JP5623074B2 - 光電子半導体部品 - Google Patents
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Description
光電子半導体部品について、詳述する。
光電子半導体部品及びその製造方法が、文献ＤＥ１９６４０５９４、及び文献ＵＳ２００５／０２４７９５０に記載されている。
達成すべき１つの目的は、特にライフタイムの長い光電子半導体部品について詳述することにある。また、他の目的は、特に高い効率を有する光電子半導体部品について詳述することにある。また、他の目的は、そのような光電子半導体部品を製造するための方法について詳述することにある。
ここに記載される光電子半導体部品は、例えば発光ダイオード、すなわちＬＥＤ（Light Emitting Diode）、又はレーザーダイオードである。特に光電子半導体部品は、ＲＣＬＥＤ（Resonant Cavity Light Emitting Diode）、又はＶＣＳＥＬ（Vertical Cavity Surface Emitting Laser）にも、なり得る。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子部品は、キャリア基板を有する。光電子半導体部品の機能層は、機械的に、しっかりとキャリア基板に接続される。なお、この機能層は、放射を起こす（励起する）ための活性層を含む光電子半導体部品の部品構造である。また、キャリア基板を介して、電気的な接触が、光電子部品の部品構造で成されることもあり得る。好ましくは、この場合のキャリア基板は、光電子半導体部品の部品構造がエピタキシャルに堆積された成長基板ではない方がよい。むしろ、この場合のキャリア基板は、製造後に部品構造が適用される基板、有用層（useful layer）を適用する基板、又は適用後に部品構造がエピタキシャルに堆積される基板の方がよい。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品は、キャリア基板と光電子半導体部品の部品構造との間の付着（adhesion）に介在する中間層を有する。中間層は、例えばキャリア基板が部品構造に接着されることによって、ボンディング層となり得る。さらに、中間層は、キャリア基板を有用層に機械的に接続することができる。そして、部品構造は、キャリア基板から離れた有用層の一側に、エピタキシャル成長することができる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品は、放射を起こすための活性層を持つ部品構造を有する。活性層は、青色又は紫外線又は両方のスペクトル範囲の電磁放射を起こすのに適していることが好ましい。この目的のため、活性層に、複数の半導体層を含ませてもよい。例えば活性層に、ｐｎ接続、ヘテロ構造、又は単量子井戸構造（single quantum well structure）もしくは多重量子井戸構造（multiple quantum well structure）もしくはその両方などを含ませてもよい。量子井戸構造には、特に、閉じ込めの結果として、注入キャリア（charge carriers）が、エネルギー状態の量子化をすることのできるいずれの構造も、含まれる。量子井戸構造の指定は、量子化の次元を特定するものではない。したがって、量子井戸構造には、とりわけ、量子細線（quantum wires）、量子ドット（quantum dots）、又はそれらの構造の組合せも、含まれる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品は、キャリア基板と、キャリア基板と光電子半導体部品の部品構造との間の付着に介在する中間層と、を有する。部品構造は、放射を起こすための活性層を含む。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品は、有用層を有する。有用層は、中間層によって、キャリア基板に接続される。部品構造は、キャリア基板から離れた有用層の一側に、エピタキシャル成長される。すなわち、活性層を持つ部品構造は、成長方向において有用層に続く。有用層は、特に低転位密度（low dislocation density）を有するＧａＮからなることが好ましい。この場合、転位密度は、好ましくは１０８／ｃｍ２以下、特に好ましくは１０７／ｃｍ２以下である方がよい。換言すれば、有用層は、例えば高質、低欠陥の、ＧａＮのような半導体材料から構成される。対照的に、キャリア基板は、より費用効果の高い材料、例えば高欠陥ＧａＮにより、形成することができる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、有用層は、キャリア基板から離れた分離領域を有する。有用層は、例えば分離領域に沿って、より厚い有用基板から、解放される。分離領域は、平坦化され、一面にエピタキシャル成長されることが好ましい。部品構造は、例えばこの平坦化された分離領域にエピタキシャルに堆積される。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、電気的に絶縁される。この目的のため、中間層を、シリコン窒化膜もしくはシリコン酸化膜からなるもの、又はこれらの材料の少なくとも１つを含むもの、とすることができる。この場合の中間層は、例えば次の材料、すなわちＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、の少なくとも１つを含む。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、少なくとも１つの酸化物、窒化物、又はこれらに代えてもしくは加えて、次の要素、すなわちＳｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｈｆ、Ｎｂ、Ｚｒ、Ｓｃ、Ｔａ、Ｇａ、Ｚｎ、Ｙ、Ｂ、Ｔｉ、の少なくとも１つのフッ化物を含む。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、酸素を含む混合物からなる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、有用層の材料よりも低い屈折率を有する。また、中間層は、活性層で生じる電磁放射のためのミラー（鏡面）を形成し得る。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層の屈折率は、小さな入射角に対して高い屈折率と低い屈折率とを有する複数の層からなる連続層により増加する。換言すれば、中間層は、交互に高い屈折率と低い屈折率とを有する複数の層からなる連続層を含む。その連続層は、例えばブラッグミラー（Bragg mirror）構造を形成し得る。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、特に部品構造に面する側が平滑になるように、具現化される。そのような平滑な中間層が、その中間層の、特に良好な反射特性を可能にする。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層の、キャリア基板に面する側は、その面が粗くなるように、具現化される。これは、半導体部品の放射口領域へ向かう方向に、良好な電磁放射の伝達を可能にする。これは、そのような中間層の粗い境界面が中間層全体での反射率を減少させるという事実に基づくものであると考えられる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、キャリア基板と部品構造との間の電気的な接触（コンタクト）に介在する。また、中間層は、例えば透明な導電性酸化物（ＴＣＯ）、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）もしくはＺｎＯを含む、又はこれらの材料からなる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、活性層で発生した電磁放射に対する伝達性を、少なくとも部分的に有する。この目的のため、中間層の屈折率は、例えば有用層を形成する材料、又はキャリア基板を形成する材料、又はその両方の屈折率に調和する。換言すれば、中間層の屈折率は、有用層を形成する材料の屈折率と、又はキャリア基板を形成する材料の屈折率と、又はその両方と、ほぼ等しくなる。ここで、ほぼ等しいとは、中間層の屈折率が、有用層の又はキャリア基板の又はその両方の材料の屈折率から、最大で２０％、好ましくは最大で１０％、特に好ましくは５％だけ外れることを意味する。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品の放射口領域が粗化される。そのような粗化は、例えば、好ましくは転位で発生するＶ形開口を通じてエピタキシャル成長している間のもとの位置の（in situ）粗化によって引き起こされ得る。さらに、放射口領域を粗化するために考えられる技術は、放射口領域におけるスモールメサ形態である。換言すれば、メサ構造は、エピタキシャル成長又はエッチングによって、放射口領域に形成される。
少なくとも１つの実施形態によれば、透明度の高いコンタクト層は、光電子半導体部品の少なくとも一側に適用される。透明度の高いコンタクト層は、例えば透明な導電性酸化物を含む又は透明な導電性酸化物からなるものとすることができる。
少なくとも１つの実施形態によれば、半導体部品は、フリップチップ方式で具現化される。この場合、部品構造は、好ましくは反射電極を含む。また、部品構造から離れたキャリア基板の他側は、好ましくは粗化され、且つ、先に説明したように、基板を通る光の分離性を改善するように構造化される方がよい。換言すれば、光電子半導体部品の放射口領域は、部品構造から離れたキャリア基板の他側により、少なくとも数箇所に形成される。
少なくとも１つの実施形態によれば、部品構造から離れたキャリア基板の他側は、活性層で発生した電磁放射を反射するように、反射性鏡面コーティングをされる。この場合、少なくとも放射口領域の部分は、キャリア基板から離れた部品構造の他側により形成される。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、誘電性ミラーを有するか、又は誘電性ミラーを形成する。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、ブラッグミラーを有するか、又はブラッグミラーを形成する。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、次の材料、すなわちＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２、の少なくとも１つを含む。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、ブラッグミラーを含み、又は第１及び第２の層の交互の複合層を含むブラッグミラーを形成する。この場合、第１の層は、好ましくはＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３又はその両方から形成され、第２の層は、好ましくはＴａ２Ｏ５又はＨｆＯ２又はその両方から形成される。
少なくとも１つの実施形態によれば、中間層は、誘電性ミラー又はブラッグミラーが、キャリア基板と光電子半導体部品の部品構造との間の付着に介在する結合層になるように、具現化される。換言すれば、この実施形態では、中間層が、２つの機能を実現する。すなわち、動作中、光電子半導体部品の活性層で発生した電磁放射を反射するのに、役に立つ。また、キャリア基板と部品構造との間の機械的な付着に介在する。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子部品は、中間層から離れた部品構造の他側に配置された分離ミラー（coupling-out mirror）を有する。分離ミラーは、例えば次のミラー、すなわち金属製ミラー、誘電性ミラー、ブラッグミラー、の少なくとも１つからなる。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、分離ミラーは、第１及び第２の層の交互の複合層を含むブラッグミラーを有する。この場合、第１の層は、好ましくはＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３又はその両方から形成され、第２の層は、好ましくはＴａ２Ｏ５又はＨｆＯ２又はその両方から形成される。
この場合、特にミラーとして形成された中間層及び分離ミラーは、光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、光電子半導体部品の部品構造の活性層で発生した電磁放射に対して共振器を形成し得る。この実施形態は、特にＲＣＬＥＤ又はＶＣＳＥＬに、よく適している。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、中間層と分離ミラーとの距離を、最大で１０μｍ、好ましくは最大で３μｍ、より好ましくは最大で２μｍとする。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、透明な導電性酸化物を含む又は透明な導電性酸化物からなるコンタクト層は、部品構造と分離ミラーとの間に配置される。コンタクト層は、例えばＩＴＯを含む、又はＩＴＯからなる。換言すれば、透明な導電性酸化物を含む、又は透明な導電性酸化物からなるコンタクト層は、中間層から離れた部品構造の他側と分離ミラーとの間に配置される。好ましくは、部品構造及び分離ミラーは、それぞれ上記コンタクト層に直に隣接している。
光電子半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、部品構造と分離ミラーとの間に配置されるコンタクト層の厚さは、次の関係、すなわちｄ＝（ｍλ／２）／ｎＫＳを満たす。ここで、ｄはコンタクト層の厚さ、λは活性層で発生した電磁放射の波長、ｎＫＳはコンタクト層の材料の屈折率、ｍは自然数≧１である。
さらに、光電子半導体部品の製造方法について詳述する。
上記方法の少なくとも１つの実施形態によれば、上記方法は、有用層上に活性層を成長する工程を備える。有用層は、例えば、特に低転位密度のＧａＮ層である。
光電子半導体部品の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、その方法は、キャリア基板を用意する工程を備える。キャリア基板は、例えば比較的高転位密度を有する費用効果の高いＧａＮ基板とすることができる。
上記方法の少なくとも１つの実施形態によれば、上記方法は、中間層によって、キャリア基板を有用基板に接続する工程を備える。有用基板は、例えば厚くて低転位密度のＧａＮ基板である。
上記方法の少なくとも１つの実施形態によれば、上記方法は、有用基板中に破壊核形成層を生成する工程を備える。この破壊核形成層は、例えば有用基板中に水素イオンを埋め込む（注入する）ことにより、得られる。その結果として、破壊核形成層は、続く方法ステップで取り除かれる有用基板の一部に沿って形成される。そして、有用層が残され、中間層によりキャリア基板に接続される。有用層は、例えば熱処理により、残存する有用基板から取り除くことができる。そのように有用層により準基板（quasi-substrate）を製造する方法は、例えば文献ＷＯ２００５／００４２３１に記載されている。この点についての開示内容は、ここに、参照により明確に編入される。
光電子半導体部品の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、その方法は、次の工程を備える。
キャリア基板を用意する工程、
中間層によりキャリア基板を有用基板に接続する工程、
有用基板中に破壊核形成層を生成する工程、
有用基板の一部を取り除き、有用層を残してキャリア基板に接続する工程、及び、
有用層上に活性層を含む部品構造を成長させる工程。
キャリア基板を用意する工程、
中間層によりキャリア基板を有用基板に接続する工程、
有用基板中に破壊核形成層を生成する工程、
有用基板の一部を取り除き、有用層を残してキャリア基板に接続する工程、及び、
有用層上に活性層を含む部品構造を成長させる工程。
以下、本発明に係る光電子半導体部品及びその製造方法について、代表的な実施形態及びその関連図面に基づき、より詳細に説明する。この代表的な実施形態及びその関連図面においては、同一の構成要素又は同一の機能を有する構成要素に、それぞれ同一の参照符号を付して示している。また、図面中の要素は、実際の寸法とみなすべきではない。むしろ、個々の要素は、説明の便宜上、強調した大きさで示されることがある。
図１は、本発明に係る光電子半導体部品の第１実施形態の概略断面図を示す。
光電子半導体部品は、キャリア基板１を備える。キャリア基板１は、比較的高転位密度を有する費用効果の高いＧａＮ基板から形成される。
中間層２は、キャリア基板１に設けられる。この中間層は、低い屈折率、及びＧａＮとの良好な付着性（adhesion）を有する。中間層２は、例えばＳｉＯ２から形成される。中間層２の厚さは、少なくとも１００ｎｍであることが好ましい。
部品構造５０は、中間層２に設けられる。部品構造５０は、有用層３を備える。有用層３は、ＧａＮからなって、少なくとも部分的に有用基板から分離される。有用層の転位密度は、１０８／ｃｍ２以下であり、好ましくは１０７／ｃｍ２以下である。有用層３は、キャリア基板１から離れた分離層４を有する。有用層３は、分離層４に沿って、有用基板から分離される。
有用層３は、電子注入層１２へ続く。電子注入層１２は、例えばｎ−ＡｌＩｎＧａＮからなる層である。この場合、有用層３が電子注入層１２を形成することも可能である。この場合、有用層３は、ｎ−ＡｌＩｎＧａＮ有用基板から分離される。
電子注入層１２は、活性層５へ続く。活性層５は、放射を起こすための構造を、少なくとも１つ有する。例えば活性層５は、ｐｎ接続、ヘテロ構造、又は単量子井戸構造もしくは多重量子井戸構造もしくはその両方を含み得る。
活性層５は、第２導電層へ続く。例えばｐ−ＡｌＩｎＧａＮホール注入層６は、好ましくはホール注入層６を通って光が放出される確率を高めるため、活性層５から離れた側において粗化され又は構造化され又はその両方がなされる。この目的のために、ホール注入層６にスモールメサ構造が構造化されることもある。
ホール注入層６は、コンタクト層７へ続く。コンタクト層７は、例えばＩＴＯ等の透明な導電性酸化物を含む又は透明な導電性酸化物からなる。
ボンディングパッド８は、コンタクト層７に設けられる。ボンディングパッド８によって、例えばワイヤコンタクト接続により部品との電気的な接触を形成し得る。
図１と関連する実施形態では、有用層３又は電子注入層１２は、キャリア基板から離れた側で、少なくともところどころ、露出されている。ボンディングパッド９は、このように露出された有用層３に設けられる。光電子半導体部品のｎ型側のコンタクト接続に役立つ。図１と関連する光電子半導体部品は、例えばＬＥＤである。
図１と関連する実施形態の別の一例では、キャリア基板１を、電気的に絶縁されて、透明なものにすることができる。また、キャリア基板１は、例えばサファイアからなる。また、中間層２は、好ましくはサファイアの屈折率以下の屈折率を有する。
さらに別の一例では、ｎ型導体層とｐ型導体層とを入れ替えることも可能である。換言すれば、キャリア基板を、ｐ型導体層に隣接させてもよい。
さらに別の一例では、上記部品を、高反射性ミラーがホール注入層６又はコンタクト層７に設けられるフリップチップ部品として具現化することもできる。
多くのＬＥＤでは、例えば窒化ガリウムに形成されたＵＶ−ＬＥＤでは、内部効率が欠陥密度に大きく依存する。上記欠陥密度は、概ね、基板によって決まる。例えば、サファイアに形成された窒化ガリウム、又は炭化シリコンに形成された窒化ガリウムの、ヘテロエピタキシー膜については、欠陥密度１０８〜１０１０／ｃｍ２となり得る。
デバイス効率に関する第２の要素は、半導体層において半導体からその周囲へ発せられた光線の分離である。この分離は、境界面での反射によって、また異なる材料間の変わり目に向かう全ての反射の角度によって、制限される。
効率的な光の分離は、薄膜技術によって実現される。その原理は、発生した光線の分離の機会を増やすためのものである。この目的のため、放射口領域は、反射したときの角度が変化するように、構造化され、又は粗化される。そして、その反対側は、反射性鏡面コーティングされる。表面と鏡との間の構造は、材料における吸収を最小限にするために、可能な限り薄く維持されることが好ましい。共晶接合に関し、レーザーで除去して基板を分離する方法は、薄膜チップ技術の中では、現代において支配的な方法である。マスター基板の研磨工程やエッチング除去工程を組み合わせたウェハーのボンディングプロセスでも、代替可能である。薄膜デザインのＬＥＤチップは、例えば文献ＷＯ ０２／１３２８１ Ａｌ及びＥＰ ０ ９０５ ７９７ Ａ２に記載されている。薄膜デザインに関する開示内容は、ここに、参照により明確に編入される。
さらに、高い光分離性を得る可能性は、透明度の高い基板（例えばサファイア）上のエピタキシャル構造に関係する。これは、例えば表面又は境界面又はその両方の面の構造化又は粗化など、透明度の高い前面の電流分散層（コンタクト）に関係し、また反射光の軌道の変化に関係する。しかし、窒化ガリウム基板においては、窒化ガリウムが主に紫外線領域の電磁波に高い吸収性を持つため、そのような構造化の効率が、大きく減少する。
図２は、本発明に係る光電子半導体部品の第２実施形態の概略断面図を示す。
本実施形態では、中間層２が、電気導電性を有するように、そして部品構造５０とのコンタクトを形成するように、具現化される。中間層２は、例えばＩＴＯ又はＺｎＯのような、透明な導電性酸化物からなるか、又はこれを含む。また、部品構造５０から離れたキャリア基板１の他側は、活性層５で発生した電磁放射２０に対して反射性を有するように具現化されることが好ましい。
この場合、活性層は、３８０ｎｍ以下の波長を有する電磁放射２０を放射するのに適していることが好ましい。また、有用層３は、好ましくはＡｌＧａＮからなるか、又はこれを含む。そのような有用層は、ＧａＮ有用基板上にエピタキシャル成長することができる。この層は、有用基板から取り除かれた後、キャリア基板上に再接着するまでの間、解放状態にあるため、部品構造５０中に集積された低欠陥ＡｌＧａＮ有用層３は、部品構造５０に続く層のエピタキシーに利用することができる。また、そのような有用層３は、同時に電子注入層１２を形成する。
さらに、有用層３は、ＡｌＧａＩｎＮからなっても、又はこの材料を含んでもよい。
光電子半導体部品を製造するためには、例えば図１又は図２に関連して説明したように、まず、準基板１０を製造する。この目的のため、例えば高質のＧａＮ有用基板を製造する。ＧａＮ有用基板は、好ましくは１０８／ｃｍ２以下、より好ましくは１０７／ｃｍ２以下の欠陥密度を有する。あるいは、そのＧａＮ有用基板上に、あらかじめエピタキシャル成長層又は連続層が設けられていてもよい。これらエピタキシャル成長層又は連続層は、次の材料、すなわちＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、の少なくとも１つを含み得る。
破壊核形成層は、ＧａＮ有用基板中に形成される。上記層は、窒化ガリウム基板の主領域と平行して側方に拡張する。破壊核形成層は、好ましくはＧａＮ有用基板の一側から水素イオンを注入することにより形成される。
続けて、破壊核形成層の形成の前又は後に、ＧａＮ有用基板を、キャリア基板１上に接着する。破壊核形成層は、その後、側部破壊を引き起こす。側部破壊は、例えば熱処理によって行われる。その結果、有用層３が、有用基板からキャリア基板１に転写される。
有用層３は、中間層２によって、キャリア基板１と接続される。
図３は、本発明に係る光電子半導体部品の第３実施形態の概略断面図を示す。
光電子半導体部品は、また、例えば費用効果の高いＧａＮからなるキャリア基板１を備える。キャリア基板１は、１０９／ｃｍ２以上の比較的高い転位密度を有することがある。別の一例では、キャリア基板１は、サファイアから形成されることもある。中間層２は、キャリア基板１に設けられる。上記中間層は、キャリア基板１と部品構造５０との間の付着に介在する。図３に示す実施形態では、中間層２は、ブラッグミラーである。また、中間層２は、ブラッグミラーを含み、又はブラッグミラーを形成する。中間層２は、第１及び第２の層の交互の複合層を含む。この場合、第１の層は、好ましくはＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３又はその両方から形成され、第２の層は、好ましくはＴａ２Ｏ５又はＨｆＯ２又はその両方から形成される。
部品構造５０は、有用層３を備える。有用層３は、高質のＧａＮからなって、有用基板から分離される。有用層３の転位密度は、１０８／ｃｍ２以下であり、好ましくは１０７／ｃｍ２以下である。有用層３と部品構造５０の残りとの境界面は、理想的には欠陥がない。有用層３は、キャリア基板１から離れた分離層４を有する。有用層３は、例えば中間層２によってキャリア基板１へ有用基板を接着した後、分離層４に沿ってはがすプロセスを経て、有用基板から分離される。
有用層３は、第１導電層へ続く。第１導電層は、例えば電子注入層１２である。図１に示す実施形態において、電子注入層１２は、例えばｎ−ＡｌＩｎＧａＮからなるか、又はこれを含む。
電子注入層１２は、活性層５へ続く。活性層５は、放射を起こすための構造を、少なくとも１つ有する。
活性層５は、第２導電層、例えばホール注入層６へ続く。ホール注入層６は、例えばｐ型ドープのＡｌＩｎＧａＮを含む又はｐ型ドープのＡｌＩｎＧａＮからなる。
ホール注入層６は、コンタクト層７へ続く。コンタクト層７は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）からなる。コンタクト層７の厚さは、活性層で発生し、コンタクト層７の材料の屈折率により分かれる電磁放射２０の波長の半分の倍数であることが好ましい。特に好ましくは、コンタクト層７の厚さの総計は、活性層５で発生しコンタクト層７の材料の屈折率により分かれる電磁放射２０の波長になることが好ましい。コンタクト層７は、あるいはｐ＋又はｎ＋のトンネル接合で結合することができる。
金属コンタクト８は、活性層５から離れたコンタクト層７の他側に設けられる。上記コンタクトは、例えばリング状に具現化される。分離ミラー１３は、そのリングの中心に配置され、コンタクト層７に設けられる。分離ミラー１３は、中間層２からなるミラーと共に、活性層５で発生した電磁放射２０のための共振器を形成する。分離ミラー１３は、例えば誘電性ミラーとして、好ましくはブラッグミラーとして、具現化される。構造上の見地から、分離ミラー１３を、例えば中間層２のミラーと一致させることもできる。また、分離ミラー１３は、ブラッグミラーを含む、又はブラッグミラーを形成する。分離ミラー１３は、第１及び第２の層の交互の複合層を含む。この場合、第１の層は、好ましくはＳｉＯ２又はＡｌ２Ｏ３又はその両方から形成され、第２の層は、好ましくはＴａ２Ｏ５又はＨｆＯ２又はその両方から形成される。
少なくとも１つの金属製ボンディングパッド９は、例えばメサエッチ（mesa etch）により露出された電子注入層１２の表面に設けられる。これにより、ボンディングパッドは、ｎ側に、光電子半導体部品との電気的な接触を形成することができる。
図１に示す光電子半導体部品は、好ましくはＲＣＬＥＤ又はＶＣＳＥＬを形成する。
ＲＣＬＥＤ又はＶＣＳＥＬの原理は、２つのミラーの間に発光層を埋め込むものである。それらミラーは、金属層又は誘電層とすることができる。
とりわけ、窒化物上に形成されるＲＣＬＥＤ及びＶＣＳＥＬのために、１つの手法を提案する。この手法は、近距離にある２つのミラー２、１３の間に、活性層５の共振器の埋め込みを容易にし、同時に低欠陥密度の結晶構造を含む。
とりわけ、新しい手法を提案する。この手法は、格子整合された低転位のエピタキシーから、近距離ミラーの結果として低モードを持つＲＣＬＥＤ又はＶＣＳＥＬの構造の実現を容易とする。光は、基板を通って適切に分離され得る。
上記基板は、例えば水素注入によって、後の分割プロセスのために用意する。その基板は、適宜、平坦化される。そして、ブラッグミラーが、その基板に設けられる。ブラッグミラーに適するものは、例えばＳｉＯ２−ＴｉＯ２連続層、又はＳｉＯ２−Ｔａ２Ｏ５、又はＳｉＯ２−ＨｆＯ２、その他、これらのＳｉＯ２をＡｌ２Ｏ３に代えたものなどである。適宜、ＳｉＯ２終端層も有効である。ＳｉＯ２層は、キャリア基板、例えばサファイア、又は費用効果の高い、適宜に高欠陥密度のＧａＮに、直接接着される。中間層２の誘電層を持つ基板有用層３は、ブリスター及び横クラックによって、基板から分離される。なお、これらのステップの順序は、変更可能である。
ＬＥＤ又はレーザーの構造は、格子整合されるように、再接着した有用層３にエピタキシャル成長する。その層の厚さは、光学経路（＝厚さ×屈折率）が放射波長の半分（λ／２）の倍数になるように選定される。好ましい厚さは、１０μｍ以下、より好ましくは３μｍ以下である。
その後、チップ構造は、処理され、前面は反射性鏡面コーティングされる。反射性鏡面コーティングは、例えば銀からなる、もしくは銀を含む金属、又は誘電材料とすることができる。この場合、透明度の高いコンタクト層としては、例えば高い誘電性を有するミラーと結合したＩＴＯが、好ましい。コンタクト層の厚さは、好ましくは「（波長／２）／屈折率」の倍数、特に１×波長／屈折率である。
新しいデバイスは、発光活性層及び１０８／ｃｍ２以下の転位密度を有するＡｌＧａＩｎＮ層のアセンブリからなる。その層アセンブリは、少なくとも２つのミラー間の部分に位置する。そして、ミラー２、１３間の層厚は、２μｍ以下、好ましくは「１０×放射波長／（ミラー２、１３間の材料の屈折率）」以下である。
図４は、本発明に係る光電子半導体部品の第４実施形態の概略断面図を示す。図３と関連する実施形態とは対照的に、この実施形態の分離ミラー１３は、金属製ミラーにより形成される。金属製ミラーは、コンタクト層７とオーミックコンタクトを形成する。その結果、分離ミラー１３は、光学的特性のほか、光電子半導体部品中へ電流を流すためにも役に立つ。
図５は、本発明に係る光電子半導体部品の第５実施形態の概略断面図を示す。図３と関連する実施形態とは対照的に、この実施形態の金属コンタクト８は、部品の縁に設けられる態様で、例えばリング状に具現化される。活性層５から離れたコンタクト層７の他側の、金属コンタクト８で覆われていない領域は、例えばブラッグミラーからなる分離ミラー１３で形成されている。
図６は、４６０ｎｍの活性層５により発せられた放射線の波長に対する中間層２の厚さｄの機能としての、ＳｉＯ２中間層２とＧａＮとの間の境界面の反射特性を示す。この場合、反射特性は、例えば図１と関連して記載されるような光電子半導体部品について測定される。
中間層２は、活性層５で発生した電磁放射がキャリア基板１中によく吸収される場合に、特に有効である。これは、ＧａＮキャリア基板の場合において、特に３８０ｎｍ以下の放射波長に関する事である。
図７は、２×１０９／ｃｍ２の欠陥密度と対比して、２×１０８／ｃｍ２の欠陥密度（ＤＤ）について、活性層５で発生した電磁放射の強度比を示す。例えば図１と関連して記載されるような部品の場合において、有用層３のために減少した欠陥密度は、主に４２０ｎｍ以下の波長について、特に有効な効果を奏する。
本発明は、上記実施形態の記述に限定されない。むしろ、本発明は、いかなる新しい特徴、及びいかなる特徴の組合せも、また特に、特許請求の範囲におけるいかなる特徴の組合せも、含む。これは、たとえ、この特徴又は特徴の組合せが、特許請求の範囲又は実施形態において、はっきりと明示されていない場合でも、である。
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０２００６０１９１０９．９、１０２００６０３０２５２．４、そして１０２００６０６１１６７．５の優先権を主張する。その開示内容は、ここに、参照により編入される。
Claims (18)
- 高欠陥密度であるキャリア基板（１）を供給する工程と、
キャリア基板（１）上に中間層（２）を設ける工程と、
中間層（２）上に部品構造（５０）を設ける工程と、を含み、
前記部品構造（５０）を設ける前記工程は、
低欠陥密度である有用基板を用意する工程と、
前記有用基板中に分離領域（４）を生成する工程と、
分離領域（４）が生成された前記有用基板を、前記中間層を介して前記キャリア基板に接続する工程と、
前記有用基板の一部を、分離領域（４）に沿って分離して取り除くことにより、有用層（３）を生成する工程と、
前記有用層（３）の、前記キャリア基板（１）から離れた側に露出する前記分離領域（４）を平坦化する工程と、
平坦化された前記有用層（３）上に、放射を起こすための活性層（５）を含む部分をエピタキシャル成長する工程と、
前記有用層（３）にコンタクトするボンディングパッド（９）を形成する工程と、
前記有用層（３）から離れた側において前記部品構造（５０）にコンタクトする他のボンディングパッド（８）を形成する工程と、を含む、
ことを特徴とする光電子半導体部品の製造方法。 - 前記有用層（３）にコンタクトする前記ボンディングパッド（９）を、前記有用層（３）上、及び、前記キャリア基板（１）の前記有用層（３）に対向する面とは反対側の面上のいずれか一方に、形成する、
ことを特徴とする請求項１に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）を、絶縁材料から形成する、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）は、前記有用層（３）を形成する材料の屈折率よりも低い屈折率を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）を、前記キャリア基板（１）と前記部品構造（５０）とを電気的に接続するように形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）は、前記活性層（５）で発生した電磁放射に対して、少なくとも部分的に伝達性を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）を、透明な導電性酸化物を用いて形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）の屈折率は、前記有用層（３）を形成する材料の屈折率、及び／又は前記キャリア基板（１）を形成する材料の屈折率にほぼ等しい、
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）は、誘電性ミラーを含む、又は誘電性ミラーである、
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）は、ブラッグミラーを含む、又はブラッグミラーである、
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）を、少なくともＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｔａ２Ｏ５、ＨｆＯ２の１つを用いて形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）は、ボンディング層である、
ことを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記部品構造（５０）における前記中間層（２）側とは反対側に分離ミラー（１３）を形成する、
ことを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記中間層（２）と前記分離ミラー（１３）との距離は、最大でも１０μｍである、
ことを特徴とする請求項１３に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記部品構造（５０）上に、透明な導電性酸化物を含むコンタクト層（７）を形成し、 前記コンタクト層（７）上に、前記分離ミラー（１３）を形成する、
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - ｄを前記コンタクト層（７）の厚さ、λを前記活性層（５）で発生した電磁放射の波長、ｎＫＳを前記コンタクト層（７）の材料の屈折率、ｍを自然数とするとき、次の関係、
ｄ＝（ｍλ／２）／ｎＫＳ
を満足する、
ことを特徴とする請求項１５に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記他のボンディングパッド（８）を、前記コンタクト層（７）上に形成する、
ことを特徴とする請求項１５又は１６に記載の光電子半導体部品の製造方法。 - 前記分離領域（４）の転移密度は、１０８／ｃｍ２以下である、
ことを特徴とする請求項１乃至１７のいずれか一項に記載の光電子半導体部品の製造方法。
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