(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物−化合物半導体を有する半導体ボディ（１）を備え、その表面（２）上に半導体デバイスから発せられる放射線に対して透過性のコンタクトメタライジング部（３）が配置されていて、前記コンタクトメタライジング部（３）は少なくとも部分的に半導体デバイスから発せられる放射線に対して透過性の導電性コンタクト層（４）で覆われている、放射線を発する半導体デバイスにおいて、半導体ボディ（１）が複数の半導体層（６，７，８）を有し、前記の半導体層（６，７，８）はエピタキシー法で製造されており、その際、エピタキシー法のために使用される基板は半導体ボディから取り去られており、半導体ボディ（１）が支持体（１２）上に固定されており、コンタクト層（４）は支持体（１２）と半導体ボディ（１）との間に配置されており、支持体（１２）とコンタクト層（４）との間に反射性の境界面が形成されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
窒化物−化合物半導体を有する半導体ボディ（１）を備え、その表面（２）上に、開口を有するか又は複数の相互に間隔を開けたコンタクト島状部を有するコンタクトメタライジング部（３）が配置されていて、前記コンタクトメタライジング部（３）は少なくとも部分的に放射線透過性の導電性コンタクト層（４）で覆われている放射線を発する半導体デバイスにおいて、半導体ボディ（１）が複数の半導体層（６，７，８）を有し、前記の半導体層（６，７，８）はエピタキシー法で製造されており、その際、エピタキシー法のために使用される基板は半導体ボディから取り去られており、半導体ボディ（１）が支持体（１２）上に固定されており、コンタクト層（４）は支持体（１２）と半導体ボディ（１）との間に配置されており、支持体（１２）とコンタクト層（４）との間に反射性の境界面が形成されていることを特徴とする、放射線を発する半導体デバイス。
【請求項３】
コンタクトメタライジング部（３）もしくはコンタクト島状部が放射線透過性である、請求項２記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項４】
窒化物−化合物半導体が周期表の第３及び／又は第５主族の元素の窒化物−化合物である、請求項１から３までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項５】
窒化物−化合物半導体が化合物ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、０≦ｘ≦１、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ、０≦ｘ≦１又はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１の少なくとも１つを含有する、請求項１から４までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項６】
放射線透過性の導電性コンタクト層（４）内の、半導体ボディ（１）の表面（２）に対して平行方向の導電性が、コンタクトメタライジング部（３）内の導電性よりも大きい、請求項１から５までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項７】
コンタクトメタライジング部（４）がパラジウム又は白金を含有する、請求項１から６までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項８】
コンタクトメタライジング部（４）は２０ｎｍを下回る、特に１０ｎｍを下回る層厚を有する層として構成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項９】
半導体ボディ（１）がｐ型ドープ領域（６）を有し、コンタクトメタライジング部（３）がｐ型ドープ領域（６）の表面上に設置されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１０】
半導体ボディ（１）のｐ型ドープ領域（６）はマグネシウム又は亜鉛でドープされている、請求項９記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１１】
放射線透過性の導電性コンタクト層（４）は酸化亜鉛を含有する、請求項１から１０までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１２】
放射線透過性の導電性コンタクト層（４）が酸化インジウム、酸化スズ又はＩＴＯを含有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１３】
半導体ボディ（１）の、コンタクト層の反対側に対向コンタクトメタライジング部（９）を有する、請求項１から１２までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１４】
半導体デバイスが薄層デバイスである、請求項１から１３までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１５】
半導体デバイスが１つの主放射方向を有し、半導体ボディ（１）の表面（２）は、この主放射方向に対して垂直に又は所定の角度で配置されている、請求項１から１４までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１６】
半導体デバイスが発光ダイオード、特に可視光発光ダイオード又はレーザーダイオードである、請求項１から１５までのいずれか１項記載の放射線を発する半導体デバイス。
【請求項１７】
半導体デバイスがＶＣＳＥＬである、請求項１６記載の放射線を発する半導体デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の放射線を発する半導体デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
前記の種類の放射線を発する半導体デバイスは、窒化物−化合物半導体を有しかつその表面にコンタクトメタライジング部を有する半導体ボディを有する。
【０００３】
窒化物−化合物半導体はコンタクトメタライジング部と比べてしばしば比較的僅かな導電性を示す。導電性の向上は特にｐ型ドープした窒化物−化合物半導体の場合に特にそれ自体技術的問題となる。従って、半導体ボディ中での均一な電流分配のために、半導体ボディ上の大面積のコンタクトメタライジング構造体が必要である、それというのも半導体ボディ自体においても電流の拡張、つまり不均一な電流分配の補償は僅かな周辺部においてのみ行われるためである。
【０００４】
これに伴い、半導体表面を大面積で覆うことは、放射線を発する半導体デバイスにおいて、外方放射を提供する自由な半導体表面を減少させるため、放射する放射線量は低下する。コンタクトメタライジング部を外方へ放射する放射線に対して透過性になるようにコンタクトメタライジング部を薄くすることもできる。しかしながら、それによりラテラル方向、つまり半導体表面に対して平行な方向への電気抵抗が上昇するため、ワイヤ接続部上の中央の接続点により供給される動作電流の均質な分配がもはや保証されない。不均一な電流分配は、動作電流の局所的集中のためにデバイスを損傷する危険を増加させ、この集中は熱的な過負荷を引き起こしかねない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、窒化物−化合物半導体をベースとし、改善されたコンタクトメタライジング部を備えた放射線を発する半導体デバイスを提供することである。特に、本発明の課題はｐ型ドープした窒化物−化合物半導体のための改善されたコンタクトメタライジング部を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
前記の課題は、請求項１記載のデバイスにより解決される。本発明の有利な実施態様は引用形式請求項の対象である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明の第１の実施態様の場合には、窒化物−化合物半導体を有する半導体ボディを備え、その表面上にコンタクトメタライジング部が配置されており、このコンタクトメタライジング部は放射線透過性でかつ放射線透過性の導電性コンタクト層で覆われている、放射線を発する半導体デバイスを形成する。
【０００８】
本発明は、半導体ボディ内で形成される放射線に対して相応して高い透過性を有する極めて薄いコンタクトメタライジング部の構成を可能にする。コンタクトメタライジング部の厚さが薄いことにより減少された横方向導電性はコンタクトメタライジング部上に設けられた導電性でかつ放射線透過性のコンタクト層により補償される。この場合に、横方向導電性とはコンタクトメタライジング部が設けられている表面に対して平行方向の導電性であると解釈される。
【０００９】
本発明の第２の実施態様の場合には、窒化物−化合物半導体を有する半導体ボディを備え、その表面上に複数の開口を備えているか又は相互に間隔をおいた複数のコンタクト島状部を備えたコンタクトメタライジング部が配置されている、放射線を発する半導体デバイスを形成する。このコンタクトメタライジング部は同様に放射線透過性で、導電性のコンタクト層で覆われている。第１の実施態様と異なるのは、第２の実施態様の場合にはコンタクトメタライジング内の開口を通して又はコンタクトメタライジング島状部の間の半導体ボディから、生じた放射線が外方に放射されることである。こうして高い外方放射度を達成するのが有利である。コンタクトメタライジング部の構造化により減少した横方向導電性はコンタクトメタライジングを覆うコンタクト層によって補償される。
【００１０】
この場合、外方放射をさらに向上させるために、第２の実施態様の場合でも、コンタクトメタライジングが放射線透過性に構成されているのが有利である。また、コンタクトメタライジング自体は第２の実施態様の場合には放射線不透過性であってもよい。これはコンタクトメタライジングの厚さをより厚くし、それにより機械的安定性、たとえば引掻に対する安定性をより高めることができる。さらに、コンタクト層の厚さに関しては製造許容差が有利に低下する。
【００１１】
本発明のこの２つの実施態様は、放射線透過性の及び／又は構造化されたコンタクトメタライジング部により放射線を高度に外方へ放射する利点と、導電性のコンタクト層による均一なラテラルな電流分配の利点と及び僅かなコンタクト抵抗の利点とを統合する。
【００１２】
コンタクトメタライジング部として、特に白金又はパラジウムを有する金属層が適している。慣用のコンタクトメタライジング部と比較して、本発明の場合のコンタクトメタライジング部は、２０ｎｍを下回る、有利に１０ｎｍを下回る極めて薄い層厚で構成されていてもよい。本発明の場合には、一般に５ｎｍの厚さの白金層、ニッケル層又はパラジウム層がコンタクトメタライジング部として使用される。
【００１３】
コンタクトメタライジング部及びコンタクト層を、ｐ型ドープした、たとえばマグネシウム又は亜鉛でドープした半導体ボディの領域上に設けるのが有利である。ｐ型導電性の窒化物−化合物半導体の導電性は比較的小さく、ｐ型ドープされた領域内で電流の拡張は限られた範囲内でだけ行われる。特に高い動作電流密度のデバイス、たとえば半導体レーザーのためには、電流の拡張はｐ型導電性の範囲内でしばしば不十分である。横方向導電性の向上のために導電性コンタクト層を設けることは、この場合に特に有利である。
【００１４】
できる限り均質な電流分配に関して、コンタクト層用に、コンタクトメタライジング部の横方向導電性よりも高い横方向導電性を有する材料を使用することが有利である。このために特に酸化亜鉛が適している。さらに酸化スズ又はＩＴＯ（インジウム−スズ−オキサイド）を使用することも可能である。
【００１５】
窒化物−化合物半導体とは、本発明の場合に、特に周期表の第３及び／又は第５主族の元素の窒化物化合物、たとえばＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌｘＧａ１-ｘＮ、０≦ｘ≦１、ＩｎｘＧａ１-ｘＮ、０≦ｘ≦１又はＡｌｘＩｎｙＧａ１-ｘ-ｙＮ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１であると解釈される。
【００１６】
半導体ボディは複数の窒化物−化合物半導体層を有するのが有利である。この半導体層は基板上に、たとえばエピタキシャル成長により配置することができる。このためには、特に放射線透過性の基板、たとえば炭化ケイ素−基板（ＳｉＣ−基板）又はサファイア−基板が適しており、これらの基板はこの基板を通して放射線を外方へ放射することが可能である。
【００１７】
また、半導体デバイスを基板なしで薄層デバイスとして構成していてもよい。生じた放射線の基板内での吸収は完全に抑制するのが有利である。
【００１８】
本発明の有利な実施態様の場合には、この基板はコンタクトメタライジングとは反対側にリフレクタが設けられている。これは取り付け面としてリフレクタ側を使用することを可能にし、この場合、このリフレクタ側の方向へ発光する放射線は、少なくとも部分的に、前記した有利な外方放射特性を有するコンタクトメタライジングの方向へ反射し返される。
【００１９】
それに対して薄層デバイスの場合には、リフレクタは有利に放射線透過性の導電性コンタクト層上に配置される。このコンタクト層はこの場合には有利に特に高い反射率を可能にする。外方への放射は、大部分、半導体ボディの、リフレクタとは反対側を介して行われる。
【００２０】
本発明の他の特徴、利点及び有効性は、図１及び２との関連で本発明の２つの実施例の次の記載から明らかである。
【００２１】
【実施例】
同じ部材または同じ作用をする部材は、図面中で同じ符号で示されている。
【００２２】
図１に示された半導体デバイスは、複数の窒化物−化合物半導体層６，７，８を備えた半導体ボディ１を有する。たとえば、この半導体ボディは、放射線透過性の層８を有し、これは第１のジャケット層６及び第２のジャケット層７の間に配置されている。ジャケット層６及び／又は７のための材料として、たとえばＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮを使用することができる。
【００２３】
単一量子井戸又は多重量子井戸の構成のために、層８は複数の個々の層を有することができる。有利に、放射線を生じる層８はＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＧａＮ又はＩｎＮを有する。
【００２４】
図示した実施例の場合には、ジャケット層７はｎ型ドープされており、ジャケット層６はｐ型ドープされているため、これらの層の間で活性層８の範囲内で放射線を生じるｐｎ接合が形成されている。ｎ型ドープのために、たとえばケイ素が適しており、ｐ型ドープのためにはたとえばマグネシウムが適している。
【００２５】
この層構造は導電性の基板５上に設けられている。エピタキシャルに製造された層構造の場合に、基板としてたとえばエピタキシー基板を使用することができる。特に、ＳｉＣ−基板が適しており、これはその導電性の他に、窒化ガリウムベースの化合物に関する良好な格子整合を特徴とする。
【００２６】
場合により、基板５とジャケット層７との間で、付加的に１つの緩衝層が形成されていてもよく、この緩衝層はたとえばエピタキシーの際の格子整合をさらに改善し及び／又は半導体ボディと基板との間の電気抵抗を減少させる。
【００２７】
層構造６，７，８とは反対側で、基板には対向コンタクトメタライジング部９が設けられている。
【００２８】
ｐ型導電性ジャケット層６の表面にはコンタクトメタライジング部３が配置されている。このコンタクトメタライジング部３は、薄い白金層又はパラジウム層として構成されており、この厚さは２０ｎｍを下回り、有利に１０ｎｍを下回る。図示された実施例の場合には、コンタクトメタライジング部の厚さは５ｎｍである。この種のコンタクトメタライジング部３は、厚さが薄いため、活性層８中で生じた放射線に対して少なくとも部分的に透過性である。
【００２９】
もちろん、コンタクトメタライジング部の厚さと共にその横方向導電性も低下する。これは、ワイヤ接続部１１及びワイヤ接続面１０を介して供給される動作電流が主にワイヤ接続面１０から対向メタライジング部９への直線方向で流動することを生じさせる。コンタクトメタライジング部３内の電流拡張は、コンタクト箇所から半導体表面２に対して平行な電流の流れを必要とし、かつこのコンタクトメタライジング部３の僅かな導電性に基づきこの方向へ限られた程度でしか行われない。さらに、ｐ型ドープされた半導体層６中の導電性も比較的僅かであり、電流の拡張を著しく拡大することにはならない。半導体ボディ中でのそれにより生じた不均一な電流分配の不利な結果、特に局所的な熱的過負荷はすでに記載した。
【００３０】
これを回避するために、本発明の場合にはコンタクトメタライジング部３は、酸化亜鉛からなる導電性で、放射線透過性のコンタクト層４で覆われている。このコンタクト層４は有利に１０ｎｍより厚い、特に有利に１００ｎｍより厚い、たとえば２００ｎｍの厚さに構成されており、コンタクトメタライジング部３と比較して高い横方向導電性を有する。ワイヤ接続面１０を介して供給された動作電流は、コンタクト層４内でまず主に半導体表面２に対して平行に流れ、続いてコンタクトメタライジング部３を介して半導体ボディ内へ導入される。対応する電流経路１３を図１に示した。すでにコンタクト層４内で充分に電流が拡張されかつ均質に分配されているため、その下のコンタクトメタライジング部３では充分に均一でラテラルな電流分配が生じる。
【００３１】
図２では本発明の第２の実施例が示されている。図２ａは図式的な断面図を示し、図２ｂはその平面図を示す。
【００３２】
図１に示した実施例と異なる点は、第２の実施例の場合に半導体デバイスが薄層デバイスとして構成されており、基板を有していないことである。
【００３３】
この場合、半導体ボディ１は機械的安定化のためにコンタクト層４で支持体１２上に取り付けられる。有利に支持体１２は導電性であり、同時に電流の導入のために用いられる。
【００３４】
この種のデバイスは、たとえば半導体ボディをエピタキシー基板上にエピタキシャル成長させ、その後にコンタクトメタライジング部３及びコンタクト層４を設け、次いで支持体１２上に固定することにより製造できる。その後にエピタキシー基板を取り除き、対向コンタクトメタライジング部を設置する。
【００３５】
この対向コンタクトメタライジング部９は従って半導体ボディ１もしくはその中に含まれるジャケット層７上に直接配置され、これは前記の実施例と同様に、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮを含有しかつ／又はｎ−ドープされていてもよい。活性層８及びジャケット層６のの構造及び組成は、同様に前記の実施例に一致する。
【００３６】
さらに、この対向コンタクトメタライジング部は、図１に示した実施例とは異なり、ワイヤ接続１１用の接続面として用いられ、半導体ボディ１の表面を部分的に覆っているだけである。
【００３７】
支持体１２は金属支持体又は半導体支持体であることができ、この場合、熱により生じる機械的応力を抑制するために、支持体の熱膨張率は半導体ボディ１の熱膨張率に適合させるのが有利である。これは、熱膨張率の差が、製造時及び動作時に生じるもしくは想定される温度範囲において半導体ボディ１に障害が生じない程度に少ないと解釈することができる。支持体１２の熱膨張率の半導体ボディ１の熱膨張率からの相対的な逸脱は、有利に５０％より小さく、特に有利に３０％より少ないのが好ましい。
【００３８】
対向電極９の反対側で、半導体ボディ１の表面２上にはコンタクトメタライジング部３が、複数の相互に隣り合って配置された図２ｂでは円形で示したコンタクト島状部の形で設置されている。生じた放射線は、コンタクト島状部の間のコンタクトメタライジング３で覆われていない領域を通過して、放射線放出面の方向へ反射し戻され、これは次にさらに詳説する。
【００３９】
複数の関連していないコンタクト島状部の形のコンタクトメタライジング部３のこのような構造により、半導体表面の遮蔽度は少なく、その結果、高い放射線放出が達成される。コンタクトメタライジング部３の厚さは第１の実施例の場合と同様に選択されるため、付加的にコンタクト島状部自体は放射線透過性である。
【００４０】
また、コンタクトメタライジング部３の厚さは第２の実施例の場合にも、図１に示した実施例の場合よりも明らかに厚く選択することができる、それというのもコンタクト島状部自体の放射線透過性は有利には必要であるが、必ずしも必要ではないためである。
【００４１】
同様に、図１に示された実施例の場合にも、コンタクトメタライジング部３も個々のコンタクト島状部の形で構成されていてもよい。コンタクト島状部の間の横方向導電性は、この場合一般に、均一な電流分配を保証する付加的手段を必要としない程度に少ない。これは、本発明の場合に導電性の、放射線透過性のコンタクト層４により達成される。このコンタクト層用の材料として有利に酸化亜鉛が使用される。
【００４２】
図２に示したようなこのデバイスの薄層デバイスとしての構造の他の利点は、生じた放射線の基板中での吸収を抑制することにある。特に支持体１２の方向へ放射する放射線成分も有効に利用できる。
【００４３】
コンタクト層４上にリフレクタ層１４を設けるのが有利であり、このリフレクタ層１４はできる限り高い反射率を有し、かつ半導体ボディはこのリフレクタ層１４で支持体１２に取り付けられる。また、支持体１２自体が反射性で、有利に鏡面の構造を有していてもよい。両方の場合に、支持体１２の方向に放射する放射線成分は、放射線放出面の方向へ反射して戻され、それにより放射効率が向上する。
【００４４】
コンタクトメタライジング部３を放射線透過性で、導電性のコンタクト層４で覆うことは、この場合に、高い反射率を有する境界面を形成させることを容易にする。この反射率は、通常の半導体ボディとコンタクトメタライジング部との間の界面で達成できる反射率よりも明らかに高い。
【００４５】
もちろん、この２つの実施例の場合に、他の放射線を生じる構造体、たとえばｐ型導電層及びｎ型導電層を備え、その間にｐｎ接合又はＶＣＳＥＬ−構造（vertical cavity surface emitting laser；面発光型垂直共振器レーザ）を有する二層構造体も使用できる。
【００４６】
本発明は特に、比較的高い動作電流のために均一な電流分配、低いコンタクト抵抗及び半導体層に対して垂直の低損失の放射線放出を必要とするＶＣＳＥＬの場合が有利である。
【００４７】
記載された実施例を用いて本発明を説明したが、もちろん本発明はこれに限定されるものではない。特に実施例の個々の特徴は他の方法と組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるデバイスの第１の実施態様の図式的な断面図
【図２】図２ａ及び図２ｂは本発明によるデバイスの第２の実施態様の断面図及び平面図
【符号の説明】
１  半導体ボディ
２  半導体表面
３  コンタクトメタライジング部
４  コンタクト層
５  基板
６，７，８  窒化物−化合物半導体層
９  対向メタライジング部
１０  ワイヤ接続面
１１  ワイヤ接続部
１２  支持体
【図１】
0003754962.tif 000002
【図２】
0003754962.tif 000003