(57)【要約】  本発明は、オプトエレクトロニクス半導体材料（１）の光学的特性を面全体にわたり検出する方法に関する。半導体材料（１）は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを製造するために用いられ、バンドギャップを有しており、それによって半導体材料（１）の固有の波長が定められている。この方法は、Ａ）オプトエレクトロニクス半導体材料（１）の主表面（１１）を、半導体材料（１）内で電子と正孔のペアを発生させるために、半導体材料（１）の固有の波長よりも短い励起波長の光（２０）によって、面全体にわたり照射するステップと、Ｂ）電子と正孔のペアの再結合によって、半導体材料（１）の主表面（１１）から放射される、固有の波長の再結合放射（３０）を、面全体にわたり検出するステップとを有している。さらに本発明は、この方法を実施するための装置（１００）にも関する。
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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材料（１）の光学的特性を面全体にわたり検出する方法であって、
前記半導体材料（１）は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを製造するために用いられ、前記半導体材料（１）はバンドギャップを有しており、該バンドギャップによって、前記半導体材料（１）の固有の波長が定められている、
オプトエレクトロニクス半導体材料（１）の光学的特性を面全体にわたり検出する方法において、
Ａ）前記オプトエレクトロニクス半導体材料（１）の主表面（１１）を、該半導体材料（１）内で電子と正孔のペアを発生させるために、該半導体材料（１）の固有の波長よりも短い励起波長の光（２０）によって、面全体にわたり照射するステップと、
Ｂ）前記電子と正孔のペアの再結合によって、前記半導体材料（１）の前記主表面（１１）から放射される、前記固有の波長の再結合放射（３０）を、面全体にわたり検出するステップと、
を含む、
オプトエレクトロニクス半導体材料（１）の光学的特性を面全体にわたり検出する方法。
【請求項２】
前記半導体材料（１）を、基板ウェハ（１４）から成る支持体（４）の上に設ける、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記半導体材料（１）を、少なくとも部分的に互いに分離された複数の機能領域（１０）に分割する、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記半導体材料（１）を、全体的に互いに分離され１つの共通の支持体（４）上に配置された複数の機能領域（１０）に分割する、
請求項１から３のいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記分割をレーザカットによって行う、
請求項４記載の方法。
【請求項６】
前記半導体材料（１）の機能領域（１０）各々は、オプトエレクトロニクス半導体チップの一部分である、
請求項３から５のいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
前記再結合放射をカメラ（３）により検出し、該カメラ（３）は、前記再結合放射により発光する前記半導体材料（１）の前記主表面（１１）全体の画像を撮影する、
請求項１から６のいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
前記画像をコンピュータ支援により評価する、
請求項７記載の方法。
【請求項９】
前記半導体材料（１）の前記固有の波長は、青色から緑色のスペクトル範囲にあり、前記励起波長は紫外線のスペクトル範囲にある、
請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体材料（１）の前記固有の波長は、黄色から赤色のスペクトル範囲にあり、前記励起波長は緑色のスペクトル範囲にある、
請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
前記半導体材料（１）の前記固有の波長は、赤外線のスペクトル範囲にあり、前記励起波長は近赤外線のスペクトル範囲にある、
請求項１から８のいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
前記励起波長の光を、複数の発光ダイオード（２２）によって発生させ、該複数の発光ダイオード（２２）に続いて光学的ショートパスフィルタ（２３）を配置し、該ショートパスフィルタは、前記励起波長の光（２０）に対しては透過性であり、前記再結合放射（３０）に対しては非透過性である、
請求項１から１１のいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記再結合放射（３０）の検出を、光学的ロングパスフィルタ（３１）により行い、該ロングパスフィルタ（３１）は、前記励起波長の光（２０）に対しては非透過性であり、前記再結合放射（３０）に対しては透過性である、
請求項１から１２のいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
請求項１から１３のいずれか１項記載の方法を実施する装置において、
半導体材料（１）のための保持部材（９）と、
励起波長の光（２０）を発生させる照射源（２）と、
再結合放射（３０）を検出する検出器（３）と
が設けられており、
前記照射源（２）と前記検出器（３）の双方は、前記半導体材料（１）の主表面（１１）の上方に配置されている、
請求項１から１３のいずれか１項記載の方法を実施する装置。
【請求項１５】
前記照射源（２）は、前記半導体材料（１）の上方に配置されていて、開口部（２１）を有しており、該開口部（２１）を通して、前記再結合放射（３０）は前記検出器（３）へ到達可能である、
請求項１４記載の装置。
【請求項１６】
前記照射源（２）はリング状に形成されている、
請求項１４または１５記載の装置。
【請求項１７】
前記照射源は複数の発光ダイオード（２２）を有しており、該複数の発光ダイオード（２２）に続いて光学的ショートパスフィルタ（２３）が配置されており、該ショートパスフィルタ（２３）は、前記励起波長の光（２０）に対しては透過性であり、前記再結合放射（３０）に対しては非透過性である、
請求項１４から１６のいずれか１項記載の装置。
【請求項１８】
前記検出器（３）はカメラを有しており、該カメラは、前記再結合放射（３０）により発光する前記半導体材料（１）の前記主表面（１１）全体の画像を撮影する、
請求項１４から１７のいずれか１項記載の装置。
【請求項１９】
前記画像をコンピュータ支援により評価するために分析ユニット（８）が設けられている、
請求項１８記載の装置。
【請求項２０】
前記検出器（３）と前記半導体材料（１）との間に光学的ロングパスフィルタ（３１）が配置されており、該ロングパスフィルタ（３１）は、前記励起波長の光（２０）に対しては非透過性であり、前記再結合放射（３０）に対しては透過性である、
請求項１４から１９のいずれか１項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第10 2013 112 885.8号の優先権を主張するものであり、ここで上記特許出願を参照したことにより、その開示内容が本願にも含まれるものとする。
【０００２】
本発明は、オプトエレクトロニクス半導体材料の光学的特性を検出する方法およびこの方法を実施する装置に関する。
【０００３】
たとえば発光ダイオードチップなどのオプトエレクトロニクス半導体チップを製造する場合、製造中および／または完成後、それらの機能について検査する必要がある。その目的でたとえば、エピタキシャルウェハ全体もしくはチップウェハが順次、プローブ計測および／または超音波コントロールによって測定されるようにした、特性検出プロセスを適用することができる。ただしこの種のプロセスコントロールは、個々のチップを順番に処理することから、比較的長い時間がかかり、したがってコストが著しくかかってしまう。このためしばしば行われているのは、１つのウェハ全体の特性を検出するのではなく、可能であれば、選択されたチップだけを、もしくは１つのチップウェハにおける選択された領域だけを検査し、このような抜き取り検査方式の選択を行うことによって時間を節約することである。とはいうものの、いくつかのプロセスコントロールにおいては、このような抜き取り検査を行うことができないので、そのようなケースでは、すべてのチップを順番に処理しなければならず、このことは著しく時間がかかることを意味する。
【０００４】
さらに、たとえば導電性基板を介して接触接続されるチップタイプの場合には、以下のような問題点が発生する。即ち、このようなチップはウェハ複合体から分離された直後は、一般に電気的に絶縁性の支持体の上に配置されているので、チップ下面は電気的に絶縁性であり、したがって電気的な接触接続を介して機能コントロールを実行できない。
【０００５】
しかも、エピタキシャル成長させたウェハおよびチップの場合には、一連の形態学的な特徴が存在し、それらの特徴は、一般的な手法ではほとんど検出できず、または検出不可能である。
【０００６】
特定の実施形態の少なくとも１つの課題は、オプトエレクトロニクス半導体材料の光学的特性を検出する方法を提供することである。特定の実施形態の少なくとも１つのさらに別の課題は、そのような方法を実施する装置を提供することである。
【０００７】
この課題は、独立請求項に記載された方法および装置によって解決される。従属請求項には、本発明による方法および装置の有利な実施形態および発展形態が記載されており、これらの実施形態および発展形態は、以下の説明ならびに図面にも示されている。
【０００８】
本発明による方法の少なくとも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材料の特性が光学的に検出される。特に本発明による方法は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを製造するために設けられたオプトエレクトロニクス半導体材料の光学的特性を、面全体にわたり検出ために用いられる。
【０００９】
半導体材料は好ましくは、オプトエレクトロニクス半導体チップのための半導体積層体により形成される。この種の半導体積層体は、一般に成長基板ウェハの上で成長させられて、電気的なコンタクト層が設けられ、個々のオプトエレクトロニクス半導体チップに個別に分離される。ここで述べる方法を、あとでさらに説明するように、成長直後に、または後続処理ステップ後に、実施することができる。オプトエレクトロニクス半導体チップをたとえば、半導体チップ動作中に光を放射する活性層を含む発光ダイオードとともに、またはそのような発光ダイオードチップの形態で、構成することができる。さらにオプトエレクトロニクス半導体チップをフォトダイオードチップとしてもよく、このチップは、光を電荷に変換するのに適した活性層を含んでいる。オプトエレクトロニクス半導体材料は、成長基板ウェハ上でエピタキシャル成長させることによって、成長基板に向いた面と成長基板とは反対側の主表面とを備えた平坦な構成を有しており、これらの面は、半導体層の成長方向に垂直に、つまりは半導体層の主延在面に平行に、形成されている。特にこの主表面が優れている点は、主表面に平行な方向に沿った半導体材料の伸長が、主表面に垂直な伸長よりも実質的に大きく、つまり半導体材料の厚さよりも実質的に大きい、ということである。
【００１０】
面全体にわたる光学的な特性検出とは、ここでは、また、以降の記載においても、次のような特性検出方法のことである。すなわちこの方法によれば、オプトエレクトロニクス半導体材料の主表面に平行な１つの平面の個々の領域が検査されるだけでなく、半導体材料について主表面全体にわたり同時に、光学的手段によって特性を検出することができる。この場合、オプトエレクトロニクス半導体材料は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを製造するために用意されているので、ここで述べている面全体にわたる光学的特性検出において、並行して複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを、完成した形態において、または未完成の形態においても、検査することができる。
【００１１】
特にオプトエレクトロニクス半導体材料を、ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料とすることができる。ＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料は、第３主族の少なくとも１つの元素たとえばＢ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎと、第５主族の少なくとも１つの元素たとえばＮ，Ｐ，Ａｓとを有する。特にＩＩＩ−Ｖ族の化合物半導体材料という用語には、二元系、三元系および四元系の化合物のグループが含まれ、これらの化合物は、第３主族の少なくとも１つの元素と、第４主族の少なくとも１つの元素と、第５主族の少なくとも１つの元素とを含み、たとえば窒化物系、リン化物系およびヒ化物系の化合物半導体材料を含む。さらにこの種の二元系、三元系または四元系の化合物は、たとえば１つまたは複数のドーパントおよび付加的な成分を含むことができる。
【００１２】
たとえば半導体材料は、ＩｎＧａＡｌＮをベースとする半導体積層体を含むことができる。ＩｎＧａＡｌＮベースの半導体チップ、半導体材料および半導体積層体として特に、以下のようなものが挙げられる。すなわちこの場合、エピタキシャル成長により製造された半導体積層体が一般に、それぞれ異なる複数の個別層から成る積層体を有しており、この積層体は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系から成る材料ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮを有する少なくとも１つの個別層を含み、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である。ＩｎＧａＡｌＮベースの少なくとも１つの活性層を含む半導体積層体は、たとえば好ましくは、紫外線から緑色の波長範囲の電磁放射を放出または検出することができる。
【００１３】
さらに半導体材料は、ＩｎＧａＡｌＰをベースとする半導体積層体を含むことができる。つまりこの半導体積層体は、以下のような個別層を含むことができる。すなわちこの個別層のうち少なくとも１つの個別層は、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系から成る材料ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＰを含み、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１およびｘ＋ｙ≦１である。ＩｎＧａＡｌＰベースの少なくとも１つの活性層を含む半導体積層体または半導体チップは、たとえば好ましくは、緑色から赤色の波長範囲の電磁放射を放出または検出することができる。
【００１４】
さらに半導体材料は、他のＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体材料系をベースとする半導体積層体たとえばＡｌＧａＡｓベースの材料を含むことができ、またはＩＩ−ＶＩ族化合物半導体材料系をベースとする半導体積層体を含むことができる。特に、ＡｌＧａＡｓベースの材料を含む活性層を、赤色から赤外線の波長範囲の電磁放射を放出または検出するために適したものとすることができる。
【００１５】
材料選択に従ってオプトエレクトロニクス半導体材料は、半導体材料の固有の波長を決定するバンドギャップを有する。特に半導体材料は、半導体材料の固有の波長を決定するバンドギャップを有する活性層を備えた半導体積層体を含むことができる。固有の波長を、特に材料選択に応じて上述の波長範囲にすることができる。固有の波長をたとえば、発光ダイオードチップの場合には半導体材料の放射スペクトルの、またはフォトダイオードチップの場合には半導体材料の吸収スペクトルの、最大強度波長、平均波長、または個々のスペクトル強度について重み付けられた平均波長、を表すものとすることができる。
【００１６】
１つの別の実施形態によれば、半導体材料の面全体にわたる光学的特性の検出は、半導体材料の主表面を通して行われる。このことが意味しているのは特に、光学的特性検出のために主表面を介して半導体材料に照射される、ということである。さらに光学的特性検出のために、半導体材料の同じ主表面から照射される光を検出することができる。
【００１７】
１つの別の実施形態によれば、半導体材料は支持体の上に設けられている。半導体材料の特性検出を行う半導体材料の主表面を、好ましくはこの支持体とは反対側の半導体材料主表面によって形成することができる。支持体を、たとえば基板ウェハによって形成することができる。
【００１８】
以下で詳しく説明する方法を、成長基板上に配置された半導体材料を用いて実施するのであれば、半導体材料の主表面を、成長した半導体積層体の、成長基板ウェハとは反対側の表面によって形成することができる。さらに、半導体材料のエピタキシャル成長後、この半導体材料を、たとえば支持体基板ウェハの上に設けてもよい。半導体材料の主表面が、支持体基板ウェハとは反対側の半導体積層体表面によって形成されるように、その後、成長基板ウェハを薄化または除去することができる。さらに、支持体をシートまたは他の材料によって形成することも可能であり、このシートまたは他の材料の上に、基板または基板ウェハとともに、あるいは基板もしくは基板ウェハなしで、半導体材料全体を配置することができ、または半導体材料を複数の機能領域に分けて配置することができる。ここで説明する特性検出方法を実施するプロセス段階に応じて、半導体材料をエピタキシャルウェハとしてもよいし、あるいは、まだつながった状態のままの複数の半導体チップまたはすでに個別に分離された半導体チップを含むチップウェハとしてもよい。
【００１９】
１つの別の実施形態によれば、オプトエレクトロニクス半導体材料の光学的特性を面全体にわたり検出する方法において、オプトエレクトロニクス半導体材料の主表面が、半導体材料の固有の波長よりも短い励起波長の光によって、面全体にわたり照射される。つまり、オプトエレクトロニクス半導体材料の個々の領域だけでなく、主表面全体が同時に照射される。特に好ましくは、主表面は、面全体にわたり均質に、つまり主表面全体にわたり等しい強度で、励起波長の光によって照射される。特に励起波長は、半導体材料特に活性層において、電子と正孔のペアを生成できるように選定されている。つまり、励起波長の光の光子は、電子と正孔のペアを半導体材料中に生成させるのに十分なエネルギーを有している。
【００２０】
さらに、電子と正孔のペアを生成不可能な、または生成させるべきではない、半導体材料の半導体層においては、できるかぎりわずかな割合だけしか吸収されないように、励起波長が選定されている。この種の層を、半導体材料を成す半導体積層体において活性層に加えて設けることができ、たとえばいわゆる閉じ込め層として形成することができる。このような層は、半導体材料そのものによって形成される活性層とは異なり、副次的な半導体材料を含んでいることが多い。たとえばこの種の閉じ込め層を、窒化物半導体材料の場合にはＧａＮ層によって形成することができ、リン化物半導体材料の場合にはＩｎＡｌＰ層によって、ヒ化物半導体材料の場合にはＡｌＧａＡｓ層によって、それ相応に選定された組成で形成することができる。したがって励起光は好ましくは、半導体材料の活性層のバンドギャップよりも大きく、かつ閉じ込め層の材料のバンドギャップよりも小さいエネルギーを有する。
【００２１】
たとえば励起波長を、半導体材料の固有の波長よりも１０ｎｍ〜５０ｎｍだけ短くすることができる。半導体材料の固有の波長が、青色から緑色のスペクトル範囲内にあるならば、たとえば青色から緑色を放出するまたは検出するＩｎＧａＮ層の場合には、励起波長を好ましくは紫外線のスペクトル範囲にすることができる。半導体材料の固有の波長が、黄色から赤色のスペクトル範囲内にあるならば、たとえば黄色から赤色つまり黄色、橙色、琥珀色または赤色などを放出するまたは検出するＩｎＧＡｌＰ層の場合には、励起波長を好ましくは緑色のスペクトル範囲にすることができる。半導体材料の固有の波長が、赤外線のスペクトル範囲内にあるならば、たとえばヒ化物層の場合には、励起波長を好ましくは近赤外線のスペクトル範囲にすることができる。
【００２２】
励起波長の光によりオプトエレクトロニクス半導体材料中に生成された電子と正孔のペアは、短時間後、再び再結合し、それによって固有の波長の光を主表面を介して放出させることができる。本発明による方法のさらに次のステップによれば、電子と正孔のペアの再結合によって、半導体材料の主表面から放射される、固有の波長の再結合放射が、面全体にわたり検出される。ここで面全体にわたる検出とは、半導体材料の主表面全体から放射される再結合放射が同時に検出される、ということである。面全体にわたり照射するステップと、面全体にわたる検出のステップとを、好ましくは同時に実施することができ、この場合、照射および検出は、半導体材料の同じ側で行われる。
【００２３】
励起波長の光の照射強度が予め固定的に定められているならば、半導体材料の効率と出射、および欠陥たとえば分路の個数によって、半導体材料の放出強度つまり再結合放射の強度が定まる。このため半導体材料の主表面を介して放射される再結合放射の照射密度を、半導体材料の品質を表すものとすることができる。
【００２４】
さらに別の実施形態によれば、たとえばカメラなどの検出器によって、再結合放射が検出される。このカメラは特に、再結合放射により発光する半導体材料主表面全体の画像を、撮影することができる。したがってこのカメラによって、半導体材料により形成されたエピタキシャルウェハもしくはチップウェハ全体の品質を、画像を介して一度に記録することができる。好ましくは、画像はコンピュータ支援により評価され、そのようにすることで、相前後してそれぞれ異なる複数の領域を検出できるだけでなく、半導体材料の活性的な面全体を、パラレルに検出することができる。この目的で、コンピュータ支援による画像評価を実現する分析ユニットを設けることができる。したがってここで述べた方法によれば、プロセスコントロールおよび品質コントロールのためのパラレルな構成が提供される。これによって、プロセスコントロールおよび品質確保のための、並列的に実施される著しく安価な方法が提供される。
【００２５】
さらに別の実施形態によれば、基板ウェハたとえば成長基板ウェハまたは支持体ウェハから成る支持体上に、半導体材料が設けられている。エピタキシャル成長の直後、既述の方法によって、基板ウェハ上で半導体材料の特性を検出することができる。さらに、たとえばエピタキシャル成長後、電極層および／または別の機能層たとえばパッシベーション層を被着させ、その後、半導体材料の特性検出を実施することもできる。半導体材料を、互いにつながったまま大面積の状態にしておくことができる。つまりこのことは、既述の方法を実施する場合、半導体材料を成す半導体積層体の活性層は特に、個々の機能領域には分割されない状態にある、ということを意味する。
【００２６】
これに対する代案として、既述の方法において半導体材料が、少なくとも部分的に互いに分離された複数の機能領域に分けられているようにしてもよい。たとえば、エッチング特にメサエッチングによって、半導体材料を少なくとも部分的に複数の機能領域へ分割することができる。個々の機能領域への分割を、特に、励起波長の光による照射ステップの前に実施することができる。分離された機能領域は、半導体材料を成す半導体積層体の活性層が、少なくとも部分的に分離されているか、または全体的に貫通して分離されている、という点で特別なものであるといえる。これらの機能領域によって、あとで仕上げられるオプトエレクトロニクス半導体チップを規定することができる。面全体にわたる照射と面全体にわたる検出とによって、すべての機能領域の再結合放射を同時に検出することができる。
【００２７】
さらに半導体材料が、全体的に互いに分離された複数の機能領域に分割されるようにしてもよく、この場合、分離された複数の機能領域によって、あとで仕上げられるオプトエレクトロニクス半導体チップの一部分が形成される。全体的に互いに分離された機能領域を、特に１つの共通の支持体の上に配置しておくことができ、たとえばいわゆる接着フレームつまり接着作用のあるシートの上に配置しておくことができ、半導体材料の分割後、これにより個々の機能領域を共通に保持して搬送することができる。特に半導体材料を、全体的に分離する前に、この種の共通の支持体の上に配置し、その後、複数の機能領域に分離することができる。半導体材料の全体的な分離を、たとえば半導体材料を少なくとも部分的に分離する先行のステップの後に、特に有利にはレーザカットによって行うことができる。たとえばレーザカットを、既述の特性検出方法の直前に行うことができ、つまり特に励起光による半導体材料主表面を面全体にわたり照射する前に、行うことができる。この場合、レーザカットと、既述の説明による光学的特性検出とを、同じ装置において実施することも考えられ、つまりここで説明した方法を実施するための装置に、たとえばオプトエレクトロニクス半導体材料を含むウェハが装填されて分割され、ついで測定される。
【００２８】
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材料の光学的特性を面全体にわたり検出する方法を実施する装置は、励起波長の光を発生する照射源と、再結合放射を検出する検出器とを含んでいる。照射源および検出器は、好ましくは両方とも、半導体材料の同じ主表面の上方に配置されている。さらにこの装置は、半導体材料のための保持部材も含むことができる。
【００２９】
これまで説明してきた実施形態および特徴、そしてこれから説明する実施形態および特徴は、方法および装置のどちらにも同じようにあてはまる。
【００３０】
１つの別の実施形態によれば、照射源は半導体材料の上方に配置されている。ここで「上方」が意味するのは、半導体材料の主表面に励起波長の光を入射させることができるように、半導体材料の上方に照射源を配置する、ということである。好ましくは、照射源はリング状に形成されていて、開口部を有しており、この開口部を通して、その中またはその上方に配置された検出器に、たとえばカメラに、再結合放射を到達させることができる。特に、半導体材料の上方にリング状に配置された複数の発光ダイオードによって、励起波長の光を発生させることができる。
【００３１】
励起光と再結合放射とを光学的に分離するために、さらに光学フィルタを用いることができる。たとえば照射源に続いて、つまり複数の発光ダイオードに続いて、光学的ショートパスフィルタを配置することができ、このショートパスフィルタは、励起波長の光に対しては透過性であり、再結合放射に対しては非透過性である。再結合放射の検出を、光学的ロングパスフィルタにより行い、このロングパスフィルタは、励起波長の光に対しては非透過性であり、再結合放射に対しては透過性である。光学的ロングパスフィルタは、特に検出器と半導体材料との間に配置されており、したがって再結合放射だけを検出器に当射させることができる。
【００３２】
図面を参照しながら説明する以下の実施例には、さらに別の利点と、有利な実施形態および発展形態が示されている。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】オプトエレクトロニクス半導体材料の面全体にわたる光学的特性を検出する方法を実施するための、１つの実施例による装置を示す概略図
【図２Ａ】別の実施例による半導体材料を示す概略図
【図２Ｂ】別の実施例による半導体材料を示す概略図
【図２Ｃ】別の実施例による半導体材料を示す概略図
【図３Ａ】オプトエレクトロニクス半導体材料の面全体にわたる光学的特性を検出する方法を実施するための、別の実施例による装置を示す概略図
【図３Ｂ】オプトエレクトロニクス半導体材料の面全体にわたる光学的特性を検出する方法を実施するための、別の実施例による装置を示す概略図
【００３４】
実施例ならびに図面において、同じ要素、同種の要素または同じ働きをする要素には、同じ参照符号が付されている。図示の要素および要素相互間のサイズ比は、縮尺どおりに見なされるものではなく、たとえば層、構成部材、構成素子、領域など個々の要素は、見やすくする目的で、および／または理解しやすくする目的で、誇張されたサイズで描かれている場合もある。
【００３５】
図１には装置１００が示されており、この装置によって、オプトエレクトロニクス半導体材料１の面全体にわたる光学的特性を検出する方法が実施される。オプトエレクトロニクス半導体材料１は、複数のオプトエレクトロニクス半導体チップを製造するために用いられるものである。特にオプトエレクトロニクス半導体材料１を、いわゆるエピタキシャルウェハまたはチップウェハとすることができ、さらにこの半導体材料はバンドギャップを有することができ、このバンドギャップによって、半導体材料１の特徴的な波長が定められている。これについては、図２Ａ〜図２Ｃを参照しながら説明する。概要説明で述べたように、赤外線から赤色までの放射のためには、たとえばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓをベースとする半導体積層体が適しており、赤色から黄色までの放射のためには、たとえばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰをベースとする半導体積層体が適しており、さらに短波長の可視の放射つまり特に緑色から青色までの放射のために、たとえばＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮをベースとする半導体材料が適している。ただし、それぞれ０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１であるとする。
【００３６】
半導体材料１は、保持部材９たとえば基板保持部材または他の適切な載置面によって、装置１００内に配置されている。
【００３７】
さらに装置１００は、半導体材料の特徴的な波長よりも短い励起波長を有する光を発生させるために、照射源２を備えている。たとえば励起波長を、半導体材料の特徴的な波長よりも１０ｎｍ〜５０ｎｍだけ短くすることができる。照射源２は保持部材９の上方に配置されており、つまりは半導体材料１の上方に配置されている。
【００３８】
さらに装置１００は、再結合放射３０を検出するための検出器３を備えている。再結合放射３０は、電子と正孔のペアが半導体材料１において再結合するときに放射されるものであり、再結合自体は、励起波長の光２０によって生成される。照射源２および検出器３は双方とも共通して、半導体材料１の主表面１１の上方に配置されている。
【００３９】
オプトエレクトロニクス半導体材料１の光学的特性を面全体にわたり検出するために、装置１００により実施される方法によれば、オプトエレクトロニクス半導体材料の主表面１１が、励起波長の光２０によって面全体にわたり照射され、これによって主表面１１に対し平行な平面において、特に半導体材料１の活性層において、面全体にわたり半導体材料１に電子と正孔のペアが生成される。この目的で検出器３は、半導体材料１から主表面１１を介して放射された、特徴的な波長の再結合放射３０を、面全体にわたって検出するように構成されている。特に検出器３はカメラを備えていることができ、または、半導体材料１全体の画像もしくは再結合放射３０により発光している半導体材料１の主表面１１全体の画像を撮影できるように構成されている。照射源２による面全体の照射も、検出器３による面全体の検出も達成できるようにする目的で、照射源２は好ましくはリング状に形成されて、開口部２１を備えており、この開口部２１を通して、検出器３は再結合放射３０を検出することができる。このため検出器３は、照射源２の開口部２１内に配置されており、または図１に示されているように、照射源２の開口部２１上方に配置されており、好ましくは開口部２１の中央に配置されている。したがって検出器３は、半導体材料１の上方、特にその主表面１１の上方で、中央にポジショニングされ、主表面１１全体における再結合放射３０の局所的な光密度を撮影できるようにする目的で、できるかぎり高い分解能を有するようにすべきである。
【００４０】
たとえば、照射源２は複数の発光ダイオードを有することができ、それらの発光ダイオードは励起波長の光２０を放射し、照射源２において半導体材料１と向き合った側で、開口部２１周囲に分散されて配置されている。この場合、照射源２を、図１に示されているように、環状リングとして形成することができる。さらに照射源２について、これとは異なるジオメトリおよびリング形状も可能である。特に照射源２は、半導体材料１ができるかぎり均質に照射されるように、さらに励起波長の光２０が検出器３に向かって直接反射しないように、構成されている。励起光２０と再結合放射３０とのエネルギー分離を達成するために、検出器３はたとえばロングパスフィルタ３１を有することができ、このフィルタは、再結合放射に対しては透過性であり、励起波長の光２０に対しては非透過性である。これに加え照射源２は、光学的なショートパスフィルタを有することもでき、このフィルタは、励起波長の光２０に対しては透過性であり、再結合放射３０に対しては非透過性である。
【００４１】
再結合放射３０の放射強度は、励起波長の光２０によって予め固定的に設定された照射強度において、半導体材料１の効率および出射ならびに半導体材料１内の分路の個数により定まるものである。このため再結合放射３０の照射密度を、半導体材料１の品質を表すものとすることができる。面全体にわたる照射と面全体にわたる検出とによって、半導体材料１全体の品質を、画像を用いて一度に判定することができ、その際、撮影された画像を、それ相応に設けられた分析ユニット８において、コンピュータ制御により引き続き評価するようにして、判定が行われる。このようにすることで、半導体材料１のプロセスコントロールおよび品質確保のための、パラレルに実施される安価な方法を実現することができる。
【００４２】
青色から緑色のスペクトル範囲にあるオプトエレクトロニクス半導体材料１の固有の波長に対して、励起波長を好ましくは紫外線のスペクトル範囲とすることができ、黄色から赤色のスペクトル範囲にある半導体材料１の固有の波長に対して、励起波長を好ましくは緑色のスペクトル範囲とすることができ、さらに赤外線のスペクトル範囲にある半導体材料１の固有の波長に対して、励起波長を好ましくは近赤外線のスペクトル範囲とすることができる。
【００４３】
図２Ａ〜図２Ｃには、半導体材料１に関する種々の実施例が示されており、これらの実施例は、オプトエレクトロニクス半導体チップ製造時のそれぞれ異なる製造段階を例示したものである。ここに図示されている製造段階のいずれにおいても、さらに時間的にこれらの間に位置する製造段階においても、上述の方法を実施することができる。
【００４４】
ここに示した実施例によれば半導体材料１は、支持体４の上に配置された半導体積層体により形成される。この場合、半導体積層体は、バンドギャップを有する活性層１２を含んでおり、このバンドギャップによって、半導体材料１の固有の波長が決まり、つまりは製造すべき半導体チップを発光ダイオードチップとして実現するのかフォトダイオードチップとして実現するのかに応じて、半導体材料１の発光スペクトルまたは吸収スペクトルが決まる。
【００４５】
図２Ａの場合、半導体材料１は、いわゆるエピタキシャルウェハとして成長直後の状態にあり、成長基板の形態である基板ウェハ１４の上に設けられている。特に、半導体材料１を成す半導体積層体を、エピタキシャル成長法によって、たとえば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）または分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）などによって、成長基板ウェハの上で成長させることができる。さらに半導体積層体に、電気的なコンタクトを設けることができる。
【００４６】
これに対する代案として、基板ウェハ１４として形成された支持体４を、支持体基板ウェハとして形成することもでき、半導体材料１を成長基板ウェハ上で成長させてから、この支持体基板ウェハの上に移動させる。
【００４７】
この場合、半導体材料１特に活性層１２には構造が付与されることなく、支持体４上にそのまま全体が形成されている。成長した半導体積層体とともに基板ウェハ１４をあとから個別に分離することによって、複数の半導体チップを提供することができる。半導体材料１は、支持体４とは反対側の面に主表面１１を有しており、この主表面１１を介して、既述のように励起波長の光２０を照射し、さらにこの主表面１１を介して、検出すべき再結合放射３０が放射される。
【００４８】
半導体材料１は活性層１２としてたとえば、慣用のｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、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）を含むことができる。さらに半導体材料１は活性層１２のほか、他の機能層および機能領域を含むことができ、たとえば、ｐ型またはｎ型にドーピングされた電荷キャリア輸送層、ドーピングされていないまたはｐ型またはｎ型にドーピングされた閉じ込め層、クラッド層または導波体層、バリア層、平坦化層、緩衝層、保護層、および／または電極層、ならびにこれらの組み合わせ、を含むことができる。さらにたとえば、半導体材料１と支持体４との間に、１つまたは複数のミラー層を設けてもよい。図２Ａ〜図２Ｃには、活性層にさらに加えて設けられている層は、見やすくするため示されていない。
【００４９】
図２Ｂには、半導体材料１に関するさらに別の実施例が示されている。この半導体材料は、図２Ａに示した実施例とは異なり、互いに部分的に分離された複数の機能領域１０に分けられている。このため、たとえばメサエッチングなどのようなエッチングによって、半導体材料１に分離トレンチ１３が形成され、これらの分離トレンチ１３によって機能領域１０が規定され、少なくとも部分的に相互に分離されている。機能領域１０は、あとで仕上げられる半導体チップに対応するものであり、したがってここでは半導体チップの一部分である。図２Ｂに示されているように、分離された機能領域１０において特に、半導体材料１を成す半導体積層体の活性層１２を分離状態にしておくことができる。半導体材料１の電流拡散特性に起因して、個々の機能領域間で電子と正孔のペアの電荷キャリアドリフトが生じる可能性があるが、分離状態しておくことで、このようなドリフトを阻止することができ、したがって機能領域１０から放射される再結合放射を、その機能領域１０内で生成された電子と正孔のペアによっても、確実に発生させることができるようになる。図２Ａの実施例のように、支持体４をたとえば、成長基板ウェハまたは支持体基板ウェハにより形成される基板ウェハ１４とすることができる。
【００５０】
図２Ｃにはさらに別の実施例が示されており、この場合、既述の方法により分析すべきチップウェハが示されている。既述の２つの実施例とは異なり、半導体材料１は、全体的に互いに分離された複数の機能領域に分割されている。この場合、分離トレンチ１３は、半導体材料１を貫通しているだけでなく、基板支持体１４も貫通している。全体的に互いに分離された機能領域１０は、１つの共通の支持体４の上に配置されており、この支持体４は、いわゆる接着フレームつまり接着シートによって形成され、これにより個別に分離された機能領域１０が複合体として保持される。
【００５１】
半導体材料１の全体的な分離は、好ましくはレーザカットによって行われ、このレーザカットに先立ち、図２に関連して説明したようなエッチングステップを実施することができる。この場合には特に、機能領域１０が完成済みの半導体チップを成すものとすることができる。
【００５２】
図１においてすでに説明したような検出器３により撮影された再結合放射３０の画像において、図２Ｂおよび図２Ｃの実施例の場合、機能領域１０は明るい領域として現れ、これらの領域は、暗く現れる分離トレンチ１３によって互いに分離されており、したがってこれらの実施例の場合、オプトエレクトロニクス半導体材料１において正確に機能領域ごとに、つまり正確にチップごとに、特性検出を行うことができる。
【００５３】
図３Ａおよび図３Ｂには、装置１００に関するさらに別の実施例が示されている。この装置１００によって、たとえば図１〜図２を参照しながら説明した方法が実施される。この場合、半導体材料１の保持部材（図示せず）を成すかまたはそれを有する基部部材５と、壁部６とによって形成されたケース内に、半導体材料１が配置されており、このケースは、検出器３に向かって上方が開放されており、さらに周囲光を遮ることができる。ここで図３Ａには、断面図が概略的に示されている一方、図３Ｂには、基部部材５と壁部６とにより形成されたケースが、その中に配置された半導体材料１とともに、ケース上方に配置された検出器３の視点で、上から見た平面図として概略的に示されている。
【００５４】
基部部材５および／または壁部６の内側表面領域を、反射性に形成することもでき、そのようにすることで、照射源２から放射された励起波長の光を、いっそう効率的に半導体材料１に入射させることができる。壁部６の一部分は、基部部材５と向き合った側でカバー２４として形成されており、それらの部分において半導体材料１に向いた側に、照射源２として複数の発光ダイオード２２が、それらに続いて設けられたショートパスフィルタ２３とともに配置されている。発光ダイオード２２は、照射源２の開口部２１の周囲に配置されている。図３Ｂに示されているように、照射源２と照射源２の開口部２１は、リング状に六角形として形成されており、このような開口部２１を通して、再結合放射を検出器３によって検出することができる。これに対する代案として、他の幾何学的形状であっても実現可能である。
【００５５】
ショートパスフィルタ２３はそれぞれ、励起波長の光２０に対しては透過性であり、再結合放射に対しては非透過性である。複数のショートパスフィルタ２３に対する代案として、発光ダイオード２２全体に続いて、それ相応に形成された１つのショートパスフィルタを配置してもよい。
【００５６】
検出器とロングパスフィルタ３１は、図１を参照しながらすでに説明したように構成されており、この場合、ロングパスフィルタ３１は、再結合放射に対しては透過性であり、励起波長の光に対しては非透過性である。
【００５７】
これまで図面に示してきた実施例は、概要説明のところで述べたように、択一的または付加的に、さらに別の特徴を含むことができる。
【００５８】
これまで実施例に基づき本発明を説明してきたが、本発明はそれらの実施例に限定されるものではない。むしろ本発明は、個々の新たな特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、そのような組み合わせには特に、特許請求の範囲に記載された特徴のあらゆる組み合わせが含まれ、このことは、それらの特徴またはそれらの組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には挙げられていないにせよ、あてはまるものである。
【図１】
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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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【国際調査報告】
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