(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光生成のための活性層の少なくとも一部である第１の半導体層（１）を備えた発光半導体チップ（１００）の製造方法であって、
前記第１の半導体層（１）は、少なくとも１つの延在方向において材料組成の横方向の変化を有し、
前記第１の半導体層（１）を成長させる成長プロセス中に、当該第１の半導体層（１）の材料組成の横方向の変化が生じるように、当該成長中の第１の半導体層（１）の少なくとも１つの延在方向において不均一な横方向温度分布を生じさせ、
前記第１の半導体層（１）を成長基板上にウェハ複合体で成長させ、
局所的に変化する光照射（３００）によって、前記不均一な横方向温度分布の少なくとも一部を規定通りに生じさせ、
前記不均一な横方向温度分布を制御するための前記光照射（３００）を、温度計に、および／または、ウェハ曲率測定のための測定機器に結合し、
曲率測定および／または空間分解方式の温度測定に基づく曲率データを用いて、前記不均一な横方向温度分布のプロフィールを均一化するように、前記成長基板に入射する光パワーを局所的に調整し、
所望の前記不均一な横方向温度分布を前記成長基板上に生じさせるように、均一化された前記プロフィールに規定通りに変調を施す
ことを特徴とする製造方法。
【請求項２】
前記成長基板上に、位置合わせマークまたはトリガマークの形態のマークが設けられる、請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記マークを前記成長プロセス中に前記光照射の段階で検出して、前記プロフィールを前記マークに位置合わせする、請求項２記載の製造方法。
【請求項４】
局所的に変化する前記光照射は、レーザを用いた照射を含む、
請求項１から３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項５】
前記光照射の際、光偏向装置によって、光を規定通りに所定の領域へ偏向する、
請求項４記載の製造方法。
【請求項６】
前記第１の半導体層を成長させる面の走査を行う、
請求項５記載の製造方法。
【請求項７】
１つのレーザビームを使用する、
請求項４から６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項８】
同期してまたは互いに依存せずに駆動制御可能な複数のレーザ光源を、局所的に変化する前記光照射の生成のために使用し、前記複数のレーザ光源は駆動制御に応じて、複数の領域に照射して局所的に加熱することができる、
請求項４から６までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項９】
前記成長中の第１の半導体層（１）の温度を局所的に上昇または低下させる少なくとも１つの温度分布パターン要素（７０）を有する温度分布パターン部（７）によって、前記不均一な横方向温度分布の少なくとも一部を規定通りに生じさせる、
請求項１から８までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１０】
前記第１の半導体層（１）を一定の厚さで成長させる、
請求項１から９までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１１】
前記第１の半導体層（１）が、少なくとも１つの第１の領域（１１）と、横方向において当該第１の領域（１１）の隣の少なくとも１つの第２の領域（１２）とを有し、
前記第１の領域（１１）と前記第２の領域（１２）とが同一の材料系を有し、かつ
前記第１の領域（１１）の材料組成が前記第２の領域（１２）の材料組成と異なる
ように、前記第１の半導体層（１）を作製する、
請求項１から１０までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１２】
前記第１の半導体層（１）は、光生成のための活性層の少なくとも一部であり、
前記少なくとも１つの第１の領域（１１）の材料組成と、横方向において当該少なくとも１つの第１の領域（１１）の隣の前記少なくとも１つの第２の領域（１２）の材料組成とが異なることにより、前記発光半導体チップ（１００）は動作中に、複数の異なる波長の光を放射する、
請求項１１記載の製造方法。
【請求項１３】
前記第１の半導体層（１）はＩｎＡｌＧａＮ材料系をベースとしており、
前記材料組成の横方向の変化のためにＩｎ含有率が変化する、
請求項１から１２までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１４】
前記材料組成の横方向の変化は、少なくとも部分的に階段状の推移を有する、
請求項１から１３までのいずれか１項記載の製造方法。
【請求項１５】
前記材料組成の横方向の変化は、少なくとも部分的に連続的な推移を有する、
請求項１から１４までのいずれか１項記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、独国特許出願第１０２０１６１０８８９２．７号の優先権を主張するものであり、参照により、その開示内容は本願の開示内容に含まれるものとする。
【０００２】
本願では、発光半導体チップ、および発光半導体チップの製造方法を開示する。
【０００３】
たとえばプロジェクション用途等の数多くのレーザベースの用途では、複数の波長を放出する適切なレーザダイオードであって、波長が規定通りに変化するレーザダイオードが存在しない。またレーザ投影については、スペックルパターンの発生を低減するために、レーザ光源が生成する波長を容易に変化できると非常に有利である。波長多重化方式の通信伝送を行う際や、バイオセンサ系においても、複数の異なる波長を有するレーザ光源が必要とされる。
【０００４】
上掲の用途では、通常、放出波長が適切に相違する複数のレーザダイオードを選定するが、これによって、物流コストが高くなり、かつ、波長が適していないレーザダイオードの不良品が生じることにより歩留まりが少なくなる。さらに、それぞれ異なる波長を有する、選択されたレーザダイオードを、個別にはんだ付けしなければならない。さらに、各レーザダイオードごとにそれぞれ適切なヒートシンク、ボンディングワイヤおよび筐体を設ける必要もある。その上、不可避の実装誤差によって、各ダイオードごとに必要な光学系を個別に位置合わせする必要もある。このことによって実装コストが高くなり、歩留まりが悪くなる。その上、最小可能な構造サイズは大きく制限され、このことによって、コンパクト性が決定的に重要である用途での使用が困難になるか、または完全にできなくなる。
【０００５】
特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、発光半導体チップを開示することである。他の実施形態の少なくとも１つの課題は、発光半導体チップの製造方法を開示することである。
【０００６】
前記課題は、独立請求項にて特定した物および方法の発明により解決される。従属請求項に、物および方法の発明の有利な実施形態および発展形態が記載されており、また、以下の記載および図面からも、当該物および方法の有利な実施形態等が明らかである。
【０００７】
少なくとも１つの実施形態では、半導体チップは少なくとも１つの第１の半導体層を有する。この第１の半導体層はとりわけ、複数の半導体層を有する半導体積層体の一部とすることができる。半導体チップはとりわけ、発光半導体チップとして構成することができ、たとえば発光ダイオードチップまたはレーザダイオードチップとして構成することができる。
【０００８】
半導体チップを製造する方法の場合、少なくとも１つの他の実施形態では、少なくとも１つの第１の半導体層を成長させる。この第１の半導体層はとりわけ、半導体積層体の一部とすることができる。
【０００９】
上記または下記において説明する実施形態は、半導体チップの製造方法および半導体チップの双方に同様に適用される。
【００１０】
半導体積層体は、とりわけエピタクシー積層体として、すなわちエピタキシャル成長による半導体積層体として構成することができる。この半導体積層体は、たとえばＩｎＡｌＧａＮベースで構成することができる。ＩｎＡｌＧａＮベースの半導体積層体にはとりわけ、エピタクシーにより作製された半導体積層体が通常は複数の異なる個別層から成る積層体を含む半導体積層体であって、当該個別層は少なくとも、III-V族化合物半導体材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮから成る材料を含む１つの個別層を有する半導体積層体が含まれる。ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１である。とりわけ、第１の半導体層はかかる材料をベースとすることができる。発光半導体チップの一部としてＩｎＡｌＧａＮをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層体は、たとえば好適には、紫外波長領域から緑色波長領域までの電磁波を放出できるものである。
【００１１】
これに代えて、またはこれと共に、半導体積層体はＩｎＡｌＧａＰをベースとすることもできる。具体的には、半導体積層体は複数の異なる個別層を有することができ、そのうち少なくとも１つの個別層、たとえば第１の半導体層は、III-V族化合物半導体材料系ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰから成る材料を含む。ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１である。発光半導体チップの一部としてＩｎＡｌＧａＰをベースとする少なくとも１つの活性層を有する半導体積層体は、たとえば好適には、緑色波長領域から赤色波長領域までの１つまたは複数のスペクトル成分を含む電磁波を放出できるものである。
【００１２】
これに代えて、またはこれと共に、半導体積層体は他のIII-V族化合物半導体材料系、たとえばＩｎＡｌＧａＡｓ系の材料等、またはII-VI族化合物半導体材料系を有することもできる。とりわけ、ＩｎＡｌＧａＡｓ系材料を有する発光半導体チップの活性層は、赤色波長領域から赤外波長領域までの１つまたは複数のスペクトル成分を含む電磁波を放出するために適したものとすることができる。
【００１３】
II-VI族化合物半導体材料は少なくとも、たとえばＢｅ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ等の２族典型元素と、たとえばＯ，Ｓ，Ｓｅ等の６族典型元素とを含むことができる。II-VI族化合物半導体材料は特に、少なくとも１つの２族典型元素と少なくとも１つの６族典型元素とを含む２元、３元または４元化合物を含む。かかる２元、３元または４元化合物はさらに、１つまたは複数のドープ物質や追加成分を含むことができる。たとえばII-VI族化合物半導体材料には、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＣｄＳ、ＺｎＣｄＳ、ＭｇＢｅＯが含まれる。
【００１４】
第１の半導体層と、特に当該第１の半導体層を有する半導体積層体は、基板上に成長することができる。これ以降は、この基板を「成長基板」とも称することがある。基板は、たとえば上述の化合物半導体材料系、またはエピタクシー成膜を行える他の半導体材料等の半導体材料を含むことができる。基板はとりわけ、サファイア、ＧａＡｓ，ＧａＰ，ＧａＮ，ＩｎＰ，ＳｉＣ，Ｓｉならびに／もしくはＧｅを含むことができ、またはこの材料から成ることができる。
【００１５】
発光半導体チップとして構成された半導体チップの半導体積層体は、活性層としてたとえば、従来のｐｎ接合部、２重ヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）または多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）を、光生成または受光のために有することができる。前記半導体積層体は活性層の他に、更に他の機能層や機能領域を含むこともでき、たとえばｐ型ドープもしくはｎ型ドープされたキャリア輸送層すなわち電子輸送層もしくは正孔輸送層、アンドープまたはｐ型ドープまたはｎ型ドープされた閉じ込め層、クラッド層または導波層、バリア層、平坦化層、バッファ層、保護層ならびに／もしくは電極、およびこれらの組み合わせを含むこともできる。とりわけ第１の半導体層は、活性層の少なくとも一部とすることができ、またはかかる層とすることができる。また第１の半導体層は、半導体積層体の他の機能層の一部、たとえば導波層の一部とすることもでき、または他の機能層とすることができる。たとえば、第１の半導体層は１層から構成することができる。また、第１の半導体層は複数の層を有し、または複数の層から構成することも可能となり得る。
【００１６】
さらに、たとえばバッファ層、バリア層および／または保護層等の追加の層を半導体積層体の成長方向に対して垂直に、たとえば当該半導体積層体の周囲に配置すること、具体的にはたとえば、半導体積層体の側面上に配置することもできる。
【００１７】
第１の半導体層と、特に第１の半導体層を含む半導体積層体は、エピタクシー法を用いて、たとえば有機金属気相エピタクシー法（ＭＯＶＰＥ）または分子線エピタクシー法（ＭＢＥ）を用いて、成長基板上に成長することができ、さらに、第１の半導体層および半導体積層体に電気的コンタクトを設けることができる。以下詳細に説明する第１の半導体層と、特に第１の半導体層を含む半導体積層体の製造は、特に好適にはウェハ複合体で行うことができ、このウェハ複合体は、成長プロセスの後に複数の半導体チップに分割することによって個片化することができる。
【００１８】
他の一実施形態では、第１の半導体層を成長させるための成長プロセス中に、成長する第１の半導体層の少なくとも１つの延在方向において不均一な横方向温度分布を生じさせる。ここで「横方向」とは、第１半導体層および特に第１の半導体層を含む半導体積層体の成長方向に対して垂直方向または実質的に垂直方向である方向をいいいい、以下同様である。成長方向は、半導体積層体の上下に重なって配置された各層の配置方向に相当する。特に、第１の半導体層の横方向における寸法、および、半導体積層体の他の層の横方向における寸法も、当該各層の成長方向の厚さより大きくすることができる。これにより、第１の半導体層と、半導体積層体の他の層も、成長基板上の横方向の複数の方向において延在方向に沿って延在することができる。
【００１９】
成長している第１の半導体層の少なくとも１つの延在方向において横方向の温度分布が不均一であることにより、ここで説明している方法では、第１の半導体層の材料組成が横方向において変化して確立する。材料組成のかかる横方向の変化は、同一の材料系の中で生じる。「材料組成の変化」とは、少なくとも１つの延在方向における第１の半導体層の１つまたは複数の成分の割合の勾配を意味することができる。簡単にいうと、第１の半導体層の材料組成の成分の組み込みが温度に依存することにより、少なくとも１つの成分の割合が増加または減少する。よって第１の半導体層は、横方向に隣り合って配置された少なくとも２つの領域であって、同一の材料系をベースとし、かつ異なる材料組成を有する少なくとも２つの領域を有する。第１の半導体層の上述の領域のうち第１の領域から当該領域のうち第２の領域への材料組成の移行、すなわち１つまたは複数の成分の割合の勾配は、急峻とすることができ、すなわち技術的に可能である場合には階段状とすることができ、または連続的とすることもできる。特に好適には、第１の半導体層の層厚を一定とすることができる。換言すると、上述の横方向に隣り合って配置された、それぞれ材料組成が異なる少なくとも２つの領域は、等しい厚さを有することができる。厚さが「等しい」ないしは「一定」とは、ここでは特に、材料組成の変化にかかわらず第１の半導体層の厚さの変化が１０％を上回らず、または５％を上回らず、または特に好適には１％を上回らないことを意味することができる。
【００２０】
１つまたは複数の成分の各割合を、横方向に隣り合って配置された少なくとも２つの領域において平均したものを基準とした、第１の半導体層の各領域の材料組成の差、ひいては１つまたは複数の成分の各割合の差は、第１の領域の材料組成の１つまたは複数の成分の割合がたとえば、第２の領域と比較して９９％以下、もしくは９７％以下、もしくは９５％以下、もしくは９０％以下、もしくは８５％以下、もしくは８０％以下、もしくは７５％以下、もしくは５０％以下、もしくは２５％になるように、またはその逆になるようにすることができる。材料組成の各成分の割合は好適には、化学組成式を基準として表すことができる。
【００２１】
たとえばＩｎＡｌＧａＮ材料系の場合、横方向における不均一な横方向温度分布によって、１つまたは複数の半導体結晶成分の組み込み、特にインジウムの組み込みを、上述のように変化させることができる。たとえば、ＩｎＡｌＧａＮ材料系をベースとする第１の半導体層は、組成ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮを有する第１の領域と、組成ＩｎａＡｌｂＧａ１−ａ−ｂＮを有する第２の領域とを含むことができ、ここで、ｘ≦０．９９ａまたはｘ≦０．９７ａまたはｘ≦０．９５ａまたはｘ≦０．９０ａまたは≦０．８５ａまたはｘ≦０．８０ａまたはｘ≦０．７５ａまたはｘ≦０．５０ａまたはｘ≦０．２５ａとすることができる。これに応じて、代替的または追加的に、Ａｌ割合および／またはＧａ割合も上述のように変化させることができる。各領域における組成はとりわけ、各領域における平均組成とすることができる。また、たとえばＩｎＡｌＧａＰまたはＩｎＡｌＧａＡｓ等の他の半導体材料系の場合にも、１つまたは複数の成分組み込み、具体的にはたとえばＩｎ成分および／またはＧａ成分および／またはＡｌ成分の組み込みを、不均一な横方向温度分布によって変化させることができる。
【００２２】
不均一な横方向温度分布はとりわけ、成長基板上の、後に半導体チップになるものに相当する少なくとも１領域において存在する。具体的にはこのことは、第１の半導体層は成長基板上の、半導体チップに相当する領域にて成長し、少なくとも１つの延在方向において、成長プロセス中に不均一な横方向温度分布によって生成された不均一な材料組成を有する、ということである。これにより、不均一な横方向温度分布は成長基板において当該少なくとも１つの延在方向に、成長基板上における複数の半導体チップに相当する領域の順に従って周期的に繰り返すことができ、これにより、１つのウェハ複合体において、第１の半導体層の材料組成の横方向変化が同一または実質的に同一である多数の半導体チップを作製することができる。よって、ここで説明した方法では、第１の半導体層を成長させる成長プロセス中に、当該第１の半導体層の材料組成の規定通りの横方向変化を生じさせることができるように、規定通りに不均一な横方向温度分布を生じさせる。
【００２３】
不均一な横方向温度分布は、温度差が１Ｋ以上または２Ｋ以上または５Ｋ以上または１０Ｋ以上にもなる第１の温度領域と第２の温度領域とを生じさせることができる。第１の温度領域から第２の温度領域への移行は急峻に推移することができ、すなわち、技術的に可能である場合には実質的に階段状に推移することができ、または、所望の温度特性に従って連続的に推移することができる。
【００２４】
第１の半導体層の局所的な材料組成が相違することにより、第１の半導体層の材料においてバンドギャップ、吸収係数および／または屈折率が横方向において変化することができる。光生成のための活性半導体層の場合、材料組成が横方向に変化することにより、とりわけ、半導体チップの動作中に放射される光の波長が、横方向において変化して生成されることになり得る。本願にて記載されている方法とは異なり、公知のエピタクシー成膜法はむしろ、半導体チップごとに生じる、屈折率および吸収係数の上述の変化と、特に動作中に生成される光の波長の上述の変化とを最小限にすべく、成長中の層の材料組成が横方向において可能な限り変化しないように、成長基板ウェハの可能な限り面全体において可能な限り等しい温度分布を達成するため、上述の温度変化や温度不均一性を補償しようというものである。
【００２５】
発光半導体チップの光学的特性および電気的特性、特に波長は、上記のように、半導体層の成長中の成長温度に大きく依存する。従来のウェハベースのエピタクシー法の場合、ウェハ全体にわたって不所望の温度差が生じ、これが、ウェハから個片化された半導体チップの各特性が異なる原因となり得る。かかる場合、１つのウェハの、互いに遠隔にあるが規模および距離が作製される半導体チップより遙かに大きい領域間の温度差は、数Ｋにもなり得る。よって通常は、成長プロセスのために使用される反応器に設けられた複数のヒータを調整することにより、ウェハディスク全体において可能な限り均一な温度分布を生じさせる試みがなされる。しかしその際には、反応器にて使用可能なヒータは少数であり、このことにより、大面積の温度分布プロフィールしか調整できないという問題が生じる。さらに、通常は１つの支持体に複数のウェハが同時に存在し、各ウェハの温度分布はいずれも、支持体上の予定されている載置領域、いわゆる「ポケット」にウェハがどのように載っているかに依存するという問題もある。複数の載置領域は僅かに異なることがあり、このことによって、ウェハ間の均一性がごく低くなり得る。その上、ウェハは成長プロセス中に歪み、これによって、層厚に依存する、ウェハの湾曲が生じる。この湾曲も、支持体との熱結合が異なる原因となり、これによって、ウェハにおいて温度が制御されずに変化し、ウェハが良好に載っている場所ではウェハが高温になり、湾曲に起因して支持体までの距離が大きい場所では、ウェハは低温になる。湾曲は、成長した層の実際の層厚と材料組成とに依存するので、ウェハ上の局所温度分布は、成長プロセス中は常に変化し、よって、複数の異なるエピタクシー構造部間においても常に変化する。よって通常は、加熱および支持体プロフィールが動作点に適合するように、すなわち特定のエピタクシー設計に適合するように、また、エピタクシー設計に関しては特に活性層の成長にも適合するように、加熱と支持体プロフィールとを調整する。それに対して従来技術では、局所的に調整可能な温度分布は不可能である。
【００２６】
従来の成長法では、とりわけ、１チップの大きさに相当する距離における調整可能な温度分布は実質的に均一であるから、従来の手法では、半導体チップの各半導体層は少なくとも、チップサイズに相当する規模で、横方向に均一な材料組成で成長する。それに対して、ここで説明している方法では、チップ寸法の規模の長さスケールにおいて不均一な横方向温度分布を規定通りに生じさせることにより、半導体チップの中で少なくとも第１の半導体層において、かかる温度分布に伴う不均一な材料組成を生じさせる。よって、従来のエピタクシー法とは異なり、ここで説明している方法では、半導体チップの大きさ以下に相当する長さスケールにおいて温度差を規定通りに生じさせることにより、半導体チップの中で少なくとも第１の半導体層において、不均一な材料組成が生じる。
【００２７】
特に好適には、第１の半導体層は、半導体チップの光生成用の活性層の少なくとも一部であり、よって、第１の半導体層の材料組成が横方向に変化することにより、複数の異なる放出波長が実現され得る。具体的には、第１の半導体層は少なくとも１つの第１の領域と、横方向においてその隣に第２の領域とを有することができ、両領域は同一の材料系をベースとし、かつ、互いに異なる材料組成を有する。第１の領域から第２の領域への移行は、階段状、ランプ状または他の態様の連続的移行とすることができる。さらに、第１の半導体層は、横方向において隣り合った異なる材料組成の領域を２つより多く有することもできる。このことによって、第１の半導体層を有する半導体チップは、動作中に複数の異なる領域から異なる波長の光を放射することができる。よって、第１の半導体層の成長中に横方向の温度分布が不均一であることにより、半導体チップの後の動作時には、横方向における光放出の波長分布を生じさせることができる。
【００２８】
他の一実施形態では半導体チップは、半導体レーザダイオードの形態の発光半導体チップとして構成されている。とりわけ半導体チップは、当該半導体チップの動作中に光を放射する、ファセットの形態の電磁波取り出し面を有することができる。半導体チップは上述のように、複数すなわち少なくとも２つの異なる材料組成の横方向に隣り合った領域を有する、活性層として構成された第１の半導体層を有することができるので、動作中はファセットを介して、波長が異なる光が、複数の異なる隣り合ったファセット領域を介して放射され得る。第１の半導体層の材料組成が異なる複数の各領域は、レーザストライプ部の一部とすることができる。このレーザストライプ部は「レーザリブ部」とも称することができ、適切なコンタクト領域によって、またはさらに適切なリッジ導波構造も用いて画定することができる。このことによって、半導体チップをいわゆるレーザバーとして、または、いわゆるレーザアレイとして構成することもでき、半導体チップは、動作中に複数の異なる波長の光を放出できる複数の隣り合ったレーザストライプ部を有することができる。レーザストライプ部は、共にまたは互いに別個に電気的に駆動制御することができる。
【００２９】
第１の半導体層の異なる材料組成の各領域において生成され得る光の波長差は、１ｎｍ以上または２ｎｍ以上または５ｎｍ以上または１０ｎｍ以上または５０ｎｍ以上または１００ｎｍ以上とすることができる。たとえば、動作中には第１の半導体層の第１の領域が青色光を放出し、第２の領域が緑色光または黄色光または赤色光を放出するように構成することができる。さらに、放出波長が相違する複数すなわち２つ以上の領域であって、青色から緑色までの波長領域、緑色から黄色までの波長領域、青色から黄色までの波長領域、青色から赤色までの波長領域、緑色から赤色までの波長領域、または黄色から赤色までの波長領域内である複数の領域を設けることもできる。
【００３０】
他の一実施形態では、少なくとも２つ以上の発光半導体チップを互いに組み合わせて１つの発光装置にする。さらに、発光装置は少なくとも１つの発光半導体チップと、動作中に当該半導体チップによって放出された光の少なくとも一部を他の波長に変換するための波長変換要素とを有することも可能である。
【００３１】
他の一実施形態では、第１の半導体層の成長中に、規定通りに選択された所定の領域に局所的に熱影響を及ぼすことにより、規定通りに不均一な横方向温度分布を生じさせる。特に、不均一な横方向温度分布の少なくとも一部は、温度分布パターン部によって、および／または局所的に変化する光照射によって、生じさせることができる。ここで説明している、不均一な横方向温度分布を生じさせるための措置は、特に、局所的には制御できない慣用のエピタクシー加熱システムと共に使用される。
【００３２】
局所的に変化する光照射はたとえば、レーザを用いた照射であって、当該レーザが、成長中の第１の半導体層上の、規定通りに選択された所定の領域に光を入射させ、この光が成長中の第１の半導体層に吸収されることにより、またはその下方の層に、たとえば既に成長した層および／または成長基板に吸収されることにより、当該領域において局所的な不均一の加熱を生じさせ、これにより、それぞれ異なる領域において、成長中の第１の半導体層の有効成長温度が異なるようにする照射を含むことができる。よって、かかる光照射は特に、成長方向において第１の半導体層の下方に位置する層またはパターン部、たとえば温度分布パターン部等に、および／または第１の半導体層に吸収され得る少なくとも１つのスペクトル成分を有する。局所的に変化する光照射はとりわけ、面積が半導体チップの面積より小さい１つまたは複数の領域が同時または順次に、成長基板上において照射され得るように行うことができる。
【００３３】
さらに、光入射をパルス状に行うこともできる。とりわけ、成長基板を移動させながら、たとえば回転させながら、パルス照射によって、光ビームの下方を通って移動する複数の所定の別個の領域に照射することができる。さらに、光偏向装置によって、たとえばミラーから成る光偏向装置またはミラーを備えた光偏向装置によって、光を規定通りに所定の領域へ偏向することもできる。かかる措置によって、第１の半導体層を成長させる面の走査が可能になる。その際には、１つの光ビームを、特に１つのレーザビームを使用することができる。これに代えて、またはこれと共に、同期してまたは互いに依存せずに駆動可能な複数の光源、とりわけ、同期してまたは互いに依存せずに駆動可能な複数のレーザ光源を、局所的に変化する光照射の生成のために使用することができ、かかる光源は駆動制御に応じて、たとえば複数の領域に照射することができ、これにより当該領域を局所的に加熱することができる。
【００３４】
上記の、温度分布を制御するための光照射方式の局所加熱は、さらに、成長反応器内に通常設けられているインシチュ型測定機器、すなわち温度計および／またはウェハ曲率測定のための測定機器に結合することにより、いかなる成長基板の場合にも、たとえば曲率測定および／または空間分解方式の温度測定に基づく現在の曲率データを用いて、第１のステップでは成長プロセス中に、とりわけ各成長段階中に、温度分布プロフィールを均一化することができるように、成長基板に入射する光パワーを局所的に適宜調整することができる。この均一化は、１つの成長基板上における温度差を補償することができ、また、反応器内に成膜のために同時に設けられた複数の成長基板間の温度差も補償することができる。第２のステップでは、成長基板上に横方向に所望の不均一の温度分布を生じさせることにより、第１の半導体層の所望の領域に異なる材料組成を生じさせることができるように、上述の均一化された温度分布プロフィールに規定通りに変調を施すことができる。この第２のステップはさらに、成長基板上に、特に本方法前に、特殊なマークを位置合わせマークまたはトリガマークの形態で設けることによって一層改善することができる。かかるマークは、成長プロセス中に光照射の段階で検出することができ、これにより、温度分布プロフィールをこのマークに位置合わせすることができる。かかる位置合わせにより、製造方法の後続のフローにおいて、材料組成がそれぞれ異なる複数の領域を各チップパターン部に正確に対応付けることができ、ひいては、それぞれ異なる波長の複数の領域を各チップパターン部に正確に対応付けることができる。
【００３５】
温度分布パターン部は、成長中の第１の半導体層の温度を局所的に上昇または低下させる少なくとも１つの温度分布パターン要素を有することができる。この温度分布パターン要素の、少なくとも１つの延在方向における横方向の広がりは、半導体チップの部分領域において局所的な温度変化を生じさせることができるように、半導体チップの横方向の広がりより小さくすることができる。とりわけ、温度分布パターン部は複数の温度分布パターン要素を有することができ、これらの温度分布パターン要素は横方向において、意図されている不均一な横方向温度分布プロフィールに応じて規則的および／または周期的に配置されている。１つまたは複数の温度分布パターン要素はたとえば、互いに分離された島および／または線パターン部の形態とすることができる。
【００３６】
下記にて述べる温度分布パターン部は、複数の温度分布パターン要素のいずれか１つまたは複数を代表することができる。とりわけ、温度分布パターン部に関する以下の実施形態および構成は、協働して１つの所望の温度分布を生じさせることができる互いに異なる複数の温度分布パターン要素が設けられるように、互いに組み合わせることができる。
【００３７】
温度分布パターン部の所望の温度変化作用に応じて、温度分布パターン部は誘電体材料、半導体材料、金属または複数またはこれらとの組み合わせを含むことができ、またはこれから成ることができる。誘電体材料はたとえば、成長中の第１の半導体層の熱伝導率の局所的な操作を引き起こすことができ、これにより、入熱および／または排熱の向上または減少によって、当該第１の半導体層の局所的な昇温または降温を生じさせることができる。半導体材料および金属材料も同様に、熱伝導率を操作することができ、および／または、光の入射、もしくは、たとえばマイクロ波放射等の他の適切な電磁波によって、規定通りに加熱されることができる。この電磁波はたとえば、大面積で均一に入射することができ、または局所的に変化して入射することができる。
【００３８】
温度分布パターン部はたとえば、成長基板とは異なる材料を含むことができ、またはかかる材料から成ることができる。また、温度分布パターン部は成長基板と同一の材料を含むことも可能である。とりわけ、かかる場合には温度分布パターン部と成長基板とを一体とすることができる。
【００３９】
一実施形態では、温度分布パターン部は、成長基板の、第１の半導体層とは反対側の面に配置されている。換言すると成長基板は、温度分布パターン部が配置された裏面と、第１の半導体層を成長させる表側面とを有する。これに代えて、またはこれと共に、温度分布パターン部を成長基板の第１の半導体層側の面に配置することも可能である。かかる場合、温度分布パターン部は成長方向において、成長中の第１の半導体層の下方に、ひいては、成長基板と第１の半導体層との間に配置することができる。これに代えて、またはこれと共に、温度分布パターン部を成長基板に、および／または、成長基板上の半導体層に埋め込むことも可能である。
【００４０】
特に好適となり得るのは、温度分布パターン部を成長基板に直接接触させて配置することである。具体的には特に、温度分布パターン部を成長基板の裏面および／または表側面に直接配置することができ、または、成長基板に埋め込むことができる、ということである。
【００４１】
他の一実施形態では、温度分布パターン部は少なくとも部分的に保護層によって覆われている。具体的には、温度分布パターン部を成長基板側から保護層によって覆うこと、および／または、温度分布パターン部と成長基板との間に保護層を配置することができる、ということである。温度分布パターン部が全面において保護層によって覆われている場合、温度分布パターン部はとりわけ保護層に埋め込むことができる。この保護層はとりわけ、第１の半導体層の成長中と、特に、第１の半導体層を有する半導体積層体の成長中とにおいて、温度分布パターン部によって成長プロセスに悪影響を及ぼさないように構成することができる。たとえば、保護層によって温度分布パターン部の材料のガス排出または蒸発を阻止することができる。
【００４２】
他の一実施形態では、温度分布パターン部および／または保護層の少なくとも一部または全部は、完成後の半導体チップに残る。このことはたとえば、温度分布パターン部が成長基板の第１の半導体層側の面に配置され、または成長基板に埋め込まれており、かつ、成長基板の少なくとも一部が半導体チップに残る場合に当てはまり得る。また、温度分布パターン部を、成長基板の、第１の半導体層とは反対側の裏面に配置し、成長基板が温度分布パターン部と共に半導体チップに残るようにすることも可能である。これに代えて、温度分布パターン部が半導体チップに残らないか、または一部のみが半導体チップに残り、半導体チップの完成前には少なくとも一部または全部を除去することも可能である。たとえば、成長基板の少なくとも一部の除去すなわち薄化処理または全部の除去の段階において、温度分布パターン部の少なくとも一部または全部を除去することができる。
【００４３】
他の一実施形態では、温度分布パターン部は、成長中の第１の半導体層のいずれかの領域を規定通りに局所加熱するように構成されている。かかる場合、１つまたは複数の温度分布パターン要素を加熱要素として構成することができる。たとえば、加熱要素として構成された温度分布パターン要素は、電磁波を吸収する材料、特に半導体または金属を有することができる。さらに、１つまたは複数の温度分布パターン要素は、成長基板を支持する支持体から供給された熱を成長中の第１の半導体層へ、横方向に隣接する材料より良好に伝達できる温度伝達要素、具体的にはたとえば成長基板または半導体層より良好に伝達できる温度伝達要素として構成することもできる。
【００４４】
他の一実施形態では、温度分布パターン部は、成長中の第１の半導体層の各領域の温度を規定通りに局所的に低下させるように構成されている。かかる場合には、１つまたは複数の温度分布パターン要素は、成長基板を支持する支持体から供給された熱を成長中の第１の半導体層へ伝達するのが、横方向に隣接する材料より悪い遮熱要素、具体的にはたとえば成長基板または半導体層より悪い遮熱要素として構成することもできる。
【００４５】
他の一実施形態では、１つまたは複数の温度分布パターン要素はそれぞれ、成長基板に隆起部および／または陥入部を有する。これに代えて、１つまたは複数の温度分布パターン要素を成長基板上に設けて、各温度分布パターン要素は成長基板と共に、それぞれ１つの隆起部および／または陥入部を形成することもできる。たとえば、１つの温度分布パターン要素は成長基板上または成長基板内に１つの陥入部を有し、または形成し、この陥入部内に、成長基板より熱伝導率が低い遮熱材料を配置することができる。これに代えて、またはこれと共に、温度分布パターン要素は成長基板に隆起部を有し、または形成することもできる。かかるトポグラフィ構成の温度分布パターン要素によって、たとえば、成長基板を配置した支持体との熱的結合を規定通りに局所的に変化させることができる。
【００４６】
他の一実施形態では、保護層は誘電体材料を有する。保護層はたとえば、金属および／または半金属を含む酸化物および／または窒化物および／または窒酸化物によって形成することができ、たとえば酸化シリコン、酸化チタン、窒化アルミニウムおよび／または酸化アルミニウムによって形成することができる。可能な限り良好な保護作用を達成するために好適なのは、可能な限り高密度の成膜を行うことができる手法を用いて保護層を成膜することである。こうするためにはたとえば、原子層堆積法が好適となり得る。
【００４７】
ここで説明している方法により、特にコンパクトな構造の製造が可能になる。というのも、多波長発光型の発光ダイオードまたはレーザダイオードを１つの半導体チップにおいてモノリシック集積できるからである。かかる構成のレーザバーまたはレーザアレイに関してはさらに、高い結像品質を達成することもできる。というのも、たとえば偏向プリズムまたはレンズ系等の必要な光学部品は１つだけになるので、実装時には、かかる光学部品を１回位置合わせすればよくなるからである。レーザダイオードとして構成された半導体チップに適切な波長差を規定通りに組み込む場合、スペックルが低減したプロジェクション用途が可能になる。さらに、多波長発光半導体チップによって、波長制御可能であるコンパクトな光源を実現することもできる。かかる光源は特に、たとえば、半導体チップの個別駆動制御可能な複数の領域と、場合によっては波長変換材とを組み合わせたものをベースとする、可変の白色点を有する白色光源とすることができる。ここで説明している多波長発光光源においては、実装しなければならない個別部品が無いか、または少なくとも格段に少なくなるので、簡単かつ低コストの実装プロセスを達成することができる。さらに、パラメータも改善することができ、特にレーザダイオードの場合には性能に関するパラメータも改善することができる。というのも、エピタクシープロセス中に温度分布が規定通りに制御されることにより、電気光学的特性が再現可能になるからである。成長プロセス中の温度の規定通りの局所的変化、ひいては、成長基板の複数の異なる領域で繰り返し可能な放射波長分布の規定通りの局所的変化によって、さらに、デバイス歩留まりが高いという利点と、たとえばレーザバーまたはレーザアレイまたは多波長発光ダイオードチップとして構成された１つの半導体チップにおいて複数の放出波長を低コストで確立できるという利点とが奏される。
【００４８】
以下、図面を参照して実施例を説明する。この説明から、更に他の利点、有利な実施形態および発展形態を導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】一実施例の半導体チップの製造方法の概略図である。
【図２Ａ】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図２Ｂ】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図２Ｃ】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図２Ｄ】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図３】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図４】ＣＩＥ色度図の概略図である。
【図５】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図６】他の実施例の半導体チップの概略図である。
【図７】他の実施例の半導体チップの製造方法の特徴を概略的に示す図である。
【図８】他の実施例の半導体チップの製造方法の特徴を概略的に示す図である。
【図９】他の実施例の半導体チップの製造方法の特徴を概略的に示す図である。
【図１０】他の実施例の半導体チップの製造方法の特徴を概略的に示す図である。
【００５０】
実施例および各図において、同一、同種または同一作用の要素にはそれぞれ、同一の符号を付していることがある。図中の各要素およびその相互間の寸法比率は、実寸の比率通りであると解すべきものではなく、むしろ、たとえば層、部品、素子および領域等の各要素は、見やすくするためおよび／または理解しやすくするために過度に大きく図示されていることがある。
【００５１】
図１には、一実施例の発光半導体チップの製造方法が示されており、同方法では、材料組成が横方向に変化する第１の半導体層を備えた半導体チップを製造する。こうするためには、第１のステップ１０００において、第１の半導体層を成長させる表面を準備する。第１の半導体層は好適には、当該第１の半導体層の他に更に複数の他の半導体層を含む半導体積層体の一部とすることができる。第１の半導体層の成長のために準備されるこの表面は、成長基板によって、または成長基板上に成長した半導体層によって成すことができ、この半導体層も、半導体積層体のうち既に成長した部分積層体の一部とすることができる。
【００５２】
後続のステップ２０００において、準備された表面上に第１の半導体積層体を成長させる。このことは、第１の半導体層の成長前に、半導体積層体の１つまたは複数の他の半導体層を当該表面上に成長させることができることも意味し得る。第１の半導体層を成長させるための成長プロセス中に、成長する第１の半導体層の少なくとも１つの延在方向において不均一な横方向温度分布を生じさせる。成長中に横方向の温度分布が不均一であることにより、第１の半導体層の材料組成が横方向において変化する。このことは具体的には、準備された表面の、温度が相違する少なくとも２つ以上の表面領域に、第１の半導体層の成長のために準備されて供給された材料が、成長プロセスの段階で堆積することを意味する。成長中の材料の組成は、各表面領域それぞれの局所温度に依存するので、少なくとも２つ以上の表面領域の各温度が相違することにより、材料組成が相違することとなる。これに応じて第１の半導体層は、当該第１の半導体層の少なくとも１つの延在方向において横方向に隣り合って配置された、材料組成が相違する少なくとも２つ以上の領域を有することとなる。準備された表面の各表面領域間の温度差は、１Ｋ以上または２Ｋ以上または５Ｋ以上または１０Ｋ以上なり得る。温度が相違する２つの隣り合った表面領域間では、表面温度は急峻に変化することができ、すなわち、技術的に可能である場合には実質的に階段状に変化することができ、または、所望の温度分布プロフィールで連続的に変化することができる。
【００５３】
後続のステップ３０００において、材料組成が横方向に変化する第１の半導体層の成長後、発光半導体チップを完成させる。具体的にはたとえば、とりわけ半導体積層体の１つもしくは複数の他の半導体層および／または１つもしくは複数のパッシベーション層および／または１つもしくは複数のコンタクト層を設けることができる。これに代えて、またはこれと共に、たとえばエッチング法や他のパターニング法等の他のプロセス工程や、たとえばウェハ複合体を個々の半導体チップに個片化する個片化工程を行うことも可能である。
【００５４】
半導体チップの製造方法の他の特徴、および、当該方法により製造された半導体チップの他の特徴については、後続の図において説明する。しかし、以下説明する実施例は、可能な方法の特徴や、当該方法により製造され得る半導体チップの構成を、以下にて具体的に説明する事項にのみ限定するものと解すべきものではない。むしろ、下記の実施例は、可能な方法の特徴や、当該方法により製造され得る半導体チップの特徴の単なる一例であると解すべきである。
【００５５】
図２Ａから図６Ｂまでを参照して、発光半導体チップ１００の実施例を説明する。半導体チップ１００はとりわけ、図１の実施例の方法により、すなわち、第１の半導体層１を成長させる成長プロセス中に、当該第１の半導体層１の材料組成が横方向に変化するように、当該成長中の第１の半導体層１の少なくとも１つの延在方向において不均一な横方向温度分布を生成する方法により、製造することができる。このようにして図示の発光半導体チップ１００は、少なくとも１つの延在方向において成長プロセス中に横方向に変化する温度分布により生じた、材料組成の横方向の変化を示す第１の半導体層１を有する。
【００５６】
第１の半導体層１は図示の実施例では、単なる一例として、半導体積層体の一部となっており、この半導体積層体は第１の半導体層１の他に、たとえば第２の半導体層２および第３の層３を有し、これらの層の間に第１の半導体層１が配置されている。半導体積層体の各層１，２，３はそれぞれ、１つもしくは複数の層を有することができ、または１つもしくは複数の層から成ることができる。半導体積層体の各層は、成長方向において重なって配置されている。この成長方向は「垂直方向」とも称し得る。半導体積層体の各層は、この成長方向に対して垂直方向に広がりを、横方向の延在方向において有し、この横方向の広がりは好適には、各層の垂直方向の厚さより大きい。半導体積層体はとりわけ、ウェハ複合体で成長し、その後、このウェハ複合体を多数の半導体チップ１００に個片化することができる。
【００５７】
たとえば、第３の層３は基板を有することができ、この基板は導電性または電気絶縁性とすることができ、半導体積層体の他の層に被着される。この基板は、上記の一般的記載において説明した成長基板であって、たとえばＭＯＶＰＥまたはＭＢＥ等のエピタキシャル成長法を用いて半導体積層体の半導体層を成長させる成長基板とすることができる。これに代えて、基板は、半導体積層体の半導体層を成長基板上に成長させた後に転写するいわゆる支持基板とすることもできる。成長基板は、成長プロセス後に薄化処理または完全除去することができ、これにより、完成した半導体チップ１００の層３が基板を有しないようにすることもできる。
【００５８】
図２Ａから図６Ｂまでの実施例では、半導体チップ１００は単なる一例として、光を生成するための活性層を有する、端面発光型のレーザダイオードチップまたは発光ダイオードチップとして構成されている。ここで第１の半導体層１は、とりわけ、活性層の少なくとも一部または１つの活性層全部を構成することができる。換言すると第１の半導体層１は、活性層の一部とすることができ、または活性層とすることができ、または活性層を含むことができる。また第１の半導体層１は、活性層の少なくとも一部または活性層全部を構成する複数の層によって構成することも可能である。
【００５９】
半導体チップ１００の半導体積層体は第１の半導体層１の他に更に、他の機能的半導体層、たとえば導波層、クラッド層、バッファ層および半導体コンタクト層から選択された１層または複数層を有することもでき、かかる層は、第２の半導体層２ならびに第３の層３の一部とすることができ、または、単独でもしくは組み合わされて、半導体積層体の第２の半導体層２および第３の層３を構成することができる。また、第１の半導体層１はかかる層を追加的に有することもできる。
【００６０】
半導体積層体上には、半導体チップ１００の電気的コンタクトを行うため、ボンディング可能および／またははんだ付け可能な金属を含むコンタクト層４が設けられている。コンタクト層４は、複数の金属層から成る適切な積層体を有することもできる。「金属」との用語には、純金属の他、電気的コンタクトおよび電気的接続に適した特性を有する１つまたは複数の金属を含む混合物、合金および化合物も含み得る。コンタクト層４に適した金属は、金、アルミニウム、銀、チタン、白金、ニッケル、パラジウム、ロジウムおよびタングステンから選択された１つの金属単独で、または複数の金属を組み合わせたものとすることができる。
【００６１】
半導体チップ１００は、少なくとも１つの他のコンタクト層を有し、これは図中では、概観しやすくするために示されていない。この他のコンタクト層は、コンタクト層４と共に、半導体チップ１００の電気的接続を行うためのものである。たとえば、第３の層３は導電性とすることができ、他のコンタクト層は、第３の層３の、第１の半導体層１とは反対側に設けられる。これに代えて、他のコンタクト層を図示のコンタクト層４の隣に、半導体チップ１００の上面の適切に露出した部分に配置することもできる。
【００６２】
少なくとも複数の実施例では、半導体チップ１００は局所的に、すなわちコンタクト層４と半導体積層体との間の部分領域に、当該半導体積層体の上面の一部をコンタクト層４から電気的に絶縁するパッシベーション層５を備えている。パッシベーション層５はたとえば、電気絶縁性の酸化物、窒化物もしくは窒酸化物を有し、またはかかる複数の材料の組み合わせを有し、またはかかる材料から成ることができる。たとえばパッシベーション層は、酸化アルミニウム、酸化シリコン、窒化シリコン、酸窒化シリコン、酸化チタンのうち１つまたは複数の材料を有することができる。かかるパッシベーション層５によって、たとえばはんだ接合またはボンディングワイヤ等を用いて半導体チップ１００の外部電気コンタクトを行うために十分な大きさの、コンタクト面が大きいコンタクト層４を実現することができ、なおかつ、半導体積層体をより小さい領域において電気的コンタクト層４によって電気的に接続することができる。コンタクト層４と半導体積層体とのコンタクト領域はとりわけ、活性層のうち光生成が望まれている領域を定めることができ、こうするために、たとえばストライプ状に形成することができる。レーザダイオードチップの場合、このストライプ状のコンタクト領域は好適には、半導体積層体のうち光放射のための光取り出しファセットを成す正面の側面から、当該半導体積層体の、正面の側面とは反対側の背面の側面であって、反射性の裏面ファセットを成す側面まで延在することができる。これらのファセットには、たとえば部分反射性または完全反射性の層や、所望の機能に応じた層組み合わせ等の適切な層を設けることができる。
【００６３】
単なる一例として、第１の半導体層１と、好適には半導体チップ１００の半導体積層体は、上記の一般的記載において説明したIII-V族化合物半導体材料系ＩｎＡｌＧａＮをベースとする。よって、図中の実施例では第１の半導体層１の材料組成は、ＩｎＡｌＧａＮの結晶成分のうち少なくとも１つの結晶成分について横方向に変化し得る。特に好適なのは、成長温度に特に依存するインジウム含有率について材料組成が変化することである。たとえば、通常の成長温度の場合、組み込まれたインジウム含有率は成長温度の上昇と共に減少することができるので、成長中の第１の半導体層１のうち、他の領域と比較して成長温度が低い領域では、インジウム組み込みがより強くなり、これによってインジウム含有率を多くすることができる。
【００６４】
少なくとも１つの延在方向における材料組成の横方向変化に依存して、当該延在方向において、第１の半導体層１の特性が変化することができる。たとえば材料系ＩｎＡｌＧａＮでは、インジウム含有率が高くなると屈折率が高くなり、バンドギャップが縮小し、吸光量が多くなり得る。これに応じて、インジウム含有率が減少すると屈折率が減少し、バンドギャップが増大し、吸光量が減少し得る。第１の半導体層１のバンドギャップの調整により、とりわけ、半導体積層体において生成された光の対応する波長も調整することができる。
【００６５】
特に好適には、図中の実施例において第１の半導体層１の層厚を、図面に示されているように一定とすることができる。とりわけ第１の半導体層１の厚さのばらつきは、異なる領域の材料組成に依存せずに、以下説明するように、１０％を超えず、または５％を超えず、または特に好適には１％を超えないことが可能である。
【００６６】
図２Ａに示された発光半導体チップ１００は、レーザダイオードチップとして構成されており、横方向に隣り合って配置された領域１１，１２を有する半導体層１を備えており、これらの領域１１，１２の材料組成は異なる。第１の領域１１と第２の領域１２とは、半導体積層体とコンタクト層４との間の、両領域１１，１２の上方に位置するコンタクト領域の方向に沿ってストライプ状に形成されており、横方向においては、当該ストライプ部の延在方向と交差する方向において互いに接する。よって、半導体チップ１００の取り出しファセットまたは裏側面から見ると、領域１１および１２は隣り合って配置されており、かつ、コンタクト層４を介して互いに別個に駆動制御され得る２つのレーザストライプ部の構成要素である。発光半導体チップ１００は、これに対応してマルチオキサイドストライプ型レーザとして構成されている。
【００６７】
第１の領域１１は、横方向に隣り合った第２の領域１２より高いインジウム含有率を有するので、領域１２のバンドギャップは領域１１より大きい。よって、第１の領域１１を有するレーザストライプ部は発光半導体チップ１００の動作中、第２の領域１２を有するレーザストライプ部より長い波長の光を生成する。このことによって、ファセットを介して、レーザストライプ部に相当する隣り合ったファセット領域において、複数の異なる波長のレーザ光を放射することが可能になる。よって、発光半導体チップ１００は２つのモノリシック集積されたレーザストライプ部を有し、これら２つのレーザストライプ部は図中の実施例では互いに依存せずに駆動制御されることができ、それぞれ異なる波長のレーザ光を放射することができる。上記の製造方法によって調整された、第１の領域１１および第２の領域１２の材料組成差に応じて、それぞれ放射するレーザ光の波長の差は１ｎｍ以上または２ｎｍ以上または５ｎｍ以上または１０ｎｍ以上または５０ｎｍ以上または１００ｎｍ以上となり得る。
【００６８】
第１の領域１１から第２の領域１２への移行部は、図２Ａにおいて両領域１１，１２間の境界線によって示されているように急峻とすることができ、ひいては階段状にすることができる。これに代えて、移行部を連続的に、具体的にはたとえばランプ状にすることができる。レーザストライプ部の領域では、各領域１１，１２の材料組成を均一とすることができる。これに代えて、第１の半導体層１の材料組成が両領域１１，１２の中で、および両領域１１，１２間の移行部において連続的に変化することにより、横方向における第１の半導体層１の材料組成の連続的変化が生じ得るようにすることもできる。図示の実施例に代えて、１つの共通のコンタクト層４を介して両レーザストライプ部を共に駆動制御することも可能である。さらに、第１の半導体層１が、異なる材料組成の２つより多くの横方向に隣り合った領域を有することにより、より多くのファセット領域からより多くの異なる波長のレーザ光を放出できるようにすることも可能である。上記特徴および他の特徴については、以下の実施例のうち複数を参照しても説明する。
【００６９】
図２Ｂには、基本的に図２Ａの実施例と一致する半導体チップ１００が示されているが、図２Ａの実施例との相違点として、第１の半導体層１の上方に設けられている第２の半導体層２は、各領域１１，１２を介してそれぞれ、各レーザストライプ部を画定するための１つのリッジ導波構造２１を有する。これは、いわゆる「リッジ」とも称することができる。かかるリッジ構造は、各レーザストライプ部において生成された光の屈折率導波を引き起こすことができ、この構造は従来技術において知られているので、ここでは詳細に説明しない。以下示されている、レーザダイオードとして構成された半導体チップ１００は、各図示のマルチオキサイドストライプ型レーザとしての構成に代えて、上述のリッジ導波構造を備えたマルチリッジレーザとして構成することもできる。
【００７０】
図２Ｃには、コンタクト層４と半導体積層体との間の各対応するコンタクト領域によって画定された２つより多くのレーザストライプ部を備えている発光半導体チップ１００を示しており、当該発光半導体チップ１００は具体的には、単なる例示として４つのレーザストライプ部を有する。これに対応して、第１の半導体層１は同図の実施例では、横方向に隣り合って配置された、異なる材料組成の領域１１，１２，１３，１４を有する。図２Ｃに示されているように、領域１１，１２，１３，１４および各対応するレーザストライプ部については、規定通りに制御された波長推移が生じるように、第１の半導体層１の中で材料組成が横方向において、レーザストライプ部の延在方向と交差する方向に連続的に変化する。
【００７１】
図２Ｄには、発光半導体チップ１００の一実施例を示しており、当該発光半導体チップ１００は、上記実施例の発光半導体チップ１００と同様の構成となっているが、これとの相違点として、複数のレーザストライプ部のコンタクトおよび駆動制御を同時に行うための１つの共通のコンタクト層４を有する。以下示す、レーザダイオードとして構成された半導体チップ１００の実施例も同様に、複数のストライプ部を上述のように共に駆動制御することができる。
【００７２】
複数の異なる放出波長を備えた１つの発光半導体チップに２つ以上のレーザストライプ部が図示のようにモノリシック集積されることにより、通常のマルチチップ構成と比較してコンパクト性が高く、歩留まりが改善され、かつ製造コストが削減した光源を実現することができる。以下の実施例を参照して説明するように、異なる波長を放出する複数のレーザストライプ部がモノリシック集積されることにより、レーザ性能が改善され、結像品質が高くなり、かつレーザスペックルを減少させることができる。
【００７３】
図３Ａおよび図３Ｂを参照して、他の一実施例の発光半導体チップ１００と、当該発光半導体チップ１００のスペックルパターンとを示す。図示の半導体チップ１００の構成は基本的に、図２Ｃを参照して説明した発光半導体チップ１００を２倍にしたものに相当する。図２Ｃの実施例の半導体チップ１００にそれぞれ相当する、図３Ａに示された実施例の２つの単位は、破線によって示されている。図３Ａに示されている発光半導体チップ１００は、たとえばプロジェクション光源とすることができ、これは上述の記載によれば、第１の半導体層１の領域１１，１２，１３，１４を有するレーザストライプ部の形態の複数のモノリシック集積されたレーザ発光部を備えており、これらのレーザ発光部は、互いに異なる波長の光、たとえば緑色または他色の波長領域の光を放出することができる。よって、隣り合ったレーザストライプ部の放出波長の差は１ｎｍまたは数ｎｍの範囲内となり得る。各個別発光部の波長がこのように僅かに異なることにより、個別発光部が全て同一波長を放出する従来のレーザバーと比較して、スペックル減少を達成することができる。さらに、図中の半導体チップ１００は、プロジェクション光源のコンパクトなモノリシック集積構成と、これに伴って実装およびレンズ位置合わせが簡単であることとを特徴とする。
【００７４】
図４Ａおよび図４Ｂに、当業者に知られているＣＩＥ標準色度図が示されており、このＣＩＥ標準色度図では、たとえばプロジェクション用途においてプロジェクション色空間をカバーするために使用できる数例の色座標を示している。図４Ａに示された青色波長領域、緑色波長領域および赤色波長領域の３つの色座標は、公知のプロジェクション用途における、対応する放出波長をそれぞれ有する３つの個別レーザダイオードの通常の組み合わせに相当する。同図では、３つの光源のかかる組み合わせによって、たとえば黄色、シアンおよびピンクの色成分が欠落していることが容易に分かる。
【００７５】
放出波長が相違するより多くの光源を使用する場合、たとえば図４Ｂに示されているように８つの光源を使用する場合、色空間をほぼ全てカバーすることができる。図示の例では、３つの異なる青色波長のレーザ発光と、４つの異なる緑色波長のレーザ発光と、１つの赤色波長のレーザ発光とが組み合わされている。青色および緑色の各発光は、上記および下記のように、放出波長が異なる複数のモノリシック集積されたレーザストライプ部を有する発光半導体チップ１００によってそれぞれ生成され得るものであるため、従来技術のように通常は３つのレーザダイオードデバイスのみを使用するだけでよいが、異なって発光する複数のモノリシック集積されたレーザストライプ部があるので、これらのレーザダイオードデバイスは格段に大きな色空間をカバーすることができる。かかる構成は、プロジェクション用途の他にもたとえば、演色性が良好な照明用途やディスプレイにも好適となり得る。他の好適な発光半導体チップ１００については、以下の図５Ａから図６Ｂまでを参照して説明する。
【００７６】
図５Ａには、基本的に上記にて図２Ｃを参照して説明した半導体チップ１００と一致する発光半導体チップ１００を示しており、当該発光半導体チップ１００は、演色評価数が高い照明光源について使用することができる。高い演色評価数を達成するためには、レーザ光源に典型的な狭幅のスペクトルはむしろ不利であるため、半導体チップ１００の第１の半導体層１の領域１１，１２，１３，１４を有するレーザストライプ部は、僅かに相違する複数の放出スペクトルを、たとえば、青色の異なる色相またはまたは緑色の異なる色相または赤色の異なる色相の複数の放出スペクトルを有するように構成することができる。このことによって、高い演色評価数を達成するために好適な広幅のスペクトルを発光半導体チップ１００によって生成することができる。１つの照明光源が、異なる色の対応するスペクトルをそれぞれ有する、上述のような発光半導体チップ１００を複数保有することができ、使用される半導体チップ１００のコンパクトなモノリシック集積構成により、実装およびレンズ位置合わせが簡略化するという利点を奏することができる。
【００７７】
図５Ｂには、上記の実施例において示されているレーザ光源とは対照的にいわゆるスーパールミネセンスダイオードとして構成された発光半導体チップ１００が示されており、このスーパールミネセンスダイオードでは、コンタクト層４と半導体積層体との間のコンタクト領域が、図５Ｂにて示されているように相応に適切な形状を有する。かかる半導体チップ１００では、１つのチップ上への複数の異なる放出スペクトルのモノリシック集積と、レーザと比較して広幅の放出スペクトルとを組み合わせることができ、これにより、非常に広帯域でありかつ指向性放射の利点も奏する光源を達成することができる。
【００７８】
図５Ｃから図５Ｆまでを参照して、発光ダイオードチップとして構成された発光半導体チップ１００の実施例を示している。各図では、チップ上面に相当する電磁波取り出し面側から見た半導体チップ１００を示している。さらに、第１の半導体層の異なる材料組成の領域１１，１２の配置と、放出される光の、各領域１１，１２に対応して生じるそれぞれ異なる波長とを示す。図５Ｃに示されているように、たとえば第１の領域１１は第２の領域１２を径方向に包囲することができる。さらに、たとえば図５Ｄおよび図５Ｅに示されているように、半導体チップ１００の相対向する角部または側面の材料組成の連続的推移も可能である。図５Ｆに示されているように、互いに別個の複数のコンタクト層４により、異なって発光する領域を互いに別個に駆動制御することができ、これにより、複数の異なる色を互いに別個に駆動制御することができる。このことにより、たとえばディスプレイ用または色調節可能な光源用に、小さい構造サイズかつ低コスト製造の利点を達成できる、モノリシック集積された多色発光ダイオードチップを実現することができる。
【００７９】
他の一実施例の発光半導体チップは、図５Ｆに示された実施例の、セグメント分割された発光ダイオードチップとして構成された発光半導体チップ１００の構成のように、面発光型半導体レーザ（ＶＣＳＥＬ：「vertical-cavity surface-emitting laser」）の１次元または２次元アレイとして構成することができる。すなわち、第１の半導体層の材料組成が異なる複数の領域に形成された複数のＶＣＳＥＬ素子のストライプ部またはマトリクスとして構成されている。かかるデバイスの場合、放出波長はこれに対応して１方向または２方向に変化することができる。
【００８０】
上記実施例を参照して詳述したように、第１の半導体層の材料組成の異なる複数の各領域において放出波長が異なることにより、単一のチップによってカバーできる波長領域を公知の半導体光源でカバーできる波長領域より大きくすることができ、これによってたとえば、発光ダイオードの広幅のスペクトルと相俟って、より大きな色空間をカバーすることができ、これによってより良好な演色性を達成することができる。同一チップから複数の異なる放出波長が放出されることにより、複数の異なる個別チップを使用するよりも均一な色印象を達成することができる。それと同時に、構成サイズも最小限にすることができる。
【００８１】
図５Ｇから図５Ｂまでにおいて、たとえばレーザプロジェクション光源として使用できる発光半導体チップ１００の複数の実施例を示す。図５Ｇの実施例の発光半導体チップ１００は、青色光を放出するために構成された第１の領域１１を有するレーザストライプ部と、緑色光を放出するために構成された第２の領域１２を有するレーザストライプ部とを備えている。かかる青色発光レーザ発光単位と緑色発光レーザ発光単位とをモノリシック集積することにより、実装およびレンズ位置合わせの簡略化の利点を奏するコンパクトな緑色‐青色プロジェクション光源を実現することができる。
【００８２】
図５Ｈの実施例の発光半導体チップ１００も同様に、青色発光レーザストライプ部と緑色発光レーザストライプ部とを備えており、領域１１と１２とはたとえば、波長差が小さい青色光を放射するように構成されており、かつ、領域１３と１４とは、波長差が小さい緑色光を放射するように構成されていることにより、上記にて図３Ａおよび図３Ｂを参照して説明したように、さらに一層のスペックル減少を達成することができる。
【００８３】
図５Ｉには、プロジェクション用途のためにより広い色空間を実現すると同時に、コンパクトなモノリシック集積構成も実現できるようにすべく、複数の異なる波長の光を生成するように構成された領域１１，１２，１３，１４，１５，１６を有する第１の半導体層１を備えた発光半導体チップ１００を示している。
【００８４】
図５Ｊから図５Ｎまでを参照して、多色光源として構成された発光半導体チップ１００の他の実施例を示しており、これらの発光半導体チップ１００はたとえば、多色光源について使用することができる。発光半導体チップ１００の構成は上述の実施例の構成に相当するので、概観しやすくするために、各要素を識別するための符号は省略している。図５Ｊの発光半導体チップ１００はたとえば、７００ｎｍの赤色光と５２５ｎｍの緑色光と４５０ｎｍの青色光とを放射するように、第１の半導体層の材料組成が異なる３つのモノリシック集積された領域によって構成することができる。これらの波長は、アドビ広色域（Ａｄｏｂｅ−Ｗｉｄｅ−Ｇａｍｕｔ）ＲＧＢ色空間に相当する。図５Ｋおよび図５Ｌの発光半導体チップ１００はそれぞれ、横のＣＩＥ標準色度図によって示されているようにそれぞれ拡張された色空間に対応してシアン色光または黄色光をさらに放射するように、第１の半導体層の材料組成が異なる４つのモノリシック集積された領域によって構成することができる。図５Ｍの発光半導体チップ１００は、図５Ｊの発光半導体チップ１００と比較して、青色発光領域および緑色発光領域の他にさらに、第１の半導体層の、緑色光を生成するように構成された２つの領域を備えている。たとえば緑色波長領域等の多くの波長領域では、たとえばレーザダイオードの効率が低くなり得るので、図中の実施例によれば、緑色波長領域で光を放出できる領域を有する複数のレーザストライプ部を設けることが好適となり得る。それに対して図５Ｎの実施例は、青色光および緑色光を放出するためのレーザストライプ部をモノリシック集積した発光半導体チップ１００と、動作中に赤色光を放射できる追加のレーザダイオードチップ１０１との赤色‐緑色‐青色の組み合わせを示している。これに代えて、レーザダイオードチップ１０１を使用する代わりに、たとえば複数の波長の赤色光を放出する、上記実施例の他の発光半導体チップ１００を使用することもできる。
【００８５】
図６Ａおよび図６Ｂに、上記のいずれかの実施例のレーザダイオードチップ（図６Ａ）または発光ダイオードチップ（図６Ｂ）として構成された発光半導体チップ１００がさらに、波長変換材を含む波長変換要素１０２を備えている組み合わせの実施例を示している。半導体チップ１００の複数の青色、緑色または赤色の放出スペクトルと波長変換材との上述の組み合わせにより、これによって得られる光源の色座標を規定通りに変化させることができる。発光半導体チップ１００の各発光領域を別個に駆動制御することによって、これら異なる色を別個に駆動制御することができる。図６Ａおよび図６Ｂに単なる例示として示されているように、波長変換要素１０２を発光半導体チップ１００に直接集積することができ、または、発光半導体チップ１００とは別個に実装することができる。
【００８６】
後続の図を参照して、第１の半導体層を成長させる横方向の温度分布を不均一にする手段について説明する。第１の半導体層の成長中に、規定通りに選択された所定の領域に局所的に熱影響を及ぼすことにより、不均一な横方向温度分布を規定通りに生じさせる。特に、不均一な横方向温度分布の少なくとも一部は、以下説明するように温度分布パターン部によって、および／または局所的に変化する光照射によって、生じさせることができる。温度分布パターン部を使用する場合、これは、半導体チップにおける配置に応じて残すことができる。これによって、上記にて説明した半導体チップはさらに、以下の実施例の温度分布パターン部も備えることができる。
【００８７】
図７Ａから７Ｄまでに基板６の実施例が示されており、この基板６の表面６１に第１の半導体層を成長させることができる。基板６は成長基板として、たとえば２インチ以上かつ１２インチ以下の直径のウェハの形態とされている。ウェハはとりわけ、２インチまたは４インチまたは６インチまたは８インチまたは１２インチの直径を有することができる。かかる基板６を用いると、半導体積層体と半導体チップの他の層とを成膜して多数の半導体チップをウェハ複合体で製造し、その後に個片化することができる。基板６は、成膜チャンバ内で１つの適切な基板支持体上に１つまたは複数のかかる基板を設ける従来の成膜プロセスにおいて、使用することができる。
【００８８】
図７Ａおよび図７Ｃにおいて例示されているように、基板６は温度分布パターン部７を備えており、これは規定通りに、成長する第１の半導体層の少なくとも１つの延在方向において不均一な横方向温度分布を生じさせることができる。温度分布パターン部７は、成長プロセス中に表面６１上の局所的な温度分布に影響を及ぼすために構成された温度分布パターン要素７０を有する。これは熱伝導要素、加熱要素および／または遮熱要素とすることができる。その詳細については、図８Ａから８Ｋまでを参照して説明する。温度分布パターン部７の所望の温度変化作用に応じて、温度分布パターン部は誘電体材料、半導体材料、金属、またはこれらの材料のうち複数もしくはこれらの材料の組み合わせを含むことができ、またはこれから成ることができる。誘電体材料はたとえば、成長中の第１の半導体層の熱伝導率の局所的な操作を引き起こすことができ、これにより、熱伝導の向上または減少によって、表面６１上における局所的な昇温または降温、ひいては、当該第１の半導体層の局所的な昇温または降温を生じさせることができる。半導体材料および金属材料も同様に、温度分布パターン要素７０の領域において隣接領域より多くの熱を生じさせるように、ひいてはより高温となるように、熱伝導率を操作することができ、および／または、光の入射、もしくは、たとえばマイクロ波放射等の他の適切な電磁波によって、規定通りに加熱されることができる。たとえばＩｎＡｌＧａＮの場合、かかる加熱によって、上述のように第１の半導体層のインジウム含有率を調整して変化させることができる。このインジウム含有率は、成長温度に大きく依存する。これによって、第１の半導体層のたとえば屈折率、バンドギャップ等の特性を横方向において変化させることができ、これにより、場合によっては放出波長および吸収特性も横方向に変化させることができる。
【００８９】
とりわけ、温度分布パターン部７は複数の温度分布パターン要素７０を有し、これらの温度分布パターン要素７０は横方向において、意図されている不均一な横方向温度分布プロフィールに応じて規則的および／または周期的に配置されている。これらの温度分布パターン要素はたとえば、図示のように、互いに分離された島および／または線パターン部の形態とすることができる。
【００９０】
図中の実施例では、温度分布パターン要素７０の配列方向における横方向の寸法、図中の実施例では具体的には、横方向において線状パターンの主延在方向に対して垂直な方向の横方向の寸法は、製造される半導体チップの対応する横方向寸法より小さいので、どの温度分布パターン要素７０によっても、後の半導体チップの部分領域においてそれぞれ局所的な温度変化を生じさせることができる。配列方向における幅が半導体チップの対応する寸法より小さい温度分布パターン要素７０によって、たとえば、図２Ａから２Ｈまでを参照して説明した第１の半導体層の各領域を作製することができる。
【００９１】
単なる一例として、図７Ａから図７Ｄまでにおいて、概観しやすくするために３つのストライプ状の温度分布パターン要素７０のみを示しており、これらの温度分布パターン要素７０は、基板６の、表面６１とは反対側の裏面に設けられている。これにより生じる横方向の不均一な温度分布は、ＩｎＡｌＧａＮの場合には基板６上におけるインジウム分布にも相当し、かかる温度分布は図７Ｂに示されている。基板６の大きさと製造される半導体チップの大きさとに依存して、１つのウェハ複合体で作製される半導体チップの数は顕著に変化し得るものであり、ひいては、温度分布パターン要素７０の数および各寸法も顕著に変化し得る。半導体チップは、たとえばレーザダイオードチップの場合、シングルエミッタ型チップの場合には１００μｍ未満から数百μｍまでの横方向寸法を有することができ、レーザバーおよびレーザアレイの場合、最大１ｃｍまたは数ｃｍの横方向寸法を有することができる。
【００９２】
温度分布パターン要素７０は良好に視認可能であるから、チップ製造プロセスを、材料組成が相違する複数の領域に非常に正確に位置合わせすることができる。温度分布パターン要素７０は、たとえばリソグラフィ法を用いて任意の形状および配置で作製することができ、これにより、後で半導体チップとなるものに合ったオーダーメイドの材料組成を実現することができ、これにより、基板６上において所望の特性の相応の変化を生じさせることができる。
【００９３】
上記にて説明したように、温度分布パターン部７は好適には、基板６の、成長プロセスのために準備された表面６１とは反対側の裏面に配置することができ、これにより、温度分布パターン部７によって妨害されずに表面６１における成長プロセスを進行することができる。図７Ａおよび図７Ｃに示されているように、温度分布パターン部７を基板裏面に直接配置することができる。これに代えて、温度分布パターン部７からの材料のガス放出および／または蒸発によって成長プロセスに影響が及ぼされるのを防止するため、温度分布パターン部７を少なくとも１つの保護層によって、たとえば誘電体材料からなる保護層によって覆うこともでき、または図７Ｄに示されているように、かかる２つの保護層８，９間に温度分布パターン要素７０を埋め込むことができる。図７Ｄの実施例では、温度分布パターン部７と基板６との間に第１の保護層８が配置されており、かつ、第２の保護層９が温度分布パターン部７を覆っている。両保護層８，９は、同一または異なる材料を有することができる。
【００９４】
温度分布パターン部７についての他の特徴および実施例については、図８Ａから図８Ｋまでにおいて説明する。これら各図では常に、基板６およびその上方に成長した半導体材料１０の一部のみを示しており、ひいては、温度分布パターン部７および温度分布パターン要素７０についても一部のみを示している。とりわけ温度分布パターン部７は、以下説明する複数の温度分布パターン要素７０および／またはその組み合わせを有することができる。とりわけ、温度分布パターン要素７０の、図平面において水平方向に相当する横方向の幅は、その上方に作製される半導体チップの幅より小さくすることができる。さらに、材料組成が相違するより多数の領域を第１の半導体層に作製するため、半導体チップの領域に複数の温度分布パターン要素７０を設けることも可能である。半導体材料１０はたとえば、基板６上に成長した１つまたは複数の半導体層を有することができる。
【００９５】
図８Ａには、基板６の、表面６１とは反対側の裏面に直接配置された温度分布パターン要素７０を有する、温度分布パターン部７が示されている。とりわけ図中の実施例では、温度分布パターン要素７０は基板６と異なる材料を有し、かつ、加熱要素として構成することができる。この加熱要素は、適切な電磁波の入射によって加熱されることにより、当該温度分布パターン要素７０の上方に位置しない隣接領域より高温にまで基板６を加熱し、ひいては、当該温度分布パターン要素７０の上方の領域の、基板６上に成長した半導体材料１０を、かかる隣接領域より高温にまで加熱することができる。たとえば図中の温度分布パターン要素７０は、たとえばシリコン等の半導体材料であって、たとえば当該半導体材料の吸収スペクトル内の波長の光の入射により加熱され得る半導体材料を含むことができる。これに代えて、たとえば温度分布パターン要素７０は、たとえばマイクロ波放射等の適切な電磁波の入射によって加熱され得る金属を含むこともできる。
【００９６】
温度分布パターン部７によって、基板支持体と基板６との間の熱伝導にも同時に影響を及ぼすことができるように、基板６を半導体積層体の成長中に温度分布パターン部７と共に基板支持体上に載せることができる。
【００９７】
基板６はたとえば、基板６中の横方向における熱拡散を低く抑えて表面６１において所望の温度分布プロフィールを生じさせることができるように、１００μｍから数百μｍまでの範囲の典型的な厚さ、たとえば３００μｍの厚さを有することができる。温度分布パターン部７を基板６の裏面に配置することにより、半導体材料１０の成長中に温度分布パターン部７が及ぼす化学的影響を小さくすることができる。半導体材料１０の成長後に基板６を残すか、薄化処理するか、または完全に除去するかに応じて、後で完成したときの半導体チップに温度分布パターン部７を残すこともでき、または除去することができる。とりわけ、たとえば発光ダイオードチップの場合、温度分布パターン部７をチップに残すことができる。
【００９８】
図８Ｂに、上述の実施例とは対照的に、半導体材料１０の成長プロセスのために準備された、基板６の表面６１上に直接、温度分布パターン部７を配置した実施例を示す。成長時には、たとえば上述の実施例と同様の構成とすることができる温度分布パターン部７の上方に、たとえばいわゆるＥＬＯＧプロセス（ＥＬＯＧ：「epitaxial lateral overgrowth」）を用いて、半導体材料１０を成長させる。こうするために好適なのは、温度分布パターン部７の成長方向における厚さを１０ｎｍ以上かつ５００ｎｍ以下または３００ｎｍ以下または２００ｎｍ以下とすること、または、特に有利には１００ｎｍ以下とすることである。このように温度分布パターン部７を、成長のための表面６１上に配置し、ひいては基板６の半導体材料１０側の面に配置することにより、基板６における熱拡散を回避することができ、これにより、より鮮鋭な温度分布プロフィールを達成することができる。半導体積層体の成長後に基板６を除去しない場合、または薄化処理のみをする場合、温度分布パターン部７は、後で完成したときの半導体チップに残留することができる。
【００９９】
温度分布パターン部７によって生じ得る化学的妨害から半導体材料１０を保護し、なおかつ基板６における温度拡散を回避するためには、図８Ｃに示されているように、温度分布パターン部７上方に、基板６と共に当該温度分布パターン要素７０を封止する材料から成る保護層８を設けることができる。この材料は有利には誘電体材料であり、たとえば、上記にて一般的記載において説明した酸化物、窒化物または窒酸化物等である。たとえば保護層８は、可能な限り気密性の高い成膜と同時に可能な限り薄い層厚を実現できる、たとえば原子層堆積法等の成膜法を用いて設けることができる。ここで好適には、保護層８は基板６の表面６１全体にわたっては延在せず、可能な限り温度分布パターン部７の要素のみを覆うように形成される。
【０１００】
図８Ｄに他の実施例を示しており、同実施例では、基板６の裏面に配置された温度分布パターン部７が、図８Ｃを参照して説明したのと同様に保護層８によって覆われており、同実施例の温度分布パターン部７は、図８Ａと同様の構成とすることができる。保護層８は本実施例では、基板６の裏面全体を覆うことができ、または、同図中の実施例に代えて択一的に、温度分布パターン要素７０のみを覆うことも可能である。成長プロセスへの化学的影響を回避する他にさらに、適切な保護層８によってたとえば、基板支持体への可能性のある不所望の付着または固着を回避することもできる。
【０１０１】
図８Ｅに示されているように、温度分布パターン要素７０の全面を保護層８によって包囲して当該保護層８に埋め込むこともできる。かかる場合、温度分布パターン部７は基板６上に直接には配置されない。同図中の保護層８を埋め込む構成に代えて択一的に、図７Ｄを参照して説明したように、２つの保護層を使用してその間に温度分布パターン要素７０を配置することも可能である。
【０１０２】
図８Ｆおよび図８Ｇを参照して示すように、温度分布パターン部７を半導体材料１０中または基板６中に埋め込むこともできる。こうするために特に好適には、バンドギャップが小さい半導体材料を、加熱要素として構成された適切な温度分布パターン要素７０の作製のために使用することができる。これに代えて温度分布パターン部７は、基板６または半導体材料１０と一体の熱伝導要素または遮熱要素として温度分布パターン要素７０を構成できるように、包囲する基板材料６または半導体材料１０とは異なる熱伝導率を有することもできる。図８Ｆおよび図８Ｇに示された温度分布パターン部７は、たとえば注入によって作製することができる。さらに、基板６または半導体材料１０が基板６と共に、上方に温度分布パターン部７を成長させた後に表面を平坦化処理した擬似基板を構成することも可能である。
【０１０３】
図８Ｈから図８Ｋまでを参照すると、１つまたは複数の隆起部および／または陥入部を有する温度分布パターン要素７０、または、かかる隆起部および／または陥入部から成る温度分布パターン要素７０を有する温度分布パターン部７が示されている。たとえば、基板６の表面６１とは反対側の裏面に、温度分布パターン要素７０を構成する隆起部と陥入部とを有する表面パターン部を形成することができる。隆起部のみを有する基板６を基板支持体上に載せることにより、ここでの温度結合はより良好になり、これによって、隆起部上方の領域において局所的に温度が、隣接して配置された陥入部の上方の領域より高くなる。これによって、基板６と基板支持体との異なる熱的結合が可能になる。かかる場合、隆起部として形成された温度分布パターン要素７０は、基板６と同一の材料を有することができ、特に好適には、基板６と一体として形成することができる。
【０１０４】
図８Ｉに示されているように、温度分布パターン部７によって形成される隆起部および陥入部は、基板６とは異なる材料によって形成することもできる。
【０１０５】
図８Ｊに、図８Ａおよび図８Ｈを参照して説明した温度分布パターン部７と組み合わせた温度分布パターン部７を示している。一方では、加熱要素として構成された温度分布パターン要素７０が基板裏面に配置されている。さらに、陥入部として構成された温度分布パターン要素７０も基板裏面に設けられており、この温度分布パターン要素７０は遮熱部として機能する分離トレンチを形成し、これによって、基板６における熱拡散が低減し、これによって、より鮮鋭な温度分布プロフィールを生成することができる。
【０１０６】
図８Ｋに示されているように、形成された温度分布パターン要素７０の遮熱機能を強化するため、基板裏面の陥入部内にさらに、基板６より熱伝導率が低い材料を配置することもできる。
【０１０７】
図９Ａに、従来の基板支持体における、ここで記載している方法のために基板６として使用され得るウェハの表面６１上の典型的な温度分布プロフィールを、概略的に示す。基板表面６１における温度分布が均一でなく、長さスケールにおいて横方向に変化することが分かる。これは、ウェハ複合体において作製される半導体チップの配置に依存しない。これに対応する温度分布はたとえば、第１の半導体層の成長中にも生じ得る。かかる温度分布プロフィールは、上記にて説明したように半導体チップの半導体層の材料組成に影響を及ぼし、これによって、ウェハ複合体において完成した複数の半導体チップは互いに異なる特性を有することがあり得る。これを回避するためには、図９Ｂに示されたように追加のステップにおいて、成長プロセスのための表面６１上における温度分布プロフィールを均質化し、これを出発状態として、図９Ｃに示されているように、所望の不均一な横方向温度分布に応じて調整することができる。
【０１０８】
次の図１０Ａから図１０Ｆまでの実施例に示されているように、複数の基板６に同時に成膜できるように、通常の成膜設備において基板支持体２００上に、通常は複数の基板６を配置する。可能な限り均質な成膜を達成するため、回転方向２０１を示す矢印によって示されているように、基板支持体２００が回転する。基板支持体２００を介して基板６が所望の成長温度まで加熱され、表面６１上では、図９Ａにて例示したように不均一な温度分布が生じ得る。基板６ごとに異なり得る、基板６の表面６１上の実際の温度分布プロフィールを均質化するためには、これをまず、たとえば赤外線検出器を用いて測定することができる。
【０１０９】
また、各表面６１上に可能な限り均質な温度分布プロフィールを生じさせるためには、各基板６を複数の各部分領域において規定通りに加熱する。かかる加熱はたとえば、図１０Ａに示されているように、局所的に変化する光照射によって、すなわち、適切に変化し得る光ビーム３００を照射することによって行うことができ、この光ビーム３００はたとえば、基板材料に、または、基板６上に設けられた半導体材料に吸収され得る。光ビームはたとえば、１つまたは複数のレーザ光源の単一ビームまたは多重ビームとすることができ、たとえばミラーまたは他の適切な装置を有する適切な光偏向装置４００を用いて、基板６の表面６１のターゲットの部分領域へ規定通りに偏向することができる。これに代えて、図１０Ｂに示されているように、たとえば複数の光源３０１を、たとえば複数のレーザ光源をレーザアレイにしたものを使用することができ、これらの光源３０１は好適には、互いに依存せずに基板６の表面６１に光を入射させることができる。このことによって好適には、基板６の表面６１全体をそれぞれ覆うことができ、その際には、基板支持体２００の回転運動と、基板６の特定された各別の温度分布プロフィールとを考慮して、光入射を行う。
【０１１０】
第１の半導体層の成長のための所望の不均一の横方向温度分布プロフィールは、上記の追加的に設けられる温度分布パターン部を用いて生成することができる。これに代えて、上述の光入射を使用しても、所望の不均一の横方向温度分布プロフィールを生成することができる。その際には、光加熱によって生成される加熱分布プロフィールを、温度分布プロフィールの単純な均質化との比較において適宜調整する。さらに、局所的に変化する光照射によってなされる光加熱を、追加の均質化ステップ無しで、所望の不均一の温度分布プロフィールの生成のためにのみ用いることも可能である。
【０１１１】
第１の半導体層の成長中に行われる、局所的に変化する光照射は、上記にて説明したように、レーザを用いた照射であって、当該レーザが、成長中の第１の半導体層上の、規定通りに選択された所定の領域に１つまたは複数の光ビーム３００を入射させ、この光ビーム３００が成長中の第１の半導体層に吸収されることにより、またはその下方の層に、たとえば既に成長した層および／または基板６に吸収されることにより、当該領域において局所的な不均一の加熱を生じさせ、これにより、それぞれ異なる領域において、成長中の第１の半導体層の有効成長温度が異なるようにする照射を含むことができる。局所的に変化する光照射はとりわけ、面積が半導体チップの面積より小さい１つまたは複数の領域が同時または順次に、基板６上において照射され得るように行うことができる。この光入射をパルス状に行うこともできる。上述の光偏向装置４００および／または複数の光源３０１を用いることによって、第１の半導体層を成長させる面の走査が可能になる。
【０１１２】
図１０Ａから図１０Ｆまでに示されているように、基板６は、光ビーム３００を同期させることができるようにするために反射器ないしは位置合わせマークとして機能する少なくとも２つのマーク６２を有することができ、または、基板６に代えて基板支持体２００がかかるマーク６２を有することもできる。図１０Ｃおよび図１０Ｄに例示しているように、たとえば時点Ｔ１において、Ａで示された光ビーム３００がマーク６２に当たり、このマーク６２によって反射されることができ（図１０Ｃ）、それに対して同一時点または後の時点Ｔ２において、Ｂで示された光ビーム３００はマーク６２に当たり、このマーク６２によって反射される（図１０Ｄ）。マーク６２によって反射されたこの信号は、光ビーム３００を基板６に正確に同期できるようにするために使用することができる。また、少なくとも２つのマーク６２からの信号が時間シフトしている場合には、これらの信号に基づいて基板支持体２００における基板６の回転を算出し、これによって、所望の温度分布プロフィールの向きをマーク６２に合わせて調整することも可能である。マーク６２は、温度分布プロフィールを均質化する場合にも、また、後でチッププロセスにおいてチップパターンを温度分布プロフィールに合わせて位置合わせするために使用することもできる。
【０１１３】
また、複数の個別光源の複数の光源を用いることもでき、または、図１０Ｂに示されているように、複数の多数の光源３０１の形態で、複数の基板６を同時に加熱するために使用することもできる。このことによって、基板支持体２００の回転中により均一な温度分布を達成することができる。さらに、局所的に多くのパワーを導入することもできる。というのも、複数の光源が基板６上の同一の領域を照明することにより、より大きな温度勾配を実現できるからである。たとえば、複数の光源３０１によって構成された複数のレーザアレイをずらして配置することにより、さらに、空間分解能を改善することもできる。
【０１１４】
図１０Ｆに示されているように、複数の光源３０１は、基板６の部分領域のみを照明することも可能である。このことによってたとえば、マーク６２によって反射された信号の対応付けを簡略化することができる。さらに、マーク６２によって反射された信号を直接検出できるようにするため、基板支持体２００上に、または基板支持体２００付近に、検出器５００を配置することもできる。
【０１１５】
図面を参照して説明した実施例と、その各特徴は、他の実施例において互いに組み合わせることができる。このことは、かかる組み合わせが明示的に記載されていない場合も同様である。さらに、図面を参照して記載された実施例は、一般的記載における説明の代替的または追加的な特徴を有することもできる。
【０１１６】
本発明は、実施例を参照した上記説明を以て、当該実施例に限定されることはない。むしろ本発明は、他のいかなる特徴も、また各特徴のいかなる組み合わせも包含しており、これには特に、請求項にて記載した各特徴のいかなる組み合わせも包含されている。このことは、他の特徴または他の組み合わせ自体が、特許請求の範囲または実施例に明示的に記載されていない場合にも同様に当てはまる。
【符号の説明】
【０１１７】
１                            第１の半導体層
２                            第２の半導体層
３                            第３の層
４                            コンタクト層
５                            パッシベーション層
６                            基板
７                            温度分布パターン部
８，９                        保護層
１０                          半導体材料
１１，１２，１３，１４，１５，１６  領域
２１                          リッジ導波構造
６１                          表面
６２                          マーク
７０                          温度分布パターン要素
１００                        半導体チップ
１０１                        レーザダイオードチップ
１０２                        波長変換要素
２００                        支持体
２０１                        回転方向
３００                        光ビーム
３０１                        複数の光源
４００                        光偏向装置
５００                        検出器
１０００，２０００，３０００  方法のステップ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
0006618952.tif 000005
【図２Ｄ】
0006618952.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５−１】
0006618952.tif 000009
【図５−２】
0006618952.tif 000010
【図５−３】
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【図５−４】
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【図６】
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【図７】
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【図８−１】
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【図８−２】
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【図９】
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【図１０−１】
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【図１０−２】
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【図１０−３】
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