(57)【要約】【課題】高い面積歩留まりでウェハから製造でき、高い光出力に適した放出放射半導体構成素子と、その製造方法とを提供すること。【解決手段】放射透過性の基板の下面に放射生成層が配置されている半導体構成素子において、該基板は傾斜された側面を有しており、該基板の屈折率は、該放射生成層の屈折率より大きく、前記屈折率の差から、該放射生成層からフォトンが直接入力結合されない非入射領域が得られ、該基板は前記非入射領域において実質的に垂直な側面を有する半導体構成素子。【選択図】図１
2010187033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出する半導体構成素子であって、
放射透過性の基板（１）が設けられており、
該基板（１）の下面には、放射生成層（２）が配置されており、
該基板（１）は、傾斜された側面（３）を有しており、
該基板の屈折率（ｎ１）は、該放射生成層（２）の屈折率（ｎ２）より大きい形式のものにおいて、
前記屈折率の差から、前記基板（１）において該放射生成層（２）からフォトンが直接入力結合されない非入射領域（４）が得られ、
該基板（１）は前記非入射領域（４）において、実質的に垂直な側面（５）を有することを特徴とする半導体構成素子。
【請求項２】
該放射生成層（２）の該基板（１）と反対側が、該構成素子を取り付けるために設けられている、請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項３】
該放射生成層（２）の該基板（１）と反対側に、取り付け面が形成されている、請求項２記載の半導体構成素子。
【請求項４】
前記垂直な側面（５）は、該基板の下面にベース（６）を形成し、上面で前記傾斜された側面（３）を区切っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項５】
前記非入射領域（４）の上方の境界は、前記ベース（６）の上方の境界と一緒になっている、請求項４記載の半導体構成素子。
【請求項６】
該ベース（６）の高さ（ｈ）は、１５〜３０μｍの間である、請求項４または５記載の半導体構成素子。
【請求項７】
前記傾斜された側面（３）と基板下面との間に、１５〜４０°の角度（α）が形成されている、請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項８】
該基板（１）の下面は、３００〜２０００μｍの間の幅（Ｂ）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項９】
該基板（１）は、２００〜３００μｍの間の厚さ（Ｄ）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１０】
該放射生成層（２）は基板下面を、外側の自由縁部（７）まで被覆し、
前記外側の自由縁部（７）は、１０〜５０μｍの間の幅（ｂＦ）を有する、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１１】
該放射生成層（２）は、傾斜された側縁部（８）を有し、
前記傾斜された側縁部（８）は、該基板（１）に対して横方向に放射された光を、該基板（１）の方向に反射させる、請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１２】
前記傾斜された側縁部（８）と基板下面との間に、２０〜７０°の間の角度（β）が設けられている、請求項１１記載の半導体構成素子。
【請求項１３】
該放射生成層（２）の傾斜された側縁部（８）と基板（１）との間の角度（β）は、放射が側縁部（１２）で全反射するのに適した角度である、請求項１１または１２記載の半導体構成素子。
【請求項１４】
該放射生成層（２）の側縁部（１２）は、光反射性の材料（９）によって被覆されている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１５】
前記光反射性の材料（９）は、アルミニウムまたは銀である、請求項１４記載の半導体構成素子。
【請求項１６】
・該基板（１）の上面にコンタクトエレメント（１０，１０ａ）が配置されており、
・該基板（１）の横方向導電性によって、コンタクトエレメント（１０）から該基板（１）に入力結合される電流が円錐状に拡大され、
・前記コンタクトエレメント（１０）は、該基板（１）の横断面全体が通電される深度（Ｔ）で電流拡大円錐（１３）が接するように相互に離隔されている、請求項１から１５までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１７】
前記コンタクトエレメントは、相互に組み入れられた正方形（１１）に沿って延在する導体路（１０）であり、
前記正方形（１１）は、相互に平行な等間隔の側縁部（１２）を有する、請求項１６記載の半導体構成素子。
【請求項１８】
前記導体路（１０）は、該基板（１）の通電すべき表面に相応して相互に異なる幅（ｂＬ１，ｂＬ２，ｂＬ３）を有する、請求項１７記載の半導体構成素子。
【請求項１９】
該基板（１）は炭化珪素を含む、請求項１から１８までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２０】
該基板（１）は、六方晶の６Ｈ炭化珪素を含む、請求項１から１９までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２１】
該放射生成層（２）は窒化ガリウムを含む、請求項１から２０までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２２】
基板下面は、少なくとも３００μｍの幅（Ｂ）を有する、請求項１から２１までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２３】
放射放出する半導体構成素子の製造方法において、
ａ）Ｖ字形の溝（１４）を放射透過性の基板（１）に、適切に成形された鋸によって切り込み、該基板（１）の残留厚さ（ｄｒ）を一貫して残すステップと、
ｂ）該基板（１）を前記溝（１４）に沿って、複数の個別基板（１５）に分離するステップとを有することを特徴とする、請求項１から２２までのいずれか１項記載の半導体構成素子の製造方法。
【請求項２４】
該基板（１）の分離を、まっすぐな鋸刃を有する鋸によって行う、請求項２３記載の製造方法。
【請求項２５】
該基板（１）の分離を、割ることによって行う、請求項２４記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射放出する次の形式の半導体構成素子に関する。すなわち、放射透過性の基板を有し、該基板の下面に放射生成層が配置されている形式の半導体構成素子に関する。該基板は、傾斜された側面を有する。さらに本発明は、該放射放出する半導体構成素子の製造方法にも関する。
【背景技術】
【０００２】
ＵＳ５０８７９４９から、冒頭に記載された形式の構成素子が公知である。この構成素子では、基板の下面に設けられた放射生成層の横方向の大きさは非常に小さいので、放射源は基板の形状を最適化する際に点光源と見なされる。それに相応して基板は、内部の光源から基板の境界面に入射される光が可能な限り常に、全反射の臨界角より小さい角度で入射するように成形される。こうすることによって、放射生成層によって生成された光の可能な限り大きな部分が基板を透過するようになる。基板の成形を、該基板の下面に設けられた実質的に点状の光源と関連して最適化すると、このような基板は、大きな面積を有する放射生成層には十分に適さなくなってしまう。
【０００３】
ＵＳ５１８７５４７から、冒頭に述べられた形式の次のような構成素子が公知である。すなわち、放射透過性の基板の下面に大きな面積で塗布された放射性成層が配置されている構成素子が公知である。これによって、生成された光量全体が点状の光源と比較して格段に向上される。基板の形状は、上面と下面との間に傾斜された連続的な縁部が延在し、この縁部から基板内部からの光が、外部へ出力結合されるように選択される。上方から下方に向かって連続的に傾斜された基板の側縁部は、多数のこのような基板を、これに適した材料から成るウェハから製造すると、ウェハの面積歩留まりが低減されてしまうという欠点を有する。
【０００４】
換言すると、２つの基板間に設けられたＶ字形の切り込みは通常、適切な鋸によって形成され、この鋸は基板に切り込む際に、材料が横方向に無視できないほどに除去され、個々の基板の使用可能な面積が不都合に縮小してしまうという結果を引き起こす。さらに、Ｖ字形の鋸刃によって基板を完全に切断するということも欠点である。というのも、鋸刃は傷つきやすいからだ。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＵＳ５０８７９４９
【特許文献２】ＵＳ５１８７５４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の課題は、高い面積歩留まりでウェハから製造でき、高い光出力に適した放出放射半導体構成素子を提供することである。
【０００７】
本発明の課題はさらに、上記の構成素子を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題は、
放射透過性の基板が設けられており、
該基板の下面には、放射生成層が配置されており、
該基板は、傾斜された側面を有しており、
該基板の屈折率は、該放射生成層の屈折率より大きい半導体構成素子において、
前記屈折率の差から、該放射生成層からフォトンが直接入力結合されない、入射されない基板領域が得られ、
該基板は前記入射されない領域において、実質的に垂直な側面を有することを特徴とする半導体構成素子
によって解決される。
【０００９】
また前記課題は、
ａ）Ｖ字形の溝を放射透過性の基板に、適切に成形された鋸によって切り込み、該基板の残留厚さを一貫して残すステップと、
ｂ）該基板を前記溝に沿って、複数の個別基板に分離するステップとを有することを特徴とする、上記半導体構成素子の製造方法によっても解決される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】構成素子の一例の概略的な断面図である。
【図２】図１に示された構成素子の出力結合効率に関するコンピュータシミュレーションの一例を示している。
【図３】コンタクトエレメントの配置の概略的な断面図である。
【図４】基板の上面に設けられた導体路の配置の平面図である。
【図５】基板の上方から見た、導体路の別の実施形態を一例として示す平面図である。
【図６】図１の一部を示しており、放射生成層の傾斜された側縁部を示す図である。
【図７】該構成素子の製造方法が実施されている時の基板を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここでは、放射透過性の基板を有する放射放出半導体構成素子が提供される。該基板の下面には、放射生成層が配置されている。該基板は少なくとも、放射生成層で生成された放射に対して透過性である。さらに該基板は、傾斜された側面を有する。該基板の屈折率は、放射生成層の屈折率より高い。このような屈折率の比はとりわけ、放射生成層で生成された放射の波長で有効である。
【００１２】
屈折率が異なることにより、基板に非入射領域が得られる。この非入射領域には、放射生成層からフォトンが直接入力結合されない。このようにして生じた死角により、屈折の法則に基づいて光が任意の角度で基板に入力結合することはできなくなり、このために、屈折率差によって決定される最小臨界角が得られる。
【００１３】
本発明では有利には、放射生成層の基板と反対側を使用して該構成素子を取り付ける（アップサイドダウン取り付け）。ここで目的に適っているのは、放射生成層の基板と反対側に、相応の取り付け面を設けることである。
【００１４】
基板の非入射領域には、実質的に垂直な側面が設けられている。この実質的に垂直な側面とは、使用可能な手段によって基板の下面に対して可能な限り垂直に形成することができる側面を意味している。前記使用可能な手段の例は、基板をまっすぐに鋸断すること、または、比較的大きな基板から成る基板を割って個々に分離することである。
【００１５】
このような構成素子の利点は、垂直な側面が基板の側部領域に設けられていることにより、格段に小さな所要面積で製造できることである。たとえば基板の下面にベースを形成する垂直な側面によって、該基板の部分が基板厚さの部分領域で区切られる。このことによって基板材料の横方向の除去は、必要とされる最小程度まで低減される。すなわち傾斜した側面は、基板の内部から光を最適に出力結合するために必要なのである。しかし死角の領域では基板から光を出力結合しなくてもよいので、光出力結合に悪影響を及ぼさずに、この場所で基板の外形を、より良好に製造できるようにするために最適化することができる。このように、より簡単またはより良好に製造できるようにし、とりわけ、複数の個々の基板を大きな基板から分離することによって製造する際に面積歩留まりを改善するためには、垂直縁部の領域で基板を、たとえば割ることによって分離するか、またはまっすぐな鋸断によって分離することができる。
前記ベース（６）の高さ（ｈ）は、有利には１５〜３０μｍの間である。また有利には、前記傾斜された側面（３）と基板下面との間に、１５〜４０°の角度（α）が形成されている。さらに有利には、基板（１）は２００〜３００μｍの間の厚さ（Ｄ）を有する。
【００１６】
まっすぐに鋸断する場合、横方向の材料の除去は傾斜縁部の鋸断よりも非常に小さくなる。基板をまっすぐな側縁部の場所で割ることによって分離すると、横方向の材料の除去ひいては大きな基板における面積歩留まりがさらに改善される。
【００１７】
それに相応して、基板にＶ字形の溝を、適切に成形された鋸によって刻み込む、該構成素子の製造方法が提案される。しかしここでは、基板の残留厚さが一貫して残ることに留意する。その次のステップで、基板はより小さい個別基板に、特にＶ字形の溝に沿って分離される。
【００１８】
該方法は、従来技術から公知の基板形状よりＶ字形の溝の深さを低減することによって、Ｖ字形の溝を鋸によって形成するのに適した鋸断時に横方向の材料の除去および摩耗を格段に低減できるという利点を有する。
【００１９】
基板の分離は、たとえばまっすぐな鋸刃によって行われる。このような鋸刃の不良品は、Ｖ字形の鋸刃より格段に小さい。
【００２０】
さらに、基板を割って分離することもできる。こうすることにより、不良品はさらに低減される。
【００２１】
構成素子の実施形態では、垂直な側面は基板の下面にベースを形成し、該基板の上面で、傾斜した側面は区切られている。基板をこのように成形することの利点は、該基板の下面のベースによって、該基板の入射されないすべての領域を垂直な側面のために使用できることだ。それゆえこのような成形は、２つの個別基板間のＶ字形の凹入部を片側から鋸断することができ、その後は該基板の側面を処理するために、ただ１つのステップのみを行うだけでよいという利点を有する。該構成素子の別の実施形態では、非入射領域の上方の境界とベースの上方の境界とを一緒にする。こうすることにより、非入射領域の高さ全体を使用してベースを形成することができるという利点が得られる。基板のベースが高く形成されているほど、２つの個別基板の相互間のＶ字形の切り込みを深くしなくてもよくなり、大きな面積での面積歩留まりを有利に構成することができる。
【００２２】
ベースは、基板の非入射領域を超えてさらに高くしてもよい。このことは、製造方法に関して別の利点をもたらす。しかしこのことを行うと、基板からの光出力結合に悪影響が及ぼされる。基板に関しては、傾斜された側面がより有利である。
【００２３】
該構成素子の別の実施形態によれば、放射生成層は基板下面を、有限の幅を有する外側の自由縁部まで被覆する。放射生成層が下面をほぼ完全に被覆することにより、それに相応して面積が拡大されて、多くの電流が放射生成層に入力結合することができ、放射生成層の光出力効率が向上される。
【００２４】
放射生成層が基板の下面の縁部まで完全に達しない場合、たとえば薄い窒化珪素層によってしか被覆されていないため機械的な損傷に対して非常に敏感に反応する放射生成層は、大きなウェハから個別基板を分離する際に損傷から保護されることが保証できる。
【００２５】
さらに、基板の下面に自由縁部をこのように構成することは、該自由縁部の適切な幅を選択することにより、非入射基板領域の幾何的な大きさを決定できるという利点を有する。基板の下面の放射生成層の大きさが小さいほど、非入射基板領域は大きくなる。というのも、この基板領域は臨界角と、放射生成層の縁部から基板の縁部までの領域とによって決定され、この臨界角も屈折率差に依存し、該領域を介して該臨界角は、非入射基板領域が基板縁部の方向に拡大するのを引き起こすからだ。
前記外側の自由縁部（７）は、有利には１０〜５０μｍの間の幅（ｂＦ）を有する。
【００２６】
該構成素子の別の実施形態では放射生成層は、傾斜された縁部を有する。この縁部は、該放射生成層にて生成され横方向に基板へ放射される光が基板の方向に反射されるように形成されている。
【００２７】
放射生成層のこのような設計で、基板の特別な設計に依存せず、かつ該基板と放射生成層との間の屈折率差にも依存せずに有利に適用できる特有の発明を理解することができる。というのも、放射生成層の側縁部を傾斜させることによって、生成された放射が該基板の方向に有利に方向変換されるからだ。このことによって有利には、放射生成構成素子の光出力効率が向上される。
【００２８】
したがって、本発明を放射生成層の成形に関してこのように実施するために必要なのは、下面に放射生成層が取り付けられた基板だけである。
【００２９】
放射が適切な方向に反射するためには、放射生成層の傾斜された側縁部と基板下面との間の角度が２０〜７０°の間であると有利である。有利には、３０〜６０°の間の角度を選択する。上記の角度範囲でさらに、全反射の適切な角度を指定することもできる。この角度は、放射生成層を包囲するための材料に依存する。放射生成層と該放射生成層の周辺部との間の屈折率差に応じて、該放射生成層にて生成された光が傾斜側縁部にて全反射する際の適切な角度を選択することができる。
【００３０】
さらに、光反射性の材料によって傾斜側縁部にて全反射を引き起こすこともできる。たとえば傾斜側縁部は、アルミニウムまたは銀を含有する層によって被覆される。こうするためには、半導体と金属との間にパッシベーション層を設けなければならない。
【００３１】
上記の実施形態がそれ自体で単独で、または相互に組み合わされて特に有利に利用される該構成素子の別の実施形態では、基板の上面にコンタクトエレメントが配置される。さらに基板材料は、横方向伝導率、すなわち基板下面に対して横方向の伝導率によって、コンタクトエレメントから基板に入力結合される光が円錐状に拡大するように選定される。円錐状の拡大はとりわけ、基板の異方性の伝導性に基づいて得られる。このような基板の適切な材料は、たとえば炭化珪素である。
【００３２】
さらにコンタクトエレメントは、該基板の横断面全体が通電される深度で電流拡大円錐が相互に接するように、相互に離隔されている。それに相応してコンタクトエレメントは一方では、基板表面の下方にある通電すべき横断面の深度が比較的浅くても、基板が可能な限り完全に通電されるように配置すべきである。他方では、基板横断面が完全に通電される深度は、基板内において電流拡大円錐が相互に接する深度と正確に等しくなければならない。
【００３３】
個々のコンタクトウェブの電流拡大円錐が、基板横断面全体に未だ通電されない深度ですでに交差する場合、基板の完全な通電によって比較的大きな深度で、高い順電圧が発生するという欠点が生じる。このことは、該構成素子の電気的特性に不都合である。確かに、この場合にも基板を、該基板表面より下方の比較的浅い深度で大きな面積で通電することはできるが、その際には、該基板の表面上のコンタクトウェブの数を増加させなければならない。こうすると、基板の表面からの光出力効率に悪影響が及ぼされる。というのも、コンタクトウェブは通常、完全には透明でないか、または完全には反射性でないからだ。
【００３４】
基板の表面上のコンタクトエレメントのこのような配置で、基板の下面にベースを形成することに依存せず、または放射生成層の縁部傾斜に依存せずに、冒頭に挙げられた形式の構成素子に適用できる独立的な発明を理解することができる。
【００３５】
該構成素子の１つの実施形態では、コンタクトエレメントは導体路の形態で構成され、相互に組み入れられた正方形に沿って延在する。これらの正方形は、相互に等間隔でありかつ相互に平行な縁部を有する。コンタクトエレメントのこのような形状は、基板表面全体を均一に通電できるという利点を有する。さらに前記構造は、光工学によって容易に実現することができる。
【００３６】
該構成素子のこの実施形態の発展形態では、導体路の幅は、通電すべき基板表面に相応して相互に異なる。とりわけ、内側の正方形の導体路を、比較的外側にある正方形の導体路より狭くすると有利である。比較的外側にある正方形の導体路は、側方傾斜部の下方にある基板表面も通電しなければならないので、この導体路によって、比較的大きな基板表面も通電しなければならない。ここで、導体路と基板との間に十分なコンタクト面積を保証するために有利なのは、外側の導体路を内側の導体路より広幅に形成することである。内側にある導体路の幅を、電気的特性のために必要とされる程度よりも大きくすることが有利でないのは、こうすることによって該構成素子の光学的特性が損なわれることになるからだ。
【００３７】
該構成素子の実施形態では、基板は炭化珪素を有する。炭化珪素は基板材料として、導電率が良好であるという利点を有する。さらに、青色光のための半導体レーザまたは発光ダイオードの材料である窒化ガリウムの沈着が可能になるという利点も有する。
【００３８】
また、基板を六方晶の６Ｈ炭化珪素のポリタイプから形成すると有利である。六方晶の６Ｈ炭化珪素は、基板の表面上に垂直に立っている結晶工学上のｃ軸に対して垂直方向の導電率が、該ｃ軸に対して平行方向の導電率の約３倍の高さであるという特性を有する。このことの利点はとりわけ、該基板の通電を均一にする電流拡大円錐が得られるということである。
【００３９】
基板が均一に通電されることはとりわけ、可能な限り高い光量を生成するために放射生成層に高い電流を印加する場合に有利である。
【００４０】
さらに有利には、とりわけ炭化珪素から成る基板との組み合わせで、放射生成層が窒化ガリウムを含有すると有利である。ここでは、材料は窒化ガリウムのみに制限されず、窒化ガリウムの変化形を含むこともできる。これはとりわけ、窒化ガリウムをベースとする半導体材料である。ここではとりわけ、窒化ガリウム、窒化ガリウムアルミニウム、窒化ガリウムインジウム、およびｐ型ドーピングまたはｎ型ドーピングされた上記の材料の変化形が考えられる。窒化ガリウムおよび窒化ガリウムの上記の変化形の利点は、青色光の特に魅力的な波長領域で放射する放射生成層を実現できるという利点を有する。
【００４１】
本発明はとりわけ、基板下面の幅Ｂが少なくとも３００μｍである半導体素子に関する。
【００４２】
この大面積の基板は、放射生成層を通電するために比較的多くの電流を使用できるという利点を有する。というのも、十分な面積とともに、十分に低い電気抵抗を実現できるからだ。
【００４３】
こうすることによって、該構成素子の直列抵抗ひいては動作電圧ないしは効率を最適化することができる。
【実施例】
【００４４】
以下で本発明を、実施例および添付図面に基づいて詳細に説明する。これらの図において同一の参照記号は、相互に同一である要素または同様の機能を有する要素を示す。
【００４５】
図１は基板１を示しており、この基板１の下面は、放射生成層２によって被覆されている。基板１の下面は、幅Ｂを有している。さらに基板１の上面は、低減された幅ｂを有している。また基板１には、傾斜された側面３も設けられている。特に有利には、基板下面の幅Ｂが３００〜２０００μｍの間の値を有する。以下の考察では、基板幅Ｂが１０００μｍであることを前提とする。傾斜された側面３と基板下面との間には角度αが設けられている。これに対して補足的に、傾斜された基板面と基板垂線（破線によって示されている）とによって挟まれた角度θも記入されている。これは、出力結合効率について説明するための図２に示されている。放射生成層２の下面にはコンタクト層１７が取り付けられており、このコンタクト層１７は、窒化ガリウムが放射生成層２のベース材料である場合、ｐ型鏡面コンタクトとされる。すなわち放射生成層２の下面は、正の電気的コンタクトに属する。このｐ型鏡面コンタクトは、２つの機能を果たす。一方ではｐ型鏡面コンタクトは、放射生成層２を大きな面積かつ低抵抗で接触接続するために使用される。他方では、このコンタクト層１７は反射特性も有する。すなわち、放射生成層２で生成された光はコンタクト層１７によって反射され、それによって基板１を透過して該構成素子から出力結合される。
【００４６】
図１に示されているように、放射生成層２は基板１の下面全体に取り付けられておらず、自由縁部７が設けられている。この自由縁部７は、放射生成層２によって被覆されていない。さらに以下では、基板１の材料は六方晶の炭化珪素であることを前提とする。しかし、別の適した材料も考えられる。また、放射生成層２の材料は窒化ガリウムであるか、ないしは、青色スペクトル領域で放出する発光ダイオードないしは半導体レーザで製造するのに適した窒化ガリウムベースの半導体材料であることも前提とする。
【００４７】
これらの材料の屈折率に関しては、炭化珪素の屈折率はｎ１＝２．７であり、これに対して窒化ガリウムの屈折率はｎ２＝２．５であることが適用される。それに相応して、基板１の屈折率は放射生成層２の屈折率より大きい。このような屈折率差によって、基板１に、放射生成層２からの光が入射されない領域が得られる。このような非入射基板領域４は、屈折率が異なる場合に一方の材料からの放射が他方の材料に到達する際の角度を決定する放射光学上の法則から得られる。この場合、いわゆる「死角」が得られ、この寸法はδである。ここで例として挙げられた材料の場合、この死角δは約２２．２°である。
【００４８】
放射生成層２の最も外側の縁部を起点として、円錐形の非入射基板領域４が得られる。この領域４は基板下面と、横断面では角度δとによって区切られている。ここで、非入射基板領域４の大きさは、放射生成層２の縁部において自由縁部７がどの程度大きいかに依存することが明らかに理解できる。さらに、非入射基板領域４の大きさは、基板１と放射生成層２との間の屈折率差にも依存する。基板１の下面、非入射基板領域４の領域にはベース６があり、このベース６の領域において基板１の側面５は、該基板１の下面に実質的に垂直に設けられている。
【００４９】
基板１のベース６の領域には、実質的に垂直な側面５が設けられており、これによって基板１の製造は簡単になり、基板面積の歩留まりが向上される。図１に示された例では、ベース６は約２０μｍの高さｈを有する。自由端部の幅ｂＦは、約２５μｍである。これは、一方では基板１をウェハから分離する際に放射生成層２を保護するのに適した寸法である。他方ではこの寸法は、基板１の下面が放射生成層２によって可能な限り大きな面積で被覆され、ひいては該構成素子の電気的特性が有利になることを保証するのに十分な程度に小さい。さらに、基板の厚さＤは２５０μｍであることも記載しておく。
【００５０】
図１に示された構成は特に、放射生成層２から光を良好に出力結合するのに適している。というのも、放射生成層２から下方へ放射されたフォトンはコンタクト層１７によって反射され、基板１を介して出力結合されるからだ。さらに、放射生成層２から上方へ放出されたフォトンは基板１に直接入って、ここから外側に出力結合される。
【００５１】
図２は、「レイトレーサ（Ray-Tracer）」シミュレーションの結果を示している。ここでは、単位％で測定された出力結合効率Ａが、単位°で測定された角度θを横軸としてプロットされている。３つの異なる測定曲線が得られており、第１の測定曲線はひし形によって表されており、第２の測定曲線は正方形によって表されており、第３の測定曲線は円によって表されている。ひし形を有する第１の測定曲線における幅Ｂは、９００μｍである。正方形を有する第２の曲線における幅Ｂは、１０００μｍである。円を有する第３の曲線における幅Ｂは、１２００μｍである。図２によれば光の最適な出力結合は、角度θが５０°である場合に得られる。しかし前記のような角度を、基板１がどの程度大きいかに応じて選択すると、残りの表面ｂが非常に小さくなってしまい、このことは不都合な直列抵抗に繋がる。直列抵抗を上昇させると、付加的な出力損失が効率利得を、出力結合に基づいて過度に補償することになる。このことに相応して半導体素子の本明細書では、幅Ｂが１０００μｍであり基板厚さが２５０μｍである場合に３０°〜４５°の間の範囲内にある角度θを指定する。
【００５２】
α＋θ＝９０°
であることを考慮することにより、ここでは並行して使用される両角度αおよびθを常に、相互に換算することができる。
【００５３】
図１に示された「アップサイドダウン」取り付け、すなわち、放射生成層を頭部に取り付けることの別の利点は、標準的に使用される「アップサイドダウン」取り付けと異なり、前方に方向付けられた放出特性である。これによって、基板１を包囲するケーシングからの光出力結合がより有利になる。
【００５４】
ここで図６も参照されたい。図６には、基板１が下面ないしはコンタクト層１７によって、導体フレーム１８に取り付けられているのが示されている。またこの図には、基本的に基板１の上面が使用されて光出力結合が行われることも図解されている。
【００５５】
図３は、導体路１０の配置の基本思想が示されている。この配置によって、該構成素子の直列抵抗が格段に低減され、基板表面を透過する光透過が高くなる。適切な接触接続は、たとえば導体路１０が基板１の上面に配置されている接触接続である。結晶工学上のｃ軸（下向きの垂直な矢印によって示されている）に対して垂直に存在する導電性と、該ｃ軸に対して平行に存在するより良好な導電性とに起因して、基板１の導電性が等方性でなくなる。このことから、導体路１０によって基板１に入力結合される電流の拡大が発生し、いわゆる電流拡大円錐１３が得られる。これは図３に示されている。図３は、電流の拡大が基板１の横方向の導電性に起因してどのように進行するかを示している。六方晶の炭化珪素から成る基板１のここで考察されている例では、電流拡大円錐１３の展開角度γは１４０°になる。導体路１０相互間の間隔ａＬは理想的には、基板１の深度Ｔにおいて同時に以下の条件が満たされるように選択される：
１．基板１の断面全体が通電されること。すなわち、基板１の深度Ｔにおいて断面積の各面積部分が、少なくとも電流拡大円錐１３の中にあること。
２．深度Ｔにおいて初めて、隣接する電流拡大円錐１３が相互に重なること。
【００５６】
ここに挙げられた条件によって、導体路１０を位置づけするための最適条件が得られる。というのも、一方では基板１が最適に通電され、他方では基板１の面のカバーが最小になり、ひいては該構成素子の光学的特性が良好になるからだ。図１に示された例では、両導体路ａＬの間隔は５０μｍである。導体路１０の厚さｄＬは、典型的には１〜１．５μｍであり、ここで使用される構造化手法において通常、標準的になる寸法が得られる。これらの導体路１０の適切な各厚さの寸法を、変更することもできる。導体路１０は、すべての適切な導電性の材料から形成することができる。このような導電性の材料は、たとえばアルミニウムまたは銀である。
【００５７】
図４は、導体路１０の配置の平面図である。ここには、基板１の上面を接触接続するために該導体路１０がどのように構成されているかが示されている。この基板の上面は、ここに挙げられた実施例ではｎ型コンタクトである。導体路１０は、正方形１１の形態で配置されている。これらの正方形１１は側縁部１２を有しており、これらの正方形１１の相応の側縁部１２は相互に平行である。このようにして、正方形１１が相互に組み入れられて配置される。このような配置は、同軸の円と同様に見なすことができる。正方形１１の中心には、はんだ付け面１６が配置されている。このはんだ付け面１６は、ボンディングワイヤと電気的に接触接続するのに適している。さらに、十字形に配置された接続導体路１０ａが設けられており、導体路１０とはんだ付け面１６とを電気的に接触接続するために使用される。このようにはんだ付け面１６を接触接続することによって、各導体路１０が電気的に接触接続される。ひいては、基板１の上面も大きな面積で接触接続される。
【００５８】
図５は、基板１の上面における接触接続構造の別の実施形態を示している。図５によれば、導体路１０は３つの正方形１１に沿って配置されている。これらの正方形１１は、それぞれ異なる幅を有し、正方形１１の側縁部１２はそれぞれ等間隔で配置される。このことはたとえば、正方形１１の幅ｂＱ１，ｂＱ２，ｂＱ３に以下の寸法を適用することによって実現される：
ｂＱ１＝２２０μｍ
ｂＱ２＝４４０μｍ
ｂＱ３＝６６０μｍ
【００５９】
正方形１１を等間隔に配置することによって、基板１の上面を均質に通電することができる。
【００６０】
図５には別の側面として、正方形面積が増加するにしたがって導体路１０の幅が増加することも示されている。それに相応して、最も内側の導体路の幅ｂＬ１は１６μｍであり、中間の導体路１０の幅ｂＬ２は２０μｍであり、外側の導体路１０の幅ｂＬ３は２７μｍである。これらの導体路１０の幅ｂＬ１，ｂＬ２，ｂＬ３の寸法は、相応の導体路１０によって通電すべき面積にほぼ比例して増加するように選択されている。
【００６１】
図３に示された導体路１０の厚さは基本的に、正方形１１の中心に配置されたはんだ付け面１６の層厚さによって決定される。これは、確実なはんだ付けを保証するために決められた最小厚さを有しなければならない。導体路１０、接続導体路１０ａおよびはんだ付け面１６を、１つの処理ステップないしはマスクステップだけで基板１の上面に取り付けるのが有利であるから、同様に、導体路１０、接続導体路１０ａおよびはんだ付け面１６を等しい層厚さで製造するのが有利である。別の可能なプロセスでは、はんだ付け面１６を導体路１０ないしは接続導体路１０ａより厚く形成するのが有利である。というのも、導体路１０，１０ａにはボンディングされないので、これらの導体路１０，１０ａをより薄く形成して、たとえば材料を削減することが可能であるからだ。
【００６２】
図６は、下面に放射生成層２が取り付けられた基板１を示している。さらに放射生成層２の下面には、電気的なコンタクト層１７が取り付けられている。放射生成層２は傾斜された側縁部８を有する。これは、該放射生成層２で生成された光を基板１に入射し、そこから上方へ、所望の方向に反射させることによって、該構成素子の光出力効率をさらに有利に向上させるのに適している。傾斜側縁部８にて反射するために有利なのは、反射性成層２と周辺の媒体との間の屈折率差がどの程度であるかに応じて、この側縁部で全反射を利用することである。しかし、全反射に依存せずに反射性の材料９を傾斜側縁部８に取り付けて、放射を所望の方向に反射させることもできる。基板１とコンタクト層１７との間の電気的な短絡を阻止するため、場合によっては、反射性の材料９の間に電気的な絶縁層を取り付けることも非常に目的に適っている。前記反射性の材料９は、有利には銀またはアルミニウムであり、前記絶縁層は、たとえば窒化シリコンである。
【００６３】
ここに示された実施例では、傾斜側縁部８と基板１の下面との間の角度βを、３０〜６０°の間に選択すると有利である。
【００６４】
図７は、多数の個別基板１５の製造中の基板１を示している。これらの個別基板１５は、図１に示された基板１のベースも形成する。大きな基板１にＶ字形の溝１４が切り込まれ、その際に有利には、Ｖ字形の鋸刃が使用される。しかし、大きな基板１は完全には鋸断されず、むしろ基板の残留厚さｄｒが残される。この残留厚さｄｒは図１の実施例によれば、たとえば２０μｍである。次に個別基板１５が、割って分離されるか、またはまっすぐな鋸断によって分離される。
【００６５】
図面において記載された該構成素子の実施形態は、ここに開示された本発明を制限しない。むしろ本発明は、上記の条件を満たす適切な材料であればすべての材料を使用して実現することができる。
【符号の説明】
【００６６】
１    基板
２    放射生成層
３    傾斜側面
４    非入射領域
５    垂直側面
６    ベース
７    自由縁部
１７  コンタクト層
【図１】
2010187033.tif 000003
【図２】
2010187033.tif 000004
【図３】
2010187033.tif 000005
【図４】
2010187033.tif 000006
【図５】
2010187033.tif 000007
【図６】
2010187033.tif 000008
【図７】
2010187033.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年6月30日(2010.6.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出する半導体構成素子であって、
放射透過性の基板（１）が設けられており、
該基板（１）の下面には、放射生成層（２）が配置されており、
該基板（１）は、傾斜された側面（３）を有しており、
該基板の屈折率（ｎ１）は、該放射生成層（２）の屈折率（ｎ２）より大きい形式のものにおいて、
前記屈折率の差から、前記基板（１）において該放射生成層（２）からフォトンが直接入力結合されない非入射領域（４）が得られ、
該基板（１）は前記非入射領域（４）において、実質的に垂直な側面（５）を有することを特徴とする半導体構成素子。
【請求項２】
該放射生成層（２）の該基板（１）と反対側が、該構成素子を取り付けるために設けられている、請求項１記載の半導体構成素子。
【請求項３】
該放射生成層（２）の該基板（１）と反対側に、取り付け面が形成されている、請求項２記載の半導体構成素子。
【請求項４】
前記垂直な側面（５）は、該基板の下面にベース（６）を形成し、上面で前記傾斜された側面（３）を区切っている、請求項１から３までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項５】
前記非入射領域（４）の上方の境界は、前記ベース（６）の上方の境界と一緒になっている、請求項４記載の半導体構成素子。
【請求項６】
該ベース（６）の高さ（ｈ）は、１５〜３０μｍの間である、請求項４または５記載の半導体構成素子。
【請求項７】
該基板（１）の下面は、３００〜２０００μｍの間の幅（Ｂ）を有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項８】
該基板（１）は、２００〜３００μｍの間の厚さ（Ｄ）を有する、請求項１から７までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項９】
該放射生成層（２）は基板下面を、外側の自由縁部（７）まで被覆し、
前記外側の自由縁部（７）は、１０〜５０μｍの間の幅（ｂＦ）を有する、請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１０】
該放射生成層（２）は、傾斜された側縁部（８）を有し、
前記傾斜された側縁部（８）は、該基板（１）に対して横方向に放射された光を、該基板（１）の方向に反射させる、請求項１から９までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１１】
前記傾斜された側縁部（８）と基板下面との間に、２０〜７０°の間の角度（β）が設けられている、請求項１０記載の半導体構成素子。
【請求項１２】
該放射生成層（２）の傾斜された側縁部（８）と基板（１）との間の角度（β）は、放射が側縁部（１２）で全反射するのに適した角度である、請求項１０または１１記載の半導体構成素子。
【請求項１３】
該放射生成層（２）の側縁部（１２）は、光反射性の材料（９）によって被覆されている、請求項１０から１２までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１４】
前記光反射性の材料（９）は、アルミニウムまたは銀である、請求項１３記載の半導体構成素子。
【請求項１５】
・該基板（１）の上面にコンタクトエレメント（１０，１０ａ）が配置されており、
・該基板（１）の横方向導電性によって、コンタクトエレメント（１０）から該基板（１）に入力結合される電流が円錐状に拡大され、
・前記コンタクトエレメント（１０）は、該基板（１）の横断面全体が通電される深度（Ｔ）で電流拡大円錐（１３）が接するように相互に離隔されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１６】
前記コンタクトエレメントは、相互に組み入れられた正方形（１１）に沿って延在する導体路（１０）であり、
前記正方形（１１）は、相互に平行な等間隔の側縁部（１２）を有する、請求項１５記載の半導体構成素子。
【請求項１７】
前記導体路（１０）は、該基板（１）の通電すべき表面に相応して相互に異なる幅（ｂＬ１，ｂＬ２，ｂＬ３）を有する、請求項１６記載の半導体構成素子。
【請求項１８】
該基板（１）は炭化珪素を含む、請求項１から１７までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項１９】
該基板（１）は、六方晶の６Ｈ炭化珪素を含む、請求項１から１８までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２０】
該放射生成層（２）は窒化ガリウムを含む、請求項１から１９までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２１】
基板下面は、少なくとも３００μｍの幅（Ｂ）を有する、請求項１から２０までのいずれか１項記載の半導体構成素子。
【請求項２２】
放射放出する半導体構成素子の製造方法において、
ａ）Ｖ字形の溝（１４）を放射透過性の基板（１）に、適切に成形された鋸によって切り込み、該基板（１）の残留厚さ（ｄｒ）を一貫して残すステップと、
ｂ）該基板（１）を前記溝（１４）に沿って、複数の個別基板（１５）に分離するステップとを有することを特徴とする、請求項１から２１までのいずれか１項記載の半導体構成素子の製造方法。
【請求項２３】
該基板（１）の分離を、まっすぐな鋸刃を有する鋸によって行う、請求項２２記載の製造方法。
【請求項２４】
該基板（１）の分離を、割ることによって行う、請求項２３記載の製造方法。