(57)【要約】  本発明は、半導体ベースの構造化光源として使用可能な電磁放射を放出するための半導体デバイス及びその製造方法に関する。当該半導体デバイスは、ｎドープド層、能動層、及びｐドープド層で構成される層スタック構造と、並びに導体層と少なくとも1つの絶縁体層とを含む接続構造を包含する。ここで、前記導体層は、前記層スタック構造の前記能動層に平行である第１の方向に沿って互いに平行に配置され、且つ少なくとも２つの導体層、少なくとも１つの絶縁体層の間に配置され、ここで、１つ又は複数の導体層は、前記層スタック構造の前記ｐドープド層に電気的に接続されている。
2021520651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を放出するための半導体デバイスであって、
以下のもの：
少なくとも１つのｎドープド層（１１１）、
動作中に電磁放射を放出するように設計された少なくとも１つの能動層（１１２）、及び
少なくとも１つのｐドープド層（１１３）、
を含む、少なくとも１つの半導体材料を有する少なくとも１つの層スタック構造（１１０）を包含し、ここで、前記層は上下に平行に配置され、前記能動層（１１２）は、ｎドープド層（１１１）とｐドープド層（１１３）との間にある、且つ
当該半導体デバイスは、導体層（１２２）及び少なくとも１つの絶縁体層（１２１）を含む１つの接続構造（１２０）をさらに包含し、
ここで、前記導体層（１２２）は、互いに平行に配置され、前記層スタック構造（１１０）の前記能動層（１１２）に平行である第１の方向（１０１）に沿って互いに平行に配置され、間隔を置いて配置され、且つ、少なくとも１つの絶縁体層（１２１）が少なくとも２つの導体層の間に配置され、
ここで、１つ又は複数の導体層（１２２）は、前記層スタック構造の前記ｐドープド層（１１３）に電気的に接続されている、半導体デバイス。
【請求項２】
前記接続構造（１２０）の前記１つ又は複数の導体層（１２２）のエッジ（１２３）の少なくとも一部が、前記層スタック構造（１１０）の前記ｐドープド層（１１３）に電気的に接続されている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記層スタック構造は、少なくとも１つの絶縁体層（２３０）を挿入することによって電気的に細分され、その結果、前記層スタック構造（１１０）の前記能動層（１１２）に平行である第２の方向（２０２）に沿って互いに平行に配置され、互いに間隔を置いて配置された、少なくとも２つの部分層スタック（２３１、２３２）が生成される、請求項１又は２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記少なくとも２つの部分層スタック（２３１、２３２）は、それらが前記第２の方向（２０２）に直交する長手方向軸を有する（２０３）ように形作られている、請求項３に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも２つの部分層スタック（３４４、３４５）は、前記接続構造（３４０）のそれぞれ１つの導体層（３４２）が、それぞれ１つの部分層スタック（３４４、３４５）の多くても１つのｐドープド層（３４３）に電気的に接続されるように整列される、請求項３又は４に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記少なくとも２つの部分層スタック（４５５，４５６）は、前記接続構造（４２０）のそれぞれ１つの導体層（４５１、４５２）は、前記少なくとも２つの部分層スタック（４５５，４５６）の、前記第１の部分層スタック（４５５）の前記ｐドープド層（４５３）及び前記第２の部分層スタック（４５６）の前記ｐドープド層（４５４）と電気的に接続されているように、整列されている、請求項３又は４に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記接続構造は、前記層スタック構造に対して本質的に垂直に配置されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記ｎドープド層が電気的に接触している、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
それぞれ１つの導体層（５９２）及びそれぞれ１つのｎドープド層（５９１）は、前記ｎドープド層（５９１）に垂直に電気的に接続されているか（５９３）、又は
それぞれ１つの導体層（５９４）及びそれぞれの１つのｎドープド層（５９５）及びそれぞれのｎドープド層（５９５）は、前記ｎドープド層（５９５）に並列に（５９６）電気的に接続されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記接続構造の前記導体層がそれぞれ個別に電気的に接触している、請求項１〜９のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記接続構造の前記導体層（１２２）及び／又は前記絶縁体層（１２１）がそれぞれ１０〜５０００ｎｍ、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの層厚（１２４、１２５）を有する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
その長手方向縦軸（２０３）に垂直な前記層スタック構造（２１０）の前記少なくとも２つの部分層スタック（２３１，２３２）のそれぞれ１つの部分層スタックは、５０〜５０００ｎｍ、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの延長（２３３）を有する、請求項４〜１１のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記層スタック構造（１１０）が、ＩＩＩ族−窒化物又はＩＩＩ族−リン化物又はＩＩＩ族−ヒ素化物の材料系に基づく、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記能動層（１１２）が、グループ（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ａｓ、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｐ又は（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎからの少なくとも１つの半導体材料を包含する、請求項１３に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
電磁放射を放出するための半導体デバイスの製造方法であって、以下のステップ：
１つのｎドープド層（１１１）、動作中に電磁放射を放出するように設計された１つの能動層（１１２）、及び１つのｐドープド層（１１３）を重ね合わせることによる、少なくとも１つの半導体材料を有する１つの層スタック構造を製造するステップであって、前記能動層（１１２）は、ｎドープド層（１１１）とｐドープド層（１１３）との間にある、ステップ、及び
導体層（１２２）と少なくとも１つの絶縁体層（１２１）とを含む１つの接続構造（１２０）を製造するステップであって、
前記層スタック構造（１１０）の前記能動層（１１２）に平行である第１の方向（１０１）に沿って平行な距離に配置すること、及び少なくとも２つの導体層の間に少なくとも１つの絶縁層（１２２）を配置すること、
少なくとも１つ又は複数の導体層（１２２）を前記層スタック構造の前記ｐドープド層（１１３）に電気的に接続すること、によるステップ、
を包含する製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は、電磁波を放射する半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法、並びに特にサブマイクロメートルからマイクロメートルの範囲の小さな表面要素から電磁放射を放射することができる半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
技術的背景
蛍光顕微鏡法は伝統的に生物学的検査で使用されている。この手法で得られる情報は、蛍光が空間的にプレパラートの特定の部分に減少した場合にのみ有益である。生物学的調査の文脈における別の問題は光毒性であり、それにより、特に紫外スペクトルにおいて、短波電磁放射に曝されると細胞が損傷する可能性がある。
【０００３】
蛍光の良好な空間制限を達成するために、いくつかの生物学的調査の状況では、フレキシブルな供給ラインで電磁放射線を放出するための非常に小さなプローブが必要である。
【０００４】
生物学的及び生化学的調査に関連する他の手法は、３Ｄ構造化照明顕微鏡法（３Ｄ−ＳＩＭ、構造化照明顕微鏡法）及びいわゆるローカリゼーション顕微鏡法である。３Ｄ  ＳＩＭを使用して、プレパラートは特定のストリップパターンで照明される。これらの照明パターンを重ね合わせることにより、モワレ効果を使用して、従来の解像度の限界を超える高解像度を実現できる。ローカリゼーション顕微鏡を使用して、サンプルの連続した部分が励起される。このようにして得られた蛍光データを逆算することにより、非常に正確な画像を得ることができる。
【０００５】
この構造化された照明を得て、特定の解像度を達成するための１つの可能性は、発光ダイオードで構成されるマトリックス、例えばマイクロＬＥＤアレイである。通常、各ダイオードはマトリックス内で個別に制御される。
【０００６】
これらのダイオードマトリックスは、従来、数センチメートルの範囲の空間寸法を持ち、ピクセルはサブミリメートルの範囲にある。その結果、それらは比較的低い分解力と柔軟性のない供給ラインを持っており、特にｉｎ  ｖｉｖｏでの多くの生物学的調査には不適切である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の要約
本発明は、電磁放射を放出するための改良された半導体デバイス及びその対応する製造方法を提供するという目的に基づいている。特に、半導体ベースの構造化光源としてコンパクトな半導体デバイスを提供すること、及びそれを製造する方法を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１の特徴を有する半導体デバイスによって、及び請求項１５の特徴を有する製造方法によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
一実施形態によれば、電磁放射を放出するための半導体デバイスは、少なくとも１つの半導体材料を有する少なくとも１つの層スタック構造を包含する。この層スタック構造は、少なくとも１つのｎドープド層、動作中に電磁放射を放出するように設計された少なくとも１つの能動層、及び少なくとも１つのｐドープド層で構成される。層は互いに平行に配置され、且つ能動層はｎドープド層とｐドープド層の間にある。さらに、半導体デバイスは、導体層及び少なくとも１つの絶縁体層を含む１つの接続構造を含む。この場合、導体層は、層スタック構造の能動層に平行な、互いに平行で間隔を空けて配置された、第1の方向に沿って配置される。少なくとも１つの絶縁体層が少なくとも２つの導体層の間に配置される。１つ又は複数の導体層が層スタック構造のｐドープド層に電気的に接続されている。
【００１０】
このようにして、構造化された電磁放射を放出することができる、電磁放射を放出する半導体デバイスを実装することができる。少なくとも２つの導体層で構成されるラメラ接続構造を使用することにより、半導体デバイスは大幅に小型化してコンパクトにすることができる。特に、層スタック構造が発光面積よりも大幅に大きくならないように形成できる、デバイスの断面積の縮小が可能である。
【００１１】
有利な実施形態によれば、接続構造の１つ又は複数の導体層のエッジの少なくとも一部は、層スタック構造のｐドープド層に電気的に接続されている。
【００１２】
したがって、わずかな電流拡がり(Strom-Aufweitung)が、対応して接触したｐドープ領域で生成され得る。これにより、対応する接点又は接続点の範囲に本質的に制限される電磁放射が発生する可能性がある。このようにして、達成可能な解像度に大きな影響を与えたり、増加させたりすることができる。
【００１３】
有利な一実施形態によれば、層スタック構造は、少なくとも１つの絶縁体層を挿入することによって電気的に細分化される。これにより、部分レイヤーのスタックが少なくとも２つ作成される。これらは、層スタック構造の能動層に平行な第２の方向に沿って互いに平行に配置され、互いに離れて配置される。
【００１４】
したがって、第２の方向に沿った横方向の電流の拡がりは、それぞれの部分的な層スタックの空間的範囲に制限することができる。
【００１５】
これにより、対応する接触したｐドープ領域で非常に小さな電流拡がり(Strom-Aufweitung)を生成できる。これにより、電磁放射の放出を空間的にさらに制限することができ、且つ達成可能な解像度をさらに高めることができる。
【００１６】
さらに有利な一実施形態によれば、このようにして得られた少なくとも２つの部分層スタックは、それらが第２の方向に直交する縦軸を有するほど顕著である。
【００１７】
したがって、優れた縦軸を備えた棒状の部分層の少なくとも２つのスタックを製造することができる。
【００１８】
有利な一実施形態によれば、接続構造のそれぞれの導体層が、それぞれの部分層スタックの多くても１つのｐドープド層に電気的に接続されるように、少なくとも２つの部分層スタックが整列される。
【００１９】
したがって、電気接続ポイントの領域に制限されている電磁放射の線形放出を達成することができる。さらに、放出される電磁放射の強度は、それぞれの部分層スタックに接続された導体層の数によって制御することができる。
【００２０】
有利な一実施形態によれば、少なくとも２つの部分層スタックは、接続構造のそれぞれの導体層が第１の部分層スタックのｐドープド層に、及び少なくとも２つの部分層スタックの第２の部分層スタックのｐドープド層に電気的に接続されるように整列される。
【００２１】
したがって、マトリックスのような構造化された電磁放射の放出を達成することができ、それはそれぞれの場合に電気接続ポイントの領域に制限される。例えば、線に沿ったパターンに従って配置されたいくつかの非常に小さなピクセルを実現することができる。
【００２２】
有利な一実施形態によれば、接続構造は、層スタック構造に対して本質的に垂直に配置される。
【００２３】
接続構造とその層は、層スタックの下側に本質的に垂直に取り付けられているため、発光領域は本質的に半導体デバイスの断面に対応する。したがって、半導体デバイスの断面のサイズを小さくすることができる。
【００２４】
有利な一実施形態によれば、ｎドープド層は電気的に接触している。
【００２５】
したがって、半導体デバイスによる電磁放射の放出を実現することができる。
【００２６】
有利な実施形態によれば、それぞれの導体層及びそれぞれのｎドープド層は、ｎドープド層に垂直に電気的に接続されている。あるいは、それぞれの導体層及びそれぞれのｎドープド層は、ｎドープド層に並列に電気的に接続されている。
【００２７】
したがって、半導体デバイスのサイズをさらに小さくすることができる。さらに、このようにして、有利なピクセル化された制御を達成することができる。ピクセル化された制御では、この場合、少なくとも１つのｐドープド層と少なくとも１つのｎドープド層との組み合わせは、１つ又は複数のピクセル（それぞれの部分層スタックの能動層のそれぞれの部分（Anteil））が発光するように制御される。
【００２８】
一実施形態によれば、接続構造の導体層は、それぞれ個別に電気的に接触している。
【００２９】
したがって、接続構造内の個々の導体層を個別に制御できる。例えば、これにより、空間的に高度に制限された複数のピクセルからさまざまなラインパターン又はパターンを生成できる。
【００３０】
一実施形態によれば、接続構造の導体層及び／又は絶縁体層はそれぞれ、１０〜５０００ｎｍ、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの層厚を有する。
【００３１】
したがって、半導体デバイスのサイズ、特に発光領域に本質的に対応するその断面は、例えば、サブマイクロメートル範囲又はマイクロメートル範囲の発光のための小さな表面要素を備えたミリメートル／マイクロメートル範囲に大幅に縮小することができる。さらに、非常に薄い導体層と絶縁体層を使用すると、導体層に接続された層スタック又は部分層スタックのｐドープド層の電流拡がりが強く制限されるため、接触点の低マイクロメートル範囲又はサブマイクロメートル範囲への電磁放射の放出を効果的に空間的に制限できる。
【００３２】
一実施形態によれば、層スタック構造の少なくとも２つの部分層スタックのそれぞれの部分層スタックは、その長手方向軸に垂直に、５０〜５０００ｎｍ、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの拡がり(Ausdehnung)を有する。
【００３３】
したがって、一方向内の電流拡がりは、部分層スタックの範囲の上記のオーダーまで減らすことができる。これにより、電磁放射の放出を、部分層スタックの上記の拡張スケールにさらに制限することが可能になる。
【００３４】
一実施形態によれば、層スタック構造は、ＩＩＩ族−窒化物又はＩＩＩ族−リン化物又はＩＩＩ族−ヒ素化物の材料系に基づく。
【００３５】
一実施形態によれば、能動層は、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｐ、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ａｓの群からの少なくとも１つの半導体材料を包含する。ＡｌＩｎＧａＮなどの４元系も可能である。
【００３６】
このようにして、電磁放射の放出を特定の波長範囲で刺激することができる。この例としては、波長範囲は可視スペクトルで、色は青、赤、又は黄色で、波長範囲はスペクトルの紫外線部分と赤外線部分である。
【００３７】
一実施形態によれば、電磁放射を放出するための半導体デバイスの製造方法は、ｎドープド層、動作中に電磁放射を放出するように設計された能動層、及びｐドープド層を重ね合わせることによる、少なくとも1つの半導体材料を有する層スタック構造を製造することを包含する。さらに、この方法は、導体層及び少なくとも１つの絶縁体層を含む接続構造の製造をさらに包含する。この場合、前記導体層は、層スタック構造の能動層に平行である第１の方向に沿って平行な間隔で配置され、且つ、少なくとも１つの絶縁体層は、少なくとも２つの導体層の間に配置される。さらに、少なくとも１つ又は複数の導体層が、層スタック構造のｐドープド層に電気的に接続されている。
【００３８】
本発明のさらに有利な特徴は、実施形態の詳細な説明及び特許請求の範囲に開示されている。
【００３９】
図面の簡単な説明
以下に、本発明を、以下を示す添付の図面を参照して詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】図１は、一実施形態による層スタック構造及び電子接続構造を概略的に示している。
【図２】図２は、一実施形態によれば、少なくとも１つの絶縁体層を挿入することによって電気的に細分化され、その結果、少なくとも２つの部分層スタックが生じる層スタック構造を概略的に示している。
【図３】図３は、一実施形態による、部分層スタックの整列を有する半導体デバイスを概略的に示している。
【図４】図４は、別の実施形態による、部分層スタックの整列を備えた半導体デバイスを概略的に示している。
【図５】図５は、接続構造の１つの導体層と層スタック構造の１つのｎドープド層との間の１つの電気接続の２種類を概略的に示している。
【図６】図６は、導体層を扇形に広げて接触させる方法の１例を示している。
【図７】図７は、半導体デバイスの製造方法を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４１】
実施形態の説明
本発明の好ましい実施形態は、以下、添付の図面を参照して詳細に説明される。その際、さまざまな図面では、同じ要素又は対応する要素はそれぞれ、同じ又は類似の参照記号で示されている。
【００４２】
以下に詳細に説明される本発明の好ましい実施形態は、電磁放射を放出するための、特に数マイクロメートルから百又は数百ナノメートルまでの空間長スケールで発光表面を有する構造から光を放出するための半導体デバイスに関して詳細に説明される。ただし、以下の説明には例のみが含まれており、本発明を限定するものと見なされるべきではないことに留意されたい。
【００４３】
図１は、電磁放射を放出するための半導体デバイス１００の要素を概略的に示している。少なくとも１つの半導体材料及び３つの層、１つのｐドープド層１１３、１つの能動層１１２、及び１つのｎドープド層１１１、を有する１つの層スタック構造１１０が示されている。
【００４４】
その際、層スタック構造は、複数の層を積み重ねて構成された、例えば同じ半導体材料で作られた、構造である。
【００４５】
その際、ｎドープド層、能動層及びｐドープド層は、半導体技術から、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）に関して、当業者に知られているドーピング及び特性を有する層に対応する。
【００４６】
層が上下に平行に配置され、ＬＥＤの基本的な配置に対応して、能動層がｎドープド層とｐドープド層との間にあることが示されている。
【００４７】
１つの層は、例えば、２つの相互に平行な側面、これらは底面として定義できる、を持つ直方体として説明できる。その際、この底面の面積は、直方体の側面の面積の倍数であるため、底面はこの直方体の体積を決定する要素である。非常に薄い層又は低い立方体の高さという限定的なケースでは、層は数学的な表面として抽象化することもできる。
【００４８】
さらに、例えば、それぞれの層は、平面(Ebene)（x、y）内の数学的な領域として、又は上記の直方体の底面で表すことができる。その際、各曲面(Flaeche)／底面は、又は各直方体は、他の直方体の、又は複数の直方体の、他の曲面／底面と平行に配置される。さらに、能動層を表す曲面/直方体は、それぞれがｐドープド層とｎドープド層を表す２つの曲面／直方体の間にある。次に、上記の曲面の並列配置は、例えば図１に示すように、ｚ軸に沿って行われる。
【００４９】
その際、図１のｎドープド層１１１は、好ましくは、１０００〜５０００ｎｍの層厚１３０を有する。その際、能動層１１２は、好ましくは１０〜３００ｎｍの層厚を有する。効率的なＬＥＤの規格によれば、能動層１１２は、好ましくは、複数の個々の層からなる量子ウェル構造を有する。その際、それぞれの層は、バリア又は量子ウェルのいずれかに対応する。その際、量子ウェルはそれぞれバリアによって分離されており、あるいは、量子ウェルとバリアは交互になっている。その際、量子ウェル層の厚さは２〜５ｎｍであり、且つ、活物質、例えばＡｌＡｓ、ＧａＮ、又はＡｌＧａＡｓで構成されている。その際、バリア層の厚さは８〜１５ｎｍであり、不活性材料、例えばケイ素又は窒化ケイ素などの半導体材料で構成されている。その際、ｐドープド層１１３は、好ましくは、５０〜３００ｎｍの層厚１３２を有する。
【００５０】
直方体としての層の上記の概念を参照すると、ここで説明されている層の厚さは、それぞれの場合において、上記の直方体の高さとして解釈することができる。
【００５１】
例として、それぞれのｐドープド層の薄層の厚さを選択することにより、能動層の伸長面に平行な低導電率、又はここではx-y方向のｐドープド層の小さな横方向電流拡がり(Stromaufweitung)が達成される。
【００５２】
さらに、導電性材料１２２で作られた導体層及び電気的絶縁材料で作られた絶縁体層１２１を含む接続構造１２０が示されている。適切な材料の例としては、ＳｉＯ２、窒化シリコン、及びプラスチックがあり、ここでは空気も絶縁体になり得る。
【００５３】
導体層１２２は、層スタック構造１１０の活性層１１２に平行であり、互いに平行に間隔を置いて配置されている第１の方向１０１に沿って、及び好ましくは直交して配置されている。少なくとも１つの絶縁体層１２１が、少なくとも２つの導体層１２２の間に配置されている。
【００５４】
ここでもやはり、それぞれの層は、上記の説明を使用して、曲面又は直方体として説明できる。その際、接続構造は、前述のように、層スタック構造の個々の層の配置に似ている。ここで、この配置は、層スタック構造に対して、例えば９０度傾斜しているため、接続構造の層は、層スタックの層に本質的に直交する。
【００５５】
言い換えると、層スタック構造の個々の層は、能動層の主要延長面(Haupterstreckungsebene)に対して垂直に配置される。ここでの前記主要延長面は、能動層が主に延在する(erestreckt)曲面に対応する。能動層は、ｎドープド層とｐドープド層との間に配置される。導体層はさらに、活性領域の主延長面に平行であり、互いに平行であり、間隔を置いて配置されている横方向１０１に配置されている。
【００５６】
例えば、接続構造のそれぞれの層は、（ｘ、ｚ）平面(Ebene)内の数学的な曲面(Flaechen)として抽象化できる。ここで、各曲面は並列に配置され、同じ表面積(Flaecheninhalt)を有し、絶縁層を説明する少なくとも１つの曲面が、導体層を説明する２つの曲面の間に配置される。次に、上記の曲面の並列配置がｙ軸に沿って行われる。
【００５７】
導体層１２２及び絶縁体層１２１はそれぞれ、１０〜５０００ｎｍの層厚１２４、１２５、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの層厚１２４、１２５を有する。
【００５８】
結果として得られる構造は、ラメラとして説明できる。直方体としての層の上記の概念を参照すると、ここで説明する層の厚さは、その底面(Grundflaeche)がその側面領域の倍数、例えば100倍である直方体の高さとして説明できる。
【００５９】
可能な一実施形態として、それぞれの導体層はまた、線の代わりに個々のピクセルを生成するために、その伝播方向に沿って、つまり図１のｘ方向に下部構造化することもできる。例えば、導体層は、細長い、互いに平行で間隔を置いて配置された導体層の延長面(Erstreckungsebene)内に配置された複数のサブ導体層、例えば、z方向に縦軸とx方向に横軸を持つストリップの形で、からなることができる。
【００６０】
例えば、そのような接続構造は、導電性ストリップを部分導体層として絶縁材料の層上に配置し、次に再び絶縁材料の層等々に配置することによって製造することができる。次に、ストリップの一方の端をｐドープド層に、もう一方の端を電流源が接触し、その結果、電流が流れると、ｐドープド層の上にある層で電磁放射が生成される。別の一例は、導体層は、化学エッチングによって層スタック構造に電気的に接触しているエッジ１２３の部分で下部構造化されていること、例えば、鋸歯状の関数、長方形の関数、又は三角形の関数の連続したシーケンスに似ていことである。
【００６１】
電流拡がりが小さいため、導体トラックの層の厚さが薄いため、発光領域を有利に減らすことができる。
【００６２】
上記の接続構造は、層スタック構造に対して本質的に垂直に配置される。「本質的に垂直」という用語は、ここでは、例えば、９０度に近い、例えば７０〜１１０度の範囲の角度配向(winkelausrichtung)として理解できる。
【００６３】
言い換えれば、接続構造は、層スタックの層の底面が、接続構造の層の底面に対してゼロより大きい角度配向を有するという意味で、層スタック構造に対して傾斜している。
【００６４】
さらに、１つ又は複数の導体層１２２は、層スタック構造のｐドープド層１１３に電気的に接続されている。
【００６５】
１つの導電性材料を使用することにより、上記のｐドープ１１３とｎドープド層１１１を接触させることができ、電流を流して電磁放射を放出することができる。記載された導体層１２２は、半導体構造、例えば発光ダイオードのための電源ラインとして使用することができる。
【００６６】
電気的接続は、この場合例えば、加圧焼結、銀焼結（転写法として）、合金化などの合金化又は焼結プロセスによって、2つの平行な導体トラックに電圧を印加し、横方向に導電性ではないP側に非常に薄い金属層を印加することによって行うことができる。非常に薄い金属層を適用することにより、オーム抵抗があるため、接触を有利に改善することができる。
【００６７】
層スタック構造は、例えば、当技術分野の当業者に知られているエピタキシー法、特に有機金属気相エピタキシー（ＭＯＶＰＥ、ＭＯＣＶＤＥ）によって製造することができる。
【００６８】
接続構造は、例えば、蒸着によって、層を互いに適用することによって、例えば、異なる担体材料から製造することができる。例えば、物理的蒸気堆積（ＰＶＤ）、プラズマ増強化学蒸気堆積（ＰＥＣＶＤ）、原子層堆積（ＡＬＤ）、又はスパッタリング技術の当業者に知られている方法をここで使用することができる。
【００６９】
その際、ここに示される層スタック構造１１０は、好ましくは、ＩＩＩ族窒化物又はＩＩＩ族リン化物又はＩＩＩ族ヒ素化物の材料系に基づく。その際、能動層は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ（３００〜５００ｎｍの範囲の波長の電磁放射、紫外線及び青色光に対応）、ＧａＰ、ＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＡｌＰ（赤色光に対応する６００〜８００ｎｍの範囲の波長の電磁放射））、ＧａＡｓ及びＩｎＧａＡｓの群からの少なくとも１つの半導体材料を包含する。ただし、一般に、半導体材料は次のグループから選択することもできる：  （Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ａｓ、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｐ又は（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ。ここで、括弧を付した可能な材料の組み合わせの表現は、括弧内の３つの材料の少なくとも１つを、括弧外のそれぞれの材料と組み合わせることができること、例えば、最初のグループ（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）の２つの可能な材料の組み合わせは次のとおりである。：  ＧａＡｓ又はＩｎＡｓ。もちろん、括弧内でいくつかの材料を組み合わせることもできる。
【００７０】
接続構造の絶縁層を構成する材料は、例えば、プラスチック、窒化ケイ素又は二酸化ケイ素である。しかしながら、他の代替案が当技術分野の当業者に知られている。したがって、これらの例の言及は限定的なものとして理解することはできない。この場合、二酸化ケイ素の使用は、これらが薄層上でアモルファスであるため、接続構造によって提供される供給ラインの柔軟性の向上を達成することを有利に可能にする。
【００７１】
その際、接続構造の導体層を構成する材料は、例えば、銀、銅、又は金である。ここでも、前述の材料を使用することで、接続構造によって提供される供給ラインの柔軟性を高めることができる。
【００７２】
接続構造１２０の１つ又は複数の導体層１２２のエッジ１２３の少なくとも一部は、好ましくは、層スタック構造１１０のｐドープド層１１３に電気的に接続されている。これは、導体層がｐドープド層１１３に本質的に垂直であること、且つそれらのエッジ１２３の部分を介してこれに電気的に接続されていることを意味する。
【００７３】
それぞれの導体層１２２のエッジ１２３の部分は、それぞれの導体層が描写する領域のエッジのほんの一部、例えば４分の１として説明することができる。言い換えれば、それぞれの導体層のエッジの部分は、底面面積がその総側面面積の倍数である直方体の総側面面積の一部、例えば総側面面積の４分の１として説明することができる。
【００７４】
有利なことに、接続構造内の非常に薄い導体層を、ｐドープド層と導体層のエッジの一部との間の電気的接触と組み合わせて使用することにより、対応するｐドープ領域で非常に小さな横方向電流拡がりを、とりわけ、ＩＩＩ族窒化物のグループからの材料を使用して達成できる。
【００７５】
これらの接続点又は接触点の延長は、接続構造の導体層の層の厚さによって一方向に制限することができる。これらの接点又は電気接続は、対応する接触点又は接続点の範囲に制限される、電磁放射の放出を有利に生成することができる。これにより、解像度を上げることができる。
【００７６】
図２は、層スタック構造１１０の、互いに電気的に絶縁され、好ましい実施形態による絶縁体層２３０を使用して互いに平行に配置された少なくとも２つの部分層スタック２３１、２３２への細分化を概略的に示す。
【００７７】
その際、それぞれの部分層スタックは、層スタック構造の上記のすべての機能を備えている。特に、それはｐドープド層２４２、ｎドープド層２４０、及び能動層２４１を有する。すでに説明したように、これらの層は上下に配置される。
【００７８】
部分層スタックは、層スタック構造２１０の能動層２４１に平行である第２の方向２０２（ｙ）に沿って互いに平行に配置され、互いに離間されている。
【００７９】
換言すれば、層スタック構造２１０は、活性領域の主要延長面内にある第１の方向２０３に沿って細分される。これは、部分層スタック２３１、２３２が、活性領域２４１の範囲の主要延長面内にある第２の方向２０２に沿って互いに平行に形成され、少なくとも１つの絶縁体層２３０がこれらの部分層スタック２３１、２３２の２つの間に配置されるように行われる。
【００８０】
層スタック構造２１０を、互いに電気的に絶縁された部分層スタック２３１、２３２に細分することにより、例えば、絶縁体層２３０によって、部分層スタック(Teilchschichtenstapels)のｐドープド層における第２の方向２０２の方向への電流の拡がりをさらに減らすことができる。
【００８１】
好ましい実施形態によれば、図２に示される部分層スタック(Teil-Schchtenstapel)２３１、２３２は、平行部分層スタックの配置方向２０２に対して直角である長手方向軸２０３を有することを特徴とする。
【００８２】
言い換えれば、少なくとも２つの部分層スタック２３１、２３２は、それらが第２の方向２０２に直交する長手方向軸２０３を有することを特徴とする。
【００８３】
すなわち、部分層スタック２３１、２３２は、少なくとも２つの部分層スタック２３１、２３２を互いに分離する、少なくとも１つの絶縁体層２３０の主要延長方向２０３に平行である長手方向軸２０３を有する。
【００８４】
ここで、長手方向軸２０３は、それぞれの部分層スタック２３１、２３２は、他の２つの方向（ｙ、ｚ）での拡張と比較して、この方向（ｘ）で何倍も拡張されることを特徴とする。
【００８５】
言い換えると、長手方向軸２０３は、それぞれの部分層スタック２３１、２３２を表すそれぞれの直方体の最も長いサイドエッジ(Seitenkante)（ｘ）の方向に対応する。その際、直方体には、第３の方向（ｘ）で、第３のサイドエッジに比べて数倍、例えば１０倍短い、２つの方向（ｙ、ｚ）にさらに２つのサイドエッジがある。第２の方向２０２（ｙ）は、部分層スタック２３１、２３２の長手方向軸２０３（ｘ）に垂直であり、且つ活性領域２４１の主要延長面（ｘ、ｙ）に平行である。
【００８６】
好ましくは、層スタック構造２１０の部分層スタックは、その長手方向軸２０３に垂直な、第２の方向２０２において、５０〜５０００ｎｍの延長(Ausdehnung)２３３、及び好ましくは２００〜２０００ｎｍの延長を有する。
【００８７】
このようにして、第２の方向２０２に沿った電流拡がりは、有利には、いずれの場合も、第２の方向２０２に沿った拡がり幅(Ausdehnugsweite)２３３に制限することができる。これにより、半導体デバイスの解像度を上げることができる。
【００８８】
図３は、半導体デバイス３００の絶縁体層３４１及び導体層３４２から構成される層スタック構造３４９及び接続構造３４０の部分層スタック３４４、３４５の例示的な配置３００を概略的に示す。ここで、少なくとも２つの部分層スタック３４４、３４５は、絶縁体層３４６によって互いに分離され、接続構造のそれぞれの導体層３４２が、それぞれの部分層スタック３４５の多くても１つのｐドープド層３４３に電気的に接続されるように整列される。
【００８９】
換言すれば、各部分層スタック３４４、３４５は、それぞれの部分層スタックに電気的にのみ接続されている接続構造３４０の導体層３４２にのみ接続されるように位置合わせされている。これは、接続構造３４０は、接続構造３４０の導体層３４２のいずれも、複数の、すなわち、少なくとも２つの部分層スタック３４４、３４５に電気的に接続されないように整列されていることを意味する。したがって、接続構造３４０の導体層３４２のそれぞれは、その主要延長平面が、部分層スタック３４５のｐドープド層３４３が描写する直方体の底面とのみ交差するように整列される。
【００９０】
例えば、導体層３４２は、対応する部分層スタック３４４、３４５の主要拡張方向３４８に対して、例えば−１０から＋１０度の角度範囲で本質的に平行に配置されるように、それぞれの部分層スタック３４４、３４５の長手方向軸３４８に垂直な延長３４７を含めて、互いに整列させることができる。
【００９１】
このようにして、いくつかの個別に制御可能な線の配置は、それらの長手方向軸に垂直な範囲が小さいため、非常に細い線を生成することができる。半導体デバイスの分解能(Aufloesungsvermoegen)は、このようにして有利に増加させることができる。
【００９２】
さらに、接続構造の導体層は、部分層スタックの拡がり(Ausdehnung)（５０〜５０００ｎｍ、好ましくは２００〜２０００ｎｍ）よりも薄い層厚（１０〜５０００ｎｍ、好ましくは２００〜２０００ｎｍ）を有することができる。
【００９３】
例えば、層の厚さが１０ｎｍの導体層１０個と、層の厚さが１０ｎｍの関連する絶縁体層を、延長２００ｎｍの部分層スタックに接続できる。
【００９４】
このようにして作成された線の放出された電磁波の強度は、次に、それぞれの部分層スタックのｐドープド層３４３と電気的に接触する導体層３４２の数を介して目標とする方法で設定することができる。つまり、電流を流すために切り替えられる導体層が多いほど、ｐドープド層を介して選択できる電流が大きくなる。
【００９５】
図４は、半導体デバイスの別の好ましい一実施形態による、層スタック構造４１０及び接続構造４２０の例示的な配置４００を概略的に示している。ここで、少なくとも２つの部分層スタック４５５、４５６は、接続構造４２０のそれぞれの導体層４５１、４５２が、少なくとも２つの部分層スタック４５５、４５６のｐドープド層に一度電気的に接続されるように整列される。
【００９６】
換言すれば、接続構造４２０は、それぞれの導体層４５１、４５２が少なくとも２つの異なる部分層スタック４５５、４５６のｐドープド層に接続されるように整列される。
【００９７】
例えば、接続構造４２０及び部分層スタック４５５、４５６は、導体層４５１、４５２は、少なくとも２つの部分層スタック４５５、４５６を互いに電気的に絶縁する、少なくとも１つの絶縁体層４５０の主要伝搬面に対して、例えば８０〜１００度の角度範囲で本質的に垂直に配置されているように、互いに整列させることができる。
【００９８】
このようにして、有利には、複数の制御可能な電磁波放出領域、又はピクセル又は表面要素の配置を達成することができる。これらは、それぞれの部分層スタックのｐドープド層内のわずかな電流拡がりのために、活性層に平行な少なくとも１つの方向にサブマイクロメートル範囲で拡張することができる。
【００９９】
例えば、図４に示されている実施形態と示されている座標系（ｘ、ｙ、ｚ）を参照すると、ｘ方向の表面要素の放射面積は、導体層４５１、４５２の層の厚さによって決定され、ｙ方向の放射面積は、部分層スタック４５５、４５６の幅によって決定される。
【０１００】
示されているすべての実施形態のように能動層からの電磁放射は本質的にz方向に放出される。これにより、ｎドープ側で構造化光がアウトカップリングする。電気的に励起されたボリューム要素のサイズ、及び特にｘ−ｙ平面での断面によって、達成される光学解像度が決まる。
【０１０１】
特に、層スタック構造下の接続構造の配置４００により、層スタック構造が発光面積よりも大幅に大きくならないように形成できるデバイスの断面を減らすことを可能になる。したがって、発光面は可能な限り最もコンパクトな寸法を持ち、そこで構造化された照明を生成するために細いチューブに挿入することができる。
【０１０２】
これにより、電磁放射によって生成される蛍光を非常に小さな空間領域に制限することができ、これにより、上記の生物学的分析方法を使用して非常に高い解像度が可能になる。
【０１０３】
以下では、記載された実施形態のそれぞれに適用される、一般的に使用され得る、接続構造と層スタック構造との間の電気的接触タイプが説明される。
【０１０４】
図５Ａ、図５Ｂは、１つの導体層５９２，５９４と１つのｎドープド層５９１，５９５との間の２つの例示的な電気接点５９３、５９６を概略的に示している。
【０１０５】
図５Ａは、それぞれの導体層５９２及びそれぞれのｎドープド層５９１がどのように互いに垂直に電気的に接続されているかを概略的に示している。ここで、層スタック構造５８０のｎドープド層５９１は、能動層５８１及びｐドープド層５８２を超えて突出している。さらに、導体層５９２と平行に走る追加の絶縁体層５９０は、導体層５９２を、層スタック構造５８０の能動層５８１及びｐドープド層５８２から電気的に絶縁する。
【０１０６】
図５Ｂは、層スタック構造５８０のそれぞれの導体層５９４及びそれぞれのｎドープド層５９５が互いに並列に電気的に接続されている５９６場合を概略的に示している。さらに、導体層５９４と平行に走る追加の絶縁体層５９０は、導体層５９４を、層スタック構造５８０の能動層５８１及びｐドープド層５８２から電気的に絶縁する。さらに、追加の絶縁体層５９０は、導体層５９４を取り囲む。
【０１０７】
上記の2つの方法で、記載されている半導体構造の層スタック構造５８０のｎドープ領域５９１，５９５は、容易に電気的に接触させることができる。特に、部分層スタックの各ｎドープド層は、図５Ａ又は図５Ｂに示すように電気的に接触させることで個別に制御できる。
【０１０８】
図５Ｃは、図５Ａに示すように、各ｎドープド層を電気的に接触させることによって個別に制御する方法の一例を示している。特にここで、２つの副層スタック５８０及び５８３は、それぞれ、それぞれの導体層によって５９３、５９９に電気的に接触している。その際、それらは、絶縁体層５９７によって互いに電気的に絶縁されている。そのため、各副層スタック５８０、５８３は、それぞれの接点５９３、５９９に属する導体層５９２  ５９８を制御することによって個別に制御することができる。
【０１０９】
図６は、導体層６２２をファンアウトして、電源及び／又は制御ユニット６３１、６３２に接続又は接触する方法の一例を示している。示されているｘ、ｙ、ｚ座標系のｚ方向で、層スタック構造６２０に上向きに接続された導体層６２２は、ここではＬ字型であり、導体層６２５上の点で直角に曲げられている。それぞれの導体層６２２の点又は位置６２５でのねじれの程度もまた、直角であってはならない。例えば、曲げは、０〜９０度の範囲のさまざまな角度をとることができる。さらに、導体層は、ねじれる代わりに曲げることもできる。この曲げは、導体層の曲率に対応する。ここで、導体層は、特定の点６２５で曲げられるのではなく、むしろ連続的に曲げられ、例えば、円の特定の部分の弧、又は特に４分の１の円に曲げられる６２６。その際、各導体層６２２は、それぞれの場合において次の導体層に対してオフセットされた、電源及び／又は制御ユニット６３１，６３２に接続されている終点６２３，６２４を有する。得られたファンアウト(Auffaecherung)は、例えば５〜２１マイクロメートルのサイズのはんだ付け点を使用するなど、単純で省スペースの方法で個々の導体層に接触するために有利に使用することができる。
【０１１０】
図７は、製造プロセスのステップを示す。まず、ｎドープとｐドープの間に能動層を配置することにより、当業者に知られている発光ダイオード又はＬＥＤの特性を有する層スタック構造が生成される。さらに、導体層を層状に配置することにより、接続構造を構築する。この場合、例えば、１つの導体層が１つの絶縁体層に連続的に適用され、そして追加の１つの絶縁体層が、適用された導体層に適用される。その際、導体層と絶縁体層は、上記の材料で構成されている。このようにして作成された接続構造６３０は、例えば、前記層を少しずつ、又は可撓性の担体材料上に層状に適用することによって作成することができる。その際、キャリア材料は後で取り除くこともできる。接続構造を製造するための最後に述べた製造方法ステップは、層スタック構造を製造する前に実行することもできる。次に、層スタック構造６２０は、上記のように、適切な位置で接続構造６３０に電気的に接続される。この目的のために、例えば、図５ａ及び５ｂを参照して、上記の電気的接続又は電気的接触のタイプを参照する。したがって、半導体デバイスは、マトリックスのようなＬＥＤアレイとして得られる。
【０１１１】
前述の説明から、当技術分野の当業者は、本発明の範囲から逸脱することなく、例示されたデバイス及び本発明の方法の様々な修正及び変形を実施できることも理解することができる。
【０１１２】
さらに、本発明は特定の例を参照して説明されてきたが、これは本発明の理解を改善することのみを意図しており、それを限定することを意図していない。当業者はまた、要素の多くの異なる組み合わせが本発明の実施に使用され得ることを容易に認識するであろう。したがって、本発明の真の範囲は、以下の特許請求の範囲によって示される。
【図１】
2021520651.tif 000003
【図２】
2021520651.tif 000004
【図３】
2021520651.tif 000005
【図４】
2021520651.tif 000006
【図５．Ａ】
2021520651.tif 000007
【図５．Ｂ】
2021520651.tif 000008
【図５．Ｃ】
2021520651.tif 000009
【図６】
2021520651.tif 000010
【図７】
2021520651.tif 000011
【国際調査報告】
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2021520651.tif 000013
2021520651.tif 000014
2021520651.tif 000015
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