(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
オプトエレクトロニクス半導体チップであって、
−  互いに距離をおいて配置されている多数の活性領域（１）と、
−  前記多数の活性領域（１）の下面（１ａ）に配置されている反射層（２）と、
を備えており、
−  前記活性領域（１）の少なくとも１つが主延在方向（Ｒ）を有し、
−  前記活性領域（１）の１つが、第１の半導体材料によって形成されているコア領域（１０）を有し、
−  前記活性領域（１）が活性層（１１）を有し、前記活性層（１１）が、少なくとも前記活性領域（１）の前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向（ｘ，ｙ）に前記コア領域（１０）を覆っており、
−  前記活性領域（１）がカバー層（１２）を有し、前記カバー層（１２）が、第２の半導体材料によって形成されており、少なくとも前記活性領域（１１）の前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向（ｘ，ｙ）に前記活性層（１１）を覆っており、
−  前記反射層（２）が、動作時に前記活性層（１１）において生成される電磁放射を反射するように設計されており、
−  前記活性領域（１）の少なくとも大部分が電流拡散層（１３）を有し、前記電流拡散層（１３）が、少なくとも前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向（ｘ，ｙ）に前記カバー層（１２）を覆っており、前記電流拡散層（１３）が、動作時に前記活性層（１１）において生成される電磁放射に対して透過性であり、
−  前記多数の活性領域（１）の間に絶縁材料（４）が配置されており、前記絶縁材料（４）が、動作時に前記活性層（１１）において生成される電磁放射に対して透過性であり、前記絶縁材料（４）が、少なくとも前記主延在方向（Ｒ）に対して横方向（ｘ，ｙ）に前記活性領域（１）を囲んでおり、
−  前記活性領域（１）が、前記反射層（２）の側の自身の下面（５ａ）にパッシベーション層（１４）を有し、前記パッシベーション層が、前記反射層（２）と、前記活性領域（１）の前記コア領域（１０）とに直接隣接しており、
−  前記第１の半導体材料が成長基板（６）の上にエピタキシャルに堆積されており、前記オプトエレクトロニクス半導体チップに前記成長基板（６）が存在しない、
オプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項２】
−  前記活性領域（１）が窒化物化合物半導体材料をベースとしており、
−  前記第１の半導体材料の成長方向（ｚ）が前記主延在方向（Ｒ）に実質的に平行であり、
−  前記活性領域（１）の少なくとも大部分が、前記主延在方向（Ｒ）に求められる長さ（Ｌ）を有し、かつ、前記主延在方向（Ｒ）に垂直である平面内に求められる直径（Ｄ）を有し、直径（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比が少なくとも３であり、
−  前記電流拡散層（１３）が透明導電性酸化物によって形成されており、
−  前記電流拡散層（１３）が、前記活性領域（１）の前記長さ（Ｌ）の少なくとも大部分にわたって延在しており、
−  前記絶縁材料（４）が少なくとも部分的に前記電流拡散層（１３）に直接隣接しており、
−  前記反射層（２）が部分的に前記絶縁材料（４）に直接隣接している、
請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項３】
前記第１の半導体材料の成長方向（ｚ）が前記主延在方向（Ｒ）に実質的に平行である、
請求項１または請求項２に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項４】
前記活性領域（１）が、前記主延在方向（Ｒ）に求められる長さ（Ｌ）を有し、前記活性領域（１）が、前記主延在方向（Ｒ）に垂直である平面内に求められる直径（Ｄ）を有し、直径（Ｄ）に対する長さ（Ｌ）の比が少なくとも３である、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項５】
前記電流拡散層（１３）が透明導電性酸化物によって形成されている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項６】
前記電流拡散層（１３）が、前記活性領域（１）の前記長さ（Ｌ）の少なくとも大部分にわたって延在している、
請求項４に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項７】
前記絶縁材料（４）が、少なくとも部分的に、前記活性領域の外面に直接隣接している、
請求項１から請求項６のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項８】
前記絶縁材料（４）が、少なくとも部分的に、前記電流拡散層（１３）に直接隣接している、
請求項１から請求項７のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項９】
前記反射層（２）が部分的に前記絶縁材料（４）に直接隣接している、
請求項１から請求項８のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項１０】
前記反射層（２）とは反対側の前記多数の活性領域（１）の面にマスク層（５）が配置されており、前記マスク層（５）が、前記活性領域（１）それぞれに対して、前記第１の半導体材料が貫通している開口部（５ａ）を有する、
請求項１から請求項９のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項１１】
前記マスク層（５）が、動作時に前記活性層（１１）において生成される電磁放射に対して透過性である、
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。
【請求項１２】
前記反射層（２）とは反対側の前記多数の活性領域（１）の面に、放射取り出し層（３）が配置されており、前記放射取り出し層が前記第１の半導体材料によって形成されている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【請求項１３】
−  前記反射層（２）とは反対側の前記多数の活性領域（１）の面に、放射取り出し層（３）が配置されており、前記放射取り出し層が前記第１の半導体材料によって形成されており、
−  前記放射取り出し層（３）の前記第１の半導体材料が、前記マスク層（５）における前記開口部（５ａ）を通じて、前記活性領域（１）の前記コア領域（１０）における前記第１の半導体材料に結合されている、
請求項１０または請求項１１に記載のオプトエレクトロニクス半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
オプトエレクトロニクス半導体チップを開示する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００２】
本発明の１つの目的は、特に効率的に動作させることのできるオプトエレクトロニクス半導体チップを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップは、特に、放射を放出するオプトエレクトロニクス半導体チップである。一例として、この半導体チップは、動作時に紫外線放射、可視光、または赤外線放射を放出するオプトエレクトロニクス半導体チップである。本オプトエレクトロニクス半導体チップは、特に、発光ダイオードチップである。さらに、本半導体チップは、放射を受け取るオプトエレクトロニクス半導体チップ、例えば太陽電池またはフォトダイオードとすることも可能である。
【０００４】
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ると、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、互いに距離をおいて配置されている多数の活性領域を備えている。本オプトエレクトロニクス半導体チップの動作時、活性領域において電磁放射が生成され、その少なくとも一部分が半導体チップから放出される。
【０００５】
本オプトエレクトロニクス半導体チップは、それぞれが互いに距離をおいて配置されている多数の活性領域を備えている。この場合、活性領域を下面もしくは上面またはその両方において、さらなる要素によって互いに接続することが可能である。この場合、活性領域は、それぞれの下面とそれぞれの上面との間の領域においては互いに隔てられおり、この領域では互いに接続されていない。
【０００６】
活性領域は、例えば、規則的な格子状に配置することができる。すなわち、活性領域は、事前に定義される距離をおいて互いに配置されている。一例として、活性領域の上面の平面視において、規則的な格子構造（例えば長方形格子の構造または三角形格子の構造など）が認識される。しかしながら、活性領域のランダムな分布も可能である。
【０００７】
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ると、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、多数の活性領域の下面に配置されている反射層を備えている。この場合、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、オプトエレクトロニクス半導体チップのすべての活性領域をそれらの下面において互いに接続している１層の反射層を備えていることが可能である。この場合、活性領域は、それぞれの下面において少なくとも部分的に反射層に直接隣接していることができる。
【０００８】
反射層は、特に、導電性として具体化することができる。この場合、反射層は、活性領域が反射層に配置されているそれぞれの下面において活性領域を電気的に接続する役割を果たす。反射層は、一例として、この目的のため金属によって形成されている。例えば、反射層は、銀、アルミニウム、クロム、ロジウム、ニッケル、白金、タングステン、チタンのうちの１種類の金属を含んでいる、またはこれらのうちの１種類の金属からなることができる。
【０００９】
さらには、反射層を、少なくとも部分的に電気的絶縁性として具体化することが可能である。この場合、反射層は、誘電体ミラーを備えている、またはそのような誘電体ミラーからなることができる。
【００１０】
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ると、活性領域の少なくとも１つは、主延在方向（main extension direction）を有する。すなわち、活性領域は、すべての空間方向に同じ範囲だけ延在しているのではなく、活性領域の延在範囲が最大である好ましい方向（主延在方向）が存在する。
【００１１】
活性領域は、一例として、円柱の形、円錐台の形、または特に六角形または三角形の底面を有する角柱の形を有することができる。この場合、主延在方向は、円柱または円錐台の高さが求められる方向である。言い換えれば、少なくとも１つの活性領域は、細長い３次元体によって形成されており、例えば、球や立方体の形を有さない。さらに、活性領域は、構造化されていない連続的な領域ではない。
【００１２】
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ると、少なくとも１つの活性領域は、第１の半導体材料によって形成されているコア領域を有する。この場合、第１の半導体材料は、第１の導電型を有する。一例として、第１の半導体材料は、ｎ型導電性として具体化されている。第１の半導体材料は、例えば、ｎ型にドープされたＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系をベースとすることができる。一例として、第１の半導体材料は、ｎ型にドープされた窒化物半導体材料系をベースとする。この場合、特に、第１の半導体材料は、ｎ型導電性のＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮをベースとすることができる。
【００１３】
活性領域のコア領域は、特に、主延在方向に沿って延在しており、活性領域と同じ形を有することができる。活性領域が例えば円柱または角柱の形に具体化されている場合、コア領域も円柱の形を有することができる。この場合、コア領域は、特に、第１の半導体材料からなる固体として具体化することができる。
【００１４】
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ると、少なくとも１つの活性領域は活性層を備えており、この活性層は、少なくとも活性領域の主延在方向に対して横方向にコア領域を覆っている。コア領域は側面を有し、例えば、この側面は、特に、活性層の材料によって完全に覆うことができる。この場合、コア領域は、活性層に直接隣接していることができる。オプトエレクトロニクス半導体チップの動作時、オプトエレクトロニクス半導体チップによって生成される放射は、活性領域、特に、活性層において生成される。活性層は、製造公差の範囲内で均一な厚さを有することが好ましい。
【００１５】
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ると、少なくとも１つの活性領域はカバー層を有し、このカバー層は、第２の半導体材料によって形成されており、少なくとも活性領域の主延在方向に対して横方向に活性層を覆っている。この場合、一例として、活性層は、カバー層とコア領域との間に配置されている。この場合、カバー層は、特に、活性層を完全に覆っていることができる。カバー層は、製造公差の範囲内で均一な厚さを有することが好ましい。
【００１６】
第２の半導体材料は、第１の導電型とは異なる第２の導電型の半導体材料である。特に、第２の半導体材料は、第１の半導体材料と同じ半導体材料系をベースとすることができるが、この場合、異なるドーピングを有することができる。第１の半導体材料が例えばｎ型導電性として形成されている場合、第２の半導体材料はｐ型導電性として形成されている。例えば、第１の半導体材料がｎ−ＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ、またはｎ−ＡｌＩｎＧａＮをベースとしている場合、第２の半導体材料は、ｐ−ＧａＮ、ｐ−ＩｎＧａＮ、ｐ−ＡｌＧａＮ、またはｐ−ＡｌＩｎＧａＮをベースとしている。
【００１７】
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ると、反射層は、動作時に活性層において生成される電磁放射を反射するように設計されている。すなわち、反射層は、活性層において生成される電磁放射に対して反射性である材料によって形成されており、反射層は、活性層によって生成される電磁放射の少なくとも一部分が反射層に入射するように配置されている。電磁放射は、例えば反射層とは反対の活性領域の側に位置する面において、オプトエレクトロニクス半導体チップから放出される。
【００１８】
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ると、本半導体チップは、互いに距離をおいて配置されている多数の活性領域を備えている。さらに、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、多数の活性領域の下面に配置されている反射層を備えている。この場合、活性領域の少なくとも１つは主延在方向を有し、活性領域は、第１の半導体材料によって形成されているコア領域を有し、活性領域は、少なくとも活性領域の主延在方向に対して横方向にコア領域を覆っている活性層を有し、活性領域はカバー層を有し、このカバー層は、第２の半導体材料によって形成されており、少なくとも活性領域の主延在方向に対して横方向に活性層を覆っており、反射層は、動作時に活性層において生成される電磁放射を反射するように設計されている。
【００１９】
この場合、本オプトエレクトロニクス半導体チップは、例えば同じタイプの構造に構築された多数の活性領域を備えていることが好ましい。この場合、これらの活性領域は、製造公差の範囲内で同一に具体化することができる。すなわち、活性領域それぞれは、コア領域、活性層、およびカバー層を備えており、これらはそれぞれ製造公差の範囲内で同じ材料組成を有する。特に、オプトエレクトロニクス半導体チップのすべての活性領域を製造公差の範囲内で同一に具体化することが可能である。しかしながら、オプトエレクトロニクス半導体チップが、少なくとも一部が異なって具体化されている多数の活性領域を備えていることも可能である。例えば、活性領域は、厚さおよび組成に関して互いに異なっていることができる。したがって、異なる活性領域は異なる色の光を放出することができ、したがって、本半導体チップは例えば全体として白色光を放出する。
【００２０】
本半導体チップのすべての活性領域が、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料系、特に、窒化物化合物半導体材料をベースとしていることが好ましい。
【００２１】
この場合、「窒化物化合半導体材料をベースとしている」とは、活性領域が、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）を含んでいる、またはこのような材料からなることを意味する。この場合、この材料は、上の化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、この材料は、例えば１種類または複数種類のドーパントと、追加の構成成分とを含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分を少量のさらなる物質によって置き換える、または補うことができる。
【００２２】
特に、ＧａＮ系の発光ダイオードの効率は、いわゆる「ドループ」効果によって動作電流条件下で制限される。この効果は、電流密度または電荷キャリア密度が上昇するにつれて効率が大幅に低下することを意味する。したがって、一般的な動作電流は、効率曲線の最大値を明らかに超える。したがって、電流残余定数（current remaining constant）において、より高い効率まで高める目的で、局所的な電荷キャリア密度を低下させることが有利である。これは、例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップの断面積を大きくすることによって、または活性層の数を増やすことによって、達成することができる。しかしながら、どちらの方法にも問題点が存在する。
【００２３】
この点において、断面積を大きくすることは、多くの用途（例えば投影装置におけるオプトエレクトロニクス半導体チップの使用）において非現実的であり、なぜなら、このように断面積を大きくすると、それに伴ってエタンデュ（etendue）も増大するためである。さらに、この解決策では、半導体チップの断面積の増大に不相応なコスト増大の問題もつねに存在する。
【００２４】
活性層の数もしくは厚さまたはその両方を増大させることは、特にピエゾ電界によってもたらされる層間の障壁によって電荷キャリア輸送が妨げられ、したがってすべての層の均一な通電が妨げられることにより、制限される。
【００２５】
本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの場合、活性領域は、例えば「コアシェルナノロッド」または「コアシェルマイクロロッド」として具体化されている。オプトエレクトロニクス半導体チップの放射放出領域が多数の活性領域、すなわち例えば多数のコアシェルナノロッドに分割されている結果として、動作時に半導体チップにおいて生成される電磁放射が活性層から放出される表面積が、例えば構造化されていない１つの活性領域を備えたオプトエレクトロニクス半導体チップよりも増大する。このようにすることで、半導体チップの効率が高まる。
【００２６】
活性領域の下面における反射層も、効率の向上に直接貢献し、なぜなら、動作時に生成される電磁放射を反射層によって好ましい方向に向けることができるためである。
【００２７】
本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップが多数の活性領域を備えているため、活性領域を大幅に拡大することと、したがって、電荷キャリア密度が低下するとともに動作電流条件下で効率を高めることとが達成される。さらに、互いに距離をおいて配置される活性領域をエピタキシャル成長させる過程において、閉じた２次元層と比較して、活性領域の半導体材料における歪みの低減を達成することが可能である。
【００２８】
特に、本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップは、１，０００個以上、好ましくは１０，０００個以上、特に１００，０００個以上、または１，０００，０００個以上の活性領域を備えていることが可能である。
【００２９】
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ると、第１の半導体材料は、成長基板の上にエピタキシャルに堆積されており、オプトエレクトロニクス半導体チップ自体は、もはや成長基板を有さず、したがってオプトエレクトロニクス半導体チップには成長基板が存在しない。言い換えれば、活性領域の完成後に、オプトエレクトロニクス半導体チップのエピタキシャルに堆積された層から成長基板が除去される。このことは、主題としての本オプトエレクトロニクス半導体チップを特徴付ける特徴であり、なぜなら、オプトエレクトロニクス半導体チップを解析することによって、エピタキシャルに堆積された層から成長基板が除去されたことを実証することが可能であるためである。
【００３０】
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ると、第１の半導体材料の成長方向は、主延在方向に実質的に平行に延びている。すなわち、第１の半導体材料の成長方向は、製造公差の範囲内で、主延在方向に平行に延びている。活性領域の成長方向は、コア領域の上端部において、オプションとして主延在方向に対して長手方向に延びることができる。したがって、少なくとも１つの活性領域のコア領域の第１の半導体材料は、主延在方向に成長している。活性領域の活性層およびカバー層は、コア領域の半導体材料の成長方向に対して横に延びる方向にコア領域を覆っている。
【００３１】
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ると、活性領域は、主延在方向に求められる長さを有する。すなわち、活性領域の長さは、主延在方向に沿って測定される。さらに、活性領域は、主延在方向に垂直な方向に求められる直径、すなわち主延在方向が直角に位置するような平面上に存在する直径、を有する。直径は、主延在方向に沿って変化することができる。活性領域、好ましくはオプトエレクトロニクス半導体チップのすべての活性領域の最大直径に対する長さの比は、この場合、少なくとも３、特に、少なくとも５、例えば、少なくとも５〜最大で２０の範囲内である。
【００３２】
この場合、活性領域の直径は、少なくとも１００ｎｍ〜最大で２５μｍの範囲内とすることができる。材料の品質を向上させることに関して、特に、活性領域の半導体材料における転位を減少させることに関して、少なくとも１００ｎｍかつ最大で３μｍ、特に、最大で１μｍの直径を有する活性領域が、特に有利であることが判明している。このような細い活性領域の場合、一般的に転位は活性領域の長さ全体に沿って活性領域に広がらず、（小さい厚さのため）活性領域の側面において比較的短い経路長の後に終了し、活性領域全体にわたって延びることはない。さらに、転位が活性領域のコア領域の長さ全体に沿って延びることがあるが、コア領域の外面において活性層を貫通することはない。
【００３３】
この場合、活性領域は、高い密度で、すなわち高い充填率で配置されていることが好ましい。この場合、充填率とは、活性領域に割り当てられる反射層の上面の合計面積に対する、活性領域に隣接する反射層の面積の比に相当する。充填率は、好ましくは少なくとも２０％、特に、少なくとも５０％、例えば少なくとも７５％である。結果として、オプトエレクトロニクス半導体チップの活性領域の特に大幅な拡大が達成される。
【００３４】
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ると、活性領域は電流拡散層を有し、この電流拡散層は、少なくとも主延在方向に対して横方向にカバー層を覆っており、電流拡散層は、動作時に活性層において生成される電磁放射に対して透過性である。電流拡散層は、電流をカバー層全体にわたり特に均一に分布させる役割を果たす。この場合、電流拡散層は、特に、カバー層に直接接触しており、カバー層を完全に覆っていることができる。カバー層が、例えば、ｐ型導電性の窒化物化合物半導体材料によって形成されている場合、カバー層は比較的低い横方向導電率を有する。したがって、電流拡散層によって、活性領域の活性層がより均一に通電される。電流拡散層は、好ましくは製造公差の範囲内で均一な厚さを有する層としてカバー層を覆っている。
【００３５】
電流拡散層は、活性領域において生成される電磁放射に対して透過性として具体化される。すなわち、電流拡散層は、放射透過性である。
【００３６】
本明細書において、「放射透過性」という表現は、放射透過性である要素が、そこに入射する活性層の電磁放射の少なくとも７５％を、その放射を吸収することなく通過させることができることを意味する。この場合、放射透過性である要素は、乳白色透明（milky transparent）、クラウディ透明（cloudy transparent）、または透明（pellucid transparent）として具体化することができる。
【００３７】
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ると、電流拡散層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）によって形成されている。一例として、電流拡散層を形成する目的には、ＩＴＯやＺｎＯなどの材料が適している。
【００３８】
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ると、電流拡散層は、活性領域の長さの少なくとも大部分にわたり延在している。特に、電流拡散層は、活性領域の長さ全体にわたり、カバー層を均一に、かつこの場合には完全に覆うことが可能である。
【００３９】
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ると、多数の活性領域の間に絶縁材料が配置されており、この絶縁材料は、動作時に活性層において生成される電磁放射に対して透過性であり、この絶縁材料は、多数の活性領域を、少なくとも主延在方向に対して横方向に囲んでいる。言い換えれば、活性領域の間の空間に絶縁材料が満たされており、絶縁材料は、この空間を満たす、特に、完全に満たすことができる。この場合、絶縁材料は、電気的絶縁性かつ放射透過性として具体化されている。絶縁材料としては、一例として、アルミニウム酸化物（ＡｌＯｘ）、二酸化ケイ素、シリコン窒化物、ポリマーなどの材料が適している。
【００４０】
絶縁材料は、個々の活性領域を電気的に分離することに加えて、機械的損傷、大気ガス、および湿気に対して活性領域を保護する役割を果たす。さらには、絶縁材料を平坦化層として使用し、平坦化層の少なくとも一部分に反射層を形成することができる。例えば、この目的のための絶縁材料は、活性領域の下面において活性領域と高さが揃っている。このようにすることで、活性領域の下面と絶縁材料によって形成される滑らかな領域に反射層を形成することができる。
【００４１】
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ると、絶縁材料は、少なくとも部分的に活性領域の外面に直接隣接している。例えば、絶縁材料は、各活性領域の側面を完全に覆っており、活性領域の最も外側の層（具体的には電流拡散層）に直接隣接している。この場合、絶縁材料は活性領域の間に埋め込まれる。
【００４２】
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ると、反射層とは反対側の多数の活性領域の面に、マスク層が配置されており、このマスク層は、活性領域それぞれに対して、第１の半導体材料が貫通している開口部を有する。活性領域を作製する目的で、例えば、第１の半導体材料から構成されている層にマスク層を形成する。マスク層は、第１の半導体材料から構成されている層に通じる開口部を有する。次いで、各活性領域のコア領域を形成している第１の半導体材料を、開口部の領域においてのみ、第１の半導体材料から構成されている層の上に成長させる。マスク層における開口部の形状および直径によって、各活性領域のコア領域の断面形状および直径が決まる。マスク層は、完成したオプトエレクトロニクス半導体チップにそのまま残る。マスク層の開口部は、第１の半導体材料によって貫かれている。
【００４３】
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ると、マスク層は、動作時に活性層において生成される電磁放射に対して透過性である。この目的のため、マスク層は、例えば、絶縁層と同じ材料から形成することができる。
【００４４】
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ると、反射層とは反対側の多数の活性領域の面に、第１の半導体材料によって形成されている放射取り出し層が配置されている。この放射取り出し層は、例えば、第１の半導体材料から構成されている層であり、この層にマスク層が形成されており、この層の上に、（マスク層の開口部の中に）活性領域のコア領域がエピタキシャル成長している。本オプトエレクトロニクス半導体チップの動作時、オプトエレクトロニクス半導体チップによって放出される電磁放射の大部分、すなわち少なくとも５０％、特に、少なくとも７５％が、放射取り出し層を通じて半導体チップから取り出される。この場合、放射取り出し層は、反射層とは反対側の自身の面に、規則的または不規則な構造化部を有することができ、この構造化部は放射が取り出される確率を高める。
【００４５】
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ると、放射取り出し層の第１の半導体材料は、マスク層における開口部を通じて、活性領域のコア領域における第１の材料に結合されている。すなわち、活性領域のコア領域は、放射取り出し層にモノリシックに統合されている。
【００４６】
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ると、活性領域は、反射層の側の自身の下面にパッシベーション層を有し、このパッシベーション層は、反射層と、活性領域のコア領域とに直接隣接している。言い換えれば、カバー層および活性層と、適切な場合にはさらに電流拡散層とを、活性領域の下面において除去することができる。結果として、例えば、活性領域を反射層によってｎ側において接触接続することが可能である。この場合、活性領域のｐ側の接触接続は、例えば電流拡散層の接触接続によって実施することができる。このようにすることで、反射層とは反対側の放射取り出し層の面に、半導体チップを接続するためのコンタクト材料が存在しないようにすることが可能である。
【００４７】
以下では、本発明のオプトエレクトロニクス半導体チップおよびその製造方法について、例示的な実施形態および対応する図面を参照しながらさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの例示的な一実施形態を概略斜視図として示している。
【図２Ａ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｂ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｃ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｄ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｅ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｆ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｇ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｈ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｉ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｊ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｋ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｌ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図２Ｍ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ａ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｂ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｃ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｄ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｅ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｆ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｇ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｈ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｉ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｊ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｋ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【図３Ｌ】本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法についてさらに詳しく説明する。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図面において、同じ構成部分または同じ機能の構成部分には、それぞれ同じ参照数字を付してある。図示した構成部分と、それらの互いのサイズの関係は、原則的に正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、図を見やすくする、または深く理解できるようにする目的で、個々の構成部分（例えば、層、構造部、部品、領域）を、誇張した厚さまたは寸法で示してあることがある。
【００５０】
図１は、本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの第１の例示的な実施形態の概略斜視図を示している。本オプトエレクトロニクス半導体チップは、多数の活性領域１を備えている。この実施形態の場合、活性領域１それぞれは、円柱の形を有する。各活性領域１は、主延在方向Ｒに沿って延在している。活性領域１は、規則的格子（この実施形態の場合には三角形格子）の格子点に配置されている。図１には、格子の単位セル１００が示してある。
【００５１】
活性領域それぞれは、コア領域１０を備えている。コア領域１０は、ｎ型にドープされたＧａＮ系の第１の半導体材料によって形成されている。コア領域１０も、円柱の形を有する。この円柱の側面は活性層１１によって完全に覆われており、本オプトエレクトロニクス半導体チップの動作時、活性層１１において電磁放射が生成される。
【００５２】
活性層１１は、中空の円筒の形を有し、その内面は、コア領域１０の第１の半導体材料によって完全に覆われている。活性層１１の外面はカバー層１２によって完全に覆われており、カバー層１２は、図１の例示的な実施形態においては、ｐ型にドープされたＧａＮ系の第２の半導体材料によって形成されている。
【００５３】
活性層１１とは反対側のカバー層１２の外面は、電流拡散層１３によって完全に覆われている。電流拡散層１３は、活性層１１において生成される電磁放射に対して放射透過性として具体化されており、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）材料（例えばＩＴＯ）からなる。
【００５４】
活性領域１の間の空間は絶縁材料４によって満たされており、絶縁材料４は、コア領域１０とは反対側の電流拡散層１３の外面に直接隣接している。絶縁材料１４は、活性層１１において生成される電磁放射に対して透過性として具体化されており、電気的に絶縁されている。絶縁材料４は、一例として、二酸化ケイ素からなる。絶縁材料４は、例えば、スピンコーティング、蒸着、スパッタリング、ＡＬＤ、またはＣＶＤによって堆積させることができる。
【００５５】
各活性領域１は、その下面１ｂにパッシベーション層１４を有し、このパッシベーション層は、リング形状にコア領域１０を囲んでおり、コア領域１０の第１の半導体材料に直接隣接している。パッシベーション層１４の領域においては、コア領域１０、活性層１１、およびカバー層１２が除去されている、または例えばイオン注入によって中性化されている（neutralized）。この場合、ｐ側は、反射層２の大きく広がった金属コンタクトによって接触接続することができる。これに代えて、パッシベーション層１４の領域において、活性層１１、カバー層１２、および電流拡散層１３を、除去する、または例えばイオン注入によって中性化することができる。この場合、ｎ側は、反射層を介して接続される。
【００５６】
パッシベーション層１４は、電気的絶縁材料によって形成することができ、例えば絶縁材料４からなる。さらには、半導体材料を中性化することによってパッシベーション層１４を作製することが可能である。
【００５７】
活性領域１の下面１ａには、反射層２が配置されている。反射層２は、活性層１１において生成される電磁放射を反射する目的で設けられている。この場合、反射層２は、導電性として具体化されていることが好ましく、活性領域１を電気的に接続する役割を果たす。パッシベーション層１４が存在するため、この実施形態の場合、反射層２がｐ型導電性のカバー層１２と電流拡散層１３を接続する。反射層２は、一例として銀からなる。
【００５８】
反射層２とは反対側の活性領域１の面には、マスク層５が配置されている。マスク層５は、動作時に活性層１１において生成される電磁放射に対して透過性である材料によって形成されている。さらに、マスク層５は、電気的絶縁性として具体化されていることが好ましい。この目的のため、マスク層５は、例えば二酸化ケイ素またはシリコン窒化物からなる。マスク層５は開口部５ａを有し、その数は、活性領域１の数にできる限り一致する。各活性領域１のコア領域１０は、開口部５ａを貫いて放射取り出し層３に結合されている。
【００５９】
この実施形態の場合、放射取り出し層３は、活性領域１のコア領域１０と同じ半導体材料によって形成されている。活性領域１のコア領域１０は、マスク層５の上にエピタキシャル成長している。開口部５ａにおいては、コア領域１０が、エピタキシャル成長の結果として、同様にエピタキシャル成長した放射取り出し層３の半導体材料に、機械的に固定された状態で結合されている。放射取り出し層３およびコア領域１０のエピタキシャル成長の成長方向ｚは、活性領域１の主延在方向Ｒに平行である。活性領域１は、主延在方向Ｒに垂直な平面ｘ，ｙにおいて、互いに距離をおいて配置されている。
【００６０】
放射取り出し層３は、マスク層５とは反対側の面に放射取り出し構造３０を有し、この構造３０は、この実施形態の場合、放射取り出し層３の半導体材料のランダムな構造化によって形成されている。このランダムな構造化は、一例として、ＫＯＨによるエッチングによって形成される。
【００６１】
平面ｘ，ｙにおける活性領域１の直径は、この実施形態の場合、例えば１５０ｎｍである。活性領域１の長さは、主延在方向Ｒにおいて例えば１．５μｍである。本オプトエレクトロニクス半導体チップの動作時、活性層１１において、例えば４４０ｎｍの波長を有する電磁放射が生成される。
【００６２】
以下では、本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法について、図２Ａ〜図２Ｍにおける概略断面図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００６３】
図２Ａは、成長基板６の上に、第１の半導体材料によって形成されている放射取り出し層３をエピタキシャルに堆積させる状況を概略的に示している。成長基板６とは反対側の放射取り出し層３の面に、開口部５ａを有する放射透過性のマスク層５を形成する。
【００６４】
図２Ｂを参照し、この図は、その後、コア領域１０（同様に第１の半導体材料によって形成されている）を、マスク層５の上にエピタキシャルに堆積させ、開口部５ａの領域のみにおいて放射取り出し層３の材料の上に成長させる状況を示している。例えば、円柱形状または角柱形状のコア領域１０を形成する。
【００６５】
コア領域１０それぞれの外面の上に、活性層１１をエピタキシャルに堆積させる。活性層１１は、後から活性領域１の活性シェル（active shell）を構成する（図２Ｃを参照）。
【００６６】
次の方法ステップ（図２Ｄ）においては、各活性領域１の活性層１１の上にカバー層１２をエピタキシャルに堆積させる。カバー層１２は、活性層１１を完全に覆う。
【００６７】
次の方法ステップ（図２Ｅ）においては、カバー層１２の上に、例えばスパッタリングまたは蒸着によって、電流拡散層１３を堆積させる。
【００６８】
図２Ｆに示した方法ステップにおいては、このようにして作製した活性領域１の上に絶縁材料４を形成する。この場合、絶縁材料４は、互いに隔てられている活性領域１の間の空間を満たし、さらに、成長基板６とは反対側の面において活性領域１を覆う。
【００６９】
次の方法ステップ（図２Ｇ）においては、絶縁材料４を除去することによって活性領域１を露出させる。この場合、成長基板６とは反対側の活性領域１の面において、活性層１１、カバー層１２、および電流拡散層１３も除去し、結果として、活性領域１のコア領域１０を露出させる。この場合、材料の除去は、例えばエッチングもしくは化学機械研磨またはその両方によって実施することができる。
【００７０】
各活性領域のリング形状領域に、電気的絶縁性のパッシベーション層１４を形成する（図２Ｈ）。
【００７１】
その後（図２Ｉ）、成長基板６とは反対側の活性領域１の面および絶縁材料４の面に、反射層２を形成する。その後（図２Ｊ）、成長基板６とは反対側の反射層２の面に、キャリア７を形成する。
【００７２】
図２Ｋを参照し、この図は、次いで成長基板６を除去する状況を示している。成長基板６がサファイアからなる場合、このステップはレーザリフトオフ法によって実施することができる。成長基板６がシリコンによって形成されている場合、成長基板６を剥離する目的に化学的エッチングを実施することもできる。
【００７３】
これにより、成長基板６の存在しない構造（図２Ｌ）が得られる。
【００７４】
最後に（図２Ｍ）、例えばエッチングによって放射取り出し構造３０を形成することができる。このようにして作製されたオプトエレクトロニクス半導体チップに接続部８を設けることができる。
【００７５】
以下では、本明細書に記載されているオプトエレクトロニクス半導体チップのさらなる製造方法について、図３Ａ〜図３Ｌにおける概略断面図を参照しながらさらに詳しく説明する。
【００７６】
図３Ａは、成長基板６の上に、ｎ型にドープされた第１の半導体材料によって形成されている放射取り出し層３をエピタキシャルに堆積させる状況を概略的に示している。成長基板６とは反対側の放射取り出し層３の面に、開口部５ａを有する放射透過性のマスク層５を形成する。
【００７７】
図３Ｂを参照し、この図は、その後、コア領域１０（同様に第１の半導体材料によって形成されている）を、マスク層５の上にエピタキシャルに堆積させ、開口部５ａの領域のみにおいて放射取り出し層３の材料の上に成長させる状況を示している。例えば、円柱形状または角柱形状のコア領域１０を形成する。
【００７８】
コア領域１０それぞれの外面の上に、活性層１１をエピタキシャルに堆積させる。活性層１１は、後から活性領域１の活性シェルを構成する（図３Ｃを参照）。
【００７９】
次の方法ステップ（図３Ｄ）においては、各活性領域１の活性層１１の上にカバー層１２をエピタキシャルに堆積させる。カバー層１２は、活性層１１を完全に覆う。
【００８０】
次の方法ステップ（図３Ｅ）においては、カバー層１２の上に、例えばスパッタリングによって、電流拡散層１３を堆積させる。
【００８１】
図３Ｆに示した方法ステップにおいては、作製した活性領域１の上もしくは周囲またはその両方に、絶縁材料４を形成する。この場合、絶縁材料４は、互いに隔てられている活性領域１の間の空間を満たし、さらに、成長基板６とは反対側の面において活性領域１を覆う。
【００８２】
次の方法ステップ（図３Ｇ）においては、前の方法とは異なり、活性領域１のコア領域１０を露出させるのではなく、電流拡散層１３が露出するまで絶縁材料４を除去する。
【００８３】
図３Ｈの方法ステップにおいては、成長基板６とは反対側の活性領域１の面および絶縁材料４の面に、反射層２を形成する。したがって、反射層２は電流拡散層１３に導電接続され、図２の例示的な実施形態とは異なり、活性領域１のｐ側を接続する。
【００８４】
その後（図３Ｉ）、成長基板６とは反対側の反射層２の面に、キャリア７を形成する。
【００８５】
図３Ｊを参照し、この図は、次いで成長基板６を除去する状況を示している。成長基板６がサファイアからなる場合、このステップはレーザリフトオフ法によって実施することができる。成長基板６がシリコンによって形成されている場合、成長基板６を剥離する目的に化学的エッチングを実施することもできる。
【００８６】
これにより、成長基板６の存在しない構造（図３Ｋ）が得られる。
【００８７】
最後に（図３Ｌ）、例えばエッチングによって放射取り出し構造３０を形成することができる。このようにして作製されたオプトエレクトロニクス半導体チップに接続部８を設けることができる。
【００８８】
マスク層５の開口部５ａを貫いてコア領域１０をエピタキシャル成長させる代わりの方法として、前に成長させた閉じた層を構造化する（例えばエッチングする）ことによってコア領域１０を形成することもできる。この場合、放射取り出し層３と活性領域１との間のマスキング層５は存在せず、その後に形成するパッシベーション層に置き換えることができる。オプションとして、このように作製されるコア領域の材料品質を改善する目的で、例えばＫＯＨによる湿式化学処理によって、この構造をアニールする。次いで、第１の半導体材料、活性層１１、およびカバー層１２による、その後のオプションの過成長を上述したように実施する。
【００８９】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの例示的な実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含しており、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるい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、本発明に含まれる。
【００９０】
関連出願
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１０５６１４０．４号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本明細書に組み込まれている。
【図１】
0005986217.tif 000002
【図２Ａ】
0005986217.tif 000003
【図２Ｂ】
0005986217.tif 000004
【図２Ｃ】
0005986217.tif 000005
【図２Ｄ】
0005986217.tif 000006
【図２Ｅ】
0005986217.tif 000007
【図２Ｆ】
0005986217.tif 000008
【図２Ｇ】
0005986217.tif 000009
【図２Ｈ】
0005986217.tif 000010
【図２Ｉ】
0005986217.tif 000011
【図２Ｊ】
0005986217.tif 000012
【図２Ｋ】
0005986217.tif 000013
【図２Ｌ】
0005986217.tif 000014
【図２Ｍ】
0005986217.tif 000015
【図３Ａ】
0005986217.tif 000016
【図３Ｂ】
0005986217.tif 000017
【図３Ｃ】
0005986217.tif 000018
【図３Ｄ】
0005986217.tif 000019
【図３Ｅ】
0005986217.tif 000020
【図３Ｆ】
0005986217.tif 000021
【図３Ｇ】
0005986217.tif 000022
【図３Ｈ】
0005986217.tif 000023
【図３Ｉ】
0005986217.tif 000024
【図３Ｊ】
0005986217.tif 000025
【図３Ｋ】
0005986217.tif 000026
【図３Ｌ】
0005986217.tif 000027