(57)【要約】  本発明は、反射層列の製造方法およびＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料（４）上に被着される反射層列に関する。ここでホスホシリケートガラスを含む第１の層（１）は直接に半導体基板（４）上に被着される。その上に窒化ケイ素を含む第２の層（２）が配置される。続いて金属層（３）が被着される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料（４）上に被着される反射層列において、
ホスホシリケートガラスを含む誘電層（１）がＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料（４）上に被着されており、
金属を含む層（３）が前記誘電層（１）上に存在する
ことを特徴とする反射層列。
【請求項２】
前記誘電層（１）を周囲の湿分から保護するカプセル化層（２）が前記誘電層（１）と前記金属を含む層（３）とのあいだに設けられている、請求項１記載の反射層列。
【請求項３】
前記カプセル化層（２）は窒化ケイ素を含む、請求項２記載の反射層列。
【請求項４】
前記カプセル化層はＳｉＯｘＮｙ［ｘ，ｙ∈［０；１］およびｘ＋ｙ＝１］を含む、請求項２記載の反射層列。
【請求項５】
前記誘電層（１）のリン酸塩含有量は前記誘電層の熱拡散係数が前記ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料（４）の熱拡散係数に適合するように選定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項６】
前記金属を含む層（３）は金、亜鉛、銀およびアルミニウムから成るグループのうち少なくとも１つの材料を含む、請求項１から５までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項７】
前記金属を含む層（３）と前記誘電層（１）とのあいだに接着層（７）が存在している、請求項１から６までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項８】
前記金属を含む層（３）と前記誘電層（１）とのあいだに存在する前記接着層（７）はＣｒまたはＴｉを含む、請求項７記載の反射層列。
【請求項９】
前記金属を含む層（３）上にさらに、ＴｉＷ：Ｎ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｐｔ，Ｎｉ：Ｖ，ＴａＮ，ＴｉＮによって形成されるグループのうち少なくとも１つの材料を含む阻止層（６）が存在している、請求項１から８までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項１０】
導電性のコンタクト位置（５）が反射層列を通して構成されており、該コンタクト位置により前記ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料から最上部の層へいたる導電接続が形成される、請求項１から９までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項１１】
前記コンタクト位置（５）はエッチングにより形成される、請求項１０記載の反射層列。
【請求項１２】
前記コンタクト位置（５）はレーザーにより形成される、請求項１０記載の反射層列。
【請求項１３】
１つまたは複数の層および／または前記ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料（４）の表面がパターニングされている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項１４】
前記ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料はＧａＡｓ，ＧａＮまたはＧａＰをベースとした少なくとも１つの材料を含む、請求項１から１３までのいずれか１項記載の反射層列。
【請求項１５】
請求項１から１４までのいずれか１項記載の反射層列を含むことを特徴とする薄膜発光ダイオードチップ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料上に被着される複数の層を備えた反射層列に関する。
【０００２】
オプトエレクトロニクス半導体チップの外面および内部には光ビームを偏向するための鏡面層が設けられることが多い。たいていの場合、鏡面層には全ての空間方向への高い反射率が所望される。その尺度として積分反射強度（integrale Reflektivitaet）Ｒｉｎｔが用いられる。これは層列からの反射強度
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を反射の角度範囲で正規化した積分値であり、
【数１】
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として表される。全ての空間角にわたる高い反射率を備えた鏡面層を得るには、純粋な金属層のほか、低屈折率の誘電層と反射性の金属層とから成るコンビネーション層も用いられる。
【０００３】
屈折率に基づいて、反射層の材料として二酸化ケイ素を用いることができる。ただしＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料上に反射層列を配置した構造体は、二酸化ケイ素とＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体とで熱拡散係数が大きく異なり、接着に問題が生じるという欠点を有している。
【０００４】
したがって本発明の課題は、最適な積分反射強度およびＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料に被着するのに最適な安定性を有する反射層列およびその製造方法を提供することである。
【０００５】
この課題は請求項１の特徴部分記載の反射層列を構成することにより解決される。
【０００６】
反射層列の有利な実施形態は従属請求項から得られる。
【０００７】
本発明の反射層列では、ホスホシリケートガラスＰＳＧを含む誘電層が反射層列の形成されるＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の表面に配置されている。ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の表面から見て、誘電層上にはさらに金属層が有利には直接に配置されている。有利には誘電層は直接にＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の表面に配置される。
【０００８】
層列上に別の層、例えば金を含む層が配置され、反射層列の表面と他の表面とが所定の圧力および温度を印加することにより接合される。
【０００９】
純粋な二酸化ケイ素層に比べて、ホスホシリケートガラスを含む誘電層は、リン酸塩（Phosphate）含有量を変化させることにより熱拡散係数を変更可能であるという利点を有する。したがって誘電層の熱拡散係数をＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の熱拡散係数に適合化することができる。これにより例えばＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の表面上に純粋な二酸化ケイ素層を配置したとき生じる熱拡散係数の差に由来する接着性の問題が回避される。
【００１０】
またホスホシリケートガラスを含む層の屈折率は純粋な二酸化ケイ素層から大きくは異ならない。このことは刊行物"Physical Properties of Phosphorus-Silica Glass in Fiber Preforms", Journal of Communications Technology and Electronics, 1998, 43, 4の480頁〜484頁に記載されている。この刊行物の内容は本発明に関連する。
【００１１】
このように構成された反射層列は最適な積分反射強度および充分な機械的安定性を有する。
【００１２】
ホスホシリケートガラスを含む誘電層とＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の基板とのあいだには幾つかの分子層から成る別の層、例えば接着剤層が配置される。
【００１３】
反射層列は第２の材料の上に被着することもできる。第２の材料の光学特性はＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料、例えばセレン化亜鉛と類似している。
【００１４】
有利には、誘電層をチップ周囲に対してカプセル化し周囲の湿分から保護するカプセル化層が誘電層と金属層とのあいだに設けられる。ホスホシリケートガラスはそのリン成分のために強い吸湿性を有し、このため水と結合してリン酸を発生しやすいので、金属層はプロセス技術的にはあまり早く直接に誘電層に被着しないほうが有利である。
【００１５】
有利には、カプセル化層は窒化ケイ素または化学量論的に必須ではないがＳｉＯｘＮｙ［ｘ，ｙ∈［０；１］およびｘ＋ｙ＝１］を含む。これらの材料は反射すべき電磁放射に対して一貫して透過性であり、金属層に対して良好な接着の基礎となるため有利である。
【００１６】
特に有利な実施形態では、反射層列の誘電層のリン酸塩含有量は誘電層の熱拡散係数がＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料の熱拡散係数に適合するように選定されている。これにより接着特性が著しく改善される。
【００１７】
特に有利な別の実施形態では、反射層列は金属層を含み、この金属層は金、亜鉛、銀およびアルミニウムから成るグループのうち少なくとも１つの材料を含む。
【００１８】
金属層の下方には接着のための別の層を設けることもできる。このような接着層は有利にはＣｒまたはＴｉである。
【００１９】
有利には、ＴｉＷ：Ｎを含む第４の層としての阻止層が反射層列の金属層上に配置される。ＴｉＷ：Ｎとは、ここでは、金属ＴｉおよびＷがともに窒素雰囲気において１つの表面へ被着されることにより形成された層材料である。これに代えてまたはこれに加えて、阻止層がＮｉ，Ｎｂ，Ｐｔ，Ｎｉ：Ｖ，ＴａＮまたはＴｉＮを含んでいてもよい。
【００２０】
阻止層は、反射層列のうち下方に位置する少なくとも個々の層を周囲の障害影響または他のプロセスの障害影響から保護するという役割を有している。このような層は例えば反射層列と金属溶融部とのコンタクトに対する保護として被着されるが、さらに後のはんだ付けステップにおいて被着することもできる。これに代えて阻止層は周囲の湿分に対するバリアであってもよい。これは例えば下方の層が銀である場合にマイグレーションを回避する目的で有意義である。
【００２１】
有利には、電気的なコンタクトのために、導電性のコンタクト位置が反射層列を通して構成され、このコンタクト位置によりＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料から全ての絶縁層を通した導電接続が形成される。これにより例えば薄膜ＬＥＤチップの活性層列が裏面で電気的にコンタクトされる。
【００２２】
さらに別の有利な実施形態では、反射層列の個々の層または全ての層をＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料の表面の所定の部分面上のみに構成することもできる。このようにすれば反射層列は完全にチップの機能が促進される個所のみに構成されることになる。ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料の表面がパターニングされている場合、これらの層をパターニング後に被着することもできる。
【００２３】
特に有利には、ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料はＧａＡｓ，ＧａＮまたはＧａＰをベースとした少なくとも１つの材料を含む。
【００２４】
"ＧａＮベースのＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料"とは、ここでは、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＮ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含む材料を意味する。このとき当該の材料は必ずしも上述の式の数学的に厳密な関係を有さなくてよい。材料の特徴的な物理特性を大幅に変化させないかぎり、１つまたは複数のドープ物質や付加的な成分を有してもよい。上述の式は簡単化のために結晶格子の主要な要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎしか含んでいないが、これらの要素を部分的に少量の他の物質で置換することもできる。
【００２５】
"ＧａＰベースのＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料"とは、ここでは、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＰ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含む材料を意味する。このとき当該の材料は必ずしも上述の式の数学的に厳密な関係を有さなくてよい。材料の特徴的な物理特性を大幅に変化させないかぎり、１つまたは複数のドープ物質や付加的な成分を有してもよい。上述の式は簡単化のために結晶格子の主要な要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｐしか含んでいないが、これらの要素を部分的に少量の他の物質で置換することもできる。
【００２６】
"ＧａＡｓベースのＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料"とは、ここでは、有利にはＡｌｎＧａｍＩｎ１−ｎ−ｍＡｓ［０≦ｎ≦１，０≦ｍ≦１，ｎ＋ｍ≦１］を含む材料を意味する。このとき当該の材料は必ずしも上述の式の数学的に厳密な関係を有さなくてよい。材料の特徴的な物理特性を大幅に変化させないかぎり、１つまたは複数のドープ物質や付加的な成分を有してもよい。上述の式は簡単化のために結晶格子の主要な要素Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ａｓしか含んでいないが、これらの要素を部分的に少量の他の物質で置換することもできる。
【００２７】
特に有利には、本発明の反射層列は薄膜発光ダイオードチップ（薄膜LEDチップ）に適用される。なぜなら、薄膜発光ダイオードチップでは、反射層の構造体がチップ内部に存在し、積層体の結合が機械的に安定することが半導体チップの機能および確実性にとって重要だからである。
【００２８】
薄膜発光ダイオードチップは特に次のような特徴を有する。
ａ）電磁放射を形成可能な活性のエピタキシ層列のうち、支持体エレメントに近いほうの主表面に、反射層が被着または堆積される。当該の反射層でエピタキシ層列で形成された電磁放射の少なくとも一部が反射される。
ｂ）エピタキシ層列は２０μｍ未満の範囲の厚さ、特に１０μｍ近傍の厚さを有する。
【００２９】
有利には、エピタキシ層列は少なくとも１つの半導体層を含む。半導体層は混合構造体（Durchmischungstruktur）を有する少なくとも１つの面を備えている。混合構造体は理想的には近似の光エルゴード分布をエピタキシ層列内に生じさせる。つまり混合構造体は最大限のエルゴード的な確率分布特性を有する。
【００３０】
薄膜発光ダイオードチップの基本原理は、例えばI.Schnitzler et al., "Appl. Phys. Lett. 63(16)", 18.Oct.1993の2174頁〜2176頁に説明されている。この刊行物の内容は本発明に関連する。
【００３１】
薄膜発光ダイオードチップは良好な近似によればランベルト面発光体である。
【００３２】
反射層列の全ての層または幾つかの層は化学蒸着法（ＣＶＤ法）を用いて堆積される。このプロセスは例えばプラズマエンハンスド化学蒸着法（ＰＥＣＶＤ法）または低圧化学蒸着法（ＬＰＣＶＤ法）であってもよい。
【００３３】
ホスホシリケートガラス膜の堆積に対する影響因子については、B.J.Baliga & S.K.Ghandhi, "1973 J. Appl. Phys. 44. 3"の990頁に説明されている。この刊行物の内容は本発明に関連する。
【００３４】
反射層列およびその製造方法の他の利点、有利な実施形態および実施態様を、以下に図１〜図４に示した実施例に則して説明する。
【００３５】
図１のＡ，ＢにはＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の表面に構成された反射層列の断面図が示されており、図１のＣにはＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体のパターニング表面に構成された反射層列の断面図が示されている。図２のＡ，Ｂには種々の電気コンタクト位置を備えたＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体のパターニング表面に構成された反射層列の断面図が示されている。図３には屈折率ｎ＝３．４の基板上に構成された複数の誘電層および金属層から成る反射層列の種々の積分反射強度と誘電層の厚さとの関係を表すグラフが示されている。図４には屈折率ｎ＝３．４の基板上に構成された複数の窒化ケイ素層および金層から成る反射層列の種々の積分反射強度と電磁放射の波長との関係を表すグラフが示されている。
【００３６】
実施例および図においては同様の機能を有する要素には同様の参照番号を付してある。図では特に層の厚さに関して縮尺通りではなく、むしろわかりやすくするために誇張して描かれていることに注意されたい。
【００３７】
図１のＡの反射層列はＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４上にＰＳＧ材料から成る誘電層１を有する。ＰＳＧ材料のリン酸塩含有量は、誘電層１の熱拡散係数とＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４の熱拡散係数とを適合させるため、有利には約２０％に選定されている。リン酸塩含有量が変化したときのホスホシリケートガラスの熱拡散係数の変化については、B.J.Baliga & S.K.Ghandhi, "IEEE Trans. Electron. Dev.", ED21, 7の410頁〜764頁に説明されており、この刊行物の内容は本発明に関連する。ＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４から見て誘電層１の後方に金属層３が配置されている。金属層は例えば金、亜鉛、銀および／またはアルミニウムなどの金属を含む。典型的な層厚さはここでは誘電層１が７００ｎｍであり、金属層３が６００ｎｍである。金属層３の下方には例えばＣｒまたはＴｉを含む接着層７が存在している。
【００３８】
図１のＢの反射層列では、ＰＳＧ層１と金属層３とのあいだに例えば窒化ケイ素または窒化酸化ケイ素から成るカプセル化層２が設けられている。このカプセル化層はＰＳＧ層１を湿分その他周囲の負の影響から保護する。このようなカプセル化層は典型的には５０ｎｍの厚さを有する。
【００３９】
阻止層６として、例えばＴｉＷ：Ｎ，Ｎｉ，Ｎｂ，Ｐｔ，Ｎｉ：Ｖ，ＴａＮ，ＴｉＮを含む他の層を反射層列上に被着することもできる。このような阻止層６は反射層列またはその個々の層を周囲の影響または後続のプロセスの影響から保護する役割を有する。
【００４０】
特にＴｉＷ：Ｎは典型的には厚さ２００ｎｍの阻止層６として当該の層列上に被着することができる。
【００４１】
図１のＣの反射層列は、角錐台状にパターニングされたＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料上に存在している。当該の反射層列はホスホシリケートガラスを含む誘電層１によってカバーされ、さらに別のカプセル化層２によってカプセル化される。さらにその上に金属層３が設けられる。
【００４２】
このように構成すると、誘電層１のカプセル化が改善される。なぜならチップの周囲の湿分に接触する側縁などの露出領域が無くなるからである。金属層３も第１の層としての誘電層１のカプセル化に寄与する。最適な鏡面作用が層列を通して角錐台４１のみで達成される。
【００４３】
反射層列を通してＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４の電気コンタクトを形成するために、角錐台４１上に電気コンタクト位置５が構成される。図２のＡにはコンタクト位置５が概略的に示されているが、これは例えば誘電層１およびカプセル化層２内へ孔がエッチングされ、続いて金属層３が被着されることにより形成される。ここで金属材料は、垂直方向では少なくとも部分的に、水平方向では全面にわたって孔を充填しており、これにより金属層３とＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４とを一貫して導電接続している。
【００４４】
前述のフォトリソグラフィパターニングプロセスに代えて、コンタクト位置５の形成にレーザープロセスを用いることもできる。ここで、例えば誘電層１およびカプセル化層２が存在する場合その内部に、レーザーを用いてコンタクト位置５に対するウィンドウが形成される。このウィンドウでは基板４が露出される。ウィンドウは、後続のプロセスステップで所定の大きさの径のコンタクト位置５が形成されるように、例えば１μｍ〜２０μｍの径を有する。続いて金属層３が堆積される。ここで金属材料は、垂直方向では少なくとも部分的に、水平方向では有利には全面にわたってウィンドウを充填し、これにより金属層３とＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体の基板４とが一貫して導電接続される。
【００４５】
図２のＢには電気コンタクト位置５の別の形成手法が示されている。図２のＡの実施例と異なるのは、コンタクト位置５の垂直方向の広がりが少なくとも誘電層１およびカプセル化層２の高さまで達している点である。
【００４６】
この電気コンタクト位置５は例えば次のようにして製造される。
【００４７】
第１のステップでは誘電層１およびカプセル化層２内にパターニングマスクによりコンタクト位置５のためのウィンドウがエッチングされる。マスクは例えば感光性レジスト層から成る。続いて、垂直方向では少なくとも部分的に、水平方向では有利には全面にわたってウィンドウを充填するように金属層３が堆積される。次のステップではレジスト層が適切な溶剤により除去される。このときレジスト層上に存在していた金属層３の一部も除去され、電気コンタクト位置５のみが残る。反射層列を完成させるために、個々のコンタクト位置５のあいだを導電接続する金属層３が被着される。
【００４８】
フォトリソグラフィプロセスによるコンタクト位置５のパターニングに代えて、上述のレーザープロセスを用いることもできる。
【００４９】
図３からわかるように、屈折率ｎ＝３．４の所定の半導体材料から成る基板４上の誘電層１および金属層３から成る反射層列では、誘電層１が窒化ケイ素に代えて二酸化ケイ素から成る場合、高い積分反射強度を有する。基板４はここでは例えば屈折率ｎ＝３．４の所定の半導体材料から成る。
【００５０】
図４には反射された電磁放射の波長に対する積分反射強度が示されている。電磁放射は屈折率ｎ＝３．４の基板４上に配置された厚さ４００ｎｍの窒化ケイ素層および金層から成る層列で形成されたものである。図４からは、層列の積分反射強度が反射された電磁放射の波長の増大とともに増大することがわかる。
【００５１】
誘電層１のホスホシリケートガラスはＣＶＤ法またはＰＥＣＶＤ法によりＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料上に堆積される。ＰＥＣＶＤ法で使用される混合気は例えば純粋酸素または酸素供給物質としての一酸化二窒素、リン供給物質としてのホスフィンまたは亜リン酸トリメチル、ケイ素供給物質としてのシラン、ジシラン、ジクロロシラン、ジエチルシランまたはテトラエトキシシランを含む。希釈ガスとしてアルゴンまたは窒素の混合気を添加してもよい。特に頻繁に用いられる混合気はシラン、酸素およびホスフィンまたはテトラエトキシシラン、酸素およびホスフィンを含む。このようにして堆積された誘電層１すなわちＰＳＧ層は次のプロセスステップでin situにカプセル化層２としての窒化ケイ素層によってカプセル化される。次のステップで金属層３が被着される。これに代えてＬＰＣＶＤ法を用いてもよい。
【００５２】
この実施例の反射層列はＧａＮ，ＧａＡｓまたはＧａＰをベースとしたＩＩＩ族／Ｖ族化合物半導体材料４上に被着され、活性の光子形成層を含む。これは特に薄膜ＬＥＤチップの活性の光子形成層の列である。
【００５３】
活性の光子形成層の列は例えば従来のｐｎ接合部、ダブルへテロ構造、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。こうした構造は当該分野の技術者にとって既知であるので、ここでこれ以上は立ち入らない。量子井戸構造とは、ここでは、電荷担体の閉じこめ（"confinement"）により電荷担体のエネルギ状態が量子化される構造を云う。特にここで云う量子井戸構造はその量子化部分の寸法を問わない。また量子井戸構造は量子ウェル、量子ワイヤ、量子ドットおよびこれらの組み合わせであってもよい。
【００５４】
付け加えると、本発明は前述した実施例には限定されず、本発明の実施例およびその他の個所において言及された全ての要素および方式は本発明の対象となりうる。また種々の実施例のそれぞれの要素を任意に相互に組み合わせ可能であることにも注意されたい。
【００５５】
本願について出願人は独国出願第１０２００４０３１６８４．８−１１号明細書および独国出願第１０２００４０４０２７７．９−３３号明細書の優先権を主張する。これらの明細書の内容は本発明に関連する。
【００５６】
本発明は前述の実施例のみに限定されない。本発明の新たな特徴は、特許請求の範囲または実施例に明示的に挙げられているか否かにかかわらず、単独でまたは組み合わせて本発明の対象となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】反射層列の断面図である。
【図２】パターニング表面に構成された反射層列の断面図である。
【図３】反射層列の種々の積分反射強度と誘電層の厚さとの関係を表すグラフである。
【図４】反射層列の種々の積分反射強度と電磁放射の波長との関係を表すグラフである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2008504699.tif 000013
2008504699.tif 000014
2008504699.tif 000015
2008504699.tif 000016
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