(57)【要約】  オプトエレクトロニクス半導体部品であって、第１の導電型の第１の半導体層及び第２の半導体層と、電磁放射を発生するように設計された活性層と、第２の半導体層と電気的に接触するように横方向に互いに間隔を空けて配置された第１の電気端子層と第２電気端子層と、第１電気端子層に隣接し、第１電気端子層に電気的に接続される第２の導電型の第１のコンタクトゾーンと、を有する半導体積層体を含むように規定される。さらに、オプトエレクトロニクス半導体部品は、第１及び第２端子層の間に形成される少なくとも１つの機能領域を備え、機能領域には、第２の導電型の第２のコンタクトゾーン及び第２の導電型の少なくとも１つの遮蔽ゾーンが形成される。さらに、オプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法が規定される。【選択図】  図２Ａ
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【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部品（１）であって、
第１の導電型の第１の半導体層（１０１）と、前記第１の導電型の第２の半導体層（１０２）と、電磁放射を発生するように設計された活性層（１０３）とを含む半導体積層体（１０）であって、前記活性層（１０３）は、前記第１の半導体層（１０１）と前記第２の半導体層（１０２）との間に配置される、半導体積層体（１０）と、
第１の電気端子層（１４１）と、前記第１の電気端子層（１４１）から横方向に離間して、前記活性層（１０３）と電気的に接触する第２の電気端子層（１４２）と、
前記第１の電気端子層（１４１）に隣接し、前記第１の電気端子層（１４１）に電気的に接続される第２の導電型の第１のコンタクトゾーン（１２１）と、
前記第１の電気端子層（１４１）と前記第２の電気端子層（１４２）との間に形成された少なくとも１つの機能領域（１６０）であって、第２の導電型の第２のコンタクトゾーン（１２２）と、第２の導電型の少なくとも１つの遮蔽ゾーン（１３０）とが形成されている、少なくとも１つの機能領域と、
を備え、
前記第２のコンタクトゾーン（１２２）は、電気接続層（１４３）に隣接し、前記電気接続層（１４３）に電気的に接続され、
前記電気接続層（１４３）は、前記半導体積層体（１０）の外側に延び、電気接続領域（１５０）内で前記第２の半導体層（１０２）に接触し、
前記遮蔽ゾーン（１３０）は、前記第２のコンタクトゾーン（１２２）と前記電気接続領域（１５０）との間に配置され、前記電気接続層（１４３）から電気的に絶縁され、
前記第１のコンタクトゾーン（１２１）と、前記第２のコンタクトゾーン（１２２）と、前記遮蔽ゾーン（１３０）とは、前記第２の半導体層（１０２）から前記第１の半導体層（１０１）に延び、前記活性層（１０３）を完全に貫通する、
オプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項２】
前記遮蔽ゾーン（１３０）は、前記半導体積層体（１０）内の電荷キャリアの横方向の流れを減少させる、請求項１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項３】
前記第１の導電型の低濃度にドープされた第２のコンタクト層（１８２）が、前記第２の半導体層（１０２）と前記第１の電気端子層（１４１）との間、及び／又は、前記第２の半導体層（１０２）と前記電気接続層（１４３）との間に配置される、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項４】
前記半導体積層体（１０）の少なくとも１つの半導体層が、リン化合物半導体材料に基づいている、請求項１〜３のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項５】
前記半導体積層体（１０）の少なくとも１つの半導体層は、ヒ素化合物半導体材料に基づいている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項６】
前記第１の導電型は、シリコン、テルル、及び／又はスズを用いたｎ型ドーピングによって生成される、請求項１〜５のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項７】
前記第２の導電型は、マグネシウム及び／又は亜鉛を用いたｐ型ドーピングによって生成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項８】
前記第１の半導体層の前記活性層から離れた側が、粗面化された又は構造化された表面を有する、請求項１〜７のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項９】
前記第１の半導体層（１０１）の前記活性層（１０３）から離れた側に、電気端子層（１４１、１４２）が存在しない、請求項１〜８のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１０】
凹部（１９０）が、前記第２の半導体層（１０２）から前記第１の半導体層（１０１）の方向に延在し、前記活性層（１０３）を完全に貫通し、前記第２のコンタクトゾーン（１２２）と前記電気接続領域（１５０）との間に配置され、誘電体で充填されている、請求項１〜９のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１１】
前記凹部（１９０）は、遮蔽ゾーン（１３０）内に完全に配置されている、請求項１０に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１２】
前記第２のコンタクトゾーン（１２２）と前記電気接続領域（１５０）との間に、横方向に複数の凹部（１９０）が配置されている、請求項１０又は１１に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１３】
複数の遮蔽ゾーン（１３０）が機能領域（１６０）内に形成されている、請求項１２に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１４】
請求項１〜１３の１項に記載の複数の機能領域（１６０）が、前記第１の電気端子層（１４１）と前記第２の電気端子層（１４２）との間に横方向に連続して形成されている、請求項１〜１３のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）。
【請求項１５】
以下のステップを含むオプトエレクトロニクス半導体部品（１）の製造方法。
Ａ）成長基板を提供するステップと、
Ｂ）第１の半導体層（１０１）と、第２の半導体層（１０２）と、電磁放射線を発生するように設計された活性層（１０３）とを含む半導体積層体（１０）を成長させるステップと、
Ｃ）第１のコンタクトゾーン（１２１）と、第２のコンタクトゾーン（１２２）と、少なくとも１つの遮蔽ゾーン（１３０）とを前記半導体積層体（１０）に導入するステップと、
Ｄ）前記活性層（１０３）から離れた前記第２の半導体層（１０２）の側に電気絶縁層（１７０）を配置するステップと、
Ｅ）第１の電気端子層（１４１）と、第２の電気端子層（１４２）と、電気接続層（１４３）とを前記活性層（１０３）から離れた電気絶縁層（１７０）の側に配置するステップと、
Ｆ）前記活性層（１０３）から離れた前記第１の半導体層（１０１）の側面を粗面化するステップ。
【請求項１６】
前記ステップＣ）は、ステップＢ）の後にのみ実施される、請求項１５に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）の製造方法。
【請求項１７】
前記半導体積層体（１０）は、前記成長基板から離れた側のキャリアに適用され、前記成長基板が離脱する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス半導体部品（１）の製造方法。
【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部品及びオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法を説明する。オプトエレクトロニクス半導体部品は、特に動作時に、例えば、光のような電磁放射を放出する放射放出型光電子部品であってもよい。
【背景技術】
【０００２】
解決すべき課題の１つは、改善された効率を有するオプトエレクトロニクス半導体部品を提供することである。
【０００３】
別の課題は、このようなオプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法を提供することである。
【０００４】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体部品は、第１の導電型の第１の半導体層と、第１の導電型の第２の半導体層と、電磁放射を生成するように設計された活性層とを有する半導体積層体を含む。活性層は、第１の半導体層と第２の半導体層との間に配置される。半導体層は、好ましくはエピタキシャル成長される。活性層、は好ましくはｐｎ接合、二重ヘテロ構造、単一量子井戸（ＳＱＷ）、又は特に好ましくは放射を発生させるための多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を含む。
【０００５】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体部品は第１の電気端子層と、第１の電気端子層から横方向に離間し、第２の半導体層に電気的に接触する第２の電気端子層とを備える。用語「接触（コンタクト）」は、ここでは関連する端子層が少なくとも一部の領域において第２の半導体層に直接的又は間接的に隣接し、第２の半導体層に電気的に接続され、好ましくは抵抗接点を形成することを意味すると理解される。第１の電気端子層及び第２の電気端子層は、例えば、金属、金属合金又は導電性の透明酸化物で形成され、オプトエレクトロニクス半導体部品の電気的接触に使用される。
【０００６】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体部品は第１の電気端子層に隣接し、第１の電気端子層に電気的に接続される第２の導電型の第１のコンタクトゾーンを備える。第１のコンタクトゾーンは例えば、ｐ型導電性を有し、正孔の注入のために設けられてもよい。特に、第１のコンタクトゾーンは、第１の電気端子層から活性層への導電性接触経路を形成することができる。
【０００７】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体部品は、第１の電気端子層と第２の電気端子層との間に形成される少なくとも１つの機能領域を含み、機能領域には、第２の導電型の第２のコンタクトゾーンと、第２の導電型の少なくとも１つの遮蔽ゾーンとが形成され、第２のコンタクトゾーンは電気接続層に隣接し、電気接続層に電気的に接続されている。電気接続層は、半導体積層体の外側に配置され、電気接続領域において第２の半導体層と接触する。この手段は、電気接続層が、少なくとも特定の領域において第２の半導体層に直接又は間接的に隣接し、第２の半導体層に電気的に接続され、好ましくは抵抗接点を形成することである。従って、電気接続層は、電気接続領域と第２コンタクトゾーンとの間に導電性経路を提供する。
【０００８】
遮蔽ゾーンは、第２のコンタクトゾーンと電気接続領域との間に位置し、電気接続層から電気的に絶縁される。遮蔽ゾーンは、例えば、第１のコンタクトゾーンと電気接続領域との間の電荷キャリアの流れが半導体積層体内で抑制されるように、第１のコンタクトゾーンと電気接続領域との間の電荷キャリアをシールドするために使用される。これは、第２の電気端子層、第２のコンタクトゾーン、電気接続領域、第１のコンタクトゾーン、及び第１の電気端子層の直列接続をもたらす。これは、一方では第１の電気端子層と電気接続領域との間の領域、他方では第２のコンタクトゾーンと第２の電気端子層との間の領域において、活性層への放射発生のための電荷キャリアの二重注入を引き起こす。
【０００９】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、第１のコンタクトゾーン、第２のコンタクトゾーン及び第２の半導体層から第１の半導体層に延び、活性層を完全に貫通する遮蔽ゾーンを備える。
【００１０】
少なくとも１つの実施形態よれば、オプトエレクトロニクス半導体部品は、
第１の導電型の第１の半導体層と、前記第１の導電型の第２の半導体層と、電磁放射を発生するように設計された活性層とを含む半導体積層体であって、前記活性層は、前記第１の半導体層と前記第２の半導体層との間に配置される、半導体積層体と、
第１の電気端子層と、前記第１の電気端子層から横方向に離間して、前記活性層と電気的に接触する第２の電気端子層と、
前記第１の電気端子層に隣接し、前記第１の電気端子層に電気的に接続される第２の導電型の第１のコンタクトゾーンと、
前記第１の電気端子層と前記第２の電気端子層との間に形成された少なくとも１つの機能領域であって、第２の導電型の第２のコンタクトゾーンと、第２の導電型の少なくとも１つの遮蔽ゾーンとが形成されている、少なくとも１つの機能領域と、
を備え、
前記第２のコンタクトゾーンは、電気接続層に隣接し、前記電気接続層に電気的に接続され、
前記電気接続層は、前記半導体積層体の外側に延び、前記電気接続領域内で前記第２の半導体層に接触し、
前記遮蔽ゾーンは、前記第２のコンタクトゾーンと前記電気接続領域との間に配置され、前記電気接続層から電気的に絶縁され、
前記第１のコンタクトゾーン、前記第２のコンタクトゾーン及び前記遮蔽ゾーンは、前記第２の半導体層から前記第１の半導体層に延び、前記活性層を完全に貫通する。
【００１１】
ここで述べるオプトエレクトロニクス半導体部品の基礎となる考察の一つは、オプトエレクトロニクス半導体部品の効率を上げるためには数個のｐｎ接合を直列に接続して動作電圧を上げることが有利であることである。この目的のために、好ましくは共通の基板上に複数のｐｎ接合が設けられる。直列接続のためのいくつかのｐｎ接合の分離は、隣り合うｐｎ接合の境界に沿ってトレンチをエッチングすることによる構造化の手段によって達成することができる。しかしながら、これは多くの開放端が半導体積層体内に作り出されるという欠点を有し、これは非放射再結合プロセスを促進し、従って、半導体デバイスの全体的な効率を低下させる。これらの端（エッジ）のパッシベーションは、プロセスエンジニアリングの観点から実現が困難であることが証明されている。
【００１２】
ここに記載されるオプトエレクトロニクス半導体部品は、１つ以上の遮蔽ゾーンの手段によってｐｎ接合を分離するという考えを利用する。遮蔽ゾーンは本質的に、電荷キャリア障壁を表すドープ領域によって形成される。これは、トレンチのエッチングによる構造化を避け、非放射再結合のためのソースを導入する点で有利である。
【００１３】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、遮蔽ゾーンは、半導体積層体内の電荷キャリアの横方向の流れを減少させる。横方向は、第１の電気端子層と第２の電気端子層との間の半導体積層体の主延長面内に延びている。遮蔽ゾーンによって空間電荷領域が形成され、これが横方向の電荷キャリアの流れを妨げる。さらに、活性層の価電子バンド端は、量子井戸の擾乱のため遮蔽ゾーンの位置で増加し、遮蔽効果をさらに増強する。
【００１４】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、第１の導電型の軽くドープされた第２のコンタクト層が、第２の半導体層と第１の電気端子層との間、及び／又は第２の半導体層と電気接続層との間に配置される。第２のコンタクト層は、第１の電気端子層から第１のコンタクトゾーンへ、及び電気接続層から第２のコンタクトゾーンへの導電性遷移のために特に重要である。
【００１５】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体の少なくとも１つの半導体層は、リン化物化合物半導体材料に基づく。この文脈での「リン化合物半導体マテリアルに基づく」手段とは、半導体積層体又はその少なくとも一部、特に少なくとも好ましくは少なくとも活性層及び／又は成長基板ウエハは、好ましくは、ＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰ又はＡｓｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰを含み、ここで０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１及びｎ＋ｍ≦１である。この材料は、必ずしも上記式による数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、それは、１つ以上のドーパント及び追加の成分を含むことができる。しかし、簡単のために、上記式は結晶格子の必須成分（Ａｌ又はＡｓ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｐ）のみを含むが、これらは少量の他の物質によって部分的に置換されてもよい。
【００１６】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体の少なくとも１つの半導体層は、ヒ素化合物半導体材料に基づく。この文脈において、「ヒ素化合物半導体材料に基づく」手段は、半導体積層体又はその少なくとも一部、特に好ましくは少なくとも活性層及び／又は成長基板ウエハは、好ましくはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓを含み、ここで、０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１及びｎ＋ｍ≦１である。この材料は、必ずしも上記式による数学的に正確な組成を有する必要はない。むしろ、それは、１つ以上のドーパント及び追加の成分を含むことができる。しかし、簡単のために、上記式は結晶格子の必須成分（Ａｌ又はＡｓ、Ｇａ、Ｉｎ）のみを含むが、これらは少量の他の物質によって部分的に置換されてもよい。
【００１７】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、第１の導電型は、シリコン、テルル、及び／又はスズを用いたｎ型ドーピングによって生成される。
【００１８】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、第２の導電型は、マグネシウム及び／又は亜鉛でｐ型ドーピングすることによって生成される。亜鉛濃度は、好ましくは、１立方センチメートル当たり１×１０１７原子以上から１立方センチメートル当たり５×１０１９原子以下の範囲であり、より好ましくは、１立方センチメートル当たり１×１０１８原子以上から１立方センチメートル当たり１×１０１９原子以下の範囲である。ｐ型ドーパントの濃度は、導電率が活性層に正孔を注入するのに十分に高くなるように選択しなければならない。
【００１９】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、活性層から離れた第１の半導体層の側面は、粗面又は構造化表面を有する。粗面又は構造化表面は、特に、第１の半導体層とその近傍との間の界面における全反射を低減することによって、第１の半導体層の抽出効率を向上させる。この全反射は、いくつかの平行な界面と共に、「導波路効果」として知られる抽出の代わりに、半導体積層体内で生成された放射の継続的な反射をもたらすことができる。
【００２０】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、活性層から離れた第１の半導体層の側面には、電気端子層が存在しない。これは、電気端子とは反対側に生成された放射を抽出するために、途切れない表面を生成することが好都合である。
【００２１】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、第２の半導体層から第１の半導体層の方向に延び、活性層を完全に貫通する凹部が、第２のコンタクトゾーンと接続領域との間に配置され、誘電体で充填される。誘電体は、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンでもよい。凹部は、特に、導波路効果を低減することによって活性層内で発生する電磁放射の抽出を改善する役割を果たす。
【００２２】
好ましくは、凹部が、第２の半導体層から第１の半導体層に向かって次第に細くなっている。半導体積層体の材料と凹部内に配置された誘電体層との間の屈折率のジャンプでの全反射を用いて、活性層内で発生した電磁放射を抽出面に傾斜した界面で反射させる。凹部の反射率のさらなる改善は、誘電体層上の金属の付加的な配置によって達成される。例えば、電気接続層の金属は、凹部内に突出してもよい。オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、凹部は、遮蔽ゾーン内に完全に配置される。凹部を遮蔽ゾーン内に配置することによって、活性層を貫通する凹部の外壁の部分での非放射再結合を有利に回避することができる。
【００２３】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、複数の凹部が、第２の接触領域と接続領域との間の横方向に配置される。導波路効果は複数の凹部によってさらに減少させることができ、従って、オプトエレクトロニクス半導体部品の光効率を改善する。
【００２４】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、いくつかの遮蔽ゾーンが機能領域内に形成される。遮蔽ゾーンは、第２のコンタクトゾーンと電気接続領域との間に横方向に並んで配置される。遮蔽ゾーンの数を増やすことにより、半導体積層体内で生じる漏れ電流を低減することができる。複数の遮蔽ゾーンには、複数の凹部を設けることもでき、各凹部は、各遮蔽ゾーン内に位置する。
【００２５】
オプトエレクトロニクス半導体部品の少なくとも１つの実施形態によれば、請求項のうちの１項に記載されるように、第１の電気端子層と第２の電気端子層との間に、複数の機能領域が横に順番に形成されている。機能領域は、必ずしも同一である必要はないが、同一であってもよい。言い換えれば、１つのオプトエレクトロニクス半導体部品内に、異なる請求項に係る異なる機能領域を一緒に形成することができる。横方向の機能領域の配置は、電気的直列接続に対応する。これにより、オプトエレクトロニクス半導体部品に、より高い動作電圧を使用することが可能になる。これは、例えば、電圧変換器が完全に分配され得る、又はより小さな電圧差のみをブリッジする必要があるので、より効率的な電圧変換器を使用することが可能である、有利なオプトエレクトロニクス半導体部品をもたらす。さらに、このようにバンドギャップの異なる材料に基づいて半導体部品の供給電圧を整合させることができる。これは、異なる動作電圧を適応する必要なしに、有利な回路設計の可能性をもたらす。
【００２６】
オプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、この方法は、以下のステップを含む：
Ａ）成長基板を提供するステップと、
Ｂ）第１の半導体層と、第２の半導体層及び電磁放射線を発生するように設計された活性層とを含む半導体積層体を成長させるステップと、
Ｃ）第１のコンタクトゾーンと、第２のコンタクトゾーン及び少なくとも１つの遮蔽ゾーンを前記半導体積層体に導入するステップと、
Ｄ）前記活性層から離れた前記第２の半導体層の側に電気絶縁層を配置するステップと、
Ｅ）第１の電気端子層と、第２の電気端子層及び電気接続層を前記活性層から離れた電気絶縁層の側に配置するステップと、
Ｆ）前記活性層から離れた前記第１の半導体層の側面を粗面化するステップ。
【００２７】
オプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＣ）はステップＢ）の後にのみ実行される。ステップＣ）では、好ましくは、第１のコンタクトゾーン、第２のコンタクトゾーン及び遮蔽ゾーンを半導体積層体に導入するために、ディフュージョン又はイオンインプラントを実施する。
【００２８】
オプトエレクトロニクス半導体部品の製造方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体積層体は、成長基板から離れた側のキャリアに適用され、成長基板は分離される。この剥離は例えば、レーザーリフト・オフプロセスの手段によって行われる。オプトエレクトロニクス半導体部品のさらなる利点及び有利な設計及びさらなる実施形態は、図に関連して示される以下の例示的な実施形態から生じる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１Ａ】第１の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図１Ｂ】第１の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品のバンド端である。
【図１Ｃ】第１の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の底面側の上面図の概略図である。
【図２Ａ】第２の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図２Ｂ】第２の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品のバンド端の図である。
【図２Ｃ】第２の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の底面側の上面図の概略図である。
【図３Ａ】第３の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図３Ｂ】第３の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の底面側の上面図の概略図である。
【図４Ａ】第４の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図４Ｂ】第４の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品のバンド端である。
【図５】第５の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図６】第６の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図７】第７の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面図である。
【図８】第８の実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の概略断面である。
【図９】第９の実施形態による可能な回路レイアウトの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図中では、同一、類似又は同等の要素には同一の参照符号を付してある。図面及び図面に示される要素の比率は、正確な縮尺であると見なされるべきではない。むしろ、個々の要素は、より良好な表現性及び／又はより良好な理解性のために、特大であってもよい。
【００３１】
図１Ａは、切断線２を有するオプトエレクトロニクス半導体部品１の第１の例示的な実施形態を示す。オプトエレクトロニクス半導体部品１は、第１の半導体層１０１、第２の半導体層１０２及び活性層１０３を有する半導体積層体１０を含む。活性層１０３は、第１の半導体層１０１と第２の半導体層１０２との間に配置される。半導体層は、好ましくは互いの上面にエピタキシャル成長される。第１の半導体層及び第２の半導体層は、例えばシリコン、テルル又はスズでｎ型ドープされ、ガリウムヒ素化合物半導体材料をベースとする。化合物半導体材料の組成により、第１の半導体層１０１及び第２の半導体層１０２のバンドギャップは活性層１０３のバンドギャップよりも大きくなり、これにより、活性層１０３内に電荷キャリアを含有させることが有利に達成され得る。
【００３２】
弱くｎ型ドープされた第２のコンタクト層１８２は、活性層１０３から離れた側に配置される。活性層１０３から離れた第２のコンタクト層１８２の側面では、電気絶縁層１７０が続く。電気絶縁層１７０は例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンで形成することができる。
【００３３】
オプトエレクトロニクス半導体部品１の内部には、第１のコンタクトゾーン１２１と、第２のコンタクトゾーン１２２と、遮蔽ゾーン１３０とが配置されており、これらは亜鉛をｐ型ドーピングすることによって形成され、コンタクト層１８０から第１の半導体層１０１に延び、活性層１０３を完全に貫通する。
【００３４】
オプトエレクトロニクス半導体部品１の電気的接触のために、電気絶縁層１７０を完全に貫通する第１の電気端子層１４１と、第２の電気端子層１４２を有する第１のコンタクト層１８１とが、活性層１０３から離れた第２のコンタクト層１８２の側に配置される。第１のコンタクト層１８１は、高度にｎ型ドープされたインジウムガリウムリン化アルミニウム半導体材料で形成され、電気絶縁層１７０を完全に貫通し、コンタクト層１８０と第２の電気端子層１４２との間に配置される。第２の電気端子層１４２は、第２の半導体層１０２への電気的接触を提供し、第１の電気端子層１４１は、第１のコンタクトゾーン１２１を介して活性層１０３へ正孔を注入するための導電性経路を提供する。
【００３５】
第１のコンタクトゾーン１２１と遮蔽ゾーン１３０との間に、さらに高度にｎ型ドープされた第１のコンタクト層１８１が配置され、これは電気絶縁層１７０を完全に貫通し、従って、電気接続領域１５０を形成する。電気接続領域１５０及び第２のコンタクトゾーン１２２は、活性層１０３から離れた電気絶縁層１７０の側面に配置された電気接続層１４３の手段によって、導電的に接続される。電気接続層１４３は、電気絶縁層１７０を貫通して第２のコンタクトゾーン１２２と接触し、電気絶縁層１７０によって遮蔽ゾーン１３０から絶縁される。
【００３６】
遮蔽ゾーン１３０は、電気接続領域１５０と第２のコンタクトゾーン１２２との間の横方向への電荷キャリアの直接的な流れを阻止する。従って、横方向のｐｎ接合が、第１のコンタクトゾーン１２１と電気接続領域１５０との間、及び第２のコンタクトゾーン１２２と第２の電気端子層１４２との間に生成され、そこで電荷キャリアの放射再結合が可能である。
【００３７】
遮蔽ゾーン１３０、第２のコンタクトゾーン１２２、電気接続領域１５０、第１のコンタクト層１８１及び電気接続層１４３を組み合わせて、機能領域１６０を形成することができる。機能領域１６０が横方向の順序で数回繰り返される場合、電荷キャリアの放射再結合が可能であるさらなるｐｎ接合が、各繰り返しで生成される。これは、ｐｎ接合の直列接続に対応するため、ｐｎ接合の両端の電圧降下が加算される。このようにして、有利に高い供給電圧のためのオプトエレクトロニクス半導体部品１を製造することが可能であり、その結果、例えば、その動作のための電圧変換器が、一緒に分配され得る。
【００３８】
図１Ｂは、第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品１のバンド端を示す。第１の例示的な実施形態は、図１Ａに示される切断線２において測定される、無電流状態におけるオプトエレクトロニクス半導体部品に関する。図１Ａの横方向の縮尺は、図１Ｂの横方向の縮尺に対応する。外部電圧がない場合、バンド端の平坦なコースが見られ、第１のコンタクトゾーン１２１、第２のコンタクトゾーン１２２、及び遮蔽ゾーン１３０の点で擾乱がある。遮蔽ゾーン１３０内、第１のコンタクトゾーン１２１内、及び第２のコンタクトゾーン１２２内のエネルギーバンド端の小さな立面は伝導バンド内で見ることができ、これは、量子井戸構造の擾乱（いわゆる量子井戸相互混合）によって引き起こされる。
【００３９】
図１Ｃは、第１の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品の底面側の上面図の概略図を示す。横方向の縮尺は、図１Ａ及び図１Ｂの横方向の縮尺に対応する。オプトエレクトロニクス半導体部品１の底面の平面図は、電気絶縁層１７０、第２のコンタクトゾーン１２２、遮蔽ゾーン１３０、第１のコンタクトゾーン１２１、第１のコンタクト層１８１、第２の電気端子層１４２及び第１の電気端子層１４１を含む。異なるハッチングは、遮蔽ゾーン１３０が電気接続層１４３と何ら接触していないことを明らかにする。
【００４０】
図２Ａは、切断線２を有するオプトエレクトロニクス半導体部品１の第２の例示的な実施形態を示す。第２の実施形態は、異なる動作状態を除いて第１の実施形態に対応する。ここに示すオプトエレクトロニクス半導体部品は、第１の電気端子層１４１及び第２の電気端子層１４２を介して供給電圧に接続されている。これは、第２の電気端子層１４２と第２のコンタクトゾーン１２２との間、及び第１のコンタクトゾーン１２１と電気接続領域１５０との間で電荷キャリアの放射再結合をもたらす電荷キャリア電流を生成する。
【００４１】
図２Ａに示される切断線２で測定される、図２Ｂは第２の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品１のバンド端を示す。図２Ａの横方向の縮尺は、図２Ｂの横方向の縮尺に対応する。通電状態ではバンドの曲がりが見える。また、遮蔽ゾーン１３０を通る価電子バンド及び伝導バンドレベルの増加は、電子ｅ及び正孔ｈに対する電荷キャリア障壁として作用することが分かる。第２のコンタクトゾーン１２２から始まる矢印は、電気接続層１４３によって確立される第２のコンタクトゾーン１２２と電気接続領域１５０との間の導電性経路を表す。
【００４２】
図２Ｃは、第２の実施形態に係るオプトエレクトロニクス半導体部品１の底部の上面図の概略図を示す。横方向の縮尺は、図２Ａ及び図２Ｂの横方向の縮尺に対応する。この例示的な実施形態は、第１のコンタクトゾーン１２１と電気接続領域１５０との間、及び矢印によって示される第２のコンタクトゾーン１２２と第２の電気端子層１４２との間の電荷キャリアの放射再結合を除いて、本質的に第１の例示的な実施形態に対応する。
【００４３】
図３Ａは、オプトエレクトロニクス半導体部品１の第３の例示的な実施形態を示す。第３の例示的な実施形態は、遮蔽ゾーン１３０の形状を除いて、第２の例示的な実施形態に本質的に対応する。第１の遮蔽ゾーン１３０に加えて、第２の遮蔽ゾーン１３０が、第１の遮蔽ゾーン１３０から横方向に離間した第２のコンタクトゾーン１２２と電気接続領域１５０との間に位置する。複数の遮蔽ゾーンは、有利にはシールド有効性を増加させることができ、従って、有利には、漏れ電流を減少させて、装置の効率を増加させることができる。
【００４４】
図３Ｂは、第３の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品１の底面側の上面図の概略図を示す。図３Ａの横方向の縮尺は、図３Ｂの横方向の縮尺に対応する。図３Ｂは、電気接続層１４３と接触していない遮蔽ゾーン１３０の大部分を示す。
【００４５】
図４Ａは、切断線２を有するオプトエレクトロニクス半導体部品１の第４の例示的な実施形態を示す。第４の例示的な実施形態は、遮蔽ゾーン１３０の内側に配置され、電気絶縁層１７０の材料で充填される凹部１９０を除いて、本質的に第２の例示的な実施形態に対応する。凹部１９０は第２のコンタクト層１８２から第１の半導体層内に延在し、活性層１０３を完全に貫通する。電気絶縁層１７０の材料がその中に収容されると、凹部１９０は半導体積層体１０内の屈折率ジャンプを表し、そこで電磁放射が反射され得る。凹部１９０の正のフランク角と、抽出面に対してある角度で走る界面での結果として生じる反射とは、光の抽出を有利にし、従って、オプトエレクトロニクス半導体部品１の効率を高める。同時に、凹部１９０は領域１６０内の電気絶縁を改善し、従って、第２のコンタクトゾーン１２２と電気接続領域１５０との間の半導体積層体１０内の漏れ電流の低減に寄与することができる。
【００４６】
図４Ｂは、図４Ａに示される切断線２で測定される、第４の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品１のバンド端を示す。図４Ａの横方向の縮尺は、図４Ｂの横方向の縮尺に対応する。凹部１９０に起因して、凹部１９０内で価電子バンド端のさらなる増加が生じることが分かる。これにより、漏れ電流がさらに減少する可能性がある。
【００４７】
図５は、オプトエレクトロニクス半導体部品１の第５の例示的な実施形態を示す。第５の例示的な実施形態は、活性層１０３から離れた第１の半導体層１０１の側に粗面を有する第２の例示的な実施形態に本質的に対応する。滑らかな表面は、全反射によって生じる導波路効果を生じやすい。この表面の粗面化又は構造化は導波路効果を低減することを可能にし、従って、活性層１０３内で発生する電磁放射のより効率的な抽出を可能にする。
【００４８】
図６は、オプトエレクトロニクス半導体部品１の第６の例示的な実施形態を示す。第６の例示的な実施形態は、第２の例示的な実施形態に本質的に対応する。活性層１０３から離れた第１の半導体層１０１の側に透明キャリア層１１０が追加される。透明キャリア層１１０は、例えば、サファイア又はガラスで形成することができ、オプトエレクトロニクス半導体部品１にその機械的安定性を与え、活性層１０３で発生する電磁放射に対して半透明である。エピタキシャル成長された半導体積層体上の成長基板は、半導体積層体から除去された。
【００４９】
図７は、オプトエレクトロニクス半導体部品１の第７の例示的な実施形態を示す。第７の例示的な実施形態は、本質的に第６の例示的な実施形態に対応する。第１の半導体層１０１と透明キャリア層１１０との間の界面の構造化が追加される。界面を粗くすることによって、半導体積層体１０からの電磁放射の取り出しが有利に促進される。
【００５０】
図８は、オプトエレクトロニクス半導体部品の第８の例示的な実施形態を示す。第８の例示的な実施形態は本質的に第２の例示的な実施形態に対応するが、第１の電気端子層１４１と第１のコンタクトゾーン１２１との間に横方向の順序で配置された複数の機能領域１６０を有する。これは、横方向に配置された機能領域１６０の直列接続、ひいては複数のｐｎ接合、及び第１の電気端子層１４１と第２の電気端子層１４２との間の供給電圧の増加をもたらす。
【００５１】
図９は、第９の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス半導体部品１の可能な回路レイアウトの概略図を示す。オプトエレクトロニクス半導体部品１は、電気絶縁層１７０、第の１電気端子層１４１、第２の電気端子層１４２、複数の第２のコンタクトゾーン１２２、複数の遮蔽ゾーン１３０、及び複数の電気接続層１４３を含む。各ｐｎ接合は、遮蔽ゾーン１３０によって完全に囲まれ、従って、隣接するｐｎ接合から電気的に絶縁される。電気接続層１４３は、ｐｎ接合間に導電性経路を形成する。図示された構成では、最小の空間要件で、例えば９個のｐｎ接合の直列接続を達成することができる。
【００５２】
本発明は、例示的な実施形態に基づく説明によって限定されるものではない。むしろ、本発明はすべての新しい特徴及び特徴のすべての組合せを含み、特に、この特徴又は組合せ自体が特許請求の範囲又は例示的な実施形態において明示的に述べられていない場合であっても、特許請求の範囲における特徴のすべての組合せを含む。
【００５３】
本特許出願は、ドイツ特許出願第１０２０１７１２６４４６．９号の優先権を主張するものであり、その開示内容は、本明細書に参照により組み込まれる。
【符号の説明】
【００５４】
１  オプトエレクトロニクス半導体部品
２  切断線
１０  半導体積層体
１０１  第１の半導体層
１０２  第２の半導体層
１０３  活性層
１１０  透明キャリア層
１２１  第１のコンタクトゾーン
１２２  第２のコンタクトゾーン
１３０  遮蔽ゾーン
１４１  第１の電気端子層
１４２  第２の電気端子層
１４３  電気接続層
１５０  電気接続領域
１６０  機能領域
１７０  電気絶縁層
１８１  第１のコンタクト層
１８２  第２のコンタクト層
１９０  凹部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
2021502693.tif 000004
【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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2021502693.tif 000020
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