(57)【要約】本発明は、窒化物化合物半導体材料系であり、微細構造化された外面を備えている半導体積層体の製造方法と、本方法を使用して製造される半導体チップと、このような半導体チップを備えたオプトエレクトロニクス部品とに関する。本方法は、以下のステップ、すなわち、Ａ）基板上に、半導体積層体の少なくとも１層の第１の半導体層を成長させるステップと、Ｂ）この第１の半導体層の上にエッチングレジスト層を形成するステップと、Ｃ）ステップＢ）で得られた積層体の上に、少なくとも１層のさらなる半導体層を成長させるステップと、Ｄ）半導体積層体の分離ゾーンを少なくとも部分的に除去することによって、半導体積層体を基板から分離するステップと、Ｅ）半導体積層体の、得られた分離面をエッチング手段によってエッチングするステップであって、第１の半導体層の微細構造化が行われ、微細構造化された外面が形成されるステップと、を有する。【選択図】図１Ｆ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物化合物半導体材料系であり、微細構造化された外面を有する半導体積層体（１０）を製造する方法であって、
Ａ）基板（１）の上に、前記半導体積層体（１０）の少なくとも１層の第１の半導体層（３）を成長させるステップと、
Ｂ）前記第１の半導体層（３）の上にエッチング停止層（４）を形成するステップと、
Ｃ）ステップＢ）で得られた積層体の上に、少なくとも１層のさらなる半導体層を成長させるステップと、
Ｄ）前記半導体積層体（１０）の分離ゾーンを少なくとも部分的に除去することによって、前記半導体積層体（１０）を前記基板（１）から分離するステップと、
Ｅ）前記半導体積層体（１０）の、得られた分離面をエッチャント（３０）によってエッチングするステップであって、前記第１の半導体層（３）の微細構造化が行われ、微細構造化された外面が形成されるステップと、
を含んでいる、方法。
【請求項２】
前記半導体積層体（１０）の少なくとも１層が、化学式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）の材料を含んでいる、またはこのような材料からなる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記半導体積層体（１０）の前記第１の半導体層（３）が、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含んでいる、またはこのような材料からなる、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング停止層（４）が、セラミック材料を含んでいる、またはセラミック材料からなる、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記エッチング停止層（４）が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化マグネシウムのうちの少なくとも１種類を含んでいる、またはこのような材料からなる、
請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記エッチング停止層（４）の厚さが、５ｎｍ以下である、特に、０．４〜２ｎｍである、
請求項１から請求項５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記エッチャント（３０）が、塩基、特に水酸化アルカリ、または酸を含んでいる、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップＥ）において、結晶のさまざまなファセットが露出する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
窒化物の格子のＮ面が前記基板（１）に面するように、前記半導体材料が前記基板（１）の上に成長する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体積層体（１０）を分離するステップが、リフトオフ法によって、特に、レーザリフトオフ法（２０）によって、行われる、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ステップＥ）の前または後に、前記半導体積層体（１０）にミラー層（８）が形成され、前記ミラー層（８）によって、動作時に前記半導体積層体（１０）において生成されて前記ミラー層（８）の方に向かう電磁放射の少なくとも一部分が反射されて前記半導体積層体（１０）に戻る、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
特に、請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法によって製造される放射放出半導体チップであって、
エピタキシャルに形成される半導体積層体（１０）を備えており、前記半導体積層体（１０）が、ｎ型導電半導体層（５）と、ｐ型導電半導体層（７）と、前記ｎ型導電半導体層（５）と前記ｐ型導電半導体層（７）との間に配置されている放射生成領域（６）と、を有し、前記半導体チップの放射取り出し層が、微細構造化された外面を有し、エッチング停止層（４）が、前記放射取り出し層に隣接して形成されており、前記半導体層の少なくとも１層が窒化物化合物半導体材料を含んでいる、
放射放出半導体チップ。
【請求項１３】
前記エッチング停止層（４）が、前記放射取り出し層と、前記エッチング停止層（４）の後ろに続く第２の半導体層との間の界面の、少なくとも７０％、特に、８０〜９０％を占有している、
請求項１２に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１４】
前記放射取り出し層と前記第２の半導体層とが互いに直接隣接している界面領域が、さまざまな大きさを有し、前記界面上に不規則に分布している、
請求項１３に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の放射放出半導体チップを備えているオプトエレクトロニクス部品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体積層体、特に、放射放出半導体チップ（例えば薄膜発光ダイオードチップ）の半導体積層体の製造方法と、本方法によって製造される放射放出半導体チップと、このタイプの放射放出半導体チップを備えたオプトエレクトロニクス部品とに関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系ＬＥＤの光取り出し効率を高める目的と、そのために要求される半導体積層体の微細構造化された表面（microstructured surface）を形成する目的で、レーザリフトオフステップの後、それによって得られた半導体積層体の表面において、エッチング媒体による粗面化ステップがしばしば行われる。しかしながら、このようにして得られる半導体積層体の光取り出し効率を、さらに改善することが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第９８／１４９８６号パンフレット
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】I. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), October 18, 1993, 2174-2176
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明の目的は、放射放出半導体積層体の光取り出し効率が従来技術と比較して向上する、もしくは、所望の用途に不適合または最適ではない半導体積層体が製造される確率の低い、またはその両方である、製造方法と、それによって製造される構造化された半導体積層体とを開示することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、独立請求項の主題によって達成される。有利な実施形態および発展形態は、従属請求項、本明細書の説明、および例から明らかになるであろう。
【０００７】
本発明による方法は、微細構造化された外面を有する、窒化物化合物半導体材料系の半導体積層体の製造に関する。本方法は以下のステップを含んでいる。
Ａ）最初に、基板上に、半導体積層体の第１の半導体層を成長させるステップと、
Ｂ）次いで、この第１の半導体層にエッチング停止層を形成するステップと、
Ｃ）ステップＢ）で得られた半導体積層体の上に、少なくとも１層のさらなる半導体層を成長させるステップと、
Ｄ）半導体積層体の分離ゾーンを少なくとも部分的に除去する（すなわち特に、分解または破壊する）ことによって、半導体積層体を基板から分離するステップと、
Ｅ）分離ステップによって形成された半導体積層体の分離面にエッチャントを接触させるステップであって、したがって、第１の半導体層、特に、第１の半導体層の外面の微細構造化が行われ、半導体積層体の微細構造化された外面が形成される、ステップ。
【０００８】
本出願によると、「窒化物化合物半導体材料系」とは、通常では複数の異なる個々の層からなる積層体を有する、特にエピタキシャルに形成される半導体積層体が、窒化物化合物半導体材料からなる材料を含んだ少なくとも１つの個々の層を含んでいることを意味する。特に、微細構造化された外面を有する層は、この材料を含んでいる、またはこの材料からなる。さらに、半導体積層体に含まれている活性層も、窒化物化合物半導体材料を含んでいる、またはこの材料からなる。一実施形態によると、半導体積層体のすべての層（エッチング停止層を除く）が、窒化物化合物半導体材料からなる、またはこの材料を含んでいることも可能である。
【０００９】
本出願によると、「微細構造化された」とは、半導体積層体の微細構造化された表面（すなわち外面）の少なくとも一部分に、凸部および凹部が存在することを意味する。この微細構造化部は、特に化学的に形成され、より正確には、構造化するべき表面に、化学反応によって構造を導入することによって、または（構造化するべき表面に構造がすでに存在している場合には）、より高い凸部もしくはより深い凹部またはその両方が存在する構造輪郭を生成することによって、形成されることを意味する。微細構造は、隆起状または溝状に具体化することができる。しかしながら、特に、規則的な多面体構造を実質的にベースとする構造、あるいは多面体から導かれる構造を含めることもできる。特に、このような多面体は、さまざまな大きさで存在している（すなわち、個々の多面体が異なる体積を有する）、または、実質的に同じ大きさで存在していることができる。「多面体から導かれる構造」とは、特に、半導体積層体とは反対側の上部が多面体として具体化されているが、エッチング停止層の側の底面または隣接する構造要素との界面は多面体として具体化されていない構造要素であるものと理解されたい。
【００１０】
本出願による微細構造化の方法は、以下の基本的な発想に基づいている。すなわち、成長条件に関してほぼ最適化された成長基板の上に半導体積層体をエピタキシャル成長させ、エッチング停止層を形成した後、成長基板から半導体積層体を分離する。この分離は、半導体積層体の分離ゾーン（少なくとも一部分が除去、特に、分解される）において行う。その後、分離時に得られた表面の微細構造化を行う。本発明によると、後からの微細構造化ステップにおいてエッチングされる第１の半導体層に直接隣接するエッチング停止層を導入する結果として、微細構造化をより効率的に行うことができ、さらに、発生する不合格品が減少することが判明した。従来技術によると、与えられた半導体積層体に対して、最初に、粗面化の時間を実験的に決定しなければならず、なぜなら、所望の光取り出し構造（特に、結晶のファセット）を最大限に形成することで、特に高い光取り出し効率が得られるようにする一方で、半導体積層体の半導体層のうち微細構造化する目的で設けられる層に隣接する層がエッチング媒体によってエッチングされないようにエッチングの持続時間を選択するためである。意図しない層がエッチング媒体によってエッチングされると（特に、半導体積層体の活性ゾーンがエッチャントとの接触によってエッチングされると）、最終的には短絡が発生し、したがって部品または半導体積層体がまったく機能しない。
【００１１】
したがって、本発明によって設けられるエッチング停止層は、半導体積層体が過度にエッチングされることに対する意図的な保護手段であり、これによって、特に、半導体積層体の第１の層以外の層がエッチングされることを防止する、または少なくとも大幅に低減することができる。したがって、この場合に形成される微細構造化（または放射取り出し構造）の結果として、部品の取り出し効率が最適化されるように、粗面化の時間（またはエッチング媒体の作用時間）を選択した場合でも、機能しない部品または半導体積層体の割合を大幅に減らすことができる。個々の放射放出半導体積層体の光取り出し効率が従来技術に従って製造される半導体積層体と比較して向上していなくても、機能しない部品の割合が小さいことによって、同時に製造される半導体積層体の総数に対する歩留りが向上する。
【００１２】
本出願による方法の一実施形態によると、窒化物化合物半導体材料は、化学式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）を有する。この場合、この材料は、上の化学式に従った数学的に正確な組成を有する必要はない。そうではなく、この材料は、例えば１種類または複数種類のドーパントと、追加の構成成分とを含んでいることができる。しかしながら、説明を簡潔にする目的で、上の化学式は、結晶格子の本質的な構成成分（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｎ）のみを含んでおり、これらの構成成分は、その一部分を少量のさらなる物質によって置き換える、もしくはさらなる物質を添加する、またはその両方を行うことができる。一例として、半導体積層体の１層または複数の層を、化合物半導体材料ＡｌＧａＩｎＮから形成することができる。この半導体材料は、特に、紫外スペクトル領域から青色スペクトル領域の電磁放射を放出する発光ダイオードに適している。白色光を生成する目的で、放出される一次放射の一部分を、ルミネセンス変換物質によって、より長い波長を有する放射に変換することができ、したがって、一次放射と、このように生成される二次放射とが混合する結果として、例えば白色光が生成される。
【００１３】
本出願による半導体積層体は、例えば、従来のｐｎ接合部、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）を有することができる。この場合、量子井戸構造という表現は、特に、閉じ込めの結果として電荷キャリアにおいてエネルギ状態の量子化が起こる任意の構造を包含する。特に、量子井戸構造という表現は、量子化の次元に関して何らかの指定を行うものではない。したがって、量子井戸構造には、特に、量子井戸、量子細線、および量子ドットと、これらの構造の任意の組合せが含まれる。
【００１４】
一実施形態によると、半導体積層体の第１の層（すなわち後からエッチャントによって構造化される層）は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含んでいる、またはこのような材料からなり、例えば、窒化ガリウムからなる、または窒化ガリウムを含んでいることができる。窒化ガリウムＧａＮおよびインジウムガリウム窒化物ＩｎｘＧａ１−ｘＮは、特に適しており、なぜなら、これらの材料では、応力補償に関してと、エッチング停止層（例えば、窒化ケイ素からなるセラミックのエッチング停止層）の形成に関して、特に良好な結果が得られるためである。
【００１５】
本発明に従って使用されるエッチング停止層は、特に、導電性材料から形成されている。
【００１６】
特に、エッチング停止層の材料は、エッチャント（特に、湿式化学エッチャント（例えばＫＯＨ溶液））によって実質的に攻撃されない材料である。この場合、「実質的に攻撃されない」とは、エッチング停止層がエッチャント（特に湿式化学エッチャント）によって攻撃される速度が、半導体積層体の第１の層の半導体材料が除去される速度の１／２０以下、通常では１／１００以下であることを意味する。後者の第１の層の半導体材料が除去される速度は、特に、結晶欠陥または非晶質構造（すなわち特に、結晶のファセットが形成される前）の領域におけるＩｎｘＧａ１−ｘＮの除去速度（一般にはおよそ２００〜３００ｎｍ／分の範囲内であるが、温度に依存する）を意味するものと理解されたい。このような条件は、例えばセラミック材料（例：金属酸化物、半金属酸化物、または窒化物）によって満たすことができる。エッチング停止層の厚さが十分に薄い場合、セラミック材料（例えば酸化ケイ素）も、（横方向、すなわち半導体積層体の積層方向を横切る方向における）導電性の条件を満たす。
【００１７】
エッチング停止層は、例えば、窒化ケイ素、二酸化ケイ素、窒化マグネシウムのうちの少なくとも１種類を含んでいる、またはこのような材料からなることができる。しかしながら、これらの材料は、ケイ素、マグネシウム、窒素、および酸素を化学量論的に正確に有する材料のみを意味するものではなく、化学量論的に不完全な構造を有する材料も、この場合の窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化マグネシウムに含まれるものと理解されたい。
【００１８】
セラミックのエッチング停止層は、特に、半導体積層体の残りの層を形成するためのエピタキシー法においてｉｎ  ｓｉｔｕで形成することができる。一例として、この場合、窒化ケイ素層は、シラン（例えばＳｉＨ４）およびアンモニアを使用することによって形成することができ、窒化マグネシウム層は、Ｃｐ２ＭｇとＮ２源（Ｏ２を付加する）を使用することによって形成することができる。酸化ケイ素層と、他のセラミック材料からなる層も、同様の方法によって得ることができる。
【００１９】
さらなる実施形態によると、エッチング停止層の厚さは、５ｎｍ以下である。特に、この場合、エッチング停止層の厚さは、０．２ｎｍ以上とすることができ、例えば、０．４〜２ｎｍとすることができる。１ｎｍ以下の層厚がしばしば好ましい。特に、このような層厚によって、「半導体積層体の第１の半導体層が完全にエッチングされて」隣接する層もエッチングされることを、効果的に防止することができ、それと同時に、横方向導電率が維持され、さらには、（特に、窒化ケイ素、酸化ケイ素、および窒化マグネシウムからなる層の場合に）本出願による方法のステップＣ）に従って、１層または複数のさらなる半導体層を何らの問題なしに成長させることができる。この場合の前提条件として、特に、（エッチングステップを行う前の）「第１の層」の厚さはしばしば５μｍ以下であり、エッチング媒体の作用時間はしばしば約５〜２０分（例えば約１０分）である。したがって、この実施形態による層厚では、例えば結晶の欠陥の密度が特に高いために「第１の層」がエッチャントによって比較的高速で除去される領域において、半導体積層体のさらなる層がエッチングされ始めることを、エッチング停止層の厚さによって効果的に防止することができる。
【００２０】
本出願によると、エッチング停止層の厚さとは、エッチング停止層の平均厚さであるものと理解されたい。この平均厚さは、例えば、積層体を切断することによって得られる積層体の一部のＴＥＭ顕微鏡写真（透過型電子顕微鏡写真）に基づく算出によって、求めることができる。本方法では、層厚の影響として、エッチング停止層に使用される前駆材料の作用時間が、実験的試験に基づいて対応的に設定される。
【００２１】
本出願による方法によって得られる半導体積層体において、第１の層の上に形成されるエッチング停止層は、下の第１の層をほぼ完全に覆っている。この場合、「ほぼ完全に」とは、第１の層の少なくとも７０％がエッチング停止層によって覆われていることを意味するものと理解されたい。しかしながら、第１の層の９０％以上（例えば９８％以上）を覆うことも可能である。完全に覆われない場合、第１の層のうちエッチング停止層によって覆われない領域は、一般的に界面上に不規則に分布する。この場合、エッチング停止層によって覆われない領域の大きさも一定ではない。
【００２２】
このようにエッチング停止層が下層を完全に覆わないのは、その形成方法に起因することがある。エッチング停止層を形成するステップが、（例えば原子層成長法によって形成する方法の場合とは異なり）半導体積層体のエピタキシー中にｉｎ  ｓｉｔｕで行われる場合、実質的に均一な層厚の層が形成されず、変動範囲が比較的大きくなり、したがって層厚が小さすぎる場合、層が形成されない領域が生じうる。実質的に同じ層厚を有する完全な層を形成する必要がある場合、このような層は、原子層成長法（ＡＬＤ）によって、または有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）によって、対応する長さの堆積時間を用いて形成することができる。
【００２３】
エッチング停止層によって第１の層が覆われている程度は、例えば、完成した半導体積層体において、最初に、（微細構造化された）第１の層の大部分を機械的方法によって除去する、または薄くし、次いで、層の残り（例えば１００ｎｍの厚さを有する）を、ステップＥ）のエッチング媒体によって完全に除去するという手順を通じて判断することができる。これによって達成できることとして、半導体積層体の第１の層の残りがたとえ除去されても、隣接するエッチング停止層はわずかに攻撃されるのみであるように、半導体積層体に対するエッチング媒体の作用時間を短くすることができる。
【００２４】
エッチング停止層が存在せず、大きさおよび配置が一定である領域を形成するためには、フォトリソグラフィ法によって達成することができる。しかしながら、そのためには、エッチング停止層を形成するステップと、エッチング停止層が存在しない領域を導入するステップを、エピタキシャル法によってｉｎ  ｓｉｔｕで行うことができず、対応するステップをｅｘ  ｓｉｔｕで行わなければならない。したがって、このような方法は複雑でもある。
【００２５】
エッチング停止層が存在しない領域が存在することは、特に、方法ステップＣ）において形成される半導体積層体のさらなる層を、このような領域において露出している、半導体積層体の第１の層の表面において、より良好にエピタキシャル成長させることができ、エッチング停止層に続く完全な層を、横方向エピタキシャル成長（ＥＬＯ）によるよりも迅速に得ることができるという状況において、有利であり得る。しかしながら、本発明によると、エッチング停止層が存在しない領域が存在することは、半導体積層体のさらなる層を成長させるための必要条件ではなく、第１の層が完全に覆われている場合にも、さらなる層の成長が達成されることが判明した。例えば、ＡｌＧａＮまたはＡｌＮまたは他のアルミニウム含有層を使用することによって、完全に閉じた窒化ケイ素層を何らの問題なしに過成長させることができるが、アルミニウムを含んでいない層を使用して過成長させることも可能である。
【００２６】
本出願によると、成長基板として、通常ではサファイア基板を使用する。サファイア基板は、広い波長域の電磁放射に対して透過性であり、このことは、例えば分離ステップＤ）に関してと、例えば窒化ガリウムまたはインジウムガリウム窒化物からなる分離ゾーンの材料の分解に関して重要である。しかしながら、これに代えて、異なる材料（例えば炭化ケイ素またはシリコン）から成長基板を形成することもできる。
【００２７】
半導体積層体の第１の層を形成する前に、基板にバッファ層を形成することが可能である。このようなバッファ層は、次に半導体積層体の層を成長させるための最適な成長面を形成する役割を果たすことができる。このバッファ層は、特に、基板の格子定数と半導体積層体の格子定数との違いと、基板の結晶欠陥とを補償する役割を果たすことができる。
【００２８】
ステップＤ）において、少なくとも部分的に除去される（特に分解される）分離ゾーンは、半導体積層体の第１の層の一部分である、または第１の層と基板またはバッファ層（存在時）との間に配置されている専用の分離層である。分離ゾーンは、バッファ層の少なくとも一部分を形成することもできる。一般的には、分離ゾーンは、窒化物化合物半導体材料を含んでいる、または窒化物化合物半導体材料からなり、この窒化物化合物半導体材料は、通常では気体窒素が発生するように分解される。
【００２９】
これを目的として、分離方法としては、レーザリフトオフ法（略していわゆるレーザリフトオフ）が特に好ましく適している。イオン打ち込み（例えばＨ＋イオンまたは希ガスイオンを分離ゾーンに導入する）も可能であり、これらのイオンは小さい気泡を形成し、熱処理の後に大きな気泡となり、基板を分離することができる。分離層の成分（特に、分離層の金属成分）の残留物は、分離法において分離面にしばしば異方性的に残る。
【００３０】
一実施形態によると、半導体積層体は、基板から見て分離面の下流に配置されている半導体積層体の部分と比較して、分離面において高い欠陥密度を有することができる。
【００３１】
分離ゾーンは、しばしば、窒化ガリウムからなる、または実質的に窒化ガリウムのみを含んでいる。その場合、金属Ｇａの残留物が、半導体積層体の分離表面にしはしば異方性的に残る。
【００３２】
半導体積層体の分離面に残留物が残る場合、ステップＥ）の前に行われる予備エッチングステップによって、残留物を完全に、または少なくとも大部分を除去することができる。このような予備エッチングステップは、例えば乾式エッチング法の場合にはエッチングマスクとして残留物を使用して、または気体エッチャントによって、または湿式化学エッチャントによって、材料が除去されるように行うことができる。この場合、残留物も少なくとも大部分が同時に排除されることが好ましい。この残留物は、分離ステップの後、最初の段階では、連続的な層または構造、島状の層または構造、あるいは網状の層または構造として、分離面に残る。
【００３３】
このようなオプションの予備エッチングステップにおいては、残留物の層厚に応じて、半導体積層体の領域を異なる程度だけエッチングすることもでき、その結果として、半導体積層体の分離面の推測が得られる。本発明による方法の利点として、最初の段階で残留物が存在している領域においても、エッチング構造の最適な形成を得ることができ、最初から残留物が存在しない領域において、エッチングが強く作用するため半導体積層体の第１の半導体層が完全に除去されて次の層がエッチング媒体の影響を受けることがない。
【００３４】
成長基板から半導体積層体を分離したとき、分離面に残る残留物がさほど多くない、あるいは、そのような残留物を、ステップＥ）において、目的の微細構造化に大きく影響することなくエッチャントによって除去できる場合、予備エッチングステップを省くこともできる。
【００３５】
一実施形態によると、方法ステップＥ）において、半導体積層体の第１の層をエッチングすることによって、結晶のさまざまなファセットが露出する。この状況は、特に、エッチャントによる攻撃が主として結晶の欠陥において起こる結果として起こり、結晶のさまざまなファセットが選択的にエッチングされる。この場合、エッチャントは、特に、湿式化学エッチャントまたは気体エッチャントとすることができ、酸または塩基を含んでいることができる。気体エッチャントは、腐食性ガス（例えば水素または塩素）とすることができ、このガスは例えば高温で使用することができる。湿式化学エッチャントとしては、特に、水酸化アルカリ水溶液（例：ＫＯＨ）が適している。水酸化アルカリは、エッチャントとして特に好ましい。
【００３６】
形成される結晶のファセットは、特に、角錐構造を形成することができる。この場合、半導体積層体の外面は、多数の角錐状の隆起部によって形成される構造を有する。この場合、角錐状の隆起部は、横方向の面、底面、および上面によって囲まれる多面体である。横方向の面は少なくとも３つの側面を有し、これらは上面に収束して上面を横方向に囲んでいる。理想的な角錐から導かれる構造として、上面が存在せず、横方向の面および底面のみからなる構造がしばしば存在する。さらには、角錐の底面は、しばしば六角形である。したがって、角錐状の隆起部の側面ファセットは、底面の方に延びており、底面はエッチング停止層に面している。角錐状の構造のさらなる特徴として、通常では、上部は角錐状であるが、エッチング停止層に面する底面や隣接する角錐との界面は、必ずしも角錐状ではない。
【００３７】
一実施形態によると、本方法は、特に、０００−１結晶面（すなわち窒化物の格子のＮ面）が基板に面する形で、窒化物化合物半導体材料が成膜するように行うことができる。したがって、エッチングステップ時、半導体積層体のＮ面もエッチングされ、エッチングは例えば水酸化アルカリによって可能である。このようなエッチングステップ時、格子のＧａ面は影響されない、または大きくは影響されない。
【００３８】
さらなる実施形態によると、エピタキシャル成長させた半導体積層体に、ミラー層を形成することができる。放射放出半導体積層体の場合、このようなミラー層によって、生成される電磁放射の少なくとも一部分を半導体積層体の方に反射して戻すことができる。したがって、このようなミラー層によって、放射が光取り出し面（すなわち微細構造化された外面）の方向に方向転換されることにより、放射放出半導体積層体の効率を高めることができる。ミラー層は、微細構造化ステップの前または後、基板を分離するステップの前または後に形成することができる。
【００３９】
本発明による方法に従って製造される、電磁放射を放出する半導体チップは、エピタキシャルに形成される少なくとも１つの半導体積層体を備えており、この半導体積層体は、ｎ型導電半導体層と、ｐ型導電半導体層と、これらの層の間に配置されており動作時に電磁放射を生成する領域と、を備えている。さらに、半導体積層体は、微細構造化された外面と、電磁放射を生成する領域の側の放射取り出し層の面に隣接するエッチング停止層とを有する。この場合、半導体層の少なくとも１層は、窒化物化合物半導体材料を含んでいる。
【００４０】
さらに、放射放出半導体チップは、本方法に関連して上述した１つまたは複数の特徴を備えている。
【００４１】
特に、薄膜発光ダイオードチップは、放射放出半導体チップとして適している。薄膜半導体チップは、特に、以下の特徴的な形状構造の少なくとも１つによって区別される。
−  放射を発生させるエピタキシャル積層体の第１の主面（キャリア要素の側の主面）に、反射層が堆積または形成されており、この反射層が、エピタキシャル積層体において発生する電磁放射の少なくとも一部分を反射して、エピタキシャル積層体に戻す。
−  エピタキシャル積層体の厚さは、２０μｍ以下、特に１０μｍ以下の範囲である。
−  エピタキシャル積層体は、少なくとも一部分が混合構造（intermixing structure）を有する少なくとも１層の半導体層を含んでおり、この混合構造によって、理想的にはエピタキシャル積層体における近似的に光のエルゴード分布につながり、すなわち、この混合構造は、実質的にエルゴード的確率過程である散乱挙動を示す。
【００４２】
薄膜発光ダイオードチップの基本的な原理は、例えば非特許文献１に記載されており、この点に関するこの文書の開示内容は、参照によって本出願に組み込まれている。
【００４３】
薄膜発光ダイオードチップは、ランバート面の発光体の良好な近似であり、したがって、ヘッドライトにおける使用に特に適している。
【００４４】
しかしながら、原理的には、本発明は、薄膜発光ダイオードチップにおける半導体積層体としての使用に限定されず、原理的には、エピタキシャルに形成された半導体積層体が成長基板から剥離されて、微細構造化された表面が要求される場合に使用することができる。
【００４５】
本出願による放射放出半導体チップ（例えば薄膜発光ダイオードチップとすることができる）は、特に、オプトエレクトロニクス部品に含めることができる。
【００４６】
本半導体チップとの接触を形成する目的で、本半導体チップは、半導体積層体を電気的に接続するためのコンタクトパッド（特に、コンタクトメタライゼーション）を、微細構造化された外面に有することができる。この目的には、従来の公知のメタライゼーション層が適している。しかしながら、これに代えて、微細構造化された面とは反対側の半導体積層体の面から接触を形成することもでき、その場合、フリップチップ設計が可能となる。
【００４７】
本発明のさらなる利点と、有利な実施形態および発展形態は、図面を参照しながらの以下の説明から明らかになるであろう。この場合、同じ構成要素または同じ機能の構成要素には、同じ参照数字を付してある。構成要素のサイズと、構成要素のサイズの互いの関係、特に層のサイズの互いの関係は、正しい縮尺ではないものとみなされたい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１Ａ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図１Ｂ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図１Ｃ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図１Ｄ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図１Ｅ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図１Ｆ】放射放出半導体チップを製造するための一連の方法ステップの概略図を示している。
【図２】微細構造化された半導体表面のＳＥＭ写真を示している。
【図３Ａ】微細構造化された半導体表面の、撮影角度９０゜および６０゜のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。
【図３Ｂ】微細構造化された半導体表面の、撮影角度９０゜および６０゜のＳＥＭ顕微鏡写真を示している。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
図１Ａから図１Ｆに概略的に示した一連の方法ステップでは、最初に、成長基板１（例えばサファイア、ＳｉＣ，またはＳｉからなる）の上に、ＭＯＶＰＥによって、ＧａＮバッファ層２（オプションとしてＳｉでドープすることもできる）と、ＳｉでドープされたＧａＮコンタクト層３を形成する。ＭＯＶＰＥによってエピタキシャル積層体を成長させるとき、通常では０００−１結晶面（窒化物の六方格子のＮ面）がサファイア成長基板に面している。次いで、コンタクト層３（本出願においては一般に「半導体積層体の第１の層」と表現している）の上に、エッチング停止層４として、厚さ０．５ｎｍの窒化ケイ素層を、シランおよびアンモニアからＭＯＶＰＥによって形成する（図１Ａを参照）。これに代えて、例えば、酸化ケイ素層または窒化マグネシウム層を堆積させることもできる。次いで、エッチング停止層４に、さらなる半導体層をＭＯＶＰＥによって形成する。これらの層は、特に、（ａ）ＳｉでドープされたＧａＮカバー層５と、（ｂ）電磁放射（特に緑色光または青色光）を生成する層６であって、複数のＩｎＧａＮ量子井戸とその間に位置するＧａＮ障壁とを有する多重量子井戸構造を有する層６と、（ｃ）ｐ型にドープされたＡｌＧａＮカバー層７である（図１Ｂを参照）。カバー層７に、さらなるｐ型ドープＧａＮ層を形成することもできる（図示していない）。
【００５０】
次いで、半導体積層体１０に金属ミラー層８を形成し、このミラー層は、活性層６において生成された電磁放射を反射して、半導体積層体１０に、または後から微細構造化される外面の方向に戻すことができる。ミラーの材料としては、一例として、銀またはアルミニウムが適している（図１Ｂを参照）。
【００５１】
次いで、半導体積層体１０を、そのミラーの面において、導電性のキャリア本体９に結合し、キャリア本体９は、例えば、シリコン、ガリウムヒ素、ゲルマニウム、またはモリブデンから形成することができる。このステップは、例えば、共晶接合、はんだ付け、または接着接合によって行うことができる。次いで、サファイア基板１を、レーザリフトオフ法によって分離することができる（図１Ｃに矢印２０によって示した）。この場合、バッファ層２は、窒素ガスが発生するように分解する。場合によっては、表面に金属ガリウムの残留物が残ることがある（図示していない）。対応するレーザリフトオフ法については、例えば特許文献１に記載されており、この点に関するこの文書の開示内容は、参照によって本出願に組み込まれている。レーザリフトオフ法の放射源としては、一例として、３５０ｎｍ〜３６０ｎｍの範囲内の波長を有するレーザ放射源、またはそれより短い波長を有するレーザ放射源、を使用することができる。
【００５２】
次いで、残っているコンタクト層３に、エッチャント３０を接触させ、これにより、ＧａＮ材料がエッチングによって除去される（図１Ｄを参照）。この場合、エッチャントとして水酸化アルカリ溶液を使用することが好ましい。一例として、約７０℃の温度において３０％強度のＫＯＨ溶液を使用して、エッチングを行うことができ、エッチング時間は約１０分間である。
【００５３】
通常では、このエッチャントによってガリウム残留物も除去される。しかしながら、適切な場合には、この目的に、例えば大幅に薄い濃度のＫＯＨをエッチャントとして使用して、予備エッチングステップを使用することも可能である。
【００５４】
エッチングステップによって、コンタクト層３のさまざまな結晶面が露出する（図１Ｅを参照）。エッチャントは、主として結晶の欠陥においてエッチングを行う。この点において、対応するエッチング痕は、エッチングによって形成される微細構造化された外面の２つの構造要素の間の遷移部において（特に、形成された多面体において）検出することができる。これらのエッチング痕は、０００−１結晶面および隣接する結晶面においてエッチング挙動が異なる結果であり、特に、このような遷移部の領域に起こる。０００−１結晶面またはＮ面の存在は、Ｘ線分光法によって検出することができる。したがって、本出願による方法によって得られる構造化部には、エピタキシーによって成長させる多面体とは異なり、特に、０００−１結晶面以外の面の領域にエッチング痕が存在する。
【００５５】
概説した例においては、レーザリフトオフ法においてバッファ層２全体が分解され、したがって、バッファ層２は分離ゾーンまたは分離層を構成する。これに代えて、バッファ層２の一部のみ、またはコンタクト層３の一部のみが分解するように、バッファ層２とレーザリフトオフ法とを互いに調整することができる。
【００５６】
コンタクト層３を微細構造化することによって、電磁放射の可視スペクトルの青色スペクトル領域に対応するオーダーで粗面化が形成される。粗面化の構造は、特に、半導体活性層において生成される電磁放射の内部波長の１／２の大きさのオーダーである。
【００５７】
図２は、約７０℃における３０％強度のＫＯＨ溶液を使用してのエッチングステップの後の、ＧａＮからなるコンタクト層３の表面を示している。作用時間は１０分であり、カバー層の厚さに対して最適に調整されており、したがって、表面が結晶のファセットによって実質的に完全に覆われており、微細構造化された表面の下に位置するエッチング停止層４が見えていない。比較を目的として、上に示した同じ条件下で、時間を大幅に長くして（例えば約１４分）、エッチングステップを行った。この場合、エッチングを長くする結果として、コンタクト層３の微細構造化された表面領域の間に、部分的にエッチング停止層４が見えるようになることが判明した。図３ＢのＳＥＭ顕微鏡写真は、この状況を図３Ａよりもさらに明確に示しており、微細構造化部の個々の多面体が明確に見えており、多面体の間の構造化されていない領域に、エッチング停止層４が見えている。
【００５８】
粗面化の効果を改善する目的で、コンタクト層３は、少なくともバッファ層２に隣接する領域において、以降の層５，６，７と比較して高い欠陥密度を有することができる。さらに、コンタクト層３は、少なくともバッファ層の側の面において、１×１０１８ｃｍ−３〜１×１０１９ｃｍ−３のシリコンドーパント濃度を有することができる。これにより、コンタクト層３におけるオーミックコンタクトを簡単に形成することができる。
【００５９】
次いで、特に（ＧａＮの）多面体からなり、微細構造化された表面を有する図１Ｅに示した半導体積層体に、電気接続部を形成することができる（図１Ｆ）。この目的のため、一例として、半導体積層体１０のｎ側を電気的に接続するためのボンディングパッド１１（特に、ボンディングパッドメタライゼーション）を形成する。
【００６０】
発光ダイオードチップを電気的に接続するためのコンタクト層１２を、半導体積層体１０とは反対側のキャリア本体９の面に形成する。このステップは、キャリア本体９を半導体積層体１０に結合する前、または結合した後に行う。
【００６１】
図１Ｆに示した実施形態は、フリップチップ実装に適する実施形態に置き換えることもできる。この場合、コンタクト１１はカバー層の上に位置しない。ｎ側の接触は、ビアによって（すなわちキャリア本体９側から）形成する。
【００６２】
ここまで、本発明について例示的な実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。本発明は、任意の新規の特徴および特徴の任意の組合せを包含している。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が例示的な実施形態または請求項に明示的に記載されていない場合であっても、本発明に含まれる。
【００６３】
本特許出願は、独国特許出願第１０２０１００４８６１７．５号の優先権を主張し、この文書の開示内容は参照によって本出願に組み込まれている。
【図１Ａ】
2013543265.tif 000003
【図１Ｂ】
2013543265.tif 000004
【図１Ｃ】
2013543265.tif 000005
【図１Ｄ】
2013543265.tif 000006
【図１Ｅ】
2013543265.tif 000007
【図１Ｆ】
2013543265.tif 000008
【図２】
2013543265.tif 000009
【図３Ａ】
2013543265.tif 000010
【図３Ｂ】
2013543265.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月31日(2013.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物化合物半導体材料系であり、微細構造化された外面を有する半導体積層体（１０）を製造する方法であって、
Ａ）基板（１）の上に、前記半導体積層体（１０）の少なくとも１層の第１の半導体層（３）を成長させるステップと、
Ｂ）前記第１の半導体層（３）の上にエッチング停止層（４）を形成するステップと、
Ｃ）ステップＢ）で得られた積層体の上に、少なくとも１層のさらなる半導体層を成長させるステップと、
Ｄ）前記半導体積層体（１０）の分離ゾーンを少なくとも部分的に除去することによって、前記半導体積層体（１０）を前記基板（１）から分離するステップと、
Ｅ）前記半導体積層体（１０）の、得られた分離面をエッチャント（３０）によってエッチングするステップであって、前記第１の半導体層（３）の微細構造化が行われ、微細構造化された外面が形成されるステップと、
を含み、
前記エッチング停止層（４）の厚さが、０．４〜２ｎｍであり、
前記エッチング停止層（４）が、窒化ケイ素、酸化ケイ素、窒化マグネシウムのうちの少なくとも１種類を含んでいる、またはこのような材料からなる、方法。
【請求項２】
前記半導体積層体（１０）の少なくとも１層が、化学式ＩｎｘＡｌｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）の材料を含んでいる、またはこのような材料からなる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記半導体積層体（１０）の前記第１の半導体層（３）が、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）を含んでいる、またはこのような材料からなる、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記エッチング停止層（４）が、光取り出し面に垂直な方向において電気的に絶縁されていない、
請求項１から請求項３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
前記エッチング停止層（４）が、前記半導体積層体（１０）を完全に覆い、
前記エッチング停止層（４）が、前記半導体積層体（１０）に直接形成される、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
前記半導体積層体（１０）のｎ側を電気的に接続するための電気接続部としてのボンディングパッド（１１）が、前記エッチング停止層（４）とは反対側の前記第１の半導体層（３）の側に形成される、
請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記エッチャント（３０）が、水酸化アルカリを含んでいる、
請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
ステップＥ）において、結晶のさまざまなファセットが露出する、
請求項１から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
窒化物の格子のＮ面が前記基板（１）に面するように、前記半導体材料が前記基板（１）の上に成長する、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記半導体積層体（１０）を分離するステップが、レーザリフトオフ法（２０）によって、行われる、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
ステップＥ）の前に、前記半導体積層体（１０）にミラー層（８）が形成され、前記ミラー層（８）によって、動作時に前記半導体積層体（１０）において生成されて前記ミラー層（８）の方に向かう電磁放射の少なくとも一部分が反射されて前記半導体積層体（１０）に戻る、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法によって製造される放射放出半導体チップであって、
エピタキシャルに形成される半導体積層体（１０）を備えており、前記半導体積層体（１０）が、ｎ型導電半導体層（５）と、ｐ型導電半導体層（７）と、前記ｎ型導電半導体層（５）と前記ｐ型導電半導体層（７）との間に配置されている放射生成領域（６）と、を有し、前記半導体チップの放射取り出し層が、微細構造化された外面を有し、エッチング停止層（４）が、前記放射取り出し層に隣接して形成されており、前記半導体層の少なくとも１層が窒化物化合物半導体材料を含んでいる、
放射放出半導体チップ。
【請求項１３】
前記エッチング停止層（４）が、前記放射取り出し層と、前記エッチング停止層（４）の後ろに続く第２の半導体層との間の界面の８０〜９０％を占有している、
請求項１２に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１４】
前記放射取り出し層と前記第２の半導体層とが互いに直接隣接している界面領域が、さまざまな大きさを有し、前記界面上に不規則に分布している、
請求項１３に記載の放射放出半導体チップ。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の放射放出半導体チップを備えているオプトエレクトロニクス部品。
【国際調査報告】
2013543265.tif 000012
2013543265.tif 000013
2013543265.tif 000014
2013543265.tif 000015
2013543265.tif 000016
2013543265.tif 000017