(57)【要約】【課題】半導体チップにおいて、改善されたビーム放出効率が得られるように、すなわち使用される電気出力単位当たりで改善されたビーム強度が得られるように構成することである。【解決手段】トレンチは裏側で薄膜層のただ１つの部分領域を定め、該部分領域は実質的に前面コンタクト構造体とは重なっておらず、前記裏側では前記部分領域にだけ電気的裏側コンタクトが形成されており、前記トレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして斜めの内壁を、電磁ビームを偏向するために有する。【選択図】図７
2005322922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜層と、該薄膜層に対する支持体とを有するオプトエレクトロニクス用半導体チップであって、
前記薄膜層には電磁ビームを放射するゾーンが形成されており、
該ゾーンは放射側と裏側と側面エッジを有し、該側面エッジは裏側を放射側と接続し、
前記支持体は裏側に配置されており、かつ裏側と接続されており、
放射側には少なくとも１つの電気的前面コンタクト構造体が形成されており、裏側には少なくとも１つのトレンチが形成されている形式の半導体チップにおいて、
前記トレンチは裏側で薄膜層のただ１つの部分領域を定め、
該部分領域は実質的に前面コンタクト構造体とは重なっておらず、
前記裏側では前記部分領域にだけ電気的裏側コンタクトが形成されており、
前記トレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして斜めの内壁を、電磁ビームを偏向するために有する、ことを特徴とするオプトエレクトロニクス用半導体チップ。
【請求項２】
薄膜層と、該薄膜層に対する支持体とを有するオプトエレクトロニクス用半導体チップであって、
前記薄膜層には電磁ビームを放射するゾーンが形成されており、
該ゾーンは放射側と裏側と側面エッジを有し、該側面エッジは裏側を放射側と接続し、
前記支持体は裏側に配置されており、かつ裏側と接続されており、
放射側には少なくとも１つの電気的前面コンタクト構造体が形成されており、裏側には少なくとも１つのトレンチが形成されている形式の半導体チップにおいて、
前記トレンチは裏側で複数の部分領域を定め、該部分領域は前面コンタクト構造体とは実質的に重なっておらず、かつ前面コンタクト構造体と重なる少なくとも１つの領域にそれぞれが隣接しており、
裏側では前記部分領域にだけ電気的裏側コンタクトが形成されており、
前記トレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして斜めの内壁を、電磁ビームを偏向するために有する、ことを特徴とするオプトエレクトロニクス用半導体チップ。
【請求項３】
請求項２記載の半導体チップにおいて、
各部分領域の面積は３５×３５μｍ２より大きいかこれに等しい。
【請求項４】
請求項３記載の半導体チップにおいて、
各部分領域の面積は４０×４０μｍ２より大きいかこれに等しい。
【請求項５】
請求項１から４までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
トレンチは、薄膜層の半分の厚さよりも小さい深さを有する。
【請求項６】
請求項１から５までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
トレンチは０．５μｍから３μｍの間の深さである。
【請求項７】
請求項１から６までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
トレンチは深さの増大と共に先細りになっており、
トレンチの内壁は主伸長面を有し、
該主伸長面は薄膜層の主伸長面と４５°より小さいかこれに等しい傾斜角を形成する。
【請求項８】
請求項７記載の半導体チップにおいて、
傾斜角は１５゜から３５°の間である。
【請求項９】
請求項１から８までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
側面エッジは、少なくとも裏側に接するエッジ領域においては薄膜層の主伸長面を基準にして斜めに延在する。
【請求項１０】
請求項９記載の半導体チップにおいて、
側面エッジの斜めに延在する部分の主伸長面は、４５°より大きいかこれに等しい傾斜角だけ、薄膜層の主伸長面の垂直に対して傾斜している。
【請求項１１】
請求項１から１０までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
前面コンタクト構造体は複数の導体路アームにより櫛状に構成されている。
【請求項１２】
請求項１１記載の半導体チップにおいて、
前面コンタクト構造体は４から１０の導体路アームを有する。
【請求項１３】
請求項１から１２までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
電磁ビームを放射するゾーンは一体的に構成されている。
【請求項１４】
請求項１から１３までのいずれか１項記載の半導体チップにおいて、
薄膜層の自由表面は部分的にまたは完全に粗化されている。
【請求項１５】
電磁ビームを放射するゾーンが形成されている薄膜層を有する複数のオプトエレクトロニクス用半導体チップを同時に製造する方法において、
成長基板の上で層シーケンスをエピタキシャル成長させることにより薄膜層を形成し、前記層シーケンスは電磁ビーム放射ゾーンを含んでおり、
少なくとも１つのトレンチを薄膜層に形成し、該トレンチによりただ１つの部分領域が形成すべき前面コンタクト構造体に対向する領域の外で定められるようにし、
トレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして斜めの内壁を有し、
電気的裏側コンタクトを前記部分領域に形成し、
薄膜層を支持体基板に取り付け、このとき前記トレンチを支持体基板に向け、薄膜層を支持体基板と接続し、
前記成長基板を少なくとも部分的に除去し、
電気的前面コンタクト構造体を、切欠部に対向する薄膜層の側に形成し、
支持体基板と薄膜層の結合体を分離ラインに沿って、半導体チップに個別化する、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１６】
電磁ビームを放射するゾーンが形成されている薄膜層を有する複数のオプトエレクトロニクス用半導体チップを同時に製造する方法において、
成長基板の上で層シーケンスをエピタキシャル成長させることにより薄膜層を形成し、前記層シーケンスは電磁ビーム放射ゾーンを含んでおり、
少なくとも１つのトレンチを薄膜層に形成し、該トレンチにより裏側に複数の部分領域が形成すべき前面コンタクト構造体に対向する領域の外で定められるようにし、
前記部分領域は、前記対向する領域の少なくとも１つ、または当該領域と重なる領域に直接隣接するようにし、
トレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして斜めの内壁を有し、
電気的裏側コンタクトを前記部分領域に形成し、
薄膜層を支持体基板に取り付け、このとき前記トレンチを支持体基板に向け、薄膜層を支持体基板と接続し、
前記成長基板を少なくとも部分的に除去し、
電気的前面コンタクト構造体を、切欠部に対向する薄膜層の側に形成し、
支持体基板と薄膜層の結合体を分離ラインに沿って、半導体チップに個別化する、
ことを特徴とする製造方法。
【請求項１７】
請求項１５または１６記載の方法において、
薄膜層を支持体基板に取り付ける前に、裏側に分離ラインに沿って少なくとも１つの分離トレンチを形成する。
【請求項１８】
請求項１５から１７までのいずれか１項記載の方法において、
トレンチおよび／または分離トレンチをエッチングにより作製する。
【請求項１９】
請求項１５から１８までのいずれか１項記載の方法において、
薄膜層の自由表面を部分的にまたは完全に粗化する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載のオプトエレクトロニクス用半導体チップ、並び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】
ＷＯ０２／１３２８１にはオプトエレクトロニクス用の半導体チップが開示されており、この半導体チップは支持基板と接続された薄膜層を有し、薄膜層では支持体基板から見て少なくとも１つの空洞が形成されており、これにより多数のメサが形成されている。メサの数は例えば８０以上である。
【０００３】
薄膜層の支持体基板とは反対の側にある多数のメサは、一方では有利には、薄膜層がその接続側で支持体基板への押圧面を有するように作用する。この押圧面はチップの全体横断面に対しては小さな面積である。この押圧面の利点は、その領域内で比較的大きな局所的圧力を形成することができることであり、この圧力が支持体基板と薄膜層との確実な接続に対して有利に作用する。しかし同時に薄膜層へのこの圧力は十分に小さく維持することができ、支持体基板との接続の際に薄膜層が損傷する危険性は排除される。
【０００４】
さらなる利点は、薄膜層の面が支持体基板に向いた側で空洞により拡大されることである。このことも同様に支持体基板と薄膜層との接続の改善につながる。さらに空洞はオーバフローした接着剤またははんだ材料の収容に使用される。このことにより接着剤またははんだ材料の調量がクリティカルでなくなる。さらにメサによって有利には側面が形成され、この側面で薄膜層のアクティブゾーンから放射されるビームの一部が反射され、このビームの一部は半導体チップの出射円錐体の中で、アクティブな薄膜層の出射面（この出射面は支持体基板とは反対の側にある）に当たる。ここでメサの側面での反射は部分的にまたは全部が一貫した扁平反射層の反射個所に当たる。
【０００５】
ＷＯ０２／１３２８１には同様に、薄膜層の支持体基板とは反対側の電気接触面が押圧面の領域にだけ、そして支持体基板とは反対の側の薄膜層に配置された電気接触面に対向する領域の外に配置されていることが開示されている。しかしこれによりとりわけ個々のメサの間に、電流を給電できないかまたは僅かしか給電できない領域が発生する。そのため、光形成に使用される薄膜層の領域が側方では半導体チップ全体の比較的小さな部分面に制限されてしまう。そのため半導体チップの電流負荷容量が比較的小さくなり、半導体チップには比較的高い電流密度を以て印加されることとなる。電流密度が比較的高いと老化プロセスに不利であり、動作時間の延長と共に順方向電圧が上昇する。
【特許文献１】ＷＯ０２／１３２８１
【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半導体チップにおいて、改善されたビーム放出効率が得られるように、すなわち使用される電気出力単位当たりで改善されたビーム強度が得られるように構成することである。本発明のさらなる課題は、このような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】
【０００７】
この課題は請求項１または２記載の半導体チップにより、また請求項１４または１５記載の方法により解決される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の第１の解決手段によれば、薄膜層の裏側にあるトレンチがただ１つの部分領域を定め、この部分領域は前面コンタクト構造体と重る領域の外にある。とりわけこのトレンチは、裏側の主伸長面にある部分領域を、前面コンタクト構造体に対向する領域から少なくとも十分に分離する。ここでこのトレンチは有利には、前面コンタクト構造体に対向する領域の縁部に沿って延在する。このトレンチは電磁ビームを偏向するために内壁を有し、この内壁は薄膜層の主伸長面を基準にして傾斜している。
【０００９】
この内壁は有利には、内部での多重反射を十分に回避し、トレンチのない半導体チップと比較して電磁ビームの比較的に多くの割合がチップから出力結合されるように延在している。
【００１０】
さらに内壁は有利には、前記部分領域と放射側との間の薄膜構造体の領域からのビームが内壁に当たり、この内壁から前記部分領域と前記放射側との間の薄膜構造体の領域へ逆反射されるように延在する。有利にはこの逆反射されるビームはこれにより放射側で前面コンタクト構造体に当たらず、これにより吸収されることもない。
【００１１】
裏側には有利には部分領域にだけ電気的裏側コンタクトが形成される。これにより前面コンタクト構造体と重なる薄膜層の領域、すなわち前面コンタクト構造体と裏側との間の領域では電磁ビームが形成されない。または部分領域と放射側との間の領域、すなわち薄膜層を平面で見て前面コンタクト構造体の横にある薄膜層の領域よりも有意に弱い強度でしか電磁ビームが形成されない。
【００１２】
半導体チップではトレンチによって多数のメサが定められるのではなく、ただ１つの部分領域が定められ、この部分領域に裏側コンタクトが形成されている。部分領域は比較的大きな関連面を有しており、この関連面を介して裏側を電気的に導電接続することができるから、半導体チップは比較的大きな電流負荷容量を有する。とりわけ電流は部分領域のもっぱら上方でビーム放射ゾーンを通過する。すなわち部分領域と薄膜層の放射側との間を通過する。これにより発生したビームはトレンチにより少なくとも部分的に、前面コンタクト構造体により覆われた領域に達することが阻止される。従ってこのトレンチは複数の有利な機能を同時に果たし、このようにして特に効率的に使用される。このことは半導体チップの改善につながり、とりわけ半導体チップの放射ビーム出力の有意な向上につながる。
【００１３】
本発明の第２の解決手段によれば、少なくとも１つのトレンチにより、複数の部分領域が定められ、この部分領域は前面コンタクト構造体と重なる薄膜層の領域の外にある。薄膜層を平面で見ると、この部分領域の各々は、その間に配置されたトレンチの部分は別にして、薄膜層の前面コンタクト構造体と重なる領域に直接隣接している。この条件が満たされる限り、トレンチ内壁での内部偏向の利点と、これに結び付いたビーム出力結合の改善が、電流負荷容量の減少と内部で形成されるビーム強度の低下という欠点を上回ることが示された。
【００１４】
有利には各部分領域の面積は３５×３５μｍ２に等しいか、またはこれより大きい。別の有利な実施形態では、各部分領域は少なくとも４０×４０μｍ２の面積を有する。部分領域をできるだけ大きくすることの利点は前に既に説明した。
【００１５】
トレンチは特に有利には薄膜層の厚さの半分よりも小さな深さを有する。ここでトレンチの深さは特に有利にはこれが電磁ビーム放射ゾーンを損なわない程度に、有利にはこれを分離しない程度に小さい。有利にはトレンチはビーム放射ゾーンに進入しない。トレンチがビーム放射ゾーンに進入すること、またはこれを分離することは、トレンチにより露出されたビーム放射ゾーンの境界面でビームを発生しない再結合センタを形成することとなる。このことは半導体チップの内部効率およびビーム発生量を著しく低下させる。トレンチは有利な実施形態では０．５μｍから３μｍの間（これを含む）の深さを有する。
【００１６】
さらにトレンチ内壁の主伸長面が薄膜層の主伸長面と４５°より小さいか、またはこれに等しい傾斜角を有すると、半導体チップからビームを効率的に出力結合できることが判明した。特に有利にはこの傾斜角は１５゜から３５°の間（これを含む）である。従って特に有利な実施形態では、トレンチが従来技術の半導体チップと比較して比較的に短く、かつ比較的に大きな部分領域を定め、比較的浅く構成されており、および／または内壁を有し、この内壁の主伸長面は比較的小さな傾斜角を有している。
【００１７】
ビームを付加的に有利に偏向することが本発明の別の実施形態で達成される。この実施形態では側面エッジが、裏側に接する少なくとも１つのエッジ領域で、薄膜層の主伸長面を基準にして傾斜している。すなわち斜めに延在している。側面エッジの斜めに延在する部分の主伸長面は有利には４５゜に等しいかまたはこれより大きい傾斜角だけ薄膜層の主伸長面の垂直に対して傾斜している。この手段により電磁ビームが側面エッジから付加的に有利に偏向されて離れる。これにより有利にはビームの比較的僅かな部分だけが側方に側面エッジを介して半導体チップから出力結合される。
【００１８】
本発明の有利な改善形態では、前面コンタクト構造体が複数の導体路アームにより櫛状に形成されている。ここで導体路アームとは、前面コンタクト構造体の別の導体路と直接接続されていない端部を有するものを指す。特に有利には前面コンタクト構造体は４から１０の導体路アームを有する。これにより特に効率的に均等な電流供給が半導体チップで行われる。有利には一列に配置された導体路アームは相互に平行に延在する。さらに有利には一列に配置された複数の導体路アームは相互にすべて同じ間隔を有する。
【００１９】
本発明の方法では、薄膜層が層シーケンスの形態でエピタキシャルに成長基板上で成長される。続いて少なくとも１つのトレンチが薄膜層に形成され、薄膜層に電気的裏側コンタクトが取り付けられる。それから薄膜層を支持体基板に取り付け、このときトレンチが支持体基板に向くようにする。それから薄膜層を支持体基板と接続する。薄膜層を支持体基板に取り付ける前にまたは取り付けた後に、成長基板を少なくとも部分的に除去し、薄膜構造体の支持体基板とは反対の側に電気的前面コンタクト構造体を取り付ける。最後に支持体基板と薄膜層からなる結合体を分離ラインに沿って半導体チップに個別化する。
【００２０】
本発明の第１の方法によれば、少なくとも１つのトレンチを薄膜層に形成し、このときこのトレンチによりただ１つの部分領域が、後で形成されるコンタクト構造体と重なる薄膜層の領域の外に定められるようにする。そしてこのトレンチは薄膜層の主伸長面を基準にして傾斜した内壁を有するようにする。電気的裏側コンタクトは有利にはこの部分領域に形成される。
【００２１】
本発明の第２の方法によれば、少なくとも１つのトレンチを薄膜層に形成し、このときこのトレンチが裏側に多数の部分領域を定め、この部分領域は後で形成される前面コンタクト構造体と重なる薄膜層の領域の外にあるようにする。そしてこの部分領域は薄膜層を平面で見てそれぞれ少なくとも片側で、場合によりその間に配置されたトレンチ部分を別にして、前面コンタクト構造体と重なる薄膜層の領域に直接隣接するようにする。
【００２２】
裏側コンタクトは両方の方法において有利には、トレンチを部分領域に対して設けられた領域に形成する前に形成される。この部分領域が少なくとも１つのトレンチと接している必要のないことは理解されよう。これにより裏側コンタクトを部分領域に、すなわち薄膜層のそのために設けられた領域に設けることができる。
【００２３】
特に有利には、薄膜層を支持体基板に分離ラインに沿って取り付ける前に少なくとも１つの分離トレンチを形成する。これにより薄膜層の側面エッジが、後で個別化される半導体チップにおいて少なくとも部分的に斜めとなる。
【００２４】
本発明の方法の別の実施形態では、トレンチおよび／または分離トレンチがエッチングにより作製される。エッチングプロセスでは、生じるトレンチ内壁の形状ないし経過を有利にはプロセスパラメータにより多種多様に調整することができる。
【実施例】
【００２５】
実施例および図面で同じ構成部材には同じ参照符号が付してある。図に示されたエレメントは縮尺通りではなく、分かり易くするため部分的に拡大されており、実際の寸法比にはなっていない。
【００２６】
図１，２および図６から図１０はそれぞれ前面コンタクト構造体への半導体チップの平面図を示す。すなわち半導体チップの放射側７を見ている。これらの図面にはそれぞれ１つのトレンチ３も示されている。ただしトレンチは放射側７にあるのではなく、薄膜層５の裏側８に形成されている（これは図３に示された半導体チップの断面図から分かる）。したがってトレンチ自体は平面図では見ることができない。図１，２および図６から図１０の図示形態は分かり易くするためである。このようにして１つの図面に前面コンタクト構造体２と、トレンチ３の経過が示されている。図９にはトレンチ３に加えて裏側コンタクト１４の側方位置も示されている。この裏側コンタクトも同様に薄膜層の裏側に配置されている。
【００２７】
図１に示した実施例では、半導体チップ１が前面コンタクト構造体２を円形ボンディングパッド２２の形態で有する。半導体チップ１の薄膜層の裏側にはトレンチ３が形成されており、このトレンチはリング状に薄膜層の領域を中心に延在している。この領域はボンディングパッド２２に対向している。すなわちこれと重なっている。トレンチ３は部分領域４を定め、トレンチはこの部分領域を、チップを平面で見て前面コンタクト構造体２と重なる領域から分離する。
【００２８】
このような部分領域４を定めるために、このトレンチ３がこの部分領域を前面コンタクト構造体の下方にある領域から完全に分離することは必ずしも必要ではない。トレンチ３が１つまたは複数の個所で中断されていても良い。同様に１つのトレンチ３ではなく、並置された多数の穴を形成し、これらの穴が共に部分領域を定めることも可能である。薄膜層５の裏側８における切欠部のこの種の構造は、トレンチに対する択一的手段として本発明で実現するのに適するものであり、トレンチと同様のものとして理解すべきである。
【００２９】
図３は、図１に示した半導体チップの断面を示す。ここでこの断面は図１に示した破線に沿ったものである。ここでは、トレンチ３が薄膜層６の裏側８に配置されていることが分かる。薄膜層５は例えば亜リン酸塩化合物半導体材料または窒化化合物半導体材料をベースにする。
【００３０】
亜リン酸塩化合物半導体材料は亜リン酸塩を含む化合物半導体材料であり、例えばシステムＩｎｘAlｙＧａ１−ｘ−ｙP、ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，そしてｘ＋ｙ≦１である材料からなる。同様に窒化化合物半導体材料も窒化物を含み、とりわけシステムＩｎｘAlｙＧａ１−ｘ−ｙN、ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，そしてｘ＋ｙ≦１である材料からなる。窒化化合物半導体材料または亜リン酸塩化合物半導体材料をベースとするビーム放射性半導体チップの群には、薄膜層が少なくとも１つの個別層を含み、この個別層がそれぞれ化合物半導体システムの材料を有するものが含まれる。
【００３１】
薄膜層は例えば従来のｐｎ接合部、二重ヘテロ構造、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）を有し、これらによって電磁ビーム放射ゾーン６が形成されている。このような構造は当業者には公知であり、ここでは詳細に述べない。このようなＭＱＷ構造に対する例は刊行物ＷＯ０１／３９８２，ＷＯ９８／３１０５５，ＵＳ５８３１２７７，ＥＰ１０１７１１３およびＵＳ５６８４３０９に記載されている。
【００３２】
薄膜層５の裏側には誘電層１３が形成されており、この誘電層は部分領域４に複数の穴を有する。この穴の中に電気的裏側コンタクト１４が貫通接続部の形態で形成されている。誘電層１３には導電層１５が形成されており、この導電層は電磁ビームに対して反射性である。この導電層は銀または金のような適切な金属を有することができる。
【００３３】
薄膜層５はハンダ層１６によって支持体基板１７と接合されている。支持体基板は実質的にＳｉＣ，ＧａＡｓまたはＧｅからなる。ハンダ層の代わりに例えば導電性の接着剤を使用することもできる。支持体基板１７が導電性でない場合には、電気的に絶縁された材料が接合に適する。
【００３４】
半導体チップを製造するための方法では、薄膜層５が成長基板の上で成長される。続いてこの成長基板が少なくとも部分的に薄膜層から除去され、薄膜層が支持体基板の上に取り付けられる。このとき成長基板の除去は薄膜層を支持体基板に取り付けた後でも、取り付ける前でも行うことができる。この方法ステップは有利にはトレンチを形成した後に行う。
【００３５】
薄膜層を形成した後、薄膜層の裏側にはトレンチ３が形成される。これが図４に示されている。これはエッチングマスクをフォトリソグラフにより形成し、それぞれのエッチ材料に適したエッチング剤によりエッチングすることにより形成される。そのために必要な手段および適切な材料は当業者に一般的に周知であり、ここでは述べない。
【００３６】
トレンチは約２μｍの深さと内壁１１を有する。内壁の主伸長面は角度αだけ薄膜層５の主伸長面に対して傾いている（図４参照）。この角度αは例えば３０゜である。
【００３７】
トレンチ３の深さは薄膜層５の厚さの半分よりも小さく、トレンチ３が薄膜層のビーム放射ゾーン６を損傷しない、または分離しない程度に小さい。
【００３８】
図４に示された実施例では、トレンチ３に付加的にさらに分離トレンチ２１が分離ライン１８に沿って形成されている。この分離トレンチはトレンチ３のように形成することができる。従って分離トレンチ２１の内壁は薄膜層５と支持体基板１７を個別化した後、薄膜層５の斜めエッジ領域１９を形成する。この斜めエッジ領域の主伸長面は傾斜角βだけ薄膜層５の主伸長面に対して傾斜している。この傾斜角βは図４に示されており、例えば６０゜である。
【００３９】
トレンチ３と分離トレンチ２１の内壁１１，１９は通常、平坦には形成されておらず、例えば凹面または凸面の形状を有する。
【００４０】
トレンチ３と分離トレンチ２１を形成した後、薄膜層５の裏側にはコンタクトおよびミラー層２０が形成される。この層は、図３で説明した実施例では、貫通接続部の形態の電気的裏側コンタクト１４を備える誘電層１３と、電磁ビーム反射層１５を含む。択一的にコンタクトおよびミラー層２０がビーム透過性で導電性のコンタクト層と、その上に取り付けられた導電ミラー層（図示せず）を含むこともできる。コンタクト層は例えばＺｎＯを有する。
【００４１】
透明コンタクト層は裏側コンタクトとして用いられ、部分領域４でだけ薄膜層５に取り付けられる。これにより、裏側８のこの領域でだけ薄膜層５への電流供給が行われる。裏側コンタクトが部分領域にだけ形成されていることにより、半導体チップ１では前面コンタクト構造体２と裏側８との間の領域では電磁ビームが形成されないか、または比較的僅かにしか形成されない。この手段によって、電磁ビームが前面コンタクト構造体により吸収されることがほぼ阻止され、半導体チップの効率が上昇する。
【００４２】
付加的に、部分領域４と放射側７との間の薄膜層５の領域で形成された電磁ビームは少なくとも部分的にトレンチ３によって、前面コンタクト構造体２の下方領域に達しないようにされる。トレンチ３の部分領域４に向いた側の内壁１１では、これに当たった電磁ビームが前面コンタクト構造体下方の領域により放射側７の領域に向かって反射され、この電磁ビームを半導体チップ１から出力結合することができる。
【００４３】
相応にして斜めのエッジ領域１９は、この斜めのエッジ領域１９がなければ側面エッジ９を介して半導体チップ１から出力結合されることとなる電磁ビームがこの側面エッジ９から離れ、放射側７の方向に反射されるようにする。これによっても半導体チップ１の効率は改善される。
【００４４】
図６には半導体チップ１の別の実施例が示されている。この実施例では前面コンタクト構造体２はボンディングパッド２２だけでなく、半導体チップ１の縁部に沿って延在する導体路フレーム並びに２つの導体路部材を含み、これらはボンディングパッド２２を導体路フレームに導電接続する。これによりこの半導体チップは薄膜層５の裏側に相互に分離された２つの領域を、前面コンタクト構造体に対向する領域の外に有する。この領域にはそれぞれ１つのトレンチ３が形成されており、このトレンチは閉じた経路で前面コンタクト構造体に対向する領域の縁部に沿って延在する。この２つのトレンチ３は２つの部分領域４を定める。
【００４５】
図１と図２に示されたトレンチ３とは異なり、これらのトレンチ３は図６の半導体チップではジグザグ経路で延在する。これによりトレンチ３の内壁は多数の異なる配向を有する。これにより電磁ビームの内部多重反射が十分に緩和され、ビーム出力結合を改善することができる。
【００４６】
半導体チップ１の図２に示された実施例では、前面コンタクト構造体２がボンディングパッド２２の他に８つの導体路アーム１２を含む。これらのうちの４つはボンディングパッド２２から発し、残りの４つは全部で２つの導体路部材によってボンディングパッドと接続されている。導体路アーム１２は実質的に相互に平行に延在し、従って前面コンタクト構造体２は櫛状に構成されている。
【００４７】
別の言い方をすれば、図２の前面コンタクト構造体２は４つの別個の導体路直線を有し、これらは交差せず、それらのうち中央の２つはボンディングパッド２２により導電接続されており、外側の２つの導体路直線は２つの導体路部材によりボンディングパッド２２と導電接続されており、従って中央の２つの導体路直線とも接続されている。択一的に外側の２つの導体路部材をボンディングパッド２２とではなく、内側導体路直線と導電接続することもできる。
【００４８】
導体路アームないし導体路直線はほぼ同じ大きさの間隔を隣接する導体路アームないし導体路直線に対して有し、半導体チップ１の放射側７の面にほぼ均等に分散されている。導体路直線間の間隔は１００μｍより小さいかまたはこれに等しく、例えば８０μｍである。これにより電流を薄膜層５の放射側全体にわたって非常に均等に給電することができる。
【００４９】
トレンチ３は図２の実施例では薄膜層５の裏側に閉じた経路で、前面コンタクト構造体２と重なる領域の縁部に沿って形成されている。これにより図１の実施例と同様にただ１つの部分領域４が形成されるが、櫛状の前面コンタクト構造体２に基づき、部分領域と放射側７との間の領域での電流供給が改善される。
【００５０】
図７に示した半導体チップ１も同様に、８つの導体路アーム１２ないし４つの導体路直線を備える櫛状の前面コンタクト構造体２を有する。ここで外側導体路直線は半導体チップ１の縁部に沿って延在し、従って外側導体路直線と半導体チップの縁部との間には部分領域が存在しないか、部分領域の一部だけが存在する。すなわち外側導体路直線と半導体チップのそれぞれ隣接する縁部との間では薄膜層５の裏側でトレンチが延在しない。
【００５１】
図７に示した半導体チップ１は多数のトレンチ３を有する。これらのトレンチは図１，２，６とは異なり単純なラインにより象徴的に示されている。トレンチ３は、前面コンタクト構造体２と重なる領域の縁部に沿って延在するものだけでなく、前面コンタクト構造体に対向する領域の縁部から離れるように延在し、この縁部に対して実質的に垂直に延在するトレンチも存在する。これによりそれぞれ隣接する２つの導体路アーム１２の間に６つないし４つの部分領域が定められ、これらの部分領域はこの実施例では裏側にピラミッド形の形状を有する。全体として半導体チップ１は３２の部分領域４を有し、各部分領域４は前面コンタクト構造体に対向する少なくとも１つの領域に直接隣接する。これにより部分領域と放射側７との間のアクティブゾーンに良好に電流を供給することができる。
【００５２】
この部分領域の各々は例えば３７×３７μｍ２の面積を有する。択一的実施例ではこの面積は４０×４０μｍ２より大きく、例えば４２×４２μｍ２である。
【００５３】
複数の部分領域を形成することにより有利には、内壁を備える複数のトレンチも形成され、これらの内壁で電磁ビームは実質的に放射側７の方向に反射ないし偏向され、電磁ビームは放射側で半導体チップ１から出力結合される。しかし部分領域ないしトレンチの数は過度に多くてはならない。なぜなら電流が裏側の過度に小さな面積で半導体チップ１に供給されるからである。このことは半導体チップの電流負荷容量に不利に作用する。
【００５４】
前面コンタクト構造体と部分領域が図７に示した実施例に相応して形成された半導体チップにより、非常に高い効率を達成することができる。電流が２０ｍＡの場合、約９６ ｌｍ／Ｗのビーム出力が達成される。ここでビーム強度は６１０ｎｍの波長において測定された。本発明の半導体チップにより８０ ｌｍ／Ｗのビーム出力が再現可能に達成されると推定される。
【００５５】
電磁ビームを半導体チップからできるだけ良好に出力結合するため、薄膜層６の放射側７には例えば構造化部が設けられているか、または粗化されている。適切な粗化構造体並びにそれを作製するための方法はドイツ特許願１０２２９２３１および１００６４４４８に記載されている。
【００５６】
放射側に加えて、薄膜層の自由表面全体を粗化することもできる。
【００５７】
例えば薄膜層はプラズマ反応路で粗化することができ、このとき少なくとも１つのマスクガスが導入される。このマスクガスは薄膜層の表面にマスク層を島状成長の状態で形成する。また少なくとも１つのエッチガスまたはエッチガス混合気もプラズマ反応路に導入され、このエッチガスは薄膜層の表面をエッチングする。マスクガスとしてポリマー形成ガスを使用することができ、これはＳＦ６、ＣＦ４、ＣＨＦ３、ＢＦ３そしてＢＣｌ３の群の元素を少なくとも１つ含む。エッチングガスは例えば酸素および／または塩素ガスを含む。
【００５８】
択一的にまたは付加的に粗化方法を使用することできる。この粗化方法では、薄膜層の構造化すべき材料層にマスク材料を被着し、このマスク材料の濡れ特性を次のように選択する。すなわち、構造化すべき材料層に構造化層が形成されるように選択する。構造化マスクは例えば相互に別個の、または少なくとも部分的に相互にメッシュ化された多数の島を有する。構造化すべき材料層は材料除去プロセスステップによって構造化される。
【００５９】
構造化すべき材料層の構造化は、バレルエッチング方法、プラズマエッチング方法、反応イオンエッチング方法または反応イオンビームエッチング方法の少なくとも一部によって行う。マスク材料はＡｇのような金属材料を有する。
【００６０】
図８に示した半導体チップの実施例では、前面コンタクト構造体が図７の前面コンタクト構造体とは異なり、６つの導体路アーム１２だけを有する。この実施例でも、トレンチ３は複数の部分領域４を定め、このとき外側導体路アーム１２とこれに隣接するチップ縁部との間にも部分領域４が定められるか、またはトレンチ３が形成されている。この種の前面コンタクト構造体によっても、部分領域と放射側との間にあるビーム放射ゾーンの領域に均等に通電することができる。
【００６１】
図９に示された半導体チップ１は図８で説明した半導体チップに類似する。前面コンタクト構造体２は円形のボンディングパッド２２と６つの導体路アーム１２を有し、これら導体路アームのうちの２つがボンディングパッド２２から発し、残りの４つは全部で２つの導体路部材によってボンディングパッド２２と接続されている。導体路アーム１２は実質的に相互に平行に延在し、従って前面コンタクト構造体は櫛状に構成されている。
【００６２】
ボンディングパッド２２は半導体チップ１の前面の中央に配置されている。ここで説明したすべての実施例で択一的にボンディングパッド２２を半導体チップ１の前面でずらして、とりわけ半導体チップ１の縁部に配置することもできる。
【００６３】
ボンディングパッド２２が半導体チップ１の中央に配置されるなら、導体路アーム１２はボンディングパッド２２の片側からだけ、および／またはボンディングパッド２２と接続された導体路部材から発するのが有利である。これにより６つの導体路アームを備える前面コンタクト構造体２ではなく、３つの導体路アームを備える前面コンタクト構造体が得られる。ここではさらに別個の導体路直線が使用され、これらは交差せず、ボンディングパッド２２および／または導体路部材により電気的に相互に接続されている。ここでこの接続は半導体チップ１の前面の中央領域にではなく、その縁部で形成される。
【００６４】
一般的に表現すれば、前面コンタクト構造体２は４から１０の導体路アームおよび／または２から５の導体路直線を有する。
【００６５】
図９に示した半導体チップ１では、薄膜層の裏側で前面コンタクト構造体２の縁部と半導体チップ１の縁部に沿って延在するトレンチ３が全部で６つの部分領域４を定める。部分領域４は付加的に、前面コンタクト構造体２によって側方にも相互に分離されている。
【００６６】
各部分領域４にはただ１つまたは複数の裏側コンタクト１４が付設されている。すなわち薄膜層の裏側は各部分領域４において相互に分離された複数の部分面を有し、これらの部分面で薄膜層は電気コンタクト材料によって導電接続されている。
【００６７】
択一的にこの別個の部分面ないし裏側コンタクトは部分的にまたは完全に相互に接続することができる。
【００６８】
４つの中央部分領域４は、図９の半導体チップ１ではそれぞれ５つの裏側コンタクト１４を有する。また半導体チップ１のエッジに沿ってストリップ状に伸長する２つの外側部分領域４はそれぞれ１０の裏側コンタクト１４を有する。
【００６９】
一般的に各部分領域４は有利には２から２０の間の裏側コンタクトを有することができる。有利には各部分領域４には３から１０の裏側コンタクト１４が付設されている。特に有利には各部分領域は５から１０の裏側コンタクトを有する。
【００７０】
半導体チップ１は例えば４００μｍより小さいかこれに等しいチップエッジ長を有し、有利には３００μｍより小さいかこれに等しい。この種の小さな半導体チップに対してはとりわけ図１，２および図５から図９に示された前面コンタクト構造体および／またはこの半導体チップ１での部分領域４の分散が適する。
【００７１】
前に既に説明したように、本発明の半導体チップは有利には比較的大きな寸法にスケーリングされる。これにより有利にはチップエッジ長は１０００μｍより大きいかこれに等しい。
【００７２】
特に有利な寸法を備える半導体チップ１では、前面コンタクト構造体２および／または部分領域４の分散は、図１０に示された半導体チップ１の場合のように行うのが有利である。部分領域４はストリップ状の形状を有し、実質的に相互に平行に配置されている。ボンディングパッド２２は半導体チップの縁部に配置されている。この実施例ではボンディングパッド２２は半導体チップのコーナにあり、薄膜層の前面は４つではなく、任意の数のコーナを有することができる。前面コンタクト構造体２はさらに複数の導体路アーム１２を有し、これらの導体路アームはストリップ状の部分領域４に沿って延在する。導体路アーム１２は、各部分領域４が２つの長手側で導体路アーム１２の側方に接するよう配置されている。
【００７３】
導体路アーム１２はボンディングパッド２２から発する導体路部材によってボンディングパッド２２と接続されているか、またはボンディングパッド２２から直接離れるように伸長している。導体路部材は半導体チップ１の第１の側面エッジに沿って伸長している。付加的にまたは択一的に、前面コンタクト構造体２は、第１の側面エッジに対向する半導体チップ１の側面エッジに導体路部材を有し、この導体路部材は導体路アーム１２を相互に導電接続し、実質的に導体路アーム１２に垂直に伸長する。
【００７４】
２つの導体路部材が前面コンタクト構造体２に含まれている場合、この前面コンタクト構造体は格子形状を有する。部分領域４は側方から見て、このような格子状の前面コンタクト構造体２の自由空間内に配置されている。格子状の前面コンタクト構造体の利点は、これが一個所で中断され、その種々の部分を電気的に相互に分離する必要がないことである。従って半導体チップにおける前面コンタクト構造体の損傷に対する脆弱性が有意に低減される。このことはとりわけ、比較的細くて長いコンタクト路を備える前面コンタクト構造体の場合に有利である。
【００７５】
ＷＯ０２／１３２８１には、薄膜層、電気的コンタクト、反射層に対する適切な材料並びにドーピング濃度、および薄膜層と支持体基板の結合体の個別化に関する詳細が示されている。
【００７６】
本発明により、従来技術の半導体チップに対してほぼ同じ大きさであっても効率が改善され、比較的に大きなビーム出力を有する半導体チップを製造することができる。択一的に、ほぼ同じビーム出力であっても効率が高いため従来の半導体チップよりも大きさの小さな半導体チップを製造することができる。すなわち本発明により、従来の半導体チップを、ビーム出力の低減なしで小型化することができる。
【００７７】
半導体チップはとりわけ次の特性的特徴を備える薄膜発光ダイオードチップである：
・ビーム形成エピタクシー層シーケンスないし薄膜層の、支持体素子に向いた側の第１の主面に反射層が取り付けられているか、または形成されており、この反射層がエピタクシー層シーケンスに形成された電磁ビームの少なくとも一部をこの層シーケンスに反射する；
・エピタクシー層シーケンスは２０μｍより小さい領域の厚さ、とりわけ１０μｍの領域の厚さを有する；
・エピタクシー層シーケンスは少なくとも１つの面を備える半導体層を含み、この面は混合構造を有する。混合構造は理想的な場合、エピタクシー層シーケンスの光を近似的にエルゴード分散させる。すなわち混合構造はエルゴード的な確率論的散乱特性を有する。
【００７８】
薄膜層発光ダイオードチップの基本原理は、 I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oct. 1993, 2174-2176pp. に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】半導体チップの第１実施例の平面図である。
【図２】半導体チップの第２実施例の平面図である。
【図３】図１に示された半導体チップの側面図である。
【図４】実施例による方法ステップでの半導体チップの薄膜層の断面図である。
【図５】実施例によるさらなる方法ステップでの半導体チップの薄膜層の断面図である。
【図６】半導体チップの第３実施例の、前面コンタクト構造体への平面図である。
【図７】半導体チップの第４実施例の、前面コンタクト構造体への平面図である。
【図８】半導体チップの第５実施例の、前面コンタクト構造体への平面図である。
【図９】半導体チップの第６実施例の、前面コンタクト構造体への平面図である。
【図１０】半導体チップの第７実施例の、前面コンタクト構造体への平面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月21日(2005.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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【図１０】
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