JP2007535152A - 発光半導体チップの製造方法および半導体チップ - Google Patents

Abstract

本発明は、薄膜発光ダイオードチップ用の半導体層列、例えば窒化物‐化合物半導体材料ベースの半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法に関する。ここで本発明の方法は、（ａ）半導体層列を基板上に成長させるステップ、（ｂ）半導体層列内で駆動時に形成された放射の少なくとも一部を反射して半導体層列へ戻す鏡面層を半導体層列上に形成または被着するステップ、（ｃ）半導体層列の分離ゾーンを少なくとも部分的に破壊して基板の分離される半導体層列の分離面に分離ゾーンの成分である異方性残留物、例えば分離層の金属成分を残すことにより、半導体層列を基板からリフトオフプロセスによって分離するステップ、および、（ｄ）異方性残留物を少なくとも一時的にエッチングマスクとし、ガス状のエッチング剤を用いたドライエッチングプロセスまたはウェットケミカルエッチング剤を用いたエッチングプロセスにより半導体層列のうち残留物の残った分離面をエッチングするステップを有する。

Description

本発明は発光半導体チップのマイクロパターニングの分野に関する。詳細に云えば、本発明は、光形成半導体層列の発光面の粗面化、特に薄膜発光ダイオードチップの光形成半導体層列の光出力面の粗面化に関する。

薄膜ＬＥＤは特に、１．ビームを形成するエピタキシ層列において支持体側の第１の面には反射層（ミラー層）が被着または形成されており、この反射層はエピタキシ層列内で形成された電磁ビームの少なくとも一部を反射してこのエピタキシ層列へ戻し、２．エピタキシ層列は２０μｍまたはそれ以下の範囲の厚さ、特に約１０μｍの厚さを有し、３．エピタキシ層列は反射層とは反対側の第２の面に混合構造を有し、この混合構造が理想的にはエピタキシ層列内にほぼエルゴード的光分布、つまりできるかぎりエルゴード的確率分散特性を有する光分布を形成する、という特徴を有する。

この種の薄膜発光ダイオードチップの原理については例えばI. Schnitzer et al., Appl. Phys. Lett. 63 (16), 18. Oktober 1993の2174頁〜2176頁に記載されており、この刊行物を本願の参考文献とする。

薄膜発光ダイオードチップの発光ゾーンは主としてきわめて薄いエピタキシ層列の前面のパターニングされた出力面に限定されている。これによりほぼランベルト面の発光体の特性が生じる。

したがって本発明の課題は、改善されたマイクロパターニングの製造方法および光出力の改善された薄膜発光ダイオードチップを提供することである。

この課題は請求項１記載の特徴を有する方法および請求項７の特徴を有する方法により解決される。本発明の方法によって製造される薄膜発光ダイオードチップは請求項３２の対象となっている。

本発明の方法および薄膜発光ダイオードチップの有利な実施形態および有利な実施態様は従属請求項に記載されている。

本発明の方法の基礎となる技術的教説は、エピタキシ層列を備えた薄膜発光ダイオードチップに特に有利に適する。このチップは窒化物‐化合物半導体材料ベース、特にＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ［０≦ｘ≦1，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］の窒化物‐化合物半導体材料系ベースのエピタキシ層列を有する。

ここで扱っている窒化物‐化合物半導体材料ベースの半導体層列のグループには、エピタキシャルに製造された半導体層がＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ［０≦ｘ≦1，０≦ｙ≦１，ｘ＋１≦１］の窒化物‐化合物半導体材料系ベースの少なくとも1つの個別層を含むものが含まれる。ここで半導体層は一般に複数の個別層から成る層列を有する。

この種の半導体層列を例えば従来のｐｎ接合、ダブルヘテロ構造、単一量子井戸構造（ＳＱＷ構造）あるいは多重量子井戸構造（ＭＱＷ構造）とすることができる。この種の構造は当業者に周知であるので、ここではこれ以上詳細に説明しない。ＧａＮベースの多重量子井戸構造の例は国際公開第０１／３９２８２号明細書に記載されており、これを本願の参考文献とする。

本発明の薄膜発光ダイオードチップのための半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法の基本的着想は、半導体層列を成長条件の点で最適化された成長基板上にエピタキシャル成長させ、鏡面層を半導体層列上に形成または被着した後、この半導体層列を成長基板から分離するということである。この分離は半導体層列の分離ゾーンで行われる。分離ゾーンは少なくとも部分的に破壊され、基板の分離された半導体層列の分離面に分離ゾーンの成分、特に金属成分である異方性残留物が残される。

続いて残留物の存在する半導体層列の分離面が、プレエッチングステップにおいて、残留物をエッチングマスクとして利用したガス状のエッチング剤によるドライエッチングプロセスまたはウェットケミカルエッチング剤による材料剥離エッチングによりエッチングされる。有利には同時に残留物の少なくとも大部分が除去される。つまり異方性残留物は一時的なエッチングマスクとして作用する。

残留物は分離ステップの後、分離面上に残る。分離面はたいてい種々の厚さの透過層として構成されているか、または半導体層列の表面の露出された中間スペースを備えたアイランド状または網状のゾーンを有する。

プレエッチングステップでは、半導体層列は残留物の層厚さに依存して種々の強さでエッチングされ、半導体層列の分離面が粗面化される。

有利な実施形態では、半導体層列の種々の結晶面が露出される。特に有利には、分離面のプレエッチングの後、当該の分離面はウェットケミカルエッチング剤またはガス状エッチング剤を用いたポストエッチングステップで処理され、主に結晶欠陥がエッチングされ、半導体層列の分離面で種々の結晶面が選択的にエッチングされる。特に有利には、ウェットケミカルエッチング剤はＫＯＨを含む。ガス状エッチング剤として例えばＨまたはＣｌなどの腐食性ガスが適している。有利にはエッチングガスとしてのＨは高温、特に８００℃以上の温度のもとで用いられる。

半導体層列が成長基板から分離される際に、分離面にわずかな残留物しか残らないか、および／または、主として半導体層列の結晶欠陥をエッチングし分離面の種々の結晶面を選択的にエッチングするエッチング剤によって残留物の少なくとも大部分が除去される場合、上述したプレエッチングステップを省略することができる。

窒化物‐化合物半導体材料を有する分離ゾーンは、有利には、ガス状の窒素が生じるように破壊される。このための分離プロセスとして、特に有利には、レーザーリフトオフプロセス（レーザーリフトオフと略すこともある）が適している。この種のレーザーリフトオフプロセスは例えば国際公開第９８／１４９８６号明細書に説明されており、この刊行物を本願の参考文献とする。また、分離層の成分、特に金属成分である異方性残留物を分離面に残す他の分離プロセスを使用することもできる。

有利には、半導体層列の分離面は、基板から見て分離面後方の半導体層列の部分よりも高い欠陥密度を有する。有利には、バッファ層の分離ゾーンは成長基板と半導体層列の光形成領域とのあいだに配置される。

バッファ層は半導体層列のうち基板に面した半導体層であり、主として半導体層列の機能層（例えば多重量子井戸構造）の成長に最適な成長基板を形成するために用いられる。こうしたバッファ層は例えば基板の格子定数と半導体層列の格子定数との差、および、基板の格子欠陥を補償する。バッファ層を用いれば半導体層列の成長に対する応力状態を意図的に調整することができる。

特に有利には、分離ゾーンは主としてＧａＮを有し、半導体層列の分離面には金属のＧａから成る異方性残留物が残る。

半導体層列のうち分離ゾーンの存在する領域は、有利には、ドーパント濃度１×１０^１８ｃｍ^−３〜１×１０^１９ｃｍ^−３となっている。この場合、半導体層列の分離面では、有利には、ドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３〜１×１０^２０ｃｍ^−３となっている。これにより半導体層列上のオーミック抵抗の形成が容易となる。当該の領域が主としてＧａＮベースであるときには、ドーパント物質として有利にはＳｉが用いられる。

別の有利な実施形態では、分離ゾーンはＡｌＧａＮを含む。このＡｌＧａＮのＡｌ含量は、半導体層列を成長基板から分離する際にＡｌＧａＮが破壊されてＡｌが半導体層列内へ焼結されるように選定されている。有利にはＡｌ含量は約１％〜約１０％、特に有利には約１％〜約７％である。アルミニウムｎ型コンタクトを形成するために、分離工程において、有利にはアルミニウムが溶融され、半導体層列内へ焼結される。特に有利には、このためにレーザーリフトオフプロセスが使用される。このとき、３６０ｎｍより短い波長領域、有利には３５０ｎｍ〜３５５ｎｍの波長のレーザーが用いられる。

本発明の方法の別の有利な実施形態では、分離ゾーンはＧａＮ層を有し、基板から見てこのＧａＮ層にＡｌＧａＮ層が接しており、半導体層列を成長基板から分離する際に全ＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層の一部が破壊される。これにより、層品質その他の理由から必要な場合に、まず、分離工程で破壊される分離ゾーンよりも薄いＧａＮ層を成長させることができるという利点が得られる。分離工程では、ＧａＮ層およびその上方に配置されたＡｌＧａＮ層の一部が破壊され、所望に応じて前述した関連の利点が得られる。有利には、ＡｌＧａＮ層はここでは約１％〜約１０％、特に有利には約１％〜約７％のＡｌ含量を有する。

成長基板として有利にはサファイア基板が用いられる。これは有利には電磁放射の波長領域の大部分を良好に透過する。特にサファイアは３５０ｎｍよりも短い波長に対して透過性であり、ＧａＮまたはＧａＮベース材料の破壊の点からも大きな意義を有する。

別の方法ステップとして、半導体層列のマイクロパターニングされた分離面上に、半導体層列の電気的接続の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部が被着される。このために従来公知のメタライゼーション層、例えばＴｉＡｌコンタクト、ＡｌコンタクトまたはＴｉＡｌＮｉＡｕコンタクトが適している。

特に有利には、半導体層列の分離面のマイクロパターニングにより、半導体層列によって駆動中に形成される電磁放射の波長領域（チップの内部波長に対する波長領域）に相応するスケールすなわち構造寸法で粗面が形成される。

特に有利には、本発明の方法は、六方晶窒化物‐化合物半導体材料系Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ［０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］から成り、０００−１結晶面すなわち六方晶窒化物格子のＮ面が成長基板へ向かって配向される半導体材料ベースの半導体層列に適用される。

半導体層列のエピタキシャル成長は有利には有機金属気相エピタキシ法ＭＯＶＰＥにより行われる。

鏡面層としてブラッグミラーを被着することができる。これに代えて、透光層および半導体層列から見てその後方に配置される反射層を含む鏡面層を形成してもよい。

同様に、鏡面層が半導体層列に向かう複数のウィンドウを備えた反射層を有し、このウィンドウ内に反射層とは異なる電流輸送層が配置されるように構成してもよい。

本発明の方法によって製造される発光半導体チップは、エピタキシャルに製造された少なくとも１つの半導体層列を有しており、この半導体層列はｎ型半導体層、ｐ型半導体層、および、これら２つの半導体層間に配置される電磁放射の形成領域を有する。半導体層列のうち少なくとも１つの半導体層は窒化物‐化合物半導体材料を含む。また半導体層列のうちマイクロパターニングされた表面とは反対側、すなわちミラーの配置された側に支持体が取り付けられる。半導体チップの別の実施形態として、鏡面層をマイクロパターニングしてもよい。

本発明の別の実施形態では、例えばレーザーリフトオフによるリフトオフステップの後、半導体層列の分離層から、一貫した完全な金属材料の層ではなく、網状構造またはアイランド状構造の金属材料が残される。この構造体は次のプレエッチングステップで少なくとも近似的に半導体層列内へ転写される。これによりポストエッチングステップに対して意図的に異なった結晶面が提供される。ポストエッチングステップでは、エッチング剤は選択的に種々の結晶面へ作用し、半導体層列の分離面が微視的に粗面化される。エッチングシードとして、プレエッチングステップによるエッチング縁と分離面の半導体層列における結晶欠陥とが用いられる。

半導体層列内で駆動時に形成された放射の少なくとも一部を反射させて半導体層列へ戻す鏡面層を半導体層列上に形成または被着するステップは、半導体層列のマイクロパターニングの前後どちらでも行うことができる。ただしマイクロパターニング前に行うほうがいっそう有利である。請求項１，７に挙げた分離ステップ（ｃ）前の相応のステップは、半導体層の基板からの分離前およびマイクロパターニング前に行わなければならないというわけではない。しかし鏡面層は薄膜発光ダイオードの主要な構成要素である。鏡面層は半導体層列に対する支持体とともにマイクロパターニングされた半導体層列へ接合することができる。

本発明は薄膜発光ダイオードチップでの適用に制限されず、基本的には、エピタキシャルに製造されかつ成長基板から剥離される半導体層列のマイクロパターニング表面に必要とされる分野であればどのような場合にも適用可能である。

本発明による方法および発光ダイオードチップのさらに別の利点、実施形態および実施態様を、図１ａ〜図３ｂを参照しながら実施例に則して以下に説明する。ここで、図１ａ〜図１ｅには本発明の方法の第１の実施例の概略的なフローチャートが示されている。図２ａ，図２ｂには種々のステップにおける半導体表面のＲＥＭ画像が示されている。図３ａ〜図３ｅには本発明の方法の第２の実施例の概略的なフローチャートが示されている。

実施例および図面において、同一の構成要素または同じ働きをもつ構成要素にはそれぞれ同じ参照符号が付されている。また、図示されている層厚さは縮尺どおりと見なされるものではなく、理解を深める目的で誇張して厚く描かれている。エピタキシ層の厚さも縮尺通りではないことに注意されたい。

図１ａ〜図１ｅでは、サファイア成長基板１上に有機金属気相エピタキシ法ＭＯＶＰＥにより半導体層列が成長される様子が概略的に示されている。当該の半導体層列は、サファイア基板１から出発して、図１ａに示されているように、ＳｉドープされたＧａＮバッファ層２，ＳｉドープされたＧａＮコンタクト層３［この層は部分的にバッファ層に属していてもよい］，Ｓｉドープされたカバー層４，複数のＩｎＧａＮ量子井戸およびそのあいだのＧａＮバリアから成る多重量子井戸構造を備えた電磁放射形成層５［電磁放射は特に緑色光または青色光］，および，ｐドープされたＡｌＧａＮカバー層６［ｐドープ物質としてＭｇ］を連続層として有する。

ｐドープされたＡｌＧａＮカバー層６上に、有利にはさらにｐドープされたＧａＮ層が設けられる。例えばＧａＮ層には前述の場合と同様にＭｇがドープされている。

これに代えて、コンタクト層３はＳｉ：ＡｌＧａＮを有するものであってもよい。

上述の多重量子井戸構造は例えば国際公開第０１／３９２８２号明細書に説明されており、この刊行物を本願の参考文献とする。

多重量子井戸構造に代えて、単一量子井戸構造、２重量子井戸構造、シングルへテロ構造を使用することもできる。

半導体層列１００上に金属鏡面層７が被着される。この鏡面層は活性層で形成された電磁放射を反射して半導体層列１００へ戻すように構成されている。青色のスペクトル領域の鏡面層として、ＡｌまたはＡｇが適している。Agを使用する場合には鏡面層に薄いＴｉ層，Ｐｄ層またはＰｔ層をライニングすることができる。これにより特にＡｇ層と半導体層列１００との接着性が改善される。こうした接着性改善のための層の厚さは有利には１ｎｍより小さい。

これに代えて、鏡面層７として、ブラッグミラーを被着してもよいし、透光層、例えばＩＴＯ層と半導体層列から見てその後方に配置される反射層とから成る鏡面層を形成してもよい。同様に、鏡面層が半導体層列１００に向かう複数のウィンドウを備えた反射層を有し、このウィンドウに反射層とは異なる電流輸送層が配置されるように構成してもよい。

続いて、半導体層列の鏡面側に導電性の支持体１０、例えばＧａＡｓ，ＧｅまたはＭｏから成る支持体が接合される。これは例えばＡｕＧｅ，ＡｕＳｎまたはＰｄＩｎを介した共融ボンディングにより行われる。またはんだ付けまたは接着剤接合も可能である。続いて、サファイア基板１はレーザーリフトオフプロセスにより図１bに矢印１１０によって示されているように分離される。このときバッファ層２は破壊され、ガス状の窒素が生じ、金属のガリウムの残留物２０が種々の厚さの異方性層の形態で半導体層列１００上に残る。このことについては図１ｃを参照されたい。相応のレーザーリフトオフプロセスは例えば国際公開第９８／１４９８６号明細書に説明されており、この刊行物を本願の参考文献とする。

次に、残留物２０がプレエッチングステップでエッチング剤１２０により除去される。これは金属のＧａをエッチングするのであってもよいし、ＳｉドープされたＧａＮコンタクト層３を材料剥離させるのであってもよい。これによりＳｉドープされたＧａＮコンタクト層３の表面が粗面化される。異方性分散した金属のガリウムの残留物はここでは一時的なエッチングマスクとして機能する。

有利にはプレエッチングステップではウェットケミカルエッチングが行われる。エッチング剤として特に希釈されたＫＯＨが適している。本発明の特に有利な実施例では、当該のエッチングステップにおいて５％の濃度のKOHが室温で使用され、エッチング時間は５ｍｉｎ〜１５ｍｉｎである。

プレエッチングに対しては、ドライエッチングプロセス、例えばＲＩＥプロセスも適している。ドライエッチングプロセスは一般に、本発明の実施例において残留物の形状がその下方の半導体層に転写され、当該の半導体層の粗面化が達成されるように機能する。

本発明の別の手段では、エッチング剤として腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌが、特に８００℃以上の高温のもとで用いられる。

前述の実施例では、バッファ層２全体がレーザーリフトオフプロセスにより破壊され、分離層となっている。これに代えてバッファ層２およびレーザーリフトオフプロセスを相互に調整して、バッファ層内の分離ゾーンのみまたはこれよりも薄いバッファ層近傍の分離ゾーンのみが破壊されるようにすることもできる。

プレエッチングステップではコンタクト層３の種々の結晶面が露出される。その後コンタクト層３のプレエッチング面は、ポストエッチングステップで別のウェットケミカルエッチング剤により、図中の矢印１３０によって示されているように処理される。これにより主に結晶欠陥がエッチングされ、半導体層列の分離面の種々の結晶面は選択的にエッチングされる。これについては図１ｄを参照されたい。当該の別のウェットケミカルエッチング剤は例えばＫＯＨを含む。ＫＯＨによる処理により、コンタクト層の表面がきわめて効果的に粗面化される。こうしてプレエッチングで形成される粗面性が放射の出力効率の点で著しく改善される。

有利には、ポストエッチングステップでは、エッチング剤として濃縮されたＫＯＨが使用される。本発明の有利な実施例では、濃度２５％のＫＯＨが温度７０℃〜９０℃、例えば８０℃でエッチングされる。このときエッチング時間は３ｍｉｎ〜１０ｍｉｎである。

これに代えて、ポストエッチングステップに対して、エッチング剤として腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌを使用してもよい。

図２ａにはドライエッチング後の表面が示されている。図２ｂにはＫＯＨを用いたさらなるエッチング後の表面が示されている。

粗面化作用を改善するために、コンタクト層３は少なくともバッファ層２に向かう側で後続の層４，５，６よりも高い欠陥密度を有する。

さらにコンタクト層３の少なくともバッファ層に向かう側のＳｉドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^１９ｃｍ^−３以下である。これによりコンタクト層３上にオーミックコンタクトが簡単に形成される。

本発明の別の実施例では、ＧａＮバッファ層２の厚さがレーザーリフトオフプロセスで破壊される層の厚さよりも薄く、コンタクト層３のＡｌ含量が少なくともバッファ層２に面する領域において約１％〜約７％となる。コンタクト層３の当該の領域は、レーザーリフトオフプロセスでガス状の窒素および金属のＧａおよびＡｌを形成しながら破壊され、Ａｌは溶融されて残留するコンタクト層３内へ焼結される。

このようにしてＧａＮコンタクト層３にはアルミニウムｎ型コンタクトが形成される。

次に、ＧａＮコンタクト層３のマイクロパターニング面には、半導体層列１００のｎ型側の電気的接続のためのボンディングパッド、特にボンディングパッドメタライゼーション部が図１ｅに示されているように被着される。当該のボンディングパッドは例えばＴｉＡｌを有する。

コンタクト層３をマイクロパターニングすることにより、電磁放射の可視のスペクトルのうち青色のスペクトル領域に相応するスケールで粗面が形成される。粗面構造は特に活性の半導体層５内で形成された電磁放射の内部波長の１／２のオーダーで設けられる。

有機金属気相成長法ＭＯＶＰＥによりエピタキシャル層列を成長させる際に、有利には０００−１結晶面（六方晶窒化物格子のＮ面）はサファイア成長基板へ向かって配向される。

レーザーリフトオフプロセスに対する光源として、波長領域３５０ｎｍ〜３６０ｎｍまたはこれより短い波長領域のレーザー光源が使用される。

支持体１０の半導体層列１００とは反対側に、半導体層列１００との接合前または接合後、薄膜発光ダイオードチップ２０の電気的接続のためのコンタクト層１２が図１ｅに示されているように被着される。このコンタクト層は例えばＡｌまたはＴｉ／Ａｌ層列から成る。

本発明の方法の別の実施例では、鏡面層は支持体１０との接合前にコンタクト層３と同様のスケールでマイクロパターニングされる。

本発明の方法の別の実施例では、レーザーリフトオフプロセス後、一貫した完全な金属のＧａまたはＡｌの層はコンタクト層３上には残らず、網状構造またはアイランド状構造の金属のＧａまたはＡｌの残留物が残る。この残留物は次のプレエッチングステップで少なくとも近似にコンタクト層３に転写され、これにより続くＫＯＨエッチングで意図的に異なった結晶面が形成される。

プレエッチングステップに対しては、上述のように、ドライエッチングプロセス、例えばＲＩＥプロセス、または、ウェットケミカルエッチングプロセス、有利には希釈したＫＯＨすなわちＫＯＨ５％で室温下、エッチング時間５ｍｉｎ〜１５ｍｉｎのプロセスが適している。

次のポストエッチングステップに対しては、有利には上述のように濃縮されたＫＯＨを用いたプロセスが有利である。

ＫＯＨは選択的に種々の結晶面に作用し、微視的な粗面を形成する。エッチングシードとしてここでは先行するＲＩＥプロセスで生じたエッチング縁と、コンタクト層またはレーザーリフトオフプロセスで完全な破壊が行われなかった場合のバッファ層２における残留領域の結晶欠陥とが用いられる。

これに代えて、エッチング剤として腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌを、有利には８００℃以上の高温のもとで用いてもよい。

図３ａ〜図３ｅに示されている実施例は、図１ａ〜図１ｅに示されている実施例に比べて、図３ｂのレーザーリフトオフプロセス１１０を経ても金属のＧａおよび場合によりＡｌの残留物がほとんどまたは全くコンタクト層３上に残らず、レーザーリフトオフプロセス１１０の直後にコンタクト層３がＫＯＨ、有利には上述の濃縮されたＫＯＨを含むエッチング剤でエッチングされるという点が異なっている。このことは図３ｃの矢印１３０によって示されている。

もちろんこの場合にも、必要に応じて、例えば種々の結晶面および／または結晶欠陥を露出させるためにＫＯＨを用いたエッチング前にプレエッチングを行うことができるし、またエッチング剤として上述したようにＨまたはＣｌなどの腐食性ガスを用いることもできる。

これに代えて、図１ａ〜図１ｅの実施例に関連して説明したように、バッファ層２が分離ステップで破壊されたゾーンよりも厚い場合、基板１の分離後にコンタクト層３上にバッファ層の残留物を残してもよい。この場合、粗面はバッファ層２の残留物上に形成される。

なお、実施例に則した本発明のこれまでの説明は、本発明をこの説明に限定することを意味するものではないのは自明である。本発明は、半導体層の分離面が成長基板の材料破壊をともなうリフトオフの後に欠陥エッチングによりマイクロパターニングされるという基本的着想に基づく全てのプロセスを含む。

本発明の方法の第１の実施例の第１ステップを示す図である。 本発明の方法の第１の実施例の第２ステップを示す図である。 本発明の方法の第１の実施例の第３ステップを示す図である。 本発明の方法の第１の実施例の第４ステップを示す図である。 本発明の方法の第１の実施例の第５ステップを示す図である。 或るステップでの半導体表面のＲＥＭ画像である。 別のステップでの半導体表面のＲＥＭ画像である。 本発明の方法の第２の実施例の第１ステップを示す図である。 本発明の方法の第２の実施例の第２ステップを示す図である。 本発明の方法の第２の実施例の第３ステップを示す図である。 本発明の方法の第２の実施例の第４ステップを示す図である。 本発明の方法の第２の実施例の第５ステップを示す図である。

Claims (33)

1. 薄膜発光ダイオードチップ用の半導体層列、例えば窒化物‐化合物半導体材料ベースの半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法において、
   （ａ）半導体層列を基板上に成長させるステップ、
   （ｂ）半導体層列内で駆動時に形成された放射の少なくとも一部を反射して半導体層列へ戻す鏡面層を半導体層列上に形成または被着するステップ、
   （ｃ）半導体層列の分離ゾーンを少なくとも部分的に破壊して基板の分離される半導体層列の分離面に分離ゾーンの成分である異方性残留物、例えば分離層の金属成分を残すことにより、半導体層列を基板からリフトオフプロセスによって分離するステップ、および、
   （ｄ）異方性残留物を少なくとも一時的にエッチングマスクとし、ガス状のエッチング剤を用いたドライエッチングプロセスまたはウェットケミカルエッチング剤を用いたエッチングプロセスにより半導体層列のうち残留物の残った分離面をエッチングするステップ
   を有する
   ことを特徴とする半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法。
2. ステップ（ｄ）において、分離ゾーンの残留物および半導体層列の分離面の双方を材料剥離エッチングする、請求項１記載の方法。
3. ステップ（ｄ）において、半導体層列の種々の結晶面を露出させる、請求項１または２記載の方法。
4. ウェットケミカルエッチング剤がＫＯＨ、有利には希釈されたＫＯＨを含むか、または、ガス状のエッチング剤が腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌを含む、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
5. ステップ（ｄ）の後、エッチングされた分離面をさらにウェットケミカルエッチング剤またはガス状のエッチング剤により処理し、主に結晶欠陥がエッチングされかつ半導体層列の分離面の種々の結晶面が選択的にエッチングされるようにする、請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
6. さらなるウェットケミカルエッチング剤がＫＯＨ、有利には濃縮されたＫＯＨを含むか、またはガス状のエッチング剤が腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌを含む、請求項５記載の方法。
7. 薄膜発光ダイオードチップ用の半導体層列、例えば窒化物‐化合物半導体材料ベースの半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法において、
   （ａ）半導体層列を基板上に成長させるステップ、
   （ｂ）半導体層列内で駆動時に形成された放射を反射して半導体層列内へ戻す鏡面層を半導体層列上に形成または被着するステップ、
   （ｃ）半導体層列の化合物半導体材料から成る分離ゾーンを少なくとも部分的に破壊して半導体層列を基板から分離するステップ、および、
   （ｄ）基板の分離される半導体層列の分離面をエッチング剤によりエッチングして主に結晶欠陥がエッチングされかつ分離面の種々の結晶面が選択的にエッチングされるようにするステップ
   を有する
   ことを特徴とする半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法。
8. ステップ（ｄ）において、エッチング剤はＫＯＨ、有利には濃縮されたＫＯＨを含む、請求項７記載の方法。
9. ステップ（ｄ）において、エッチング剤は腐食性ガス、例えばＨまたはＣｌを含む、請求項７記載の方法。
10. ステップ（ｃ）において、分離ゾーンでガス状の窒素が生じるように半導体層列の窒化物‐化合物半導体材料を破壊する、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
11. リフトオフプロセスはレーザーリフトオフプロセスである、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
12. 半導体層列の分離面は、基板から見て分離面後方の半導体層列の部分よりも高い欠陥密度を有する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
13. 半導体層列のうち分離ゾーンの位置する領域はバッファ層である、請求項１２記載の方法。
14. 半導体層列はＩｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_1-ｘ-ｙＮ［０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１］である系から成る少なくとも１つの材料を有する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
15. 分離ゾーンは主としてＧａＮを有し、半導体層列の分離面には金属のＧａから成る異方性残留物が残る、請求項１４記載の方法。
16. 半導体層列が分離面にドーパント物質を有し、そのドーパント濃度は１×１０^１８ｃｍ^−３以上１×１０^２０ｃｍ^−３以下である、請求項１から１５までのいずれか１項記載の方法。
17. ドーパント物質はＳｉである、請求項１６記載の方法。
18. 分離ゾーンはＡｌＧａＮを含み、ＡｌＧａＮがステップ（ｃ）で破壊されてＡｌが半導体層列内へ焼結されるようにＡｌ含量を選定する、請求項１から１７までのいずれか１項記載の方法。
19. Ａｌ含量は約１％〜約１０％、例えば約１％〜約７％である、請求項１８記載の方法。
20. ステップ（ｃ）においてＡｌを溶融させ、半導体層列内へ焼結させる、請求項１８または１９記載の方法。
21. 分離ゾーンはＧａＮ層を有し、基板から見て該ＧａＮ層にＡｌＧａＮ層が接しており、ステップ（ｃ）で全ＧａＮ層およびＡｌＧａＮ層の一部を破壊する、請求項１８から２０までのいずれか１項記載の方法。
22. 半導体層列の分離面にアルミニウムｎ型コンタクトを形成する、請求項１８から２１までのいずれか１項記載の方法。
23. サファイア基板を用いる、請求項１から２２までのいずれか１項記載の方法。
24. 半導体層列のマイクロパターニングされた分離面上に、半導体層列の電気的接続のためのコンタクトパッド、例えばコンタクトメタライゼーション部を被着する、請求項１から２３までのいずれか１項記載の方法。
25. 半導体層列の分離面のマイクロパターニングにより、半導体層列から駆動中に送出される電磁放射の波長領域に相応するスケールで粗面を形成する、請求項１から２４までのいずれか１項記載の方法。
26. 粗面構造は内部波長の１／２のオーダーである、請求項２５記載の方法。
27. 全体として六方晶ＧａＮベース材料から成る半導体層列を基板上に成長させ、その際に０００−１結晶面（六方晶窒化物格子のＮ面）を基板に向かって配向する、請求項１から２６までのいずれか１項記載の方法。
28. ステップ（ｃ）において、波長領域３５０ｎｍ〜３６０ｎｍまたはそれより短い波長のレーザー光源を用いる、請求項１０記載の方法。
29. ステップ（ｂ）においてブラッグミラーを被着する、請求項１から２８までのいずれか１項記載の方法。
30. ステップ（ｂ）において、透光層および半導体層列から見て該透光層の後方に配置される反射層を有する鏡面層を形成する、請求項１から２９までのいずれか１項記載の方法。
31. 鏡面層は半導体層列に向かう複数のウィンドウを備えた反射層を有し、該ウィンドウに反射層とは異なる電流輸送層を配置する、請求項１から３０までのいずれか１項記載の方法。
32. 少なくともエピタキシャルに製造された半導体層列と該半導体層列を支持する支持体とを有しており、前記半導体層列はｎ型半導体層、ｐ型半導体層、および、該２つの半導体層間に配置される電磁放射の形成領域を有し、ここで少なくとも１つの半導体層は窒化物‐化合物半導体材料を有する、
    電磁放射を発光する発光半導体チップにおいて、
    半導体層列の少なくとも１つの半導体層は請求項１から３１までのいずれか１項記載の半導体層列の発光面のマイクロパターニング方法によりマイクロパターニングされている
    ことを特徴とする発光半導体チップ。
33. 鏡面層がパターニングされている、請求項３２記載の半導体チップ。

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