特許 7541800 オプトエレクトロニクス部品及びオプトエレクトロニクス部品の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-21

(45)【発行日】2024-08-29

(54)【発明の名称】オプトエレクトロニクス部品及びオプトエレクトロニクス部品の製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01S 5/028 20060101AFI20240822BHJP

   H01S 5/18 20210101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

H01S5/028

H01S5/18

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2023521151

(86)(22)【出願日】2021-10-12

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-25

(86)【国際出願番号】 EP2021078183

(87)【国際公開番号】W WO2022084105

(87)【国際公開日】2022-04-28

【審査請求日】2023-06-01

(31)【優先権主張番号】102020127450.5

(32)【優先日】2020-10-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】DE

(73)【特許権者】

【識別番号】599133716

【氏名又は名称】エイエムエス－オスラム インターナショナル ゲーエムベーハー

【氏名又は名称原語表記】ａｍｓ－ＯＳＲＡＭ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ ＧｍｂＨ

【住所又は居所原語表記】Ｌｅｉｂｎｉｚｓｔｒａｓｓｅ ４， Ｄ－９３０５５ Ｒｅｇｅｎｓｂｕｒｇ， Ｇｅｒｍａｎｙ

(74)【代理人】

【識別番号】110002952

【氏名又は名称】弁理士法人鷲田国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ゾルグ ヨルグ エリッヒ

【審査官】百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－０２１５４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１０／００５０２７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１０－１４１０１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－１４１１２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－０４１００５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－０１９４７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１５／０２４４１４７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－０２２３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－２５４８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－１８６２２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０８５３３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０２０／０１６１８５（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップ（２）を含むオプトエレクトロニクス部品（１）であって、
動作中に電磁一次放射を放出するカップリングアウトファセット（３）と、
機能層（４）と
を備え、
前記カップリングアウトファセット（３）が少なくとも部分的に前記機能層（４）によって覆われており、前記機能層（４）が触媒層であり、
前記機能層（４）が、白金、バナジウム、モリブデン、チタニウム、タングステン、タンタル、パラジウム及びＦｅＮ４錯体の群から選択され、
前記機能層（４）は、前記カップリングアウトファセット（３）に直接接触している、
オプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項2】

半導体チップ（２）を含むオプトエレクトロニクス部品（１）であって、
動作中に電磁一次放射を放出するカップリングアウトファセット（３）と、
機能層（４）と
を備え、
前記カップリングアウトファセット（３）が少なくとも部分的に前記機能層（４）に覆われており、前記機能層（４）が触媒層であり、
前記機能層（４）は、ポリオキソメタレートを含むか又はポリオキソメタレートからなる、
オプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項3】

前記機能層（４）が反応平衡を揮発性分子から固体化合物に、前記揮発性分子の側にシフトさせるように構成されている、請求項１又は２に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項4】

前記揮発性分子が気体である、請求項３に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項5】

前記機能層（４）が金属化合物を含む、請求項１～４のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項6】

前記カップリングアウトファセット（３）が、前記機能層（４）によって完全に覆われている、請求項１～５のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項7】

前記半導体チップ（２）は、活性領域（１１）及び導波路（１０）を備え、前記カップリングアウトファセット（３）における少なくとも前記活性領域（１１）及び／又は前記導波路（１０）は、前記機能層（４）によって完全に覆われる、請求項１～６のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項8】

前記機能層（４）は、前記カップリングアウトファセット（３）と直接接触している、請求項２～７のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項9】

前記機能層（４）が、最大５，０００ナノメートルの厚さ（Ｄ）を含む、請求項１～８のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項10】

前記機能層（４）は、単層として形成される、請求項１～９のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項11】

前記オプトエレクトロニクス部品（１）は、端面発光半導体レーザ部品（１３）である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項12】

前記オプトエレクトロニクス部品（１）は、面発光（１５）である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項13】

前記オプトエレクトロニクス部品（１）は、スーパールミネッセントダイオードである請求項１～１０のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項14】

前記半導体チップ（２）は、動作中に５００ナノメートル未満の波長範囲の電磁放射を放出する、請求項１～１３のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項15】

前記オプトエレクトロニクス部品（１）は、密閉収容部を有していない、請求項１～１４のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）。

【請求項16】

前記半導体チップ（２）の提供することと、
前記機能層（４）を少なくとも部分的に前記カップリングアウトファセット（３）に適用することと、
を含む、請求項１～１５のいずれか１項に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）を製造する方法。

【請求項17】

前記機能層（４）が、前記カップリングアウトファセット（３）上に蒸着又はスパッタリングされるか、若しくは化学蒸着、プラズマ化学蒸着、又はＳＡＭ法を介して堆積される、請求項１６に記載のオプトエレクトロニクス部品（１）を製造する方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、オプトエレクトロニクス部品を規定する。さらに、オプトエレクトロニクス部品の製造方法が規定される。

【背景技術】

【0002】

解決すべき１つの課題は、改善されたオプトエレクトロニクス部品を規定することである。解決されるべき別の課題は、オプトエレクトロニクス部品を製造する方法を規定することである。

【0003】

本明細書において、オプトエレクトロニクス部品が説明される。オプトエレクトロニクス部品は、所定の波長範囲の電磁放射を放出及び／又は受信する少なくとも１つの半導体チップを含むことができる。例えば、オプトエレクトロニクス部品は、半導体レーザ部品又は発光ダイオードである。

【0004】

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部品は、半導体チップを含む。半導体チップは例えば、オプトエレクトロニクス半導体チップである。発光ダイオードチップ、フォトダイオードチップ、及び／又はレーザ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は、電磁放射を検出又は生成するように構成された活性領域を有するエピタキシャル成長半導体積層体を備える。動作中、半導体チップは例えば、ＵＶ放射、青色光、及び／又は赤外線の波長範囲からの電磁放射を放出及び／又は受信することができる。

【0005】

半導体チップは例えば、ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料系に基づく様々な半導体材料を含んでもよい。

【0006】

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部品の半導体チップは、動作中に電磁一次放射を放出するカップリングアウトファセット（coupling-out facet）を備える。例えば、半導体チップの側面は、少なくともその場所において、カップリングアウトファセットとして機能する。カップリングアウトファセットは活性領域の主延長面に対して横方向に、好ましくは垂直に配向されてもよい。電磁一次放射が出る領域は特に、カップリングアウトファセットのサブ領域である。

【0007】

特に、動作中に半導体チップによって放出される電磁一次放射の大部分は、カップリングアウトファセットにおいて半導体チップから出る。これは、動作中に半導体チップによって放出される電磁一次放射の少なくとも９０％がカップリングアウトファセットにおいて半導体チップから出ることを意味し得る。動作中にカップリングアウトファセットで半導体チップを出る半導体チップによって放出される電磁一次放射の割合は、他の場所で半導体チップを出る割合よりも大きい。

【0008】

少なくとも１つのさらなる実施形態によれば、オプトエレクトロニクス部品は機能層を備え、カップリングアウトファセットは少なくとも部分的に機能層によって覆われる。カップリングアウトファセットは完全に、又は部分的に機能層によって覆われてもよい。好ましくは、カップリングアウトファセットの少なくともサブ領域が機能層によって覆われる。機能層は、層として及び／又はフィルム（膜）として適用(apply：塗布)してもよい。

【0009】

さらに、機能層は、カップリングアウトファセットに直接付けることができる。代替案として、接着層を機能層とカップリングアウトファセットとの間に配置することができる。特に、機能層は、円形又は角張った形状を含むことができる。特に、機能層は、複数の層を含んでもよい。この点に関して、複数の層は、異なる材料を含むことができる。

【0010】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は触媒層である。触媒層は、少なくとも１つの触媒を含む。触媒は、反応平衡をシフトさせるように構成される。触媒は、それ自体を消費することなく活性化エネルギーを低下させることによって、化学反応の反応速度を増加させる。特に、機能層は、触媒活性を含むように構成される。特に、触媒層は、オプトエレクトロニクス部品の動作中に化学反応を恒久的に触媒する。

【0011】

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部品は動作中に電磁一次放射を放出するカップリングアウトファセットと、機能層とを備える半導体チップを備え、カップリングアウトファセットは少なくとも部分的に機能層によって覆われ、この機能層は触媒層である。

【0012】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、揮発性分子から固体化合物への反応平衡を揮発性分子の側にシフトするように構成される。

【0013】

高揮発性分子は例えば、窒素、窒素酸化物、酸素、水蒸気、一酸化炭素、二酸化炭素、高揮発性炭化水素化合物などの低分子量の分子、又は有機ケイ素化合物などのケイ素化合物である。高揮発性炭化水素化合物は例えば、炭素環又はアルカンなどの炭素鎖であり、室温又はより高い温度での蒸発によって気相に変化する。特に、高度に揮発性の分子は、カップリングアウトファセット上に沈降（settle on）しない。

【0014】

固体化合物は特に、揮発性ではない強固な不活性化合物である。例えば、固体化合物は元素状炭素、ＳｉＯ2及び長鎖炭素化合物又はケイ素化合物であり、これらは揮発性ではない。特に、固体化合物は、カップリングアウトファセット上に沈降する。

【0015】

反応平衡は、揮発性分子と固体化合物との間で確立される。機能層により、反応平衡は、特に揮発性分子の側にシフトする。したがって、カップリングアウトファセットは、固体化合物を含まないという利点を有する。これは、過熱、ひいてはダメージが低減される点で有利であることを意味する。

【0016】

動作中にカップリングアウトファセットによって放出される電磁一次放射は、ラジカルを形成させる。電磁一次放射は環境中の粒子又は分子に衝突し、それらを分割してラジカルを生成する。ラジカルは特に、少なくとも１つの不対価電子を有する原子又は分子である。ラジカルは特に反応性であり、ＵＶ放射、熱、Ｘ線及び他の電離放射線によって、又は酸化もしくは還元によって電気化学的に形成することができる。

【0017】

特に、ラジカルは光ピンセット効果により、半導体チップのカップリングアウトファセット上で固体化合物として再結合し、沈降し、半導体チップの過熱をもたらす。これは、半導体チップの破壊又は損傷をもたらす可能性がある。機能層により、過熱という課題を低減することができる。固体化合物は、カップリングアウトファセットで反応して揮発性分子を形成し、それによってカップリングアウトファセットでの沈降が有利に低減される。半導体チップの過熱は、機能層によって最小限に抑えられる。言い換えれば、機能層は、吸収と脱着との間の反応平衡が脱着に向かってシフトすることを可能にする。すなわち、カップリングアウトファセットでの反応平衡は、特に反応体側にシフトする。この目的のために、反応体側は特に、カップリングアウトファセット上に沈降しない揮発性分子を表す。

【0018】

少なくとも１つの実施形態によれば、揮発性分子は気体である。特に、揮発性分子は有機分子である。

【0019】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、ポリオキソメタレート（polyoxometalate）を含むか、又はポリオキソメタレートからなる。例えば、ポリオキソメタレートは、透明マトリックス材料、例えばポリシロキサン（polysiloxane）中に埋め込まれる。

【0020】

ポリオキソメタレートは、多原子アニオンを有する。これらは、３つ以上の遷移金属オキシアニオン（transition metal oxyanion）からなり、酸素原子を介して架橋されている。このようにして、大きな閉じた三次元ネットワークを形成することができる。金属原子は、通常、高い酸化数のＶ族又はＶＩ族の遷移金属である。例は、バナジウム、ニオブ、タンタル、モリブデン及びタングステンである。

【0021】

ポリオキソメタレートは、２つの群に分けることができる。すなわち、ヘテロポリアニオン及びイソポリアニオンである。ヘテロポリアニオンは、硫酸イオン又はリン酸イオンなどのヘテロアニオンを含む金属クラスターである。イソポリアニオンは、ヘテロ原子を含まない純粋な金属酸化物ネットワークである。ポリオキソメタレートは、安価であるという利点を有する。

【0022】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、金属化合物を含むか、又は金属化合物からなる。特に、機能層は金属酸化物を含む。金属化合物は、透明マトリックス材料、例えばポリシロキサン中に埋め込まれる。

【0023】

特に、化合物は、以下の群から選択される：ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、ＺｒＯ２、Ａｌ２ Ｏ３、ＭｇＦ２、ＹＡＧ、Ｉｎ２ Ｏ３－ＳｎＯ２、ＳｎＯ２、Ｙ２ Ｏ２、Ｔａ２ Ｏ２、Ｎｂ２ Ｏ３又はそれらの組合せ。機能層として金属化合物を使用することによって、放出された電磁一次放射線を光学的に屈折させることができる。特に、金属化合物は、１．３より大きい屈折率を有する。

【0024】

表１は、対応する波長における個々の金属化合物の屈折率を示す。

【表1】

【0025】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、少なくとも１つの金属化合物が埋め込まれたポリオキソメタレートを含む。

【0026】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、以下からなる群から選択される：
白金、バナジウム、モリブデン、チタニウム、タングステン、タンタル、パラジウム及びＦｅＮ４錯体。特に、機能層は、フィルムとして形成される。

【0027】

異なる材料を有するいくつかの機能層が、カップリングアウトファセットに適用されることも可能である。

【0028】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、白金、バナジウム、モリブデン、チタニウム、タングステン、タンタル、パラジウム及びＦｅＮ４錯体からなる群から選択され、さらに少なくとも１つの金属化合物を含む。

【0029】

少なくとも１つの実施形態によれば、カップリングアウトファセットは、機能層によって完全に覆われる。すなわち、カップリングアウトファセットによって放出される電磁一次放射は、機能層によって完全に覆われる。

【0030】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層の厚さは、最大で１０マイクロメートル、好ましくは最大で５マイクロメートルである。特に、機能層は緻密である。すなわち、化合物は、それを透過することができない。機能層は、光学品質をさらに含んでもよい。言い換えると、機能層は、透明、非吸収性、及び非散乱性である。例えば、機能層は、少なくとも９５％、特に少なくとも９８％の一次放射線に対する透明性を含む。好ましくは、機能層は散乱粒子又は蛍光体粒子を含まない。言い換えれば、機能層は、散乱粒子を含まず、蛍光体粒子を含まない。

【0031】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、均一な厚さを含む。換言すれば、機能層の厚さは、５％の最大偏差を有する平均値付近で変化する。

【0032】

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップはそれぞれカップリングアウトファセットに隣接する活性領域及び導波路を備え、少なくとも活性領域及び／又は導波路は、カップリングアウトファセットにおいて機能層によって完全に覆われている。

【0033】

導波路（waveguide）はその物理的性質により、電磁一次放射が進行波として誘導されるように、電磁一次放射を集束させる不均一媒体である。すなわち、活性領域及び／又は導波路が位置するカップリングアウトファセットの領域は、機能層によって完全に覆われる。ここで、機能層は、特に丸い形状を含む。

【0034】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、カップリングアウトファセットと直接接触している。すなわち、好ましくは、カップリングアウトファセットと機能層との間に追加の層は配置されない。したがって、機能層は、カップリングアウトファセット上に直接形成することができる。

【0035】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、最大で５，０００ナノメートルの厚さを含む。特に、機能層は、最大で２，０００ｎｍの厚さを含む。好ましくは、機能層が最大で１００ナノメートルの厚さを含む。したがって、機能層の厚さは、機能層による電磁一次放射線の吸収が放出された放射線のパワーに対して２０％未満、特に１０％未満であるように選択される。同時に、厚さは、機能層の触媒活性を保証するのに十分に大きい。特に、機能層は、吸収と脱着との間の反応平衡が脱着側にあるように十分に厚い。機能層の厚さが薄すぎると、例えば波長オーダーにおいて、副作用を引き起こす可能性がある。

【0036】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は単層として形成される。単層は表面上の原子、分子、又はセル（cell）の層であり、層の高さは、１つの原子、１つの分子、又は１つのセルのみである。したがって、同一の原子又は分子は、単分子層において互いの上に存在しない。特に、単層は、５ナノメートル以下の厚さを含む。例えば、単分子層は、１ナノメートル以下の厚さを含む。

【0037】

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部品は、端面発光半導体レーザ部品である。

【0038】

端面発光半導体レーザ部品は、レーザ放射を放出するように構成された半導体チップを備える。すなわち、動作中、半導体チップは例えば、ＩＲ放射とＵＶ放射との間の波長範囲内の電磁一次放射線を放出する。特に、半導体チップは、端面、すなわち半導体チップのファセットにおいてレーザ放射が放出される端面放出半導体レーザチップである。すなわち、動作中に半導体チップから出る生成されたレーザ放射が通過する半導体チップのカップリングアウトファセットは、端面に位置する。

【0039】

また、端面発光型半導体レーザ素子は、少なくとも一部にカップリングアウトファセットを覆う機能層を有する。

【0040】

端面発光半導体レーザ部品のカップリングアウトファセットは、硬い鋼の発散（high steel divergences）を有する。高いエネルギー密度と併せて、これは、高い電界強度をもたらす。高い電界強度は、分子及び粒子のカップリングアウトファセットへの材料輸送（「光ピンセット効果」）をもたらす。カップリングアウトファセット上の機能層は、カップリングアウトファセット上の分子の沈降の低減をもたらす。したがって、オプトエレクトロニクス部品の過熱が低減される。

【0041】

特に、半導体チップは、ｐ－アップ構成又はｐ－ダウン構成を含む。ｐ－ダウン構成では、共振器が半導体チップの底面に配置される。ｐ－アップ構成では、共振器は半導体チップの上面に配置される。共振器は２つのミラーの構成であり、放射は、領域を通って繰り返し誘導される。

【0042】

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部品は、面発光である。特に、面発光体はＶＣＳＥＬ(vertical-cavity surface-emitting laser)である。さらに、面発光は、電磁一次放射が半導体チップの主平面に対して垂直に放出されるレーザダイオードである。

【0043】

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部品は、スーパールミネッセントダイオード（superluminescent diode）である。スーパールミネッセントダイオードの構造は、共振器を有さないレーザダイオードの構造に対応する。放射は、いわゆる増幅された自然放出に基づいており、レーザダイオードの輝度と、放出された放射のより広い光学帯域幅と同等である発光ダイオードの低コヒーレンスとを組み合わせている。

【0044】

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップは、動作中に５００ナノメートル未満の波長範囲の電磁放射を放出する。特に、半導体チップは、動作中に４８０ナノメートル未満の波長範囲の電磁放射を放出する。例えば、動作中、半導体チップは、５００ナノメートル未満、好ましくは４８０ナノメートル未満のピーク波長を有する電磁放射を放出する。このような短い波長範囲は、炭素化合物の分解及びラジカルの形成をますますもたらす。

【0045】

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部品は、密閉収容部を含まない。密閉とは、収容部が気密かつ不浸透性に封止されることを意味する。すなわち、オプトエレクトロニクス部品は、密閉された収容部を必要としない。オプトエレクトロニクス部品の安定した動作は、非気密かつ非有機環境においてさえも保証される。したがって、半導体チップをキャビティ内のより大きな収容部内に配置し、収容部を封止する必要がない。したがって、オプトエレクトロニクス部品のために必要とされるパッケージングスペースはより小さい。これは、低い製造コストをもたらす。

【0046】

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部品は担体（carrier）を含む。担体は三次元本体であってもよく、例えば、円筒形、円板形又は直方体形の形状を含んでもよい。担体は、主延長面を備えてもよい。担体の主延長面は例えば、担体の表面、例えば上面に平行である。

【0047】

担体は、オプトエレクトロニクス部品を駆動することができるドライバを備えることができる。代替的に、担体は電子的に受動的な部品であり、実装面を提供するためにのみ役立つことが可能である。

【0048】

半導体チップは、担体のカバー表面上に配置することができる。半導体チップは担体を介して半導体チップを制御することができるように、電気的接触を介して担体と接続することができる。例えば、半導体チップは、担体と電気的に接続された、担体のカバー表面に面する側の電気的接触を備える。代替的に、半導体チップをボンディングワイヤーを介して担体に電気的に接続することも可能である。半導体チップは、カバー表面上の担体に機械的に取り付けられてもよい。

【0049】

少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップは、ステップ（step：階段）上に配置される。特に、ステップは、担体上に配置されるか、又は担体の一部によって形成される。このステップは、オプトエレクトロニクス部品の機械的安定性を改善する。ステップは、いわゆるサブマウントであってもよい。このステップは特に、ｐ－ダウン構成で存在する半導体チップのために提供される。

【0050】

オプトエレクトロニクス部品の製造方法がさらに説明される。好ましくは、本明細書に記載の方法が本明細書に記載のオプトエレクトロニクス部品を製造するために使用することができる。すなわち、オプトエレクトロニクス部品について開示された全ての特徴は、オプトエレクトロニクス部品を製造するための方法についても開示され、逆もまた同様である。

【0051】

本明細書に記載のオプトエレクトロニクス部品を製造する方法の少なくとも１つの実施形態によれば、半導体チップが提供される。半導体チップは例えば、担体上に配置される。担体は、とりわけ、機械的安定性を提供する役割を果たす。

【0052】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は少なくとも部分的に、カップリングアウトファセットに適用される。例えば、半導体チップの１～５の面は、機能層で囲まれている。特に底面に対応する半導体チップの第６の面は、好ましくは機能層がないままである。底面側は、担体上に配置されることが好ましい。

【0053】

好ましくは、機能層が半導体チップの正確に片側に適用される。これは、半導体チップの電磁一次放射がこの側で正確に放出される場合、すなわち、この側がカップリングアウトファセットを含む場合である。

【0054】

機能層はまた、カップリングアウトファセットのサブ領域のみに適用することができる。サブ領域は、電磁一次放射が出る領域である。その場合、カップリングアウトファセットは、完全ではなく、部分的にのみ機能層で覆われる。

【0055】

少なくとも１つの実施形態によれば、機能層は、カップリングアウトファセット上に蒸着又はスパッタリングされるか、若しくは化学蒸着、プラズマ化学蒸着、又はＳＡＭ法を介して堆積される。

【0056】

カップリングアウトファセット上への機能層の蒸着の間、出発点の材料は電気ヒータによって沸点付近の温度に加熱され、次いで、材料蒸気は半導体チップに移動し、そこで、機能層に凝縮する。

【0057】

スパッタリングによってカップリングアウトファセット上に機能層を適用する間、原子は、高エネルギーイオンによる衝撃によって固体から放出され、気相に入る。放出された原子はカップリングアウトファセット上に沈降して多孔質層を形成し、この多孔質層は、アニーリングによって高密度化して機能層を形成することができる。

【0058】

機能層は、化学蒸着の手段によって、カップリングアウトファセット上に適用することができる。これにより、化学反応の結果として、気相から基板の加熱された表面上に固体成分が堆積される。このための前提条件は、特定の反応温度で機能層を堆積させる層成分の揮発性化合物が存在することである。

【0059】

プラズマ化学蒸着の間、化学蒸着はプラズマによって支持される。プラズマは、コーティングされる基板で直接、又は別個のチャンバ内で燃焼することができる。

【0060】

ＳＡＭ（Self-Assembled Monolayer）法では、表面活性物質又は有機物質を溶液又は懸濁液に浸漬すると、機能層が自発的に形成される。

【0061】

本オプトエレクトロニクス部品の１つのアイデアは、カップリングアウトファセット上の吸収及び脱着の反応平衡を、脱着に向かって、すなわち、反応物に向かって、高揮発性分子に向かってシフトさせることである。カップリングアウトファセット上の機能層は、得られたカップリングアウトファセット上の固体化合物を高揮発性分子に変換するのに役立つ。カップリングアウトファセット上に堆積された材料、例えば炭素の燃焼は、機能層によって促進されるだけでなく、可能にされる。

【0062】

比較のオプトエレクトロニクス部品では、ラジカル又は炭素化合物がアルカンなどの長くて固体の不揮発性メモリ化合物、又は元素の炭素もしくは二酸化ケイ素が形成され、半導体チップの過熱をもたらし、したがってオプトエレクトロニクス部品を破損させるように、カップリングアウトファセットで再結合する。したがって、かなりのオプトエレクトロニクス部品は長期にわたって安定した動作を保証するために、高コストで封入される。比較のオプトエレクトロニクス部品は、純粋に無機の、ガス及び水分に安定なパッケージ、いわゆるゴールドボックス（gold box）上で、クリーニング中に気密封止された雰囲気中で操作される。

【0063】

カップリングアウトファセット上の機能層は、収容部の設計を単純化する。密閉収容部は不要である。これにより、コストが低減され、設置スペースが低減される。加えて、モジュール内のオプトエレクトロニクス部品の集積が単純化される。

【0064】

とりわけ、カップリングアウトファセット上の機能層は、オプトエレクトロニクス部品の耐用年数を著しく延ばす。

【0065】

オプトエレクトロニクス部品及びオプトエレクトロニクス部品を製造する方法のさらなる有利な実施形態及びさらなる発展形態は、図面と併せて以下に記載される例示的な実施形態から得られる。

【図面の簡単な説明】

【0066】

【図1】オプトエレクトロニクス部品の走査型電子顕微鏡図である。

【図2】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。

【図3】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の側面図である。

【図4】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の側面図である。

【図5】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の概略断面図である。

【図6】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の側面図である。

【図7】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品の側面図である。

【図8】化学平衡反応である。

【図9】化学平衡反応である。

【図10】例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品を製造する方法の様々なステップの概略断面図である。

【0067】

同一であるか、同様であるか、又は同一の効果を有する要素は、図中で同一の参照符号で示される。図及び図に示される要素の割合は、縮尺通りであるとみなされるべきではない。むしろ、個々の要素、特定層の厚さは、より良好な表現の可能性及び／又は理解のために、誇張して大きく示される場合がある。

【0068】

図１には、比較のオプトエレクトロニクス部品の走査電子顕微鏡画像が記載されている。オプトエレクトロニクス部品は、ステップ５と、その上に配置された半導体チップ２とを備える。半導体チップ２は、活性領域の主延長面に対して垂直に配向され、動作中に電磁一次放射を放出する、カップリングアウトファセット３を備える。固体化合物ＯＲが、カップリングアウトファセット上に堆積されることが分かる。固体化合物ＯＲは例えば、元素状炭素又は二酸化ケイ素である。固体化合物ＯＲは、オプトエレクトロニクス部品の過熱をもたらす。

【0069】

図２の例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品１は、動作中に電磁一次放射が放出されるカップリングアウトファセット３と、機能層４とを備える半導体チップ２を備える。動作中、半導体チップ２は、５００ナノメートル未満の波長範囲の電磁一次放射を放出する。

【0070】

好ましくは、波長範囲は４８０ナノメートル未満である。特に、半導体チップ２は、動作中に４８０ナノメートル未満のピーク波長を有する電磁一次放射を放出する。

【0071】

機能層４は少なくとも部分的に、カップリングアウトファセット３を覆っている。機能層４は触媒層である。

【0072】

半導体チップ２は、ステップ５上に配置される。ステップ５は、いわゆるサブマウントである。ステップ５は次に、担体６上に配置される。半導体チップ２及びステップ５並びに機能層４は、収容部８によって囲まれている。

【0073】

収容部８は、通気開口部９を備える。半導体チップ２から放射された電磁一次放射は光学素子７に衝突し、それによって偏向される。光学素子７は、放出された電磁一次放射を成形するように構成される。光学素子７及び通気開口部９は任意選択的に、オプトエレクトロニクス部品１に設けられる。

【0074】

機能層４は反応平衡を揮発性分子から固体化合物に、揮発性分子の側にシフトさせるように構成される。例えば、機能層４は、ポリオキソメタレートである。付加的に又は代替的に、金属化合物、例えばＴｉＯ２、ＺｒＯ２、ＨｆＯ２又はＳｉＯ２を機能層４に導入することができる。カップリングアウトファセット３は、機能層４によって完全に覆われている。機能層４は、カップリングアウトファセット３と直接接触している。機能層４は、最大で５００ナノメートルの厚さＤを含む。

【0075】

オプトエレクトロニクス部品１は端面発光半導体レーザ部品１３であり、すなわち、カップリングアウトファセット３は、一方の端面に配置される。

【0076】

図３に示す側面図は、オプトエレクトロニクス部品１のＸ方向の断面を示している。
ここで、オプトエレクトロニクス部品１は、ステップ５上に配置されている。ステップ５は、いわゆるサブマウントである。端面発光型半導体レーザ素子１３は、ｐ－ダウン構成を有する。

【0077】

機能層４は、半導体チップ２のカップリングアウトファセット３上に配置される。機能層４は、カップリングアウトファセット３のサブ領域１２上に配置され、丸い形状を含む。

【0078】

半導体チップ２は、活性領域１１と、導波路１０とを備える。少なくとも活性領域１１及び導波路１０は、カップリングアウトファセット３において機能層４によって完全に覆われる。機能層４はまた、ここでは、カップリングアウトファセット３と直接接触しており、ポリオキソメタレートを含む。代替的には、機能層４が、白金、バナジウム、モリブデン、チタニウム、タングステン、タンタル、パラジウム及びＦｅＮ４錯体を含む群から選択されてもよい。機能層４は、膜として形成されていてもよい。機能層４は、単層として形成されている。

【0079】

図４に示される例示的な実施形態は、ステップ５上のオプトエレクトロニクス部品１を示す。オプトエレクトロニクス部品１は、半導体チップ２と、カップリングアウトファセット３と、カップリングアウトファセット３上に配置された機能層４とを備える。機能層４はカップリングアウトファセット３と直接接触し、カップリングアウトファセット３を完全に覆う。これにより、オプトエレクトロニクス部品１は、密閉収容部を有していない。

【0080】

図５に示される例示的な実施形態は、半導体チップ２が担体６上に直接配置されるという点で、図２に示される例示的な実施形態とは異なる。さらに、オプトエレクトロニクス部品１は、光学素子７及び通気開口部９なしで動作することができる。

【0081】

図６には、例示的な実施形態による端面発光半導体レーザ部品の側面図が示されている。ここでも、図３と比較して、半導体チップ２のｐ－アップ構成が示されており、半導体チップ２は、担体６上に直接配置されている。

【0082】

図７は、例示的な実施形態による面発光（レーザ）１５を示す。面発光１５は、ＶＣＳＥＬ（vertical-cavity surface-emitting laser：面発光レーザ）である。面発光は、電磁一次放射が半導体チップ２の平面に対して垂直に放出されるレーザダイオードである。これは、カップリングアウトファセット３が半導体チップ２の平面に平行であることを意味する。機能層４は、カップリングアウトファセット３上に配置される。半導体チップ２は、担体６上に配置されている。任意選択的に、半導体チップ２は、ステップ５上に配置することができる。

【0083】

図８に示す反応式は、揮発性分子ＯＭと固体化合物ＯＲとの間の平衡を示している。半導体チップ２の電磁一次放射によって開始されると反応が起こる。揮発性化合物ＯＭ Ｃ_ｎＨ_ｎ＋２－Ｒ＋Ｎ_２＋Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏは、反応して、元素Ｃ、ＣＯ_ｘ、ＮＯ_ｙ、ＮＨ_ｚ及びＣ_ｍ－Ｈ_ｍ＋２－Ｒを形成する。

【0084】

ｎ、ｘ、ｙ、ｚ及びｍは、１以上２０以下の自然数である。

【0085】

機能層４により、反応の平衡は、カップリングアウトファセット３において揮発性分子ＯＭに向かってシフトすることができる。固体化合物ＯＲは反応して、気体状の高揮発性分子ＯＭを形成する。有利には、これは分子、例えば炭素化合物がカップリングアウトファセット３上で反応して、不揮発性メモリ固体化合物ＯＲを形成し、そこで沈降し、したがって、オプトエレクトロニクス部品１の過熱をもたらし、結果としてオプトエレクトロニクス部品１を損傷することを防止する。

【0086】

図９に、揮発性分子ＯＭと固体化合物ＯＲとの間の反応平衡を示す。ここでも、平衡は、機能層によって揮発性化合物ＯＭの側にシフトする。したがって、とりわけ、固体化合物ＯＲ ＳｉＯ２及びＣが、カップリングアウトファセット上に定着することが防止される。ここで、Ｒは有機残渣（organic residue）、例えば、炭素及び場合により官能基を含有する残渣を表す。Ｘは、１以上３以下の自然数である。

【0087】

図８及び図９の反応式は、平衡ではない。

【0088】

図１０において、例示的な実施形態によるオプトエレクトロニクス部品１の製造方法が説明される。まず、半導体チップ２を用意する。次に、機能層４は少なくとも部分的に、カップリングアウトファセット３に適用される。機能層４は、カップリングアウトファセット３上に蒸着又はスパッタリングされてもよく、又は化学蒸着法、プラズマ支援化学蒸着法、又はＳＡＭ法を介して蒸着されてもよい。これにより、機能層４は、カップリングアウトファセット３に直接適用される。

【0089】

図に関連して説明される特徴及び例示的な実施形態は、すべての組み合わせが明示的に説明されていなくても、さらなる例示的な実施形態に従って互いに組み合わせることができる。さらに、図に関連して説明される例示的な実施形態は代替的に、又は追加的に、一般部分における説明によるさらなる特徴を備えてもよい。

【0090】

本特許出願はドイツ特許出願第１０２０２０１２７４５０．５号の優先権を主張し、その開示内容は、参照により本明細書に組み込む。

【0091】

本発明は、説明によって例示的な実施形態に限定されるものではない。むしろ、本発明は特許請求の範囲又は例示的な実施形態においてその特徴又は組合せ自体が明示的に述べられていなくても、任意の新しい特徴及び特徴の任意の組合せを包含し、特に、その特徴又は組合せ自体が特許請求の範囲における特徴の任意の組合せを含む。

【符号の説明】

【0092】

１ オプトエレクトロニクス部品
２ 半導体チップ
３ カップリングアウトファセット
４ 機能層
５ ステップ
６ 担体
７ 光学素子
８ 収容部
９ 通気口
１０ 導波路
１１ 活性領域
１２ サブ領域
１３ 端面発光半導体レーザ素子
１５ 面発光
ＯＲ 固体化合物
ＯＭ 揮発性分子
Ｄ 厚み

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】