(57)【要約】【課題】電磁放射を生成する活性層２を含んでいる半導体層列３と、この層列の出射側に配置されているパシベーション層１２とを備えている発光半導体チップ１において、発光が製造期間中従来技術の場合よりも一層簡単かつコスト面で有利に目標領域に調整設定可能である半導体ストラクチャを提供する。【解決手段】パシベーション層は部分吸収性であり、ここで半導体層列から半導体チップの作動中放出される放射に対する透過度がパシベーション層の製造期間に調整設定可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁放射を生成する少なくとも１つの活性層（２）を含んでいる半導体層列（３）と、該半導体層列（３）の出射側に配置されているパシベーション層（１２）とを備えている発光半導体チップ（１）において、
パシベーション層（１２）は部分吸収性であり、ここで半導体層列から半導体チップ（１）の作動中放出される放射に対する透過度がパシベーション層（１２）の製造期間に調整設定可能である
ことを特徴とする発光半導体チップ。
【請求項２】
パシベーション層（１２）は誘電体材料から成っておりかつ揮発性の成分を有しており、ここでパシベーション層（１２）の製造期間に揮発性の成分を減らす度合いがパシベーション層（１２）の透過特性を制御操作する
請求項１記載の発光半導体チップ。
【請求項３】
パシベーション層（１２）は無段階にまたはほぼ無段階に調整設定可能である
請求項１または２記載の発光半導体チップ。
【請求項４】
パシベーション層（１２）はＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３またはＳｉＯＮを含んでいる
請求項１から３までのいずれか１項記載の発光半導体チップ。
【請求項５】
電磁放射を生成する少なくとも１つの活性層（２）を含んでいる半導体層列（３）と、該半導体層列（３）の出射側に配置されているパシベーション層（１２）とを備えている発光半導体チップ（１）において、
パシベーション層（１２）は、半導体チップ（１）の作動中チップに生成される電磁放射の一部を吸収する輝度調整設定層（２２）を含んでいる
ことを特徴とする発光半導体チップ。
【請求項６】
パシベーション層（１２）は第１および第２の層（１３，１４）を有しておりかつ輝度調整設定層（２２）は該第１および第２の層（１３，１４）の間に配置されている
請求項５記載の発光半導体チップ。
【請求項７】
輝度調整設定層（２２）の透過度は輝度調整設定層（２２）の厚さによって定められる
請求項５または６記載の発光半導体チップ。
【請求項８】
アモルファスシリコンを有する輝度調整設定層（２２）が形成されている
請求項５から７までのいずれか１項記載の発光半導体チップ。
【請求項９】
パシベーション層（１２）の第１および第２の層（１３，１４）はＳｉＮ、ＳｉＯまたはＳｉＯＮを含んでいる
請求項５から８までのいずれか１項記載の発光半導体チップ。
【請求項１０】
請求項１から４までのいずれか１項記載の発光半導体チップの製造方法であって、
活性層（２）を備えた半導体層列（３）を基板（１５）に製造し、
部分吸収性のパシベーション層（１２）を前記半導体層列（３）に被着させ、ここでパシベーション材料の被着の際にパシベーション材料の組成を介してパシベーション層（１２）の透過度を調整設定する
というステップを有している方法。
【請求項１１】
パシベーション層（１２）を反応性スパッタリング法によって被着する
請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
パシベーション層（１２）の被着の際パシベーション材料の揮発成分を意図的に減らす
請求項１０または１１記載の方法。
【請求項１３】
請求項５から９までのいずれか１項記載の発光半導体チップの製造方法であって、
−活性層（２）を備えた半導体層列（３）を基板（１５）に製造し、
−パシベーション層（１２）を被着させ、ここで該パシベーション層（１２）に輝度調整設定層（２２）が実現されるようにする
というステップを有している方法。
【請求項１４】
パシベーション層の被着は次の層列の実現を含んでいる：
−半導体層列（３）の出射側に第１の誘電体材料から成る第１の層（１３）、
−該第１の層（１３）上の第２の誘電体材料から成る輝度調整設定層（２２）、
−該輝度調整設定層（２２）上の第１の誘電体材料から成る第２の層（１４）
請求項１３記載の方法。
【請求項１５】
輝度調整設定層（２２）の実現を化学的気相成長法を用いて行う
請求項１３または１４記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁放射を生成する少なくとも１つの活性層を含んでいる半導体層列と、該半導体層列の出射側に配置されているパシベーション層とを備えている発光半導体チップに関する。本発明は更に、この種の半導体チップの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの半導体層、例えば放射放出、すなわち発光半導体チップおよび放射受け取り、すなわち受光半導体チップの放射生成層ストラクチャは例えば、有機金属気相成長法（Metal Organis Vapor Epitaxy（ＭＯＶＰＥ））、分子線エピタキシャル成長（Molecular Beam Epitaxy（ＭＢＥ））、液相エピタキシャル成長（Liquid Phase Epitaxy（ＬＰＥ））などのような多数の種々様々なエピタキシャル成長法によって定めることができる。択一的にまたは補充的にこの種の層ストラクチャを少なくとも部分的に、ドープ剤の拡散によって定められるようにすることができる。
【０００３】
エピタキシャル成長プロセスもドーピングプロセスもある程度の製造偏差にさらされている。発光半導体チップの場合、作動中規定では同型式である半導体チップの輝度にばらつきがあるということがしばしば起こる。異なっているエピタキシャル成長プロセスランで製造されたウェハも、１回のプロセスランで同時に製造されたウェハも製造偏差にさらされており、その際１回のプロセスランで製造されたウェハ内のばらつきは比較的僅かである。
【０００４】
製造の期間に所定の領域における発光（放射放出）が調整設定可能である発光半導体チップの製造の際、複雑さのために必然的に大きな偏差が生じるエピタキシャルプロセスが影響を受けないようにできれば有利である。従って、発光半導体チップの所定の輝度クラスを、その際にエピタキシャルプロセスにおいてプロセス変化を行う必要なく製造することができるが望まれる。
【０００５】
これらの観点を考慮して、半導体チップの接続領域と活性層との間に、少なくとも１つの電気的に絶縁性の電流阻止領域と少なくとも１つの導電性の通過領域とを含んでいる輝度調整設定層が配置されている半導体チップが公知である。電流通過領域が接続領域および半導体層列を相互に導電接続して、半導体チップの領域において接続領域下で電流が半導体層列に注入されるようにする。その際半導体チップに生成される電磁放射の一部は接続領域の下方に生成されかつこれによって吸収される。電流通過領域の大きさおよび位置を調整設定することによって、半導体チップに生成された、ここから取り出されない、すなわち放出再結合されない放射成分を調整設定することができる。
【０００６】
輝度調整設定層によって、例えばエピタキシャルおよび／またはドーピングプロセスにおける偏差に基づいてまたは種々のプロセスラン間の偏差に基づいて発生する可能性があるように種々異なっている輝度を有するウェハからも、輝度が比較的確実に前以て決められている目標輝度領域内にある半導体チップを製造することが可能になる。上に説明したストラクチャは同形式でエピタキシャル成長された半導体層列によって用途に依存して設定される種々異なった輝度を有する半導体チップを得るものである。
【０００７】
この手法の欠点は、発光半導体チップの製造のために、標準化された製造過程に対して変更されている、付加的なマスクが必要とされることである。付加的な製造ステップは不都合にも生産コストを高めることになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
それ故に本発明の課題は、発光、すなわち放射放出が製造期間中に従来技術の場合よりも一層簡単かつコスト面で有利に目標領域に調整設定可能である半導体ストラクチャを提供することである。別の課題は、この形式の半導体チップの製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の構成を有する半導体チップによって、請求項５の特徴部分に記載の構成を有する半導体チップによって並びに請求項１０および１３の特徴部分に記載の構成を有する方法によって解決される。
【００１０】
請求項１に記載の第１の実施形態では、発光半導体チップがしばしば、チップの反射防止の作用をする表面特性改善層を出射側に備えているという事実を利用している。そこでこのパシベーション層の透過度を、電磁放射を生成する少なくとも１つの活性層を含んでいる半導体層列に被着される際に組成を介して制御操作することができる。要するに組成に介して透過度が調整設定される。パシベーション層はこのような仕方で所望の透過度に調整設定することができる。
【００１１】
殊に、被着されるパシベーション層の透過度は例えば意図したおよび／または前以て決められた透過度にとって望まれる、被着の際の組成の制御操作を介して、パシベーション層の厚さに無関係に調整設定することができる。この場合パシベーション層の組成を介して特別、パシベーション層の厚さに無関係な透過係数が調整設定可能である。
【００１２】
有利にはパシベーション層は誘電体材料から成っておりかつ揮発性の成分を有しており、ここでパシベーション層の製造期間に揮発性の成分を減らす度合いがパシベーション層の透過特性を制御操作する。
【００１３】
パシベーション層は有利には、半導体層列に反応性スパッタリング法によって被着されるようにすることができる。パシベーション材料、例えばＯ２またはＮ２の揮発成分の意図した低減により、パシベーション層の透過度を無段階にまたはほぼ無段階に調整設定することができる。
【００１４】
パシベーション層の材料として、ＳｉＮのようなシリコン窒化物、ＳｉＯ２のようなシリコン酸化物、Ａｌ２Ｏ３のようなアルミニウム酸化物またはＳｉＯＮのようなシリコン酸窒化物を使用することができる。
【００１５】
第１の実施形態による本発明は、表面特性改善層として作用するパシベーション層を被着するという標準ステップをパシベーション材料の組成に関して制御操作して、パシベーション層が部分吸収性になりかつ結果的に半導体チップを暗めにさせるという原理に基づいてる。適当なプロセスガイドにより、半導体チップが無段階に暗くなっていくようにすることができる。
【００１６】
本発明の半導体チップストラクチャにより有利にも、同型式にエピタキシャル成長された半導体層列によって例えば用途に応じて意図的に種々異なっている輝度を有する半導体チップを製造することが可能になる。それ故に有利にももはや、種々異なっている輝度を有する半導体チップの製造のために種々異なっているエピタキシャルプロセスを行う必要は全くない。従ってエピタキシャル装置は同じであってよいプロセスシーケンスによって作動できる可能性がますます大きくなり、全体としてエピタキシャルプロセスは安定化してくることになる。
【００１７】
チップ・チャージを目標輝度領域内に調整設定するために、非常に明るいチップを作製しておいて、それから半導体層列の作製後本発明の手法で制御操作されるパシベーション層によってそれぞれの用途に応じて所望される統一されたレベルに明るさを下げるようにすれば好適である。
【００１８】
同じ利点は、パシベーション層が、半導体チップの作動中チップに生成される電磁放射の一部を吸収する輝度調整設定層を含んでいるという、請求項５に記載の本発明の第２の実施形態とも結び付いている。パシベーション層に輝度調整設定層を設けることにより、従来技術から公知のチップストラクチャに比べて標準化された製造ステップの使用が可能になり、その際パシベーション層の被着の最後のステップを僅かに整合すればいいだけである。輝度調整設定層は、エピタキシャルプロセスへの操作介入なしに、パシベーション層の透過度の変化の可能性、これによる光の取り出しの低減を可能にするものである。その際透過度は前以て決められた所望の設定に従って正確に調整設定することができる。
【００１９】
その際輝度調整設定層の、パシベーション層への集積は、パシベーション層によって意図して作り出される、表面およびｐｎ接合の電気的な絶縁機能が損なわれないような形で行われる。
【００２０】
有利には、輝度調整設定層はパシベーション層の第１の層と第２の層との間に配置されている。その際輝度調整設定層はアモルファスシリコンから形成されていてよい。パシベーション層の第１および第２の層は有利にはＳｉＮ、ＳｉＯまたはＳｉＯＮを含んでいる。
【００２１】
このパシベーション層の透過度の変化は、輝度調整設定層の厚さによって定められるようにしてもよい。その際輝度調整設定層の形成は有利には、処理の持続時間を介して厚さを調整設定することができる化学的気相成長を用いて行われる。
【００２２】
この第２の実施形態の利点は、半導体チップにおける透過度の制御操作を目視法を用いて判定することができないということである。輝度調整設定層の製造は簡単な方法でパシベーション層のデポジットのプロセスに組み込むことができる。チップストラクチャのメサエッジから出射する光が同様に製造の際に捕捉検出され、その結果均質な光整合が保証されることも有利である。
【００２３】
本発明の半導体ストラクチャにより、半導体チップの生産を輝度もしくは光の取り出し効率に関して変わっていく顧客の要請に最適に適合することが可能になる。これにより、必要とされないクラスの明かりによる倉庫行きの心配は少なくなる。
【００２４】
従って本発明は、誘電体層の吸収特性を意図的に制御操作し、かつこれらを発光半導体チップに対する吸収体として使用するという原理に基づいている。
【００２５】
基本的に本発明は、放射生成に適している任意の半導体材料システムをベースとしている発光半導体チップに適している。特別有利には半導体チップ、殊に活性層は、III−Ｖ族の半導体材料、例えば材料系ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮまたはＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓ、ただしそれぞれ０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１から成る半導体材料を含んでいる。この形式の半導体材料は放射生成の際の有利には高い量子効率によって特徴付けられている。例えばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰは赤外線から黄色またはオレンジの放射に適しておりかつ例えばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮは緑から紫外線のスペクトル領域の放射に適している。
【００２６】
紫外線または可視のスペクトル領域の放射の生成に適している半導体材料をベースにしている半導体チップにおいて殊に、本発明の枠内において部分吸収性のパシベーション層の透過度を特別効率よく調整設定することができる。
【００２７】
別の利点、有利な実施形態および発展形態は以下に各図との関連において説明する実施例から明らかにしたい。
【実施例】
【００２８】
次に本発明を図示の実施例に付き図面を用いて詳細に説明する。
【００２９】
実施例において同じまたは同じ作用をする構成部分はそれぞれ同じ名前で呼ばれ、同じ参照番号が付けられている。図示の層厚は縮尺通りではない。これらは理解を高めるために過度に厚く、実際の厚さ比に関係なく示されている。
【００３０】
図１および図２に示されている、本発明の第１の実施形態および第２の実施形態はそれぞれ、電磁放射を生成する活性層２を有している半導体層列３を備えている発光半導体チップ１である。活性層２は個別半導体層または例えば多重量子井戸構造を形成する多数の半導体層から成っていることができる。
【００３１】
半導体層列３にそれぞれ、接続領域４を有するパシベーション層１２が被着されている。接続領域４は例えば円形のボンディングパッドである。接続領域４は必要に応じて別のジオメトリーを有することもできる。
【００３２】
図１の第１の実施形態によれば、パシベーション層１２は出射側の表面特性改善層である。これは例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３のような誘電体材料から成っており、発光半導体チップの反射防止の作用をする。パシベーション層を介してパシベーション層の被着の際に半導体チップの透過度が調整設定される。パシベーション層は例えば、反応性スパッタリング法によって製造される。その際金属ターゲットから元素金属が分離されかつＯ２またはＮ２を加えることによって所望の結合が得られるように反応させられる。それからスパッタ被膜のプラズマにおける必要なＯ２またはＮ２の分圧を意図的に低減することによって、反射防止層の透明度を低減することができる。極端な場合完全に光を通す純然たる金属層をデポジットすることができる。
【００３３】
より一般的にまとめると、パシベーション層の反射防止材料の揮発性の成分を被膜プロセスにおいて意図的に少なくして、半導体チップが暗くなるようにすることが提案される。基本的に、パシベーション層の生成の際のプロセスガイドによって、発光チップを無段階に暗くすることができるようになる。
【００３４】
殊に、被膜されるパシベーション層の透過度を、意図する制御操作、例えばパシベーション層の組成をその被膜形成中に変化することによってパシベーション層の厚さに殆ど無関係に調整設定することができる。パシベーション層の組成を介して殊に、パシベーション層の厚さに無関係な透過係数を調整設定することができる。
【００３５】
図２の本発明の第２実施形態ではパシベーション層１２は、例えばパシベーション層の第１の層１３と第２の層１４との間に配置されている輝度調整設定層２２を有している。その際輝度調整設定層の透過度は該層の厚さによって決めることができる。
【００３６】
図３のテーブルには、プラズマ励起される化学的な気相成長法（ＰＥＣＶＤ）の成長時間に依存して多数の実験の枠内で得られた、輝度調整設定層の厚さが示されている。成長時間が長くなるに従って、輝度調整設定層のますます大きな厚さが実現される。輝度調整設定層の層厚と４６０ｎｍの波長での透過度との間に発見された関係は図４に示されている。層厚が大きくなると透過度は近似的に指数関数的に低下する。
【００３７】
図３のテーブルに示されている実験のために、透明な基板に輝度調整設定層が製造されかつ引き続いてそれぞれの実験の輝度調整設定層の透過度が４６０ｎｍの波長において突き止められた。
【００３８】
輝度調整設定層２２は有利にはアモルファスＰＥＣＶＤシリコンから形成されており、一方パシベーション層１２の第１および第２の層１３，１４はＰＥＣＶＤ−ＳｉＮないしＳｉＯないしＳｉＯＮ層から実現されている。
【００３９】
このＰＥＣＶＤ層は有利には、８０℃以上４００℃以下の温度領域において成長され、その際２００℃以上３００℃以下の温度領域が特別有利である。成長期間の圧力は例えば０．５Ｔｏｒｒ以上４Ｔｏｒｒ以下である。層を製造する際のプロセスガスとして例えば、ＳｉＨ２、Ｈｅ、Ｎ２、Ｎ２Ｏおよび／またはＮＨ３が種々の混合比において使用される。
【００４０】
本発明の特別な利点は、輝度調整設定層を用いて変えることができる、半導体チップにおける透過度が視認法を用いて判定することができない点にある。このことは反射防止層として実現されているパシベーション層を有する第１の実施形態にも当てはまる。輝度調整設定層２２はパシベーション層１２の部分であるので、メサエッジから出射する光が同様に所望の光取り出し効率に従った透過度において捕捉され、その結果半導体チップは全体として均一な光放射特性を有する。
【００４１】
表面およびｐｎ接合の電気的なアイソレーションの本来の機能は、図１および図２の両方の実施形態において従来の半導体構造に対して変形されているが何ら影響されない。両方の実施形態とも、パシベーション層の実現のために標準通り実施されるパシベーションプロセスの期間にその都度必要な工程（プロセスステップ）のプロセスコンパチブルな統合が可能である。
【００４２】
本特許出願はドイツ連邦共和国の特許出願ＤＥ１０２００４００９６２４．７（２００４年２月２７日）およびＤＥ１０２００４０２９４１２．７（２００４年６月１８日）の優先権を主張しており、その開示内容はこれを以て本発明に明確に組み入れられたものとする。
【００４３】
本発明は実施例に基づいた説明によって制限されていない。そればかりか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んでおり、このことは殊に、たとえこの特徴またはこの組み合わせ自体が特許請求の範囲または実施例に明確に記載されていなくとも、特許請求の範囲おける特徴のいずれの組み合わせも包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】第１の実施形態による半導体チップの断面略図
【図２】第２の実施形態による半導体チップの断面略図
【図３】第２の実施形態の種々異なっている透過度を有する輝度調整設定層を生成するための種々のパラメータが示されているテーブル
【図４】第２の実施形態の輝度調整設定層の透過度と層厚との関係を説明する図
【符号の説明】
【００４５】
１  半導体チップ
２  活性層
３  半導体層列
４  接続領域
１２  パシベーション層
１３  第１のパシベーション層
１４  第２のパシベーション層
１５  基板
２２  輝度調整設定層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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