(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
モノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディであって、
−  互いに電気的に分離されている少なくとも２つのサブセグメントに分割されており、第１の主面および第２の主面を有する半導体積層体であって、前記少なくとも２つのサブセグメントは、第１のサブセグメント（６９１）と第２のサブセグメント（６９２）を有し、前記第１のサブセグメント（６９１）は第１の副層（６２０）および第３の副層（６１０）を含み、前記第２のサブセグメント（６９２）は第２の副層（６１０）および第４の副層（６２０）を含み、各サブセグメントにおける前記半導体積層体が、電磁放射を発生させるのに適している活性層を有し、前記第１の副層（６２０）および前記第３の副層（６１０）が前記活性層によって分離され、前記第２の副層（６１０）および前記第４の副層（６２０）が前記活性層によって分離され、前記第１の副層（６２０）および前記第４の副層（６２０）が同一の導電型にドープされた層であり、前記第２の副層（６１０）および前記第３の副層（６１０）が同一の導電型にドープされた層である、前記半導体積層体と、
−  第１のコンタクトパッド（６６１）、第２のコンタクトパッド（６５１）、および第３のコンタクトパッド（６７１）と、
−  前記第２の主面に隣接して配置されており、前記少なくとも２つのサブセグメントのうちの第１のサブセグメント（６９１）の第１の副層（６２０）と、前記第１のコンタクトパッド（６６１）とに電気的に接触している、第１の配線レベル（６６０）と、
−  前記第２の主面に隣接して配置されており、前記少なくとも２つのサブセグメントのうちの第２のサブセグメント（６９２）の第２の副層（６１０）と、前記第２のコンタクトパッド（６５１）とに電気的に接触している、第２の配線レベル（６５０）と、
−  前記第２の主面に隣接して配置されている第３の配線レベル（６７０）であって、前記第１のサブセグメント（６９１）の第３の副層（６１０）と前記第２のサブセグメント（６９２）の第４の副層（６２０）とを互いに電気的に接続して直列回路を形成しており、前記第３のコンタクトパッド（６７１）に電気的に接触している、前記第３の配線レベル（６７０）と、
を備えており、
−  前記半導体積層体の前記第１の主面が、前記活性層において発生する電磁放射を放出するように意図されており、
前記第１、前記第２、および前記第３の配線レベル（６６０、６５０、６７０）のうちの少なくとも１つの配線レベルと、前記第１、前記第２、および前記第３の配線レベルのうちの別の配線レベル（６６０、６５０、６７０）とが、重なっており、
マウント基板が前記第２の主面に隣接して配置されており、前記第１の配線レベル（６６０）、前記第２の配線レベル（６５０）および前記第３の配線レベル（６７０）は、前記半導体積層体と前記マウント基板との間に少なくとも部分的に配置されている、
モノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項２】
前記サブセグメントの少なくとも１つが開口を有し、前記開口が、前記サブセグメントの前記活性層を貫いて延在しており、前記第１の主面に面している、前記サブセグメントの副層、に接触している、
請求項１に記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項３】
前記第１、前記第２、および前記第３のコンタクトパッド（６６１，６５１，６７１）のうちの少なくとも１つのコンタクトパッドが、前記第１の主面とは反対側の前記半導体積層体の面、の上に配置されている、
請求項１または請求項２に記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項４】
前記少なくとも２つのサブセグメントから電気的に分離されている外側領域が、前記少なくとも２つのサブセグメントの少なくとも１つに隣接して配置されており、前記外側領域に、前記第１、前記第２、および前記第３のコンタクトパッド（６６１，６５１，６７１）のうちの少なくとも１つのコンタクトパッドが配置される、
請求項１から請求項３のいずれかに記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項５】
前記活性層において発生する電磁放射を前記第１の主面の方向に反射する目的で、前記第１の副層（６２０）の下の前記半導体積層体の前記第２の主面に接して、導電性ミラー層（６６２）が配置されている、
請求項１から請求項４のいずれかに記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項６】
前記第１の配線レベル（６６０）は、前記導電性ミラー層（６６２）を介して第１のサブセグメント（６９１）の第１の副層（６２０）との接続を形成している、
請求項５に記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項７】
前記導電性ミラー層（６６２）が複数の開口を有し、前記少なくとも１つの配線レベルが前記開口を貫いて延在している、
請求項５または請求項６に記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【請求項８】
前記導電性ミラー層（６６２）が、前記半導体積層体の前記第２の主面の５０％またはそれ以上を覆っている、
請求項７に記載のモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モノリシックな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。
【背景技術】
【０００２】
動作時に電磁放射を放出するオプトエレクトロニクス半導体ボディは、多種多様な照明用途に使用されている。このような半導体ボディは、主として、小さな領域において高い発光量（light yield）が要求される場合に使用することができる。高い発光量を有するオプトエレクトロニクス半導体ボディを使用する例としては、プロジェクション用途および自動車分野が挙げられ、自動車分野では特にヘッドライトに使用されている。
【０００３】
例えばこれらの照明用途においては、高い発光量のみならず、できる限り一様な光の放出を確保することが要求される。さらには、これらのオプトエレクトロニクス半導体ボディは、出力を増減できるように設計され、個々の発光素子を追加する、または除外することによって、光強度をさまざまに調整することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第０１／３９２８２号パンフレット
【特許文献２】米国特許第５，８３１，２７７号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１７２，３８２号明細書
【特許文献４】米国特許第５，６８４，３０９号明細書
【特許文献５】欧州特許第０９０５７９７号明細書
【特許文献６】国際公開第０２／１３２８１号パンフレット
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16) October 18, 1993, pages 2174-2176
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、この点において、発光量および放出特性に関して従来の照明手段よりも効率的であり、それと同時に、動作時の柔軟性が高いオプトエレクトロニクス半導体ボディを提供するニーズが存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
これらの目的は、独立請求項に記載されている、上述したような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によって達成される。本発明の修正形態および発展形態は、それぞれ従属請求項の主題であり、その開示内容は本明細書にも明示的に組み込まれている。
【０００８】
例示的な一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、互いに電気的に分離されている少なくとも２つのサブセグメントに分割されている半導体積層体、を備えている。この半導体積層体は、第１の主面と、第２の主面と、電磁放射を発生させるのに適している、各部分領域における活性層と、を有する。この実施形態においては、半導体積層体の第１の主面は、活性層において発生する電磁放射を放出するように意図されている。
【０００９】
活性層は、この場合、放射を発生させるためのｐｎ接合、ダブルへテロ構造、単一量子井戸（ＳＱＷ）構造、または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することができる。量子井戸構造という用語は、量子化の次元について何らかの指定を行うものではない。一般的に、量子井戸構造は、特に、量子井戸、量子細線、量子領域または量子ドットと、これらの構造の任意の組合せを備えている。したがって、量子井戸構造の次元は、量子ドットにおける０次元から量子井戸の場合の３次元まで拡張しうる。多重量子井戸構造の例は、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、これらの文書の開示内容は、参照によって本文書に組み込まれている。
【００１０】
本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、第１の電気コンタクトと、第２の電気コンタクトと、少なくとも１つの第３の電気コンタクトと、をさらに備えている。第２の主面に隣接して配置されている第１の配線レベル（line level）は、分割されている半導体積層体の少なくとも２つのサブセグメントのうちの第１のサブセグメントと、第１の電気コンタクトとに接触している。したがって、第１の配線レベルは、少なくとも２つのサブセグメントのうちの第１のサブセグメントと第１の電気コンタクトとの間の接続を形成している。第２の主面に隣接して配置されている第２の配線レベルは、第２のコンタクトと、少なくとも２つのサブセグメントのうちの第２のサブセグメントとに電気的に接触している。さらには、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、第２の主面に隣接して配置されている第３の配線レベルを有する。この配線レベルは、電磁放射を発生させるために半導体積層体の第１のサブセグメントと第２のサブセグメントとを互いに電気的に接続しており、さらには、第３のコンタクトに接触している。
【００１１】
このように、提案する実施形態においては、半導体ボディの一方の表面における少なくとも３つのコンタクトに加えて、少なくとも２つの配線レベルも設けられており、配線レベルそれぞれがコンタクトの１つに電気的に接続されている。３つの配線レベルは、半導体積層体の第１の主面の反対側に存在する。さらには、少なくとも３つの配線レベルのうちの１つは、電磁放射を発生させるため、第１のサブセグメントと第２のサブセグメントとを互いに電気的に接続している。この結果として、第１のサブセグメントの活性層と第２のサブセグメントの活性層との間の直列回路が形成される。したがって、２つのサブセグメントの活性層は、直列回路を形成するように第３の配線レベルを介して互いに接続されている。すなわち、本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、動作時に流れる電流が相当に小さく、両端間で電圧が大きく降下する。
【００１２】
したがって、提案する原理によると、本オプトエレクトロニクス半導体ボディは、電圧制御式に駆動する（fed driven）ことができ、それと同時に電流は小さい。これによって、一例として、複雑な駆動段および高電流源を、より容易に使用できる対応する高電圧源に置き換えることが可能である。さらには、追加の第３のコンタクト（２つのサブセグメントを接続している配線レベルに接触している）によって、各サブセグメントを個別に動作させることができる。したがって、本オプトエレクトロニクス半導体ボディにおける各サブセグメントを、個別に動作させることができる。同様に、形成される直列回路を介して、２つのサブセグメントを一緒に動作させることが可能である。これによって、オプトエレクトロニクス半導体ボディの発光量を変化させることが可能になる。
【００１３】
さらには、第１の主面とは反対側の面に配線レベルが形成されているならば、結果として、半導体積層体の第１の主面における放出特性の変化がわずかなものとなり、なぜなら、コンタクトおよび給電配線を第１の主面上に配置する必要がないためである。したがって、半導体積層体の個々のサブセグメントにおいて、より一様な放出特性が達成される。
【００１４】
本半導体ボディはモノリシックであることが好ましく、すなわち、ただ１つのボディを備えており、すべての配線レベルおよび活性層がこのボディに集積化されており、製造時に連続的に実装される。これによって、ウェハ全体にわたる大面積製造が可能となり、例えば、活性層および配線レベルが共通の基板上に形成される。
【００１５】
一修正形態においては、半導体ボディは、薄膜発光ダイオードチップである。特に、半導体ボディは、裏面にマウント基板を有する。一修正形態においては、半導体積層体とマウント基板との間に、少なくとも部分的に、さまざまな配線レベルが配置されている。
【００１６】
薄膜発光ダイオードチップは、以下の特徴的な形状構造の少なくとも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の主面（マウント要素、特に、マウント基板に面している主面）に、反射層が堆積または形成されており、半導体積層体が、特に、放射を発生させるエピタキシャル積層体であり、反射層が、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分を、半導体積層体の方に反射する。
−  薄膜発光ダイオードチップはマウント要素を有し、これは、半導体積層体を上にエピタキシャル成長させた成長基板ではなく、半導体積層体に後から貼り付けられた個別のマウント要素である。
−  半導体積層体の厚さは、２０μｍ以下の範囲、特に１０μｍ以下の範囲である。
−  半導体積層体が成長基板を備えていない。この場合、「成長基板を備えていない」とは、成長に使用されうる成長基板が、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されていることを意味する。具体的には、成長基板は、単独では、またはエピタキシャル積層体のみとの組合せでは自身を支持できない程度まで薄くされている。特に、大幅に薄くされた成長基板の残りの部分は、成長基板として機能させるには適さない。
−  半導体積層体は、少なくとも一面が完全混合構造（thorough-mixing structure）を有する少なくとも１つの半導体層を含んでおり、これによって、理想的には半導体積層体における近似的に光のエルゴード分布につながり、すなわち、この完全混合構造は、実質的にエルゴード的確率過程である散乱挙動を有する。
【００１７】
薄膜発光ダイオードチップの１つの基本原理は、例えば非特許文献１に記載されており、この点に関するこの文書の開示内容は、参照によって本文書に組み込まれている。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、この点に関するこれらの文書の開示内容は、同様に参照によって本文書に組み込まれている。
【００１８】
薄膜発光ダイオードチップは、ランバート面の発光体の良好な近似であり、したがって、例えば、ヘッドライト（例：自動車のヘッドライト）において使用するのに極めて適している。
【００１９】
一発展形態においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、自身の第１のサブセグメントにおける第１の副層と、活性層によって隔てられている第２の副層とを有する。少なくとも１つの第２のサブセグメントは、同様に、第１の副層と、活性層によって隔てられている第２の副層とを有する。第３の配線レベルは、第１のサブセグメントの第１の副層と第２のサブセグメントの第２の副層とを互いに導電接続するように設計されている。したがって、一例として、第１のサブセグメントのｎ型ドープ副層が、第３の配線レベルによって、第２のサブセグメントのｐ型ドープ副層に導電接続されている。この結果として、２つの活性副層が直列回路を形成している。
【００２０】
この目的のため、サブセグメントの少なくとも１つが開口を有し、この開口は、サブセグメントの活性層を貫通しており、第１の主面に面しているサブセグメントの副層に接触している。この開口は、円筒形状、円形、または溝の形とする、あるいは任意の他の望ましい幾何学形状を有することができる。サブセグメントの中に複数の開口を使用することによって、第１の主面に面しているサブセグメントの副層において良好な横方向電流分散を達成することが可能になる。これにより、放出特性および発光量がさらに向上する。
【００２１】
別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、絶縁材料によって満たすことのできる溝を有する。この溝は、各サブセグメントの活性層に対して実質的に直角に延在することができ、第１のサブセグメントを少なくとも１つの第２のサブセグメントから分離することができる。溝の幅は、数マイクロメートルのオーダーとすることができる。溝は、各サブセグメントの活性層のうち、少なくとも、電荷キャリアが再結合して電磁放射が発生する領域を貫いていることが好ましい。
【００２２】
あるいは、溝は、半導体積層体の大きな領域を垂直に貫通していることができ、したがって、半導体積層体が各サブセグメントに分割される。この実施形態においては、個々のサブセグメントの間の漏れ電流が減少する。さらには、溝は、各配線レベルの少なくとも１つを垂直に超えて、これらを貫いていることもできる。
【００２３】
半導体積層体の発光側の第１の主面と、オプトエレクトロニクス半導体ボディの発光側の第１の主面は、電気コンタクト面を備えておらず、これは有利である。これによって、動作時に活性副層から放出される電磁放射の一部分がコンタクト領域によって遮られる、あるいは吸収されることが減少する。
【００２４】
本発明の別の変更形態においては、半導体ボディの第１の主面に隣接して、放射放出領域に並んでコンタクトパッドが形成されている。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外側領域を備えており、この外側領域は、少なくとも２つのサブセグメントから電気的に分離されており、少なくとも２つのサブセグメントの少なくとも１つに隣接して配置されている。この外側領域は、第１の主面側の面における第１のコンタクト、第２のコンタクト、および第３のコンタクトを備えているコンタクトパッドを有する。コンタクトパッドは、各配線レベルに電気的に接続されている。
【００２５】
さらなる変更形態においては、活性層から第２の主面の方向に放出される電磁放射が第１の主面の方向に反射されるように、少なくとも１つの配線レベルを導電性ミラー層によって形成することができる。これによって、放出特性がさらに向上する。
【００２６】
別の発展形態においては、半導体積層体と個々の配線レベルとの間、および、配線レベルの対応する（半導体積層体との）コンタクトと半導体積層体との間、の少なくとも一部分に、ミラー層が配置されている。このミラー層は、半導体性または電気絶縁性とすることができる。後者の場合、ミラー層は複数の開口を有することができ、これらの開口を通じて、各サブセグメントにおける半導体積層体と配線レベルとが電気的に接続される。さらには、半導体積層体の中への電流注入を改善する目的で、ミラー層を横方向電流分散層として使用することができる。この目的のため、この電流拡散層は、例えば導電性酸化物を備えていることができる。さらには、ミラー層を例えば銀によって形成することができ、したがって、低い横方向抵抗に加えて、良好な反射特性も有する。
【００２７】
一発展形態においては、半導体積層体の活性層は、積み重ねられた複数の活性副層によって形成されている。例えば、活性層は、ダブルヘテロ構造または多重量子井戸を含んでいることができる。さらには、半導体積層体の部分領域それぞれに異なる活性層を設けることが可能である。これらの活性層は、異なる導電型にドープする、または異なる材料を含んでいることができ、結果として、電荷キャリアが再結合するとき異なる波長の電磁放射が放出される。
【００２８】
放出特性を改善する目的で、半導体積層体の第１の主面を構造化することができる。同様に、放出される電磁放射を、異なる波長の第２の放射に変換する目的で、第１の主面に追加の変換材料を堆積させることが可能である。これによって、異なる色印象を生成することと、混合色を生成することとが可能になる。半導体積層体の２つのサブセグメントの活性層に適している変換材料および特定の材料系によって、例えばヘッドライトあるいはプロジェクションシステムのための白色光を生成することが可能である。
【００２９】
半導体積層体の個々のサブセグメントは、領域上に互いに並べて配置することができる。例えば、個々のサブセグメントを、正方形が形成されるようにｘ・ｘ行列（ｘは２より大きい自然数）に配置することができる。あるいは、長方形構造が形成されるように、例えばｘ・ｙ行列の形に、個々のサブセグメントを使用することもできる。このように、いずれの場合にも、行列は、共通のマウント基板上の半導体ボディとしてのサブセグメントから形成される。
【００３０】
第１の主面とは反対側の半導体積層体の面におけるさまざまな配線レベルを備えたコンタクトレベルによる動作は、２つのサブセグメントに制限されない。直列回路を形成する目的で、複数のサブセグメントを適切な追加の配線レベルによって互いに接続することができる。個々の配線レベルに接触している追加のコンタクト要素によって、半導体積層体の個々のサブセグメントを選択的に動作させることができる。接続は、マイクロプロセッサまたはそれ以外の何らかの集積回路によって外部において形成することができる。外部回路には、必要な駆動段も含めることができる。
【００３１】
本発明のさらなる態様は、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関する。この方法においては、成長基板上に半導体積層体をエピタキシャル成長させ、この半導体積層体は、電磁放射を発生させるのに適している活性層を有する。さらには、半導体積層体の第１のサブセグメントと、この第１のサブセグメントから電気的に分離されている少なくとも１つの第２の部分領域とを画成し、これらのサブセグメントは、第１の主面の方向に電磁放射を放出するように意図されている。
【００３２】
第１の配線レベルを、第１のサブセグメントの活性層との接続を形成するように、第１の主面とは反対側の半導体積層体の面に隣接して形成する。第２の配線レベルを、第１の主面とは反対側の半導体積層体の面に隣接して形成し、この配線レベルは、少なくとも１つの第２のサブセグメントの活性層との接続を形成している。
【００３３】
さらには、少なくとも１つの第３の配線レベルを、第１の主面とは反対側の半導体積層体の面に形成する。この配線レベルは、第１のサブセグメントの活性層と、少なくとも１つの第２のサブセグメントの活性層との接続を形成している。さらには、第３の配線レベルは、少なくとも２つのサブセグメントの活性層を互いに結合して直列回路を形成する。
【００３４】
さらには、本発明による方法は、第１の配線レベルに接続されている第１のコンタクト領域を形成するステップと、第２の配線レベルに接続されている第２のコンタクト領域を形成するステップと、少なくとも１つの第３の配線レベルに接続されている少なくとも１つの第３のコンタクト領域を形成するステップと、を含んでいる。
【００３５】
提案する方法においては、２つのサブセグメントそれぞれが、電磁放射を発生させて放出する活性層を有する、半導体ボディ、が形成される。各サブセグメントの活性層の個別の動作は、半導体積層体の第１の主面とは反対側の面に配置されている配線レベルによって達成され、これらの配線レベルは、組み合わされたときにコンタクトレベルを形成する。第３のコンタクト領域と、半導体積層体の２つのサブセグメントの活性層との両方に接続されている追加の第３の配線レベルによって、いずれか一方のサブセグメントを選択的に動作させることと、第３の配線レベルによって形成される２つのサブセグメントの直列回路によって両方のサブセグメントを一緒に動作させることとができる。
【００３６】
本発明の一修正形態においては、半導体積層体に加えて、第１の主面とは反対側の半導体積層体の面に、ミラー層も成長させる。このミラー層は、電気絶縁材料によって形成することができる。あるいは、導電性材料も可能であり、その場合、ミラー層と半導体積層体との間に、電気的に絶縁するための追加の絶縁中間層を設けることができる。代替の一修正形態においては、３つの配線レベルの少なくとも１つが、対応するミラー層によって形成されている。例えば、反射性の高い金属によって配線レベルを形成することができる。
【００３７】
本発明による方法の一実施形態においては、第１の主面とは反対側の面において半導体積層体の領域の少なくとも５０％が反射性であるように、第１の主面とは反対側の半導体積層体の面に、追加の層として、または配線レベルの形において、ミラー層が形成されている。このようなミラー層の反射能力は、５０％以上、特に、５０％〜９９．９％の範囲とすることができる。
【００３８】
成長基板を形成した後、第１のドーパント型の第１の副層を成長させ、次いで、この第１の副層の上に第２のドーパント型の第２の副層を成長させることによって、エピタキシャル成長を行う。活性層は、第１の副層と第２の副層との間に、異なるドーパント型によって形成され、いわゆるｐｎ接合である。この場合、第１の副層、すなわち第１の主面に隣接している副層を、ｎ型ドープ副層とすることができる。したがって、第１の主面とは反対側の第２の副層を、ｐ型にドープする。
【００３９】
さらに、これらの副層の上に、特に低い横方向表面抵抗を有する電流拡散層を形成することができる。配線レベルは、これらの電流拡散層との接続を形成していることが好ましい。例えば、第１の副層の上に第２の副層を成長させた後、第２の副層の上に電流拡散層を形成することができ、少なくとも１つの第３の配線レベルを少なくとも通じて、この電流拡散層との接続が形成される。本発明による方法の一実施形態においては、電流拡散層を、ミラー層によってさらに形成することができる。
【００４０】
第１の配線レベル、第２の配線レベル、および第３の配線レベルは、適切な絶縁層によって互いに絶縁されている。例示的な一実施形態においては、本方法は、配線レベルを成長させ、次いで、その配線レベルを構造化するステップを含んでいる。次に、構造化された配線レベルに絶縁材料を堆積させる。同様に、半導体積層体の上に絶縁材料を成長させることもでき、次いで絶縁材料を構造化することができる。
【００４１】
提案する方法の一発展形態においては、第１の配線レベル、第２の配線レベル、および少なくとも１つの第３の配線レベル、のうちの少なくとも１つを形成する目的で、少なくとも２つのサブセグメントの少なくとも１つにおける活性層を貫いて開口が形成されている。短絡を防止する目的で、この開口の側壁に絶縁材料が設けられている。このステップは、一例として、開口の側壁に絶縁材料を堆積させることによって行うことができる。あるいは、絶縁層を形成する目的で、開口の側壁を酸化することもできる。次いで、開口を導電性材料によって満たし、この導電性材料が配線レベルの少なくとも１つに接触している。このようにすることで、半導体積層体の第１の主面に面している副層との接続が配線レベルを通じて形成される。
【００４２】
さらなる実施形態においては、第１のコンタクト領域、第２のコンタクト領域、および第３のコンタクト領域は、これらコンタクト領域に接続される配線レベルを形成するのと同時に作製する。言い換えれば、半導体ボディの副領域を画成し、その上に配線レベルを形成する。この副領域は、後から、対応するコンタクト領域を形成し、配線レベルに直接接続される。
【００４３】
本方法をさらに改善する目的で、成長基板上へのエピタキシャル成長の後、特に、個々の配線レベルを有する接続形成レベルを形成した後、成長基板を除去する。次いで、このようにして形成された積層体をマウント基板に貼り付ける。このステップは、マウント基板が第３の配線レベルに隣接するように行う。成長基板は、レーザによって適切に「吹き飛ばす」ことによって除去することができる。
【００４４】
本方法の一発展形態においては、前に画成されたサブセグメントを、選択的な分離工程によって互いに電気的に分離する。一例として、この分離工程は、化学的エッチング工程を使用して行うことができ、この工程では、前に画成された各サブセグメントの間の分離線に沿って、溝をエッチングする。この溝は、積層体を貫いてコンタクトレベルまで達する。この溝は、電気絶縁材料によって満たすことができるが、露出させておくこともできる。
【００４５】
以下では、さまざまな修正形態および実施形態を使用し、図面を参照しながら、本発明について詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】提案する原理による、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図２Ａ】図１に示した実施形態の、線Ｉ−Ｉ’に沿っての概略的な断面図を示している。
【図２Ｂ】図１に示した実施形態の、線ＩＩ−ＩＩ’に沿っての概略的な断面図を示している。
【図３】コンタクトが裏面に配置されている、参考例の断面図を示している。
【図４Ａ】参考例による概略的な断面図を示している。
【図４Ｂ】参考例による概略的な断面図を示している。
【図４Ｃ】図４Ａおよび図４Ｂにおける参考例の等価回路を示している。
【図４Ｄ】図４Ａおよび図４Ｂにおける参考例の等価回路を示している。
【図４Ｅ】図４Ａ〜図４Ｄにおける断面図および等価回路に対応する複数のサブセグメントに分割されているオプトエレクトロニクス半導体ボディの平面図を示している。
【図４Ｆ】図４Ａ〜図４Ｄにおける断面図および等価回路に対応する複数のサブセグメントに分割されているオプトエレクトロニクス半導体ボディの平面図を示している。
【図５】照明用途における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの一実施形態を示している。
【図６】第２の実施形態の断面図を示している。
【図７Ａ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｂ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｃ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｄ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｅ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｆ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｇ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｈ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｉ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【図７Ｊ】製造工程のさまざまな段階における、オプトエレクトロニクス半導体ボディの第１の実施形態の概略的な平面図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
さまざまな例示的な実施形態において、図示されている要素の大きさの比率は、原則として正しい縮尺ではないものとみなされたい。実際には、理解を助ける目的で、あるいは便宜上、個々の要素（例えば層）を、大きさもしくは厚さ、またはその両方を誇張して描いてある。図面において、同じ効果を有する構成要素と、同じ機能を有する構成要素には、同じ参照数字を付してある。
【００４８】
本文書に記載した実施形態および製造方法のすべては、モノリシックな部品に関連している。用語「モノリシックな」は、個々の層をそれぞれ個別には形成しない製造を意味する。実際には、層の堆積または形成は、その層が果たす機能には関係なく、前の工程ステップにおいて形成された層の上に行われる。結果として、提案する原理に基づく半導体ボディは、連続的なステップにおいて製造される。
【００４９】
図５は、ヘッドライトとして使用される、個々のサブセグメントが２・ｘ行列に配置されているモノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディの例示的な一実施形態を示している。この図は、２・４のセグメントを完全に示しているが、この装置は右側に続いている。この実施形態においては、さまざまなサブセグメント９０１，９０２は本質的に正方形状に設けられている。この回路の動作時、これらのサブセグメントのそれぞれは、１つの波長の電磁放射を放出する。個々のサブセグメント９０１，９０２を動作させることによって、この照明システムのビーム強度を選択的に制御することができる。
【００５０】
接続を形成する目的で、サブセグメント９０１およびサブセグメント９０２は多角形のコンタクト領域９３０を有し、この領域にはコンタクトパッドが設けられている。コンタクトパッドは、ボンディングワイヤ９２０またはボンディングワイヤ９２５を介して、外側領域９１０におけるコンタクトパネルに通じている。ボンディングワイヤ９２０，９２５は、それぞれのコンタクトパネルを、コンタクトパッドを介してそれぞれのサブセグメント９０１，９０２におけるｎ型ドープ層に接続している。２つのサブセグメント９０１，９０２におけるｐ型ドープ副層との接続を形成する目的で、外側領域９１０には、２つのさらなるコンタクトパネル９２６，９２７が設けられている。
【００５１】
サブセグメント９０１，９０２のそれぞれの隅部におけるコンタクト領域９３０は、本装置の動作時に、これらの領域における光の遮りにつながる。この結果として、個々のサブセグメントの光放出特性が一様ではなくなり、このことは、発光出力が高いときに非常に明らかに認識されることがある。ボンディングワイヤ９２０が、この図に示したように２つのサブセグメントの間の分離領域に配置されておらずセグメントの上に重なっている場合、光の遮り効果はさらに明らかである。同時に、図示した実施形態においては、比較的大きな中間領域によって発光効率および発光量が低減しており、実施に要求される空間が大きくなる。
【００５２】
これとは対照的に、図１は、提案する原理に基づく一実施形態の概略的な平面図を示している。この例示的な実施形態においては、２・２行列の形における４つの発光サブセグメント１０〜１３を有する、モノリシックなオプトエレクトロニクス半導体ボディが形成されている。個々のサブセグメントは、分離溝２０，２０’によって、互いに対して、および外側領域１５から、電気的に分離されている。この絶縁部２０，２０’は、図５に示した実施形態よりも相当に細くすることができ、なぜなら、これらはサブセグメント１０〜１３を電気的に分離するためにのみ使用されるためである。コンタクト要素およびボンディングワイヤのいずれも、絶縁部２０，２０’の上には配置されていない。
【００５３】
外側領域１５には、合計で５つのコンタクトパッド４０〜４４が配置されている。後から説明するように、これらのコンタクトパッドは、個々のサブセグメント１０〜１３の活性層の下の個々の配線レベルに結合されており、これらの配線レベルに接触している。この場合も、配線レベルは、個々のサブセグメント１０〜１３における半導体積層体のｐ層およびｎ層それぞれとの電気的接続である。要約すれば、配線レベルは、発光側の主面とは反対側のコンタクトレベルを形成している。
【００５４】
個々のサブセグメント１０〜１３における半導体積層体は、用途に応じて異なる導電型にドープすることのできる半導体材料系をベースとしている。例えば、いわゆるＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、あるいはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体を使用することができる。この実施形態の場合、半導体積層体２は、５〜７μｍの範囲の厚さを有することができる。
【００５５】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料は、周期表における第ＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素（例えば、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）と、周期表における第Ｖ族からの少なくとも１つの元素（例えば、Ｂ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ）とを有する。特に、用語「ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料」は、周期表の第ＩＩＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期表の第Ｖ族からの少なくとも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群、特に、窒化物化合物半導体およびリン化物化合物半導体を含んでいる。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構成成分を、さらに有することができる。ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料としては、一例として、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（例えば、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｌＰ）が挙げられる。材料系ＡｌＧａＮ／ＧａＮも上述のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体に含まれる。
【００５６】
同様に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料は、周期表における第ＩＩ族からの少なくとも１つの元素（例えば、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ）と、周期表における第ＶＩ族からの少なくとも１つの元素（例えば、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ）とを有する。特に、ＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料は、周期表における第ＩＩ族からの少なくとも１つの元素と、周期表における第ＶＩ族からの少なくとも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構成成分を、さらに有することができる。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。
【００５７】
所望の波長または所望の波長スペクトルに応じて、上に挙げた化合物のうちの１つまたは複数を、オプトエレクトロニクス部品の材料系として使用することができる。
【００５８】
接続を形成する目的で、第１のコンタクトパッド４０は、配線レベル（下層に存在し、連結線Ｖによって示してある）を介して、サブセグメント１１の主面に面している副層に接続されている。この配線レベルは、コンタクトパッド４０と貫通穴Ｄとの間の連結線Ｖによって概略的に表してある。したがって、コンタクトパッド４０は、配線レベルを介して、サブセグメント１１における積層体のｎ型ドープ副層との接続を形成している。同様に、コンタクトパッド４１は、さらなる配線レベル（この場合には連結線ＶＩによって概略的に示してある）を介して、サブセグメント１１における活性積層体のｐ型ドープ副層に、導電接続されている。さらには、この配線レベルは、さらなる開口ＤＩを介して、第２のサブセグメント１０における活性積層体のｎ型ドープ副層との接続を形成するように意図されている。
【００５９】
この配線レベルは、連結線ＶＩによって概略的に示してあり、開口ＤＩを介して、第１のサブセグメント１１における活性積層体のｐ型ドープ領域と、第２のサブセグメント１０における積層体のｎ型ドープ領域との間の接続を形成している。したがって、コンタクト面４１と、第２のサブセグメン１０における活性積層体のｎ型ドープ副層との間の電気接続も、部分領域１１の下の配線レベルを介して形成されている。
【００６０】
さらなる第３の配線レベルＶＩＩが設けられており、この配線レベルは、接続形成レベルにおける他の配線レベルから絶縁されており、サブセグメント１１における活性積層体の下に延在している。この配線レベルは、サブセグメント１０における活性積層体におけるｐ型ドープ副層をコンタクトパッド４２に接続している。したがって、この結果として、２つの副層を有する第２の部分領域１０は、具体的には、コンタクトパッド４１を有する配線レベルＶＩを介してと、コンタクトパッド４２を有するさらなる配線レベルＶＩＩを介して、接続される。
【００６１】
さらには、コンタクトパッド４２は、サブセグメント１３における活性積層体のｎ型ドープ副層に、開口を介して接続されている。言い換えれば、配線レベルＶＩＩは、サブセグメント１０におけるｐ型ドープ副層と、オプトエレクトロニクス部品におけるサブセグメント１３のｎ型ドープ副層との接続を形成している。コンタクトパッド４３は、連結線ＶＩＶによって表されている配線レベルを介して、サブセグメント１３におけるｐ型ドープ副層に導電接続されている。同時に、コンタクトパッド４３は、この配線レベルを介して、オプトエレクトロニクス部品の部分領域１２における開口ＤＩＩとの接続を形成している。開口ＤＩＩは、サブセグメント１２における活性積層体のｎ型ドープ副層をコンタクト面４３に接続している一方で、このｎ型ドープ副層を、サブセグメント１３における活性積層体のｐ型ドープ副層に配線レベルを介して接続している。最後の配線レベル（連結線ＶＩＩＩによって概略的に表してある）は、第５のコンタクト面４４を、サブセグメント１２における活性積層体のｐ型ドープ副層に接続している。この例示的な実施形態においては、コンタクト層における配線レベルは、互いに重なり合うように配置されている。しかしながら、用途によっては、これらの配線レベルを横に並べることもできる。
【００６２】
互いに重なり合う配線レベルの配置と、個々のコンタクト面の配置と、個々のコンタクト面が各配線レベルに接続されている結果として、オプトエレクトロニクス半導体部品１の個々のサブセグメント１０〜１３それぞれを選択的に動作させることが可能である。同様に、２つのサブセグメントごとに組み合わせて直列回路を形成することもできる。同様に、動作時に４つのサブセグメントすべてを使用して直列回路を形成することもできる。次の表は、望ましい動作モードに応じての、本オプトエレクトロニクス半導体ボディの動作時における接続を示している。
【００６３】
【表１】
0005992662.tif 000002
【００６４】
この表において、「負」または「正」は、コンタクトパッドに供給される電荷キャリアのタイプを表している。サブセグメントそれぞれの活性層におけるｐｎ接合は、動作時には順方向にバイアスされる。すなわち、電位が印加されるとき、コンタクトパッド４０には必ず「負」が印加され、コンタクトパッド４４には必ず「正」が印加される。それ以外の３つのコンタクトパッド４１〜４３には、所望の動作モードに応じて、正の電位または負の電位のいずれかが印加され、適切な電荷キャリアが供給される。
【００６５】
例えば、動作時にサブセグメント１０によってのみ放射を放出させる場合、このサブセグメントにおけるダイオードを順方向にバイアスする目的で、コンタクトパッド４１に負の電位（電子を供給することに相当する）が印加され、コンタクトパッド４２には対応する正の電位（ホールを供給することに相当する）が印加される。ｎ型ドープ副層には、配線レベル（連結線ＶＩによって表されている）と部分領域１０に設けられている開口Ｄ’とを介して、ｐ型ドープ副層には、第２の配線レベルＶＩＩを介して、適切な電荷キャリアが供給される。同時に、部分領域１１は、コンタクトパッド４１を介して逆バイアス方向に接続されているため、放射を放出しない。これとは異なり、サブセグメント１０，１１が放射を発生するように選択される場合、表に示したように、コンタクトパッド４０，４２に適切な電圧を供給しなければならない。
【００６６】
したがって、本文書に提案する配線レベルによって、サブセグメントそれぞれを個別に接続する、または２つのセグメントを一組としてそれぞれ直列に接続することができる。
【００６７】
これに関連して、図２Ａは、軸線Ｉ−Ｉ’に沿っての断面図を示している。オプトエレクトロニクス半導体ボディにおける半導体積層体２５は、溝２０によって２つのサブセグメント１０，１１に分割されている。半導体積層体２５は、サブセグメント１０における第１のｎ型ドープ副層２１’（放出面に面している）と、サブセグメント１１における第１のｎ型ドープ副層２１とを備えている。さらなる副層２３，２３’は、ｐ型にドープされており、放出面とは反対側の面に堆積されている。ｎ型ドープ副層２１，２１’およびｐ型ドープ副層２３，２３’が接合するように配置する結果として、部分領域１０に第１のｐｎ接合２２’が形成されており、部分領域１１に第２のｐｎ接合２２が形成されている。このｐｎ接合において電荷キャリアが再結合し、電磁放射が放出される。貫通溝２０（積層体２５の副層すべてを貫いている）は、２つのサブセグメント１０，１１の間を電気的に分離し、それと同時に、２つのサブセグメント１０，１１の間の漏れ電流を防止する。
【００６８】
第１のサブセグメント１１におけるｎ型ドープ副層２１との接続を形成する目的で、開口４００が設けられており、その側壁４０３は電気的絶縁材料によって絶縁されている。これによって、動作時におけるｐ型ドープ層２３との短絡と、ｐ型ドープ層２３への電流の流れ込みとが防止される。開口４００は、ｐ型ドープ副層２３からｐｎ接合２２を貫いてｎ型ドープ副層２１まで延在している。さらには、開口４００は、第１の配線レベル４０５に導電接続されている。第１の配線レベル４０５は、絶縁層５０５によってｐ型ドープ副層２３から絶縁されており、絶縁層５０６によってさらなる配線レベルから絶縁されている。配線レベル４０５は、図示したように、コンタクトパッド４０に通じており、コンタクトパッド４０は、この実施形態の場合には、配線レベル４０５自身の部分領域によって形成されている。したがって、コンタクトパッド４０は、開口４００および配線レベル４０５を介して、第１のサブセグメント１１におけるｎ型ドープ副層２１との接続を形成している。
【００６９】
図示した例示的な実施形態においては、第２の配線レベル４１５は、第１の配線レベルの下に配置されており、コンタクトパッド４１（この図には示していない）から、ｐ型ドープ層２３とのコンタクト４１０まで延在している一方で、さらなる開口４１２までさらに延在している。開口４１２は第２のサブセグメント１０の一部であり、第２のサブセグメント１０における積層体２５におけるｎ型ドープ副層２１’に接触している。この場合にも、側壁は、活性層２２’およびｐ型ドープ副層２３’から追加の絶縁層４１３を介して絶縁されている。第２の配線レベル４１５の下には、第３の配線レベル４２５から絶縁するための絶縁層５０１が設けられている。さらに、絶縁層５０２によって、第２の配線レベル４１５が第２のサブセグメント１０におけるｐ型ドープ副層２３’からも隔てられている。
【００７０】
第３の配線レベル４２５は、第３のコンタクト４２（図１における平面図に示してある）とサブセグメント１０のｐ型ドープ副層とを、給電配線４２０を介して接続している。第３の配線レベルは、絶縁基板３２の上に堆積されており、絶縁部５０３，５０１によって囲まれている。
【００７１】
以下では、個々のサブセグメント１０，１１の構造部分の動作時における電流の流れについて説明する。サブセグメント１１のみを動作させるとき、コンタクトパッド４０と、したがって第１の配線レベル４０５と、さらには第２の配線レベル４１５とが、順バイアス方向に接続され、適切な電位が印加される。この場合、電流はｎ型ドープ副層２１を介してｐ型ドープ副層２３に流れ込み、第１のサブセグメントにおけるｐｎ接合２２において、供給される電荷キャリアが再結合し、電磁放射が放出される。
【００７２】
第２のサブセグメント１０のみを動作させるためには、第２のサブセグメント１０に設けられているｐｎ接合２２’を順バイアスする。これは、第２の配線レベル４１５および第３の配線レベル４２５に、該当するコンタクトパッドを介して適切な電荷キャリアを供給することによって、行われる。この動作モードにおいては、第１のサブセグメント１１におけるｐｎ接合２２が逆バイアス方向に接続されており、したがって、この部分領域における電荷キャリアの再結合が防止される。両方のサブセグメントを同時に動作させるときには、第１の配線レベル４０５にコンタクトパッド４０を介して電圧が印加され、第３の配線レベル４２５にコンタクトパッド４２（この図には示していない）を介して電圧が印加され、したがって、２つのサブセグメントにおける２つのｐｎ接合２２，２２’が順バイアスされる。電流は第１の配線レベル４０５および開口４００を介して第１のｐｎ接合２２に流れ込み、そこから給電配線４１０および第２の配線レベル４１５を介して、第２のサブセグメント１０における第２の開口４１２に流れ込む。したがって、２つのサブセグメントにおけるｐｎ接合が順バイアスされる。
【００７３】
図２Ｂは、図１に示した実施形態による、軸線ＩＩ−ＩＩ’に沿っての断面図を示している。この場合も、２つのサブセグメント１０，１２が分離溝２０’によって分離されており、したがって、電流の流れが防止されている。さらには、溝２０’（絶縁材料によって満たされている）が追加の絶縁層５０２の中まで延在しており、絶縁層５０２は、個々の配線レベルを互いに絶縁している。したがって、サブセグメント１０，１２は、溝２０’および絶縁側面領域３０から形成されている絶縁層によって囲まれている。
【００７４】
図２Ｂにおける断面図は、第２の配線レベル４１５および第３の配線レベル４２５のみを示している。図２Ａにおける断面図から理解できるように、図２Ｂに示した断面図には第１の配線レベル４０５が存在しておらず、なぜなら、配線レベル４０５はセグメント１０，１２には直接接触していないためである。どちらのサブセグメントにも、領域１０におけるｎ型ドープ副層２１’またはサブセグメント１２におけるｎ型ドープ副層２１’’に複数の開口４１２または４１２’’が設けられている。これらの開口それぞれは、側壁に絶縁材料４１３が堆積されている溝によって形成されている。これによって、サブセグメント１０におけるｐ型ドープ副層２３’と、サブセグメント１２におけるｐ型ドープ副層２３’’との短絡および電気的接触が防止される。コンタクトレベル２５’における開口（配線レベルが中に延在している）は、ひとまとめに結合されて共通の配線レベル４１５，４３５を形成している。サブセグメント１０におけるｐ型ドープ副層２３'は、給電配線４２０によって第３の配線レベル４２５に接続されている。同様に、開口４２０’’は、サブセグメント１２の副層２３’’と第５の配線レベル４４５との間の接続を形成している。図１における実施形態に示したように、サブセグメント１２における第５の配線レベル４４５／Ｖ'''はコンタクトパッド４４に通じており、サブセグメント１２における第２の配線レベル４３５／ＶＩＶはコンタクトパッド４３に通じている。
【００７５】
図３は、参考例の断面図を示しており、すべてのコンタクト要素が裏面に配置されている。この参考例も、半導体積層体３２０は第１のｎ型ドープ層３２１を含んでおり、この層３２１に隣接してｐ型ドープ層３２３が堆積されている。図示したように、界面にｐｎ接合３２２が形成されている。
【００７６】
積層体の材料系としては、一例としてＩｎＧａＮ／ＧａＮを使用することができ、その発光スペクトルは青色可視光の範囲にある。形成した後に貼り付けられた構造化部３２５は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの放出特性を向上させる。さらには、変換手段を形成することもでき、構造化部３２５の表面に貼り付けることができる。結果として、放出される青色光の一部分が、異なる波長の光に変換され、したがって、白色光を生成することが可能になる。
【００７７】
構造化部３２５とは反対側の、半導体積層体３２０の第２の層３２３の面には、導電性かつ反射性の接続層３３０が配置されている。同時に、この層は、電荷キャリアを注入するための横方向電流拡散層としても使用されている。複数の給電配線要素３５０が層３３０に接触しており、給電配線要素３５０自体は、裏面に配置されているコンタクトパッド３９０に開口３５１によって接続されている。
【００７８】
さらには、開口３４６が設けられており、導電性材料３６１によって満たされている。この開口３４６は、半導体ボディの裏面からすべての層を貫いて半導体積層体３２０の層３２１まで延在している。その側壁は、例えば接続層３３０との短絡を防止する目的で、本質的にほぼ完全に絶縁材料によって囲まれている。さらには、コンタクト３６１が、オプトエレクトロニクス半導体ボディの裏面におけるコンタクトパッド３９１と、導電性材料層３５０’とに接続されている。材料層３５０’は、半導体ボディの左側のサブセグメントにおける接続層３３０に接触している。左側のサブセグメントは、右側のサブセグメントから分離溝３４２によって電気的に完全に分離されている。溝３４２は絶縁材料によって満たされており、この絶縁材料は、個々の開口３５０’および３５１の間の中間空間も満たしている。それと同時に、この絶縁材料は、置換マウント３８０のためのマウント基板としても使用することができる。
【００７９】
導電性層３５０は層３３０とともに、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側のサブセグメントにおける第１の接続層を形成しており、半導体積層体３２０における層３２３との接続を形成している。半導体ボディの左側の部分領域には、同様に開口３４６が形成されており、その側壁３４６ａには絶縁材料が設けられている。開口３４６を埋める導電性材料３６１’は、裏面に配置されているコンタクトパッド３９０’に接触している。
【００８０】
外側において、コンタクトパッド３９０’および３９１は裏面においてスイッチＳ１に結合されており、このスイッチＳ１は第１の接続部Ａ１に通じている。コンタクト３９０は第２の接続部Ａ２に結合されている。この装置の動作時、スイッチのポジションＳ１に応じて、オプトエレクトロニクス部品の右側の部分のみ、またはオプトエレクトロニクス部品の両方の部分に、電流が供給される。図示したスイッチポジションにおいては、この半導体装置の動作時、電流は、コンタクト３９０および給電配線３５０を介して、半導体ボディの右側の領域における半導体積層体に流れ込む。半導体積層体のｐｎ接合において電荷キャリアが再結合し、光が放出される。図示したスイッチポジションにおいては、動作時、半導体ボディの左側の部分領域はオフになっている。
【００８１】
次に、接続部Ａ１がスイッチＳ１を介してコンタクトパッド３９０’に結合されると、電流は、半導体ボディの右側の部分領域における導電性材料３６１’（開口３４６）を介して、半導体ボディの左側の部分領域における層３５０および層３３０から第１の接続層に流れ込む。したがって、２つの半導体積層体およびそれぞれに含まれているｐｎ接合が、直列に接続される。
【００８２】
したがって、各サブセグメントにおける個々の接続層およびそのコンタクトの配置構造に応じて、オプトエレクトロニクス半導体ボディの個々のサブセグメントを、外部制御式に並列または直列に接続することができる。
【００８３】
接続は、集積回路を介して外部から形成することができる。集積回路は、個々のセグメント、あるいは直列に接続されているセグメントに適切な電圧および電流を供給する目的で、スイッチを動作させ、さらに、さまざまな駆動段を有する。この場合、直列に接続されているとき、セグメント全体で降下する電圧は相応に大きくなる一方で、セグメントを流れる電流は実質的に同じままであるように注意しなければならない。したがって、この点において、電圧駆動型の駆動段が要求される。さらには、異なる発光量を達成する目的で、個々のサブセグメントを流れる電流を変化させることができる。
【００８４】
図６は、半導体ボディのさらなる実施形態の断面図を示しており、コンタクトレベル６０１の上に配置されている構造化された積層体６００を有する。
【００８５】
積層体６００は、その第１の主面上に構造化部６０５が設けられており、積層体を貫いて切り取られている溝６０６および絶縁材料６３０によって、２つのサブセグメントに分割されている。したがって、各サブセグメントは、第１のｎ型ドープ副層６１０と、その下に配置されている第２のｐ型ドープ副層６２０とを有する積層体を備えている。異なる導電型にドープされている結果として、ｐｎ接合６１５が形成されており、ｐｎ接合６１５は、電磁放射を発生させて放出する活性層である。
【００８６】
積層体の下にはコンタクトレベル６０１が配置されており、コンタクトレベル６０１自体は複数の異なる配線レベルを有する。これらの配線レベルは、２つのサブセグメントにおける個々の副層６１０および６２０との接続を形成している。この場合、コンタクトパッドは、図示したように半導体積層体６００の右側および左側の両方に配置されている。詳細には、第１のコンタクト６６１は、主面側の面の上に、積層体の第１の部分領域に隣接して形成されている。このコンタクトパッド６６１は、動作時に装置のｐ型層接続層（p-contact）を形成しており、第１の配線レベル６６０に導電接続されている。
【００８７】
配線レベル６６０は、積層体における第１のサブセグメント６９１のｐ型ドープ副層６２０との接続を形成している。この接続は、ｐ型ドープ副層６２０の下に配置されている導電性ミラー層６６２を介して行われる。ｐ型ドープ副層６２０の下のミラー層６６２は、第２のサブセグメント６９２における対応するミラー層６６２から、絶縁材料６３０によって導電的に絶縁されている。ミラー層６６２は、ｐｎ接合６１５において発生する光を、第１の主面の方向、したがって構造化部６０５の方に反射する。
【００８８】
半導体ボディの上面におけるさらなる導電性コンタクトパッド６７１は、第１のコンタクト６６１とは絶縁材料６３０を介して絶縁されており、第２の配線レベル６７０に接続されている。第２のコンタクト６７１は、配線レベル６７０と同じ材料から成ることができる。配線レベル６７０は、複数の開口６４０を介して第１のサブセグメント６９１におけるｎ型ドープ副層６１０との接続を形成している。これらの開口は、絶縁層６３０（第１の配線レベル６６０を第２の配線レベル６７０から絶縁している）と、配線レベル６６０と、ミラー層６６２と、ｐ型ドープ副層６２０と、ｐｎ接合とを貫いて、第１のサブセグメント６９１における副層６１０の中まで延在している。これらの開口は導電性材料によって満たされており、外壁６４２は適切に絶縁されている。これによって、第２の配線レベルと、第１の配線レベル６６０、ミラー層、ｐ型ドープ副層６２０のうちの少なくとも１つとの間の短絡が防止される。
【００８９】
さらには、第２の配線レベル６７０は、ミラー層６６２を介して、第２のサブセグメント６９２におけるｐ型ドープ副層６２０との接続を形成している。結果として、第１のサブセグメント６９１におけるｎ型ドープ副層６１０が、第２のサブセグメント６９２におけるｐ型ドープ副層６２０に電気的に接続されている。したがって、２つのサブセグメント６９１，６９２におけるｐｎ接合６１５が直列回路を形成している。
【００９０】
第３のコンタクト６５１は、第２の部分領域６９２に隣接して設けられており、第３の配線レベル６５０および開口６４５を介して、第２のサブセグメント６９２におけるｎ型ドープ副層６１０との接続を形成している。この場合にも、開口６４５は、第２の配線レベル６７０と、ミラー層６６２と、ｐ型ドープ副層６２０と、ｐｎ接合６１５とを貫いて、第２のサブセグメントにおけるｎ型ドープ副層６１０の中まで延在している。絶縁性の側壁６４２は、第３の配線レベル６５０と、第２の配線レベル６７０またはミラー層６６２との間の短絡を防止している。第３の配線レベル６５１は、絶縁層６３０’によってマウント基板６８０から絶縁されている。
【００９１】
この装置の動作時、第２の配線レベル６７０に接続されているコンタクト６７１は、切り換え可能なコンタクトの形である。すなわち、所望の動作モードに応じて、正または負のいずれかの電荷キャリアが供給される。したがって、コンタクト６７１は、第１のサブセグメントまたは第２のサブセグメントを動作させるのかに応じて、対応するｐｎ接合が順バイアスまたは逆バイアスされるように切り換える。例えば、第１のサブセグメント６９１のみを動作させる場合、コンタクトパッド６６１がｐ型コンタクトとして使用され、切り換え可能なコンタクト６７１がｎ型コンタクトとして使用される。
【００９２】
第２のサブセグメント６９２のみを動作させるときには、第３のコンタクトパッド６５１がｎ型コンタクトとして機能し、切り換え可能なコンタクト６７１がｐ型コンタクトとして機能する。この動作モードにおいては、第１のサブセグメント６９１におけるｐｎ接合６１５が逆バイアスされる。２つのサブセグメントを直列回路の形で動作させるときには、コンタクトパッド６６１がｐ型コンタクトとして、コンタクトパッド６５１がｎ型コンタクトとして使用される。この場合、切り換え可能なコンタクト６７１は接続されない。
【００９３】
図７Ａ〜図７Ｉは、モノリシックな半導体ボディの、製造時のさまざまな段階における平面図を示している。以下では、特に、さまざまな配線レベルと、配線レベルの間に配置されている絶縁材料とを有するコンタクトレベルの製造工程について、これらの図を参照しながら説明する。
【００９４】
図７Ａは、この実施形態の場合には４つのサブセグメント７０１〜７０４に分割されている半導体ボディ７００の平面図を示している。以降の工程ステップ中に個々のサブセグメント７０１〜７０４それぞれにおける半導体積層体を互いに電気的に分離しておく目的で、各サブセグメントの間に溝が画成されている。さらには、ｎ型ドープ副層のために設けられている開口が、各サブセグメントに画成されている。
【００９５】
次いで、図７Ｂに示したように、ｐ型ドープ副層を、半導体ボディおよびサブセグメント７０１〜７０４に堆積させ、後からｎ型ドープ副層への開口となる領域に、切開部７０４’’を設ける。さらには、外側領域７４６を設け、この領域には後からコンタクトパッドが配置される。
【００９６】
第１のサブセグメント７０１と第４のサブセグメント７０４との間に、第１のサブセグメント７０１に隣接するさらなる副領域７１１’を設ける。同様にして、第２のサブセグメント７０２と第３のサブセグメント７０３との間の副領域７１３’と、サブセグメント７０４とサブセグメント７０３との間の副領域７１４’（サブセグメント７０４に隣接する）を設ける。
【００９７】
次いで、図７Ｃに示したように、サブセグメント７０１〜７０４それぞれにおいて、ｐ型ドープ副層の上に配線レベルを堆積させる。この配線レベルは、ｐ型ドープ層接続・補強層（p-contact reinforcement）として使用されると同時に、図示したように、後から形成される接続パッドのいくつかを対応するセグメントに結合する。
【００９８】
詳細には、この接続・補強層の外側領域は第１のコンタクトパネル７４１を形成しており、このコンタクトパネル７４１は、対応する配線レベルを介して第１の部分領域７０１のｐ型ドープ副層に接続されている。さらには、図から理解できるように、半導体ボディの部分領域７０１と部分領域７０４との間の隣接する副領域が、配線レベルによって覆われている。したがって、サブセグメント７０１の上の配線レベルは、セグメント７０１の領域においてはもはや長方形ではなく、第１のサブセグメント７０１と、追加の隣接する副領域７１１とを覆っている。
【００９９】
同様にして、追加の隣接する外側領域に重なる配線レベルを、第４のサブセグメント７０４の上に堆積させる。したがって、この領域に追加の副領域７１４が形成される。同様にして、サブセグメント７０３のｐ型ドープ副層の上に、配線レベルによって形成される副領域７１３を、さらに画成する。
【０１００】
さらには、最後のｐ型層接続・補強層である配線レベルを、サブセグメント７０２の上に配置する。この接続・補強層７０２’は、コンタクトパネル７４４に導電接続されており、したがって、コンタクトパネル７４４は、セグメント７０２のｐ型ドープ副層との接続を形成している。さらには、３つのさらなるコンタクト領域７４０，７４２，７４３を画成して金属層を設ける。個々のコンタクト領域７４０〜７４３の間に、絶縁中間領域を配置する。さらには、個々のセグメントにおけるｐ型コンタクトを補強する配線レベルそれぞれに、後から開口となる領域における切開部７０４ａを設ける。
【０１０１】
次いで、個々のセグメントの積層体および第１の配線レベルに、絶縁層を堆積させる。
【０１０２】
図７Ｄは、次の工程ステップを示しており、このステップでは、開口の領域において絶縁材料に穴が生じる。この結果として生じる開口７０４ｂによって、各セグメントにおけるｎ型ドープ副層との接続を、後から形成することができる。さらには、コンタクト面７４０ｂ，７４３ｂを形成する目的で、前に画成したコンタクト領域の上の副領域に開口を形成し、その下に位置している金属層を露出させる。同様に、絶縁材料をエッチングして狭い溝７１１ｂ，７１４ｂ，７１３ｂを形成し、その下に位置している副領域７１１，７１４，７１３を露出させる。
【０１０３】
図７Ｅは、第２の配線レベルを形成した後の半導体ボディを示している。このステップは、積層体の上に金属層を堆積させ、次いで構造化することによって行うことができる。こうして、各サブセグメント７０１〜７０４に、対応する導電性層７３１，７３２，７３３，７３４が形成される。詳細には、第１のサブセグメント７０１における配線レベル７３１は、領域７４０ａにも拡張されており、結果として、配線レベル７３１は、下に位置している領域７４０ｂにおけるコンタクト金属層に接触している。さらに、第４のサブセグメント７０４の上には、サブセグメント７０４の上の副領域７２４に配線レベル７３４を成長させ、この場合、下に位置している開口７１１ｂ（前の図に示してある）と重なるように成長させ、したがって、溝７１１ｂ内に露出しているｐ型層接続形成層との接続が形成される。
【０１０４】
同様にして、第３のサブセグメント７０３の上にも、下に位置している溝７１４ｂの上の副領域７２４に配線レベル７３３を成長させる。同様に、サブセグメント７０２の上の配線レベル７３２は、副領域７２２において溝７１３ｂと重なっており、さらには、領域７４３ａにおいて、下に位置しているコンタクト金属層７４３ｂに接触している。
【０１０５】
したがって、ｎ型層接続配線が画成され、同時に、対応するコンタクトパッドに拡張されている。言い換えれば、配線レベル７３２は、サブセグメント７０２におけるｎ型ドープ副層との接続を形成している一方で、それと同時に、溝７１３ｂを介してサブセグメント７０３におけるｐ型ドープ副層との接続を形成している。同様に、サブセグメント７０３における配線レベル７３３は、前の図に示した開口を通じてサブセグメント７０３におけるｎ型ドープ副層との接続を形成しており、さらに、溝７１４ｂを介してサブセグメント７０４におけるｐ型ドープ副層との接続を形成している。サブセグメント７０４における配線レベル７３４は、対応する開口を介してサブセグメント７０４におけるｎ型ドープ副層との接続を形成しており、溝７１１ｂを介してサブセグメント７０１におけるｐ型ドープ副層との接続を形成している。
【０１０６】
図７Ｆにおいては、真ん中のコンタクトパッド７４２ａおよび個別の第３の配線レベル７４３が画成されている。この目的のため、サブセグメント７０１〜７０４における（前の工程ステップで形成した）配線レベル７３１〜７３４の上に、絶縁層を成長させる。この絶縁層は、存在する段差を補正することも目的として、半導体ボディの表面全体に成長させることが好ましい。成長させた絶縁層における領域７４２ａに真ん中のコンタクトパッドを画成し、対応する開口を領域７４３に画成する。次いで、これらの領域において絶縁材料を除去し、したがって、領域７４２ａにおけるコンタクトパッド７４２の金属層（下に位置している）を露出させる。領域７４３において絶縁層を貫く開口を形成し、第３のサブセグメント７０３における下に位置している配線レベル７３３を露出させる。
【０１０７】
図７Ｇに示したように、絶縁層の上のさらなる配線レベル７５３の一部分であるコンタクト領域７４２ｃは、開口７４３を介して第３のサブセグメント７０３における第２の配線レベル７３３との接続を形成している。この図に示したように、第３の配線レベル７５３は、領域上に金属層として堆積させる。成長工程におけるさまざまな配線層の結果として生じる段差を回避するときには、この形態は特に好ましい。あるいは、第３の配線レベル７５３を、単純な給電配線の形とすることもできる。
【０１０８】
一様な裏面を形成し、存在する段差を補正する目的で、次いで、半導体ボディの積層体および第３の配線レベルを、領域上に絶縁層によって覆う。次いで、図７Ｈに示したように、存在している成長基板を、いわゆるレーザリフトオフ工程によって除去する。このステップはレーザを照射することによって行い、この工程では、前に形成された積層体から成長基板を除去する。次いで、積層体の裏面をマウント基板に貼り付け、その結果として、図７Ｇにおいて形成した配線レベルがマウント基板に隣接する。成長基板の除去には湿式化学処理を使用することもできる。
【０１０９】
図７Ｈは、成長させた積層体の第１の主面の平面図を示しており、後からの動作時、電磁放射はこの第１の主面に放出される。さらなるステップにおいて、図７Ａにおいて画成した中間領域を溝としてエッチングし、その結果として、半導体ボディ７０５の個々のサブセグメント７０１〜７０４が互いに電気的に分離される。したがって、溝の深さは、積層体における２つの副層（ｎ型ドープ副層およびｐ型ドープ副層）と、活性層とを、少なくとも貫通している。これとは異なり、個々の配線トラックを備えたコンタクトレベルは溝によって切断されておらず、なぜなら、前の工程ステップにおいて形成された個々のセグメントの直列回路が途切れてしまうためである。
【０１１０】
図７Ｉに示した最後の工程ステップにおいては、半導体ボディ７０５のコンタクトパッド７４０〜７４４を前面から露出させる。
【０１１１】
図７Ｊは、個々のリソグラフィステップの全体図を概略的に示している。この図は、さまざまなコンタクトレベル、特に、真ん中のコンタクトパネル７４２のコンタクトレベル（サブセグメント７０３をコンタクトパネル７４２に接続している）を、明確に示している。セグメント７０３，７０４，７０１の対応する部分領域は、４つのセグメントすべてを備えた直列回路を提供し、したがって、電圧駆動型の発光半導体部品が実施されている。放出側とは反対側の面における配線によって、上面の光の遮りが防止され、発光量が最大化される。同時に、半導体ボディの個々のサブセグメントを、これらを選択的に駆動することによって動作させることができる。
【０１１２】
本明細書に記載した実施形態は、２・２行列に限定されない。実際には、半導体ボディの任意の望ましい数の個々のサブセグメントを互いに組み合わせて、直列回路または並列回路を形成することができる。放出面とは反対側のコンタクトレベルにおける複数の異なる配線レベルによって、特定の用途に適切であるように個々のサブセグメントを接続することができる。セグメントを直列に結合できることによって、半導体ボディにおける個々のサブセグメントを流れる電流が減少し、したがって、単純なドライバモジュールを使用することができる。
【０１１３】
したがって、望ましい配線に応じて、動作時に電磁放射を発生させるオプトエレクトロニクス半導体ボディの個々のサブセグメントを備えている行列として、さまざまな実施形態を作製することが可能である。この場合、個々のサブセグメントは、共通の積層体として形成することができる。形成した後、積層体を分離溝によってサブセグメントに分ける。主面とは反対側のコンタクトレベルに個々の配線レベルを堆積させることによって、個々のサブセグメントの任意の望ましい接続を達成することができる。
【０１１４】
これに関連して、図４Ａ〜図４Ｆは、提案する原理に基づく参考例の概略図を示している。
【０１１５】
図４Ａは、図４Ｅに示した方向に沿ってのオプトエレクトロニクス半導体ボディの断面図を示している。接続は、縁部領域においてコンタクト要素４０およびコンタクト要素４１１を通じて形成される。コンタクト要素４０は開口４４６に導電接続されており、開口４４６は、半導体積層体２５における副層２１に接触している。異なる導電型にドープされている２つの副層２１，２３の間にｐｎ接合２２が形成されており、このｐｎ接合において、動作時に注入される電荷キャリアが再結合して電磁放射が放出される。さらには、層２３の上に横方向電流分散層４６２が配置されており、この層４６２は、半導体ボディの第２のサブセグメントにおけるコンタクト層４１１と同じ材料から成る。
【０１１６】
第２の接続層４６０は、オプトエレクトロニクス半導体ボディの右側のサブセグメントにおける電流分散層４６２に接触しており、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側のサブセグメントにおける半導体積層体２５の層２１’に、開口を通じて接触している。同様に、コンタクト要素４１１が、左側のサブセグメントにおいて、半導体積層体２５における第２の層２３’に接続されている。
【０１１７】
図４Ａの断面図および図４Ｅの平面図に示したように、オプトエレクトロニクス半導体ボディの左側のサブセグメントと右側のサブセグメントとの間に、分離溝が設けられている。したがって、サブセグメントは互いに電気的に分離されている。したがって、図４Ｃに示した等価回路においては、２つのダイオードを一組としてそれぞれ直列に接続されている。この場合におけるダイオード効果は、半導体積層体２５における図示したｐｎ接合によるものである。
【０１１８】
図４Ｂは、代替の修正形態を示しており、１つのｐｎ接合ではなく複数のｐｎ接合が設けられている。これらのｐｎ接合は、図４Ｄに示した等価回路図から理解できるように、直列に接続された２つのダイオードのように機能する。
【０１１９】
図４Ｂに示した断面図は、図４Ｆにおける軸線Ｉに沿った断面を示している。この例示的な参考例においては、オプトエレクトロニクス半導体ボディは、それぞれが溝４４２によって分離状態に隔てられた４つのサブセグメントに分割されている。さまざまな接続層４０，４１１，４６０，４５０は、それぞれ、さまざまなサブセグメントにおける半導体積層体およびその中に配置されているｐｎ接合との接続を形成している。この場合、接続層４０，４１１，４５０，４６０，４７０は、図４Ｄに示した等価回路図に説明されているように、これらの層によって４つのサブセグメントが接続されるように、設計されている。
【０１２０】
したがって、提案する原理に基づいて、オプトエレクトロニクス半導体ボディにおける、４つのダイオード（それぞれが、直列に接続された２つのダイオードを有する）を備えている直列回路が提供される。結果として、この装置の動作時には、より高い動作電圧が要求される。エピタキシャル層において直列回路が省スペース的に組み合わされていることによって、低い電流レベルでの電圧駆動方式として電力がオプトエレクトロニクス半導体ボディに供給されるため、高価な駆動段および高電流源を不要とすることができる。さらには、この結果として、光を発生させる構成要素すべてを１つの半導体ボディに設けることができるため、吸収性のコンタクトが回避されることにより、表面領域が最適に利用され、したがって電流が節約される。さらには、チップの直列回路は、１つのみの上側コンタクトと１つの導電性マウントという形態で実施することもできる。
【図３】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
0005992662.tif 000005
【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
0005992662.tif 000011
【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図７Ｉ】
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【図７Ｊ】
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【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｄ】
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