(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部品（１、２）を接続するための方法であって、
Ａ）少なくとも第１の部品（１）および第２の部品（２）を用意するステップと、
Ｂ）前記第１および／または前記第２の部品（１、２）に少なくとも１つのドナー層（３）を設けるステップであり、前記ドナー層（３）が少なくとも１つの金属の酸化物を含み、前記ドナー層（３）が、超化学量論的比率の酸素（３１）を前記ドナー層（３）の母格子の格子間に取り込まれている状態で有するように、酸素（３１）を富化されている、少なくとも１つのドナー層（３）を設けるステップと、
Ｃ）前記ドナー層（３）、前記第１または前記第２の部品（１、２）に金属層（４）を設けるステップと、
Ｄ）前記金属層（４）が溶融されかつ前記第１の部品（１）と前記第２の部品（２）とが互いに接続されるように、少なくとも前記金属層（４）を第１の温度（Ｔ１）まで加熱するステップと、
Ｅ）前記酸素（３１）が前記ドナー層（３）から前記金属層（４）中へと進みかつ前記金属層（４）が変換されて安定な金属酸化物層（５）を形成するように、配列物を、前記第１の温度（Ｔ１）より高い第２の温度（Ｔ２）まで加熱するステップであり、前記金属酸化物層（５）の溶融温度が前記金属層（４）よりも高く、少なくとも前記ドナー層（３）および前記金属酸化物層（５）が前記第１の部品（１）および前記第２の部品（２）を互いに接続している、前記配列物を加熱するステップと
を含む、方法。
【請求項２】
前記ドナー層（３）が、酸化インジウムスズ、酸化インジウム、酸化亜鉛または酸化スズからなり、前記酸化インジウムスズ、酸化インジウムまたは酸化スズが、酸素（３１）を富化されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記金属層（４）が、インジウム、スズ、亜鉛またはインジウムとスズとの結合を含み、前記金属層（４）としてインジウムの場合、酸化インジウムが前記金属酸化物層（５）として形成され、
前記金属層（４）としてスズの場合、酸化スズが前記金属酸化物層（５）として形成され、前記金属層（４）として亜鉛の場合、酸化亜鉛が前記金属酸化物層（５）として形成され、前記金属層（４）としてインジウムとスズとの混合物の場合、酸化インジウムスズが前記金属酸化物層（５）として形成される、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
前記ドナー層（３）および前記金属酸化物層（５）が、ステップＤ）の後で同じ金属酸化物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記ドナー層（３）および前記金属層（４）が、スパッタリングにより生成され、前記金属酸化物層（５）が、前記金属層（４）の酸化により生成される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記ドナー層（３）が、ステップＢ）において、少なくとも１つの金属および酸素のスパッタリングにより生成されて金属酸化物を形成し、前記金属層（４）が、同じシステムにおいて、少なくとも１つの金属のスパッタリングにより生成され、前記金属層（４）の前記金属が、前記ドナー層（３）の前記金属酸化物の前記金属に対応する、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
ステップＢ）において、連続的な酸素の流れ（６）が、前記酸素（３１）を導入するために速度率ｋ１でかつ割合ｎ１で前記ドナー層（３）中へと導入され、ステップＣ）における前記酸素の流れ（６）は、前記金属層（４）が生成されるように速度率ｋ２＜ｋ１および割合ｎ２＜ｎ１である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の部品（２）が、発光ダイオードを備え、少なくとも前記第１の部品（１）が、サファイア、窒化シリコン、半導体材料、セラミック材料、金属およびガラスから構成される群から選択される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の部品（１）および／または前記第２の部品（２）が、パイプおよび／またはチューブである、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１および前記第２の温度（Ｔ１、Ｔ２）が、互いに少なくとも１．５倍だけ異なる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記ドナー層（３）の前記酸素（３１）が、イオン注入法によりステップＢ）の後で前記ドナー層（３）中へと導入される、または前記ドナー層（３）の前記酸素（３１）が、ステップＢ）中に酸素の流れ（６）によって前記ドナー層（３）中へと導入される、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１および前記第２の部品（１、２）が、少なくとも１．８バールの圧力下で接続される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１の温度（Ｔ１）は、前記金属層（４）の溶融温度を超えている、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、少なくとも２つの部品を接続するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
今日まで、部品は互いに、例えば、二酸化シリコン／二酸化シリコン直接ボンディング、接着剤ボンディングおよび金属ボンディングなどの接続技術を使用して接続されてきた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
２つの部品間の安定な接続部を生成し、少なくとも２つの部品を接続するための方法を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を、独立特許請求項１による少なくとも２つの部品を接続するための方法により達成する。本発明の有利な構成および発展形が、従属請求項の主題である。
少なくとも１つの実施形態では、少なくとも２つの部品を接続するための方法は、下記のステップ：
Ａ）少なくとも第１の部品および第２の部品を用意するステップと、
Ｂ）上記第１および／または上記第２の部品に少なくとも１つのドナー層を設けるステップであって、上記ドナー層が酸素を富化されている、少なくとも１つのドナー層を設けるステップと、
Ｃ）上記ドナー層、上記第１および／または上記第２の部品に金属層を設けるステップと、
Ｄ）上記金属層が溶融され、上記第１の部品と上記第２の部品とが互いに接続されるように、少なくとも上記金属層を第１の温度まで加熱するステップと、
Ｅ）上記酸素が上記ドナー層から上記金属層へと進みかつ上記金属層が変換されて安定な金属酸化物層を形成するように配列物を第２の温度まで加熱するステップであって、上記金属酸化物層の溶融温度が上記金属層よりも高く、少なくとも上記ドナー層および上記金属酸化物層が上記第１の部品と上記第２の部品とを互いに接続する、配列物を加熱するステップと
を含む。
【０００５】
特に、上記方法を、アルファベットの順序Ａ）からＥ）で実行する。代わりとしてまたは加えて、さらなるステップを提供することができ：例として、ステップＢ）の前に、上記酸素を、注入法により上記ドナー層へと導入することができ、上記ドナー層の上記酸素を富化する。
【０００６】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記方法は、ステップＡ）において第１および第２の部品を用意する。
【０００７】
上記第１の部品および／または上記第２の部品を、様々な多数の材料および元素から選択することができる。例として、上記第１および／または第２の部品を、サファイア、窒化シリコン、半導体材料、セラミック材料、金属およびガラスからなる群からそれぞれ選択することができる。
【０００８】
代わりとしてまたは加えて、上記第１および／または上記第２の部品を、やはりパイプおよび／またはチューブとすることもできる。特に、上記パイプは、真空パイプである。
【０００９】
例として、２つの部品のうちの一方を、半導体ウェハまたはセラミックウェハ、例えばサファイア、シリコン、ゲルマニウム、窒化シリコン、酸化アルミニウム、例えばＹＡＧなどの発光性セラミックからなる成形した材料とすることができる。さらにその上、少なくとも一方の部品を、プリント回路基板（ＰＣＢ）として、金属リードフレームとしてまたは異なるタイプの接続キャリアとして形成することが可能である。さらにその上、上記部品のうちの少なくとも一方は、例えば、電子チップ、オプトエレクトロニクスチップ、発光ダイオード、レーザチップ、光検出器チップもしくはウェハを含むことができる、または複数の上記チップを有することができる。特に、上記第２の部品および／または上記第１の部品は、発光ダイオード、略してＬＥＤを備える。特に、上記第２の部品は、上記発光ダイオードを含み、上記第１の部品は、上記前述の材料のうちの少なくとも１つを含む。
【００１０】
発光ダイオードを含む上記部品を、青色光、赤色光、緑色光または白色光を放出するように好ましくは設計する。
【００１１】
上記発光ダイオードは、少なくとも１つのオプトエレクトロニクス半導体チップを備える。上記オプトエレクトロニクス半導体チップは、半導体積層体を含むことができる。上記半導体チップの上記半導体積層体は、好ましくはＩＩＩ−Ｖ化合物半導体材料系である。上記半導体材料は、好ましくはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＮなどの窒化物化合物半導体材料、またはそれ以外にはＡｌｎＩｎ１−ｎ−ｍＧａｍＰなどのリン化物化合物半導体材料であり、それぞれの場合で０≦ｎ≦１、０≦ｍ≦１およびｎ＋ｍ≦１が当てはまる。同様に、上記半導体材料は、ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓであってもよく、ここでは、０≦ｘ≦１である。この場合、上記半導体積層体は、ドーパントおよび追加成分を含むことができる。しかしながら、簡単のために、上記半導体積層体の結晶格子の基本的な成分が少量のさらなる物質により一部を置き換えられるおよび／または補完される場合でさえ、上記半導体積層体の結晶格子の基本的な成分だけ、すなわち、Ａｌ、Ａｓ，Ｇａ、Ｉｎ、ＮまたはＰを特定している。
【００１２】
上記半導体積層体は、少なくとも１つのｐｎ接合部および／または１つもしくは複数の量子井戸構造を有する活性層を含んでいる。上記ＬＥＤまたは上記半導体チップの動作中には、電磁放射を上記活性層内で発生する。上記放射の波長または波長最大値は、紫外および／または可視および／または赤外スペクトル領域に、特に包括的に４２０と８００ｎｍとの間の、例えば包括的に４４０と４８０ｎｍとの間の波長のところに好ましくは存在する。
【００１３】
少なくとも１つの実施形態によれば、本方法は、ステップＢ）、上記第１および／または上記第２の部品に少なくとも１つのドナー層を設けるステップを含む。特に、上記ドナー層は、酸素を富化させた層である。
【００１４】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記ドナー層は、少なくとも１つの金属の酸化物を含む、または少なくとも１つの金属の酸化物からなる。特に、上記ドナー層は、酸化インジウムスズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および／または酸化スズを含む、または酸化インジウムスズ、酸化インジウム、酸化亜鉛および／または酸化スズからなる。特に、上記酸化インジウムスズ、酸化インジウム、酸化亜鉛または酸化スズを、酸素で富化させている。
【００１５】
ここでおよび以降では、上記ドナー層が酸素を富化されているという事実は、上記ドナー層が酸素の超化学量論的割合を有することを意味している。上記酸素は、上記ドナー層内で上記ドナー層の物質に共有結合することができる。代わりとしてまたは加えて、上記酸素を、上記ドナー層内に、特に上記ドナー層の母格子の格子間に取り込むことができる。言い換えると、上記酸素は、これによっては上記ドナー層に共有結合していない。
【００１６】
少なくとも１つの実施形態によれば、本方法は、ステップＣ）、上記ドナー層に金属層を設けるステップを含む。代わりとしてまたは加えて、上記金属層は、上記第１および／または上記第２の部品に設けられる。
【００１７】
特に、上記ドナー層は、例えば酸化亜鉛、酸化スズ、酸化カドミウム、酸化チタン、酸化インジウムまたは酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）などの混合金属酸化物、などの金属酸化物を含む。「金属酸化物」という用語は、例えばＺｎＯ、ＳｎＯ２もしくはＩｎ２Ｏ３などの二元系金属−酸素化合物、および例えばＺｎ２ＳｎＯ４、ＣｄＳｎＯ３、ＺｎＳｎＯ３、ＭｇＩｎ２Ｏ４、ＧａＩｎＯ３、Ｚｎ２Ｉｎ２Ｏ５もしくはＩｎ４Ｓｎ３Ｏ１２などの三元系金属−酸素化合物の両者または異なる酸化物の混合物を包含している。この場合、金属酸化物の組成は、必ずしも化学量論的組成である必要はない。特に、上記ドナー層を、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）から形成する。
【００１８】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記金属層は、インジウム、スズ、亜鉛またはインジウムとスズとの結合を含む。
【００１９】
少なくとも１つの実施形態によれば、本方法は、ステップＤ）、上記金属層が溶融されかつ上記第１の部品と上記第２の部品とが互いに接続されるように、少なくとも１つの金属層を第１の温度Ｔ１まで加熱するステップを含む。言い換えると、上記第１の温度は、上記金属または上記金属層の上記金属の上記混合物の溶融温度を超え、したがって上記金属層の上記金属が溶融する程度まで高められる。例として、インジウムの溶融温度は、１５６．６℃である。スズの溶融温度は、２３１．９℃である。上記金属層は、複数の金属をやはり含むことができるまたはから構成されてもよい。特に、上記金属層は、インジウムとスズとの結合を含む。特に、インジウムおよびスズは、共融混合物を形成する。重量で５２％のインジウムおよび重量で４８％のスズの混合物の溶融温度は、１１７℃から１１８℃である。上記金属層の上記溶融を介して、上記金属層は、金属はんだ材料のように振る舞う。
【００２０】
特に、上記金属層は、延性挙動を示す。上記金属層は、上記第１および上記第２の部品を互いに接続する。例として、上記接続部を、上記第１の部品と上記第２の部品との間の機械的接続部とすることができる。さらにその上、第１の部品および第２の部品を、上記金属層を介してやはり電気的に接続することができる。特に、上記金属層と上記ドナー層または上記金属酸化物層と上記ドナー層とは、第１の部品を第２の部品に接続する接続要素を形成する。特に、接続要素を、第１の部品そしてやはり第２の部品と直接機械的におよび／または電気的に接触させて配置する。
【００２１】
少なくとも１つの実施形態によれば、本方法は、ステップＥ）、上記酸素が上記ドナー層から上記金属層へと進みかつ上記金属層が変換されて安定な金属酸化物層を形成するように配列物を第２の温度まで加熱するステップを含む。特に、上記金属酸化物層の溶融温度は、上記金属層よりも高い。この場合、少なくとも上記ドナー層および上記金属酸化物層は、上記第１の部品を上記第２の部品に接続する、または逆も同様である。
【００２２】
言い換えると、安定な機械的接続部および適切である場合には加えて電気的接続部が、上記ドナー層と上記金属酸化物層とを介して上記２つの部品の上記接続部により生成される。
【００２３】
少なくとも１つの実施形態によれば、ステップＥ）における上記第２の温度が、ステップＤ）における上記第１の温度よりも高い。特に、上記第１および上記第２の温度は、少なくとも１．５倍；１．８倍；１．９倍；２倍；２．５倍または３倍だけ互いに異なる。特に上記金属層、上記第１の部品、上記第２の部品および上記ドナー層を含む配列物を第２の温度まで加熱することにより、上記過剰な酸素は、上記ドナー層から上記金属層へと進む。上記金属層は、酸化または自己酸化を受けて、上記金属酸化物層を形成する。上記金属層は、固体金属酸化物層へと変換される。特に、上記金属酸化物層は、機械的に安定である。上記金属酸化物層の溶融温度は、上記金属層よりも高い、または高い再溶融温度である。上記金属酸化物層を、上記金属層および上記ドナー層に存在する上記酸素から生成している。したがって、安定な接続部を生成するために他の外部の反応相手を供給することは必ずしも必要ではない。
【００２４】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記金属層は、インジウム、亜鉛、スズまたはインジウムとスズとの結合を含む。上記金属層としてインジウムの場合、酸化インジウムが、上記金属酸化物層として形成される。上記金属層としてスズの場合、酸化スズが、上記金属酸化物層として形成される。上記金属層として亜鉛の場合、酸化亜鉛が、上記金属酸化物層として形成される。上記金属層としてインジウムとスズとの混合物の場合、酸化インジウムスズが、上記金属酸化物層として形成される。
【００２５】
代わりとしてまたは加えて、上記ドナー層を、酸化インジウム、酸化スズまたは酸化インジウムスズから構成することができる。特に、上記ドナー層を、酸化インジウムスズから形成する。酸化インジウムスズの利点は、透明かつ導電性であることである。これにより、可視波長域での光の吸収が小さくなる。加えて、上記部品、特にオプトエレクトロニクス半導体部品を製造することにとっては、十分な熱的および機械的な安定性がある。
【００２６】
上記金属酸化物層は、上記金属層と比較して高い融点であり、必要な場合には透明である。例として、インジウムからなる上記金属層の融点は、１５６．９℃であり、酸化インジウム（Ｉｎ２Ｏ３）からなる上記金属酸化物層の融点は、高く、１９１０℃である。例として、スズからなる上記金属層の融点は、２３１．９℃であり、酸化スズからなる上記金属酸化物層の融点は、高く、１６３０℃である。例として、インジウムおよびスズからなる上記金属層の融点は、１１８℃であり、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）からなる上記金属酸化物層の融点は、高く、ほぼ１９００℃である。
【００２７】
本方法は、半導体産業においてしばしば使用されている、接続部を等温固化反応により形成するボンディングプロセスに類似している。しかしながら、重要な違いは、金属酸化物層が複数の合金元素の混合および反応により形成されるのではなく、むしろドナー層からの酸素による金属層の酸化により形成されることである。これが、例えば、オプトエレクトロニクス半導体部品を製造することにとって適している十分に高い融点を有する接続要素を生成する。
【００２８】
本発明者は、ここで提案した接合方法を用いると、特に金属製の、不透明接続要素を、セラミックおよびおそらくやはり導電性かつ透明層へと酸化により変換することができることに気付いた。特に上記ドナー層および上記金属酸化物層を含んでいるこの接続要素の接続力または接着力は、上記第１および第２の部品との関係で大きい。上記接続要素は、可視光に対して＞８０％または９０％の高い透明度などの優れた光学的特性を有することができる。さらにその上、上記接続要素は、高い導電性などの電気的特性を有する。
【００２９】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記ドナー層および上記金属酸化物層は、ステップＤ）の後では同じ金属酸化物を含む。加えて、上記ドナー層および上記金属酸化物層は、これらの酸素の割合の点で単に異なることがある。
【００３０】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記ドナー層および上記金属層が、スパッタリングにより設けられる。代わりとしてまたは加えて、上記金属酸化物層を、上記金属層の酸化により生成することができる。あるいは、熱蒸着を、スパッタリングの代わりに使用することができる。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記ドナー層を、ステップＢ）において、少なくとも１つの金属のスパッタリングおよび酸素により生成して、金属酸化物を形成する。上記金属層を、例えば同じシステムにおいて、少なくとも１つの金属のスパッタリングにより生成する。特に、上記金属層の上記金属は、上記ドナー層の上記金属酸化物の上記金属に対応する。
【００３２】
少なくとも１つの実施形態によれば、酸素が、ステップＢ）において導入される。特に、連続的なまたは不連続な酸素の流れが、速度ｋ１でおよび／または割合ｎ１で上記ドナー層へともたらされ、酸素を導入する。特に、ステップＣ）における酸素は、金属層が生成されるように速度率ｋ２＜ｋ１および／または割合ｎ２＜ｎ１である。言い換えると、スズなどの金属および酸素を、例えば、ドナー層を生成するため酸化スズとして設ける。一定な酸素の流れを流すことができ、その結果、酸化スズを形成する。方法が進むにつれて、酸素の割合を減少させることができ、その結果、スズを金属の形態で堆積し、酸化スズを形成しない。上記金属層をこのように形成する。次いで、方法ステップＤ）では、上記金属層を溶融させることができ、上記２つの部品を接続することができる。第２の温度での引き続く加熱ステップでは、酸素は、そのときには酸素リッチの上記ドナー層から上記金属層へと進むことができ、これにより、例えばスズなどの上記金属層の上記金属から上記金属酸化物層として、酸化スズなどの金属酸化物を形成する。言い換えると、酸素と別のさらなる反応相手をここでは必要とせずに、安定な接続要素を形成する。
【００３３】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記金属層および上記ドナー層の層厚さは、各々、１０ｎｍから２００ｎｍ、特に４０ｎｍと１２０ｎｍとの間、例えば６０ｎｍである。上記金属酸化物層の層厚さは、１０ｎｍから２００ｎｍ、特に４０ｎｍと１２０ｎｍとの間、例えば６０ｎｍである。
【００３４】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記第１の温度は、２５℃から２５０℃の温度領域、特に１２０℃と２４０℃との間から選択され、例えば１７０℃である。上記第２の温度は、特に上記第１の温度よりも高い温度である。とりわけ上記第２の温度は、２００℃よりも高く、例えば２３０℃である。
【００３５】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記ドナー層の上記酸素を、ステップＢ）の後でイオン注入法により上記ドナー層へと導入する。イオン注入法は、当業者には知られており、したがってここではより詳細には説明しない。
【００３６】
あるいは、上記ドナー層の上記酸素を、ステップＢ）中に酸素の流れによって上記ドナー層へと導入することができる。
【００３７】
上記酸素を、両方の方法において超化学量論的比率で上記ドナー層に取り込むことができる。特に、上記ドナー層を、酸化インジウムスズから形成し、したがって、酸素の超化学量論的割合を有する酸化インジウムスズが、酸素の導入の後で存在する。上記酸素は、特に母結晶の格子間または孔に取り込まれる。
【００３８】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記第１および上記第２の部品を、圧力下で接続する。特に、上記圧力は、少なくとも１．８バール、例えば２バールである。
【００３９】
ここに提案した方法を用いると、例えば、オプトエレクトロニクス半導体部品に対しては互いに直接接続することが可能である。本方法は、例えば、直接ボンディングを置き換えることができる。直接ボンディングの重要な課題は、表面に置かれる高い要求により表現される。これらの表面は、主として粒子がなく非常に平滑でなければならない。加えて、部品は、非常に小さな程度のたわみおよび比較的小さなトータル・シックネス・バリエーション（ＴＴＶ）だけを示すことがある。このように、例として、サイズが１０ｎｍである粒子は、サイズがほぼ１００μｍであるキャビティ（ボイド）をもたらす。ここで提案した方法では、キャビティを生成せずに、サイズが１０ｎｍである粒子を、接続中には液体である金属層に押し付け、埋め込むことができる。これが、部品の表面品質になされた低い要求に関する主要な利点を与え、これが高い歩留まりをもたらし、プロセスステップの数を削減できる。
【００４０】
本発明は、さらにその上、構造素子を特定している。構造素子は、特に少なくとも上記２つの部品、上記ドナー層および上記金属酸化物層を含む。特に、上記構造素子は、少なくとも２つの部品を接続するための上に説明した方法から生成される。すなわち、方法に関して開示した特徴のすべてが、上記構造素子に対してもやはり開示され、逆も同様である。
【００４１】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記構造素子は、少なくとも２つの部品、第１および第２の部品を備える。ドナー層および金属酸化物層が、上記２つの部品の間に配置される。上記金属酸化物層が、金属層の酸化により生成される。上記ドナー層は、酸素を富化されている。上記酸素が、上記金属層の酸化のために上記ドナー層へと導入されて、上記金属酸化物層を生成する。特に、上記ドナー層および上記金属酸化物層は、同じ材料を含む。上記ドナー層および上記金属層は、酸化インジウムスズ、酸化スズまたは酸化インジウムから好ましくは形成される。
【００４２】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記構造素子は、第１および／または第２の部品としてオプトエレクトロニクス半導体部品を備える。特に、上記オプトエレクトロニクス半導体部品は、少なくともＩＩＩ−Ｖ化合物半導体材料であり、ｐｎ接合部を含む。
【００４３】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記構造素子が、少なくとも２つのまたは正確に２つの半導体積層体を備え、上記半導体積層体が、同じまたは異なる波長域の放射を放出するように各々設計される。特に、上記構造素子の動作中に、上記少なくとも２つの半導体積層体は、青色、赤色および緑色波長域から選択される異なる放射を放出する。上記半導体積層体は、少なくとも１つのｐドープした半導体層、少なくとも１つのｎドープした半導体層およびｐｎ接合部を有する活性層を備える。少なくとも１つのドナー層、特に１つまたは２つのドナー層、および金属酸化物層が、上記少なくとも２つの半導体積層体の間に配置される。２つのドナー層の場合、一方のドナー層が、一方の半導体積層体の上に、すなわち直接機械的に接触して配置され、他方のドナー層が、他方の半導体積層体の上に、すなわち直接機械的に接触して配置される。上記金属酸化物層が、上記２つのドナー層の間に配置され、上記第１および上記第２のドナー層の両方と直接隣接する。言い換えると、上記構造素子の構造は：半導体積層体−ドナー層−金属酸化物層−ドナー層−半導体積層体である。上記構造素子は、このように、任意の可能な色の放射を発生することができる。
【００４４】
加えて、２つ以上の、例えば３つ、４つまたは５つの半導体積層体を上記構造素子に存在させることがやはり可能である。隣接する半導体積層体を、そのときには、２つのドナー層および金属酸化物層により互いに分離する。
【００４５】
少なくとも１つの実施形態によれば、上記２つのドナー層および上記金属酸化物層が、同じ材料から、特に酸化インジウムスズなどの透明および／または導電性材料からそれぞれ形成される。
【００４６】
さらなる利点、有利な実施形態および発展形態は、図とともに本明細書において以降に説明する例示的な実施形態から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１Ａ】１つの実施形態による、少なくとも２つの部品を接続するための方法の模式的側面図である。
【図１Ｂ】２つの部品を互いに接続したときの模式的側面図である。
【図２Ａ】１つの実施形態による、少なくとも２つの部品１、２の接続を示す図である。
【図２Ｂ】１つの実施形態による、少なくとも２つの部品１、２の接続を示す図である。
【図３Ａ】第１の部品あるいは第２の部品を示す図である。
【図３Ｂ】第１の部品あるいは第２の部品を示す図である。
【図３Ｃ】接続または接合された２つのパイプを示す図である。
【図４Ａ】第１の部品に設けられた２つの第２の部品を示す図である。
【図４Ｂ】第１の部品に設けられた２つの第２の部品を示す図である。
【図５Ａ】１つの実施形態による、少なくとも２つの半導体積層体を接続するまたは接合するための方法を示す図である。
【図５Ｂ】１つの実施形態による、少なくとも２つの半導体積層体を接続するまたは接合するための方法を示す図である。
【図５Ｃ】１つの実施形態による、少なくとも２つの半導体積層体を接続するまたは接合するための方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４８】
例示的な実施形態および図では、同一の要素、類似の要素または同じ効果を有する要素に、同じ参照番号を各々与えることができる。互いの関係で示した要素および要素のサイズ比は、正確な縮尺であると考えるべきではない。代わりに、例えば、層、部品、構造素子および領域、などの個々の要素を、より良く図説するためにおよび／またはより良く理解するために誇張したサイズで示すことがある。
【００４９】
図１Ａおよび図１Ｂは、１つの実施形態による、少なくとも２つの部品を接続するまたは接合するための方法を示している。図１Ａは、少なくとも第１の部品１および第２の部品２の用意を示している（ステップＡ））。ドナー層３を、特に直接機械的および／または電気的に接触して第１の部品１および／または第２の部品２に設ける。ドナー層３が、特に酸素３１を富化されている。例として、ドナー層を、酸化インジウムスズから形成する。酸化インジウムスズ中の酸素３１は、混合酸化物酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）の結晶格子の特に格子間に集まっている。特に、金属層４を、ドナー層３に引き続いて直接配置する。ドナー層３および金属層４を、特に、同じシステムからスパッタリングにより設ける。特に、金属層は、ドナー層３の金属酸化物または混合型金属酸化物の金属と同じである金属を含んでいる（ステップＢ）およびＣ））。少なくとも金属層４または第１および／もしくは第２の部品、ドナー層３ならびに金属層４を含んでいる全体の配列物を第１の温度Ｔ１まで加熱することがこれに続く。特に、第１の温度Ｔ１は非常に高く、金属層４が溶融し、第１の部品１と第２の部品２とを互いに接続する。特に、これは、機械的および／または電気的な接続である（ステップＤ））。次いで、酸素３１がドナー層３から金属層４へと進むように、この配列物を第２の温度Ｔ２まで加熱することができる。金属酸化物層５を、金属を含んでいる金属層４から酸化により形成する。金属酸化物層５は、特に機械的に安定であるおよび／または透明である。この場合、金属酸化物層５の再溶融温度は、金属層４よりも高い。これが、第１および第２の部品１、２の間の優れた接続部を生成する。
【００５０】
図１Ｂは、２つの部品を互いに接続したときの模式的側面図を示している。この場合、配列物は、第１の部品１、続いてドナー層３、続いて金属酸化物層５、続いて第２の部品２を備えている。代わりとして、ドナー層３を、第２の部品２に引き続いてやはり配置することができる。金属酸化物層５を、次いでドナー層３に引き続いて配置し、そして順に、第１の部品１を上記金属酸化物層に引き続いて配置している。
【００５１】
図２Ａおよび図２Ｂは、１つの実施形態による、少なくとも２つの部品１、２の接続を示している。ドナー層３を、第１の部品１に設けることができる。ドナー層３が、特に酸素３１（ここでは図示せず）を富化されている。金属層４を、第２の部品２に設けることができる。次いで、方法ステップＤ）およびＥ）を実行することができる。これが、第１の部品１、続いてドナー層３、続いて金属酸化物層５、続いて第２の部品２を備えている構造素子１００を形成する。言い換えると、金属層４を、ドナー層中に存在する酸素３１での酸化により金属酸化物層５へと変換する。
【００５２】
図３Ａから図３Ｂは、少なくとも２つの部品１、２を接続するための方法を示している。図３Ａは、第１の部品１を示している。あるいは、図３Ａは、第２の部品２を示している。部品１、２の形状は、特に、管状である。特に、２つの部品１、２は、それぞれパイプである。ドナー層３を、それぞれの部品１、２の断面領域に設ける。次いで、金属層４を設けることができる（図３Ｂ）。２つのパイプ間に確固とした接続部を生成するために、少なくとも２つのパイプを接続するまたは接合する（図３Ｃ）。
【００５３】
図４Ａおよび図４Ｂは、１つの実施形態による、少なくとも２つの部品１、２を接続するための方法を示している。特に、第２の部品２は、オプトエレクトロニクス半導体部品またはＬＥＤを備えている。図４Ａおよび図４Ｂは、２つの第２の部品２が第１の部品１に設けられることで図１Ｂおよび図２Ｂとは異なる。代わりとしてまたは加えて、３つ以上の第２の部品２を第１の部品１に設けることもやはり可能であり、逆もまた同様である。酸素３１を富化させたドナー層３を、第１の部品１に設けることができる。これに、金属層４を設けることおよび第２の部品２を設けることが続く。第１および第２の部品１、２を、ステップＤ）において互いに接続し、溶融温度を超えるように金属層４を第１の温度Ｔ１まで上記ステップにおいて加熱する。結果として、金属層４は、溶融した形態で存在し、第１の部品と各第２の部品との間に接続部を生成することができる。第２の温度Ｔ２でのさらなる加熱ステップでは、金属層を、ドナー層３の酸素３１で金属酸化物層５へと変換することができる。結果として得られるものは、２つの部品１、２の間に確固とした機械的および／または電気的接続部を生成するドナー層３および金属酸化物層５を含む接続要素である。次いで、共通の第１の部品１上に設置されている第２の部品２を、個片化する７ことができる。これを、例えば、ソーイングまたはレーザ分離法により実行することができる。
【００５４】
特に、ＩＩＩ−Ｖ半導体層に関しては第１および／または第２の部品１、２上に配置されることがやはり可能である。特に、第１および／または第２の部品１、２を、そのときには成長基板として形成する。初めに、金属酸化物、例えば酸化インジウムスズからなるドナー層３を、ＩＩＩ−Ｖ半導体層の露出している表面に設けることができる。
【００５５】
酸化インジウムスズからなるドナー層３は、特に酸素の超化学量論的割合を含んでいる。特に、ドナー層３を、６０ｎｍの厚さで堆積する。ドナー層３は、反応性である；すなわち、例えば、金属粒子、例えばインジウムおよびスズは、酸素と反応して、酸化インジウムスズなどの金属酸化物を形成する。
【００５６】
酸素をプロセスガスに添加した状態で、ドナー層３をスパッタリングにより設ける。特に、スパッタリング用に使用するターゲットの組成は、重量で９０％のインジウムおよび重量で１０％のスズである。さらなるプロセスでは、少なくとも、設けたドナー層３、特にインジウムスズ層の厚さが厚くなった状態で、ドナー層３に存在する酸素の量が減少するように、プロセスガスへの酸素の混合を中断する。とりわけ、特にインジウムおよびスズからなる金属層４が表面に存在するまで、スパッタリングを続ける。
【００５７】
金属層４の厚さは、特に４から８ｎｍ、例えば５ｎｍである。次いで、第１および第２の部品１、２を互いに接続する、特に加熱下で互いに押しつけて接続することができる。接続を、＜２００℃の第１の温度Ｔ１で、例えば１８０℃で実行することができる。室温から続けて、すなわち２５℃から続けて、部品１、２を、接続のために使用する第１の温度Ｔ１まで加熱する。第１の温度Ｔ１に達すると、層を、特に＞１．８バール、例えば２バールの圧力で互いに押し付ける。部品１、２を、この状態でほぼ５分間保持することができる。
【００５８】
次いで、温度をさらに第２の温度Ｔ２まで、例えば３５０℃に至るまで高くすることができる。２つの部品１、２を、この温度で１時間熱することができる。このプロセスは、特に、酸素３１が、インジウムスズからなる金属層４中へとドナー層３から拡散し、そして金属層４の金属を金属酸化物層５へと変換するという場合である。
【００５９】
特に、金属酸化物層５は、セラミックである。代わりとしてまたは加えて、金属酸化物層５は、光学的に透明である。代わりとしてまたは加えて、金属酸化物層５は、導電性である。金属酸化物層は、酸化インジウムスズからなることが好ましい。ドナー層３および金属酸化物層５を介した第１および第２の部品１、２間の接続部の融点は、したがって、それ以前の金属層４よりも大幅に高い。加えて、金属酸化物層５は、金属層４と比較して透明な形態を取ることができる。
【００６０】
図５Ａから図５Ｃは、１つの実施形態による、少なくとも２つの半導体積層体Ｈ１、Ｈ２を接続するまたは接合するための方法を示している。図５Ａは、半導体積層体Ｈ１および、例えばサファイアからなる成長基板Ｗ１を含む少なくとも第１の部品１を用意することを示している。図５Ａは、さらにその上、半導体積層体Ｈ２および、例えばサファイアからなる成長基板Ｗ２を含む少なくとも第２の部品２を用意することを示している。ドナー層３を、特に直接機械的および／または電気的に接触させて第１の部品１および第２の部品２の両方に設け、次いで、金属層４を各場合において設ける。
【００６１】
これに、２つの部品１、２の接続が続き、金属層４が金属酸化物層５へと変換される（図５Ｂ）。これが、下記の層構造：成長基板Ｗ２−半導体積層体Ｈ２−ドナー層３−金属酸化物層５−ドナー層３−半導体積層体Ｈ１−成長基板Ｗ１をもたらす。
半導体積層体Ｈ１、Ｈ２は、それぞれのドナー層３と特に直接隣接する。
【００６２】
次いで、図５Ｃに示したように、第１の部品１の成長基板Ｗ１を除去することができ、そしてドナー層３および金属層４を半導体積層体Ｈ１に設けることができる。図５Ａのステップを、さらなる部品、例えば第１、第２または第３の部品で所望のようにそのときには繰り返すことができ、これが、例えば、各場合において、少なくとも１つのドナー層３、特に２つのドナー層３、および金属酸化物層５により互いに分離されている隣接する半導体積層体を有する３つの半導体積層体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３を備えている構造素子を結果としてもたらす。特に、半導体積層体Ｈ１、Ｈ２、Ｈ３は、異なる波長の放射、例えば赤色、黄色および青色波長域からの放射を放出し、その結果、構造素子１００の総放出は、可視域の任意の波長、例えば白色混合光であってもよい。特に、それぞれのドナー層３および金属酸化物層５を、酸化インジウムスズから形成する。放出した放射の吸収損失を、これにより減少させることができる。
【００６３】
図とともに説明した例示的な実施形態およびその特徴を、組み合わせが図に明示的に示されていない場合でさえ、さらなる例示的な実施形態にしたがってやはり互いに組み合わせることもできる。さらにその上、図とともに説明した例示的な実施形態は、普遍的な部分における説明にしたがって追加の特徴または代替の特徴を有することができる。
【００６４】
本発明は、例示的な実施形態に基づく記述により上記例示的な実施形態に限定されない。むしろ、本発明は、任意の新規な特徴およびやはり特徴の任意の組み合わせを包含し、この特徴またはこの組み合わせそれ自体が特許請求の範囲または例示的な実施形態に明示的に特定されていない場合でさえ、この組み合わせは、特に、特許請求の範囲の特徴の任意の組み合わせを含んでいる。
【００６５】
この特許出願は、独国特許出願第１０２０１５１１１０４０．７号の優先権を主張し、その開示の内容は、参照により本明細書に組み込まれている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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