JP5231701B2 - 放射線を発する半導体デバイス及びその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、請求項１、５、８及び４２の上位概念による放射線を発する半導体デバイス並びに請求項３４の上位概念によるその製造方法に関する。
特に、本発明は、炭化ケイ素ベースの成長基板上に設置された窒化物ベースの活性多層構造体を備えた放射線を発する半導体デバイスに関する。
前記の種類の放射線を発する半導体デバイスは、一般に、放射線の発生のために用いる活性層を備えた半導体多層構造体を有し、前記の構造は放射線透過性の支持体上に配置されている。放射線を外部へ放射することは支持体を通して行われる。しかしながら、このデバイスの場合には、生じた放射線が支持体表面上で全反射することにより放射効率は著しく制限される。
長方体形又は立方体形の支持体の場合、全反射された、外部へ放射されない放射線の成分は、支持体の側面と主要面との直行する配置に基づき特に高い。この放射効率の向上は、支持体内に切欠部が形成され、この支持体の側面が有利に支持体の主要面に対して傾斜して配置されていることにより達成することができる。
この場合、優先権の根拠となる特許出願ＤＥ１０００６７３８．７に記載されているような形状が特に有利である。この特許出願の内容は、明確に本願特許出願の内容とされる。
相応するデバイスは図１７に図示されている。図示されたこの半導体デバイスは放射線透過性のウィンドウ１５１を有し、そのウィンドウ上に放射線を生じる多層構造体１５２が設けられている。この場合、ウィンドウ１５１の少なくとも１つの側面は、第１の部分領域１５４が多層構造体１５２の法線に対して傾斜して、凹面状に又は段階状に延び、この部分領域１５４に続いて、多層構造体の法線に対して平行に配置された領域１５５が隣接するように構成されている。さらに、一方でこの多層構造体１５２上に及び他方でこの多層構造体１５２と反対の半導体デバイスの側上に２つのコンタクト面１５３ａ、ｂが構成されている。
本発明の課題は、改善された効率を有する放射線を発する半導体デバイスを製造することである。さらに、本発明の課題は、その製造方法を開発することである。最後に、本発明の課題は、相応する光学素子を開発することである。
前記の課題は、請求項１、５、８もしくは４２による放射線を発する半導体デバイスにより並びに請求項３４による製造方法により解決される。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。
本発明は、外部に放射される放射効率対そのために供給される電力との割合が、効率のために重要であることから出発する。外部へ放射される光学的出力は、デバイスを通して流れる電流の他に外部へ放射される度合に依存する。この外部に放射される度合は、外部に放射される放射線対全体で生じた放射線の割合で表される。電気的出力は流動する電流とデバイスの直列抵抗により決定される。この効率の向上は、従って、特に直列抵抗の低減並びに外部へ放射される度合の向上によって達成することができる。
本発明の場合には、第１の実施態様において、多層構造体と、前記の多層構造体内で放射を生じるために用いる活性層と、第１の主要面及び前記の第１の主要面と反対側の第２の主要面とを有する放射線透過性のウィンドウとを備えた放射線を発する半導体デバイスが形成され、その際、放射線を外部へ発する傾斜する面を形成するために前記のウィンドウ内に少なくとも１つの切欠部が形成されており、ウィンドウ及び／又は切欠部の少なくとも１つの側面はコンタクト面を備えていることが想定される。このコンタクト面はウィンドウの第２の主要面にわたり又はその部分領域にわたって延在しているのが有利である。
コンタクト面のこのような配置によって、接触面から活性層への電流供給路は平均して短縮され、このようにデバイスの直列抵抗は有利に減少する。
この切欠部は、本発明の場合に放射効率の向上のために用いられる。特に、ウィンドウ主要面に対して傾斜している側面によって、この場合、外部への直接的な放射が又は外部への放射を助長する方向への反射が達成される。ウィンドウ内の切欠部とは、例えば図１５に示されているようなウィンドウの第２の主要面内での凹陥部もしくはウィンドウの縁側の切除部であると解釈される。縁側の切除部の場合には、ウィンドウの側面と切欠部とが部分的に重なる。
本発明の場合には、第２のコンタクト面は多層構造体上に設けられているのが有利である。それにより、多層構造体内の活性層付近での電流供給が保証される。この場合、このコンタクト面は十分に放射線透過性に構成されるため、第２のコンタクト面を通過して放射線を外部へ放射することも可能であるのが特に有利である。これは例えば相応して薄いメタライジング層又は適当な透明な導電性の層により達成することができる。
本発明の有利な実施態様において、第１のコンタクト面は鏡面状に仕上げられている。それにより、ウィンドウの内部からコンタクト面に当たる放射線成分は吸収されず、反射されて、その後に外部へ放射することができる。従って放射線透過性のコンタクト面も、鏡面状のコンタクト面も放射効率の向上に寄与する、それというのもこれらのコンタクト面は放射線の外部への放射を直接的に又は間接的に支援するためである。
本発明の第２の実施態様において、多層構造体と、前記多層構造体内の放射線を生じるために用いる活性層と、第１の主要面及び前記の第１の主要面と反対側の第２の主要面を有する放射線透過性のウィンドウとを備えた放射線を発する半導体デバイスが形成され、その際、放射線を外部へ放射する傾斜した面を形成するために、このウィンドウ内に少なくとも１つの切欠部が形成されていることが想定される。この場合、このデバイスは多数の開口を備えた少なくとも１つのコンタクト面を有する。
この場合、ウィンドウ表面の少なくとも１つは少なくとも部分的に第１のコンタクト面を備えており、多層構造体は少なくとも部分的に第２のコンタクト面を備えており、その際、このコンタクト面の少なくとも１つは多数の開口部を有しているのが有利である。
２つのコンタクト面においてそれぞれ多数の開口部を形成することも有利である。
以後、穿孔されたと表されるこのコンタクト面は、薄い放射線透過性のコンタクト面と比較して、特に注入材料、例えばエポキシ樹脂内で高い長期間安定性の利点を有する。さらに、この穿孔されたコンタクト面は、開口部の範囲内で高い透過を示し、かつコンタクト材料で覆われた範囲内では高い反射を示すように形成することができるため、このコンタクト面で吸収及びそれによる放射線の損失は有利にわずかである。
多層構造体上の穿孔されたコンタクト面は、さらに、このコンタクト面が多層構造体を封鎖しないため、製造の際に多層構造体内へ達する例えば水素のようなガスがここから拡散することができるという利点を有する。それにより、このようなガスが多層構造体とコンタクト面との間の界面に集合し、コンタクト面を不活性化し、その結果、接触抵抗もしくは直列抵抗が向上してしまう危険性も減少する。
コンタクト面中の開口部は円形、正方形、長方形、六角形、十字スリットの形で形成するのが有利である。これらの形状は、特に規則的な配列のために適しており、かつ技術的に比較的簡単に製造可能である。有利にこの開口部は密に充填された配置されているが、その間にあるコンタクト面の領域が連続するネットを形成しかつこの領域の幅がデバイス内への電流供給のための必要条件を満たしている必要がある。もちろん、前記の形状は本発明を制限するものではないと解釈される。２つの実施態様における本発明の有利な構成において、切欠部はウィンドウの第２の主要面内での凹陥部の形で形成されている。この場合、有利に包まれるウィンドウ基本形を変更する必要がないため、特に所定のウィンドウ基本形のために設計された製造装置を変更せずにさらに使用することができる。さらに、多数の凹陥部を第２の主要面内に形成することもでき、それにより放射効率はさらに高められる。この形状は、特に大面積の半導体デバイスのために有利である、それというのもチップ面積の増大と共に面積対周囲の長さの割合が増加し、従って縁側よりも面内での凹陥部を多く配置することができるためである。
本発明の有利な実施態様の場合に、第２の主要面内に凹陥部が三角形、台形又は半円形の横断面（第２の主要面に対して垂直な断面）で構成されている。さらに、この横断面は三角形、台形又は半円が継ぎ足された長方形の形を有していてもよい。一般に、切欠部の構成は、主要面に対して直行しないように配置された少なくとも１つの側面を有するのが有利である。
具体的な実施形に応じて、それにより、側面の法線方向に生じる放射線の入射角、及びそれにより全反射される放射線の成分は減少するか又はウィンドウ側面の方向の反射が生じるため、外部への直接的な放射が生じるか又は少なくともさらなる反射の後に外部への放射が生じる。後者の場合には特に凹陥部の側面に当てはまり、この側面は鏡面仕上げされたコンタクト面を備えている。
ウィンドウの第２の主要面内のこの凹陥部は、上記の横断面形を有するトレンチの形で構成されるのが有利である。このような凹陥部は、付形エッジを備えたカッティングブレードを使用して、第２の主要面のからウィンドウに切り込みを入れることにより製造可能である。ウェハ複合体に切り込みを入れる場合には、有利に１回の製造工程において多数のウィンドウを構造化することができる。
また、この凹陥部はエッチングにより形成することもできる。この実施態様の場合には、特に空間的に切り離された、全側面が縁取られた凹陥部の形状を形成することができる。有利に、この場合、ウェハ複合体内で１つの製造工程で複数のウィンドウの構造化も可能である。
本発明の特に有利な実施態様において、放射効率を高める切欠部が第２の主要面の縁部に形成され、かつこのウィンドウは第２の主要面に向かって先細になるように形成される。この切欠部は、切欠部の側面が多層構造の付近で、多層構造体の法線に対して傾斜する第１の部分領域を有し、この部分領域は多層構造体から遠ざかると、多層構造体の法線に対して平行方向に延びる第２の部分領域へ移行するように構成されている。
このウィンドウは第２の領域に相当する断片部は長方体の形で形成されている。有利に、この傾斜する部分領域により放射効率は高められ、残りのウィンドウ領域は長方体の基本形を有し、取付を容易にしている。この場合、特に第２の部分領域の側面はコンタクト面を備えている。このコンタクト面は、側面の第１の部分領域にわたって延在することができ、有利に鏡面に構成されているため、生じた放射線の多層構造の方向への反射により放射効率は高められる。
例えば半導体ボディを区切るために１枚のウェハを成形エッジを備えたカッティングブレードで切り込みを入れ、引き続きこの半導体ボディをウェハの破断により切り離すことにより、有利に前記の構造はわずかな製造コストで成形することができる。破断による切り離しを容易にするために、ウェハに予め切り込みを入れるのが有利である。成形エッジを備えた適当なカッティングブレードを使用する場合、この際に同時に前記のウィンドウ形状を作り出すことができる。このためのさらに有利な実施態様は、ＤＥ１０００６７３８．７に記載されており、この明細書は本発明に特に引用される。
本発明による製造方法は、ウィンドウ層の準備に始まり、このウィンドウ層から後で本来のウィンドウを仕上げる。
このウィンドウ層上に多層構造体に相当する半導体層を設置する。この設置は、有利にエピタキシー又はウェハ張り合わせ法の範囲内で行われる。エピタキシーの場合には、このウィンドウ層は有利にエピタキシー基板と同じである。
ウェハ張り合わせ法の場合には、この半導体層をまず適当な基板上に製造し、引き続きウィンドウ層上に張り合わせる。有利に、ウィンドウ材料として、エピタキシー法に適していない材料を使用することもできる。
次の工程において、このウィンドウ層を切欠部の形成のために適当な方法で構造化する。この構造化は例えば前記したように、ウィンドウ層の切り込み又はエッチングにより行うことができる。この構造化は、複数の、必須ではない相互に連続する工程で実施することもできる。ウィンドウ層を予め構造化し、この製造方法の後の段階で始めて最終的な構造化を行うのが、ウィンドウ層の機械的破断安定性に関して有利である。
他の工程において、コンタクト面をウィンドウ層上に設置する。このコンタクト面は有利にコンタクトメタライジング層として蒸着されるか又はスパッタリングにより形成される。
最終的に半導体デバイスが製造される。
これは、特にウィンドウ層と半導体層とからなる複合体を、ウィンドウ層上に存在する多層構造体を備えた多数のウィンドウ層に切り離すことである。この切り離しは有利に、ウィンドウ層の切り込み及び／又は破断により行う。この製造の範囲内で、多層構造体上に付加的なコンタクト面、例えばコンタクトメタライジング層を設置することもできる。
コンタクトメタライジング層の形成のために通常は蒸発装置が使用され、この蒸発装置から金属蒸気が所定の優先方向で流出する。この場合、ウィンドウ層の蒸着させるべき面を、優先方向に対して傾斜させて配置するのが有利である。従って、ウィンドウ層の第２の主要面への金属蒸気の沈着は、構造化により形成された切欠部の側面上にも達する。
前記した製造工程の順序に関して、次に記載した３つの方法が特別に有利である。第１の有利な方法の場合、ウィンドウ層上にまず半導体層を設置し、その後、このウィンドウ層を構造化し、最終的にコンタクト面の作成のために蒸着させる。特に、半導体層のエピタキシーによる製造の場合に、このために存在する製造装置は変更せずに使用することができる、それというのもエピタキシーの際にウィンドウ層はなお先行技術によるウィンドウ層と差異がないためである。さらに、このウィンドウ層をこの製造方法の最後に始めて構造化するため、先行する工程においてウィンドウ層が破断する危険は比較的少ない。
第２の有利な方法は、ウィンドウ層をまず構造化し、コンタクト面を設置する方法である。次に、半導体層を設置する。この場合、コンタクトメタライジング層の形成のために、所定のコンタクトメタライジング層の焼結のために必要であるような比較的高い温度を適用することができる。この温度は、一般に、この場合に半導体層を損傷するほど高い。製造方法の開始時にコンタクトメタライジング層の形成により、従って、このような損傷は減少される。
この製造方法の第３の有利な方法の場合に、ウィンドウ層の構造化を２つの工程で行う。このために、まずウィンドウ層を、側面上にコンタクト面を形成するために必要な程度に予備的に構造化する。次いで、このコンタクト面を例えば蒸着により形成させる。こうして予備的に構造化されかつコンタクト面を備えたウィンドウ層上に半導体層を設置する。最後に、ウィンドウ層の最終的構造化を行う。有利に、この第２の構造化工程はデバイスの切り離しと関連し、例えばウィンドウ層を付形カッティングブレードで切り込み、次いで破断することにより分断する。構造化されたウィンドウ層の破断の危険性を減少させるために、このウィンドウ層を適当な補助支持体上に取り付けることができる。
本発明の他の特徴、利点及び有効性は図１〜１６との関連で実施例を用いて次の詳説する。
図１は本発明による半導体デバイスの第１の実施例の断面図である。
図２は本発明による半導体デバイスの第２の実施例の断面図である。
図３は本発明による半導体デバイスの第３の実施例の断面図である。
図４は本発明による半導体デバイスの第４の実施例の断面図である。
図５は本発明による半導体デバイスの第５の実施例の断面図である。
図６は本発明による半導体デバイスの第６の実施例の断面図である。
図７は本発明による半導体デバイスの第７の実施例の断面図である。
図８は本発明による半導体デバイスの第８の実施例の断面図である。
図９は本発明による半導体デバイスの第９の実施例の断面図である。
図１０は本発明による半導体デバイスの第１０の実施例の断面図である。
図１１は本発明による半導体デバイスの第１１の実施例の断面図である。
図１２は本発明による半導体デバイスの第１２の実施例の斜視図である。
図１３は本発明による半導体デバイスの第１３の実施例の図である。
図１４は第１の実施例の５つの中間工程の本発明による製造方法を表す図である。
図１５は第２の実施例の６つの中間工程の本発明による製造方法を表す図である。
図１６は本発明による製造方法の実施例における中間工程の実施のための装置を示す図である。
図１７は優先権の根拠となる特許出願ＤＥ１０００６７３８．７による放射線を発する半導体デバイスを示す図である。
図１に示した実施例は、第１の主要面２と第２の主要面３とを備えたウィンドウ１を示す。第２の主要面２上に、運転時に放射線を発する活性層５を備えた多層構造体４が設置され、この活性層５はコンタクトメタライジング層６により覆われている。
このウィンドウ１自体は長方体の形の、断面で長方形の基本形７から形成され、これは周面側に切欠部８を有する。こうして得られたウィンドウ側面１０は、切欠部の側面に相当し、かつ第１の部分領域１０ａを有し、この部分領域はウィンドウの主要面２、３に対して傾斜して配置されており、多層構造体４から大きく離れて、主要面に対して直行する第２の部分領域１０ｂに移行する。
この第２の部分領域１０ｂにおいて、ウィンドウ側面はコンタクトメタライジング層１１を備え、このコンタクトメタライジング層１１はウィンドウ１の第２の主要面３をも覆っている。ウィンドウ側面１０ｂに延びるコンタクト面１１により、活性層からコンタクト面１１までの電流経路１２は平均して短縮され、従ってこのデバイスの直列抵抗は有利に低下する。放射線の外部への放射は、有利にウィンドウ側面の傾斜する領域１０ａ内で行われる。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つは白金、パラジウム、銀、金、ニッケル又はこれらの金属の合金を含有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つが５ｎｍ〜２００ｎｍ、有利に１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つは白金、パラジウム、銀、金、ニッケル又はこれらの金属の合金を含有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つが５ｎｍ〜２００ｎｍ、有利に１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する。
この第２の部分領域１０ｂにおいて、ウィンドウ側面はコンタクトメタライジング層１１を備え、このコンタクトメタライジング層１１はウィンドウ１の第２の主要面３をも覆っている。ウィンドウ側面１０ｂに延びるコンタクト面１１により、活性層からコンタクト面１１までの電流経路１２は平均して短縮され、従ってこのデバイスの直列抵抗は有利に低下する。放射線の外部への放射は、有利にウィンドウ側面の傾斜する領域１０ａ内で行われる。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つは白金、パラジウム、銀、金、ニッケル又はこれらの金属の合金を含有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つが５ｎｍ〜２００ｎｍ、有利に１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つは白金、パラジウム、銀、金、ニッケル又はこれらの金属の合金を含有する。
コンタクト面（６，１１）の少なくとも１つが５ｎｍ〜２００ｎｍ、有利に１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する。
図３中に示された第３の実施例の場合には、前記した実施例とは異なって、切欠部８は第２の主要面３の中心を通過する中央の凹陥部として延在している。このコンタクトメタライジング層１１は完全に第２の主要面３を覆いかつ凹陥部８の側壁を覆うように構成されている。この凹陥部８は活性層までの電流経路１２を短縮し、かつこのデバイスの直列抵抗を減少させる。
放射効率を高めるために、このコンタクトメタライジング層は鏡面に形成することができる。
図４では、第４の実施例が示されており、この第４の実施例において第１の実施例の切欠部と有利に第２の実施例の中央の凹陥部とが組み合わされている。有利に、この直列抵抗は、第３の実施例と同様に電流経路１２の短縮により低減され、この場合、同時に全体のウィンドウ側面は放射線を外部へ放射させる。付加的に、鏡面状のコンタクトメタライジング層１１を備えた中央の凹陥部８に基づき、放射効率は側面から反射により発せられる放射成分１３によって高められる。
図５中に示した第５の実施例の場合には、コンタクトメタライジング層１１がウィンドウ１の第２の主要面内に中央の凹陥部８にわたり、同様にウィンドウ側面１０の部分領域にわたり延在している。第４の実施例と比べて、この直列抵抗はさらに低減され、その際、コンタクトメタライジング層の領域内での放射効率の減少が必然的に生じる。
このパラメータの直列抵抗及び放射効率のウェイトに応じて、第４又は第５の実施例は有利であり、その際、この実施例の間の移行が、ウィンドウ側面上のコンタクトメタライジング層の領域に応じて流動的である。
第２の主要面３内の中央の凹陥部８での反射による放射効率の向上は、多様な種類及び方法によって行うことができる。この可能性はすでに図４中の第４の実施例の範囲内で放射線１３ｃによって示されている。中央の凹陥部８の対頂角が拡大した場合、多層構造体４の方向への反射が増加し、それにより多層構造体４を通して外部へ放射する結果となる。
このことは図６の第６の実施例において、放射線１３ｄによって図示されている。中央の凹陥部８の他は、この実施例は第４の実施例の図４に一致する。それに対して、中央の凹陥部８は図４中の凹陥部よりもさらに深く切り込まれており、五角形の横断面を有し、この横断面は三角形が追加された長方形から構成されている。
この三角形の対頂角はこの場合、図４に示した実施例の対頂角よりも大きく、多層構造体４方向への反射を増加させる。
この場合、金属多層構造体上のコンタクト面６は穿孔されて構成されており、従って、このコンタクト面を通した外部への放射は増大する。
深く切り込まれかつ完全にメタライジングされた切欠部８は、さらに切欠部の底面が金属構造体４に近いため、電流経路１２を特に著しく短縮する。
図７中に示された第７の実施例の場合には、中央の切欠部の対頂角はより小さく選択されている。これは、傾斜するウィンドウ側壁部１０ａの方向への反射を増加させ、それとの関連で、多層構造体４の横側での外部への放射が高められる。この場合でも、多層構造体４上のコンタクト面６は穿孔されて構成されているのが有利である。多様な放射経路が放射線１３を用いて図示されている。
図８に示された第８の実施例の場合に、今までの実施例とは異なるのは、第２の主要面３及び多層構造体４だけがコンタクト面を備えており、その際、多層構造体上のコンタクト面６は穿孔されて構成されている。それにより、側面１０を介した特に高い放射線の外部への放射が達成される。中央の凹陥部８は、その側面の部分で全反射するように構成されている。
図９及び１０に示された実施例の場合には、ウィンドウの側面は部分的に穿孔されたコンタクト面を備えている。それにより、このコンタクト面の範囲内でも、有利に放射線の外部への放射が可能であり、その際、コンタクト面６及び１１の間の間隔の減少により直列抵抗は有利に低下する。図９に示された実施例の場合には、コンタクト面は中央の凹陥部８にわたって延在している。それに対して図１０による実施例の場合には、製造コストの低減のために中央の凹陥部は覆われておらず、放射線１３は中央の凹陥部８の内側で全反射する。
図１１では、今までの実施例と異なり２つの中央の凹陥部８ａ、ｂを有する別の実施例が示されている。この切欠部８ａ、ｂ及びその上に形成されたコンタクトメタライジング層１１は、第６の実施例の形に相当するが、この場合、もちろん他の図示された実施例との組み合わせも同様に可能である。第２の主要面内の凹陥部の多様な配置は、特に大面積の半導体デバイスのために有利である、それというのも多数の切欠部を用いてデバイスの直列抵抗が低減できかつ全体のデバイス面にわたる放射効率を向上できるためである。デバイスの安定性が許す限り、もちろん図示した３つの凹陥部８ａ、ｂより多くの凹陥部を形成することもできる。
有利に、これらの実施例の場合には、ウィンドウ１は炭化ケイ素からなり、その上に窒化ガリウムをベースとする多層構造体が設けられている。炭化ケイ素は、有利に窒化ガリウムをベースとする半導体デバイスのエピタキシー基板として使用される。窒化ガリウムをベースとする材料とは、ＧａＮ自体の他に、ＧａＮから誘導された材料又はそれに類似する材料、特に３成分又は４成分の混晶形、例えばＡｌＧａＮ（Ａｌ1-xＧａｘＮ、０≦ｘ≦１）、ＩｎＧａＮ（Ｉｎ1-xＧａｘＮ、０≦ｘ≦１）、ＩｎＡｌＮ（Ｉｎ1-xＡｌｘＮ、０≦ｘ≦１）及びＡｌＩｎＧａＮ（Ａｌ1-x-yＩｎｘＧａｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）であると解釈される。
このような窒化ガリウムをベースとする素子のエピタキシャルによる製造は、窒化ガリウム−格子に十分に適合した基板が必要であり、このために炭化ケイ素が特に適している。
炭化ケイ素は約２．７の著しく高い屈折率を有するため、全反射損失が相応して高く、もしくは外部への放射が相応して低い。ここで示された実施例は、特に傾斜した側面に基づき有利に放射効率は高められる。ウィンドウの横断面が減少することにより原則として増加したデバイスの直列抵抗は、本発明の場合に有利に側面での引き上げられたコンタクト面によって補償されるかもしくはさらに低下される。鏡面状の、半透明の又は穿孔されたコンタクトメタライジング層の形成は、放射効率をさらに高めることに寄与する。
しかしながら、本発明は窒化ガリウムをベースとする系に限定されるものではなく、同様に他の半導体系、例えばヒ化ガリウム、リン化ガリウム又はセレン化亜鉛をベースとする材料の場合にも適用することができる。この場合でも、生じた放射線の大部分は、多層構造体−ウィンドウ−デバイス内での全反射によって留まり、最終的に吸収されてしまう。
同様に、本発明は前記のウィンドウ材料とは異なるもの、例えば石英ガラス、ダイアモンド、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物又は酸化亜鉛、酸化スズ、酸化インジウム又はリン化ガリウムをベースとする材料に対しても有利である、それというもの原則として全てのこのウィンドウ材料において外部への放射の際に光学的により薄い媒体への移行部が存在し、この場合全反射が生じ、外部への放射はそれに応じて低下してしまうためである。
さらに、本発明は拡大されたか又は他の方法で被覆を備えた半導体ボディもしくはウィンドウについても有利である、それというのも、この被覆は原則として比較的低い屈折率を有するために、この場合でも放射効率は全反射によって低下してしまうためである。
前記の材料からなるウィンドウは、多層構造体を製造した後に多層構造体上へ設けることができる。多層構造体のエピタキシー製造の場合、これは例えば、エピタキシーの後にこのエピタキシャル基板を引き剥がし、それに代えてウィンドウをウェハ張り合わせ法を用いて多層構造体と結合させることによっても可能である。
また、このウィンドウはエピタキシーにより製造した半導体表面上にも設置することができ、その後エピタキシー基板は引き剥がすことができる。この方法は、エピタキシー基板が継続して使用されるという利点を有し、特に高価な材料、例えば炭化ケイ素−基板の場合では明らかなコスト的利点を生じる。
図１２には、５つの中間工程１２ａ〜１２ｅをもちいて、本発明による製造方法の第１の実施例を図示する。
まず、後にウィンドウ１を製造することになるウィンドウ層２０を準備する、図１２ａ。このウィンドウ層２０を例えば炭化ケイ素−基板の形で存在させることができる。
このウィンドウ層２０上に、半導体層２１を設置し、この層は、特に運転時に放射線を生じる活性半導体層を有する。この半導体層２１はこの場合、本発明による半導体デバイスの多層構造体４に相当する。この層は有利にエピタキシャル成長されるか又はウェハ張り合わせ法により設けることができる。エピタキシー法は、有利に製造工程の数を減少させる、それというのも半導体層２１のエピタキシャルによる製造はすでにウィンドウ層２０上に設置されているためである。それに対して、ウェハ張り合わせ法はエピタキシーに適していないが、有利な材料をウィンドウ層のために使用できるという利点を有する。さらに、半導体層の製造の際に使用されたエピタキシー基板を継続使用でき、製造コストを低減させることができる。
半導体層２１の設置の後に、ウィンドウ層２０を構造化する、図１２ｂ。図示された実施例の場合、ウィンドウ層１２は後に切り離すための所定の分離箇所２４に切り込みを入れられる。このカッティングブレードは付形エッジを有しており、この付形エッジがカッティング領域で形成すべき切欠部２３の横断面に対応している。例えば第３の実施例において示されている中央の凹陥部の構成のためには、単にこの切り込みを分離箇所２４の間で行わなければならないだけである。
引き続き構造化されたウィンドウ層２０上に連続するコンタクトメタライジング層２５を形成させる。この工程を次に詳細に説明する。
最終的に、半導体層２１とウィンドウ層２０とからなるこの複合体を、分離箇所２４で破断することにより個々の半導体デバイスに切り離し、その際、ウィンドウ層２０の部分はウィンドウ１を形成し、かつその上に設置された半導体層２１の部分が多層構造体４を形成する。
図１３中には、本発明による製造方法の第２の実施例が示されている。同様に、この方法はウィンドウ層２０の準備から始まる、図１３ａ。このウィンドウ層２０は第１の主要面２６を有し、この面は半導体層を設置するようになっている。ウィンドウ層の第２の主要面２７上に構造化を行う。
引き続き、ウィンドウ層２０を半導体層２１の設置の前に予め構造化する、図１３ｂ。
このために、所定の分離箇所２４でウィンドウ層２０の第２の主要面２７に切り込みを入れ、その結果、長方形の横断面を有する多数の切欠部２３が生じる。この切り込みの深さもしくは切欠部２３の深さは、コンタクト面と解釈すべき側面がちょうど露出するように選択される。
さらに深い構造化は、この製造方法の後の工程で始めて行われるため、このウィンドウ層の機械的安定性は予め十分に維持される。
こうして形成された切欠部２３及び第２の主要面の残留する領域には、連続するコンタクトメタライジング層２５が設けられる。ウィンドウ層２０上にはまだ半導体層が存在しないため、コンタクトメタライジング層２５は有利に、前記の実施例における温度よりも本質的に高い温度で作成することができる。これは、例えば、同様にデバイスの直列抵抗を有利に低下させるコンタクトメタライジング層の焼結を簡素化もしくは可能とする。
次の工程では、前記した実施例の場合と同様に、活性層２４を有する半導体層２１を、ウィンドウ層２の第１の主要面２６上に設置する。コンタクトメタライジング層２５はすでに形成されているため、特に敏感な半導体構造体、例えば比較的高い温度で品質低下してしまう僅かな層厚を有する多重量子井戸−構造体を形成することができる。
さらなる構造化工程を行うことができ、その際に、すでにウィンドウ層２０の行われている構造化が完了される。この場合、すでに形成された切欠部２３はもう一度切り込みを入れることによりより深くなり、例えば放射線の外部への放射を高めるためにウィンドウ層内に傾斜する側面を形成することによりさらに付形される。
さらに、半導体層２１も個々の多層構造体４の形に分割される。半導体層２１の構造化のために、公知のマスク技術を用いるエッチング工程が適している。
最後の工程で図１３ｆはウィンドウ層及び多層構造体からの所定の実施例と同様に個別化される。
記載された製造方法の場合には、構造化された面、例えば図１２における面２７及びその中に形成された切欠部２３は一体的なコンタクト面を設ける必要がある。この構造化された面は多数の角度で接続した個々の面から構成されおり、それにより１つのコンタクト面の形成は困難である。コンタクトメタライジング層を設置するための適当な装置は、図１４に記載されている。この装置は、金属蒸発源３０を有し、この蒸発源から優先方向を有する金属蒸気３２が生じる。金属蒸発源３０として、例えばターゲット及びターゲットに向かう電子ビームを備えた電子ビーム蒸発装置を用いることができる。
ウィンドウ層２０は蒸着すべき面が蒸発源３０に向けられ、その際、蒸着すべき面は金属蒸発源３２の優先方向に対して斜めに配置される。それにより、金属蒸気３２は主要面２７上にも切欠部２３の内側にも堆積する。切欠部内の蒸着された領域は、主に前方に突き出た縁部の陰により決定される。蒸着源の優先方向に対して蒸着すべき面の傾斜に応じて、切欠部２３内の金属層が形成される深さが変化する。
図１５において本発明の他の実施例の斜視図を表し、この場合、ウィンドウは放射線の外部への放射を高めるためにウィンドウ側面に傾斜する領域１０ａを有している。さらに、この多層構造体４は穿孔されたコンタクト面６を備えており、このコンタクト面６は多数の円形の開口部１４を有している。
このコンタクト面自体は、例えば厚い鏡面状の白金又はパラジウムコンタクト層として構成されていてもよく、その際この厚さは有利に１０ｎｍ〜３０ｎｍである。
また、このコンタクト層６はより薄く構成されていてもよく、その結果、このコンタクト層６は放射線透過性である。
有利に、生じた放射線は開口部１４を通過して及びコンタクト層を通して外部へ放射される。
図１６では、穿孔されたコンタクト面を備えた本発明の実施例の平面図が示されている。図１６ａに示した実施例の場合には、コンタクト面６中の開口部は円形に形成されている。また、この開口部は例えば図１６ｂに示されたように十字状に形成されていてもよい。開口部は有利に密に充填して配置されている。その間に存在するコンタクト面の領域が狭くなりすぎず、かつデバイス内への電流供給が悪化させないために、図１６ｂの十字型の開口部は、ウェブ幅ａよりも開口部の相互の間隔が少なくならないように配置されている。
開口部１４の直径及び開口部１４のウェブ幅は有利に、電流の拡がりにより活性層内での十分に均質な電流密度が生じるように設計される。
図示した実施例を用いた本発明の説明は、もちろんこの実施例に本発明を限定するものではない。
Claims (22)
- 放射線を発する活性層（５）を有する多層構造体（４）と、
放射線透過性のウィンドウ（１）とを備え、
前記ウィンドウ（１）は、前記多層構造体（４）の、半導体デバイスの主要放射方向とは反対側にだけ配置されており、
少なくとも１つの側壁（１０）を有し、
前記側壁（１０）は、前記多層構造体（４）に対して垂直の半導体ボディ中心軸に対して傾斜、凹面状又は段階状に延びる第１の側壁部（１０ａ）を有し、
前記第１の側壁部（１０ａ）は、前記多層構造体（４）から背面側までのさらなる延長方向で見て、前記多層構造体（４）に対して垂直の、つまり前記中心軸に対して平行に延びる第２の側壁部（１０ｂ）に移行し、当該第２の側壁部（１０ｂ）を有するウィンドウ（１）の部分は、半導体デバイスのための取付けソケットを形成している、放射線を発する半導体デバイスにおいて、
前記多層構造体（４）が少なくとも部分的にコンタクト面（６）を備えており、前記コンタクト面（６）は、多数の開口部（１４）を有することを特徴とする放射線を発する半導体デバイス。
- 前記ウィンドウ（１）は、多層構造体（４）の成長のために利用される成長基板から製造されている、請求項１記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記ウィンドウ（１）の材料の屈折率は、前記多層構造体（４）の材料の屈折率よりも大きい、請求項１又は２記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記ウィンドウ（１）の材料の屈折率は、活性層（５）の材料の屈折率よりも大きい、請求項１から３いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記ウィンドウ（１）が炭化ケイ素からなるか又は炭化ケイ素をベースとし、かつ前記多層構造体（４）は窒化物をベースとする半導体材料から製造されている、請求項１から４いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記多層構造体（４）は窒化ガリウム−ベースの半導体材料から製造されている、請求項５記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記多層構造体（４）が、Ａｌ1-xＧａxＮ、０≦ｘ≦１、Ｉｎ1-xＧａxＮ、０≦ｘ≦１、Ｉｎ1-xＡｌxＮ、０≦ｘ≦１及びＡｌ1-x-yＩｎxＧａyＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１の化合物の少なくとも１つを有する、請求項６記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 前記ウィンドウ（１）の全ての側面が第１の側壁部（１０ａ）及び第２の側壁部（１０ｂ）を有している、請求項１から７いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 第１の側壁部（１０ａ）は平坦な傾斜面であり、該傾斜面は前記中心軸との間で２０°乃至３０°の角度をなす、請求項１から８いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 半導体デバイスが長方体形のラテラルな横断面を有し、ウィンドウ層（１）の４つの全ての側面が平坦な傾斜する第１の側壁部（１０ａ）を有し、かつ多層構造体（４）の辺の長さ対取付ソケットの辺の長さの比率が１．５乃至２である、請求項５から９いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 少なくとも第１の側壁部（１０ａ）は粗面化されている、請求項１から１０いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 開口部（１４）が円形、長方形、正方形、六角形又は十字状に形成されている、請求項１から１１いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 開口部（１４）がコンタクト面（６）の少なくとも部分領域に規則的に配置されている、請求項１から１２いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- 開口部（１４）が十字状に形成されており、かつコンタクト面（６，１１）の少なくとも部分領域において最大充填密度で配置されており、その際、開口部（１４）の間の間隔が前記十字状の開口部のウェブ幅を下回らない、請求項１から１３いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- コンタクト面（６）は鏡面状のコンタクトメタライジング層として形成されている、請求項１から１４いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- コンタクト面（６）は放射線透過性に形成されている、請求項１から１５いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- コンタクト面（６，１１）は銀、金、ニッケル、白金又はパラジウム、又はこれらの金属の合金を含有する、請求項１から１６いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- コンタクト面（６）が５ｎｍ乃至２００ｎｍの厚さを有する、請求項１から１７いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
- コンタクト面（６）が１０ｎｍ乃至１００ｎｍの厚さを有する、請求項１から１８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１から１９いずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイスを備えた放射線を発する光学素子において、この光学素子が傾斜する側壁又は放物線状の側壁を備えたリフレクタウェルを有し、前記のリフレクタウェル内に前記の半導体デバイスは、そのウィンドウ層がリフレクタウェル底部に向けられて取り付けられていることを特徴とする、放射線を発する光学素子。
- リフレクタウェルの側壁が反射を向上させる材料で被覆されている、請求項２０記載の放射線を発する光学素子。
- 半導体デバイスから背後に発せられる放射線が傾斜する側壁によって活性層に向かう１つの同じ方向で最も広範囲に上方へ反射するようにリフレクタウェルの側壁が構成されている、請求項２０又は２１記載の放射線を発する光学素子。
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