(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
放射放出薄膜部品（１）を製造する方法であって、
−  基板（２）を形成するステップと、
−  前記基板（２）の上にナノロッド（３）を成長させるステップと、
−  少なくとも１層の活性層（５）を有する半導体積層体（４）を、前記ナノロッド（３）の上にエピタキシャル成長させるステップと、
−  前記半導体積層体（４）にキャリア（６）を貼り付けるステップと、
−  前記ナノロッド（３）の少なくとも一部分を破壊することによって、前記半導体積層体（４）および前記キャリア（６）を前記基板（２）から切り離すステップと、
を含み、
前記ナノロッド（３）を、成長によって形成し、且つ活性ゾーンを設けずに成長させ、
前記ナノロッド（３）および前記半導体積層体（４）を、異なる材料から成長させ、
前記ナノロッド（３）の上部（７）は、前記基板（２）とは反対側の面に位置し、前記上部（７）は連続的な層（９）を形成しており、
前記連続的な層（９）は、前記半導体積層体（４）を成長させるためのベースとして使用される、方法。
【請求項２】
前記ナノロッド（３）を、高くない配置密度で成長させる、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記ナノロッド（３）の少なくとも一部分を破壊する処理が、湿式化学エッチング工程を含んでいる、
請求項１または請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板（２）とは反対側の前記ナノロッド（３）の前記上部（７）が、円錐形状または角錐形状の尖端（１３）を有するように形成され、
前記基板（２）に面している前記ナノロッド（３）の下部（１２）は円柱形状または柱形状であり、前記上部（７）と前記下部（１２）の間の接合部は前記上部（７）の前記尖端（１３）によって形成される、
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】
前記ナノロッド（３）は、ＺｎＯからなるかまたはＺｎＯをベースとしている、
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】
前記ナノロッド（３）が規則的な格子の状態に配置されており、前記規則的な格子の平均格子間隔（Ｇ）が最大で１０００ｎｍ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】
前記ナノロッド（３）の平均直径（Ｄ）が、前記少なくとも１層の活性層（５）によって放出される最も高い周波数の放射の波長の最大で１／２である
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】
前記基板（２）の基板上面（１０）に垂直な方向における前記ナノロッド（３）の長さ（Ｌ）が、少なくとも５００ｎｍである、
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】
前記ナノロッド（３）を成長させるステップは前記基板（２）上に核の粒を形成することを含み、前記ナノロッド（３）は前記基板（２）の核の粒の形成から開始して前記基板上面（１０）に垂直な方向に成長を続け、
前記核の粒の形成は金層を加熱することにより実現される、
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】
前記基板（２）から切り離すときに、前記ナノロッド（３）の前記上部（７）の少なくとも一部分を前記半導体積層体（４）の上に残し、
前記ナノロッド（３）は、前記放射放出薄膜部品（１）の光取り出し構造（１４）を形成するように設計され、前記放射放出薄膜部品（１）は、緑色、青色、または紫外スペクトル範囲において放射光を発光するように設計される、
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】
前記ナノロッド（３）がアモルファスまたは多結晶材料からなる、
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】
前記ナノロッド（３）によってフォトニック結晶が形成される、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記半導体積層体（４）の成長は前記連続的な層（９）の上で行われ、前記半導体積層体（４）の前記成長は前記ナノロッド（３）の成長の後に生じ、
前記ナノロッド（３）の前記部分的除去と前記基板（２）の前記除去は、前記活性層（５）を有する前記半導体積層体（４）の成長のあとにのみ行われる、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記基板（２）がシリコンからなり、
−  前記ナノロッド（３）を自己組織化的に形成させ、
−  前記ナノロッド（３）がＺｎＯをベースとしており、前記半導体積層体（４）がＧａＮをベースとしており、
−  前記ナノロッド（３）が、５００ｎｍ〜１．５μｍの範囲内の長さ（Ｌ）と、３０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内の直径とを有し、
−  前記ナノロッド（３）が活性ゾーンを備えておらず、
−  前記基板（２）から切り離すステップが、湿式化学的に進行し、
−  前記切り離すステップによって前記基板（２）が損傷しない、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１５】
前記基板（２）がサファイアまたはシリコンからなり、
−  前記ナノロッド（３）がＺｎＯからなり、
−  前記ナノロッド（３）を、自己組織化的に、またはフォトリソグラフィステップによって形成させ、
−  前記半導体積層体（４）を、最大で１００μｍの厚さ（Ｔ）に成長させ、前記半導体積層体（４）がＧａＮをベースとしており、
−  前記ナノロッド（３）の前記上部（７）を、円錐形状または角錐形状であるように成長させ、前記上部（７）の尖端構造（１３）が前記基板（２）の方を指しており、
−  前記基板（２）から切り離した後、前記ナノロッド（３）の少なくとも一部分を前記半導体積層体（４）の上に残し、光取り出し構造（１４）を形成させる、
請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
放射放出薄膜部品（１）であって、
−  キャリア（６）と、
−  前記キャリア（６）に貼り付けられており、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮをべースとする半導体積層体（４）であって、電磁放射光を発光するように設計されている少なくとも１層の活性層（５）を有する、前記半導体積層体（４）と、
−  光取り出し構造（１４）であって、ＺｎＯまたはＧａＮのいずれか一方をベースとするナノロッド（３）によって形成されており、前記キャリア（６）とは反対側の前記半導体積層体（４）の面に位置している、前記光取り出し構造（１４）と、
を備えており、
それぞれがシングルピースである前記ナノロッド（３）が円錐形状または角錐形状であり、前記半導体積層体（４）の主面（８）上に、前記ナノロッド（３）によって連続的な層（９）が形成されており、
前記連続的な層（９）は、前記半導体積層体（４）を成長させるためのベースとして使用される、
放射放出薄膜部品（１）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
放射放出薄膜部品を製造する方法を提供する。さらに、放射放出薄膜部品も提供する。
【背景技術】
【０００２】
オプトエレクトロニクス部品は、例えば照明分野における発光ダイオードやレーザダイオードなど、幅広い産業で使用されている。オプトエレクトロニクス部品の幅広い使用の理由となっている特徴の例として、効率が高いことと、外部応力および周囲環境の影響に対する耐性が高いことが挙げられる。さらに、オプトエレクトロニクス部品は耐用年数が長く、結果として、例えば、このような部品を備えている光源の保守コストが減少する。オプトエレクトロニクス部品の達成できる耐用年数は、製造に使用される工程によっても大きく左右される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】独国特許第１００５６６４５号明細書
【特許文献２】独国特許第１０２００４０３８５７３号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 30, No. 10A, October 1991, pages L1705 to L1707 (Nakamura)
【非特許文献２】Japanese Journal of Applied Physics, Vol. 43, No. 12A, 2004, pages L1524 to L1526 (Kikuchi et al.)
【非特許文献３】"Making ZnO nanorods the cool way", Materials Today, April 2005, page 13
【非特許文献４】Journal of Applied Physics, Vol. 95, No. 6, pages 3141 to 3147 (Liu et al.)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、長い耐用年数を有する放射放出薄膜部品を製造する方法を提供することである。本発明のさらなる目的は、長い耐用年数を有する放射放出薄膜部品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、基板を形成するステップを含んでいる。基板は、平らな基板上面を備えていることが好ましい。基板は、例えばシリコンまたはサファイアからなる。基板の直径は、少なくとも１０ｃｍ、特に、少なくとも２０ｃｍであることが好ましい。基板は、「ウェハ」の形をとることができる。
【０００７】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、基板上にナノロッドを成長させるステップを含んでいる。ナノロッドとは、直径がナノメートルオーダーの棒状または柱状の構造部である。直径は、特に、１０ｎｍ〜５００ｎｍの範囲内、特に、３０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内である。基板上面に垂直な方向におけるナノロッドの高さまたは長さは、数百ナノメートル〜数マイクロメートルである。ナノロッドは、その長さ全体にわたって均一な直径を有する、あるいは、より大きいまたは小さい直径の領域を有することができる。ナノロッドの外形は、例えば、円、六角形、多角形とすることができる。ナノロッドは、好ましくは、広い領域にわたり、すなわち基板上面の領域の少なくとも７５％にわたり、または基板上面の全体にわたり、成長後の配置密度および配置状態が一様であるように、基板上に成長している。ナノロッドは、基板に直接接触しており、基板上面の上に直接成長していることが好ましい。
【０００８】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、半導体積層体を堆積させるステップを含んでいる。半導体積層体は、薄膜部品の動作時に電磁放射を放出するように設計されている少なくとも１層の活性層を備えている。半導体積層体は、窒化ガリウム、リン化ガリウム、ヒ化ガリウムのうちの少なくとも１つをベースとしていることが好ましい。この場合、「ベースとしている」とは、本質的な材料組成が、ガリウムおよび窒素、ガリウムおよびリン、またはガリウムおよびヒ素であることを意味する。特に、半導体積層体は、さらなる材料（例えば、アルミニウム、インジウム）を備えていることもできる。半導体積層体は複数の層を備えていることができ、これらの層は、材料の組成もしくはドーピングまたはその両方が異なっていることができる。
【０００９】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体を堆積させるステップは、エピタキシャル成長させるステップを含んでいる。半導体積層体は、例えば、分子線エピタキシまたは気相エピタキシによって成長させることができる。
【００１０】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体の成長は、ナノロッド上で進行させる、すなわち、半導体積層体は、基板とは反対側のナノロッドの面の上に成長させる。半導体積層体は、ナノロッドと直接接触していることが好ましい。
【００１１】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、基板とは反対側の半導体積層体の主面にキャリアを貼り付けるステップを含んでいる。キャリアは、例えばボンディングによって半導体積層体に貼り付けることができる。キャリアは、例えば半導体積層体上に成長させるのではなく、個別に作製し、半導体積層体に貼り付けて機械的にしっかりと接合させる。キャリアは、半導体積層体を支持して例えば曲げなどに起因する損傷から積層体を保護するうえで十分に高いレベルの機械的安定性を備えている。
【００１２】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法は、半導体積層体と、半導体積層体に接合されているキャリアとを、基板から切り離すステップを含んでいる。言い換えれば、キャリアに貼り付けられた半導体積層体を、キャリアと一緒に基板から分離する。
【００１３】
本方法の少なくとも一実施形態によると、基板から切り離すステップは、ナノロッドの少なくとも一部分を破壊することによって行う。ナノロッドを破壊することによって、半導体積層体およびキャリアと基板との間の機械的結合が失われる。ナノロッドを破壊する処理は、化学的工程、熱的工程、機械的工程の少なくとも１つに基づくことができる。
【００１４】
放射放出薄膜部品を製造する方法の少なくとも一実施形態においては、本方法は、
−  基板を形成するステップと、
−  基板上にナノロッドを成長させるステップと、
−  少なくとも１層の活性層を有する半導体積層体を、ナノロッド上にエピタキシャル成長させるステップと、
−  半導体積層体にキャリアを貼り付けるステップと、
−  ナノロッドの少なくとも一部分を破壊することによって、半導体積層体およびキャリアを基板から切り離すステップと、
を含んでいる。
【００１５】
このような製造方法は、成長の結果として生じる、半導体積層体における機械的ひずみおよびクラックを低減することができる。これにより、このような方法によって製造される部品の耐用年数が延びる。
【００１６】
オプトエレクトロニクス部品を製造または成長させるための１つの選択肢は、エピタキシャル法である。例えば、半導体積層体を気相から基板上に堆積させる、または基板上に成長させる。成長させる場合、基板および成長させる材料の格子構造が互いに一致している必要があり、特に、格子定数が互いに大きくは異なっていないことが必要である。そうでない場合、成長後の半導体積層体の材料に機械的ひずみが生じる。特に、このひずみは、半導体積層体における例えばクラックにつながることがあり、これにより、オプトエレクトロニクス部品の半導体積層体が機能しなくなったり、オプトエレクトロニクス部品の耐用年数が著しく減少しうる。
【００１７】
さらには、エピタキシ中、数百℃から１０００℃を超える比較的高い温度が生じる。この高い温度と、特に、高い温度に関連する温度差（例えば、半導体積層体をエピタキシャル成長させた後に基板および半導体積層体を冷やすことに起因する）の結果として、大きな熱ひずみが生じることがあり、これにより、冷えるときに半導体積層体の破壊や不安定化が生じうる。したがって、半導体積層体および基板は、材料の格子構造および熱膨張係数に関して互いに適合するものであることが好ましい。
【００１８】
緑色、青色、または紫外スペクトル範囲において放出する半導体チップは、特に、ＧａＮもしくはＡｌＩｎＧａＮまたはその両方をベースとしている。このような半導体材料の場合、適切な格子構造および適切な熱膨張係数を有する十分な品質およびサイズの成長基板を、十分な数量だけ用意することは難しい。このため、このような半導体チップはコストが高い。その一方で、前述したように、このような基板上に成長させた半導体チップの耐用年数は、発生しうる熱ひずみおよびクラックによって減少しうる。
【００１９】
基板および半導体積層体の熱膨張係数と格子構造とを相互に適合させる１つの可能な方法は、広範囲のバッファ層を使用することである。このような方法は、特許文献１および特許文献２に記載されている。ナカムラ氏による非特許文献１にも、このような方法が開示されている。これらの文書では連続的な層を記載しており、したがって熱ひずみもしくは格子不整合またはその両方が生じ、これらは減少はしているが依然として著しい。したがって、部品の歩留りが減少し、部品の耐用年数も短い。
【００２０】
本文書に記載した方法は、特に以下の認識に基づく。ナノロッドは、その直径と比較して長さが大きい。さらには、基板に形成されたナノロッドは、比較的小さい割合の領域を覆うのみであり、すなわちナノロッドは、機械的に比較的柔軟性のある、柱状構造の層を形成している。特に、ナノロッドは配置密度が高くないため曲がることができ、これにより、たとえ比較的大きな領域にわたる格子不整合があっても、それに起因する熱ひずみが補正される。ナノロッド上に半導体積層体を特にエピタキシャル成長させる目的で、ナノロッドは、例えば連続的な表面が形成されるように、基板とは反対側において直径が大きくなっていることが好ましい。基板上にナノロッドを成長させる方法は、キクチ氏らの非特許文献２、非特許文献３、およびＬｉｕ氏らの非特許文献４に記載されている。ナノロッドの成長に関するこれらの論文の開示内容は、参照によって本出願に組み込まれている。
【００２１】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドを成長させるステップは、基板上に核（nuclei）を形成するステップを含んでいる。ナノロッドは、この核から開始して、基板上面に垂直な方向に成長を続ける。核の形成は、自己組織化的に（in self-organising manner）進行させることができ、すなわち、基板の材料とナノロッドの材料は格子定数が異なる。この格子不整合の結果として、基板上面の上にナノロッドの材料が島状になり、これが核を形成する。これに代えて、またはこれに加えて、湿式化学的に核を形成してもよい。さらなるオプションとして、フォトリソグラフィ工程を使用し、マスクを利用する、またはナノインプリント法を利用して核を形成することができる。さらには、例えば金を備えている金属層を加熱することによって、核を形成することもできる。金属層を加熱することによって島が形成される。核を形成することで、ナノロッドを効率的に成長させることができる。
【００２２】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドの少なくとも一部分を破壊する処理は、基板から半導体積層体を切り離すときに、湿式化学エッチングを含む工程によって行う。エッチング液は、例えばナノロッドの間の空間を通過する。エッチング液がナノロッドの少なくとも一部分を溶かす。このようにすることで、基板と半導体積層体との間の機械的結合が失われ、したがって、半導体積層体への機械的応力が生じることなく、半導体積層体と基板を効率的に互いに分離することができる。
【００２３】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、自身の領域のうち基板とは反対側に位置している円錐形状または角錐形状の上部を備えている。さらに、ナノロッドは、基板に面している下部が、例えば円柱形状または角柱形状である。この場合、円錐または角錐形状の上部の尖端構造（pointed structure）は、基板の方を指しており、上部と下部の間の遷移領域を形成している。したがって、ナノロッドの上部は、基板の方向にしだいに細くなっている。言い換えれば、ナノロッドは漏斗形状であり、漏斗の先端が基板の方を向いている。このような形状構造のナノロッドでは、半導体積層体を効率的に成長させることができ、それと同時に、このようなナノロッドは、半導体積層体の成長時に発生する熱ひずみもしくは構造に起因するひずみまたはその両方に対する高い衝撃吸収効果を提供する。
【００２４】
本方法の少なくとも一実施形態によると、活性ゾーンを設けずにナノロッドを成長させ、すなわち、ナノロッドは、電磁放射を放出する、受ける、または変換するように設計されている領域を備えていない。この意味において、ナノロッドは、本方法を使用して製造される放射放出薄膜部品の機能要素を形成していない。ナノロッドが活性ゾーンを備えていないならば、基板上にナノロッドを成長させるステップは容易である。これによって、基板上にナノロッドを広範囲に成長させることができる。
【００２５】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、規則的な格子状に配置されており、すなわち、ナノロッドの大部分（特に８０％以上）が、格子の格子点に位置している。格子は、例えば、六角形、四角形、菱形である。ナノロッドが規則的な格子状に配置されているならば、ナノロッドは半導体積層体のための良好な成長面を形成する。
【００２６】
本方法の少なくとも一実施形態によると、格子の平均格子間隔は、最大で１０００ｎｍ、好ましくは最大で４００ｎｍである。したがって、平均格子間隔は、特に、薄膜部品の動作時に活性層によって放出される電磁放射の１波長より小さい。このようにすることで、薄膜部品の光学特性を意図的に調整することができる。
【００２７】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドの平均直径は、動作時に活性層によって放出される最も高い周波数の波長の、最大で１／２、好ましくは最大で１／４である。なお、ナノロッドの平均直径とは、ナノロッドの全長にわたる直径の平均値を意味するものと理解されたい。例えば、ナノロッドが円柱形状の下部と円錐形状の上部とを備えている場合、上部と下部とにわたって直径の平均をとる必要がある。半導体積層体の少なくとも１層の活性層が、例えば青色スペクトル範囲の放射を放出し、その活性層によって放出される最も低い波長が４３０ｎｍである場合、平均直径は２１５ｎｍ未満、好ましくは１０７ｎｍ未満である。ナノロッドの少なくとも５０％、特に、少なくとも７５％が、製造公差の範囲内で、このような平均直径を有することが好ましい。このようなナノロッドでは、薄膜部品の光学特性を意図的に調整することが可能である。
【００２８】
本方法の少なくとも一実施形態によると、基板上面に垂直な方向におけるナノロッドの長さは、少なくとも５００ｎｍである。このような長さのとき、ナノロッドは、基板と半導体積層体との間の格子不整合の結果としての機械的ひずみもしくは構造的ひずみまたはその両方を補正できるだけの十分に高い柔軟性を有する。
【００２９】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体とナノロッドは異なる材料からなる。
【００３０】
例えば、ナノロッドは、ＺｎＯもしくはＧａＮまたはその両方をベースとする、またはこれらの材料からなり、半導体積層体は、ＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＮの少なくとも１つからなる、またはこれらの材料をベースとする。言い換えれば、ナノロッドのＡｌ含有量もしくはＩｎ含有量またはその両方を、半導体積層体におけるこれらの含有量の少なくとも１／１０以下とすることができる。
【００３１】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドと基板は異なる材料からなる。これによって、薄膜部品の形状構造上のオプションが広がる。さらには、ナノロッドの構造を、特定の要件に応じて意図的に調整することができる。
【００３２】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドと半導体積層体を同じ材料系をベースとして形成する。特に、青色スペクトル範囲で発光する薄膜部品を製造することができるように、ナノロッドおよび半導体積層体の両方が、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮをベースとしている。このようなナノロッドでは、ナノロッド上に半導体積層体を成長させるとき、格子不整合の結果として生じる機械的ひずみが特に小さい。
【００３３】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体を基板から切り離すとき、ナノロッドの上部の少なくとも一部分を半導体積層体上に残す。このようにすることで、円錐形状または角錐形状の上部によって半導体積層体上に光取り出し構造を形成することができる。
【００３４】
本方法の少なくとも一実施形態によると、例えば切り離すときに半導体積層体上に残るナノロッドの上部を、その後に除去する。このステップは、研磨によって行うことができる。このようにすることで、さらなる外部キャリア上に効率的に取り付けることのできる薄膜部品を製造することができる。
【００３５】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、アモルファスまたは多結晶材料からなり、すなわち、ナノロッドは単結晶から構成されていない。これによって、材料の選択と、ナノロッドを成長させるための工程パラメータとに関して、ナノロッドの設計上のオプションが広がる。このようにすることで、ナノロッドの電気的特性（例えば導電性）も調整することができる。
【００３６】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドによって少なくとも１つのフォトニック結晶が形成される。フォトニック結晶とは、薄膜部品によって放出される放射の光学特性を、回折もしくは干渉またはその両方によって調整するのに適している周期的な構造であるものと理解されたい。例えば、ナノロッド、またはナノロッドの上部を半導体積層体上に残すことができる。この場合、例えば、ナノロッドの格子間隔によって干渉フィルタを形成することができ、したがって、薄膜部品から、所定の波長の放射を例えば特定の角度範囲のみに放出することができる。ナノロッドをフォトニック結晶として構成することによって、薄膜部品の用途が広がる。
【００３７】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体は、最大で１００μｍ、特に、最大で５０μｍ、好ましくは最大で２０μｍの厚さに成長させる。このようにして、特に薄い薄膜部品を製造することができる。
【００３８】
本方法の少なくとも一実施形態によると、このようにして製造される薄膜部品は、最大で５００μｍ、好ましくは最大で１７０μｍ、特に好ましくは最大で７５μｍ、特に、最大で４０μｍの厚さを有する。これに代えて、またはこれに加えて、薄膜部品の横方向範囲の平均値を厚さで除した値は、５以上、好ましくは１０以上、特に、２０以上である。
【００３９】
本方法の少なくとも一実施形態によると、本方法によって製造される薄膜部品の、特にエピタキシャル成長させる半導体積層体は、最大で２０μｍ、好ましくは最大で８μｍの厚さを有する。
【００４０】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、基板とは反対側の上部の面に連続的な層を形成している。これによって、ナノロッド上に半導体積層体を成長させるステップが単純になる。
【００４１】
本方法の少なくとも一実施形態によると、基板上面に垂直な方向における、ナノロッドの上部の長さは、ナノロッドの下部の長さより小さい。下部は、上部の長さの１／４より短い長さとすることもできる。同様に、ナノロッドは、円錐形状または角錐形状の上部のみを備えていることができる。ナノロッドのこのような形状構造では、ナノロッドを成長させるのに要する時間が短縮される。
【００４２】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、５００ｎｍ〜１．５μｍの範囲内の長さを有する。このようにすることで、ナノロッドは、十分な柔軟性を示すと同時に、半導体積層体を成長させるための土台として使用するのに十分な強度を示す。
【００４３】
本方法の少なくとも一実施形態によると、半導体積層体およびキャリアを切り離すとき、基板が損傷しない、すなわち、切り離すステップが基板に関して非破壊式である。これによって、半導体積層体の成長用に基板を繰り返し使用することが可能になる。これによって、本方法のコストが低減する。
【００４４】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドは、ＺｎＯまたはＧａＮをベースとしている。このようなナノロッドは効率的に製造することができ、ナノロッドの形状構造を、成長時の工程パラメータによって幅広い範囲にわたり意図的に調整することができる。
【００４５】
本方法の少なくとも一実施形態によると、基板はシリコンからなり、ナノロッドは自己組織化的に形成される。ナノロッドおよび半導体積層体は、窒化ガリウムをベースとしており、ナノロッドは、５００ｎｍ〜１．５μｍの範囲内の長さと、３０ｎｍ〜１５０ｎｍの範囲内の直径とを有する。ナノロッドは活性ゾーンを備えていない。基板から半導体積層体を切り離すステップは、湿式化学的に行われ、このステップによって基板が損傷することはない。このような方法によって製造される薄膜部品は、長い耐用年数を有する。
【００４６】
本方法の少なくとも一実施形態によると、基板がサファイアまたはシリコンからなり、ナノロッドは、ＺｎＯまたはＧａＮからなり、自己組織化プロセスを使用して成長する。フォトリソグラフィ法を使用してナノロッドを形成することも可能である。半導体積層体は、最大で１００μｍ、好ましくは最大で２０μｍの厚さを有し、窒化ガリウムをベースとしている。ナノロッドの上部を、円錐形状または角錐形状であるように成長させ、上部は尖端構造を有し、この尖端構造は基板の方を向いている。さらには、基板から半導体積層体を切り離した後、ナノロッドの上部の少なくとも一部分が半導体積層体上に残る。このようにすることで、光取り出し構造が形成される。このような方法を使用して製造される薄膜部品は、高いレベルの光取り出し効率を示す。
【００４７】
本方法の少なくとも一実施形態によると、ナノロッドおよび半導体積層体を成長させるステップと、キャリアを貼り付けるステップと、基板から切り離すステップは、ウェハ複合体（wafer composite）において行う。個々の薄膜部品に個片化する処理は、例えば、基板から切り離した以降に行う。このような方法によって、半導体積層体およびキャリアの取扱いが単純になる。このようにすることで、製造の過程で半導体積層体が受ける機械的応力が減少する。
【００４８】
本発明は、さらに、放射放出薄膜部品に関する。この薄膜部品は、例えば、本方法の上述した実施形態の１つまたは複数によって製造することができる。したがって、本方法に関連して開示した特徴は薄膜部品にもあてはまり、逆も同様である。
【００４９】
放射放出薄膜部品の少なくとも一実施形態においては、薄膜部品はキャリアを備えている。さらに、薄膜部品は、少なくとも１層の活性層を有する半導体積層体を備えており、この活性層は、薄膜部品の動作時に電磁放射を放出するように設計されている。半導体積層体はキャリアに貼り付けられている。さらに、薄膜部品は光取り出し構造を備えており、この光取り出し構造は、ナノロッドによって形成されており、キャリアとは反対側の半導体積層体の主面上に位置している。この場合、キャリアは、半導体積層体のための成長基板ではなく、半導体積層体を成長させた後に半導体積層体に貼り付けられる。さらには、光取り出し構造を形成しているナノロッドは、円錐形状または角錐形状であり、ナノロッドの尖端構造は、半導体積層体とは反対の方向を指しており、キャリアとは反対側の半導体積層体の主面上に、ナノロッドによって連続的な層が形成されている。
【００５０】
本薄膜部品の少なくとも一実施形態によると、薄膜部品は、発光ダイオードの形をとっている。これにより、薄膜部品をさまざまな用途で使用することができる。
【００５１】
本文書に記載した薄膜部品を使用することのできる用途分野としては、例えば、ディスプレイまたはディスプレイ手段のバックライトが挙げられる。さらには、本文書に記載した薄膜部品は、投影目的の照明装置、投光照明やスポットライト、あるいは一般用照明に使用することができる。
【００５２】
以下では、ここまでに記載した方法および薄膜部品について、例示的な実施形態に関連して図面を参照しながらさらに詳しく説明する。個々の図において同じ要素は同じ参照数字によって示してある。要素間の関係は正しい縮尺では描かれておらず、理解を助ける目的で個々の要素を誇張して示してある。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】本文書に記載した、薄膜部品の製造方法のステップの概略図である。
【図２】本文書に記載したナノロッドの例示的な実施形態の概略図である。
【図３】本文書に記載したナノロッドの例示的な実施形態の概略的な平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５４】
図１は、薄膜部品１の製造方法の実施形態を示している。
【００５５】
図１Ａは、基板２の基板上面１０の上に成長させたナノロッド３を示している。基板２はシリコンウェハである。基板２は、広範囲にわたりナノロッド３によって覆われている。ナノロッド３のそれぞれは、下部１２および上部７を備えている。下部１２は、円柱形状もしくは柱形状またはその両方である。上部７は尖端構造１３を備えており、この尖端構造１３は、下部１２と上部７との間の遷移部を形成している。尖端構造１３は、基板２の方を指している。上部７は円錐状または角錐状である。基板２とは反対側の上部７の面には、ナノロッド３の材料の連続的な層９が形成されている。ナノロッド３は、自己組織化プロセスによって基板２の上に成長している。
【００５６】
ナノロッドの間の平均格子間隔Ｇは、約３００ｎｍである。平均直径Ｄは、約１００ｎｍである。平均直径Ｄは、基板上面１０に垂直な方向におけるナノロッド３の全長Ｌに関連する。したがって、平均直径Ｄを求めるには下部１２および上部７を考慮しなければならない。ナノロッド３の長さＬは約１μｍである。
【００５７】
図１Ｂは、連続的な層９に半導体積層体４を堆積させるステップを示している。連続的な層９の上に半導体積層体４をエピタキシャル成長させる。半導体積層体４は活性層５を備えており、活性層５は、薄膜部品１の動作時に電磁放射を放出するように構成されている。半導体積層体４は、ナノロッド３と同様にＧａＮをベースとしている。半導体積層体４は、基板２とは反対側の主面８を備えている。半導体積層体４の厚さＴは、約１２μｍである。
【００５８】
次のステップでは、図１Ｃを参照し、半導体積層体４の主面８にキャリア６を貼り付ける。キャリア６は、例えばボンディングによって半導体積層体４に貼り付ける。これに代えて、キャリア６を半導体積層体４に接着する、または、例えば半導体積層体４とキャリア６とに塗布するＡｕ：Ｓｎ合金（図示していない）によって、半導体積層体４にはんだ付けすることができる。オプションとして、キャリア６と半導体積層体４との間に中間層（図示していない）を形成することが可能であり、この中間層は、例えば反射層である。
【００５９】
キャリア６は、基板２と同じ材料から作製することができる。キャリア６は導電性であることが好ましい。例えば、キャリア６は、シリコン、ゲルマニウム、または金属を備えている。キャリア６は、セラミック（例えばＡｌ２Ｏ３）を備えていることも可能であり、この場合、セラミックに導電性構造部を形成することができる。
【００６０】
図１Ｄは、湿式化学工程を使用して基板２から半導体積層体４およびキャリア６を分離するステップを示している。基板２と半導体積層体４との間、ナノロッド３の領域に、エッチング液１１を使用する。エッチング液１１は、ナノロッド３を構成している材料の一部分を腐食させる。このようにすることで、ナノロッド３の特に下部１２が切り離される、または破壊される。このように下部１２を破壊することによって、キャリア６に接合されている半導体積層体４が基板２から切り離される。図１Ｅはこのステップを示している。このことは、切り離すのにレーザリフトオフ工程が不要であることを意味する。
【００６１】
図１Ｆを参照して、オプションとして、半導体積層体４の上に残っているナノロッド３の上部７を、例えば研磨によって除去することが可能である。この結果として、例えば発光ダイオードの形の薄膜部品１が得られ、キャリア６とは反対側に半導体積層体４の平面的な光透過面１５を有する。
【００６２】
図１Ｅは、薄膜部品１の好ましい実施形態の例示的な実施形態を示している。ナノロッド３の上部７は光取り出し構造１４を形成している。光取り出し構造１４の周期は、ナノロッド３の格子間隔Ｇに一致する（図１Ａ参照）。格子間隔Ｇは、薄膜部品１の動作時に活性層５によって発生する放射の１波長よりも短い。連続的な層９は、キャリア６とは反対側の半導体積層体４の面に残っている。
【００６３】
このように、光取り出し構造１４は、半導体積層体４およびキャリア６を基板２から切り離すときに形成される。高い光取り出し性のための粗面化処理を達成するためのさらなる可能な方法は、機械的工程である。しかしながら、機械的な方法では不規則な構造しか達成できず、構造の正確な寸法を制御することは難しい。特に、このような粗面化の傾斜角度が大幅にばらつくことがあり、したがって光取り出し効率が低下する。湿式化学エッチングによって、半導体積層体４の結晶面における結晶の欠陥などの結果としての粗さを利用して粗面化処理を行う場合も、制御できる程度は限られる。加えて、高い光取り出し性となるように十分な粗面化を達成する目的で、粗面化処理の深さを超える相当な量の材料が、半導体積層体４の湿式化学的な粗面化処理によって腐食する。この方法では、比較的大きな層厚さの半導体積層体４を形成する必要があり、結果として、クラックが大きくなり、耐用年数や部品の歩留りが減少する。対照的に、本文書に記載した方法では、わずかな量の（実質的にはナノロッド３の下部１２によって形成されている）材料のみを湿式化学的に除去すればよい。ナノロッド３の上部７は、その構造に関する限りはエッチング液１１によってほとんど影響を受けない。
【００６４】
フォトリソグラフィ工程を使用して粗面化を達成することによって、光取り出し性を高めることも可能である。しかしながら、この方法では領域全体を処理することができず、なぜなら、フォトレジストによって覆われている領域を粗面化できないためである。したがって、このような工程を使用する場合、半導体積層体４の主面９に平行な向きにある領域が光通過面１５の上に残る。このような領域では光取り出し効率が低下する。このことは、本文書に記載した方法によって回避することができ、キャリア６とは反対側の半導体積層体４の面全体に光取り出し構造１４を設けることが可能である。
【００６５】
図２は、ナノロッド３のさらなる可能な形状構造を示している。この図では、ナノロッド３の下部１２がもはや存在しない。したがって、上部７は、その尖端構造１３によって基板２の上に載っており、単独でナノロッド３を形成している。ナノロッド３はＺｎＯまたはＧａＮからなる。
【００６６】
図３は、ナノロッド３の概略的な平面図である。下部１２の領域におけるナノロッドの断面を概略図として示してあり、したがって上部７によって下部１２が隠れていない。図示した平面図は、例えば、図１による例示的な実施形態におけるものである。
【００６７】
図３Ａによると、ナノロッド３は六角形の外形を有する。さらに、ナノロッド３は六角形の格子状に配置されており（破線によって示してある）、その平均格子間隔Ｇは約３００ｎｍである。
【００６８】
図３Ｂおよび図３Ｃによると、ナノロッド３は正方形格子の構造を有する（破線によって示してある）。図３Ｃによると、ナノロッド３の下部１２は、相対的に小さい割合のみ基板上面１０を覆っている。この結果として、図３Ｃにおける平均格子間隔Ｇは、図３Ｂにおけるより大きい。
【００６９】
図３Ｄによる例示的な実施形態においては、ナノロッド３は、図３Ｃによる実施形態と同様に円形の外形を有する。ナノロッド３は、菱形格子状に配置されている。
【００７０】
オプションとして、基板２から半導体積層体４を切り離すときに、下部１２の一部を半導体積層体４または上部７に残すことができる。この場合、平均格子間隔Ｇは、薄膜部品１の動作時に少なくとも１層の活性層５によって発生する放射の最も短い波長よりも小さいことが好ましい。このようにすることで、半導体積層体４の上に残っている上部７もしくは下部１２またはその両方によって、フォトニック結晶を形成することができ、このフォトニック結晶は、例えば干渉または回折によって特定の波長の放射を特定の方向のみに送り出す。
【００７１】
ナノロッド３は、リソグラフィ法またはナノインプリント法を用いることで、自己組織化プロセスによって基板上面１０に形成することができる。ナノロッド３は、規則的に形成することが好ましい。
【００７２】
ここまで、本発明について例示的な実施形態を参照しながら説明してきたが、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おり、特に、請求項における特徴の任意の組合せを含んでいる。これらの特徴または特徴の組合せは、それ自体が請求項あるいは例示的な実施形態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。
【関連出願】
【００７３】
本特許出願は、独国特許出願第１０２００８０５６１７５．４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１】
0005740309.tif 000002
【図２】
0005740309.tif 000003
【図３】
0005740309.tif 000004