JP6651023B2 - オプトエレクトロニクス半導体チップおよびオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、電磁放射の発生に特に適した活性ゾーンを備えた半導体ボディを有するオプトエレクトロニクス半導体チップに関する。さらに、本発明は、オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法に関する。
例えば、ｐ側での電気接触用の透明導電層を有するオプトエレクトロニクス半導体チップが知られている。このコンタクト層が相対的に厚いことによって、良好な導電性を実現することができる一方、厚いコンタクト層に放射がいっそう吸収されるため、半導体チップの光学的性質にマイナスの影響がある。
特に半導体チップのコンタクト構造部において生じる吸収損失を従来の半導体チップと比較して減少したオプトエレクトロニクス半導体チップを提供することが解決すべき課題の１つである。
この課題は、本独立特許請求項の特徴を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップによって解決される。
少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、主面、および主面を横断するように配置された少なくとも１つの側面を有する半導体ボディを備える。さらに、有利なことに、半導体ボディは、電磁放射を発生するための活性ゾーンを備える。ここで、「電磁放射」という用語は、特に、赤外線電磁放射、可視電磁放射、および／または紫外線電磁放射を示す。動作時、発生した放射の一部は、半導体ボディの主面を通過する。放射の他の一部を、半導体ボディの少なくとも１つの側面を通して出射することができる。側面の数は、半導体ボディの幾何学的形状によって決定される。半導体ボディの有利な実施形態では、半導体ボディは、メサ状領域を有する。メサ状領域の境界は、上側では主面によって、周囲ではいくつかの（特に、４つの）傾斜した側面によって定められている。これらの側面は、主面と、好ましくは９０°超の角度を成している。さらに、この設計では、半導体ボディは、メサ状領域が配置された直方体領域を有することができる。特に、直方体領域は、いくつかの領域においてメサ状領域から突出している。
少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、導電性材料を含むコンタクト層を備える。コンタクト層は、好ましくは、半導体ボディの主面に位置している。さらに、半導体ボディに直接接するようにコンタクト層を主面に形成することが有利である。コンタクト層は、半導体ボディへの電気的接触を確立するように、また、動作時に半導体ボディに電流を注入するように設計されている。
本半導体チップの好ましい実施形態では、半導体ボディは、第１の導電型を有する第１の半導体領域と、第２の導電型を有する第２の半導体領域とを備える。活性ゾーンは、第１の半導体領域と第２の半導体領域との間に位置している。上記半導体領域はいずれも、それぞれの導電型を有する少なくとも一層の半導体層を、好ましくはそれぞれの導電型を有するいくつかの半導体層を有することができる。具体的には、コンタクト層が配置される主面は、第１の半導体領域の表面である。第１の半導体領域が特にｐ導電型であるため、コンタクト層は、ｐ側において半導体ボディに電流を注入するように意図されている。
有利な実施形態では、メサ状領域は、第１の半導体領域、活性ゾーン、および第２の半導体領域の一部を含む。
少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、誘電材料を含むフィルタ層を備える。具体的には、フィルタ層は、コンタクト層に配置されている。誘電材料は、電気的に弱いまたは非導電性の非金属材料である。この材料の電荷担体は一般に、例えば通常の動作電流の範囲内では、自由に移動することができない。フィルタ層は、好ましくは、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、酸窒化ケイ素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル、酸化ニオブの少なくとも１つの材料を含む。
有利な実施形態によれば、フィルタ層は、単層からなる。具体的には、これは、フィルタ層が均質であり、例えば単一の誘電材料から作られていることを意味する。誘電材料は、適合された屈折率の利点を有する。ここで「適合された」とは、誘電材料の屈折率がフィルタ層の周囲の媒質の屈折率以上であることを意味する。周囲の媒質は、半導体ボディを基点としてフィルタ層の下流に配置されている。周囲の媒質は、半導体ボディを包囲する要素であって、特に保護機能を有する要素を含む。例えば、半導体ボディは、周囲の媒質としてパッシベーション層および／または封入部を有していてもよい。
代替的な実施形態では、フィルタ層は、多層化されており、屈折率が異なる少なくとも２層の部分層を有する。好ましくは、フィルタ層は、高屈折率の部分層と低屈折率の部分層とが交互に積層された積層体を備える。特に、高屈折率の部分層の厚さは、低屈折率の部分層の厚さより小さい。
好ましくは、フィルタ層の厚さは、４００ｎｍ〜８００ｎｍである。フィルタ層の厚さを設定する際、一方では製造の労力（これは、単層構造より多重構造の場合に大きい）を限度内に確実に抑えなければならず、他方では、所望のフィルタ特性（これは、単層構造より多重構造によってより良好に実現可能である）を確実に実現しなければならない。４００ｎｍ〜８００ｎｍの厚さにより、製造の労力とフィルタ特性との適当な折衷を実現することができる。本明細書において特定される値の範囲は、特に、特定される両端値を含んでいてもよい。
少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、導電性材料を含む導電層を備える。好ましくは、導電層は、フィルタ層に配置されている。導電層は、特に、主面全体に電流を分散するように設計されている。換言すれば、導電層は特に、相対的に良好な横方向の導電性を特徴とする。
少なくとも一実施形態によれば、導電層とコンタクト層とは、厚さが異なる。好ましくは、導電層の厚さは、コンタクト層の厚さより大きい。コンタクト層の厚さは、好ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内である。さらに、導電層の厚さは、具体的には５０ｎｍ〜１５０ｎｍである。コンタクト層および導電層によって形成されるコンタクト構造部は、２つの異なる機能領域に分割されている。薄いコンタクト層は、半導体ボディとの電気的接点となるが、厚い導電層より横方向の導電性が小さく、この薄いコンタクト層には、放射が吸収されにくい利点がある。他方、厚い導電層によって、良好な横方向の導電性が確保される。この場合、一般に厚い層において増加する放射損失を、コンタクト層と導電層との間に配置されたフィルタ層によって減少することができる。これは、誘電体フィルタ層によって確実に、好ましくは、急角度でフィルタ層に衝突する放射のみが導電層に到達するからである。他方、水平な放射成分は、半導体ボディと周囲媒質との間の屈折率差により、光学的により密な媒質と光学的により疎な媒質との移行部における全反射によっていずれにせよ取り出されず、フィルタ層によって最大限とどめられる。その結果、厚い導電層における吸収損失は、基本的には伝搬可能な角度範囲に制限されている。具体的には、フィルタ層のフィルタ特性は、第１の角度範囲内の角度（すなわち急角度）でフィルタ層に入射する放射が主に出射され、第２の角度範囲内の角度（すなわち水平な角度）でフィルタ層に入射する放射が主に反射される特性である。
具体的には、第１の角度範囲と第２の角度範囲との境界は、全反射の臨界角によって決定される。この臨界角は、半導体ボディの屈折率および周囲媒質の屈折率から求めることができる。第１の角度範囲は、この限度より小さい角度を含む。他方、第２の角度範囲は、この限度より大きい角度を含む。
少なくとも一実施形態によれば、フィルタ層は、コンタクト層および導電層に直接隣接している。換言すれば、フィルタ層とコンタクト層との間にさらなる層が存在しない。さらに、フィルタ層と導電層との間にさらなる層が存在しない。
有利な実施形態では、コンタクト層は、透明導電性酸化物を含む、または、透明導電性酸化物からなる。さらに、導電層もまた、透明導電性酸化物を含んでいてもよく、透明導電性酸化物からなっていてもよい。好ましくは、導電層およびコンタクト層は、同じ材料で作られている。
透明導電性酸化物（ＴＣＯ）は、透明な導電性材料であり、通常は、酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウム、または酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の金属酸化物である。金属と酸素の二元化合物（ＺｎＯ、ＳｎＯ２、またはＩｎ２Ｏ３）に加えて、金属と酸素の三元化合物（Ｚｎ２ＳｎＯ４、ＣｄＳｎＯ３、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＧａＩｎＯ３、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５、またはＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２）または様々な透明導電性酸化物の混合物が同様にＴＣＯの群に属する。さらに、ＴＣＯは、必ずしも化学量論的組成に一致しておらず、ｐ型にドープすることも、ｎ型にドープすることもできる。
少なくとも一実施形態によれば、フィルタ層は、少なくとも１つの開口部を有する。具体的には、コンタクト層および導電層は、開口部の領域において接触している。換言すれば、導電層およびコンタクト層は、開口部の領域において電気接続されている。開口部は、一種の接続要素を形成しており、この接続要素を通して、導電層とコンタクト層とが互いに電気接続されている。例えば、設けられた開口部の形を、逆円錐台状とすることができる。また、開口部の形を、逆角錐台状としてもよい。この角錐は、角がｎ箇所（ｎは３以上）の底面を有することができる。好ましくは、開口部は、周囲を導電層またはフィルタ層によって制限されている。円錐台または角錐の周面は、側方面（lateral surface）に相当する。下側、すなわち、主面に対向する一方側において、開口部を、コンタクト層によって制限することができる。開口部に、導電層の材料を少なくとも部分的に充填することができる。その結果、開口部の領域におけるコンタクト層は、導電層によって完全に被覆されている。あるいは、導電層に使用された材料と異なる導電性材料を、開口部に配置することができる。具体的には、開口部には、透明導電性酸化物が入っている。
本オプトエレクトロニクス半導体チップは、好ましくは、多数の開口部を有する。開口部の密度および分布、ならびに開口部の大きさは、半導体ボディへの電流印加のプロファイルに影響を及ぼし得る。均一な電流印加のために、主面の中央領域より主面の縁部領域に多くの開口部が設けられていれば有利である。各開口部間の距離を、２０μｍ〜５０μｍとすることができる。開口部の適切な直径は、２μｍ〜６μｍである。直径は、非丸型の開口部の場合、最長の横寸法である。
少なくとも一実施形態によれば、導電層およびコンタクト層は、主面に配置されている。フィルタ層も主面に配置されている。好ましくは、導電層、フィルタ層、およびコンタクト層は、主面とほぼ平行に伸長している。平坦な主面によって、上記の各層は容易に形成される。
好ましい実施形態では、コンタクト層は、導電層を越えて側方に突出している。「側方」とは、主面と平行であることを意味する。具体的には、コンタクト層は、主面の縁部まで伸長している。さらに、導電層を主面の縁部から離して載置することが有利である。
さらに、フィルタ層を、半導体ボディの少なくとも１つの側面の少なくとも一部に配置することができる。フィルタ層は、特に、活性ゾーンの領域における半導体ボディを保護することに役立つ。
少なくとも一実施形態によれば、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、導電層に配置されたパッシベーション層を備える。パッシベーション層は、半導体ボディおよび半導体ボディに配置された他の各層を物理的・化学的影響から保護する。パッシベーション層は、主面をほとんど完全に被覆している。換言すれば、主面は、パッシベーション層によって完全に被覆されている。さらに、パッシベーション層は、少なくとも１つの側面まで伸長することができ、少なくとも１つの側面を少なくとも部分的に被覆することができる。パッシベーション層を、導電層の屈折率より低い屈折率の材料で作ってもよい。例えば、パッシベーション層は、二酸化ケイ素を含んでいても、二酸化ケイ素からなっていてもよい。
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れば、半導体ボディは、第１および第２の半導体領域が配置されたキャリアを備える。具体的には、キャリアは、第１および第２の半導体領域がエピタキシャル成長によって成膜される成長基板である。本明細書において「成長基板にエピタキシャル成長によって成膜する」とは、成長基板が第１および第２の半導体領域の成膜および／または成長に使用されることを意味する。例えば、第２の半導体領域は、成長基板と直接接触している。好ましくは、成長基板は、第１および第２の半導体領域の成長後に剥離されず、半導体ボディに残る。
半導体ボディの第１および第２の半導体領域については、好ましくは窒化物化合物半導体をベースとする材料が考慮されている。本明細書において「窒化物化合物半導体をベースとする」とは、半導体領域の少なくとも１つの層がＩＩＩ／Ｖ族窒化物化合物半導体材料、好ましくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ（０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１、ｎ＋ｍ≦１）を含むことを意味する。この材料は、上記の化学式に従った数学的に正確な組成を必ずしも有しない。むしろ、この材料は、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ材料の特有の物理的性質を実質的に変更しない１種類以上のドーパントおよび追加成分を含んでいてもよい。しかしながら、簡潔にするために、上記の化学式は、結晶格子の必須成分（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）が他の少量の物質によって部分的に置換可能であるとしても、これらの必須成分のみを含む。
キャリア（すなわち、成長基板）は、好ましくは、サファイア、ＳｉＣ、および／またはＧａＮを含むか、またはサファイア、ＳｉＣ、および／またはＧａＮからなる。成長基板がサファイアからなる場合、本明細書に記載の半導体チップは、サファイアチップである。サファイア基板は、特に青色域〜緑色域の短波可視放射を透過する。活性ゾーンによって出射された放射の波長が特にこの波長域内にあるため、上記成長基板は、活性ゾーンによって出射された放射を透過する。この場合、オプトエレクトロニクス半導体チップは、表面発光体（surface emitter）とは対照的にいわゆるボリューム発光体（volume emitter）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１つの設計によれば、オプトエレクトロニクス半導体チップは、第１のコンタクト要素を有する。第１のコンタクト要素は、導電性材料を含み、導電層に直接的に配置されている。好ましくは、第１のコンタクト要素は、半導体ボディの第１の半導体領域の電気接続を形成する。第１のコンタクト要素によって、導電層に電流を注入することができる。具体的には、第１のコンタクト要素は、導電層に直接的に配置されている。コンタクト層、フィルタ層、および導電層は、第１のコンタクト要素と主面との間に配置されている。動作時、第１のコンタクト要素から導電層に電流が注入され、この電流は、フィルタ層の少なくとも１つの開口部を通ってコンタクト層まで流れる。主面の縁部に最も近い開口部と主面の縁部との距離が第１のコンタクト要素に最も近い開口部と第１のコンタクト要素との距離より小さい場合、均一な電流印加にとって有利である。
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れば、オプトエレクトロニクス半導体チップは、第２のコンタクト要素を有する。第２のコンタクト要素は、導電性材料を含み、半導体ボディにおいて第２の導電型を有する第２の半導体領域に配置されている。具体的には、第２のコンタクト要素は、第２の半導体領域の電気接続を形成する。
好ましい実施形態では、フィルタ層の一部は、第２のコンタクト要素と第２の半導体領域との間に位置している。フィルタ層は、吸収によって第２のコンタクト要素で生じ得る放射損失を減少するように設計されている。具体的には、第２のコンタクト要素は、第２の半導体領域を基点としてフィルタ層に垂直方向に配置されている。垂直方向とは、主面に直交する方向を意味する。
さらに、本半導体チップは、好ましくは、導電性の接続層（導電性接続層）を有する。接続層は、第２のコンタクト要素と第２の半導体領域との間に、第２の半導体領域の表面に配置されている。さらに、接続層は、特に、第２のコンタクト要素とフィルタ層との間に配置されている。第２のコンタクト要素がその下にあるフィルタ層によって第２の半導体領域から電気的に絶縁されているため、第２の半導体領域と第２のコンタクト要素との間の電気接続は、接続層によって確立されている。接続層は、透明導電性酸化物を含んでいてもよく、透明導電性酸化物からなっていてもよい。具体的には、半導体チップの製造時に半導体ボディに層を形成し、この層から微細構造形成によって導電層および接続層を製造する。
上記オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法が、特に、主面を有する半導体ボディを設けるステップと、主面にコンタクト層を形成するステップと、コンタクト層にフィルタ層を形成するステップと、フィルタ層に導電層を形成するステップと、を含む。
例えば、各ステップを、特定した順序で実行することができる。特に、この方法を使用して、本明細書に記載の半導体チップを製造することができる。これは、すなわち、本半導体チップについて記載された特徴の全てが本方法についての開示でもあり、その逆も同様であることを意味する。
好ましくは、コンタクト層は、主面に直接接触するように形成される。さらに、コンタクト層は、主面の領域において不連続部（discontinuities）を有しない。コンタクト層に形成されるフィルタ層を、少なくとも１つの開口部と共に主面の領域に形成することができる。さらに、導電層は、好ましくは、導電層の材料がフィルタ層の開口部に入り込むようにフィルタ層に形成される。開口部に配置された導電層の材料は、有利なことに、コンタクト層に接触している。本方法の最後に、パッシベーション層を、導電層に形成することができる。
本方法の第１の実施形態によれば、フィルタ層は、特に、不連続部を有さずにコンタクト層に形成され、次いで、少なくとも１つの開口部がフィルタ層に作られる。例えば、開口部は、エッチングによって形成可能である。したがって、この設計では、フィルタ層には、フィルタ層の形成後にのみ微細構造形成が行われる。続いて、フィルタ層を被覆するように、かつ、少なくとも１つの開口部を少なくとも部分的に充填するように、導電層をフィルタ層に形成することができる。
本方法の第２の実施形態によれば、フィルタ層は、既に構造を有して製造される。少なくとも１つの開口部が後に作られる領域においてコンタクト層を被覆するマスクをコンタクト層に形成する。フィルタ層がマスク、および、マスクによって被覆されていないコンタクト層の領域に配置されるようにフィルタ層を成膜する。次いで、導電層をフィルタ層に成膜する。導電層がフィルタ層の上記被覆されていない領域の側面部を被覆し、コンタクト層まで到達することが重要である。フィルタ層および導電層は、例えば、蒸着および／またはスパッタリングによって製造可能である。マスクを除去する際（この除去は、具体的には、いわゆるリフトオフプロセスによって行われる）、少なくとも１つの開口部が作られる。
以下、さらなる特徴、実施形態、および利点を図との関連において説明する。
図１は、本明細書に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ１の実施形態の概略断面図の一部を示す。半導体チップ１は、主面３、および、特に９０°超の角度で主面３を横断するように配置された側面４を有する半導体ボディ２を備える。さらに、半導体ボディ２は、電磁放射Ｓを発生するための活性ゾーン５を有する。動作時、発生した放射Ｓの一部は、半導体ボディ２の主面３を通過する。
この実施形態では、半導体ボディ２は、メサ状領域１７を有する。メサ状領域１７の境界は、上部において主面３によって、周囲において傾斜した側面によって定められている。さらに、半導体ボディ２は直方体領域１８を有し、メサ状領域１７は、直方体領域１８に配置されている。直方体領域１８は、少なくとも一部の領域においてメサ状領域１７よりも側方に（主面３と略平行な方向に）突出している。
オプトエレクトロニクス半導体チップ１はまた、コンタクト層６を備える。コンタクト層６は、半導体ボディ２の主面３に配置されている。コンタクト層６は、導電性材料を含む。好ましくは、コンタクト層６は、透明導電性酸化物を含む。特に主面３の大部分がコンタクト層６によって被覆されている。コンタクト層６の利点は、相対的に小さい厚さｄ１である。厚さｄ１は、好ましくは５ｎｍ〜２５ｎｍの範囲内である。コンタクト層６の小さい厚さｄ１によって、コンタクト層６における吸収が減少する。有利なことに、そのようなコンタクト層６によって、活性ゾーン５によって発生した放射Ｓの大部分を透過することができる。
オプトエレクトロニクス半導体チップ１はまた、フィルタ層７を備える。フィルタ層７は、コンタクト層６に配置されている。好ましくは、フィルタ層７は、多層構造を有し、具体的には、少なくとも２層の部分層７Ａ，７Ｂを有する（図４を参照）。好ましくは、部分層は、主面３に互いに重ねて配置されている。換言すれば、部分層は、特に主面３と平行に伸長している。２層の隣接した部分層の屈折率は異なっている。具体的には、部分層は、高屈折性材料の層が低屈折性材料の層に続くように交互に配置されている。具体的には、高屈折率の部分層の厚さは、低屈折率の部分層の厚さより小さい。全体として、フィルタ層７の厚さｄ３を、４００ｎｍ〜８００ｎｍとすることができる。
オプトエレクトロニクス半導体チップ１は、導電層８をさらに備える。導電層８は、フィルタ層７の下流側であって、主面３の反対側に配置されている。好ましくは、コンタクト層６と同様に導電層８も、透明導電性酸化物から形成されている。しかしながら、導電層８の厚さｄ２は、コンタクト層６の厚さより大きい。具体的には、導電層８の厚さｄ２は、５０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内である。
導電層８がコンタクト層６より厚いため、導電層８の横方向の導電性は、コンタクト層６の横方向の導電性より良好であるが、通常、より厚い層がより薄い層より多くの放射を吸収する。しかしながら、上述のフィルタ層７によって、厚い導電層８での吸収損失を従来の半導体チップの場合よりも低く抑えることができる。
フィルタ層７には、急角度αでフィルタ層７にぶつかる放射Ｓのみが、好ましいことに導電層８に到達する効果がある。角度αは、具体的には、主面３に直交して配置される主軸Ｈに対して決定される。水平な放射成分（これらの放射成分は、半導体チップ１から出射される際にいずれにせよ全反射される）は、フィルタ層７によって反射され、半導体ボディ２内に戻される。
さらに、オプトエレクトロニクス半導体チップ１は、フィルタ層７にいくつかの開口部９を備える。開口部９は、導電性材料で充填されている。好ましくは、開口部９は、導電層８と同じ材料を有する。特に、この実施形態では、導電層８は、開口部９の中に延在している。
オプトエレクトロニクス半導体チップ１はまた、第１のコンタクト要素１１を備える。第１のコンタクト要素１１は、導電層８に配置されている。具体的には、第１のコンタクト要素１１は、導電層８に直接的に配置されており、コンタクト層６、フィルタ層７、および導電層８が第１のコンタクト要素１１と主面３との間に配置されている。第１のコンタクト要素１１は、導電層８に配置され、導電層８の小部分のみを被覆する金属コンタクトであれば好適である。図３が示すように、コンタクト要素をＵ字型の設計とすることができる。
半導体ボディ２は、第１の半導体領域１２を備える。第１の半導体領域１２は、特にｐ導電型である。第１のコンタクト要素１１は、好ましくは第１の半導体領域１２の電気接続を形成する。特にｎ導電型の第２の半導体領域１４を、第２のコンタクト要素１３によって電気接続することができる。
図１に示す実施形態では、メサ状領域１７は、第１の半導体領域１２、活性ゾーン５、および第２の半導体領域１４の一部を含む。また、第２の半導体領域１４は、直方体領域１８の一部である。第１のコンタクト要素１１は、メサ状領域１７に位置しており、第２のコンタクト要素１３は直方体領域１８に位置している。図３に示すように、第２のコンタクト要素１３は、細長い形を有することができ、具体的には、第１のコンタクト要素１１によって境界が定められた領域内に配置可能である。
第２のコンタクト要素１３の下方において、フィルタ層７の一部が、第２のコンタクト要素１３と第２の半導体領域１４との間に配置されている。フィルタ層７によって、第２のコンタクト要素１３において吸収によって生じる放射損失を、第２のコンタクト要素１３’の下方にフィルタ層を有しない従来の半導体チップ（図５を参照）と比較して減少することができる。
さらに、半導体チップ１は、接続層１５を備える。接続層１５は、第２の半導体領域１４の表面１９に配置されており、第２のコンタクト要素１３を第２の半導体領域１４に電気接続している。接続層１５は、透明導電性酸化物を含むことが有利である。接続層１５は、第２のコンタクト要素１３の下方に配置されているだけではなく、第２の半導体領域１４の表面１９の、コンタクト要素１３によって被覆されていない領域を被覆している。第２のコンタクト要素１３がその下にあるフィルタ層７によって第２の半導体領域１４から電気的に絶縁されているため、代わりに接続層１５によって、第２の半導体領域１４と第２のコンタクト要素１３との間の電気接続を確立することができる。
第１および第２の半導体領域１２，１４は、キャリア１６に配置されている。具体的には、キャリア１６は、第１および第２の半導体領域１２，１４が成膜された成長基板である。キャリア１６にはサファイア基板が好適である。
さらに、半導体チップ１は、パッシベーション層１０を備える。パッシベーション層１０は、導電層８に配置されており、特に、半導体ボディ２または半導体ボディ２に配置された各層６，７，８の保護に役立つ。パッシベーション層１０は、主面３を被覆しており、側面４の全体にわたって直方体領域１８まで伸長している。例えば、パッシベーション層１０は、二酸化ケイ素を含むか、または二酸化ケイ素からなる。
図２は、図１に示される半導体チップ１のメサ状領域１７の概略平面図の一部を示す。図２は、交線ＡＡ’を示す。図１の断面図は、交線ＡＡ’に沿って得られている。図２が示すように、主面の縁部に直ぐ隣り合った開口部９ａと主面の縁部との距離ａ１は、第１のコンタクト要素１１に直ぐ隣り合った開口部９ｂと第１のコンタクト要素１１との距離ａ２より小さい。各開口部９の間の距離ａ３は、好ましくは、２０μｍ〜５０μｍである。各開口部９の適切な直径ｂ（すなわち、最長の横寸法）は、具体的には２μｍ〜６μｍである。図２はまた、導電層８の縁部８ａを示す。導電層８の縁部８ａは、縁部に配置された開口部９の間の接続線に沿っている。導電層８は、縁部にある開口部９まで伸長しており、導電層８は、主面の縁部から離して位置決めされている。
図３は、図１に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップの表面の概略平面図である。図３に示すように、接続層１５の形は、第２のコンタクト要素１３の形と同様であるが、これらの２つの層１３，１５は、大きさが異なる。接続層１５は、全方向においてコンタクト要素１３を越えて突き出ている。
図４は、図１に示される半導体チップ１の様々な層についての様々なパラメータが示された表である。第１の列は要素を示し、第２の列は対応する要素の材料Ｍを示し、第３の列は要素の物理的厚さｄをｎｍ単位で示す。表が示すように、フィルタ層７は、合計６層の部分層７Ａ，７Ｂを有し、部分層７Ａは低屈折率（ＬＲＩ）材料から形成され、部分層７Ｂは高屈折率（ＨＲＩ）材料から形成されている。例えば、部分層７Ａの低屈折率材料を、屈折率ｎ＝１．５５のＳｉＯ２またはＳｉＯＮとしてもよい。さらに、部分層７Ｂの高屈折率材料を、屈折率ｎ＝２．４９のＴｉＯ２としてもよい。周囲媒質Ｖは、パッシベーション層１０（図１を参照）および封入部を含む。例えば、パッシベーション層１０は、二酸化ケイ素を含んでいてもよい。また、封入部もシリコーンから作られる。具体的には、パッシベーション層および封入部の屈折率は同一であり、それにより、これらの２層は、屈折率がｎ＝１．５５である光学的に均一な材料を形成する（ＰＲＯは「保護（protection）」を表わす）。さらに、表は、コンタクト層６および導電層８がＩＴＯから形成されており、コンタクト層６の厚さが１５ｎｍであり、導電層８の厚さが９５ｎｍであることを示す。対照的に、図５に示される従来の半導体チップは、例えば、フィルタ層を有しない。代わりに、従来の半導体チップは、単一のコンタクト層６’を備えており、このコンタクト層６’の厚さは、２つの層６，８を合わせた厚さと同一である（図６の表を参照）。これにより、本明細書に記載の半導体チップ１の場合よりも、コンタクト層６’における吸収損失は大きい。
図７は、従来の半導体チップ（図５を参照）と比較した本明細書に記載の半導体チップ（図１を参照）の角度に依存した透過Ｔおよび吸収Ａを％単位で示す。本明細書に記載の半導体チップの、角度αについての透過Ｔ（実線の曲線Ｉ）が従来の半導体チップ（実線の曲線ＩＩ）に比して増加しているのがわかる（角度αは、０°≦α≦αｔｏｔであり、αｔｏｔは、全反射の臨界角を意味する）。臨界角αｔｏｔより大きい角度αにおいて、本明細書に記載の半導体チップの吸収Ａ（破線の曲線Ｉ）は、従来の半導体チップ（破線の曲線ＩＩ）と比較して、大幅に減少されている。角度範囲０°≦α≦αｔｏｔは、第１の角度範囲であり、角度範囲αｔｏｔ＜α≦９０°が第２の角度範囲である。第１の角度範囲が円錐形領域を表わし、この円錐形領域の対称軸が図１に示される主軸Ｈを形成することに留意されたい。全反射の臨界角αｔｏｔは、半導体ボディの屈折率および周囲媒質の屈折率から決定される。この場合、ＧａＮから形成された半導体ボディの屈折率ｎがｎ＝２．５であり、周囲媒質の屈折率ｎがｎ＝１．５５であるため、臨界角αｔｏｔ＝ａｒｃｓｉｎ（１．５５／２．５）＝３８．３°である。
ＴとＡの値が計算値であって測定値ではないことに留意されたい（計算は、図４および図６の表に示された値に基づく）。
図８は、特に、フィルタ層７、少なくとも１つの開口部９、および導電層８の製造方法を例示するための図である。本製造方法の個々の製造ステップは、表されていない。フィルタ層７の製造時、フィルタ層７は、コンタクト層６に形成される。フィルタ層７の主面３に対向する表面は、コンタクト層６に直接接触して形成される。次いで、フィルタ層７の主面３とは反対側の表面からフィルタ層７の主面３に対向する表面まで伸長する少なくとも１つの開口部９をフィルタ層７が有するように、フィルタ層７に微細構造形成を行う。したがって、この実施形態では、フィルタ層７には、フィルタ層７の製造後にのみ微細構造が形成される。例えば、開口部９は、エッチングによって形成可能である。次いで、導電層８をフィルタ層７に形成する。導電層８は、導電層８の主面３と対向する表面がフィルタ層７に直接接触するようにフィルタ層７に形成される。具体的には、導電層８の製造時、開口部９は、導電層８の材料で充填される。次いで、充填された開口部９によって接続要素が形成される。接続要素は、導電層８とコンタクト層６とを接続する。接続要素は、開口部９を越えて突出しないように開口部９の中に位置することができる。
図９は、フィルタ層７および導電層８の他の形成方法を示す。この形成方法では、図８に記載の実施形態のようにフィルタ層７に後から微細構造を形成するのではなく、フィルタ層７は、既に微細構造が形成された状態で形成される。少なくとも１つの開口部９が後に作られる領域においてコンタクト層６を被覆するマスク（図示せず）をコンタクト層６に形成する。フィルタ層７がマスク、および、マスクによって被覆されていないコンタクト層６の領域に配置されるようにフィルタ層７を成膜する。次いで、導電層８を、フィルタ層７に、特にフィルタ層７の全表面に亘って成膜する。フィルタ層７および導電層８は、蒸着および／またはスパッタリングによって製造可能である。マスクを除去する（特に、いわゆるリフトオフプロセスによって除去する）際に、少なくとも１つの開口部９が作られる。少なくとも１つの開口部９の境界は、底部ではコンタクト層６によって、周囲では導電層８によって、定められている。また、この実施形態では、パッシベーション層１０が少なくとも１つの開口部９に配置されるようにパッシベーション層１０を導電層８に成膜する。
本発明は、実施形態に基づく説明によって限定されない。むしろ、本発明は、新規な特徴および特徴の組合せ（特に特許請求項中の特徴の組合せを含む）を、当該特徴または特徴の当該組合せそれ自体が特許請求項または実施形態に明示されていないとしても包含するものである。
本願は、独国特許出願第１０２０１６１０１６１２．８号の優先権を主張し、その開示内容は参照によって本明細書に援用される。
１，１’ オプトエレクトロニクス半導体チップ
２，２’ 半導体ボディ
３ 主面
４ 側面
５ 活性ゾーン
６，６’ コンタクト層
７ フィルタ層
７Ａ，７Ｂ 部分層
８ 導電層
８ａ 縁部
９，９ａ，９ｂ 開口部
１０，１０’ パッシベーション層
１１ 第１のコンタクト要素
１２ 第１の半導体領域
１３，１３’ 第２のコンタクト要素
１４ 第２の半導体領域
１５，１５’ 接続層
１６ キャリア、成長基板
１７ メサ状領域
１８ 直方体領域
１９ 表面
ａ１，ａ２，ａ３ 距離
ｂ 直径
ｄ１，ｄ２，ｄ３ 厚さ
Ｔ 透過
Ａ 吸収
Ｈ 主軸
Ｓ 電磁放射
Ｖ 周囲媒質
２，２’ 半導体ボディ
３ 主面
４ 側面
５ 活性ゾーン
６，６’ コンタクト層
７ フィルタ層
７Ａ，７Ｂ 部分層
８ 導電層
８ａ 縁部
９，９ａ，９ｂ 開口部
１０，１０’ パッシベーション層
１１ 第１のコンタクト要素
１２ 第１の半導体領域
１３，１３’ 第２のコンタクト要素
１４ 第２の半導体領域
１５，１５’ 接続層
１６ キャリア、成長基板
１７ メサ状領域
１８ 直方体領域
１９ 表面
ａ１，ａ２，ａ３ 距離
ｂ 直径
ｄ１，ｄ２，ｄ３ 厚さ
Ｔ 透過
Ａ 吸収
Ｈ 主軸
Ｓ 電磁放射
Ｖ 周囲媒質
Claims (18)
- 主面（３）と、前記主面（３）を横断するように配置された少なくとも１つの側面（４）と、電磁放射（Ｓ）を発生する活性ゾーン（５）とを有する半導体ボディ（２）と、
導電性材料を含み、前記半導体ボディ（２）の前記主面（３）に配置されるコンタクト層（６）と、
誘電材料を含み、前記コンタクト層（６）に配置されるフィルタ層（７）と、
導電性材料を含み、前記フィルタ層（７）に配置される導電層（８）と、
を備え、
発生した前記電磁放射（Ｓ）の一部は、動作時に前記半導体ボディ（２）の前記主面（３）を通過し、
前記導電層（８）の厚さ（ｄ２）は、前記コンタクト層（６）の厚さ（ｄ１）より大きく、
前記コンタクト層（６）および前記導電層（８）は、透明導電性酸化物を含み、
前記フィルタ層（７）は、多層化されており、屈折率（ｎ）が互いに異なる少なくとも２層の部分層（７Ａ，７Ｂ）を有し、
前記フィルタ層（７）は、第１の角度範囲内の角度（α）で前記フィルタ層（７）に衝突する放射（Ｓ）が主に透過され、第２の角度範囲内の角度（α）で前記フィルタ層（７）に衝突する放射（Ｓ）が主に反射されるフィルタ特性を有する、
オプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）は、少なくとも１つの開口部（９）を有する、
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（１）。 - 前記コンタクト層（６）および前記導電層（８）は、開口部（９）の領域において接触している、
請求項１または２に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）は、複数の開口部（９）を有し、
前記主面（３）の縁部に最も近い開口部（９ａ）と前記主面（３）の縁部との間の距離（ａ１）は、第１のコンタクト要素（１１）に最も近い開口部（９ｂ）と前記第１のコンタクト要素（１１）との間の距離（ａ２）より小さい、
請求項２または３に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）は、前記コンタクト層（６）および前記導電層（８）に直接隣接する、
請求項１〜４のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）は、高屈折率の部分層（７Ｂ）および低屈折率の部分層（７Ａ）が交互に積層された積層体を有し、
前記高屈折率の部分層（７Ｂ）の厚さは、前記低屈折率の部分層（７Ａ）の厚さより小さい、
請求項１〜５のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）の前記誘電材料の屈折率は、前記フィルタ層（７）の周囲の媒質（Ｖ）の屈折率以上である、
請求項１〜６のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）は、前記側面（４）の少なくとも一部に配置される、
請求項１〜７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記コンタクト層（６）および／または前記導電層（８）は、透明導電性酸化物からなる、
請求項１〜８のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 導電性材料を含み、前記導電層（８）に配置される第１のコンタクト要素（１１）と、
導電性材料を含み、前記半導体ボディ（２）において第２の導電型を有する第２の半導体領域（１４）に配置される第２のコンタクト要素（１３）と、
を備え、
前記第１のコンタクト要素（１１）は、前記半導体ボディ（２）において第１の導電型を有する第１の半導体領域（１２）の電気接続を形成し、
前記第２のコンタクト要素（１３）は、前記第２の半導体領域（１４）の電気接続を形成する、
請求項１〜９のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記フィルタ層（７）の一部は、前記第２のコンタクト要素（１３）と前記第２の半導体領域（１４）との間に配置される、
請求項１０に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記第２のコンタクト要素（１３）と前記第２の半導体領域（１４）との間に配置される導電性接続層（１５）を備える、
請求項１０または１１に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 前記導電性接続層（１５）は、前記第２のコンタクト要素（１３）と前記フィルタ層（７）との間に配置される、
請求項１２に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）。 - 主面（３）を有する半導体ボディ（２）を設けるステップと、
導電性材料から形成されるコンタクト層（６）を前記主面（３）に設けるステップと、
誘電材料から形成されるフィルタ層（７）を前記コンタクト層（６）に設けるステップと、
導電性材料から形成される導電層（８）を前記フィルタ層（７）に設けるステップと、
を含み、
前記導電層（８）の厚さ（ｄ２）は、前記コンタクト層（６）の厚さ（ｄ１）より大きく、
前記コンタクト層（６）および前記導電層（８）は、透明導電性酸化物を含み、
前記フィルタ層（７）は、多層化されており、屈折率（ｎ）が互いに異なる少なくとも２層の部分層（７Ａ，７Ｂ）を有し、
前記フィルタ層（７）は、第１の角度範囲内の角度（α）で前記フィルタ層（７）に衝突する放射（Ｓ）が主に透過され、第２の角度範囲内の角度（α）で前記フィルタ層（７）に衝突する放射（Ｓ）が主に反射されるフィルタ特性を有する、
オプトエレクトロニクス半導体チップ（１）の製造方法。 - 前記半導体ボディ（２）には、微細構造形成によって前記導電層（８）および接続層（１５）が形成される層が設けられる、
請求項１４に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）の製造方法。 - 前記フィルタ層（７）は、不連続部を有さずに前記コンタクト層（６）に形成され、
続いて、少なくとも１つの開口部（９）が前記フィルタ層（７）に形成される、
請求項１４または１５に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）の製造方法。 - 開口部（９）が形成される前記フィルタ層（７）の領域において、前記コンタクト層（６）を被覆するマスクが前記コンタクト層（６）に形成され、
前記フィルタ層（７）は、前記マスク、および、前記マスクによって被覆されていない前記コンタクト層（６）の領域に配置されるように成膜される、
請求項１４または１５に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）の製造方法。 - 請求項１〜１３のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）が製造される、
請求項１４〜１７のいずれか一項に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ（１）の製造方法。
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