(57)【要約】      （修正有）【課題】少なくとも１つの活性層を含んでいる多重層を半導体材料から成る基板の表側上に形成した後、この基板を少なくとも部分的に除去し、その後多重層をヘテロ基板と接合するようにした光放射デバイスを提供する。【解決手段】基板を湿式化学エッチングにより基板の材料用の選択エッチング剤中で除去し、除去された基板の表側に面する多重層２、３、４、５の裏側６上に第１の金属接触層７を、またヘテロ基板９の表側８上に第２の金属接触層１０を被着する。このように被覆された多重層２、３、４、５の裏側６を、ヘテロ基板９の層１０で被覆された表側８と、熱の作用下に共晶結合により互に接合する。【選択図】図３
2006196919.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの活性層（３）を含み、エピタキシャルに析出された多重層（２、３、４、５）と、該多重層（２、３、４、５）の裏側（６）の上に形成された第１の金属接触層（７）と、ヘテロ基板（９）の表側（８）の上に形成された第２の金属接触層（１０）と、第１の金属接触層（７）と第２の金属接触層（１０）との間の電気的および機械的接触を生ずるろう接層（１１）とを備えることを特徴とする光放射デバイス。
【請求項２】
ろう接層（１１）が金を含有することを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
ろう接層（１１）がＡｕＳｎから成ることを特徴とする請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
第１の金属接触層（７）と第２の金属接触層（１０）が所期の構造に加工されたこと特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
第１の金属接触層（７）と第２の金属接触層（１０）が共晶結合で互いに結合されたことを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
ヘテロ基板（９）がＧａＰヘテロ基板であることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
ヘテロ基板（９）がガラスヘテロ基板であることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
ヘテロ基板（９）がシリコンヘテロ基板であることを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【請求項９】
ヘテロ基板（９）に面していない多重層（２、３、４、５）の表側に捕捉層（５）が存在し、該捕捉層（５）の上に、析出され、かつ所期の構造に加工された電極層（１３）が存在することを特徴とする請求項１記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも１つの活性層を含んでいる多重層を、特に半導体材料から成る基板の表側に形成した後、この基板を少なくとも部分的に除去し、その後この多重層を異種材料の基板、即ちヘテロ基板と接合した光放射デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＧａＡｓから成る半導体基板上に、活性層を含み光を放射する多重層をエピタキシャルに析出した、光を放射する半導体デバイスは、ＩＩＩ−Ｖ半導体系を基礎として形成される。この活性層は、例えば種々のアルミニウム濃度を有するＩｎＧａＡｌＰから成る。エピタキシャルに被着させた多重層を基板から再びいわゆるエピタキシャル−リフトオフ法で除去し、他の基板（ヘテロ基板）上に良好な電気的接触を形成するように固着することが極めて多くの用途にとって不可欠である。所望の用途及びそれに使用される製造技術により、一方では個別のデバイスの場合に、他方ではモノリシック集積回路の場合に種々の問題点を解決することができる。半導体チップから放射される可視光線は、例えばＧａＡｓから成る基板の主要な部分に吸収され、それにより外部から見た発光効率は最低となる。従って典型的には５lm及びそれ以上の最高の光の強度及び典型的には１０％以上の効率を達成するために、放射された光を透過する基板（例えばＧａＰから成る）が優先される。同時にエピタキシャル多重層とヘテロ基板との間に、高い電流の場合でも良好な電気的接続（ＬＥＤ（発光ダイオード）半導体チップの全順方向電圧が最低の場合に）が望まれ、また製造の際高収量が望まれる。このような個別の半導体デバイスの代表的な用途には、自動車の外部照明や灯火等がある。更にオプトエレクトロニクス集積回路の実現は、最小のＩＩＩ−Ｖ半導電性のエピタキシャル層をシリコンベースの集積回路内に収容することにより可能となる。この場合ＩＩＩ−Ｖ半導体素子をシリコン素子に電気的に接続することが重要である。この代表的な使用例はＬＥＤディスプレイ、光学的情報処理システム等である。
【０００３】
エピタキシャル層をヘテロ基板上に形成し、固着しそして電気的に接続することは、これまで主に２つの方法、即ちエピタキシャル層の異種基板上へのヘテロエピタキシーと融着により行われてきた。
【０００４】
例えばＩｎＧａＡｌＰをＧａＰの上にヘテロ・エピタキシーする場合、使用される材料の大きな格子間隔不適合のため、どうしても高い転位密度を生じることになる。これらの転位密度は確かに、比較的容易に応力を削減できるように、Ｓｉ０2マスクを使用してエピタキシャル面を減少させ、あるいは例えば熱サイク ル下での結晶成長、中間介在層の使用等のような従来法により削減することができる。それにも拘わらず高密度の転位は、非発光性の再結合過程の増大、そしてこれに伴う光の放射の低減、そして電気的接続にとって不利な、チップにおける一定しない付加的な電圧降下を来たす。
【０００５】
ヘテロ基板上にエピタキシャル層を融着する際に、吸光性のＧａＡｓ基板は、選択的な下面のエッチングにより湿式化学的にエピタキシャル層から除去されるが、その際前以てＡｌＮ層が入れられている。残留するエピタキシャル層は、透明なＧａＰヘテロ基板上に高圧及び高温下に被着される。ファンデルワールス結合の形成に伴い、エピタキシャル層は透明なヘテロ基板上に接着する。
【０００６】
代替的に、溶解剥離されたエピタキシャル層のもとの基板表面上に、わずか数ナノメータの厚さの金属箔を蒸着してもよい。このエピタキシャル層を、それに引続いて透明又は吸光性のヘテロ基板上に被着する。場合によっては、同様に薄い金属箔を被着してもよい。続く熱処理の下で、金属接合部の合金化が行われる。この合金化により、エピタキシャル層はヘテロ基板に接着する。
【０００７】
上記の全ての製造方法（最後の場合は従来技術に加えることはできない）では、主として、数百μm以上の吸光性の基板の不均一な腐食除去により惹起される 、２つの接合すべき本体の一定しない接合が生じ易いと言う欠点がある。エピタキシャル層とヘテロ基板との間の不均一なファンデルワールス結合及びそれと平行して生じる酸化物の形成は、不都合に高い電圧降下を半導体チップに来たし、収量は著しく減少しかねない。従ってＩｎＧａＡｌＰ層をＧａＰヘテロ基板上に融着により接合する、高電流用途の市販のＬＥＤ半導体デバイスの場合、７０ｍＡで２．４ｍＶ及びそれ以上の順方向電圧が測定され、これがその用途を著しく制限することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って本発明の課題は、特にオプトエレクトロニクス及び自動車用のエレクトロニクスにおいて使用される光放射デバイスを提供することにあり、特に高電流の場合のエピタキシャル層とヘテロ基板との間のその改善された電気の移動（電子遷移）、及び製造されるＬＥＤ半導体チップの収量の増加を一定の電気的接合により可能にすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この課題は、請求項１記載のデバイスにより解決される。
【００１０】
本発明は、除去された基板の表側に面する多重層の裏側上に第１の金属接触層を、そしてヘテロ基板の表側上に第２の金属接触層を被着し、このように被覆された層の裏側をヘテロ基板の上記の被覆された表側と、特に共晶結合により互いに接合することにある。
【発明の効果】
【００１１】
基板を、特に湿式化学エッチングにより基板材料用のエッチング剤中で除去し、その際基板の湿式化学エッチング法の特に有利な実施態様では、基板の機械的薄層化が先行して行われる。それにより活性層を含む多重層からの基板の極めて均一な溶解剥離が達成される。
【００１２】
本発明のデバイスは、従来使用されてきたデバイスに比べて、とりわけエピタキシャルに成長させた多重層とヘテロ基板との間に一定のそして電気伝導性の接合を形成する利点、即ち一方では唯１つの最低の厚さの基板を限定して基板エッチングし、他方では片持ち式多重層を特に透明なヘテロ基板上に共晶結合する利点を有する。このような限定された基板のエッチングは、基板が最大で約１００μmのごく僅かな全層厚を有するとき特に有利である。比較的厚い基板の場合、本発明方法では基板の湿式化学エッチングに先行して、典型的には全体で１００μmの厚みを 持つ基板の機械的薄層化を行うのが有利である。従ってウェハの直径が５ｃｍ及びそれ以上であっても、基板の均一な溶解をエッチングにより行うことができる。
【００１３】
２つの第１及び第２の金属接触層の共晶結合には、金を含有するろう層を使用するのがよく、この層を第１又は第２の接触層上で所望の構造に加工するか又は両方の接触層上に被着し、そして２つの接触層の接合の際に特にレーザろう接により溶解して接合し、この２つの部分はその後の接合部の冷却時にろう接する。共晶はんだの接着は、そのために用意された所望の構造を持つ金属化部の個所だけに行うのがよい。それにより限定された金属接合が２つの部分構成素子間に行われ、その結果高電流でも有利なデバイス特性と、同時にデバイスの製造時に高収量とがもたらされる。
【００１４】
本発明の有利な実施形態は、従属請求項により明らかとする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明を図示の実施例に基づき以下に詳述する。図面はそれぞれ概略図である。
【実施例１】
【００１６】
本発明による光放射デバイスの図示の実施例は、ＧａＡｓから成る半導体基板１を含んでおり、この上に半導体基板１から出発して第１のコート層２、活性層３及び第２のコート層４を有する、エピタキシャルに析出された多重層が被着されている。図１による実施例の活性層３は、典型的には最大で８００ｎｍの放射波長を有するＩｎＧａＡｌＰの二重ヘテロ構造を示している。あるいはまた、この活性層はホモｐｎ接合によっても形成可能である。第２のコート層４上にはＧａＰから成る捕捉層５が典型的には１０μmから約５０μmまでの厚さで析出され、この層はルミネッセンスダイオードにより放射される光の捕捉効率を改善する作用をする。特に光源として、光学通信技術で使用されるルミネッセンスダイオード又は発光ダイオードの送信素子の場合、個々の層２、３、４、５から成る多重層の配列及び機能は、当業者に周知であり、ここでは詳述する必要はないものである。放射光線の所望の波長により、種々の半導体系が使用され、それぞれその基礎となる半導体材料が、それぞれ別個の技術的問題を提起する種々の製造方法も結果としてもたらす。約４００から８００ｎｍまでの波長を有する可視スペクトル範囲にはＡｌＧａＩｎＰ合金系が使用され、これに図示の実施例も基づいており、その際アルミニウムの含有量を調整することにより比較的広い色の範囲の所望の波長を求めることができる。しかし原理的に本発明方法は、通常ＡｌＧａＡｓ系をベースとする赤外線範囲の比較的波長の長いルミネッセンスダイオードの製造にも使用することができ、その際約１０％から３０％までの典型的範囲内におけるアルミニウム含有量の調整により、約８００ｎｍ以上の放射光の波長を得ることができる。
【００１７】
ＧａＡｓから成る基板１は、最初は全層厚が典型的には数１００μmあっても よい。本発明方法に先行する工程として使用するには、この場合基板１の機械的薄層化を研磨により行うと有利であり、この理由から基板１の全厚を約１００μmに設定する。研磨後の状態は図１に示されている。それに引続いて、半導体ウ ェハを基板１の材料用に選択したエッチング剤に浸漬する。ＧａＡｓの場合、エッチング剤として例えば４：２：１の割合のＨ2Ｏ：ＮＨ3：Ｈ2Ｏ2の溶液が使用される。約４５分後、基板１は完全に溶解され、他方層２、３、４、５から成る多重層が腐食されることはない。ＧａＡｓ基板１の溶解は、この場合その厚さが最低であるため、極めて均一に行われる。５ｃｍ及びそれ以上のウェハ直径を有する溶解剥離された多重層を得ることは容易に可能である。
【実施例２】
【００１８】
図２は先行して機械的薄層化を行うことなく、湿式化学によりエッチングされた数１００μmの厚さのＧａＡｓ基板１の場合が示されている。この図では不規 則なエッチング腐食が見られ、これが結局多重層と、その後に接合される透明なヘテロ基板との間に、もはや均一ではない接合部が生じる。従って本発明方法では、比較的厚い基板１の場合まず機械的研磨工程を行う方が有利である。
【実施例３】
【００１９】
図３はヘテロ基板土台上の湿式化学により溶解剥離された、エピタキシャル多重層の固着及び電気的接続を概略的に示している。このために、剥離された多重層の裏側６（ｎ型側面）の上に薄い金層で被覆されたｎ型接触部７が所期の構造を持って被着される。透明なヘテロ基板９の表側８上に、ｎドープされたＧａＰヘテロ基板９の場合、同様に所期の構造を持つｎ型接触部１０又は例えばガラス又はシリコンから成るヘテロ基板用に、その表面が共晶はんだとしての薄いＡｕＳｎ層で被覆されている他の金属化部を被着する。金属接触層１０を備えた透明なヘテロ基板９及び金属接触層７を備えた多重層は上下に配置され、適当な熱源で熱処理される。接触層１０上のＡｕＳｎ被覆（大まかに符号１１で示されている）は溶解接合され、冷却時に接合部の２つの部分的構成素子はろう接され、その結果図３に概略的に示されているようなエピタキシャル多重層２、３、４、５の裏側接触部７と透明なヘテロ基板９の表側接触部１０との間の電気的及び機械的接合が生じる。従ってこれらの２つのチップ素子間に限定された金属接合部が生じ、これは高い電流の場合でも有利なデバイス特性を、しかも比較的高い製造収量で可能にする。ちなみに、符号１２はヘテロ基板９上の金属製のｎ型裏側接触部を表し、符号１３は捕捉層５上のｐ型接触部を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】基板上にエピタキシャルに析出された多重層の概略断面図。
【図２】比較的厚い基板をエッチングした後の概略断面図。
【図３】本発明により製造された、ヘテロ基板上に共晶結合された多重層を有する光放射デバイスの概略断面図。
【符号の説明】
【００２１】
１  基板、２〜５  多重層、６  裏側、７  第１の金属接触層、８  表側、９  ヘテロ基板、１０  第２の金属接触層
【図１】
2006196919.tif 000003
【図２】
2006196919.tif 000004
【図３】
2006196919.tif 000005