーションとして、ミラー１６ｂが、絶縁層１３とめっきスルーホール１０との間に部分的または完全に延在していることも可能である。

したがって、この例示的な実施形態によると、活性ゾーン３への通電は中間層５を介して行われない。結果として、中間層５は、ドープせずに、５％〜５０％の範囲内（両端値を含む）の高いＡｌ含有量を有する、または、ＡｌＮをベースとする、あるいはＡｌＮからなる層とすることができる。

図４による例示的な実施形態においては、半導体チップ１００の半導体積層体１は、２層の中間層５を備えている。これら２層の中間層５の間には、高濃度にｎ型にドープされた電流拡散層７が配置されている。電流拡散層７は、中間層５のようにＡｌＧａＮをベースとするのではなく、例えばＧａＮをベースとしており、好ましくは少なくとも５×１０^１８／ｃｍ^３の高いドーパント濃度を有する。電流拡散層７は、２層の中間層５に直接隣接していることが好ましい。図４による半導体チップ１００のそれ以外の構造は、図１による例示的な実施形態と同じである。

図５による半導体チップ１００は、図４による半導体チップ１００の発展形態であり、図１と図２の関係と同様である。ｎ型コンタクト接続部１２ｎからｐ型コンタクト接続部１２ｐへの電流フローが２層の中間層５を介して達成されるため、これらの中間層５は、ドープされた導電性の層として具体化されている。

図６による半導体チップ１００の例示的な実施形態においては、中間層５ｂは、めっきスルーホール１０が貫いており、中間層５ａは、図１〜図５による中間層５と同様に中断のない連続的な層である。めっきスルーホール１０は、ｎ型コンタクト接続部１２ｎを電流拡散層７に直接的に導電接続している。この例示的な実施形態においては、めっきスルーホール１０が貫いている中間層５ｂは、めっきスルーホール１０の切取り部をエッチングする際の終端を検出する役割を果たすことができる。電流フローは中間層５ａを介さないため、中間層５ａは、ドープする、またはドープしないことができる。

他の例示的な実施形態すべてにおいても、中間層５，５ａ，５ｂと、電流拡散層７と、ドープされていない層１５もしくは部分層１７またはその両方とが、バッファ層６の一部を形成していることが可能である。

図７Ａおよび図７Ｂは、中間層を備えていない発光ダイオードチップを示している。割れ１４もしくは穴１４またはその両方は、成長基板１１の上に半導体積層体１を成長させるとき、ドープされていない層１５またはｎ型にドープされた積層体４（図７によると１層によって形成されている）と、成長基板１１との間の界面に形成される、あるいは、成長時、またはレーザリフトオフ法を行うときに、半導体積層体１の中に形成される（図７Ａを参照）。半導体積層体１から、例えばレーザリフトオフ法によって成長基板１１を分離すると、割れ１４や穴１４の一部分が表面に現れる（図７Ｂを参照）。

割れ１４や穴１４の一部は、ｎ型にドープされた積層体４の面４０からｐ型コンタクト接続部１２ｐに達する。以降の方法ステップ（例えばｎ型にドープされた積層体４に粗面を形成する方法ステップ）において、薬液（例えば硝酸、水酸化カリウム溶液）は、これらの割れ１４や穴１４を介して、半導体積層体１を通ってｐ型コンタクト接続部１２ｐに達しうる、すなわち半導体積層体１を完全に浸透することがある。

例えば、これらの薬剤の結果として、ｐ型コンタクト接続部１２ｐ（好ましくはミラー１６，１６ａとして具体化されている）が腐食または損傷し、その結果として、ｐ型コンタクト接続部１２ｐの反射率が下がり、半導体チップからの放射の取り出し効率が低下することがある。めっきスルーホール１０におけるミラー１６ｂが損傷する危険性は（図３および図６を参照）、ミラー１６ｂと粗面８との間の距離が小さいため、さらに高い。

図８は、中間層５を有する半導体チップ１００の例示的な実施形態を示しており、半導体積層体１から成長基板１１を分離した後の状態である。記載した形態のバリエーションとして、層１５および層１７のうちの一方のみを設けることも可能である。図８による半導体積層体１においても、ｎ型にドープされた積層体４の面４０からｐ型コンタクト接続部１２ｐの方に、割れ１４や穴１４が延び、例えばレーザリフトオフ法の結果として、分離された成長基板１１の側の面４０に現れる。

しかしながら、図８によると、面４０から活性ゾーン３の方に延びている割れ１４や穴１４のすべて、または少なくとも一部が、中間層５によって覆われて閉じられている。この場合、半導体積層体１または中間層５を成長させるとき、中間層５の突出部５０が活性ゾーン３から成長基板１１の方に延びる。突出部５０は、中間層５と同じ材料によって形成されている。したがって、突出部５０は、割れ１４や穴１４の少なくとも一部の中に栓のように入り込み、半導体積層体１の成長方向に垂直な方向には、割れ１４や穴１４の横方向の境界領域の少なくとも一部分に直接結合される。同様に、割れ１４や穴１４の少なくとも一部を突出部５０の材料によって完全に満たすことも可能である。

したがって、中間層５は、割れ１４や穴１４に対して一種の栓または蓋となる層として使用されている。これが可能であるのは、特に、中間層５および突出部５０が、ＧａＮではなくＡｌＧａＮによって形成されているためである。表面におけるエピタキシャル成長時、アルミニウム原子は、ガリウム原子よりも移動性が小さい。これにより、割れ１４や穴１４を閉じて、その一部分に入り込むことができる。

さらに半導体積層体１をエピタキシャル成長させるとき、割れ１４や穴１４（例えば、成長基板１１とは反対側の、ｎ型にドープされた積層体の面４０から、ｐ型コンタクト接続部１２ｐに達する）が発生しうるが、活性ゾーン３とは反対側の層１５，１７の面から、ｐ型コンタクト接続部１２ｐまたはミラー１６ｂ（図３および図６）まで途切れずに連続的に延びる割れ１４や穴１４は存在しない。結果として、以降の工程ステップ時、特に、低い粘性の薬液が使用される工程時に、ミラー１６，１６ａ，１６ｂ、あるいは、めっきスルーホール１０またはコンタクト接続部１２ｎ，１２ｐのそれ以外の材料（例えば、Ａｌ、ＷＮ、Ｔｉ）は、損傷を受けない。特に、半導体積層体１の粗面８または外側境界領域とミラー１６，１６ａ，１６ｂとの間の距離が特に小さいとき、特に、図３および図６による例示的な実施形態の場合、割れ１４や穴１４を中間層５によってふさぐ効果は重要である。

図９は、半導体チップ１００のさらなる例示的な実施形態を、断面図および対応する平面図として示しており、平面図は、例えばボンディングワイヤのためのコンタクト領域１８を有する放射通過面を示している。それぞれの半導体チップ１００は、複数のめっきスルーホール１０およびミラー１６ｂ（断面図には示していない）を備えている（図３および図６を参照）。したがってそれぞれの場合において、めっきスルーホール１０およびミラー１６ｂは、ｐ型導電積層体２から電流拡散層７（それぞれ約１．１μｍの厚さを有する）の中まで達している。

中間層５は、図９Ａによると約６０ｎｍの厚さを有し、図９Ｂによると約３０ｎｍの厚さを有する。それぞれの場合において、ｎ型にドープされた層１７は、約１．３μｍの厚さを有する。図９Ｃによると、それぞれ約３０ｎｍの厚さを有する２層の中間層５ａ，５ｂの間に、電流拡散層７が配置されている。したがってそれぞれの場合において、活性ゾーン３とは反対側の電流拡散層７の面に、少なくとも１層の中間層５，５ａ，５ｂが存在する。放射通過面の平面図は、ミラー１６ｂの反射率が低下しておらず、したがって損傷していないことを示している。特に、放射の５０％以上または８０％以上が、放射通過面を通って半導体チップ１００から放出される。

図１０Ａおよび図１０Ｂによる発光ダイオードチップの場合には、それぞれの図において、中間層５は、電流拡散層７と活性ゾーン３との間に位置している。したがって、ミラー１６ｂと放射通過面との間には中間層が存在しない。結果として、例えば、放射通過面に粗面を形成するとき、ミラー１６ｂが薬液にさらされて損傷し（陰影によって示してある）、したがってミラー１６ｂの反射率が低下する。

半導体チップ１００の例示的な実施形態においては、中間層５を備えた半導体積層体１は、単純化した断面図として示してあり、特に、電気コンタクトを描いてない。半導体積層体１における割れ１４や穴１４は、中間層５によって直径が減少している、または中間層５の領域において、中間層５の材料によって完全に覆われている、または遮られている。

したがって、割れ１４や穴１４は、半導体積層体の成長方向に沿って見たとき、中間層５の下流よりも中間層５の上流において大きい。さらには、割れ１４や穴１４が延びる方向を、中間層５によって変化させることができる。結果として、薬液、蒸気、金属の拡散のうちの少なくとも１つに対して、割れ１４や穴１４がふさがれる。

しかしながら、中間層５によって、半導体積層体１の結晶格子中の割れ１４や穴１４が排除されるわけではなく、半導体積層体１の成長方向に沿って見たとき、中間層５の下流に続いている。言い換えれば、割れ１４や穴１４の数は、中間層５によって大幅には減少しないことがある。しかしながら、中間層１４の両側にほぼ同じ数の割れ１４や穴１４が残っていても、中間層５の材料によって割れ１４や穴１４は薬剤に対して不浸透性になっている。

ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。

関連出願
本特許出願は、独国特許出願第１０２００９０６０７４９．８号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。

Claims (14)

1. ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとする、エピタキシャル成長した半導体積層体（１）、を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）であって、前記半導体積層体（１）が、
   − ｐ型にドープされた積層体（２）と、
   − ｎ型にドープされた積層体（４）と、
   − 電磁放射を生成する目的で設けられている活性ゾーン（３）であって、前記ｐ型にドープされた積層体（２）と前記ｎ型にドープされた積層体（４）との間に位置している、活性ゾーン（３）と、
   − Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１））をベースとする少なくとも１層の中間層（５）であって、前記活性ゾーン（３）を基準として前記ｎ型にドープされた積層体（４）と同じ側に位置している、中間層（５）と、
   を備えており、
   以下の関係、すなわち、
   − 前記中間層（５）が、前記半導体積層体（１）の層のうち前記中間層（５）に隣接する層（４，７，１５，１７）、における割れ（１４）もしくは穴（１４）またはその両方の中に延びる突出部（５０）、を有し、前記突出部（５０）が、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の境界領域に少なくとも部分的に直接接触しており、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の少なくとも一部またはすべてが、前記中間層（５）によって完全に覆われている、もしくは、
   − 前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の大きさが、前記半導体積層体（１）の成長方向に沿って、前記中間層（５）によって減少し、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の少なくとも一部が、前記中間層（５）の両側に延びている、
   の少なくとも一方があてはまる、
   オプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
2. 特に液体に対する、前記中間層（５）の固有の薬剤浸透性が、前記半導体積層体（１）の層のうち前記中間層（５）に隣接する層（４，７，１５，１７）、におけるよりも小さい、もしくは、
   前記中間層（５）が薬液に対して不浸透性である、
   またはその両方である、
   請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
3. 前記中間層（５）、または複数の前記中間層（５）のうちの１層のドーパント濃度が、４×１０^１８／ｃｍ^３〜５×１０^１９／ｃｍ^３の範囲内（両端値を含む）であり、ドーパントがＳｉである、
   請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
4. 前記中間層（５）、または複数の前記中間層（５）のうちの１層が、ドープされていない、
   請求項１から請求項３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
5. ０．０３≦ｘ≦０．５が成り立ち、
   １層または２層の前記中間層（５）を備えている、
   請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
6. 前記中間層（５）が、１５ｎｍ〜２５０ｎｍの範囲内（両端値を含む）の厚さ（Ｔ）を有する、
   請求項１から請求項５のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
7. 前記中間層（５）、または複数の前記中間層（５）のうちの少なくとも１層が、中断のない連続的な層である、
   請求項１から請求項６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
8. 前記ｎ型にドープされた積層体（４）の、ＧａＮをベースとする電流拡散層（７）であって、少なくとも５×１０^１８／ｃｍ^３のドーパント濃度でｎ型にドープされている、前記電流拡散層（７）が、２層の前記中間層（５）の間に位置しており、前記中間層（５）に直接隣接している、
   請求項１から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
9. 前記活性ゾーン（３）を基準として前記ｎ型にドープされた積層体（４）と同じ側、前記活性ゾーン（３）とは反対側の前記半導体積層体（１）の面（４０）が、０．４μｍ〜４．０μｍの範囲内（両端値を含む）の平均粗さを有する粗面（８）を有する、
   請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
10. 前記活性ゾーン（３）を電気めっきスルーホール（１０）が貫いている、
    請求項１から請求項９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
11. 電気めっきスルーホール（１０）が、前記中間層（５）のうちの１層を貫いており、前記中間層（５）のさらなる１層が、中断されておらず連続的である、
    請求項１から請求項１０のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
12. 前記半導体積層体（１）の合計厚さ（Ｇ）が、１．０μｍ〜１０．０μｍの範囲内（両端値を含む）である、
    請求項１から請求項１１のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
13. 前記半導体チップ（１００）に通電するための電気コンタクト接続部（１２）すべてが、前記活性ゾーン（３）とは反対側の、前記ｐ型にドープされた積層体（２）の面（２０）、に位置している、
    請求項１から請求項１２のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１００）。
14. ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮのうちの少なくとも１種類をベースとするエピタキシャル成長した半導体積層体（１）において、前記半導体積層体（１）の層のうち中間層（５）に隣接する層（４，７，１５，１７）、における割れ（１４）もしくは穴（１４）またはその両方をふさぐ層として、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０．０３≦ｘ≦１）をベースとする前記中間層（５）の使用であって、
    前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の、横方向の大きさが、最大で０．４０μｍであり、
    以下の関係、すなわち、
    − 前記隣接する層（４，７，１５，１７）の前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の中に、前記中間層（５）の突出部（５０）が延びており、前記突出部（５０）が、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の横方向の境界領域に少なくとも部分的に直接接触しており、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の少なくとも一部またはすべてが、前記中間層（５）によって完全に覆われている、もしくは、
    − 前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の大きさが、前記半導体積層体（１）の成長方向に沿って、前記中間層（５）によって減少しており、前記割れ（１４）もしくは前記穴（１４）またはその両方の少なくとも一部が、前記中間層（５）の両側に延びている、
    の少なくとも一方があてはまる、
    中間層（５）の使用。
    

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