1282630 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 ΙΠ/ν-化合 在多個反射 方向中大多 此種反射率 個會發生反 的反射率， 射率之介電 二氧化矽作 體材料爲主 之缺點是： 材料之變化 本發明涉及一種光電半導體晶片用之施加ί 物半導體材料上之具有多個層之反射性層系統 【先前技術】
先電半導體晶片之外表面上和內部中通常存 層以使光束轉向，其中各反射層在全部之立體 期望有一種高的反射性。反射率之積分Rint作爲 之數値’其是由層系統所反射之強度R(3 )對整 射之角度範圍所得的正規化積分： π/2 ΙπΙ2
Rim= ^R{3)s\nSd3 Jsin^ 0 / 0 爲了使各反射層在全部的立體角中都具有 則除了純金屬層之外亦可使用一種由具有低 質層和具有反射性的金屬層所形成的組合。 例如，由於二氧化矽之折射率，則亦可使 爲介電質層用的材料。但就以III/ V -化合物半 之具有反射性的層系統之構造而言，二氧化 其熱膨脹係數之變化量較III/V-化合物半導 量大很多’這樣會造成黏合上的問題。 【發明內容】 本發明的目的是提供一種具有反射性的層系統，其具有 最佳化的積分反射率和最佳化的穩定性以施加在III/ν -化 合物半導體材料上。本發明另涉及上述之層系統的製造方 1282630 法。 上述目的以具有申請專利範圍第1項特徵的反射性層系 統來達成。 反射性層系統之有利的其它形式描述在申請專利範圍各 附屬項中。 在本發明的反射性層系統中，含有磷矽酸鹽玻璃（PSG)之 介電質層位於即將設有反射性層系統之III/V-化合物半導 、體表面上。由ΙΠ/ν-化合物半導體表面觀看時’在介電質層 Φ 上較佳是直接配置著另一金屬層。介電質層較佳是直接位 於III/V-化合物半導體表面上。 其它的層（例如，一種含有金之層）亦可位於上述的層系統 上且可藉由壓力和溫度之施加而用來使該反射性層系統之 表面與另一表面相連接。 在與一種純二氧化矽層比較時，含有磷矽酸鹽玻璃（PSG) 之介電質層之優點是：其熱膨脹係數可藉由磷含量的變化 來改變。因此，介電質層之熱膨脹係數特別是可依據ΠΙ/ν-• 化合物半導體來調整。於是可避免各種黏合問題，黏合問 題在III/V-化合物半導體表面上之純二氧化矽層中例如會 由於不同之熱膨脹係數而產生。 ~ 同時，一種含有磷矽酸鹽玻璃之層之折射率基本上不會 與純二氧化矽層之折射率不同，這由名稱是”Physical Properties of Phosphorus-Silica Glass in Fiber Preforms” 之 文件（Journal of Communications Technology and Electronics, 1 99 8，43，4，Page 480-484)中即可得知，其已揭示的內容收 1282630 ^ 納於此處以作爲參考。 以上述方式所形成的反射性層系統具有一種最佳化的積 分反射率且同時具有足夠的機械穩定性。 在含有磷矽酸鹽玻璃之介電質層和III/V-化合物半導體 基板之間可存在其它由數個分子層所構成的層，其例如用 來促成黏合作用。 反射性層系統可施加在其它材料上，這些材料之光學特 性類似於III/V-化合物半導體材料（例如，硒化鋅）。 Ρ 在介電質層和金屬層之間較佳是存在一種外罩層，其可 針對晶片環境而來封閉該介電質層且可廣泛地保護該介電 質層使不受濕氣所影響。磷矽酸鹽玻璃由於其磷酸鹽成份 而具有強的吸濕性，因此在與水結合時會產生磷酸，這在 金屬層在製程技術上不能足夠頭利地直接施加在介電質層 上時特別有意義。 該外罩層較佳是含有氮化矽，其未必是一種化學計量式 或SiOxNy，其中X，ye [0;1]且x + y=l。這些材料之優點是： B 其可廣泛地透過可反射的電磁輻射且對其上的金屬層具有 一種良好的黏合性。 在一種反射性層系統之特別良好的實施形式中，須選取 ^ 該介電質層之磷酸鹽含量，使其熱膨脹係數可依據III/V-化合物半導體材料來調整，這樣可使黏合性大大地改良。 在一種反射性層系統之另一特別良好的實施形式中，金 屬層含有至少一種由金，鋅，銀和銘所構成的基（g r 〇 u p)所 形成的材料。 1282630 . 亦可在金屬層下方存在另一種黏合促進用的層。此種黏 合促進層較佳是含有鉻或鈦。 較佳是在反射性層系統之金屬層上存在一種第四位障 層’其含有TiW:N。TiW:N之特徵是一種層材料，此層材料 以下述方式來形成··材料鈦和鎢同時在氮氣中施加在表面 上。另一方式是該位障層亦可含有Ni, Nb，Pt，Ni:V, TaN或 TiN。 ‘ 該位障層的目的是使其下方之反射性層系統之至少各單 # 一之層可受到保護使不受環境或其它製程所損害。因此， 例如可施加此種位障層以保護此反射性層系統使該反射性 層系統不會與金屬熔液相接觸，金屬熔液是在稍後之焊接 過程中產生的。另一方式是，位障層亦可對環境的濕氣具 有阻止作用。這在其下方之各層中之一層含有銀時是適當 的，以預防銀的遷移。 爲了形成電性上的接觸作用，較佳是經由該反射性層系 統而形成導電性的接觸區，其可使該III/V-化合物半導體材 # 料與其它全部的層相隔開時所用的各層形成導電性的連 接。因此，例如，薄膜發光二極體晶片之活性的層序列可 ' 在背面上達成電性上的接觸作用。 - 此外，該反射性層系統之單一層或全部的層在本發明的 有利的實施形式中只形成在ΠΙ/ν-化合物半導體表面之部 份區域上。以此種方式只在需要晶片功能的位置上完整地 形成該反射性層系統。若此ΠΙ/ν-化合物半導體表面被結構 化，則依據此種結構化的次序來施加各層。 1282630 .. 特別有利的是使反射性層系統施加在以 GaN，GaP或
GaAs爲主之πΐ/ν-化合物半導體材料上。 以GaN爲主之III/V-化合物半導體材料在這裡的意義 是：此種名稱的材料較佳是具有AhGamlnmN，其中0‘ 1，1且n + mg 1。此種材料因此未必具有上式之化學 式中數學上正確的組成。反之，其可具有一種或多種摻雜 物質或其它成份，這些成份不會改變該材料之物理特性。 ί旦當各主要成份（Al，Ga，In，N)之一部份可由少量的其它材 ^ 料來取代時，則爲了簡明之故上式之化學式只包含晶體柵 格之主要成份（Al，Ga，In，N)。 以 GaP爲主之ΐπ/ν-化合物半導體材料在這裡的意義 是·此種名稱的材料較佳是具有AlnGamlniuP，其中 1，〇 S m S 1且n + m $ 1。此種材料因此未必具有上式之化學 式中數學上正確的組成。反之，其可具有一種或多種摻雜 物質或其它成份，這些成份不會改變該材料之物理特性。 1旦當各主要成份（Al, Ga，In，P)之一部份可由少量的其它材 ® 料·來取代時，則爲了簡明之故上式之化學式只包含晶體柵 _ 格之主要成份（Al，Ga，In，P)。 以GaAs爲主之III/V-化合物半導體材料在這裡的意義 是：此種名稱的材料較佳是具有AhGanJnmAs，其中OSn ^ 1，〇 S m $ 1且n + m S 1。此種材料因此未必具有上式之化 學式中數學上正確的組成。反之，其可具有一種或多種摻 II物質或其它成份，這些成份不會改變該材料之物理特 性。但當各主要成份（Al，Ga，In, As)之一部份可由少量的其 1282630 匕材料來取代時，則爲了簡明之故上式之化學式只包含晶 體柵格之主要成份（Al，Ga，In，As)。 本發明之反射性層系統特別適用於薄膜發光二極體晶 片’此乃因該反射性層構造在此處係位於晶片之內部中且 Itb種堆疊之一種機械上穩定的結合對該半導體晶片之功能 和可靠性是重要的。 薄膜發光二極體晶片之特徵特別是以下各點： •在活性之磊晶層序列之面向載體元件之第一主面上（其 • 可產生電磁輻射）施加-或形成一種反射層，其使磊晶層序列 中所產生的電磁輻射之至少一部份反射回到磊晶層序列 中；以及 -聶晶層序列所具有的厚度是在2 0微米或更小的範圍 中’特別是在1 0微米的範圍中。 磊晶層序列較佳是含有至少一種半導體層，其至少一面 包含一種混合結構，在理想情況下此混合結構會使光在磊 晶層序列中形成一種近似遍歷（ergodie)的分佈，即，光具有 β —種儘可能遍歷之隨機雜散特性。 薄膜發光二極體晶片之基本原理例如已描述在I. Schnitzer e t al·，Appl. Phy s. Lett. 6 3 (16)，18. October 1 993, _ 2 1 74-2 1 76中，其已揭示的內容收納於此以作爲參考用。 薄膜發光二極體晶片是一種很近似於藍伯德（Lambertic) 表面發射器的晶片。 上述之反射層系統之全部的層或一些層可藉助於化學氣 象沈積法（CVD法）沈積而成’其例如可以是一種電漿促進之 -10- 1282630 化學氣相沈積法（PECVD法）或低壓蒸氣沈積法（LPCVD法）。 磷矽酸鹽玻璃膜沈積時的影響因素已描述在文件BaHga et al, 1 97 3 (B. J. Baliga and S. K. Ghandhi, 1 973 J. Appl. Phys. 44，3，P.990)中，其所揭示的內容收納於此以作爲參 考。 本發明之反射性層系統及其製造方法之有利的其它形式 和優點描述在以下的實施例中，其依據第1 A至1 C圖，第 2A，2B圖以及第3，4圖來詳述。 【實施方式】 在各實施例和圖式中相同-或作用相同的組件分別以相 同的參考符號來表示。各圖式所示的元件（特別是所示之各 層的厚度）未依比例繪製。反之，爲了清楚之故，有些部份 是以較大的比例繪出。 第1 A圖的反射性層系統在III/V-化合物半導體材料4上 具有一種由PSG-材料所構成的介電質層1，其磷酸鹽含量 較佳是在20 %之範圍中，以便使介電質層1之熱膨脹係數可 依據III/V-化合物半導體材料4來調整。在磷酸鹽含量改變 時磷矽酸鹽玻璃之熱膨脹係數之變化情況已描述在文件B. J. Baliga and S. K. Ghandhi, 1 974, IEEE Trans. Electron. Dev·, ED21, 7，P. 4 1 0-764中，其已揭示的內容收納於此以 作爲參考用。由III/V-化合物半導體材料4觀之，一種金屬 層3配置於介電質層1之後，金屬層3含有一種金屬，例 如，金，鋅，銀及/或鋁。典型的層厚度就介電質層1而言 是700奈米且金屬層3是600奈米。在金屬層3下方存在一 -11 - 1282630 種黏合促進層7，其例如包含鉻或鈦。 在第1B圖之反射性層系統中，PSG-層1和金屬層3之間 存在一種外罩層2，其例如由氮化矽或氧化之氮化砂所構 成，該外罩層可針對濕氣和由環境而來之其它不良影響來 對該P S G -層1形成一種包封。此種外罩層所具有的典型厚 度是50奈米。 其它含有TiW:N，Ni，Nb，Pt，Ni:V，TaN，TiN之層亦可施 加在該反射性層系統上以用作位障層6。此種位障層6之目 P 的是使反射性層系統或其各別的層受到保護使不受環境或 隨後的製程所影響。 特別是TiW:N可施加在該層系統上以作爲位障層6 ,其 典型之厚度是200奈米。 第1 C圖之反射性層系統位於一種結構化成平截頭棱錐 體之III/V-化合物半導體材料上，其以一種含有磷矽.鹽玻 璃之介電質層1來包封，介電質層1又以另一外罩層2來 包封。一種連續之金屬層3位於此外罩層2上。 I 上述的配置方式會造成介電質層1被較佳地包封，此乃 因其未具備一種可與由晶片環境而來的濕氣相接觸的裸露 的區域（例如，側面邊緣）。金屬層3可對第一層1形成包封。 一種最佳化的反射作用只能適當地在平截頭棱錐體4 1上藉 由該層系統來達成。 爲了藉由反射性層系統來對ΠΙ/V-化合物半導體材料4 進行電性接觸’可在平截頭棱錐體4 1上形成電性接觸區5。 第2Α圖顯示一種接觸區5，其藉由介電質層1和外罩層2 -12- 1282630 中蝕刻出孔洞且隨後施加金屬層來製成。金屬材料在垂直 方向中至少一部份塡入孔洞中且在水平方向中整面塡入孔 洞中。於是此金屬層3在電性上連續地與III/V-化合物半導 體基板4相連接。 除了上述之微影式結構化方法之外，亦可使用雷射方法 以製造各接觸區5。因此，例如，在介電質層1中且情況需 要時在外罩層2中藉助於雷射而產生各接觸區5用的視 窗。基板4裸露在視窗中。視窗例如具有一種1微米至20 > 微米之直徑，因此在隨後之各步驟中可形成此種數値之直 徑之接觸區5。然後，沈積一種金屬層3。金屬材料在垂直 方向中至少一部份塡入該視窗中且在水平方向中較佳是整 面塡入該視窗中，金屬層3於是可連續地與III/V-化合物半 導體基板4導電性地相連接。 第2B圖中顯示電性接觸區5之另一種可能之外形。與第 2A圖之實施例之接觸區5不同之處是，各接觸區5之垂直 區間至少是介電質層1和外罩層2之高度。 > 此種電性接觸區5例如可以下述方式製成。 在第一步驟中，在介電質層1和外罩層2中藉由已結構 化的遮罩（其例如由光·敏之漆層所構成）來對接觸區5用的 視窗進行蝕刻。然後，金層層3沈積在接觸位置上，使金 屬材料在垂直方向中至少一部份塡入該視窗中且在水平方 向中以整面方式塡入該視窗中。在下一步驟中該漆層例如 藉助於適當的溶劑而去除，其中金屬層3之位於漆層上之 一些部份被去除，因此只有電性接觸區5仍保留著。爲了 -13- •1282630 完成該反射性層系統，現在可施加金屬層3，其使各別之接 % 觸區5之間形成一種橫向之電性連接。 除了藉由微影方法以使各接觸區5結構化之外，在此種 情況下亦可藉由上述之雷射方法使各接觸區5被結構化。 由折射率n = 3.4(例如，一種半導體材料）之基板4上一介 電質層1和一金屬層3所構成的反射性層系統在介電質層1 由二氧化矽（不是氮化矽）所構成時具有高的積分反射率（請 比較第3圖）。基板4例如可由折射率n = 3.4之半導體材料 <| 所構成。 第 4圖顯示該積分反射率之値相對於一種折射率 n = 3.4(例如，半導體材料）之基板4上由氮化矽層和厚度400 奈米之金層所構成的層系統之已反射的電磁輻射之波長的 關係。由此圖可得知··此層系統之積分反射率隨著已反射 的電磁輻射之波長而提高。 磷矽酸鹽玻璃（介電質層1)可藉由一種C V D -方法（例如， PECVD-方法）而沈積在ΙΠ/V-化合物半導體材料上。在 Φ PECVD-方法中所使用的氣體混合物例如含有：純氮或一氧 化二氮以作爲氧氣供應者；膦或三甲基亞磷酸鹽以作爲磷 供應者；以及矽烷，二矽烷，二氯矽烷’或二乙基矽烷或 • 四乙氧基矽烷以作爲矽供應者。氬或氮可添加至各別的混 合物以作爲稀釋氣體。特別是通常所使用的氣體混合物含 有矽烷，氧和膦或四乙氧基矽烷’氧和膦。這樣所沈積而 成的PSG -層（介電質層1)可在下一步驟中當場（in situ)以氮 化矽（外罩層2)來包封。在下一步驟中’現在須施加金屬層 -14- 1282630 3。另一方式是亦可使用LPCVD-方法。 如上所述的各實施例中的反射性層系統可施加在以GaN， GaAs或GaN爲主之III/V-化合物半導體材料4上，此半導 體材料4例如含有一種發出活性光子之層序列，其特別是 一種薄膜發光二極體晶片之發出光子的活性層序列。 發出光子的活性層序列例如具有一種傳統之pn-接面，雙 異質結構，單重-量子井結構（SQW-結構）或多重-量子井結構 (MQW-結構）。這些結構已爲此行的專家所知悉，此處因此 > 不再詳述。本發明中所謂量子井結構包含每一種結構，此 種結構中電荷載體藉由”局限（Confinement)”作用而使其能 量狀態量子化。量子井結構特別是未指出量子化之維度， 其因此可包含其它的量子井，量子線和量子點及這些結構 的每一種組合。 爲了完整性，此處須指出：本發明當然不限於上述的各 實施例。反之，各種實施例之一般部份中所述之基本原理 所涉及的全部之實施例都在本發明的範圍中。同時須指 I 出：不同的實施例之不同的元件可互相組合。 本專利申請案主張德國專利申請案1 020040 3 1 6 84.8 - 1 1和 1 02004040277.9-33之優先權，其所揭示的內容收納於此處 * 以作爲參考。 本發明不限於依據各實施例所作的描述。反之，本發明包 含每一新的特徵和各特徵的每一種組合，特別是包含申請專 利範圍中各特徵的每一種組合，當該特徵或該組合本身未明 顯地顯示在各申請專利範圍中或各實施例中時亦同。 -15- 1282630 【圖式簡單說明】 % 第ΙΑ, 1B圖 III/V-化合物半導體表面上之反射性層系 統之切面圖。 第1C圖III/V-化合物半導體表面上之反射性層系統之 切面圖。 第2A, 2B圖已結構化之III/V-化合物半導體表面上之 反射性層系統之切面圖，其具有不同的電性接觸區。 第3圖折射率η = 3·4之基板上由不同的介電質層和金屬 # 層所構成的層序列之積分反射率之與介電質層厚度之關係 圖。 第4圖一種層系統之積分反射率之與電磁轄射之波長 之關係圖，該層系統在折射率η = 3.4之基板上具有~彳重自胃 化矽和金屬層（由金所構成）所形成的介電質層。 【主要元件符號說明】
第一層 外罩層 金屬層 III/V-化合物半導體基板 化合物半導體基板之表面 電性接觸區 位障層 黏合促進層 -16-