(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
構造体であって、
領域とｎ型領域の間に配置された単一の半導体発光層、
を含み、
前記ｐ型領域は、前記発光層内のバンドギャップよりも大きなバンドギャップを有する障壁層を含み、それによって該障壁層の縁部が該発光層内の電荷担体に対する障壁を形成し、前記障壁における負の分極誘導電荷によって障壁高さが増加され、前記障壁層は、前記発光層に隣接しｎ型又は未ドープであり、
前記発光層は、ウルツ鉱結晶構造を含み、
前記発光層は、少なくとも５０オングストロームの厚みを有し、
前記発光層と前記ｐ型領域の間に配置された界面を横切って、ＩＩＩ族窒化物単位格子の窒素面からＩＩＩ族窒化物単位格子のガリウム面の方向を指すように定義されたウルツ鉱ｃ軸は、前記発光層の方向を指している、
ことを特徴とする構造体。
【請求項２】
前記発光層は、５０と５００オングストロームの間の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記発光層は、６０と３００オングストロームの間の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記発光層は、７５と１７５オングストロームの間の厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記発光層は、１００オングストロームよりも大きい厚みを有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項６】
前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物層であることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記発光層は、ＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項８】
前記発光層は、ＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記発光層は、１０９／ｃｍ２よりも小さな転位密度を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１０】
前記発光層は、１０８／ｃｍ２よりも小さな転位密度を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記発光層は、１０７／ｃｍ２よりも小さな転位密度を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１２】
前記発光層は、１０６／ｃｍ２よりも小さな転位密度を有することを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１３】
ＧａＮ基板を更に含み、
前記ｎ型領域は、前記ＧａＮ基板と前記発光層の間に配置されている、
ことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１４】
前記ＧａＮ基板と前記ｎ型領域の間に配置された界面を横切って、ウルツ鉱結晶ｃ軸が、該ＧａＮ基板の方向を指していることを特徴とする請求項１３に記載の構造体。
【請求項１５】
前記ｎ型領域は、第１のｎ型領域であり、
第２のｎ型領域と、
前記第２のｎ型領域と前記ｐ型領域の間に配置されたトンネル接合と、
を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１６】
前記ｐ型領域は、前記発光層よりも前に成長させることを特徴とする請求項１５に記載の構造体。
【請求項１７】
ホスト基板を更に含み、前記発光層、ｐ型領域、及びｎ型領域は、該ｎ型領域の近くに配置された結合剤によって前記ホスト基板に結合されていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【請求項１８】
前記ｎ型領域に電気的に接続した第１のリード、前記ｐ型領域に電気的に接続した第２のリード、及び前記発光層の上に配置されたカバーを更に含むことを特徴とする請求項１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互参照
本出願は、２００５年２月１８日出願の米国特許出願番号第１１／０６１，２４７号の継続出願である。
本発明は、半導体発光素子の発光領域に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）、及びエッジ発光レーザを含む半導体発光素子は、現在利用可能なもののうちで最も効率的な光源である。可視スペクトルにわたる作動が可能な高輝度発光素子の製造で現在関心が高い材料システムとしては、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれるガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金がある。一般的に、ＩＩＩ族窒化物発光素子は、異なる組成及びドーパント濃度の半導体層のスタックをサファイア、炭化珪素、ＩＩＩ族窒化物、又は他の適切な基板上に有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル技術によってエピタキシャル成長させることによって作製される。このスタックは、多くの場合、基板の上に形成されて例えばＳｉでドープされた１つ又はそれよりも多くのｎ型層と、１つ又は複数のｎ型層の上に形成された発光又は活性領域と、活性領域の上に形成されて例えばＭｇでドープされた１つ又はそれよりも多くのｐ型層とを含む。導電基板上に形成されたＩＩＩ族窒化物素子は、素子の各反対側に形成されたｐ及びｎ接点を有する場合がある。多くの場合に、ＩＩＩ族窒化物素子は、両方の接点を素子の同じ側にしてサファイアのような絶縁基板上に作製される。このような素子は、光が接点を通じて（エピタキシ−アップ素子として公知である）又は接点の反対側の素子の表面を通じて（フリップチップ素子として公知である）抽出されるように取り付けられる。
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願番号第１１／０６１，２４７号
【非特許文献１】ムカイ他著「エピタキシャル横方向過成長ＧａＮ基板上に成長させた紫外線ＩｎＧａＮ及びＧａＮ単一量子井戸構造発光ダイオード」、日本応用物理学会誌、第３８巻（１９９９年）、５７３５頁
【非特許文献２】モトキ他著「ＧａＡｓを開始基板として使用した水素化物気相エピタキシによる大型独立ＧａＮ基板の調製」、日本応用物理学会誌、第４０巻（２００１年）、Ｌ１４０頁
【非特許文献３】「有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させたホモエピタキシャルＧａＮの形態学的及び構造特性」、結晶成長学会誌２０４（１９９９年）、４１９頁から４２８頁
【非特許文献４】「極性の操作」、「Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ）２２８」、Ｎｏ．２、５０５頁から５１２頁（２００１年）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
当業技術で必要とされているのは、高電流密度で効率的に作動するＩＩＩ族窒化物発光素子である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、半導体発光素子は、ｎ型領域とｐ型領域の間に配置された発光層を含む。発光層は、少なくとも５０オングストロームの厚みを有するウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物層とすることができる。発光層は、発光層とｐ型領域の間の界面にわたってウルツ鉱ｃ軸が発光層の方向に向くように、従来のウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物層とは極性形成を逆転させることができる。ｃ軸のこのような配向は、ｐ型領域の縁部内の界面で又はｐ型領域の縁部で負のシート電荷を作り出し、発光層内の伝導帯における電子に対する障壁をもたらすことができる。このような厚い「逆分極」発光層は、発光層内に電荷担体をより良く捕捉するための障壁をもたらすことにより、及び非放射性再結合を低減することができるより厚い発光層をもたらすことにより、高電流密度での効率を改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１は、一般的なＩＩＩ族窒化物発光素子を示している。ｎ型領域１１は、サファイア基板１０の上に成長させる。障壁層によって分離された複数の量子井戸を含むことができる活性領域１２は、ｎ型領域１１の上に成長させ、次に、ＧａＮスペーサ層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４、及びｐ型接触層１５が続く。
図１の素子に印加された電流密度が増加すると、供給された担体流束に対する発生した光子流束の比として定義される素子の内部量子効率は、最初は増加して次に減少する。図１の素子の設計形状は、活性領域からの電子漏れ及び非放射性再結合を含む、高電流密度での内部量子効率の減少に対するいくつかの可能な原因をもたらす場合がある。
【０００７】
電子漏れは、ウルツ鉱結晶内で自然発生する分極によって悪化する。サファイアのような格子不整合基板上に成長したＩＩＩ族窒化物素子内の結晶層は、多くの場合、歪んだウルツ鉱結晶として成長する。このような結晶は、２つの種類の分極、すなわち、結晶対称性から生じる自発的分極と歪みから生じる圧電性分極とを示す。層内の全体の分極は、自発的分極と圧電性分極の合計である。組成が異なる層間の界面には、分極誘導シート電荷が発生する。一般的に、シート電荷の密度は、自発的分極及び２つの隣接する層の間の歪みによる圧電性分極の両方に依存することになる。図２は、図１の素子の伝導帯の一部分を示している。シート電荷の符号及び位置は、図２の「＋」及び「−」符号で示されている。
【０００８】
サファイア又はＳｉＣのような典型的な基板上の従来の成長は、図２の１８で示すウルツ鉱［０００１］ｃ軸配向をもたらす。活性領域とｐ型層の間の界面にわたって、ｃ軸は、ｐ型層の方向を向いている。この配向は、ＧａＮキャップ層１３とｐ型ＡｌＧａＮ層１４の間の界面で正のシート電荷をもたらす。図１に示す素子においては、ＧａＮキャップ層１３とｐ型ＡｌＧａＮ層１４の間の界面は、電子を活性領域の伝導帯に閉じ込めるエネルギ「障壁」を形成する。ＧａＮキャップ層１３は省略することができ、また、他の材料で障壁を形成することができること、及び障壁を形成する界面での正のシート電荷に付随する問題は他の素子に対して一般化することができることは理解されるものとする。障壁での正のシート電荷は、電子に対する有効なエネルギ障壁を低減し、電子が活性領域から漏れることを許すものである。どの漏れ電流もｐ型層内で非放射的に再結合し、素子からの発光に寄与しない。電流密度が増加すると漏れ電流の量が多くなり、高電流密度での内部量子効率の減少に寄与することになる。
【０００９】
図１に示すＩＩＩ族窒化物素子においては、電流の流れの方向（すなわち、正の電荷担体又は正孔の運動）は、ｃ軸の方向に対して逆平行である。電流の流れと分極のこの相対配置は、ｎ型領域の前ではなく後にＭｇドープｐ型ＩＩＩ族窒化物材料を成長させることの相対的な容易性、及び結晶表面上に存在するＮに比較してＧａの余剰をもたらす、サファイア基板上のＭＯＣＶＤによる高品質ＩＩＩ族窒化物層の従来の成長に用いられる条件から生じ、フィルムの表面から出る方向に向く［０００１］ｃ軸の正の方向をもたらすものである。ｐ型領域は、ｎ型領域の上に配置されるので、電流は、ウェーハの上部から基板に向けて流れることになる。
【００１０】
高電流時の高効率ＬＥＤを提供するために、本発明の実施形態によれば、半導体発光素子の発光領域は、逆分極二重ヘテロ構造である。「逆分極」とは、電流の流れが図１の素子のように逆平行ではなくｃ軸と平行であるように、電流の流れとｃ軸の相対配置を図１に示す素子とは逆にすることを意味する。分極を発光領域で逆にすると、漏れ電流を低減することができる。多重量子井戸活性領域ではなく厚い二重ヘテロ構造を用いると、非放射性再結合に失われる担体数を低減することができる。
【００１１】
図３は、本発明の実施形態による素子の伝導帯の一部分を示している。図３に示す素子においては、電荷担体を発光層２０に閉じ込める発光層のｐ側の障壁は、ＧａＮとすることができるキャップ層２１と、ｐ型ＡｌＧａＮとすることができる層２２との間に配置される。発光領域とｐ型領域の間、つまり、層２０と２１の間の界面にわたって、ｃ軸は、図３の１８で示すように発光領域の方向に向いている。この配向では、電流の流れはｃ軸に平行である。この配向は、障壁で負のシート電荷をもたらし、これは、障壁高さを増加し、発光領域２０を超えて漏れる電子電流を低減する。一部の実施形態では、キャップ層２１は、ｎ型にドープすることができ、又は意図的にドープしなくてもよい。キャップ層２１は、発光層のｐ側に位置するので、キャップ層２１は、キャップ層２１がｎ型か又は非ドープであっても素子のｐ型領域の一部と見なされる。
【００１２】
図３に示す素子においては、図２の複数の量子井戸の代わりに、単一の厚い発光層２０が使用される。一部の実施形態では、発光層２０は、例えば５０と５００Åの間の厚みを有することができ、より好ましくは、６０と３００Åの間の厚みを有し、更に好ましくは、７５と１７５Åの間の厚みを有する。最適な厚みは、発光層内の転位密度に依存すると考えられる。一般的に、転位密度が増加すると、発光層の最適な厚みは減少する。活性領域内の転位密度は、１０9／ｃｍ2未満に限定されることが好ましく、更に１０8／ｃｍ2未満に限定されることが好ましく、更に１０7／ｃｍ2未満に限定されることが好ましく、更に１０6／ｃｍ2未満に限定されることが好ましい。上述の転位密度を達成するには、エピタキシャル横方向過成長、水素化物気相エピタキシ、及び独立ＧａＮ基板上の成長のような成長技術が必要になると考えられる。エピタキシャル横方向過成長は、サファイアのような従来の成長基板上に成長させたＧａＮ層上に形成されたマスク層内の開口部の上のＧａＮの選択的成長を伴う。選択的に成長させたＧａＮの合体は、成長基板全体にわたる平坦なＧａＮ表面の成長を可能にすることができる。選択的に成長させたＧａＮ層に続いて成長させた層は、低い転位密度を示すことができる。エピタキシャル横方向過成長に対しては、本明細書において引用により組み込まれている、ムカイ他著「エピタキシャル横方向過成長ＧａＮ基板上に成長させた紫外線ＩｎＧａＮ及びＧａＮ単一量子井戸構造発光ダイオード」、日本応用物理学会誌、第３８巻（１９９９年）、５７３５頁により詳細に説明されている。独立ＧａＮ基板の水素化物気相エピタキシャル成長は、本明細書において引用により組み込まれている、モトキ他著「ＧａＡｓを開始基板として使用した水素化物気相エピタキシによる大型独立ＧａＮ基板の調製」、日本応用物理学会誌、第４０巻（２００１年）、Ｌ１４０頁により詳細に説明されている。
【００１３】
いくつかの方法を使用して、電流の流れの方向がｃ軸の方向と平行である素子を製造することができる。第１の方法は、電流の流れの方向に影響を与えることなく、成長中に［０００１］ｃ軸の方向を逆にすることである。第２の方法は、ｐ及びｎ型層の順番を逆にすることであり、これは、ｃ軸の方向に影響を与えることなく電流の流れの方向を逆にするものである。
図４は、図３に示すｃ軸配向を作り出すテンプレート上に素子を成長させる、第１の方法によって形成された素子の例を示している。図４に示す素子は、ｎ型領域４１を上に成長させるＧａＮ基板４０と、発光層２０と、例えばＧａＮキャップ層２１、ＡｌＧａＮ層２２、及び接触層２３を含む１つ又はそれよりも多くのｐ型層とを含む。素子は、接点を発光層２０のｎ型及びｐ型側に電気的に接続させることによって仕上げられる。図９は、ガリウム原子９３及び窒素原子９４から形成されたウルツ鉱ＧａＮの単位格子を示している。ウルツ鉱ＧａＮは、ガリウム面９０及び窒素面９１を有する。ｃ軸９２は、窒素面９１からガリウム面９０に向いている。ｃ平面サファイア基板上の例えば従来の成長によって作られたＧａＮの露出した上面は、ガリウム面９０である。ＧａＮ表面がガリウム面９０上に成長すると、図２に示すｃ軸配向をもたらす。ｃ平面サファイア上の従来の成長後のサファイアの近くのＧａＮの埋設表面は、窒素面９１である。図４の素子においては、基板４０の材料及び表面は、エピタキシャル面上での窒素面９１の成長を促進させるように選択される。適切な基板の例としては、ＧａＮ又はＡｌＮ基板の窒素面と、Ｇａ面極性で成長させてその成長基板から除去された肉厚ＧａＮ層の窒素面と、ＺｎＯ基板の酸素面と、ＳｉＣ基板の炭素面と、ＧａＮが中間バッファ層なしに直接にサファイア上に堆積されるＭＢＥによってサファイア上に堆積したＧａＮ層の表面とが含まれる。多くの場合、最初にサファイア上にＡｌＮバッファ層、次にＧａＮ層を堆積させることにより、肉厚の高品質ＧａＮ層がＭＢＥによってサファイア上に成長する。これは、表面上にガリウム面９０を有するフィルムをもたらす。ＡｌＮバッファ層を省略すれば、フィルムは、表面上に窒素面９１を有することになる。ガリウム面を有するフィルムの成長は、共に本明細書において引用により組み込まれている、「有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させたホモエピタキシャルＧａＮの形態学的及び構造特性」、結晶成長学会誌２０４（１９９９年）、４１９頁から４２８頁、及び「極性の操作」、「Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ｂ）２２８」、Ｎｏ．２、５０５頁から５１２頁（２００１年）により詳細に説明されている。
【００１４】
図５及び図７は、ｐ型領域を発光領域よりも前に成長させて図３に示す望ましい逆分極ｃ軸配向をもたらす第２の方法で形成された素子の例を示している。
図５は、逆分極をもたらすためのトンネル接合を含む素子を示している。図５の素子においては、サファイア又はＳｉＣのような従来の基板１０上にｎ型領域１１を形成する。トンネル接合をｎ型領域１１の上に形成し、例えば、図３に示す層２１、２２、及び２３を含むことができるｐ型領域２５が続く。発光層２０をｐ型領域２５の上に形成し、別のｎ型領域５０が続く。接点５１及び５２は、発光領域の各反対側、すなわち、接点５１はｎ型領域５０、及び接点５２はｎ型領域１１に電気的に接続する。トンネル接合１００は、トンネル接合の上方に成長する材料の下の材料と比較した時の導電性の変化を可能にするものである。
【００１５】
トンネル接合１００は、ｐ＋＋層とも呼ばれる重くドープされたｐ型層５、及びｎ＋＋層とも呼ばれる重くドープされたｎ型層６を含む。ｐ＋＋層５は、例えば、Ｍｇ又はＺｎのようなアクセプタで約１０18ｃｍ-3から約５ｘ１０20ｃｍ-3の濃度までドープした青色発光素子用のＩｎＧａＮ又はＧａＮ又は紫外線発光素子用のＡｌＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮとすることができる。一部の実施形態では、ｐ＋＋層５を約２ｘ１０20ｃｍ-3から約４ｘ１０20ｃｍ-3の濃度までドープする。ｎ＋＋層６は、例えば、約１０18ｃｍ-3から約５ｘ１０20ｃｍ-3の濃度までＳｉ、Ｇｅ、Ｓｅ、又はＴｅのようなドナーでドープした青色発光素子用のＩｎＧａＮ又はＧａＮ又は紫外線発光素子用のＡｌＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮとすることができる。一部の実施形態では、ｎ＋＋層６を約７ｘ１０19ｃｍ-3から約９ｘ１０19ｃｍ-3の濃度までドープする。トンネル接合１００は、通常は非常に薄く、例えば、トンネル接合１００は、約２ｎｍから約１０ｎｍの範囲の全厚を有することができ、ｐ＋＋層５及びｎ＋＋層６の各々は、約１ｎｍから約５０ｎｍの範囲の厚みを有することができる。一部の実施形態では、ｐ＋＋層５及びｎ＋＋層６の各々は、約２５ｎｍから約３５ｎｍの範囲の厚みを有することができる。ｐ＋＋層５及びｎ＋＋層６は、必ずしも同じ厚みであるとは限らない場合がある。一実施形態では、ｐ＋＋層５は、１５ｎｍのＭｇドープＩｎＧａＮであり、ｎ＋＋層６は、３０ｎｍのＳｉドープＧａＮである。ｐ＋＋層５及びｎ＋＋層６は、段階的なドーパント濃度を有することができる。例えば、ｐ型領域２５の近くのｐ＋＋層５の一部分は、ｐ型領域のドーパント濃度からｐ＋＋層５内の望ましいドーパント濃度まで漸変するドーパント濃度を有することができる。同様に、ｎ＋＋層６は、ｐ＋＋層５の近くの最大値からｎ型領域１１の近くの最小値まで漸変するドーパント濃度を有することができる。トンネル接合１００は、トンネル接合１００が逆バイアス時にほぼ抵抗性であり、すなわち、トンネル接合１００が、逆バイアスモードで電流を伝導する時に低い直列電圧降下及び低い抵抗を示すように、十分に薄くかつ十分にドープされるように作製される。一部の実施形態では、逆バイアス時のトンネル接合１００にわたる電圧降下は、電流密度２００Ａ／ｃｏｍ2の時に約０．１Ｖから約１Ｖである。
【００１６】
トンネル接合１００は、ｐ−ｎ接合が順方向バイアスされるように接点５１及び５２にわたって電圧が印加された時に、トンネル接合１００が迅速に壊れて最小の電圧降下で逆バイアス方向に伝導するように作製される。トンネル接合１００内の層の各々は、同じ組成、厚み、又はドーパント組成を有する必要はない。トンネル接合１００はまた、ｐ及びｎ型ドーパントの両方を含有する付加的な層をｐ＋＋層５とｎ＋＋層６の間に含むことができる。
【００１７】
一部の実施形態では、ｐ型領域２５は、基板１０上に成長したｎ型又は非ドープ領域上にトンネル接合なしに直接に形成することができる。その後、接点５２をｐ型領域２５に接続しなければならず、基板１０上のｎ型又は非ドープ領域は、素子を作動させる際に電気的に介入しない。図５に示すようなトンネル接合１００の使用は、接点５２がｎ型領域１１上に形成され、それがｐ型領域よりも良好な電流の広がりを提供するという恩典を有する。
【００１８】
図７は、発光領域よりも前に成長させたｐ型領域を有する素子、つまり、従来の成長基板が除去されている素子の別の例を示している。このような素子は、デバイス層を従来の成長基板上に成長させ、デバイス層をホスト基板に結合し、次に成長基板を除去することによって形成される。図６は、従来の成長基板１０上に成長させたデバイス層を示している。一般的にｎ型又は非ドープである領域６０は、基板１０の上に成長させる。領域６０は、バッファ層又は核生成層のような任意的な予備層と、成長基板の取り除き又は基板除去後のエピタキシャル層の薄肉化を容易にするように考案された任意的なエッチストップ層とを含むことができる。ｐ型領域２５を領域６０の上に成長させ、それに発光層２０及びｎ型領域５０が続く。例えば、オーム接触層、反射層、障壁層、及び結合層を含む１つ又はそれよりも多くの金属層６１をｎ型領域５０の上に堆積させる。
【００１９】
デバイス層は、次に、金属層６１の露出面を通じて図７に示すホスト基板７０に結合される。一般的に金属である１つ又はそれよりも多くの結合層７１は、エピタキシャル構造体とホスト基板の間の熱圧着又は共晶接合のための従順な材料の役目をすることができる。適切な結合層金属の例としては、金及び銀がある。ホスト基板７０は、成長基板を除去した後にエピタキシャル層に対する機械的支持を提供し、ｎ型領域５０との電気的接触を提供する。ホスト基板７０は、一般的に、導電性であり（すなわち、約０．１Ωｃｍ未満）、熱伝導性であり、エピタキシャル層のものに一致する熱膨張率（ＣＴＥ）を有し、かつ強力なウェーハ結合を形成するのに十分なほど平坦である（すなわち、約１０ｎｍ未満の二乗平均平方根粗度を有する）ように選択される。適切な材料には、例えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｕ／Ｍｏ、及びＣｕ／Ｗのような金属と、例えばＰｄ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、及びＡｇのうちの１つ又はそれよりも多くを含む、オーム接点を有するＳｉ及びオーム接点を有するＧａＡｓのような金属接点を有する半導体と、ＡｌＮのようなセラミック又は圧縮ダイヤモンドとが含まれる。
【００２０】
ホスト基板７０及びエピタキシャル層２５、２０、及び５０を高い温度で互いに圧着し、圧力を掛けて図７の７１で示す結合層間の耐久性のある金属結合を形成する。一部の実施形態では、結合処理は、エピタキシャル構造体を有するウェーハが個々の素子にダイスカットされる前にウェーハスケールで行われる。結合のための温度及び圧力範囲は、下限では得られる結合の強度により、上限ではホスト基板構造体及びエピタキシャル構造体の安定性により制限される。例えば、高温及び／又は高圧は、エピタキシャル層の分解、金属接点の層間剥離、拡散障壁の不良、又はエピタキシャル層内の成分材料のガス抜けが生じる可能性がある。適切な温度範囲は、例えば、約２００℃から約５００℃である。適切な圧力範囲は、例えば、約１００ｐｓｉから約３００ｐｓｉである。
【００２１】
サファイア成長基板を除去するために、基板１０と結晶層６０、２５、２０、及び５０との間の界面の一部分は、基板１０を通して高フルエンスのパルス紫外線レーザに反復焼き付けパターンで露出される。レーザの光子エネルギは、サファイア（一部の実施形態ではＧａＮ）の近くの結晶層のバンドギャップを上回り、従って、パルスエネルギは、サファイアの近くのエピタキシャル材料の最初の１００ｎｍ以内で熱エネルギに実質的に変換される。十分に高いフルエンス（すなわち、約１．５Ｊ／ｃｍ2を超える）と、ＧａＮバンドギャップを上回りかつサファイアの吸収エッジ（すなわち、約３．４４及び約６ｅＶの間）よりも小さい光子エネルギとにおいて、最初の１００ｎｍ以内の温度は、ナノ秒スケールで１０００℃を超える温度まで上がり、この温度は、ＧａＮがガリウムガス及び窒素ガスに分解してエピタキシャル層を基板１０から剥離させるのに十分に高いものである。得られる構造体は、ホスト基板７０に結合されたエピタキシャル層６０、２５、２０、及び５０を含む。一部の実施形態では、成長基板は、エッチング、ラッピング、又はその組合せのような他の手段によって除去することができる。
【００２２】
成長基板を除去した後に、残りのエピタキシャル層を薄肉化し、例えば、低品質領域６０を除去してｐ型領域２５を露出させることができる。エピタキシャル層の薄肉化は、例えば、化学機械研磨、従来のドライエッチング、又は光電気化学エッチング（ＰＥＣ）によって行うことができる。その後、接点７２をｐ型領域２０上に形成する。接点７２は、例えば、図７に断面を示す格子とすることができる。
【００２３】
図８は、パッケージ化された発光素子の分解組立図である。挿入成形リードフレーム内に放熱スラグ１００が入れられる。挿入成形リードフレームは、例えば、電気経路を形成する金属フレーム１０６の回りに成形された充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は、任意的な反射カップ１０２を含むことができる。上述の素子のいずれかとすることができる発光素子ダイ１０４は、直接又は間接的に熱伝導サブマウント１０３を通じてスラグ１００に取り付けられる。光学レンズとすることができるカバー１０８を追加することもできる。
【００２４】
本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示に鑑みて本明細書に説明した革新的概念の精神から逸脱することなく本発明に対して修正を行うことができることを認めるであろう。例えば、本明細書に説明の実施形態は、ＩｎＧａＮ発光層を含むが、同じ構造及び技術は、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、又はＡｌＩｎＧａＮ発光層を有する素子に使用することもできる。従って、本発明の範囲は、図示及び説明した特定的な実施形態に限定されないものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】ＩＩＩ族窒化物発光素子を示す図である。
【図２】図１の素子に対する伝導帯の一部分を示す図である。
【図３】本発明の実施形態による素子に対する伝導帯の一部分を示す図である。
【図４】図３に示す伝導帯を有する素子の例を示す図である。
【図５】トンネル接合と発光領域よりも前に成長させたｐ型領域とを組み込んだ素子を示す図である。
【図６】発光領域よりも前に成長させたｐ型領域を有する素子を示す図である。
【図７】ホスト基板への結合及び成長基板の除去後の図６の素子を示す図である。
【図８】パッケージ化された発光素子の分解組立図である。
【図９】ウルツ鉱ＧａＮの単位格子を示す図である。
【符号の説明】
【００２６】
２０  発光層
２３  接触層
４０  ＧａＮ基板
４１  ｎ型領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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