(57)【要約】      （修正有）【課題】反射体金属が発光ダイオードにおいて移行するのを防止するための構造を開示する。【解決手段】印加電流下で再結合および光子を発生させるためのそれぞれｐ型およびｎ型の半導体エピタキシャル層、所望の方向における光出力を増加させるためのエピタキシャル層のうちの少なくとも１つの近傍にある反射金属層、反射金属層上にあるチタンタングステンの第一層、第一チタンタングステン層上にある窒化チタンタングステンの層、そして第一チタンタングステン層の反対側にある窒化タングステンチタン層上にチタンタングステンの第二層を含む。【選択図】図１
2008047924.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
印加された電流下で、再結合および光子を発生させるために、それぞれｐ型およびｎ型の半導体エピタキシャル層；
所望の方向における光出力を増加させるために、該エピタキシャル層のうちの少なくとも１つの近傍にある反射金属層、
該反射金属層上にあるチタンタングステンの第一層、
該第一チタンタングステン層上にある窒化チタンタングステンの層、そして
該第一チタンタングステン層の反対側の該窒化タングステンチタン層上にチタンタングステンの第二層
を含む発光ダイオード。
【請求項２】
該反射金属層が、金、銀、アルミニウムおよびそれらの組み合わせから成る群より選択される請求項１記載の発光ダイオード構造。
【請求項３】
該チタン含有層の全厚は、該発光ダイオードの他の部分への該反射金属の移行または拡散を防止するのに充分であるが、生じる応力が、該チタン含有層における離層および関連の構造問題を促進すると考えられる厚さを下回っている請求項１記載の発光ダイオード構造。
【請求項４】
該第一および第二のチタンタングステン層が約１０００オングストロームの厚さであり、そして、該窒化チタンタングステンが約２０００オングストロームの厚さである請求項１記載の発光ダイオード。
【請求項５】
該半導体エピタキシャル層が、ＩＩＩ族窒化物を含む請求項１記載の発光ダイオード構造。
【請求項６】
該反射金属層が該基板の方への光出力を増加させるように、該エピタキシャル層上に且つ該反射金属層の反対側に半導体基板を更に含む請求項１記載の発光ダイオード構造。
【請求項７】
該基板が、炭化ケイ素を含む請求項６記載の発光ダイオード構造。
【請求項８】
以下の工程：すなわち、
発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の堆積温度で、半導体エピタキシャル層を含む該発光活性構造の一部分である反射体金属層の上にチタンタングステンの第一層を堆積させる工程、
該発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、該第一チタンタングステン層上に窒化チタンタングステンの層を堆積させる工程、そして、
該発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、該窒化チタンタングステン層上にチタンタングステンの第二層を堆積させる工程                を含む、発光ダイオード構造中の反射金属が移行するのを防止する方法。
【請求項９】
該各堆積工程のそれぞれを、該エピタキシャル層を形成する半導体の解離温度未満で行う請求項８記載の方法。
【請求項１０】
以下の工程：すなわち、
ＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含む発光活性構造の一部分である反射体金属上へ該層をそれぞれ堆積させる工程；そして
該エピタキシャル層において、ＩＩＩ族窒化物の解離温度未満で該堆積工程それぞれを行う工程
を含む請求項８記載の方法。
【請求項１１】
該エピタキシャル層内におけるドーパントの移行または元素、状態または欠陥の望ましくない活性化を回避する温度で該堆積工程それぞれを行うことを含む請求項８記載の方法。
【請求項１２】
５００℃未満の温度で該堆積工程それぞれを行うことを含む請求項８記載の方法。
【請求項１３】
パルスＤＣスパッタ堆積によって、該第一および該第二チタンタングステン層を堆積させる工程を含む請求項８記載の方法。
【請求項１４】
各パルスＤＣスパッタリングによって、該窒化チタンタングステン層を堆積させる工程を含む請求項８記載の方法。
【請求項１５】
リードフレーム：
該リードフレームと電気的に接触している活性構造；
該リードフレームから離れる放射光線を指向するために、該リードフレームと該活性構造との間にある反射金属層；
該反射金属層を隠蔽するチタンタングステンの第一層、該第一チタンタングステン層を隠蔽する窒化チタンタングステン層、そして該窒化チタンタングステン層を隠蔽するチタンタングステンの第二層を含む、該発光ダイオード内で該反射金属層中の金属が移行するのを防止するためのバリヤー構造；および
該リードフレームの反対側にある該活性構造と電気通信状態にあるオーミックコンタクトを含む発光ダイオード。
【請求項１６】
ＩＩＩ族窒化物活性構造を含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１７】
該活性層構造と該オーミックコンタクトとの間に（フリップチップ配向）透明な基板を更に含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１８】
該リードフレーム上に第二オーミックコンタクトを更に含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項１９】
該反射金属層が、金、銀、アルミニウムおよびそれらの組み合わせから成る群より選択される請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項２０】
該発光ダイオードを通過する電流の流れを増強するために、該反射金属層と該活性構造との直ぐ間に電気コンタクト層を含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項２１】
該電気コンタクト層が白金を含み、そして該反射金属層が銀を含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項２２】
該第一チタンタングステン層が、該活性構造に面している該反射金属層の表面以外の実質的に全ての該反射金属層を隠蔽している請求項１５記載の発光ダイオード。
【請求項２３】
該第二チタンタングステン層と該第二オーミックコンタクトとの間に、半田層およびサブマウント構造を更に含む請求項１５記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
背景
［０００１］  本発明は、発光ダイオードに関するものであり、特に、炭化ケイ素基板上のＩＩＩ族窒化物材料から形成される発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
［０００２］  発光ダイオードは、電流が前記ダイオードを形成するｐ‐ｎ接合を通過するときに光を放射するフォトニックデバイスである。使用例を一部挙げるならば、発光ダイオードは、専門家およびで消費者向けの電子音声およびビデオ機器、セブンセグメントディスプレイ（例えば計算機）、公開情報標識における軽量メッセージディスプレイ、夜間視力が維持されなければならない環境における英数字ディスプレイ、テレビおよび関連機器のための（赤外線ＬＥＤを使用する）遠隔制御、ファイバーオプティック通信、交通信号機および自動車の制動灯と方向指示灯における状態インジケータ（オン／オフ光）として幅広く使用されている。また、ＬＥＤは、照明光源、例えば懐中電灯および液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）画面用のバックライト、そして、家庭用およびオフィス用の照明における白熱電球および蛍光灯のための代替としても益々頻繁に使用されている。
［０００３］  公知の物理学の法則にしたがって、ダイオードによって放射される光の色（単色および複数色）は、ダイオードを形成する半導体材料のバンドギャップによって基本的に決まる。光の周波数はエネルギーと直接に関連があるので、より大きなバンドギャップを有する半導体材料は、より高エネルギーでより高周波数の光子を放出する。ＩＩＩ族窒化物は少なくとも約３．３７電子ボルト（ｅＶ）のバンドギャップを有するので、それらを使用して、可視スペクトルの緑、青および青紫色の部分に相当する、また、紫外スペクトルの部分に相当するより短波長（例えば５００ナノメートル（ｎｍ）未満）の光を放射するダイオードを形成できる。対照的に、ケイ素（１．１１ｅＶ）、砒化ガリウム（１．４３ｅＶ）および燐化インジウム（１．３４ｅＶ）のようなより低いバンドギャップを有する材料は、可視スペクトルのより長波長の赤色および黄色のより低エネルギーの光子を生成する。
［０００４］  青色光を発するＩＩＩ族窒化物の能力は、固体状態源から白色光を得るという対応利点を提供する；すなわち青色、緑色、赤色ＬＥＤの組み合わせを提供する。
あるいは、青色発光ＬＥＤまたはＵＶ発光ＬＥＤは、白色発光か、または白色光を生成させるためにＬＥＤの青色発光と組み合わせる発光（例えば黄色）を生成する選択された蛍光体を励起させるために、使用することもできる。
［０００５］また、ＩＩＩ族窒化物は、「直接」発光体であるという利点を有していて、そしてそれは、伝導帯と価電子帯との間の遷移によって放出されるエネルギーは、振動（音量子）およびその結果として生じる熱としてよりもむしろ光（光子）として主に発生することを意味している。
［０００６］  多くの理由により、ＩＩＩ族窒化物系デバイスは、異なる材料から形成された基板上に所望のＩＩＩ族窒化物のエピタキシャル層からしばしば形成される。場合によっては、材料は、許容可能な結晶整合、化学安定性、および物理的強度を提供するサファイヤ（Ａｌ２Ｏ３）である。サファイヤは、ダイオードからの光の取り出しを妨害しないように、透明な形態で形成することもできる。
［０００７］  しかしながら、サファイヤは、導電性にドープすることができないので、サファイヤ上に形成されるダイオードは、「水平」配向を有していなければならない；すなわち、ダイオードのｐ側およびｎ側へのオーミックコンタクトは、一般的に、同じ方向に面していなければならない。これにより、ダイオードの総面積（「実装面積」）が増加する傾向がある。
［０００８］  而して、多くの用途で、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ＩＩＩ族窒化物発光ダイオードのための基板としてより良好な代替物を提供する。炭化ケイ素は、物理的に強く且つ化学的に堅牢（攻撃に対する不活性）であり、また、透明または殆ど透明の結晶で形成される。追加の利点として、炭化ケイ素は、導電性にドープすることができ、而して、ダイオードは「垂直」配向に；すなわち、デバイスの反対端（軸方向に取られた）上にオーミックコンタクトを有するように形成できる。それにより、接合およびＩＩＩ族窒化物層のための共用領域に基づくサファイヤ系ダイオードの実装面積に比べて、炭化ケイ素系ダイオードの実装面積を小さくできる。
［０００９］  発光ダイオードの基本素子は、典型的には、半導体材料の１つのｐ型層、およびｐ‐ｎ接合を一緒に形成する半導体材料の隣接ｎ型層を含む（が、それらに限定されない）。これらの層は、適当な基板によって構造的に支持され、また、各オーミック金属と電気的に接触もしている。而して、電流が注入されて、オーミックコンタクトを通り、そしてｐ‐ｎ接合を横断するとき、得られる電子移動の少なくともいくらかは、光子を生成し、そして、その光子の少なくともいくらかは可視光の形態でダイオードから放出される。
［００１０］  いくつかの発光ダイオードでは、デバイスの半導体部分は、「フリップチップ」配向で取り付けられる。使用中、この配向では、デバイスの発光側上に構造基板および取付構造の方向にｐ‐ｎ接合が配置される。取付構造は、しばしば反射層を含む。
取付構造によって吸収されるだろう接合からの光が放射されるとき、反射層は、デバイスの出力側の方へと光を再指向する。
［００１１］  特定のＬＥＤ構造に関係なく、再結合生成された光子は活性構造から全方向に放出されるので、反射層は、有用な目的に役立つ。しかしながら、通常の目標は、特定の方向に光を指向し、そして可視出力を最大化することにある。而して、反射体層（しばしば鏡と称する）の存在は、特定の方向に放射される光を増加させ、また、ＬＥＤの総可視出力を増加させることができる。
［００１２］  銀（Ａｇ）は、他の金属、例えば金（Ａｕ）およびアルミニウム（Ａｌ）と一緒に、この種の反射にとって有用な金属（おそらく最も有用）である。しかしながら、短所としては、銀は、金属および半導体の隣接層の間を移行する傾向がある。銀がこの様式で移行するとき、デバイスの電子的および化学的特性に影響を及ぼし、その機能的なＬＥＤ特性を低下、劣化または破壊することがある。例えば、フリップチップＬＥＤの製造は、典型的には、少なくとも１つの半田付け工程、例えばチップをリードフレーム（「スラグ」または「ダイパッド」とも称する）に半田付けする工程を含む。とりわけ、この工程は、半田、リードフレームおよびチップを３５０℃程度の温度まで加熱することを要求することがある。化学反応ではよくあることだが、この高い温度によって反射体金属の不必要な移行が促進される。
［００１３］  その結果として、銀および同様の金属から成る反射層を組み込んでいる構造は、典型的には、デバイスの望ましくない部分に銀が移行するのを低減または防止するいくつかの構造を含んでいなければならない。今日まで、比較的複雑な多層構造、ならびに白金（Ｐｔ）のような比較的高価な金属を含む層が使用されてきた。例えば、Ｈｉｇｈ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅという名称の２００４年９月２２日に出願された、本願と同一の譲受人に譲渡され且つ同時係属中の出願第１０／９５１，０４２号は、銀が移行するのを防止するための錫（Ｓｎ）層、ならびに、チタン、タングステンまたは白金、それらの合金のようなより複雑な層、および前記金属、それらの合金またはそれらの材料の組み合わせの多重層を開示している。
【０００３】
概要
［００１４］  一つの面では、本発明は、反射体金属が発光ダイオードで移行するのを防止するための構造である。その構造は、印加電流下で再結合および光子を発生させるためのそれぞれｐ型およびｎ型半導体エピタキシャル層、所望の方向の光出力を増加させるためのエピタキシャル層のうちの少なくとも１つの近傍にある反射金属層、反射金属層上にあるチタンタングステンの第一層、第一チタンタングステン層上にある窒化チタンタングステンの層、そして第一チタンタングステン層の反対側にある窒化タングステンチタン層上にチタンタングステンの第二層を含む。
［００１５］別の面では、本発明は、発光ダイオード構造中で反射体金属が、発光ダイオードの他の要素中に移行するのを防止する方法または他の元素と反応するのを防止する方法である。本方法は、以下の工程：すなわち、発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の堆積温度で、半導体エピタキシャル層を含む発光活性構造の一部分である反射体金属層の上にチタンタングステンの第一層を堆積させる工程、発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、前記第一チタンタングステン層上に窒化チタンタングステンの層を堆積させる工程、そして、発光活性構造の構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、窒化チタンタングステン層上にチタンタングステンの第二層を堆積させる工程を含む。
［００１６］  別の面では、本発明は、リードフレーム、リードフレームと電気的に接触している活性構造、リードフレームと、リードフレームから離れる放射光線を指向するための活性構造との間の反射金属層、反射層中の金属が発光ダイオード中を移行するのを防止するためのバリヤー構造、前記バリヤー構造は反射金属層を隠蔽するチタンタングステンの第一層を含む、第一チタンタングステン層を隠蔽する窒化チタンタングステンの層、そして、窒化チタンタングステン層を隠蔽するチタンタングステンの第二層、そして、リードフレームの反対側にある活性構造と電気通信状態にあるオーミックコンタクトを含む発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
［００１７］  本発明の前述のおよび他の目的および利点および等価物が達成される方法は、添付の図面と共に、以下の詳細な説明によって更に明らかになる。
【０００４】
詳細な説明
［００２１］  図１は、全体を１０で示してあるダイオード前駆体形態の本発明基本構造の概略断面図である。図示してある構造は、発光ダイオードにおいて反射体金属が移行するのを防止する。構造は、ｐ‐ｎ接合を横断する印加電流下で、再結合および光子を発生させるために、それぞれｐ型１１およびｎ型１２半導体エピタキシャル層を含む。銀から典型的に（しかし独占的にではない）形成される反射金属層１３は、所望の方向に光出力を増加させるために、エピタキシャル層１１または１２のうちの少なくとも１つの近傍にある。図１には、ｐ型エピタキシャル層１１に最も近い反射金属層１３が図示してあるが、これは、本発明のなんらかの限定ではなく、本明細書に記載されているフリップチップ配向の機能である。
［００２２］  また、図１には、反射金属層１３とエピタキシャル層１１との間で、典型的にではあるが必然的ではなく白金から形成された電気コンタクト層１４も図示してある。反射金属層１３は光子を光学的に反射することを主な目的としているので、エピタキシャル層中の半導体材料と電気的接触を作るためのいくつかの他の金属に比べてあまり適当ではならない。他の金属は、反射性が低いが、エピタキシャル層に対する電気的接触にはより適当である。而して、（例えば）銀ほど反射体として役立たないかもしれないとしても、金属接触層１４を設けて、電気的接触特性を向上させることができる。しかしながら、反射金属層１３の反射機能を害するのを実質的に回避するほど充分に薄い。
［００２３］  銀が移行するのを防止するために、構造は、反射金属層１３上にチタンタングステン（ＴｉＷ）合金の第一層１５を含む。窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）の層１６は、第一チタンタングステン層１５上にあり、そして、チタンタングステンの第二層１７は、第一チタンタングステン層１５とは反対側の窒化チタンタングステン層上にある。図１に例示してあるように、第一チタンタングステン層１５は、活性構造（エピタキシャル層１１および１２）に面している反射金属層１３の表面以外の全ての反射金属層１３を実質的に隠蔽している。
［００２４］  図１の概略図は発光ダイオードの全ての可能な要素を含んではいないが、半田層２０および炭化ケイ素基板２１を含んでいる。背景で記載したように、炭化ケイ素基板２１は、フリップチップ配向であるので、ダイオード１０の上部に図示してあり、そして、半田層２０を使用して、製造および最終用途の両方の間に、様々な目的のために、ダイオードを取り付ける。反射金属層１３および炭化ケイ素基板２１のそれぞれの位置により、基板２１の方への、而して、基板を通過する光出力が増加する。
［００２５］  図１および２の両方共にフリップチップ配向の基板を図示しているとしても、他のＬＥＤ構造（ＩＩＩ族窒化物系デバイスを含む）は、放射面が、活性層のうちの１つから形成されている、または、電流拡散を促進する高度にドープされたＩＩＩ族窒化層から形成されているより従来の配向を含むことができる。また、本発明は、その種の構造に関して適合性がある。
［００２６］  チタンタングステン窒化層１６は、反射金属層１３の移行に対して好ましいバリヤーを提供する。しかしながら、窒化チタンタングステン層１６の接着性は、チタンタングステンの接着性（隣接層に対する）に比べてあまり有利ではない。而して、チタンタングステン層１５、１７は、全体のバリヤーの一部分を形成するだけでなく、追加の構造的利点を提供する。
［００２７］  反射金属層１３は、典型的には銀であるが、任意の他の適当に反射する金属から選択することができ、例えば、金、銀、アルミニウムおよびそれらの金属の組み合わせが挙げられる。
［００２８］  バリヤー層１５、１６および１７は、ダイオード１０の他の部分中への反射金属の移行または拡散を防止するのに充分であるが、生じる応力によって、チタン含有層１５、１６および１７における離層および関連の構造問題が促進されると考えられる厚さは下回っている全厚を有する。半導体および関連の薄い材料のエピタキシャル層の成長に精通している当業者は、バリヤー層のみが意図される目的を達成するのに充分に厚いことが必要であることを理解している。バリヤーが移行を防止するのに充分に厚い状態で、層厚を増加させると、バリヤーとして追加される利益は全く無く、各々の層内で物理的応力が増加する傾向がある。
［００２９］  一般的に、良好なバリヤーは、それぞれ厚さ約１０００オングストローム（Å）のチタンタングステン層１５、１７および厚さ約２０００Åの窒化チタンタングステン層で形成された。
［００３０］  例示的な実施態様では、半導体エピタキシャル層１１および１２は、ＩＩＩ族窒化物である。ＩＩＩ族窒化物としては、二元、三元および四元化合物を形成するガリウム、アルミニウム、インジウムおよび窒素から成る化合物が挙げられる。ホモ接合、ヘテロ接合、単一量子井戸もしくは多重量子井戸または超格子構造のためのこれらの層のうちの任意の１つ以上の選択は、本発明と一緒に使用するときに選択する。而して、本発明は、多くのそのような化合物または層を含むことができる。いくつかの実施態様では、エピタキシャル層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）であり、他の実施態様では、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）またはインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）である。
［００３１］  それらの式は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮまたはＩｎｘＧａ１−ｘＮと更に厳密に表されることは当業者は認識している。特に、ＩｎｘＧａ１−ｘＮのバンドギャップは、化合物中に存在するインジウムのモル分率に基づいて変化するので、インジウムの適当なモル分率を相応に選択することによって、所望の波長の出力を有するＩｎＧａＮダイオードを製造できる。
［００３２］  図２は、本発明による発光ダイオードに関する別の概略図である。図１および図２の関係は、図１は、図２のライン１−１に沿った図に概略相当している。特に、図１では、図２で示してあるよりも、反射層１３および金属接触層１４についてほんのわずか詳細に示してある。一方、同じ要素には、同じ参照番号が付してある。
［００３３］  図２では、発光ダイオード全体は２４で示してある。ダイオード２４は、リードフレーム２５と、そのリードフレームに電気的に接触している活性構造とを含む。
図１と同様に図２では、活性構造は、限定するものではないが、半導体エピタキシャル層１１および１２として図示してある。図１に関して、活性構造は、ヘテロ構造、二重ヘテロ構造、量子井戸、多重量子井戸または超格子構造を含むこともできる。而して、図２は、本発明を限定するものではなく、例示と理解される。
［００３４］図２には、単層として、反射金属層２６が図示してある。バリヤー構造２７は、発光ダイオード２４内を反射層２６中の金属が移行するのを防止する。バリヤー構造は、反射金属層２６を隠蔽するチタンタングステンの第一層１５、その第一チタンタングステン層１５を隠蔽する窒化チタンタングステン層１６、そしてその窒化チタンタングステン層１６を隠蔽するチタンタングステンの第二層１７も含む。オーミックコンタクト３０は、リードフレーム２５の反対側にある活性構造と電気的に接続している。
［００３５］  図１のように、ダイオード２４の例示的な実施態様では、エピタキシャル層１１および１２は、ＩＩＩ族窒化物から形成される。フリップチップ配向および製造方法に基づいて、ダイオード２４は、活性層構造１１、１２およびオーミックコンタクト３０との間に透明な炭化ケイ素基板２１を含む。
［００３６］  先に記載した実施態様のように、反射金属層２６は、金、銀、アルミニウムおよびそれらの組み合わせから成る群より最も典型的に選択される。図示されていないが、図２の相対寸法の故に、ダイオード２４は、図１で１４として図示してある電気コンタクト層を典型的に含む。
［００３７］ダイオード２４は、その一般的な構造において、本明細書の譲受人であるＣｒｅｅ，Ｉｎｃ．から市販されているダイオードのＸＢＲＩＧＨＴ（登録商標）シリーズに対応する。これらのダイオードはフリップチップ配向であるので、それらの製造法および得られる構造は、図２において、別の半田層３１、第二基板３２および第二オーミックコンタクト３３として図示されているサブマウント構造をしばしば含む。サブマウント構造の正確な構造および組成は、これらの３つの図示された層と一致している必要はないが、ダイオードの活性部分のための支持構造を提供するように、また、リードフレーム２５への電気的接触を提供するような同じ様式で機能する。而して、第二基板３２は、しばしば、炭化ケイ素で形成するが、金属を含む可能な他の適当な材料で形成することもできる。
［００３８］  図２には、活性層１１および１２およびダイオード２４の多くの他の要素が、適当な半田３４を使用してリードフレームに保持されていることも図示してある。
［００３９］  部分的な概要では、本発明は、チタンタングステン合金の２つの層の間に化合物としてスパッタ堆積された窒化チタンタングステンの層である。それにより、層を通過する金属または水分の拡散が防止される。窒化チタンタングステン化合物は、バリヤーとして作用し、また、熱処理の間または後でも、金属、例えば金、銀、アルミニウムが拡散するのを防止する。結果として、このバリヤーは、例えば現在のバリヤー層中に存在する白金のようなより緻密なまたは高価なバリヤーに取って代わることができ、それによりコストが大きく節約される。チタンタングステンの境界層は、それ自体、銀の移行に対するバリヤーを形成しないが、更に容易に且つ機能的にバリヤーをデバイス設計中に組み込むための接着層を提供する。
［００４０］  本発明は、発光ダイオード構造を形成する方法も含む。特に、本方法は、発光ダイオードの構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、ダイオード前駆体構造（すなわち、エピタキシャル層１１および１２に関して本明細書で説明した活性構造を含む）上にチタンタングステンの層を堆積させる第一工程を含む。  
［００４１］  第二工程は、再び発光ダイオードの構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で、第一チタンタングステン層上に窒化チタンタングステンの層を堆積させる工程を含む。第三工程は、窒化チタンタングステン層上にチタンタングステンの第二層を堆積させる工程を含み、そしてその場合また、発光ダイオードの構造または機能を害しないと考えられる温度未満の温度で前記堆積工程を行うことを含む。
［００４２］  例示的実施態様では、ＴｉＷ層およびＴｉＷＮ層は、スパッタリングによる堆積させる。スパッタ堆積の性質、概念および特定の工程は、当業において充分に理解されているので、詳述しない。一般的に、プラズマをつくるために、比較的高い電圧を、低圧ガスに関して、例えば約５ミリトルのアルゴン（Ａｒ）に印加する。スパッタリング中、励起されたプラズマ原子は、所望のコーティング材料から構成されているターゲットに衝突し、そして、所望の基板へと移動させ且つ結合させるのに充分なエネルギーで前記ターゲットから原子を叩き出す。
［００４３］  現在、そして、本発明の方法では、望ましいスパッタリング法は、パルス直流（ＤＣ）電源を使用する。半導体製造における薄膜堆積のためにパルスＤＣ電源（連続ＤＣ電源またはＲＦ電源とは対照的）を使用することは、一般的に当業において充分に理解されている。有用な考察は、例えば、Ｂｅｌｋｉｎ  ｅｔ  ａｌ．，Ｓｉｎｇｌｅ−Ｍｅｇａｔｒｏｎ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  Ｒｅａｃｔｉｖｅ  Ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ  ｏｆ  Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃｓ，Ｖａｃｕｕｍ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ  ＆  Ｃｏａｔｉｎｇ，  Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ  ２０００、または、マグネトロンおよび電源装置の製造者である米国コロラド州フォートコリンズ８０５２５にあるＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｅｒｇｙ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ａｄｖａｎｃｅｄ−ｅｎｅｒｇｙ．ｃｏｍ）、または、米国ペンシルヴェニア州ドゥケーン１５１１０にあるＡｎｇｓｔｒｏｍ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．（ｗｗｗ．ａｎｇｓｔｒｏｍｓｃｉｅｎｃｅｓ．ｃｏｍ）を含む多くの情報源から見つけ出すことができる。
［００４４］  これらの情報源に記載されているように、また、当業において理解されているように、パルスＤＣスパッタリング技術は、コールドモメンタムトランスファープロセス（ｃｏｌｄ−ｍｏｍｅｎｔｕｍ  ｔｒａｎｓｆｅｒ  ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ）として行うことができ、而して、基板またはコーティングに関する高温の効果（高温は、スパッタリングの他の形態によって生成される傾向がある）を回避できる。更に、パルスＤＣスパッタリングを使用して、導電性材料または絶縁材料を、金属、半導体、セラミック、そして熱過敏性ポリマーさえも含む多種多様な基板に対して施用できる。
［００４５］  更に詳しくは、パルスＤＣ法を使用する反応性イオンスパッタリングによって窒化チタンタングステン（ＴｉＷＮ）層が生成される。反応性イオンスパッタリングは、プラズマガス中に堆積原料物質を含む。而して、窒化チタンタングステン層は、アルゴンガスおよび窒素ガス両方の存在下で、各固体源からチタンおよびタングステンをスパッタリングすることによって形成される。
［００４６］  特に、各堆積工程は、エピタキシャル層を形成する半導体の解離温度未満で行う。更にまた、堆積工程は、活性層内におけるドーパントの移行のような望ましくない副作用またはエピタキシャル層内における元素、状態または欠陥の活性化を促進すると考えられる温度未満で行うべきである。なぜならば、それらの全てが、活性構造の電子挙動に影響を及ぼすことがあるか、または、得られる発光ダイオードからの光の放射を物理的に妨害することがあるからである。
［００４７］  窒化ガリウムは（周囲条件にしたがって）約６００℃を超える温度で解離する傾向があるので、堆積工程は、６００℃未満の温度で、好ましくは約５００℃未満の温度で行うべきである。
［００４８］  これらの要求条件を満たすスパッタ堆積法の調整は、従来技術において一般的に充分に理解されている。関連するパラメータのいくつかとしては、目標出力密度、堆積システムの電磁石への印加電流、アルゴンの流量および分圧（そして必要に応じて窒素）、堆積温度、および基板回転が挙げられる。当業者には、これらのパラメータのそれぞれの正確な調整は、システムごとに異なることができ、また、異なるであろうが、過度の実験を行わずに堆積を実行できることを認識するだろう。
［００４９］  スパッタ堆積は、典型的には、アルゴン雰囲気下で、チタンタングステン合金ターゲットと、そして窒化チタンタングステンのために窒素を使用して行う。得られるコーティングの組成は、ＴｉｘＷｙまたはＴｉｘＷｙＮｚとして表すことができる。ＴｉＷ層では、Ｘは約０．６〜０．７（６０〜７０モル％）であり、残りはＹである。窒化チタンタングステンでは、Ｘは約０．３〜０．４５であり、Ｙは約０．３〜０．４であり、そしてＺは約０．２５〜０．３である。
［００５０］  銀の非移行の観点から示される得られる層の品質は、以下の手順を使用して識別できる。
【０００５】
実験
［００５１］  窒化チタンタングステン層の特徴は、以下の方法で調べた。２つの３−インチリフトオフモニターを、ＳＥＧＩのパレット上に２列に配置した。２つの熱酸化された３−インチウェハを、ＳＥＧＩのパレット上に２列に配置した。２つの両面研磨された細い３−インチシリコンウェハを、ＳＥＧＩのパレット上の２列に配置した。全てのウェハの内側ウェハエッジ（ｉｎｎｅｒ  ｗａｆｅｒ  ｅｄｇｅ）は、パレットの内側エッジから０．５インチであった。表１に示してあるように１０の実験で、窒化チタンタングステン合金を、パルスを使用してスパッタ堆積させた。厚さは、Ｐ１０を使用してリフトオフモニターから測定した。シート抵抗は、熱酸化物モニター上の４点プローブを使用して測定した。応力は、薄いシリコンウェハ上の薄膜の対抗側に関する反り前反り後の測定値から計算した。体抵抗は、厚さおよびシート抵抗測定値から計算した。
【０００６】
【表１】
2008047924.tif 000003
【０００７】
［００５２］  表２には、得られた構造を評価するために使用したエリプソメータ測定値が掲げてある。測角（ａｎｇｌｅ  ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ）は、Ｇａｅｒｔｎｅｒ  Ｅｌｌｉｐｓｏｍｅｔｅｒ（米国イリノイ州スコキエ６００７６にあるＧａｅｒｔｎｅｒ  Ｓｃｉｅｎｔｉｆｉｃ）で測定し、ＴｉＷＮ層は、Ａｕ／Ａｇ拡散に関して固体バリヤーであることが証明された。表２に示してあるように、ΨおよびΔは、熱処理後でも実質的に同じであった。その場合、ウェハは、３５０℃の真空オーブン中に置き、Ａｕは、エリプソメータから得られるスペクトルでモニターした。
【０００８】
【表２】
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【０００９】
［００５３］  ＴｉＷＮとＡｕとの間の相互作用は、いずれのウェハでも観察されなかった。
［００５４］  図面および明細書において、本発明の好ましい実施態様を示し、また特定の用語を使用したが、それらは、単に一般的および説明的な意味でのみ使用したのであって、本発明を限定するために使用したのではなく、本発明の範囲は特許請求の範囲で規定される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の特定の特徴を示している断面概略図である。
【図２】本発明による特徴を含む発光ダイオードの断面概略図である。
【図３】本発明方法によって形成された半導体ウェハの写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【外国語明細書】
2008047924000001.pdf