(57)【要約】【課題】電磁放射を放出する活性層を備えたエピタキシャル半導体層列と、ＺｎＯを含んでいる放射透過性の電気的な電流拡張層および電気的な接続層を含んでいる電気的なコンタクトストラクチャとを有している発光ダイオードチップにおいて、電気的な接続領域における吸収による損失が低減されるようにする。【解決手段】電流拡張層は接続層が半導体層列の被覆層上にデポジットされているウィンドウを有し、接続層は電流拡張層と導電的に接続されており、接続層と被覆層との接合部は発光ダイオードチップの作動中導電接続されていないかまたは導電接続状態が悪くて、全部の電流またはほぼ全部の電流が電流拡張層を介して半導体層列に流れるようになっている。【選択図】図１
2004214685.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を放出する活性層を備えたエピタキシャル半導体層列と、ＺｎＯを含んでいる放射透過性の電気的な電流拡張層および電気的な接続層を含んでいる電気的なコンタクトストラクチャとを有している発光ダイオードチップにおいて、
電流拡張層はウィンドウを有しており、該ウィンドウ内で前記接続層が半導体層列の被覆層上にデポジットされており、
該接続層は電流拡張層と導電的に接続されており、かつ
接続層と被覆層との接合部は発光ダイオードチップの作動中導電接続されていないかまたは導電接続状態が悪くて、全部の電流またはほぼ全部の電流が電流拡張層を介して半導体層列に流れるようになっている
ことを特徴とする発光ダイオードチップ。
【請求項２】
接続層は金属を有しておりかつ
接続層と被覆層との接合部は電気的な電位障壁を有している
請求項１記載の発光ダイオードチップ。
【請求項３】
活性層と電気的なコンタクトストラクチャとの間の半導体層列中間層の膜抵抗はそれぞれ、２００Ω／ｓｇより大きいまたはこれに等しい
請求項１または２記載の発光ダイオードチップ。
【請求項４】
電流拡張層は１９０Ω／ｓｇより小さいまたはこれに等しい、有利には３０Ω／ｓｇより小さいまたはこれに等しい膜抵抗を有している
請求項１から３までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項５】
接続層は、電流拡張層の、半導体層列とは反対側においてウィンドウを越えて延在しておりかつ電流拡張層の前側の表面において、接続層が電流拡張層を部分的に被覆しかつ接続層と電流拡張層との接合がこの領域において導電状態であるようにデポジットされている
請求項１から４までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項６】
半導体層列は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ，ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡＳ，ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮまたはＩｎｘＧａｙＡｓ１−ｘ−ｙＰをベースとしており、ここで０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である
請求項１から５までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項７】
被覆層はＡＩｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙを有し、ここで０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、有利には０．１≦ｘ≦０．５およびｙ＝１またはｘ＝０およびｙ＝０である
請求項１から６までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項８】
被覆層はｐ形ドーピングされており、ここでドーピング材料はＺｎおよび／またはＣである
請求項７記載の発光ダイオードチップ。
【請求項９】
被覆層は約５・１０１７および約５・１０１９の間、例えば約１・１０１８および約１・１０１９の間のドーピング材料濃度でドーピングされており、ここで境界値はそれぞれ含まれている
請求項１から８までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１０】
電流拡張層はＡｌを有している
請求項１から９までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１１】
電流拡張層中のＡｌの成分は０％および含む１０％の間、有利には含む１％と含む３％との間にある
請求項１から１０までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１２】
電流拡張層は１００ｎｍと６００ｎｍの間、例えば４５０ｎｍと５５０ｎｍとの間の厚みを有しており、ここで境界値はそれぞれ含まれている
請求項１から１１までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１３】
電流拡張層は、発光ダイオードチップから放出される放射の波長の１／４に相応する
請求項１から１２までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１４】
電流拡張層は、該層が湿気に対して申し分なく防護されているように水密性材料を備えている
請求項１から１３までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１５】
コンタクト層の露出面に水密性材料がデポジットされている
請求項１４記載の光電素子。
【請求項１６】
コンタクト層の露出面全体に、水密性材料がデポジットされている
請求項１４または１５記載の光電素子。
【請求項１７】
水密性材料は発光ダイオードチップから放出される電磁放射に対して透過である誘電体である
請求項１４から１６までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１８】
誘電体は材料ＳｉｘＮｙ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯｘＮｙを有している
請求項１７記載の発光ダイオードチップ。
【請求項１９】
水密性材料の屈折率は電流拡張層の屈折率より小さくかつ例えば発光ダイオードチップから放出される放射の反射を最小限にするために、水密性材料との境界面にほぼ整合されている
請求項１４から１８までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項２０】
電流拡張層は、発光ダイオードチップから放出される放射の波長の１／２の整数倍にほぼ相応している厚みを有しており、かつ水密性材料は、前記波長のほぼ１／４に相応している厚みを有している
請求項１４から１９までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【請求項２１】
水密性材料の厚みは含む５０ｎｍと含む２００ｎｍとの間にある
請求項１４から２０までのいずれか１項記載の発光ダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この特許出願はドイツ連邦共和国の特許出願１０２６１６７６．０号の優先権を主張するもので、これを以てここにその開示内容は取り込まれる。
【０００２】
本発明は、電磁放射を放出する活性層を有しているエピタキシャル半導体層列と、ＺｎＯを含んでいる放射透過性の電気的な電流拡張層および電気的な接続層を含んでいる電気的なコンタクトストラクチャとを有している発光ダイオードチップに関する。
【背景技術】
【０００３】
効率の高い半導体発光ダイオードでは数多くの場合において、放射放出活性層を有する半導体層列中に大面積の電流供給が必要である。大面積の光吸収導体路ストラクチャを形成することなくこのことを保証するための１つの可能性は、例えば放射透過な電流拡張層を有している放射透過な電気的なコンタクトを製造することである。
【０００４】
亜鉛酸化物、インジウム酸化物、インジウム亜鉛酸化物または鉛酸化物のような放射透過な、導電性の材料は例えば、太陽電池に使用されることで知られている。この場合発光ダイオードの電流拡張層への使用のために、亜鉛酸化物（ＺｎＯ）が最も適しているように思われる。というのは、上に挙げたその他の材料と比べて、高温でもさほど老化せず、しかも大きな波長領域を介して電磁放射の高い透過性を有しているからである（例えばＵＳ６２０７９７２号参照）。
【０００５】
ＺｎＯを含有した、放射透過な電流拡張層を有する発光ダイオードは例えば、ＪＰ２０００−３５５３８２０およびＪＰ２００１−０４４５０３号から公知である。そこに記載されている、電気的なコンタクト領域の形態では、電流拡張層は前面のチップ表面全体（すなわち放射方向の方を向いている表面）にデポジットされている。電流拡張層にはそれぞれ、電気的な接続層が配属されている。これはボンディングワイヤを接続するために用いることができる。このストラクチャの欠点は、電流拡張層にデポジットされた接続層、つまり通例は少なくとも１つの金属を有している接続装置によって更に、活性領域から放出される電磁放射の相当の部分が吸収されることである。
【特許文献１】ＪＰ２０００−３５５３８２０
【特許文献２】ＪＰ２００１−０４４５０３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の発光ダイオードチップを、電気的な接続層における吸収による放射損失が低減されるように改良することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、電磁放射を放出する活性層を備えたエピタキシャル半導体層列と、ＺｎＯを含んでいる放射透過性の電気的な電流拡張層および電気的な接続層を含んでいる電気的なコンタクトストラクチャとを有している発光ダイオードチップから出発して、請求項１の特徴部分に記載の通り、電流拡張層はウィンドウを有しており、該ウィンドウ内で前記接続層が半導体層列の被覆層上にデポジットされており、該接続層は電流拡張層と導電的に接続されており、かつ接続層と被覆層との接合部は発光ダイオードチップの作動中導電接続されていないかまたは導電接続状態が悪くて、全部の電流またはほぼ全部の電流が電流拡張層を介して半導体層列に流れるようになっていることを特徴とする発光ダイオードチップによって解決される。
【０００８】
請求項２ないし２１には本発明の有利な実施形態が示されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、冒頭に述べた形式の発光ダイオードチップは、ＺｎＯを含んでいる放射透過性の電気的な電流拡張層と電気的な接続層とを含んでいる電気的なコンタクトストラクチャを有している。その際電流拡張層はウィンドウを有しており、該ウィンドウ内で前記接続層が半導体層列の被覆層上にデポジットされている。接続層は電流拡張層と導電的に接続されており、かつ接続層と被覆層との接合部は発光ダイオードチップの作動中導電接続されていないかまたは導電接続状態が悪くて、全部の電流またはほぼ全部の電流が電流拡張層を介して半導体層列に流れるようになっている。
【００１０】
この形式の発光ダイオードチップでは接続層の下方の領域、すなわち前側のチップ面に対して相対的に見て、接続層の下方に垂直方向に位置している領域には殆ど電流が注入されない。このことは、この領域においては光は生成されないかまたは少なくとも僅かしか生成されずかつこれにより、従来の電気的なコンタクトストラクチャと比べて、僅かな光しか電気的な接続層によって吸収されないことを意味している。典型的には０．００４ｍｍ２より小さいまたはそれに等しい前側の表面を有している非常に小さな発光ダイオードチップの場合、これにより効率が著しく改善される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
有利な実施形態では、接続層は金属性でありかつ接続層と被覆層との接合部は電気的な電位障壁を有している。この電位障壁は発光ダイオードチップに電圧が加えられると作動方向において拡大される。
【００１２】
本発明の発光ダイオードチップの特別有利な実施形態では、活性層と電気的なコンタクトストラクチャとの間の半導体層列の中間層の膜抵抗はそれぞれ、２００Ω／ｓｇより大きいかまたはこれに等しい。これにより、この中間層内でも接続層の下方の領域において非常に僅かな電流しか流れないことが保証されており、このためにこの領域における光の生成、ひいては接続層によって吸収される、光の強度が一層低減されることになる。
【００１３】
特別有利には、電流拡張層は１９０Ω／ｓｇより小さいまたはこれに等しい、有利には３０Ω／ｓｇより小さいまたはこれに等しい膜抵抗を有している。電流拡張層の低い膜抵抗によって電流はほぼ均一に、電流拡張層と被覆層との間の境界面全体を介して発光ダイオードチップに供給される。
【００１４】
有利には、接続層は、電流拡張層の、半導体層列とは反対側においてウィンドウを越えて延在しておりかつ電流拡張層の前側の表面において、接続層が電流拡張層を部分的に被覆しかつ接続層と電流拡張層との接合がこの領域において導電状態であるようにデポジットされている。これにより、接続層と電流拡張層との間の導電性の境界面は拡張され、ひいてはこれら層の間の電気的な抵抗は低減される。
【００１５】
半導体層列は特別有利にはＩｎＧａＡｌＰをベースにしている。ＩｎＧａＡｌＰをベースにするとは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ、ここで０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である、をベースにした半導体層列が生成されるものと考えられ、ここで殊に活性領域はこの形式の材料を有している。被覆層はこの形式の材料を有しているが、別の材料から成っていても構わない。ＩｎＧａＡｌＰをベースとした半導体層列に対して択一選択的に、有利にも半導体層列がＩｎＧａＡｌＡｓをベースとしている、ＩｎＧａＡｓＰをベースとしているまたはＩｎＧａＡｌＮをベースとしていることも可能である。
【００１６】
特に有利には被覆層はＡＩｘＧａ１−ｘＡｓｙＰ１−ｙを有し、ここで０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１、有利には０．１≦ｘ≦０．５およびｙ＝１またはｘ＝０およびｙ＝０である。
【００１７】
被覆層は有利にはｐ形ドーピングされており、ここでドーピング材料はＺｎおよび／またはＣである。
【００１８】
発光ダイオードチップの１実施形態において、被覆層は特別有利には約５・１０１７および約５・１０１９の間、殊に１・１０１８および約１・１０１９の間のドーピング材料濃度を有しており、ここで境界値はそれぞれ含まれてている。
【００１９】
有利には、電流拡張層はＡｌを有している。
【００２０】
電流拡張層中のＡｌの成分は最高で１０％、特別有利にはこの成分は含む１％および含む３％の間にある。
【００２１】
本発明の発光ダイオードチップの電流拡張層の厚みは有利には１００ｎｍと６００ｎｍの間、特別有利には４５０ｎｍと５５０ｎｍとの間にあり、ここで境界値はそれぞれ含まれている。
【００２２】
電流拡張層は特別有利には、発光ダイオードチップから放出される放射の波長の１／４に相応する厚みを有している。これにより、電流拡張層に対する境界面における内部反射による放射損失は低減される。従ってこの形式の電流拡張層は付加的に特性改善層として作用する。
【００２３】
本発明の発光ダイオードチップの特別有利な実施形態では、電流拡張層は、該層が湿気に対して申し分なく防護されているように水密性材料を備えている。湿気の影響は電流拡張層と被覆層とのコンタクト特性を著しく劣化する可能性がある。
【００２４】
有利には、コンタクト層の露出面に水密性材料がデポジットされている。露出した面とはこの関連において、例えばボンディングパッドのような別の水密な材料がデポジットされていない、電流拡張層の面と理解することができる。
【００２５】
特別有利には、電流拡張層の露出面全体に、水密性材料がデポジットされている。このことは、電流拡張層の主表面に水密性材料が備えられているのみならず、殊に側面にも備えられており、その結果電流拡張層は外部の環境に対して完全にカプセル化されている。これにより電流拡張層は湿気に対しても完全に防護されている。
【００２６】
効果的には、水密性材料は発光ダイオードチップから放出される電磁放射に対して透過である誘電体である。有利にはこの誘電体はＳｉｘＮｙ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２，Ａｌ２Ｏ３およびＳｉＯｘＮｙから成るグループの材料の１つまたは複数を有している。
【００２７】
特別有利には、水密性材料の屈折率は電流拡張層の屈折率より小さい。水密性材料の屈折率は殊に、発光ダイオードチップから放出される放射の、水密性材料に対する境界面での反射ができる限り最小化されるように整合されている。
【００２８】
特別有利な実施形態において、電流拡張層は、発光ダイオードチップから放出される放射の波長の１／２の整数倍にほぼ相応している厚みを有している。更にこの場合、水密性材料は、前記波長のほぼ１／４に相応している厚みを有している。このような厚みの選択および組み合わせによって、放出された放射の、電流拡張層および発光ダイオードチップの防水性材料に対する境界面での反射は低減される。
【００２９】
水密性材料の厚みは有利には、この範囲の限界値も含めて５０ｎｍと２００ｎｍとの間にある。
【００３０】
その他の利点および有利な実施形態は図１および図２と関連して以下に説明する２つの実施例から明らかである。
【実施例】
【００３１】
次に本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。
【００３２】
同じまたは同じ作用をする構成部分には各実施例においてそれぞれ同じ参照番号が付されている。
【００３３】
図１に図示の発光ダイオードチップは基板１および半導体層列６を有している。半導体層列は放射を放出する活性領域３を有している。この領域は基板から見て手前に位置する半導体層２と基板から見て遠くに位置する半導体層４との間に配置されている。半導体層列は被覆層５も有している。これは基板とは反対側の、活性層３の側に配置されている。半導体層２および４並びに被覆層５はそれぞれ、個別の半導体層から成っているかまたは複数の半導体層から成っていてもよい。
【００３４】
半導体層列６はＩｎＧａＡＩＰをベースにしておりかつ活性層３は例えば、放射を生成するｐｎ接合または一重または多重量子ストラクチャを有している。この種のストラクチャは当業者には公知であるので、ここでは詳しく説明しない。
【００３５】
遠い側に配置されている半導体層４および被覆層５は比較的高い電気的な膜抵抗を有している。これはそれぞれの抵抗に対して２００Ω／ｓｑより大きい。膜抵抗は例えば、それぞれの半導体層の成長の際の適当なプロセス条件によっておよび／または適当なドーピングによって調整設定される。
【００３６】
被覆層５は例えば、Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ａｓから形成されている。これは例えば約５・１０１８の濃度を有するドーピング材料ＣまたはＺｎを用いてｐ導電性にドーピングされている。
【００３７】
被覆層の表面に電気的なコンタクトストラクチャ１０がデポジットされている。これはウィンドウを備えた電気的な電流拡幅層７を有している。ウィンドウには電気的な接続層９がデポジットされている。電流拡幅層７は例えばＡｌ０．０２Ｚｎ０．９８Ｏから成っておりかつ例えば５００ｎｍの厚みを有している。接続層９は例えば少なくとも１つの適当な金属を有しておりかつ被覆層５に、これに例えばショットキーコンタクトが形成されるようにデポジットされている。この場合ショットキーコンタクトの電位障壁は電圧が発光ダイオードチップに作動方向においてかけられると拡大し、これにより被覆層５と接続層９との間の境界面を通る電荷搬送はできる限りに低減される。
【００３８】
製造の際にまず電流拡張層７かあるいは接続層９かをデポジットすることができ、その際前者の方が有利である。
【００３９】
被覆層５の表面は被膜される直前に例えばＨＣｌによって洗浄され、その後それは例えば窒素によって行うことができるのだが、送風乾燥される。次いで電流拡張層７が例えば直流電圧スパッタリングを用いてデポジットされる。
【００４０】
電流拡張層は固有の特性を実現するために後から短時間熱処理されなければならない。このことは例えば４５０℃より高いかまたは４５０℃でラピッド・サーマル・アニールングを用いて行うことができる。電流拡張層７の膜抵抗は例えば１６Ω／ｓｇであり、これにより電流が、電流拡張層と被覆層５との間の境界面全体を介してほぼ均一に発光ダイオードチップに注入されることが保証されている。電流拡張層は例えばスパッタリングによってデポジットすることができる。その際膜抵抗は、例えば適当な圧力、適当なパワーまたは温度のスパッタリングガスのような適当なプロセス条件によって調整設定される。この種のパラメータに対する調整設定すべき正確な値はプロセス条件、殊にその都度のプロセス反応器に依存しておりかつその都度の所与の条件に関して実験的に最適化することができる。
【００４１】
電流拡張層は、後で接続層９が半導体と接触することになる中央の領域が露出されるようにストラクチャ化される。このことはホトリソグラフィーステップおよび引き続くエッチングステップによって実現することができる。その際電流拡張層に続いて例えばホトラッカがデポジットされる。ホトラッカは、例えば適当なマスクを用いて行うことができるのだが、接続層のために設けられているウィンドウの領域に光を照射することによってストラクチャ化される。その後ウィンドウが電流拡張層７に、露光されるホトラッカ層のエッチングおよび電流拡張層のエッチングに適している酸を用いて形成される。
【００４２】
それからこの露出されたウィンドウにおいて接続層をデポジットしかつ引き続いてストラクチャ化することができる。このことは例えばホトリソグラフィーステップおよび引き続くエッチングステップによっても実現することができる。例えば、複数の部分層から成ることができる接続層がデポジットされかつ電流拡張層を被覆する材料が例えば、剥離により、残りのホトラッカをそのために適している酸を用いて除去することによって取り除かれる。
【００４３】
電流拡張層７は水密な材料８から成る層によって被覆され、これによりこの層は湿気に対して大幅に防護されている。水密な材料８は例えばＳｉＯ２を有しておりかつ発光ダイオードチップから送出される放射に対して透過である。択一選択的に、水密な材料は有利には、Ｓｉ３Ｎ４を有していることができる。例えばこの材料は１００ｎｍの厚みで被膜されるが、このことは別のリソグラフィーステップによって行うことができる。択一選択的に例えば、電流拡張層７の側縁または発光ダイオードチップの別の面を水密性材料によって被覆することも可能である。電流拡張層が水を通る材料によって被覆されている場合には、これに水密性材料をデポジットすることができる。
【００４４】
境界面における内部反射を回避するために、電流拡張層７の厚みを次のように整合することができる：それが、発光ダイオードチップから放出される放射の波長の１／２の整数倍に相応しかつ水密性材料８の厚みは、それがこの放射のほぼ１／４に相応するようにする。
【００４５】
択一選択的に水密な材料８は、例えば発光ダイオードチップが水とは接触しないまたは電流拡張層７が別の仕方で防水処置を施されている用途に構想されているときには省略されていても構わない。そうしなければ水は電気的なコンタクト領域の特性の著しい劣化の原因となるものである。
【００４６】
本発明の発光ダイオードチップの、図２に示されている第２の実施例では、接続層９は、先に図１に基づいて説明した実施例とは異なって、電流拡張層７におけるウィンドウを越えて延在しておりかつこれを部分的に前側で被覆している。電流拡張層７に対する境界面は導電性であるので、この形式の発光ダイオードチップによって接続層９と電流拡張層７との間の抵抗は、これら層間の境界面を拡大することによって低減される。つまりここで境界面は側方だけしか接していない層の場合には比較的小さくなる可能性がある。
【００４７】
実施例に基づいた本発明の説明は勿論、本発明をこれに限定するものではない。それどころか、半導体材料上にＺｎＯをベースとする電流拡張層が使用され、該電流拡張層がウィンドウを有していて、このウィンドウにおいて該電流拡張層と導電接続されている電気的な接続層が半導体材料上にデポジットされているというすべての光電チップは本発明の範囲に入る。本発明はそれぞれの新しい特徴並びに特徴のそれぞれの組み合わせを含むものであり、このことは殊に特徴のそれぞれの組み合わせが、これら組み合わせが特許請求の範囲に明示的に示されていないとしても、特許請求の範囲に含まれていることを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】発光ダイオードチップの第１の実施例の側面略図
【図２】発光ダイオードチップの第２の実施例の側面略図
【符号の説明】
【００４９】
１  基板
６  半導体層列（３：活性層。５：被覆層）
７  電流拡張層
１０  コンタクトストラクチャ（８：水密性材料，９：電気的な接続層）
【図１】
2004214685.tif 000003
【図２】
2004214685.tif 000004