(57)【要約】本発明は、半導体積層体（２）を有する半導体ボディを備えた放射放出半導体チップ（１）に関する。半導体積層体を有する半導体ボディは、垂直方向には第１の主面（２１）と第２の主面（２２）との間に延在している。半導体積層体は、放射を生成する目的で設けられている活性領域（５）と、第１の導電型の第１の領域（３）と、第１の導電型とは異なる第２の導電型の第２の領域（４）とを有する。第１の領域は、垂直方向には第１の主面と活性領域との間に延在しており、第２の領域は、垂直方向には第２の主面と活性領域との間に延在している。活性領域の少なくとも１層がヒ化物化合物半導体材料系であり、第１の領域または第２の領域それぞれの垂直方向における延在範囲のうちの少なくとも半分が、リン化物化合物半導体材料系である。
2014526803.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体積層体（２）を有する半導体ボディを備えた放射放出半導体チップ（１）であって、
−  前記半導体積層体を有する前記半導体ボディが、垂直方向には第１の主面（２１）と第２の主面（２２）との間に延在しており、
−  前記半導体積層体が、放射を生成するように意図されている活性領域（５）と、第１の導電型の第１の領域（３）と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の第２の領域（４）とを備えており、
−  前記第１の領域が、垂直方向には前記第１の主面と前記活性領域との間に延在しており、
−  前記第２の領域が、垂直方向には前記第２の主面と前記活性領域との間に延在しており、
−  前記活性領域の少なくとも１層がヒ化物化合物半導体材料系であり、
−  前記第１の領域または前記第２の領域が、垂直方向におけるそれぞれの範囲のうちの少なくとも半分の割合において、リン化物化合物半導体材料系である、
放射放出半導体チップ（１）。
【請求項２】
前記第１の領域および前記第２の領域が、垂直方向におけるそれぞれの範囲のうちの少なくとも半分の割合において、リン化物化合物半導体材料系である、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項３】
前記リン化物化合物半導体材料が、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．３）によって形成されている、
請求項１または請求項２に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項４】
０．４５≦ｘ≦０．６、好ましくは０．５≦ｘ≦０．５６が成り立つ、
請求項３に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項５】
０≦ｚ≦０．０５が成り立つ、
請求項３または請求項４に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項６】
前記第１の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、もしくは、前記第２の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、またはその両方が、ヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項７】
前記第１の領域が、前記第１の主面と障壁領域（３１）とに隣接しているコンタクト領域（３２）を備えており、前記障壁領域（３１）が前記コンタクト領域と前記活性領域の間であり、前記障壁領域の第Ｖ族の格子位置の最大で１０％がヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項８】
前記第１の障壁領域がヒ素を含んでいない、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項９】
前記活性領域が、少なくとも１層の量子井戸層（５１）と少なくとも１層の障壁層（５２）とを有する量子井戸構造を備えている、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１０】
前記量子井戸構造の少なくとも１層の障壁層が、リン化物化合物半導体材料系である、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１１】
前記半導体ボディの第Ｖ族の格子位置の最大で１５％がヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１２】
前記第１の領域全体もしくは前記第２の領域全体またはその両方が、リン化物化合物半導体材料系である、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１３】
前記半導体ボディの前記半導体積層体の成長基板が、完全に、または少なくとも部分的に除去されている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１４】
前記半導体ボディが、前記半導体積層体を機械的に安定化させるキャリア（６）の上に配置されており、前記半導体ボディと前記キャリアとの間に金属ミラー層（６１）が配置されている、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１５】
−  前記第１の領域および前記第２の領域が、垂直方向におけるそれぞれの範囲のうちの少なくとも半分の割合において、リン化物化合物半導体材料系であり、
−  前記リン化物化合物半導体材料が、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０．４５≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．５５、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．０５）によって形成されている、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、放射放出半導体チップに関する。
【背景技術】
【０００２】
ヒ化物化合物半導体材料は、赤外スペクトル領域における発光波長を有するルミネセンスダイオードを製造するのに特に適している。しかしながら、これらのデバイスの環境適合性に関して、ヒ素をできる限り使用しないことが望ましい。さらに、ヒ化物化合物半導体材料系の公知の赤外発光ダイオードは、比較的低い温度安定性を示し、すなわち、半導体チップの温度が上昇するにつれて、放出される放射強度が比較的急激に低下する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の１つの目的は、改善された環境適合性を特徴とする、赤外スペクトル領域において放出するデバイスを提供することである。さらに、温度安定性を高めることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この目的は、請求項１に記載の放射放出半導体チップによって達成される。構造形態およびさらなる発展形態は、従属請求項の主題を構成する。
【０００５】
一実施形態においては、放射放出半導体チップは、半導体積層体を有する半導体ボディを備えている。半導体ボディは、垂直方向には第１の主面と第２の主面との間に延在している。半導体積層体は、放射を生成するように意図された活性領域と、第１の導電型の第１の領域と、第１の導電型とは異なる第２の導電型の第２の領域とを備えている。第１の領域は、垂直方向には第１の主面と活性領域との間に延在している。第２の活性領域は、垂直方向には第２の主面と活性領域との間に延在している。活性領域の少なくとも１層は、ヒ化物化合物半導体材料系である。第１の領域または第２の領域は、垂直方向におけるそれぞれの範囲の少なくとも半分の割合において、リン化物化合物半導体材料系である。
【０００６】
言い換えれば、第１の領域もしくは第２の領域またはその両方の厚さの少なくとも半分は、リン化物化合物半導体材料系である。第１の領域もしくは第２の領域またはその両方のリン化物化合物半導体材料系の部分は、垂直方向に連続的とする、または、第１の領域または第２の領域内の垂直方向に互いに隔てられた２つ以上のサブ領域として構成することができる。
【０００７】
本半導体チップは、複数の活性領域を備えていることもできる。この場合、第１の領域は、第１の主面と、第１の主面に最も近い活性領域との間に延在している。同様に、第２の領域は、第２の主面と、第２の主面に最も近い活性領域との間に延在している。
【０００８】
ヒ化物化合物半導体材料系であるとは、本明細書においては、層または領域が、ヒ素が主として占有する（すなわち第Ｖ族の格子位置の少なくとも５１％をヒ素が占有する）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を備えていることを意味する。第Ｖ族の格子位置の好ましくは少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも８０％が、ヒ素によって占有されている。この化合物半導体材料は、特に、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０．５１≦ｚ≦１、特に、ｚ＝１）によって形成することができる。
【０００９】
同様に、リン化物化合物半導体材料系とは、本明細書においては、層または領域が、リンが主として占有する（すなわち第Ｖ族の格子位置の少なくとも５１％をリンが占有する）ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料を備えていることを意味する。第Ｖ族の格子位置の好ましくは少なくとも６０％、特に好ましくは少なくとも８０％が、リンによって占有されている。この化合物半導体材料は、特に、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．４９）によって形成することができる。
【００１０】
垂直方向とは、半導体積層体の半導体層の主延在面に垂直に延びる方向を意味するものと理解されたい。
【００１１】
したがって、ヒ化物半導体材料系の従来の半導体材料と比較して、第１の領域もしくは第２の領域またはその両方において、ヒ化物半導体材料の少なくとも一部分がリン化物化合物半導体材料に置き換わっている。このようにすることで、放出される放射のピーク波長を何ら変化させることなしに、半導体チップのヒ素含有量を低減することができる。
【００１２】
第１の領域および第２の領域は、垂直方向のそれぞれの範囲のうち、少なくとも５０％、特に好ましくは少なくとも７０％の割合において、リン化物化合物半導体材料系であることが好ましい。
【００１３】
好ましい構造形態においては、リン化物化合物半導体材料は、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．３）によって形成することができる。
【００１４】
さらに、ヒ素含有量ｚに関して、関係０≦ｚ≦０．１、特に好ましくは０≦ｚ≦０．０５が成り立つことが好ましい。
【００１５】
好ましい構造形態においては、リン化物化合物半導体材料のインジウム含有量ｘに関して、０．４≦ｘ≦０．６、好ましくは０．５≦ｘ≦０．５６が成り立つ。リン化物化合物半導体材料、特に、ヒ素が含まれず、上記範囲内におけるインジウム含有量を有するリン化物化合物半導体材料は、ヒ素化合物半導体材料に対して格子整合する、またはほぼ格子整合し、したがって、半導体チップの半導体積層体を高い結晶品質で簡単に堆積させることができる。
【００１６】
さらなる好ましい発展形態においては、第１の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、もしくは、第２の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、またはその両方が、ヒ素によって占有されている。活性領域の外側のヒ素含有量が低いほど、活性領域によって生成される放射のピーク波長を何ら変化させることなしに、半導体チップのヒ素含有量をより大きく減少させることができる。
【００１７】
第１の領域および第２の領域は、それぞれ多層構造であることが好ましい。
【００１８】
好ましい構造形態においては、第１の領域は、第１の主面に隣接するコンタクト領域を備えている。同様に、第２の領域は、第２の主面に隣接する第２のコンタクト領域を備えていることが好ましい。
【００１９】
コンタクト領域と活性領域との間には、障壁領域が形成されていることが好ましい。同様に、第２のコンタクト領域と活性領域との間には、第２の障壁領域が形成されていることが好ましい。
【００２０】
障壁領域は、コンタクト領域の好ましくは少なくとも２倍の厚さ、特に好ましくは少なくとも５倍の厚さである。コンタクト領域にヒ化物化合物半導体材料を使用するときにも、このようにすることで、半導体チップのヒ素含有量を全体として低く抑えることができる。
【００２１】
第１の障壁領域および第２の障壁領域のそれぞれは、障壁領域の間に配置されている活性領域層よりも大きいバンドギャップを有することが好ましい。
【００２２】
さらに、障壁領域のうちの少なくとも１つ、または障壁領域の少なくとも１つの領域は、領域の導電型とは反対の電荷タイプに対する電荷キャリア障壁の形をとることができる。すなわち、ｎ型導電性領域における障壁領域は、ホール障壁の形をとることができ、ｐ型導電性領域における障壁領域は、電子障壁の形をとることができる。
【００２３】
第１の障壁領域もしくは第２の障壁領域またはその両方の第Ｖ族の格子位置の好ましくは最大で１０％、特に好ましくは最大で５％、最も好ましくは最大で１％が、ヒ素によって占有されている。特に好ましくは、第１の障壁領域もしくは第２の障壁領域またはその両方に、ヒ素が含まれない。したがって、活性領域は、その片側または両側において、ヒ素が含まれない半導体層に隣接することができる。
【００２４】
さらなる好ましい構造形態においては、活性領域は、量子井戸構造を備えている。本出願の目的において、用語「量子井戸構造」は、特に、封入（「閉じ込め」）によって電荷キャリアにおいてエネルギ状態の量子化が起こりうる任意の構造を含む。特に、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。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。
【００２５】
量子井戸構造は、少なくとも１層の量子井戸層と少なくとも１層の障壁層を備えていることが好ましい。特に、量子井戸構造は、３〜２０層の範囲内（両端値を含む）の量子井戸層を備えていることができ、２層の隣接する量子井戸層の間それぞれに１層の障壁層が配置されていることが好ましい。
【００２６】
さらなる好ましい発展形態においては、量子井戸構造の少なくとも１層の障壁層、特に好ましくは量子井戸構造のすべての障壁層が、リン化物化合物半導体材料系である。この実施形態においては、放射を生成するために形成されている量子井戸層のみがヒ化物化合物半導体材料系であり、半導体チップの他の半導体層は、完全に、または少なくとも一部分がリン化物化合物半導体材料系であるように、半導体チップを構成することができる。このようにすることで、半導体ボディ中のヒ素含有量を大幅に低減することができる。
【００２７】
半導体ボディ全体の第Ｖ族の格子位置の好ましくは最大で２５％、特に好ましくは最大で１５％、最も好ましくは最大で５％が、ヒ素によって占有される。特に、半導体ボディ全体の第Ｖ族の格子位置の最大で１％が、ヒ素によって占有されるようにすることができる。
【００２８】
好ましい構造形態においては、半導体ボディの半導体積層体を好ましくはエピタキシャルに堆積させるための成長基板を、完全に、または少なくとも一部分を除去することができる。このような半導体チップは、薄膜半導体チップとしても知られている。ヒ化物化合物半導体材料に対して、ガリウムヒ素は、成長基板として特に適している。成長基板を除去することによって、半導体チップのヒ素含有量を低減することができる。
【００２９】
さらなる好ましい発展形態においては、半導体ボディは、成長基板とは異なりかつ半導体積層体を機械的に安定化させるキャリアの上に配置されている。キャリアは、例えば、半導体材料、例えばゲルマニウムまたはシリコンを含んでいる、またはこのような材料からなることができる。これに代えて、またはこれに加えて、キャリアは、例えば電気的絶縁材料、例えばセラミック（例：窒化アルミニウムまたは窒化ホウ素）を含んでいる、またはこのような材料からなることもできる。金属（例えばモリブデンまたはニッケル）を使用することもできる。さらに、キャリアが半導体チップの一部であることも好ましい。半導体チップを製造するとき、キャリアは、ウェハアセンブリから個片化するときに得ることができる。
【００３０】
さらなる好ましい発展形態においては、半導体ボディとキャリアとの間に、金属ミラー層が配置されている。活性領域において生成されてキャリアの方向に放出される放射を、ミラー層において反射して、キャリアとは反対側の半導体ボディの主面から放出させることができる。ミラー層は、例えば金を含んでいることができる。赤外スペクトル領域においては、金は特に高い反射率を特徴とする。これに代えて、別の材料、例えば、アルミニウム、銀、ロジウム、パラジウム、ニッケル、クロム、またはこれらの金属の少なくとも１種類との金属合金を、ミラー層に使用することもできる。
【００３１】
ヒ化物化合物半導体材料系の活性領域を有する半導体ボディの半導体材料の比較的大きな割合を、結晶品質を損なうことなく、リン化物化合物半導体系として構築できることが判明した。
【００３２】
半導体チップのヒ素含有量は、全体として、最大で０．５％、特に好ましくは最大で０．１％である。
【００３３】
さらに、リン化物化合物半導体材料、特に、ヒ素を含まない、またはヒ素を実質的に含まない化合物半導体材料系の障壁領域によって、高い温度安定性を達成できることが判明した。
【００３４】
さらなる特徴、構造形態、および有利な態様は、図面を参照しながらの例示的な実施形態の以下の説明によって、明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】半導体チップの多層構造の例示的な実施形態の概略的な断面図である。
【図２】半導体チップの動作時に放出される放射の放出強度の測定結果を示しており、それぞれ、従来のヒ化物化合物半導体チップとの比較において、複数の異なる半導体チップの温度の関数として示している。
【図３】半導体チップの動作時に放出される放射の放出強度の測定結果を示しており、それぞれ、従来のヒ化物化合物半導体チップとの比較において、複数の異なる半導体チップの温度の関数として示している。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
図面において、同じ要素、類似する要素、同じ機能の要素には、同じ参照数字を付してある。
【００３７】
図面と、図面に示した要素の互いの大きさの比は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。むしろ、便宜上、もしくは深く理解できるようにする目的で、個々の要素を誇張した大きな縮尺で示してある。
【００３８】
図１は、放射放出半導体チップ１の例示的な一実施形態の概略的な断面図を示している。この半導体チップは、半導体ボディを形成している半導体積層体を有する半導体ボディ２を備えている。半導体積層体２は、成長基板（例えばガリウムヒ素）の上にエピタキシャルに堆積したものであることが好ましい。さらに、半導体チップ１はキャリア６を備えており、キャリア６の上に半導体ボディ２が配置されている。キャリアと半導体ボディは、接合層６２によって機械的に安定的に互いに接合されている。キャリア６と半導体ボディ２との間に導電性接合部を形成する場合、接合層に適する材料は、はんだ、または導電性接着剤層である。
【００３９】
半導体ボディ２とキャリア６との間に、金属ミラー層６１が配置されている。ミラー層は、動作時に活性領域において生成されてキャリア６の方向に放出される放射を反射するように意図されている。赤外スペクトル領域においては、ミラー層には金が特に適している。しかしながら、これとは異なり、本出願の発明の概要のセクションに挙げた材料のうちの１種類をミラー層に使用することもできる。
【００４０】
半導体積層体２は、放射を生成するように意図されている活性領域５を備えている。活性領域５は、第１の導電型３の第１の領域と、第１の導電型とは異なる第２の導電型４の第２の領域との間に配置されている。例えば、第１の領域３がｐ型導電性であり第２のサブ領域がｎ型導電性である、またはこの逆とすることができる。
【００４１】
半導体ボディ２の半導体積層体の半導体層の主延在面に垂直に延びる垂直方向においては、半導体ボディ２は、第１の主面２１と第２の主面２２との間に延在している。
【００４２】
活性領域５は、複数の量子井戸層５１を備えており、これら量子井戸層５１の間それぞれに障壁層５２が配置されている。活性領域の各側における最も外側の量子井戸層には、スペーサ層５３が隣接している。スペーサ層５３と障壁層５２は、同じ構造とする、または厚さおよび材料組成の少なくとも一方に関して互いに異なっていることができる。図を簡潔にする目的で、３層のみの量子井戸層を示してある。半導体ボディは、３〜２０層の範囲内（両端値を含む）、特に好ましくは５〜１５層の範囲内（両端値を含む）の量子井戸層を備えていることが好ましい。しかしながら、これとは異なり、活性領域がただ１層の量子井戸層を備えていることもできる。
【００４３】
活性領域５は、ドープされていない、または内在的にドープされていることが好ましい。
【００４４】
第１の領域３は、活性領域５に隣接する障壁層３１を備えている。この第１の障壁層３１は、活性領域５の半導体層より大きいバンドギャップを備えていることが好ましく、さらには、電荷キャリア障壁を形成していることが好ましい。第１の領域３がｐ型導電性である構造の場合、電荷キャリア障壁は電子障壁の形をとる。第１の領域３は、活性領域５とは反対側の第１の障壁層３１の面に第１のコンタクト領域３２を備えている。第１のコンタクト領域３２は、外部との電気接触を形成する目的で設けられている第１のコンタクト７１とのオーミック接触を容易に達成することのできる材料によって形成されていることが好ましい。
【００４５】
第１の領域３と同様に、第２の領域４は、第２の障壁領域４１および第２のコンタクト領域４２を備えている。
【００４６】
半導体ボディ２とは反対側のキャリア６の面に、第２のコンタクト７２が設けられている。第１のコンタクトと第２のコンタクトとの間に電圧を印加することによって、活性領域５に異なる側から電荷キャリアが注入され、活性領域５において電荷キャリアが再結合して放射が放出される。
【００４７】
コンタクト７１，７２は、エピタキシャル半導体ボディ２の外側に配置されており、金属、例えば、金、銀、白金、チタン、ニッケル、アルミニウム、ロジウム、またはこれらの材料の少なくとも１種類との金属合金、を含んでいることが好ましい。
【００４８】
コンタクトを介して活性領域に異なる側から電荷キャリアを注入できるのであれば、コンタクト７１，７２の配置および構造は、広い範囲内で自由に選択することができる。例えば、キャリア６とは反対側の半導体ボディ２の面にコンタクト７１，７２を配置することができる。この場合、キャリアは、例えば窒化アルミニウムや窒化ホウ素などのセラミックを使用して、電気的絶縁性として形成することもできる。さらには、半導体ボディ２とは反対側のキャリアの面に両方のコンタクトを配置することもできる。例えばキャリアにビアを形成することができ、このビアを通じてコンタクトが半導体ボディに導電接続される。
【００４９】
説明した多層構造は、図を簡潔にするため、単純化された形式で示してある。個々の領域自体を、それぞれ単一層とする、または多層構造とすることができる。
【００５０】
活性領域５は、赤外スペクトル領域の放射、特に、７００ｎｍ〜１５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）の波長域の放射を生成するように意図されていることが好ましい。
【００５１】
以下では、３つの例示的な実施形態を参照しながら、半導体ボディ２の材料組成について説明する。各場合において、図１に示した上述した構造を使用することができる。
【００５２】
活性領域５（すなわち量子井戸層５１および障壁層５２）は、ヒ化物化合物半導体材料系である。発光波長は、量子井戸層の材料組成によって調整することができる。例えば、７％のアルミニウム含有量と、８１％のガリウム含有量と、１２％のインジウム含有量と、唯一の第Ｖ族の材料としてのヒ素を有する量子井戸層では、８１０ｎｍの発光波長を達成することができる。
【００５３】
この例示的な実施形態においては、量子井戸層の厚さは約４．６ｎｍである。合計で１２層の量子井戸層を有する構造の場合、活性領域５の合計厚さは約５００ｎｍである。
【００５４】
活性領域の厚さは、特に、量子井戸層の数と発光波長の関数として変えることができる。特に、この厚さは、３ｎｍ〜１μｍの範囲内（両端値を含む）とすることができる。１層の量子井戸層の場合、厚さは、例えば５ｎｍとすることができる。複数の量子井戸層の場合、活性領域の厚さは、５０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）、特に好ましくは２００ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内（両端値を含む）であることが好ましい。
【００５５】
第１の障壁領域３１と第２の障壁領域４１それぞれは、リン化物化合物半導体材料系の、ヒ素を含まない半導体層の形をとる。
【００５６】
リン化物化合物半導体材料系の半導体積層体の半導体層は、４５％〜６０％の範囲内（両端値を含む）、特に好ましくは５０％〜５６％の範囲内（両端値を含む）のインジウム含有量を有することが好ましい。こうして、ヒ化物化合物半導体材料に対する格子整合を単純な方法で達成することができる。
【００５７】
この例示的な実施形態においては、コンタクト領域３２，４２は、ヒ化物化合物半導体材料の領域の形をとり、例えば、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＡｓ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）系である。
【００５８】
特に、コンタクト領域３２，４２のヒ化物化合物半導体材料は、インジウムを含まない、またはインジウムを実質的に含まない材料とすることができる。第１の主面２１または第２の主面２２に直接隣接する半導体材料は、ＧａＡｓであることが好ましい。こうして、第１のコンタクト７１またはミラー層６１との、オーミック特性を有する良好な電気接続を簡単に達成することができる。
【００５９】
障壁層３１，４１は、コンタクト領域３２，４２よりも大幅に厚いことが好ましく、対応するコンタクト領域の好ましくは少なくとも２倍、特に好ましくは少なくとも５倍の厚さであることが好ましい。したがって、コンタクト領域にヒ化物化合物半導体材料が使用される場合でも、第１の領域３および第２の領域４は、それぞれの垂直方向の範囲の少なくとも半分がリン化物化合物半導体材料系である。したがって、唯一の第Ｖ族の材料としてのヒ素を有するコンタクト領域３２，４２の場合にも、半導体チップは、全体として比較的少ないヒ素含有量を有することができる。
【００６０】
例えば、半導体ボディ２の合計厚さが６μｍであり、活性領域の厚さが５００ｎｍであり、２つのコンタクト領域３２，４２の全体としての合計厚さが５００ｎｍであり、障壁領域３１，４１にヒ素が含まれない構成の場合、ヒ素含有量は、第Ｖ族の格子位置の数の約１／６、したがって、全体として半導体ボディ２の格子位置の１／１２である。一般には半導体ボディ２よりも大幅に厚く、例えば５０μｍ〜２００μｍの範囲内の厚さを有するキャリア６にヒ素が含まれない場合、半導体チップ中のヒ素含有量を、全体として、５％以下、好ましくは１％以下に大幅に低減することができる。
【００６１】
これとは異なり、成長基板が除去されていない、ヒ化物化合物半導体材料系である従来の半導体チップの場合、半導体ボディおよび成長基板の第Ｖ族の格子位置のすべてがヒ素によって占有され、したがって、半導体チップの半導体材料は、全体として約５０％のヒ素からなる。
【００６２】
説明した構造形態とは異なり、リン化物化合物半導体材料は、必ずしもヒ素を含まない材料である必要はない。ヒ素含有量をできる限り低減するため、第Ｖ族の格子位置のヒ素による占有（すなわちヒ素含有量ｚ）は、好ましくは最大で３０％、好ましくは最大で１０％、最も好ましくは最大で５％である。
【００６３】
障壁領域３１，４１とコンタクト領域３２，４２の材料組成および厚さは、第１の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、もしくは、第２の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、またはその両方が、ヒ素によって占有されるような、材料組成および厚さであることが好ましい。
【００６４】
説明した構造形態とは異なり、障壁領域３１，４１の一方のみをリン化物化合物半導体材料系とすることも可能である。これにより、半導体ボディ２の半導体積層体をエピタキシャルに堆積させるときの、ヒ化物化合物半導体材料とリン化物化合物半導体材料との間の遷移の回数を減らすことができる。しかしながら、ヒ素含有量を最大限に低減するためには、両方の障壁領域にヒ素が含まれない、または実質的にヒ素が含まれないようにすることが好ましい。
【００６５】
半導体ボディ２の材料組成の第２の例示的な実施形態においては、半導体層は、実質的に第１の例示的な実施形態に関連して説明したように具体化される。
【００６６】
第１の実施形態と異なる点として、コンタクト領域３２，４２がリン化物化合物半導体材料系である。したがってこの場合、第１の領域全体と第２の領域全体がリン化物化合物半導体材料系である。特に、両方の領域を、ヒ素が含まれない領域とすることができる。したがって、ヒ素含有量をさらに大きく低減することができる。
【００６７】
材料組成の第３の例示的な実施形態においては、第１の領域３および第２の領域４を、第１または第２の例示的な実施形態に関連して説明したように具体化することができる。第１または第２の例示的な実施形態とは異なる点として、活性領域５の障壁層５２もリン化物化合物半導体材料系である。したがってこの場合、活性領域の量子井戸層５１のみがヒ化物化合物半導体材料系である。
【００６８】
したがって、この場合、量子井戸層を、半導体ボディ２の層のうちヒ化物化合物半導体材料系である唯一の層とすることができる。厚さがそれぞれ５ｎｍである量子井戸層が１２層存在し、半導体ボディ２の合計厚さが６μｍである場合、半導体ボディ２の第Ｖ族の格子位置のヒ素による占有を全体として約１％に低減することができ、したがって半導体ボディのヒ素含有量を全体として約０．５％に低減することができる。
【００６９】
したがって、キャリアの厚さが２５μｍである場合でも、半導体チップのヒ素含有量を０．１％以下に低減することができる。
【００７０】
図２および図３は、リン化物化合物半導体材料系の障壁領域と８１０ｎｍの発光波長を有する半導体チップの場合における、動作時に生成される放射の強さを示しており、強さは室温における値に正規化されている。この場合の強さは、半導体チップの温度の関数として、それぞれ曲線８１および曲線８２によって示してある。これとの比較において、曲線９１および曲線９２は、ヒ化物化合物半導体材料系の従来の半導体チップにおける測定値を示している。測定は、７０ｍＡ（図２）および２００ｍＡ（図３）の電流において行われ、半導体チップは、ＴＯ１８パッケージ内にポッティングなしで実装されている。各場合において、電流は、２０ｍｓの持続時間のパルスとして供給した。
【００７１】
いずれの電流値の場合も、リン化物化合物半導体材料系の障壁領域の場合の曲線が、より平坦な形状を有し、したがって、より高い温度において、比較サンプルの場合よりも強さがゆっくりと減少している。
【００７２】
したがって、これらの測定値から明らかであるように、説明した半導体チップの構造形態では、温度安定性の改善がもたらされると同時に、環境適合性も改善される。
【００７３】
（関連出願）
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１１１１４３８０．０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。
【００７４】
ここまで、本発明について例示的な実施形態を使用して説明してきたが、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。
【図１】
2014526803.tif 000003
【図２】
2014526803.tif 000004
【図３】
2014526803.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成26年5月19日(2014.5.19)
【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】
半導体積層体（２）を有する半導体ボディを備えた放射放出半導体チップ（１）であって、
−  前記半導体積層体を有する前記半導体ボディが、垂直方向には第１の主面（２１）と第２の主面（２２）との間に延在しており、
−  前記半導体積層体が、放射を生成するように意図されている活性領域（５）と、第１の導電型の第１の領域（３）と、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の第２の領域（４）とを備えており、
−  前記第１の領域が、垂直方向には前記第１の主面と前記活性領域との間に延在しており、
−  前記第２の領域が、垂直方向には前記第２の主面と前記活性領域との間に延在しており、
−  前記活性領域の少なくとも１層がヒ化物化合物半導体材料系であり、
−  前記第１の領域全体もしくは前記第２の領域全体またはその両方が、リン化物化合物半導体材料系である、
放射放出半導体チップ（１）。
【請求項２】
前記リン化物化合物半導体材料が、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．３）によって形成されている、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項３】
０．４５≦ｘ≦０．６が成り立つ、
請求項２に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項４】
０．５≦ｘ≦０．５６が成り立つ、
請求項２に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項５】
０≦ｚ≦０．０５が成り立つ、
請求項２から請求項４のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項６】
前記第１の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、もしくは、前記第２の領域全体の第Ｖ族の格子位置の最大で２０％、またはその両方が、ヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項７】
前記第１の領域が、前記第１の主面と障壁領域（３１）とに隣接しているコンタクト領域（３２）を備えており、前記障壁領域（３１）が前記コンタクト領域と前記活性領域の間であり、前記障壁領域の第Ｖ族の格子位置の最大で１０％がヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項８】
前記第１の障壁領域がヒ素を含んでいない、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項９】
前記活性領域が、少なくとも１層の量子井戸層（５１）と少なくとも１層の障壁層（５２）とを有する量子井戸構造を備えている、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１０】
前記量子井戸構造の少なくとも１層の障壁層が、リン化物化合物半導体材料系である、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１１】
前記半導体ボディの第Ｖ族の格子位置の最大で１５％がヒ素によって占有されている、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１２】
前記半導体ボディの前記半導体積層体の成長基板が、完全に、または少なくとも部分的に除去されている、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１３】
前記半導体ボディが、前記半導体積層体を機械的に安定化させるキャリア（６）の上に配置されており、前記半導体ボディと前記キャリアとの間に金属ミラー層（６１）が配置されている、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１４】
−  前記リン化物化合物半導体材料が、材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰ１−ｚＡｓｚ（０．４５≦ｘ≦０．６、０≦ｙ≦０．５５、ｘ＋ｙ≦１、０≦ｚ≦０．０５）によって形成されている、
請求項１に記載の放射放出半導体チップ。
【国際調査報告】
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2014526803.tif 000007
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