JP5362704B2 - オプトエレクトロニクス半導体ボディおよびその製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体ボディと、オプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法とに関する。
I. Schnitzeret al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) 18 October 1993, pages 2174 - 2176
本発明の目的は、向上した効率もしくは向上した電気特性またはその両方を有するオプトエレクトロニクス半導体ボディを提供することである。
これらの目的は、独立請求項による、オプトエレクトロニクス半導体ボディによって、および、オプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法によって、達成される。
本発明の実施形態および発展形態は、各従属請求項に記載してあり、その開示内容は、以下の説明に援用される。
本発明によるオプトエレクトロニクス半導体ボディは、電磁放射を発生させるに適している活性層が含まれている半導体積層体を有する。
この活性層は、放射を発生させるための、ｐｎ接合、ダブルへテロ構造（double heterostructure）、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。ここで、用語「量子井戸構造」は、量子化の次元（dimensionality of the quantization）についての意味を何ら持たない。したがって、量子井戸構造は、特に、量子井戸、量子細線、量子ドット、およびこれらの構造の任意の組合せを含む。ＭＱＷ構造の例は、特許文献１、特許文献２、特許文献３、および特許文献４に記載されており、これらの開示内容は、本願に援用される。
この半導体ボディは、前側から電磁放射を放出するように設けられている。前側とは反対の後側には、第１の電気接続層および第２の電気接続層が配置されている。これら第１の電気接続層および第２の電気接続層は、分離層によって互いに電気的に絶縁されている。
ここで、「前側とは反対の後側に配置」は、第１の電気接続層または第２の電気接続層の少なくとも一部が、前側から後側の方向において半導体積層体の後続位置に配置されていることを意味する。しかしながら、第１の電気接続層または第２の電気接続層の全体が後側に配置されている必要はない。代わりに、第２の電気接続層の部分領域が、後側から前側の方向に、活性層における貫通開口を通って延在している。ただし、第１の電気接続層、第２の電気接続層、および分離層は、特に後側において、横方向に重なり合うように配置されている。
半導体ボディの一実施形態においては、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方が、活性ゾーンによって後側の方向に放出される電磁放射の一部を前側の方向に反射する。
半導体積層体の、光を放出する前側には、ボンドパッドなどの電気的接触領域が存在せず、これは有利である。この方式においては、動作時に活性ゾーンによって放出される電磁放射の一部が、電気的接触領域によって遮られる、もしくは吸収される、またはその両方となる危険性が低減する。そのような接触領域を半導体積層体の前側に形成する場合に伴う複雑な方法ステップ、例えば、半導体積層体の前面の研磨、電流を拡散させるための金属ウェブ（非常に厚いが幅が小さい）の製造、半導体積層体の領域のうち電気的接触領域の下方の領域への電流の注入を制限する方策、あるいは、例えば、接触領域下方における、例えば、電気絶縁層やショットキー障壁、あるいはイオン注入領域の形成を阻止する方策、を省くことができ、これは有利である。
さらなる発展形態においては、この半導体ボディは、薄膜発光ダイオードチップである。具体的には、この半導体ボディは、後側にキャリア基板を有する。一実施形態においては、第１の電気接続層および第２の電気接続層は、少なくとも一部が、半導体積層体とキャリア基板との間に配置されている。
薄膜発光ダイオードチップは、以下の特性上の特徴のうちの少なくとも１つによって区別される。
− 放射を発生させる半導体積層体（具体的には、放射を発生させるエピタキシャル積層体である）は、キャリア要素（具体的にはキャリア基板）に面している主面を有し、主面上には、半導体積層体において発生する電磁放射の少なくとも一部を反射して半導体積層体に戻す反射層が堆積または形成されている。
− 薄膜発光ダイオードチップが有するキャリア要素は、半導体積層体をエピタキシャル成長させた成長基板ではなく、以降に半導体積層体に載置された別個のキャリア要素である。
− 半導体積層体は、２０μｍ以下の範囲内、特に、１０μｍ以下の範囲内の厚さを有する。
− 半導体積層体には、成長基板が存在しない。本明細書において、「成長基板が存在しない」とは、必要な場合に成長のために使用される成長基板が、半導体積層体から除去されている、または少なくとも大幅に薄くなっていることを意味する。具体的には、成長基板は、単独でもエピタキシャル積層体と一緒でも自身を支持できない程度まで薄くされている。したがって、大幅に薄くなった残りの成長基板は、特に、成長基板として機能するには適していない。
− 半導体積層体は、混合構造（intermixing structure）を有する少なくとも一面を有する少なくとも１つの半導体層を含み、この構造は、理想的な場合、半導体積層体において近似的に光のエルゴード分布につながる、すなわち、この構造は、できる限りエルゴード的確率過程である散乱特性を有する。
− 薄膜発光ダイオードチップが有するキャリア要素は、半導体積層体をエピタキシャル成長させた成長基板ではなく、以降に半導体積層体に載置された別個のキャリア要素である。
− 半導体積層体は、２０μｍ以下の範囲内、特に、１０μｍ以下の範囲内の厚さを有する。
− 半導体積層体には、成長基板が存在しない。本明細書において、「成長基板が存在しない」とは、必要な場合に成長のために使用される成長基板が、半導体積層体から除去されている、または少なくとも大幅に薄くなっていることを意味する。具体的には、成長基板は、単独でもエピタキシャル積層体と一緒でも自身を支持できない程度まで薄くされている。したがって、大幅に薄くなった残りの成長基板は、特に、成長基板として機能するには適していない。
− 半導体積層体は、混合構造（intermixing structure）を有する少なくとも一面を有する少なくとも１つの半導体層を含み、この構造は、理想的な場合、半導体積層体において近似的に光のエルゴード分布につながる、すなわち、この構造は、できる限りエルゴード的確率過程である散乱特性を有する。
薄膜発光ダイオードチップの基本的な原理は、例えば、非特許文献１に記載されており、その開示内容は、本願に援用される。薄膜発光ダイオードチップの例は、特許文献５および特許文献６に記載されており、これらの文書の開示内容も、参照によって本出願に組み込まれるものとする。
薄膜発光ダイオードチップは、十分近似的にランバート面の放射体であり、したがって、ヘッドライト（例えば、自動車のヘッドライト）における用途に特に好適である。
さらなる実施形態においては、半導体ボディは、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方と半導体積層体との間に、少なくとも部分的に、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層（semiconducting or electrically insulating mirror layer）を有する。このミラー層の屈折率は、半導体積層体の層のうち、前側に向かう方向においてミラー層の後続位置にある層、具体的には、ミラー層に隣接している層の屈折率から、例えば１またはそれ以上逸脱している。一実施形態においては、ミラー層は、ＳｉＯ２などの誘電体を含んでいる。さらなる実施形態においては、分離層が、少なくとも部分的に、電気絶縁性ミラー層として形成されている。
発展形態においては、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層は、高い屈折率と低い屈折率とが交互に並ぶ少なくとも一対の層を含んでいる分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ：distributed Bragg reflector）を含んでいる。
一実施形態においては、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層は、半導体積層体の後側における主面の５０％以上を覆っている。さらなる実施形態においては、ミラー層は複数の開口を有し、これらの開口の中に、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方の部分領域が半導体積層体まで延在している。
半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層は、活性ゾーンによって後側の方向に放出される電磁放射を、前側の方向に特に効率的に反射するように、例えば、屈折率の変化による特に高い反射率を有する。第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方の部分領域が内部に延在している複数の開口を有するミラー層によって、動作電流が、特に一様に半導体積層体に印加される。
さらなる実施形態においては、半導体積層体は、後側の近傍に電流拡散層を有する。この電流拡散層は、例えば、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含んでいる。電流印加の一様性が、この電流拡散層によってさらに向上する。
別の実施形態においては、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方は、多層構造を有する。例えば、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方は、接着促進層、反射体層、電流分散層のうちの少なくとも１層を有する。
接着促進層は、半導体積層体の近傍に存在していることが都合がよい。この層は、厚さが１ｎｍ以下、特に、０．５ｎｍ以下であることが好ましい。接着促進層は、例えば、原子もしくは分子またはその両方からなる単層もしくは非閉層（non-closed layer）またはその両方とすることができる。反射体層は、特に、半導体積層体とは反対側の、接着促進層の面の後方に配置されており、特に、半導体積層体に隣接している。
接着促進層は、第１の電気接続層または第２の電気接続層より先行位置にある層上の、特に、半導体積層体の半導体層上の、例えば、電流拡散層または分離層上の、反射体層の接着性を向上させる。反射体層の特性によっては、接着促進層を省くこともできる。
接着促進層は、例えば、白金もしくはチタンまたはその両方を有する。反射体層は、導電性材料、特に、高い反射率を有する金属（例えば、銀）を含んでいる、またはそのような材料から成る。
さらに、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方は、一発展形態においては、電流分散層を有し、この層は、具体的には、特に良好な導電率を有する材料（例えば、金）を含んでいる。
オプトエレクトロニクス半導体ボディのさらなる実施形態においては、第１の電気接続層は、前側から半導体ボディを電気的に接触させるに適している電気的接触領域（例えば、ボンドパッド）を有する。これに加えて、またはこれに代えて、第１の電気接続層は、後側から半導体ボディを電気的に接触させるに適している電気的接触領域を有することができる。同様に、第２の電気接続層は、前側から半導体ボディを電気的に接触させるに適している電気的接触領域もしくは後側から半導体ボディを電気的に接触させるに適している電気的接触領域またはその両方を有することができる。
前側から半導体ボディを電気的に接触させるに適している電気的接触領域は、半導体積層体の側面に配置されていることが都合がよい。この電気的接触領域は、大きな領域として配置することができ、これは有利であり、なぜなら、これらの領域は、半導体ボディからの電磁放射の放出を遮らないためである。したがって、この半導体ボディは、大きな動作電流において使用するのに特に好適である。言い換えれば、この半導体ボディは、通電容量が高いという利点を有する。
接触領域の配置構成は、自由に選択することができ、これは有利である。この半導体ボディは、半導体積層体のｐ側およびｎ側を前側から接触させるように、ｐ側およびｎ側を後側から接触させるように、ｐ側を前側から接触させてｎ側を後側から接続するように、ｎ側を前側から接触させてｐ側を後側から接触させるように、および、ｎ側もしくはｐ側、またはその両方を、前側および後側の両方から接触させるように、設けることができる。ｐ側の接触は第１の電気接続層によって確立され、ｎ側の接触は第２の電気接続層によって確立される、またはこの逆によって確立される。
さらなる実施形態においては、半導体積層体は、前側の近傍に緩衝層を有し、この層は、特に、低い導電率を有する。例えば、緩衝層は、非ドープでありまたはｎ型弱ドープされている。一発展形態においては、緩衝層は、静電放電によって半導体ボディの破壊の危険性を低減するＥＳＤ（静電放電）保護層である。
ここで、低い導電率（例えば、２０（Ωｃｍ）−１以下）を有する緩衝層は、動作電流を活性ゾーンに導くには適していない緩衝層であると理解されたい。一発展形態においては、導電率は、１（Ωｃｍ）−１以下）である。ここでは、ｎ型弱ドープとは、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下のｎ型ドープであるものと理解されたい。
本発明による、オプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法は、以下のステップを有する。
− 電磁放射を発生させるに適している活性層を有し、前側から電磁放射を放出するように設けられている半導体積層体を、成長基板上にエピタキシャル成長させる。
− 半導体積層体の、前側とは反対の後側に、第１の電気接続層を堆積させる。
− 活性層に貫通開口を形成する。
− 半導体積層体の後側に分離層を形成する。
− 半導体積層体の後側に、第２の電気接続層を堆積させる。この場合、第１の電気接続層、第２の電気接続層および分離層は、横方向に重なり合うように形成され、第２の電気接続層の部分領域が貫通開口の内部に形成され、第２の電気接続層は、分離層によって第１の電気接続層から絶縁されている。
− 半導体積層体の、前側とは反対の後側に、第１の電気接続層を堆積させる。
− 活性層に貫通開口を形成する。
− 半導体積層体の後側に分離層を形成する。
− 半導体積層体の後側に、第２の電気接続層を堆積させる。この場合、第１の電気接続層、第２の電気接続層および分離層は、横方向に重なり合うように形成され、第２の電気接続層の部分領域が貫通開口の内部に形成され、第２の電気接続層は、分離層によって第１の電気接続層から絶縁されている。
本方法の一実施形態においては、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方は、反射性の層として形成されている。
本方法のさらなる発展形態においては、半導体積層体を成長させた後、成長基板の少なくとも一部を除去する。成長基板は、第１の電気接続層または第２の電気接続層を堆積させる前、または堆積させた後に除去することができる。例えば、成長基板の一部を、例えばレーザーリフトオフ法によって取り除く。
別の実施形態においては、半導体ボディの後側にキャリア基板を配置または形成する。キャリア基板は、別個のキャリア要素とすることができ、この要素は、例えば、はんだ層または接着層によるはんだ付けステップまたはボンディングステップによって半導体積層体に結合する。代替方法として、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方を、キャリア基板とすることができる。この目的のため、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方を、例えば、電気的に（galvanically）補強する。
本方法の一実施形態においては、半導体積層体の後側に、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層を部分的に形成する。この実施形態の発展形態においては、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層に開口を形成する。この形成は、例えば、ミラー層を堆積させるときにマスクによって行うことができる。代替方法として、ミラー層を堆積させた後に、例えば、リソグラフィー工程によって、あとから開口を形成することができる。第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方は、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方の部分領域がミラー層における開口の内部に延在するように、適切に堆積させる。
本方法の別の実施形態においては、特に、透明導電性酸化物を含んでいる電流拡散層を、半導体積層体の後側に堆積させる。
さらなる実施形態においては、成長基板上に半導体積層体をエピタキシャル成長させるステップは、緩衝層を成長させるステップを含んでいる。この緩衝層は、特に、活性層と成長基板との間に配置されている。この緩衝層は、例えば、低い導電率を有し、非ドープでありまたはｎ型弱ドープされていることが好ましい。本方法の発展形態においては、成長基板を除去することによって緩衝層を露出させる。
以下では、さらなる利点および有利な実施形態について、例示的な実施形態に基づいて、図１〜図８を参照しながら説明する。
例示的な実施形態および図において、類似する構成要素または機能が類似する構成要素は、同じ参照数字によって表してある。原理的には、図と、図に示した要素のサイズの関係は、正しい縮尺ではないものとみなすべきである。個々の要素（例えば、層）は、図をわかりやすく表現して図を良好に理解できるように、箇所によっては大きさあるいは厚さを誇張して描いてある。
図１Ａ〜図１Ｇは、第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法を、この方法のさまざまな段階における概略的な断面図として示している。
最初に、成長基板１上に半導体積層体２をエピタキシャル成長させる（図１Ａを参照）。この半導体積層体２は、例えば、ＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体材料またはＩＩ／ＶＩ族化合物半導体材料をベースとする。半導体積層体２は、ここでは、５μｍ〜７μｍの間の厚さを有する。
ＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体材料は、第ＩＩＩ族の典型元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎなど）からの少なくとも１つの元素と、第Ｖ族の典型元素（例えば、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓなど）からの１つの元素とを有する。具体的には、用語「ＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体材料」は、第ＩＩＩ族の典型元素からの少なくとも１つの元素と、第Ｖ族の典型元素からの少なくとも１つの元素とを含んでいる二元化合物、三元化合物または四元化合物のグループ、特に、窒化物化合物半導体およびリン化物化合物半導体（phosphide compound semiconductor）を含んでいる。このような二元化合物、三元化合物または四元化合物は、例えば、１つまたは複数のドーパントおよび追加の成分を有することもできる。ＩＩＩ／Ｖ族化合物半導体材料としては、例えば、ＩＩＩ族窒化物化合物半導体材料およびＩＩＩ族リン化物化合物半導体材料（ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡＩＰなど）が挙げられる。
これに対して、ＩＩ／ＶＩ族化合物半導体材料は、第ＩＩ族の典型元素からの少なくとも１つの元素（例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ）と、第ＶＩ族の典型元素からの１つの元素（例えば、Ｏ、Ｓ、Ｓｅなど）とを有する。具体的には、ＩＩ／ＶＩ族化合物半導体材料は、第ＩＩ族の典型元素からの少なくとも１つの元素と、第ＶＩ族の典型元素からの少なくとも１つの元素とを含んでいる二元化合物、三元化合物または四元化合物を含んでいる。このような二元化合物、三元化合物または四元化合物は、例えば、１つまたは複数のドーパントおよび追加の成分を有することもできる。ＩＩ／ＶＩ族化合物半導体材料としては、例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＳ、ＣｎＣｄＳ、ＭｇＢｅＯが挙げられる。
半導体積層体２は、ｎ型ドープ層２１（この場合には成長基板１の近傍に配置されている）と、ｐ型ドープ層２２とを有する。この場合には、ｐ型ドープ層２２は、成長基板１とは反対側の半導体積層体２の面に配置されている。ｎ型ドープ層２１とｐ型ドープ層２２の間には、活性ゾーン２３が配置されている。
一実施形態においては、半導体積層体２は、ｎｐｎ積層体として構成されており、この積層体においては、ｐ型ドープ層２２の面のうち、ｎ型ドープ層２１とは反対側の面に、さらなるｎ型ドープ層を形成する。別の実施形態においては、ｐ型ドープ層２２が成長基板１の近傍に配置されており、ｎ型ドープ層２１が成長基板１とは反対側に配置されている。
本方法の一変形形態においては、半導体積層体２を成長させる前に、成長基板１上に緩衝層（図には示していない）を堆積させる、具体的には、エピタキシャル成長させる。この緩衝層は、例えば、成長基板１と、その後に緩衝層上に成長させる半導体積層体の層との間で格子定数の適合をもたらす。都合の良い実施形態においては、緩衝層は、非ドープでありまたはｎ型弱ドープされている。例えば、緩衝層の１つまたは複数のｎ型ドーパントの濃度は、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
非ドープでありまたはｎ型弱ドープされている緩衝層は、半導体ボディの動作電流が横切るには適していない。しかしながら、これは不利な影響をもたらさず、なぜなら、この半導体ボディは、成長基板１を通じて、または、成長基板１に面している半導体積層体２の面から、動作電流が供給されるようには設計されていないためである。そうではなく、完成した半導体ボディにおける緩衝層は、半導体ボディが静電放電によって損傷あるいは破壊される危険性を低減する。
次いで、活性ゾーン２３に少なくとも１つの貫通開口を形成する（図１Ｂを参照）。この目的のため、半導体の層２の第２の主面２０２を起点とする凹部３を、例えば、マスクによるエッチングによって、半導体積層体２に作成する。複数の個別の貫通開口３を形成することが好ましく、この結果として、特に一様な横方向の電流分散が達成され、これは有利である。
凹部３は、半導体積層体２の第２の主面２０２から、この第２の主面２０２とは反対側の第１の主面２０１の方向に延びている。凹部３は、例えば、円筒または楕円形円筒、立方体、円錐、円錐台、角錐、角錐台の形状を有する。これらに代えて、凹部３は、溝の形状を有することもできる。この溝は、本質的に平坦な底面を有することが好ましい。一実施形態においては、溝の断面が、底面から第２の主面２０２に向かうにつれて増大する。
凹部３を形成する前または後に、第２の主面２０２の上に、第１の電気接続層４を堆積させる、例えば、蒸着する。第１の電気接続層４は、反射率の高い材料、特に金属（例えば、銀）を有することが好ましい。第１の電気接続層４は、第１の部分領域および第２の部分領域を有することができ、これらの部分領域の層厚さは互いに異なる。例えば、第１の部分領域は、第２の部分領域よりも小さい層厚さを有する。
次いで、凹部３の表面の一部の上と、第１の電気接続層４の表面の一部の上とに、分離層５を形成する（図１Ｃを参照）。例えば、分離層５は、凹部３の１つまたは複数の環状側壁を、少なくとも部分的に、好ましくは完全に覆っている。分離層５は、凹部３の中において、第２の主面２０２から、少なくとも活性ゾーン２３まで、好ましくは凹部３の底面まで、延在していることが都合がよい。
分離層５は、凹部３の近傍にある、特に、凹部３に隣接している、第１の電気接続層４の側面４０３も、適切に覆っている。さらに、この場合には、分離層５は、第１の電気接続層４の主面４０２を部分的に覆い、この主面４０２は、半導体積層体２から離れている主面である。例えば、分離層５は、第１の電気接続層４の、より薄い第１の部分領域の主面（半導体積層体２とは反対側の面）を覆っている。分離層は、電気絶縁性であるように設計されており、例えば、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、またはＳｉＯＮなどの誘電体を有する、または誘電体から成る。
次いで、図１Ｄに示したように、第２の電気接続層６を形成する。第２の電気接続層６の部分領域は、凹部３の中に配置され、凹部３を完全に満たしていることが好ましい。凹部３の側壁が分離層５によって覆われているため、凹部３の中に配置されている第２の電気接続層６の部分領域に起因する活性ゾーン２３の短絡が起こらない。
半導体積層体２の第２の主面２０２の側から見ると、第２の電気接続層６が第１の電気接続層４を部分的に覆っている。例えば、第２の電気接続層６は、凹部３を起点として、第１の電気接続層４の１つまたは複数の第１の部分領域上を、半導体積層体２の縁部領域に向かって横方向に延在している。第１の電気接続層４と第２の電気接続層６との間で電気的短絡が起こることがないように、第１の電気接続層４と第２の電気接続層６との間には分離層５が配置されている。
次いで、図１Ｅに示したように、成長基板１とは反対側の、半導体積層体２の後側に、第１の電気接続層４および第２の電気接続層６の上のはんだ層または接着層によって、キャリア基板７を付着させる。この配置構成においては、接着層８は低い導電率を有し、特に、接着層８は電気絶縁性である。キャリア基板は、例えば、窒化アルミニウムを有する、または窒化アルミニウムから成る。それ以外の、特に絶縁性であるキャリア基板７（例えば、ガラスキャリア基板）も考えられる。
さらに、接着層の代わりに、導電性のはんだ層によって接続を形成することも考えられる。この変形形態においては、キャリア基板７に面している、第１の電気接続層４もしくは第２の電気接続層６またはその両方の領域上にも分離層５を形成することが都合がよい。
次の方法ステップにおいては（図１Ｆを参照）、成長基板を薄くする、または完全に除去する。このステップは、例えば、レーザーリフトオフ工程（原理は当業者に公知である）によって行うことができる。この目的のため、成長基板１または半導体積層体２は、成長基板１が取り除かれるように、レーザー照射によって照射されたときに分解する犠牲層を有することが好ましい。レーザー照射による照射は、例えば、成長基板１を通じて達成される。
最後に、第１の電気接続層４の電気的接触領域４１および第２の電気接続層６の電気的接触領域６１を露出させる目的で、半導体積層体２を部分的に除去する。この除去は、例えば、エッチング工程によって達成され、ドライエッチング工程および湿式化学エッチング工程のいずれも適している。
本方法の発展形態においては、半導体積層体２の側面と、第１の電気接続層４もしくは第２の電気接続層６またはその両方の側面も、少なくとも部分的に、好ましくは完全に、電気絶縁層５によって覆われている（図１Ｇを参照）。
図１Ｇに示した、第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体ボディは、動作時、活性ゾーン２３によって発生する電磁放射を、キャリア基板７とは反対側の、半導体積層体２の前側の方向に、半導体積層体２の第１の主面２０１を通じて放出するように設けられている。活性ゾーン２３によって、後側の方向に、すなわち、第２の主面２０２の方向に放出される電磁放射は、第１の電気接続層４、第２の電気接続層６、分離層５のうちの少なくとも１つによって、反射されて前側の方向に戻される。
オプトエレクトロニクス半導体ボディを動作させるための動作電流は、第１の電気的接触領域４１および第２の電気的接触領域６１によって前側から半導体積層体に印加される。この配置構成においては、電気的接触領域４１，６１は、半導体積層体２の横に配置されている。
電気的接触領域４１，６１は、前側の方向に放出される電磁放射の光線の経路上に位置しておらず、これは有利である。それと同時に、半導体ボディの動作時に発生する無駄な熱が半導体積層体から特に効率的に放散されるように、電気接続層４，６によって、キャリア基板７との特に良好な熱結合が達成されている。
半導体積層体２のｐ側には、この場合には、第１の電気的接触領域４１および第１の電気接続層４が接触している。ｎ側の接触は、この場合には、第２の電気的接触領域６１および第２の電気接続層６によって達成されている。半導体積層体２のｎ側とｐ側、すなわち具体的には、ｎ型ドープ層２１とｐ型ドープ層２２は、交換することもできる。
図５Ａおよび図５Ｂは、図１Ｇによるオプトエレクトロニクス半導体ボディの前側の概略的な上面図として、活性ゾーン２３を貫いている貫通開口３の形状のさまざまな変形形態を示している。この場合、図を単純に表現するため半導体積層体２は省いてある。
図５Ａに示した変形形態においては、凹部３は、溝の形状を有し、図１Ｇには、図を単純に表現するため、そのうちの１つのみを示してある。この変形形態においては、活性ゾーン２３の貫通開口３の内部に延在している、第２の電気接続層６の部分領域は、細長片形状である。貫通開口３を除けば、第１の電気接続層４は、半導体積層体２の全領域との接触を確立している。
図５Ｂに示した変形形態においては、貫通開口３は、溝形状ではなく、円筒または円錐台の形状を有する。したがって、活性層２３の貫通開口３の内部に延在している、第２の電気接続層６の部分領域も、円形断面を有する。
図５Ａの例示的な実施形態および図５Ｂの例示的な実施形態のいずれにおいても、電気的接触領域４１，６１は細長片形状であり、本質的には半導体ボディの側面長さ全体にわたり延在している。
図２に示した、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第２の例示的な実施形態は、半導体積層体２がその前側に粗面化処理または構造化処理を施されていることにおいて、第１の例示的な実施形態とは異なる。例えば、第１の主面２０１は、角錐状、円錐状、角錐台状、円錐台状のうちの少なくとも１つの突起もしくは窪みまたはその両方によって、構造化処理されている。粗面化処理または構造化処理は、活性ゾーン２３によって放出される電磁放射の拡散体として機能することが好ましい。このような粗面化処理は、粗面化処理が示されていない他の例示的な実施形態の場合にも適している。
第１の例示的な実施形態とのさらなる違いとして、この実施形態の場合には、半導体積層体２がその後側に電流分散層９を有する。電流拡散層９は、透明導電性酸化物（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）あるいはインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ））を有することが好ましい。電流拡散層は、例えば、エピタキシャル成長させた半導体層上に蒸着する。
動作時に第１の電気接続層４によって半導体積層体２に印加される動作電流の一様性は、電流拡散層９によってさらに増大し、これは有利であり、この場合も、このことは他の例示的な実施形態の場合にも適する。この方策は、例えば、ｐ型ドープ層２２が十分な横方向の導電性を持たない場合に適切であることがある。通常、ｎ型ドープ層２１の横方向の導電性は、ｐ型ドープ層２２のそれより高い。したがって、この第２の例示的な実施形態においては、第２の電気接続層６に隣接する電流拡散層が省かれている。
さらに、図２による第２の例示的な実施形態においては、第１の例示的な実施形態とは異なり、第２の電気接続層６が、部分的に第１の電気接続層４の内部に延在している。言い換えれば、オプトエレクトロニクス半導体ボディの前側から後側に向かう方向において、第１の電気接続層４の第１の部分領域の次に、第２の電気接続層６の部分領域が配置され、その後方に、第１の電気接続層４のさらなる部分領域が配置されている。
製造する場合、例えば、第１の電気接続層４の第１の部分領域を半導体積層体に堆積させ、分離層５を形成し、次いで、第２の電気接続層を形成する。ここまでのステップは、具体的には、第１の例示的な実施形態と同様に行われる（図１Ｃおよび図１Ｄを参照）。次いで、第２の電気接続層６にも分離層５を堆積させた後、第２の電気接続層６に続く部分領域を形成することによって、第１の電気接続層４を完成させる。
このような実施形態においては、半導体積層体２から分離層５を介して後側の方向に進行する電磁放射も、少なくとも一部が半導体積層体２に、すなわち前側の方向に反射されて戻り、これは有利である。これにより、半導体ボディの効率がさらに増大する。
図２の例示的な実施形態においては、半導体ボディをその前側から接触させるための第１の電気的接触領域４１を、最後に形成しない。代わりに、第２の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体ボディは、導電性のキャリア基板７を有し、この基板７は、この場合には、第１の電気接続層４の上に、はんだ付け金属（例えば、ＡｕＺｎ）を有するはんだ層８によって、機械的かつ導電的に付着させる。付着層８の材料としては、導電性の接着剤（例えば、銀によって満たされているエポキシ樹脂接着剤）も適する。この半導体ボディは、キャリア基板によって、この配置構成においてはｐ側を、その後側から第１の電気接続層４を介して接触させることができる。第２の電気的接触領域６１は、第１の例示的な実施形態と同様に、前側から接触させるように設けられている。
図３に示した第３の例示的な実施形態においては、第１の電気接続層の代わりに、第２の電気接続層６がキャリア基板７に導電的に接続されている。第１の電気接続層４は、分離層５によって導電性のキャリア基板７から電気的に絶縁されている。
第３の例示的な実施形態によると、第１の電気接続層４および第２の電気接続層６は、それぞれ、反射体層４１０および反射体層６１０と、電流分散層４２０および電流分散層６２０（例えば、金を有する）とを有し、反射体層は、半導体積層体２の近傍に配置され、高い反射率を有する金属（例えば、銀）を含んでいる。
反射体層４１０，６１０によって、電磁放射の特に効率的な反射が達成される。電流分散層４２０，６２０によって、半導体積層体２への動作電流の特に低損失での供給が達成される。
反射体層は、好ましくは５０ｎｍ〜２００ｎｍの間の厚さを有し、特に好ましくは１００ｎｍ〜１４０ｎｍの間の厚さを有する（いずれの場合も境界値を含む）。第１の電気接続層４もしくは第２の電気接続層６、またはその両方は、接着促進層（図には示していない）をさらに有することができる。接着促進層は、例えば、白金またはチタンを有し、例えば、０．１ｎｍの厚さを有する。反射体層４１０，４２０および電流分散層４２０，６２０は、前側から後側に向かう方向において接着促進層の後方に配置することが都合がよい。
この例示的な実施形態においては、別個のキャリア基板７が、分離層５の部分領域と、第２の電気接続層６とに、導電性のはんだ層または接着層８によって付着されている。しかしながら、代替方法として、第２の電気接続層６をキャリア基板７として形成することもできる。この場合、付着層８を省くことができる。機械的に安定し特に自己支持性のキャリア基板７であるように、第２の電気接続層６を、例えば電着によって補強する。この実施形態においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、さらなるキャリア基板７を備えていないことが好ましい。同様に、この実施形態あるいは他の例示的な実施形態の１つにおいて、第１の電気接続層４を補強してキャリア基板７として形成することもできる。
第１の電気接続層４もしくは第２の電気接続層６またはその両方が補強されている、半導体ボディの変形形態においては、２つの接続層のいずれも、前側に接続領域を設ける目的で半導体積層体２を横方向に超えるようにはされていない。この場合、半導体ボディは、その後側に第１の接触領域４１および第２の接触領域６１を適切に有する。この実施形態においては、第１の電気接続層もしくは第２の電気接続層またはその両方を補強するための代替方策として、またはこれに加えて、第１の接触領域４１および第２の接触領域６１をその後側に有するキャリア基板７を、半導体ボディの後側に有することもできる。
第３の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体ボディと、最初の２つの例示的な実施形態による半導体ボディとのさらなる違いは、半導体積層体２が、その後側に、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層１０を有することである。このミラー層１０は、特に、第２の主面２０２に隣接している、または少なくとも第２の主面２０２の近傍に配置されている。
ミラー層は、ＳｉＯ２などの誘電体を含んでいることができる。第２の主面２０２に隣接している、または少なくとも第２の主面２０２の近傍に配置されている、半導体積層体２の層の屈折率と、ミラー層の屈折率とは、具体的には１以上異なっている。この場合には、ミラー層１０は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を備えている。この分布ブラッグ反射器は、高い屈折率と低い屈折率とが交互に並ぶ少なくとも一対の層を有する。誘電体層のブラッグ反射器の原理は当業者には公知であるため、ここではこれ以上詳しく説明しない。ブラッグ反射器は、誘電体層における層の対の代替として、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物の層の対を有することもできる。透明導電性酸化物の層の対を有するブラッグ反射器を備えているミラー層は、半導電性、場合によっては導電性とすることができる。ミラー層１０によって、特に高い反射率が達成される。
例えば、第１の電気接続層４と、第２の電気接続層６と、ミラー層１０（存在時）は、活性層２３によって後側の方向に放出される電磁放射の８０％以上、好ましくは９０％以上、特に好ましくは９５％以上を、前側の方向に反射して戻す。
ミラー層１０は、半導体積層体２の第２の主面２０２の５０％以上を覆っていることが好ましい。ミラー層１０は、中に第１の電気接続層４が延在している１つ以上の開口１１０を有する。開口１１０の領域内においては、第１の電気接続層４が半導体積層体２に導電的に接続されている。ミラー層１０は複数の開口１１０を有することが好ましく、これらの開口は、不規則に、または規則的に（例えば、想像上の格子の格子点に）配置することができる。開口の寸法は比較的小さいことが好ましく、この場合、第１の電気接続層４によって電気的に接触させるためのいわゆる連結型接点（joining contacts）を形成する。
図６は、このような実施形態を半導体ボディの前側の上面図として示しており、この図では、電流分散層９を有する半導体積層体２を省いてある。図６における第２の電気的接触領域６１は、図３とは異なり、半導体ボディの後側に配置されているのではなく、第１の例示的な実施形態と同様に、半導体ボディをその前側から接触させるように設けられている。この配置構成における電気的接触領域４１，６１は、本質的に半導体ボディの側面長さ全体にわたり延在している。
ミラー層１０は複数の開口１１０を有し、この場合には、これらの開口は円形断面を有する。開口１１０は、想像上の方形格子または正方格子の格子点に配置されている。第１の開口１１０の中には、第１の電気接続層４の部分領域が配置されている。第２の電気接続層６の部分領域は、第２の開口１１０の内部に延在している。第１および第２の開口１１０は、各場合において、この配置構成においては列に配置されている。別の配置構成も考えられる。
この例示的な実施形態の発展形態（これは別の実施形態にも適している）においては、分離層５が、特に、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）を有する電気絶縁性ミラー層として、少なくとも部分的に形成されている。例えば、凹部３の中に配置されている、もしくは、凹部３に隣接している、またはその両方である、分離層５の少なくとも一部分は、このように形成されている。
図７および図８には、図３のオプトエレクトロニクス半導体ボディの断面を概略的に示してあり、図を単純に表現するため、電流拡散層９およびミラー層１０は省いてある。
図７は、第１の電気的接触領域４１を有する半導体ボディの縁部領域を示している。この断面図は、図３と比較して１８０度回転しており、したがって、第１の電気的接触領域４１が図７の右手側に配置されている。第１の電気的接触領域４１は、ボンドパッドとして設計されている。半導体ボディの製造時、半導体積層体の縁部領域を除去した後、この目的のため分離層５に開口を形成し、次いで、この開口にボンドパッド４１を堆積させる。
図８は、溝形状の凹部３の概略的な断面を示しており、この凹部３の側壁は分離層５によって覆われている。
図４は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第４の例示的な実施形態を示している。この例示的な実施形態においては、第１〜第３の例示的な実施形態とは異なり、活性ゾーン２３を貫通する貫通開口３が、半導体積層体２の厚さ全体にわたり延在している貫通開口として具体化されている。したがって、貫通開口３は、この配置構成においては、第１の主面２０１から第２の主面２０２まで延在している。したがって、貫通開口は、半導体積層体２における穴または溝となっている。
第１の主面２０１（この場合には粗面化処理されている）の上には、この場合には半導体積層体２の後側に配置されている電流拡散層９に加えて、さらなる電流拡散層９’が配置されている。さらなる電流拡散層９’も、例えば、ＩＴＯなどの透明導電性酸化物を有する。さらなる電流拡散層９’によって、第２の電気接続層６による活性ゾーン２３への動作電流の特に一様な供給が達成される。
第４の例示的な実施形態による半導体ボディも、第３の例示的な実施形態と同様に、ミラー層１０を有する。この場合には、ミラー層１０は、半導体積層体２の第２の主面２０２と第２の電気接続層６との間に、分離層５に代えて、または分離層５に加えて配置されている。
最初の３つの例示的な実施形態においては、第２の電気接続層６は、後側から前側への方向に第１の電気接続層４の部分領域を貫通しているが、第４の例示的な実施形態においては、これとは異なる。第４の例示的な実施形態においては、第１の電気接続層４が、半導体ボディの後側から見たとき、少なくとも部分的に第２の電気接続層６を覆っている。
ここまで、例示的な実施形態を通じて説明してきたが、本発明は、これらの例示的な実施形態に制約されず、任意の新規の特徴と、特徴の任意の組合せ（特に、請求項における特徴の任意の組合せを含む）を備えており、このことは、これらの特徴あるいは組合せ自体が請求項また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、該当するものとする。
本特許出願は、独国特許出願第１０２００７０１９７７３．１号および独国特許出願第１０２００７０２２９４７．１号の優先権を主張し、これらの開示内容は、本願に援用される。
Claims (21)
- 電磁放射を発生させるに適している活性層を有する半導体積層体と、第１の電気接続層および第２の電気接続層と、を備えているオプトエレクトロニクス半導体ボディであって、
− 前記半導体ボディが、前側から電磁放射を放出するように設けられ、
− 前記第１の電気接続層および前記第２の電気接続層が、前記前側とは反対の後側に配置され、分離層によって互いに電気的に絶縁され、
− 前記第１の電気接続層と、前記第２の電気接続層と、前記分離層とが、横方向に重なり合い、
− 前記第２の電気接続層の部分領域が、前記後側から貫通開口を通じて前記前側の方向に前記活性層を貫いており、
− 前記第１の電気接続層が、前記半導体ボディをその前側から電気的に接触させるのに適している電気的接触領域を有する、および／または、前記第２の電気接続層が、前記半導体ボディをその前側から電気的に接触させるのに適している電気的接触領域を有する、
オプトエレクトロニクス半導体ボディ。 - 前側から前記半導体ボディを電気的に接触させるのに適している前記電気的接触領域は、前記半導体積層体の側面に配置されている、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前側から前記半導体ボディを電気的に接触させるのに適している前記電気的接触領域を露出させる目的で、前記半導体積層体は部分的に除去される、請求項１または２のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記第１の電気接続層もしくは前記第２の電気接続層またはその両方が、前記活性ゾーンによって前記後側の方向に放出される前記電磁放射の一部を前記前側の方向に反射する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記第１の電気接続層もしくは前記第２の電気接続層またはその両方と、前記半導体積層体との間に、少なくとも部分的に、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層が配置され、前記半導電性ミラー層または前記電気絶縁性ミラー層が複数の開口を有し、前記第１の電気接続層もしくは前記第２の電気接続層またはその両方が、前記半導体積層体まで前記開口の内部に延在している、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記第１の電気接続層もしくは前記第２の電気接続層またはその両方が、接着促進層、反射体層、電流分散層のうちの少なくとも１層を有する多層構造を備えている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記半導体積層体に成長基板が存在しない、請求項１〜６のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- キャリア基板を自身の後側に有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記半導体積層体が、前記後側の近傍に電流拡散層を有し、前記電流拡散層が透明導電性酸化物を含んでいる、請求項１〜８のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記第１の電気接続層または前記第２の電気接続層が、前記半導体ボディをその後側から電気的に接触させるに適している電気的接触領域を有する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記半導体積層体が、前記前側に配置されている緩衝層を有し、前記緩衝層が、低い導電率を有し、かつ、非ドープでありまたはｎ型弱ドープされている、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記緩衝層は、静電放電によって前記半導体ボディの破壊の危険性を低減するＥＳＤ（静電放電）保護層である、請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記電気的接触領域は、ボンドパッドである、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記貫通開口は、前記半導体積層体の厚さ全体にわたり延在していない、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- 前記活性層を貫く複数の前記貫通開口を有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
- オプトエレクトロニクス半導体ボディを製造する方法であって、
− 電磁放射を発生させるに適している活性層を有し、前側から電磁放射を放出するように設けられている半導体積層体を、成長基板上にエピタキシャル成長させるステップと、
− 前記半導体積層体の後側に第１の電気接続層を堆積させるステップと、
− 前記活性層に貫通開口を形成するステップと、
− 前記半導体積層体の前記後側に分離層を形成するステップと、
− 前記半導体積層体の前記後側に、第２の電気接続層を堆積させるステップと、
を含み、
− 前記第１の電気接続層、前記分離層、および前記第２の電気接続層が、横方向に重なり合うように形成され、
− 前記第２の電気接続層の部分領域が前記貫通開口の内部に形成され、
− 前記第２の電気接続層が、前記分離層によって前記第１の電気接続層から電気的に絶縁されており、
− 前記第１の電気接続層の電気的接触領域が、前記半導体ボディをその前側から電気的に接触させるのに適するように形成されている、および／または、前記第２の電気接続層の電気的接触領域が、前記半導体ボディをその前側から電気的に接触させるのに適するように形成されている、
方法。 - 前側から前記半導体ボディを電気的に接触させるのに適している前記電気的接触領域は、前記半導体積層体の側面に配置されるように形成されている、請求項１６に記載の方法。
- 前側から前記半導体ボディを電気的に接触させるのに適している前記電気的接触領域を露出させる目的で、前記半導体積層体は部分的に除去される、請求項１６または１７のいずれか１項に記載の方法。
- 前記成長基板の少なくとも一部が除去され、前記後側にキャリア基板が配置または形成されている、請求項１６〜１８のいずれか１項に記載の方法。
- − 前記半導体積層体の前記後側に、半導電性ミラー層または電気絶縁性ミラー層が部分的に形成され、
− 前記半導電性ミラー層または前記電気絶縁性ミラー層に複数の開口が形成され、
− 前記第１の電気接続層もしくは前記第２の電気接続層またはその両方が、これらが前記開口の内部に延在するように、堆積されている、
請求項１６〜１９のいずれか１項に記載の方法。 - 前記半導体積層体をエピタキシャル成長させる前記ステップが、低い導電率を有する緩衝層を成長させるステップを含み、前記成長基板の少なくとも一部が除去され、前記成長基板が除去されるときに前記緩衝層が露出する、請求項１６〜２０のいずれか１項に記載の方法。
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