(57)【要約】【課題】ＩＩＩ族窒化物ベースのエピタキシャル層に形成されたオーミックコンタクトを有する発光デバイスにおける改善されたオーミックコンタクト構造、およびｐ型窒化物材料に当該オーミックコンタクト構造を形成する方法を提供する。【解決手段】半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）は、ｐ型窒化物層と、ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトを含むことができる。金属オーミックコンタクトは、約２５Å未満の平均厚さおよび約１０−３Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗を有することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｐ型窒化物層と、
前記ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトとを備え、前記金属オーミックコンタクトは、約２５Å未満の平均厚さおよび約１０−３Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗を備えることを特徴とする半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項２】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層のほぼ１００％を覆っていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項３】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の１００％未満を覆っていることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項４】
前記金属オーミックコンタクトは、Ｐｔを備えることを特徴とする請求項２に記載のＬＥＤ。
【請求項５】
前記金属オーミックコンタクトは、約２０Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項６】
前記金属オーミックコンタクトは、約１３Åから約１８Åの平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項７】
前記金属オーミックコンタクトは、約１０Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項８】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約７０％未満を覆っていることを特徴とする請求項７に記載のＬＥＤ。
【請求項９】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層の一部を覆い、前記ｐ型窒化物層の残りの部分は前記金属オーミックコンタクトで覆われていないことを特徴とする請求項８に記載のＬＥＤ。
【請求項１０】
前記金属オーミックコンタクトは、約５Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１１】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約４７％未満を覆っていることを特徴とする請求項１０に記載のＬＥＤ。
【請求項１２】
前記金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で少なくとも約９２％を備えることを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１３】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層の一部を覆い、前記ｐ型窒化物層の残りの部分は前記金属オーミックコンタクトで覆われていないことを特徴とする請求項１１に記載のＬＥＤ。
【請求項１４】
前記金属オーミックコンタクトは、約３Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１５】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約２８％未満を覆っていることを特徴とする請求項１４に記載のＬＥＤ。
【請求項１６】
前記金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９４％から約９６％を備えることを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ。
【請求項１７】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層の一部を覆い、前記ｐ型窒化物層の残りの部分は前記金属オーミックコンタクトで覆われていないことを特徴とする請求項１５に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記金属オーミックコンタクトは、約１Åの平均厚さを備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約１３％未満を覆っていることを特徴とする請求項１８に記載のＬＥＤ。
【請求項２０】
前記金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９８％超えることを特徴とする請求項１９に記載のＬＥＤ。
【請求項２１】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層の一部を覆い、前記ｐ型窒化物層の残りの部分は前記金属オーミックコンタクトで覆われていないことを特徴とする請求項１９に記載のＬＥＤ。
【請求項２２】
前記金属オーミックコンタクトは、白金、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、および／またはチタン／金を備えることを特徴とする請求項１に記載のＬＥＤ。
【請求項２３】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｐ型窒化物層と、
前記ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトとを備え、前記金属オーミックコンタクトは、約１Åの平均厚さを備えることを特徴とする半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項２４】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約１３％未満を覆っていることを特徴とする請求項１８に記載のＬＥＤ。
【請求項２５】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｐ型窒化物層と、
前記ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトとを備え、前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約１３％未満を覆う約１Åの平均厚さを備えることを特徴とする半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項２６】
前記金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９８％超えることを特徴とする請求項２５に記載のＬＥＤ。
【請求項２７】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｐ型窒化物層と、
前記ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトとを備え、前記金属オーミックコンタクトは、約３５０ｎｍの測定波長で約９８％超える正規化透過率を実現するのに十分な平均厚さを備えることを特徴とする半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項２８】
前記平均厚さは、１Åを備えることを特徴とする請求項２７に記載のＬＥＤ。
【請求項２９】
前記金属オーミックコンタクトは、前記ｐ型窒化物層の覆われていない部分が前記金属オーミックコンタクトを通して露出されるほどに前記ｐ型窒化物層の約１３％未満を覆っていることを特徴とする請求項２７に記載のＬＥＤ。
【請求項３０】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｎ型半導体基板と、
前記基板の上のｎ型ＧａＮエピ層と、
前記ｎ型ＧａＮエピ層の上のｐ型ＧａＮエピ層と、
前記ｐ型ＧａＮエピ層の上の金属オーミックコンタクトであって、約２５Å未満の平均厚さおよび約１０−３Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗を備える金属オーミックコンタクトと、
前記金属オーミックコンタクトの上のボンディングパッドとを備えることを特徴とする半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項３１】
前記平均厚さは、約５Åから約１Åを備えることを特徴とする請求項３０に記載のＬＥＤ。
【請求項３２】
前記金属オーミックコンタクトは、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の約１３％未満から約４７％未満を覆っていることを特徴とする請求項３０に記載のＬＥＤ。
【請求項３３】
前記金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９２％超えることを特徴とする請求項３０に記載のＬＥＤ。
【請求項３４】
前記平均厚さは、約１３Åから約１８Åを備えることを特徴とする請求項３０に記載のＬＥＤ。
【請求項３５】
前記金属オーミックコンタクトを横切って延びる前記ボンディングパッド上の電流拡散指状部をさらに備えることを特徴とする請求項３０に記載のＬＥＤ。
【請求項３６】
前記電流拡散指状部は、直線の指状部または曲がった指状部を備えることを特徴とする請求項３５に記載のＬＥＤ。
【請求項３７】
半導体ベースのフリップチップ型発光デバイス（ＬＥＤ）であって、
ｎ型半導体基板と、
前記基板の上のｎ型ＧａＮエピ層と、
前記ｎ型ＧａＮエピ層の上のｐ型ＧａＮエピ層と、
前記ｐ型ＧａＮエピ層の上の金属オーミックコンタクトｐ電極であって、約２５Å未満の平均厚さを備える金属オーミックコンタクトｐ電極と、
前記金属オーミックコンタクトｐ電極の上の反射材と、
前記反射材の上の金属スタックと、
前記ｎ型ＧａＮエピ層の反対側で前記基板に接するｎ電極と、
前記ｎ電極の上のボンディングパッドとを備えることを特徴とする半導体ベースのフリップチップ型発光デバイス（ＬＥＤ）。
【請求項３８】
前記金属オーミックコンタクトは、約２０Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項３９】
前記金属オーミックコンタクトは、約１３Åから約２０Åの平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項４０】
前記金属オーミックコンタクトは、約１５Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項４２に記載のＬＥＤ。
【請求項４１】
前記金属オーミックコンタクトは、約１０Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項４２】
約２５Å以上を備える平均厚さを金属オーミックコンタクトｐ電極が備え、前記金属オーミックコンタクトｐ電極は前記ｐ型ＧａＮエピ層の約６７％未満を覆っていることを特徴とする請求項４１に記載のＬＥＤ。
【請求項４３】
前記金属オーミックコンタクトは、約５Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項４４】
約２５Å以上を備える平均厚さを金属オーミックコンタクトｐ電極が備え、前記金属オーミックコンタクトｐ電極は前記ｐ型ＧａＮエピ層の約４７％未満を覆っていることを特徴とする請求項４３に記載のＬＥＤ。
【請求項４５】
前記金属オーミックコンタクトは、約３Å未満の平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項４６】
約２５Å以上を備える平均厚さを金属オーミックコンタクトｐ電極が備え、前記金属オーミックコンタクトｐ電極は前記ｐ型ＧａＮエピ層の約２８％未満を覆っていることを特徴とする請求項４５に記載のＬＥＤ。
【請求項４７】
前記金属オーミックコンタクトは、約１Åの平均厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項４８】
約２５Å以上を備える平均厚さを金属オーミックコンタクトｐ電極が備え、前記金属オーミックコンタクトｐ電極は前記ｐ型ＧａＮ層の約１３％未満を覆っていることを特徴とする請求項４７に記載のＬＥＤ。
【請求項４９】
前記反射材は、約３００Åを超える厚さを備えることを特徴とする請求項３７に記載のＬＥＤ。
【請求項５０】
前記反射材は、アルミニウムおよび／または銀を備えることを特徴とする請求項４９に記載のＬＥＤ。
【請求項５１】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法であって、
ｎ型基板の上にｐ型窒化物層を形成するステップと、
前記ｐ型窒化物層の上に金属オーミックコンタクトを、前記金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定された前記ｐ型窒化物層の１００％未満の被覆率に形成するステップと、
前記金属オーミックコンタクトの形成を中止するステップとを備えることを特徴とする方法。
【請求項５２】
金属オーミックコンタクトを形成する前記ステップは、さらに、
ある時間にわたってある速度で前記ｐ型窒化物層および確認スライドガラスの上に金属を堆積して、前記金属オーミックコンタクトのために第１の平均厚さを有する金属層を設けること、
前記確認スライドガラスの上の前記金属層の厚さの表示を監視すること、
前記表示が所定の表示閾値より上である場合には、次の時間および／または次の速度に関して金属をさらに堆積して平均厚さを増すこと、および、
前記表示が前記所定の表示閾値にほぼ等しいか、それより下である場合には、金属の堆積を中止することを備えることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記確認スライドガラスの上の前記金属層の厚さの表示を監視する前記ステップは、前記金属層の透過率、シート抵抗率、キャパシタンス、反射率、および／または共振周波数を測定することを備えることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
約３５０ｎｍの測定波長で約９２％の透過率は、厚さが約５Å未満の平均厚さを備えることを示し、
約３５０ｎｍの測定波長で約９４％から約９６％の透過率は、厚さが約３Å未満の平均厚さを備えることを示し、
約３５０ｎｍの測定波長で約９８％を超える透過率は、厚さが約１Åの平均厚さを備えること示すことを特徴とする請求項５３に記載の方法。
【請求項５５】
金属をさらに堆積する前記ステップは、前記表示が前記所定の表示閾値を超えるまで金属の堆積を続けることを備えることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記速度は、毎秒約０．１Åから約０．５Åを備えることを特徴とする請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
金属オーミックコンタクトを形成する前記ステップは、さらに、
ある時間にわたってある速度で前記ｐ型窒化物層および確認スライドガラスの上に金属を堆積して、前記金属オーミックコンタクトのために第１の平均厚さを有する金属層を設けること、
前記確認スライドガラスの上の前記金属層の厚さの表示を監視すること、
前記表示が所定の表示閾値にほぼ等しいか、それより上である場合には、金属の堆積を中止すること、および、
前記表示が前記所定の表示閾値より下である場合には、前記ｐ型窒化物層および前記確認スライドガラスから前記金属層を除去し、前記ｐ型窒化物層および前記確認スライドガラスの上に次の時間にわたっておよび／または次の速度で金属をさらに堆積することを備えることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項５８】
前記関連した表示が前記所定の表示閾値にほぼ等しいか、それより上であるように前記金属層が形成されるまで、除去後に金属の次の再堆積のために前記次の時間および／または次の速度を調整することをさらに備えることを特徴とする請求項５７に記載の方法。
【請求項５９】
金属オーミックコンタクトを形成する前記ステップは、さらに、
ある時間にわたってある速度で第１の試験基板の上に金属を堆積して、第１の金属層を設けること、
前記第１の金属層の厚さの表示を監視すること、
前記表示が前記金属オーミックコンタクトの厚さ許容誤差の範囲内にある場合には、前記時間にわたって前記速度で前記ｐ型窒化物層の上に金属を堆積して、前記平均厚さを有する前記金属オーミックコンタクトを設けること、
前記表示が前記厚さ許容誤差の範囲内にない場合には、第２の時間にわたっておよび／または第２の速度で第２の試験基板の上に金属を堆積して、第２の金属層を設けること、
前記第２の金属層の厚さの表示を監視すること、および、
前記第２の金属層の厚さの前記表示が前記厚さ許容誤差の範囲内にある場合には、前記第２の時間にわたっておよび／または前記第２の速度で前記ｐ型窒化物層の上に金属を堆積して、前記平均厚さを有する前記金属オーミックコンタクトを設けることを備えることを特徴とする請求項５１に記載の方法。
【請求項６０】
前記速度で異なる時間にわたって金属を堆積し続けること、および、形成された金属層の厚さを監視して、前記金属層を前記厚さ許容誤差の範囲内に形成するのに十分な時間決定することをさらに備えることを特徴とする請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
半導体ベースのフリップチップ型ＬＥＤであって、
ｐ型窒化物層と、
前記ｐ型窒化物層の上の金属オーミックコンタクトｐ電極であって、約２５Å未満の平均厚さを備える金属オーミックコンタクトｐ電極と、
前記金属オーミックコンタクトｐ電極の上の反射材とを備えることを特徴とする半導体ベースのフリップチップ型ＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスに関連し、より詳細には、III族窒化物ベースのエピタキシャル層に形成されたオーミックコンタクトを有する発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、Raffetto等によるUltra-Thin Ohmic Contacts for P-Type Nitride Light Emitting Devicesという名称の２００４年７月２７日に出願された米国特許仮出願第６０／５９１，３５３号明細書およびRaffettoによるUltra-Thin Ohmic Contacts for P-Type Nitride Light Emitting Devicesという名称の２００４年１２月２８日に出願された米国特許仮出願第６０／６３９７０５号明細書に関連している。
【０００３】
発光ダイオードおよびレーザダイオードは、十分な電圧の印加によって光を発生することができるよく知られた固体電子デバイスである。発光ダイオードおよびレーザダイオードは、通常、発光デバイス（ＬＥＤ）と呼ぶことができる。発光デバイスは、通常、サファイア、シリコン、炭化珪素、ガリウム砒素および同様なもののような基板の上に成長されたエピタキシャル層中に形成されたｐ−ｎ接合を備える。ＬＥＤから発せられる光の波長分布は、ｐ−ｎ接合が作られた材料、およびこのデバイスの活性領域を備える薄いエピタキシャル層の構造に依存している。
【０００４】
一般に、ＬＥＤはｎ型基板、基板上に形成されたｎ型エピタキシャル領域、およびｎ型エピタキシャル領域の上に形成されたｐ型エピタキシャル領域を含む。デバイスに電圧を印加することを容易にするために、陽極オーミックコンタクトは、デバイスのｐ型領域（一般に、露出されたｐ型エピタキシャル層）に形成され、陰極オーミックコンタクトはデバイスのｎ型領域（基板または露出されたｎ型エピタキシャル層など）に形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６，７４０，９０６号明細書
【特許文献２】米国特許第６，７３４，０３３号明細書
【特許文献３】米国特許第６，６６４，５６０号明細書
【特許文献４】米国特許第６，２０１，２６２号明細書
【特許文献５】米国特許第６，１８７，６０６号明細書
【特許文献６】米国特許第６，１２０，６００号明細書
【特許文献７】米国特許第５，９１２，４７７号明細書
【特許文献８】米国特許第５，７３９，５５４号明細書
【特許文献９】米国特許第５，６３１，１９０号明細書
【特許文献１０】米国特許第５，６０４，１３５号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献１３】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１４】米国特許第５，３３８，９４４号明細書
【特許文献１５】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献１６】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１７】米国特許第５，０２７，１６８号明細書
【特許文献１８】米国特許第４，９６６，８６２号明細書
【特許文献１９】米国特許第４，９１８，４９７号明細書
【特許文献２０】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８号明細書
【特許文献２１】米国特許出願第１０／８９９，７９１号明細書（代理人整理番号第５３０８−２０４ＩＰ）
【特許文献２２】米国特許出願第１０／８８１，８１４号明細書（代理人整理番号第５３０８−４５７）
【特許文献２３】米国特許出願第１０／８９９，７９３号明細書（代理人整理番号第５３０８−４６８）
【特許文献２４】米国特許出願公開第２００３／０１２３１６４号明細書
【特許文献２５】米国特許出願公開第２００３／０１６８６６３号明細書
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】R.Jaeger, INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATION（２００２年、第２版）、第６章
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高導電性のｐ型III族窒化物材料（ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、およびＡｌＩｎＮなど）を作ることは困難である可能性があるために、ｐ型層中に広がる電流が不足していることが、そのような材料で形成されたＬＥＤの性能の制限因子である可能性がある。したがって、電流がデバイスのできるだけ多くの活性領域を通過するようにするために、露出されたｐ型層のできるだけ多くの表面積を覆うオーミックコンタクトを形成することが望ましい可能性がある。しかし、大きな陽極コンタクトを設けることは、いくつかの点でデバイス性能に有害である可能性がある。発光ダイオードからできるだけ多くの光を取り出すことが一般に望ましい。通常、陽極オーミックコンタクトは金属層を備えるので、ＬＥＤの活性領域で発生した光は、一部がオーミックコンタクトで吸収され、デバイスの全体的な発光効率を減少させる可能性がある。
いくつのデバイスでは、通常ｐ型層を通過してデバイスを出た光が反射されてデバイスに戻って基板を通して取り出されるように、露出されたｐ型層を覆って反射金属層を形成することが望ましいことがある。しかし、アルミニウムおよび銀のような高反射金属は、ｐ型窒化物材料に対して良好なオーミックコンタクトを形成しない。したがって、オーミックコンタクトは、一般に、ｐ型窒化物層と反射材の間に設けられる。オーミックコンタクトでの吸収を減少させることは、相変わらずそのようなデバイスの問題である。
【０００８】
したがって、改善されたオーミックコンタクト構造およびｐ型窒化物材料にオーミックコンタクト構造を形成する方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に従った実施形態は、ｐ型窒化物発光デバイス用の極薄オーミックコンタクトおよび形成方法を提供することができる。これらの実施形態に従って、半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）は、ｐ型窒化物層と、その上の金属オーミックコンタクトとを含むことができ、金属オーミックコンタクトは、約２５Å未満の平均厚さおよび約１０−３Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗を有する。金属オーミックコンタクトはＰｔを備えることができる。
【００１０】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約２０Å未満の平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約１３Åから約１８Åの平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約１５Åの平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約１０Å未満の平均厚さを有する。
【００１１】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定されたｐ型窒化物層の約６７％未満を覆っている。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、ｐ型窒化物層の一部を覆い、ｐ型窒化物層の残りの部分は金属オーミックコンタクトで覆われていない。
【００１２】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約５Å未満の平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定されたｐ型窒化物層の約４７％未満を覆っている。
【００１３】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９２％である。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、ｐ型窒化物層の一部を覆い、ｐ型窒化物層の残りの部分は金属オーミックコンタクトで覆われていない。
【００１４】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約３Å未満の平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定されたｐ型窒化物層の約２８％未満を覆っている。
【００１５】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９４％から約９６％である。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、約１Åの平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定されたｐ型窒化物層の約１３％未満を覆っている。本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトの正規化透過率は、約３５０ｎｍの測定波長で約９８％を超える。
【００１６】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトは、白金、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、および／またはチタン／金であることができる。本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは、また、金属オーミックコンタクトの上にボンディングパッドを含むこともできる。
【００１７】
本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは、ｐ型窒化物層およびその上の金属オーミックコンタクトを含むことができ、金属オーミックコンタクトは約１Åの平均厚さを有する。本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは、ｐ型窒化物層およびその上の金属オーミックコンタクトを含むことができる。金属オーミックコンタクトは、金属オーミックコンタクトのオージェ解析によって測定されたｐ型窒化物層の約１３％を覆う約１Åの平均厚さを有することができる。
【００１８】
本発明に係る一実施形態では、ＬＥＤは、ｐ型窒化物層およびその上の金属オーミックコンタクトを含むことができる。金属オーミックコンタクトは、約３５０ｎｍの測定波長で約９８％を超える正規化透過率を実現するのに十分な平均厚さを有することができる。
【００１９】
本発明に係る一実施形態では、半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法は、ｎ型基板の上にｐ型窒化物層を形成すること、ｐ型窒化物層の上に金属オーミックコンタクトを、約２５Å未満の平均厚さおよび約１０−３Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗に形成すること、および金属オーミックコンタクトの形成を中止すること、によって実現することができる。
【００２０】
本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトを形成することは、さらに、ある時間にわたってある速度でｐ型窒化物層および確認スライドガラスの上に金属を堆積して金属オーミックコンタクトのために第１の平均厚さを有する金属層を設けることを含み、確認スライドガラスの上の金属層の厚さの表示が監視される。この表示が所定の表示閾値より上である場合には、平均厚さを増すように次の時間および／または次の速度に関して金属がさらに堆積される。表示が所定の表示閾値にほぼ等しいか、それより下である場合には、金属の堆積は中止される。
【００２１】
本発明に係る一実施形態では、厚さの表示の監視は、金属層の透過率、シート抵抗率、キャパシタンス、反射率、および／または共振周波数を測定することによって行われる。本発明に係る一実施形態では、表示が所定の表示閾値を超えるまで金属がさらに堆積される。本発明に係る一実施形態では、堆積の速度は、毎秒約０．１Åから約０．５Åである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明のいくつかの実施形態を示す断面図である。
【図２Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従ったオーミックコンタクトを有するＬＥＤダイスを示す上面図である。
【図２Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従ったオーミックコンタクトを有するＬＥＤダイスを示す上面図である。
【図３】本発明のさらに他の実施形態を示す断面図である。
【図４】本発明の方法の実施形態を示す流れ図である。
【図５】ある波長範囲にわたって測定されたときの様々な厚さの白金膜の透過率を示すグラフである。
【図６】本発明のさらに他の方法の実施形態を示す流れ図である。
【図７】本発明のさらに他の方法の実施形態を示す流れ図である。
【図８】本発明のいくつかの実施形態に従った薄膜堆積システムを示す模式図である。
【図９Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従った約１０Åの平均厚さを有する白金コンタクト層の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）像を示す図である。
【図９Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従った約１０Åの平均厚さを有する白金コンタクト層の走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）像を示す図である。
【図１０Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従った約３Åの平均厚さを有する白金コンタクト層のＳＴＥＭ像を示す図である。
【図１０Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従った約３Åの平均厚さを有する白金コンタクト層のＳＴＥＭ像を示す図である。
【図１１Ａ】本発明のいくつかの実施形態に従った約１Åの平均厚さを有する白金コンタクト層のＳＴＥＭ像を示す図である。
【図１１Ｂ】本発明のいくつかの実施形態に従った約１Åの平均厚さを有する白金コンタクト層のＳＴＥＭ像を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
ここで本発明の実施形態が示されている添付の図面を参照して、以下で本発明をより完全に説明する。本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されるように解釈されるべきでない。それどころか、これらの実施形態は、この開示が徹底的で完全であり本発明の範囲を当業者に完全に伝えるように与えられている。全体を通して、同様な数字は同様な要素を参照する。
さらに、図に示された様々な層および領域は模式的に示されている。また当業者は理解するように、本発明は半導体ウェーハおよびダイシングされたチップに関して説明されているが、そのようなチップは、任意の大きさにダイシングされる可能性がある。したがって、本発明は、添付の図に示された相対的な大きさおよび間隔に限定されない。その上、層の厚さおよび特徴の大きさのような図面の特定の特徴は、図面をはっきりさせ説明を容易にするために誇張された寸法で示されている。
【００２４】
本明細書で使用される用語は、特定の実施形態を説明する目的のためだけのものであり、本発明を限定するように意図されていない。本明細書で使用されるとき、単数形「ひとつの」および「その」は、文脈が特に明らかに指示しない限り、複数形も含む意図である。さらに理解されることであろうが、用語「備える」および／または「備えている」は、本明細書で使用されるとき、述べられた特徴、完全体、ステップ、動作、要素、および／または部品の存在を明示するが、１つまたは複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、部品、および／またはこれらのグループの存在または追加を排除しない。
【００２５】
理解されることであるが、要素または層が、他の要素または層「の上に」ある、または他の要素または層「に接続されて」または「に結合されて」いると呼ばれるとき、それは、他の要素または層の直ぐ上にあり、または他の要素または層に直接接続または結合されていることがあり、または介在する要素または層が存在することがある。対照的に、要素が、他の要素または層「の直ぐ上に」ある、他の要素または層「に直接に接続されて」または「に直接に結合されて」いると呼ばれるとき、存在する介在する要素または層はない。全体を通して同様な数字は同様な要素を参照する。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、関連した列挙されたものの１つまたは複数のどのような組合せも含む。
【００２６】
理解されることであるが、第１、第２、その他の用語は、様々な要素、部品、領域、層および／または部分を記述するために本明細書で使用されることがあるが、これらの要素、部品、領域、層および／または部分は、これらの用語によって限定されるべきでない。これらの用語は、１つの要素、部品、領域、層または部分を他の要素、部品、領域、層または部分と区別するために使用されているだけである。したがって、以下で述べる第１の要素、部品、領域、層または部分は、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、部品、領域、層または部分と呼ぶことができる。
【００２７】
さらに、「より下の」または「底」および「より上の」または「頂上」などの相対的な用語は、図に示されているような１つの要素の他の要素に対する関係を記述するために本明細書で使用されることがある。理解されることであるが、相対的な用語は、図に示された向きの外にデバイスの異なる向きを含むことを意図する。例えば、図のデバイスがひっくり返された場合、他の要素の「より下の」側にあると記述された要素は、そのとき、他の要素の「より上の」側に位置するだろう。したがって、例示的な用語「より下の」は、図の特定の向きに依存して「より下の」と「より上の」の両方の向きを含むことができる。同様に、図の１つのデバイスがひっくり返された場合、他の要素「より下に」または「の真下に」と記述された要素は、他の要素「より上に」位置するだろう。したがって、例示的な用語「より下に」または「の真下に」は、上側と下側の両方を含むことができる。
【００２８】
オーミックコンタクトの厚さに関係して本明細書で使用されるときに、用語「約」は＋／−１Åの許容誤差の範囲内を意味する。
【００２９】
特に定義されなければ、本明細書で使用される全ての用語（技術的および科学的用語を含む）は、この発明が属する当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有している。さらに理解されることであるが、一般に使用される辞書で定義されている用語のような用語は、関連した技術分野および本明細書の背景におけるそれの意味と一致した意味を持つものとして解釈されるべきであり、本明細書で明確にそのように定義されない限り、理想化されたまたは過度に形式的な意味で解釈されるべきでない。
【００３０】
本発明の実施形態は、本発明の理想的なものと考えられる実施形態の模式的な説明図である断面説明図を参照して、本明細書で説明される。したがって、例えば製造技術および／または許容誤差の結果としてこれらの説明図の形の変形物が予想される。したがって、本発明の実施形態は、本明細書で示される領域の特定の形に限定されるように解釈されるべきでなく、例えば製造に起因する形のずれを含むことになっている。例えば、矩形として示された領域には、１つの領域から次の領域への離散的な変化でなく、一般に、丸くなった、曲がったまたは傾斜した特徴が縁部にある。したがって、図に示された領域は、本質的に模式的であり、その形は、デバイスの領域の正確な形を示す意図でなく、また本発明の範囲を限定する意図でない。
【００３１】
ここで、本発明の実施形態は、全体的に、炭化珪素ベースの基板の上の窒化ガリウムベースの発光ダイードに関連して説明される。しかし、当業者は理解することであろうが、本発明の多くの実施形態は、基板およびエピタキシャル層の多くの異なる組合せで使用することができる。例えば、組合せには、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓダイオード、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓダイオード、ＳｉＣまたはサファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上のＳｉＣダイオード、および／または、窒化ガリウム、炭化珪素、窒化アルミニウム、サファイア、酸化亜鉛および／または他の基板の上の窒化物ベースのダイオードがあり得る。
【００３２】
ＧａＮベースの発光デバイスは、一般的に、ＳｉＣまたはサファイアのような絶縁性、半導体性、または導電性基板を備え、この基板の上に複数のＧａＮベースのエピタキシャル層が堆積される。エピタキシャル層は、通電されたとき光を発するｐ−ｎ接合を有する活性領域を備えている。
【００３３】
本明細書で開示されたＬＥＤの様々な実施形態は基板を含むが、当業者は理解するであろうが、ＬＥＤを備えるエピタキシャル層が成長された結晶エピタキシャル成長基板を切り取ることができ、独立したエピタキシャル層を、元の基板よりも優れた熱的、電気的、構造的および／または光学的特性を有する可能性のある代わりのキャリア基板またはサブマウント（ｓｕｂｍｏｕｎｔ）に取り付けることができる。本明細書で説明される本発明は、結晶エピタキシャル成長基板を有する構造に限定されず、エピタキシャル層が元の成長基板から切り取られ、代わりのキャリア基板に結合された構造に関係して使用することができる。
【００３４】
本発明の実施形態で使用する発光デバイスは、ノースカロライナ州ダラムのＣｒｅｅ  Ｉｎｃ．が製造販売しているデバイスのような炭化珪素基板に作られた窒化ガリウムベースの発光ダイオードまたはレーザであってもよい。例えば、本発明は、特許文献１から１９に記載されているＬＥＤおよび／またはレーザで使用するのに適している。他の適切なＬＥＤおよび／またはレーザは、GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURESという名称の特許文献２０、２００４年７月２７日出願のGROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DEVICE STRUCTURES WITH AN INDIUM CONTAINING CAPPING STRUCTUREという名称の特許文献２１、２００４年６月３０日出願のLIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURESという名称の特許文献２２、２００４年７月２７日出願のLIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PADという名称の特許文献２３に記載されている。
【００３５】
本発明の特定の実施形態では、発光デバイスは、活性領域で発生した光を元のデバイスを通すように反射する反射層を実現するｐ電極を含むことができる。反射ｐ電極および関連した構造は、LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFORという名称の特許文献２４およびREFLECTIVE OHMIC CONTACTS FOR SILICON CARBIDE INCLUDING A LAYER CONSISTING ESSENTIALLY OF NICKEL, METHODS OF FABRICATING SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING THE SAMEという名称の特許文献２５に記載されている。
【００３６】
本明細書で使用されるときに、用語「オーミックコンタクト」は、それに関連したインピーダンスが、実質的に全ての予想される動作周波数において、インピーダンス＝Ｖ／Ｉの関係で実質的に与えられるコンタクトを意味する（すなわち、オーミックコンタクトに関連したインピーダンスは全ての動作周波数で実質的に同じである）。ここでＶはコンタンクトの両端間の電圧であり、Ｉは電流である。例えば、本発明に係る一実施形態では、オーミックコンタクトは、約１０−０３Ωｃｍ２未満、別の実施形態では約１０−０４Ωｃｍ２未満の固有接触抵抗を有するコンタクトであることができる。したがって、整流性のコンタクト、または高い固有接触抵抗、例えば約１０−０３Ωｃｍ２を超える固有接触抵抗を有するコンタクトは、本明細書でいうところのオーミックコンタクトではない。
【００３７】
ＬＥＤは、金属板、プリント回路基板またはリードフレーム（これらの全ては本明細書で「サブマウント」と呼ばれる）のようなサブマウントに基板側を下にして取り付けることができる。図１は、ｎ型ＳｉＣ基板１０を有するＬＥＤ１を模式的に示し、活性領域１２は、基板上に成長されメサにパターン形成されたｎ−ＧａＮベースの層１４およびｐ−ＧａＮベースの層１６を備える。金属ｐ電極１８は、ｐ−ＧａＮ層１６に堆積されかつ電気的に結合されており、ワイヤボンディング接続２８がｐ電極１８の上のボンディングパッド２０に行われている。導電性基板の上にあり電気的に結合されたｎ電極２２は、導電性エポキシ２６を使用して導電性サブマウント２４に取り付けられている。エポキシ２６は、熱硬化され、それによってエポキシは硬くなり、ＬＥＤチップの安定した導電性取付けを実現する。活性領域１２で発生した光は、デバイスの上方外側に向けられる。しかし、発生した光の一部は、オーミックなｐ電極１８（本明細書でときどきオーミックコンタクト１８と呼ばれる）で吸収される可能性がある。
【００３８】
ｐ電極１８による光の吸収を減少させおよび／または最小限にするために、ｐ電極の厚さは、本発明の一実施形態では２５Åより下に減少させることができる。本発明の一実施形態は、再現可能で制御可能な、かつ製造可能な方法で堆積することができる極薄ｐコンタクト金属を実現する。一実施形態では、オーミックコンタクト１８は白金を含む。他の材料もオーミックコンタクト１８に使用することができる。例えば、オーミックコンタクト１８は、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、および／またはチタン／金を備えることができる。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は２５Å未満の平均厚さを有する。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は２０Å未満の平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は、１３から１８Åの平均厚さを有することができる。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は約１５Å＋／−１Åの平均厚さを有することができる。ある実施形態では、オーミックコンタクト１８は１０Å未満の平均厚さを有する。別の実施形態では、オーミックコンタクト１８は５Å未満の平均厚さを有し、さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は３Å未満の平均厚さを有する。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクトは約１Åの平均厚さを有する。
【００３９】
当業者は理解することであろうが、１０Å未満の膜厚、特に５Å未満の膜厚は、部分単分子層またはサブモノレーヤ（ｓｕｂ−ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）の表面被覆率を表す可能性がある。したがって、たとえ結果として得られた層が「膜」と呼ばれても、その膜は、ｐ型ＧａＮ層の表面をただ部分的に覆っているだけである可能性がある。さらに、ｐ型ＧａＮ層の未被覆部分のいくつかは、それらの部分が金属オーミックコンタクトの最小平均厚さよりも厚い膜で覆われていないので、「露出されている」として特徴付けることができる（例えば、露出された部分は、金属オーミックコンタクトのサブモノレーヤで覆われている）。
【００４０】
このように、本発明のある実施形態は、７０％未満の被覆率を有するコンタクト層を実現する。本発明のさらに他の実施形態は、５０％未満の被覆率を有するコンタクト層を実現する。本発明のさらに他の実施形態は、３０％未満の被覆率を有するコンタクト層を実現する。本発明の他の実施形態は、２０％未満の被覆率を有するコンタクト層を実現する。本明細書で使用されるように、金属オーミックコンタクトがｐ型窒化物層の特定の割合「だけ」（例えば、７０％）を覆うと説明されるとき、ｐ型窒化物層の残りの部分（例えば、３０％）は、覆われていないか（すなわち、露出されている）、またはｐ型窒化物層を覆う金属オーミックコンタクトの平均厚さよりも薄い金属オーミックコンタクトの部分で覆われていることがあることは理解されるだろう。さらに、被覆率のこれらの割合は、金属オーミックコンタクトの外縁の下にないｐ型窒化物の部分（例えば、大きすぎるｐ型窒化物層）を含むように解釈することはできない。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態に従ったオーミックコンタクトは、電子ビーム（ｅ−ビーム）蒸着によって、または原子レベルに薄い金属膜を制御可能に形成するのに適したどんな他の技術よっても形成することができる。例えば、適切なプロセス制御が維持される限りにおいて、電気メッキによってオーミックコンタクトを形成することが可能である可能性がある。電子ビーム蒸着において、金属ソースターゲットは、真空チャンバ中で、ターゲットの領域を融解する高強度電子ビームによって気化点まで加熱される。チャンバ内に置かれたエピタキシャルウェーハは、気化された金属で制御可能に覆われる。ｅ−ビーム蒸着および他の膜堆積方法は、非特許文献１に説明されている。
【００４２】
このプロセスの堆積速度は、電子ビームの電流およびエネルギーを変えることによって制御することができる。一実施形態では、膜厚の適切な制御を維持するために、堆積速度は、低い速度、例えば毎秒０．１〜０．５Åの範囲に維持される。その上、膜堆積は、オーミック金属膜が同時に堆積される確認スライドガラスの透過特性を監視することによって、堆積中に制御することができる。確認スライドガラスは、サファイア、石英、または金属膜を堆積することができる任意の他の光学的に透明な材料であってもよい。金属膜厚に対する透過感度は、監視プロセスで使用される光の波長に依存している。すなわち、透過感度は、より短い波長で高くなる可能性がある。したがって、いくつかの実施形態では、３５０ｎｍ以下の波長の光を放射することができるＵＶ分光光度計などのＵＶ光源を使用する監視システムによって、サファイア確認スライドガラスの透過特性が、膜堆積中および膜堆積後に測定される。遅い堆積速度は、薄い層の再現可能で制御可能な堆積を可能にすることができる。
【００４３】
オーミックコンタクト１８は、１〜２５Åの厚さの範囲を有することができる。フリップチップ型デバイスの白金コンタクトの場合、好ましい厚さは１〜５Åである。フリップチップ型デバイスは、一般に、オーミックコンタクトの上に一面に堆積された追加の金属層を含む。金属スタック３２を形成する障壁層、ボンディング層および／または付着層だけでなく、例えば、図３に示す反射層３０がある可能性がある。したがって、電流の広がりは、反射層３０および／または金属スタック３２で起こる可能性がある。非フリップチップ型デバイスの白金コンタクトの場合、好ましい厚さは１３〜１８Åであり、金属の電流拡散指状部を含むボンディングパッドがオーミックコンタクト１８の上に形成される。
【００４４】
一旦堆積されると、オーミックコンタクト１８は、「堆積されたままで」オーミックコンタクト、すなわち非整流性コンタクトを実現する。すなわち、ｐ型ＧａＮ層１６に対して準理想的電気コンタクトを実現するために、さらなる処理またはアニールは必要でない可能性がある。しかし、いくつかの場合には、オーミック特性を改善するために（例えば、コンタクト層の固有接触抵抗を減少させるためなど）、オーミックコンタクト１８をアニールするか、他の堆積後処理を行うことが必要であるか、または望ましいことがある。
【００４５】
いくつかの実施形態では、本発明に従った方法は、基板の上にｎ型エピタキシャル層を形成すること、ｎ型エピタキシャル層の上にｐ型エピタキシャル層を形成してデバイス予備構造を実現すること、デバイス予備構造をｅ−ビーム蒸着システムに配置すること、確認スライドガラスを蒸着システムに配置すること、および確認スライドガラス上の金属膜の透過率を同時に監視しながらデバイス予備構造および確認スライドガラスの上に白金の層を形成することを含む。いくつかの実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９８％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９６％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。さらに他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９２％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。
【００４６】
図５に示すように、確認スライドガラス上に堆積された金属膜の正規化透過率は、膜の厚さおよび測定に使用される光の波長に依存して変化する。言い換えると、金属膜の吸収率は、膜厚とその膜を通過する光の波長の両方の関数である。図５のグラフから明らかなように、厚さの関数としてみた場合の吸収率の最も大きな変化は、より短い波長で起こる。例えば、３５０ｎｍの波長において、１Åの白金膜は、９８％から１００％の透過率を示すが、一方で、３Åの平均厚さを有する膜は９４から９６％の透過率を示し、５Åの平均厚さを有する膜は約９２％の透過率を示す。この効果は、より短い波長でさらにいっそう顕著である。
【００４７】
したがって、いくつかの実施形態では、３５０ｎｍ以下の波長で光を放射することができるＵＶ光源を使用する監視システムによって、膜堆積中に、サファイア確認スライドガラスの透過特性が監視される。較正された確認スライドガラスの上に形成された金属膜の透過率をその場で監視することによって、金属膜の透過率が所定の閾値レベルに達する前に、または達した後で、堆積プロセスを停止させることができる。したがって、極薄金属膜の堆積は、本発明の実施形態に従って高い精度で制御することができる。
【００４８】
いくつかの実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９８％より下に落ちる前に、オーミックコンタクトの堆積を停止させることができる。他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９６％より下に落ちる前に、オーミックコンタクトの堆積を停止させることができる。さらに他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９２％より下に落ちる前に、オーミックコンタクトの堆積を停止させることができる。
【００４９】
堆積された金属膜の厚さを監視する他の方法を使用することができる。例えば、膜厚に従って変化する膜（または、膜が堆積される材料）の他の物理的、電気的または光学的特性を測定し、知られている標準と比較して、膜厚を決定することができる。そのような特性には、膜のシート抵抗率、キャパシタンス、または反射率がある可能性があるが、これらに限定されない。１つの実施形態では、堆積中に、蒸着材料で覆われる石英結晶の共振周波数が監視される。石英結晶の共振周波数は、堆積された膜の厚さに比例してシフトし、膜厚の十分に正確な基準を与えることができる。非特許文献１を参照されたい。
【００５０】
電流の広がりを容易にするために、ボンディングパッドは、オーミックコンタクトの部分を横切って延びる１つまたは複数の電流拡散指状部を含むことができる。図２Ａおよび２Ｂに示すように、オーミックコンタクト１８の上に形成されたボンディングパッド２０は、オーミックコンタクト１８の部分を横切ってボンディングパッド２０から延びる１つまたは複数の電流拡散指状部２１を含むことができる。電流拡散指状部２１は、図２Ａに示すように直線であってもよく、または図２Ｂに示すように曲がっていてもよい。他の構成が可能である。図２Ａおよび２Ｂに示す実施形態は各々４つの指状部２１を含むが、所望の電流広がりの量に依存して、より多くのまたはより少ない指状部２１を使用することができる。
【００５１】
図３は、本発明のいくつかの実施形態に従った他のＬＥＤを示し、ＬＥＤはフリップチップ取付けされるように設計されている（すなわち、基板側を上に取り付けられる）。図３は、ｎ型ＳｉＣ基板１０を有するＬＥＤ２を模式的に示し、活性領域１２は、基板の上に成長されメサにパターン形成されたｎ−ＧａＮベースの層１４およびｐ−ＧａＮベースの層１６を備えている。金属ｐ電極１８がｐ−ＧａＮ層１６の上に堆積され、かつｐ−ＧａＮ層１６に電気的に結合され、ワイヤボンディング接続２８がｐ電極１８の上のボンディングパッド２０に対して行われている。導電性基板１０の上にあり、かつ導電性基板１０に電気的に結合されたｎ電極２２は、ボンディングパッド２０を含み、このボンディングパッド２０にワイヤボンディング接続２８が行われている。図３の実施形態では、ＬＥＤは、さらに、反射材３０を含む。上で参照した特許文献１に記載されている金属スタックのような金属スタック３２が、反射材３０の上に形成されて、例えば障壁層、付着層および／またはボンディング層を実現する。次に、デバイス全体が半田３４によってサブマウント２４に取り付けられる。
【００５２】
より多くの光が反射材３０で反射されるようにｐ電極１８による光の吸収を減少させ、または最小限にするために、ｐ電極の厚さは、本発明に従って２５Åより下に減少される。いくつかの実施形態では、ｐ電極１８は白金を備える。オーミックコンタクト１８に他の材料を使用することができる。例えば、オーミックコンタクト１８は、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、および／またはチタン／金を備えることができる。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は２５Å未満の平均厚さを有する。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は２０Å未満の平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は、１３から１８Åの平均厚さを有することができる。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は約１５Åの平均厚さを有することができる。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は１０Å未満の平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は５Å未満の平均厚さを有し、さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は３Å未満の平均厚さを有する。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は約１Åの平均厚さを有する。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は、１０Å未満の平均厚さおよび約７０％未満の被覆率を有する。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクト１８は、５Å未満の平均厚さおよび約５０％未満の被覆率を有し、さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は、３Å未満の平均厚さおよび約３０％未満の被覆率を有する。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクト１８は、約１Åの平均厚さおよび約１５％未満の被覆率を有する。
【００５３】
反射材３０は、好ましくは、約３００Åよりも厚く、かつ好ましくはアルミニウムおよび／または銀を備える。図３の実施形態は、反射材３０が薄い透明オーミックコンタクト１８の全表面積にわたって薄い透明オーミックコンタクト１８に接触しているので、改善された電流広がりを実現することができる。したがって、他の実施形態でそうである可能性があるように、電流は、オーミックコンタクト１８を通って水平方向に流れる必要がない。したがって、電流広がりは、この実施形態では高められる。他のコンタクト構造、例えば特許文献１に詳細に記載されているものを使用することができる。上述のように、ＡｌおよびＡｇのような高反射材料は、ｐ型ＧａＮに対して不満足なオーミックコンタクトを作る可能性がある。現象は十分に調べられていないが、ｐ型ＧａＮ層と銀反射材の間に白金の極薄層を設けることで、高い反射率を維持しながらこの反射材とｐ型ＧａＮの間に満足なオーミックコンタクトを形成することができるほど十分に界面の銀の仕事関数を下げることができるようになると思われる。
【００５４】
本発明の実施形態は、ｐコンタクト金属での吸収に起因するＬＥＤの光損失を減少させることができる。ｐコンタクト金属は、電圧降下が最小限であるオーミックコンタクトを作るために必要である可能性があるが、一般に、コンタクト金属は光損失を引き起こす。本発明の実施形態は、反射的なｐ側金属スタックまたは透明なｐ側金属スタックを使用する高輝度窒化物ＬＥＤに適した低光損失、低接触抵抗、および優れた金属−半導体付着性を有するコンタクトを実現することができる。ｐコンタクト金属を極薄層（例えば、Ｐｔの２５Åに対して１．５Å）に減らすことによって、デバイスの光出力を実質的に増加させることができる。例えば、３００×３００μｍ角のチップでほぼ１０％の光出力の改善が達成され、９００×９００μｍ角のチップでほぼ２０％の改善が達成された。輝度レベルの向上は、一般的な照明用途および自動車のヘッドランプなどの他の特殊照明用途の製品に固体光源を採用することを速める可能性がある。
【００５５】
図４は、本発明の方法の実施形態を示す。図４に示すように、方法の実施形態は、ステップ１００でＧａＮベースの発光デバイスの予備構造を製作することを含むことができる。ＧａＮベースの発光デバイスの予備構造を製作するステップは、ｎ型エピタキシャル層を基板の上に形成すること、およびｎ型エピタキシャル層の上にｐ型エピタキシャル層を形成することを含むことができる。ステップ１０５で、本方法は、デバイス予備構造および確認スライドガラスをｅ−ビーム蒸着システムのような金属膜堆積システムに配置することを含む。ステップ１１０で続いて、本方法は、デバイス予備構造および確認スライドガラスの上に金属膜を堆積することを含む。ステップ１１５で、確認スライドガラス上の金属膜の透過率が測定される。膜の透過率が所定の閾値に達するか、または所定の閾値より下に落ちた場合（判定ブロック１２０）、プロセスは停止される。そうでなければ、金属膜堆積は続けられる（ステップ１１０）。
【００５６】
いくつかの実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９８％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９６％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。さらに他の実施形態では、確認スライドガラス上の金属膜の正規化透過率が３５０ｎｍの測定波長で９２％より下に落ちる前に、オーミックコンタクト金属の堆積を停止させることができる。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態は、ＧａＮベースのＬＥＤの予備構造を製作すること、この予備構造を確認スライドガラスのような試験基板と共に金属膜堆積システムに配置すること、所定堆積速度で所定時間にわたって金属膜を予備構造および試験基板の上に堆積すること、および試験基板上の膜の透過率を測定することを含む。膜の透過率が所定閾値より下である場合（金属膜が厚すぎることを示す）、金属膜は予備構造から除去され、予備構造は再び膜堆積システムに配置され、そして、第２の所定時間および／または堆積速度に関して金属膜が予備構造の上に堆積される。許容可能な厚さが堆積されるまで、任意の回数だけプロセスを繰り返すことができる。
【００５８】
図６に示すように、本発明のいくつかの実施形態は、ＧａＮベースのＬＥＤの予備構造を製作するステップ（ステップ２００）を含む。予備構造は、確認スライドガラスまたは他の試験基板と共に膜堆積システムに配置される（ステップ２０５）。次に、金属膜が予備構造および確認スライドガラスの上に堆積される（ステップ２１０）。次に、例えば膜の透過率を測定することによって、確認スライドガラスの上の膜の厚さが測定される（ステップ２１５）。透過率が所定の閾値より下である場合（膜が厚すぎることを示す）（ステップ２２０）、金属膜を構造から除去することができ（例えば、エッチングで）、予備構造は再び膜堆積システムに配置される。
【００５９】
図７に示す他の実施形態では、堆積システム内で試験材料について較正ランを行って堆積ステップの適切な時間および速度を決定することで、膜厚が制御される。したがって、本発明のいくつかの実施形態は、ＧａＮベースのＬＥＤの予備構造を製作すること（ステップ３００）、試験基板を膜堆積システムに配置すること（ステップ３０５）、所定の時間にわたって所定の堆積速度で試験基板に金属膜を堆積すること（ステップ３１０）、および結果として得られた膜の厚さを測定すること（ステップ３１５）、を含む。膜厚が所定の望ましい範囲内に入った場合（ステップ３２０）、ＧａＮベースのＬＥＤの予備構造が膜堆積システムに配置され（ステップ３２５）、所定の時間および速度に関して予備構造に金属膜が堆積される（ステップ３３０）。膜厚が所定の範囲内にない場合、第２の試験基板（再生された第１の試験基板）が膜堆積システムに配置される可能性があり（ステップ３０５）、そして第２の所定の時間および／または速度に関して第２の試験基板に第２の膜が堆積される。
【００６０】
さらに他の実施形態では、膜厚が閾値レベルに達したとき、監視システムは信号出力を膜堆積システムに供給することができる。膜堆積システムは、堆積プロセスの自動閉ループ制御を行うように監視システムからの信号出力に応答して、堆積プロセスを停止させることができる。図８は、本発明の実施形態に従った膜堆積システム５０の模式図である。システム５０は、ウェーハキャリア５４が取り付けられた真空チャンバ５２を含む。その上に金属膜が堆積されるウェーハ５６は、確認スライドガラスまたは試験構造７０と共にウェーハキャリア５４に取り付けられている。チャンバからガスを汲み出すために、真空ポンプシステム５８が真空チャンバ５２に結合されている。真空ポンプシステム５８は、真空チャンバ５２内の圧力を１０−３パスカル未満に下げるために、複数のポンプおよびゲージ（図示されない）を備えることができる。
【００６１】
真空チャンバ内のｅ−ビーム発生器６０は所定のエネルギーの電子のビームを発生させ、そのビームをソースターゲット６４の方に向ける。ｅ−ビーム発生器６０は、ｅ−ビーム制御装置６２によって制御される。ｅ−ビーム発生器６０で発生された電子ビームがソースターゲット６４に衝突するとき、ソース材料はソースターゲット６４から蒸発し、ウェーハ５６および確認スライドガラス７０に再堆積する。膜厚に従って変化し、かつ測定し知られた標準と比較して膜厚を決定することができる確認スライドガラスの物理的、電気的または光学的特性を監視することによって、真空チャンバの内側または外側に取り付けることができるセンサ６６が、堆積された膜の厚さを測定する。上で述べたように、そのような特性には、透過率、反射率、導電率、共振周波数または他の特性がある可能性が
ある。センサ６６は、センサ制御装置６８（これは、実際の応用ではｅ−ビーム制御装置６２と同じである可能性がある）によって制御される。堆積された膜厚が所定の閾値に達したことをセンサ６６が検出したとき、監視システムは、ｅ−ビーム制御装置６２に信号出力を供給して、ｅ−ビーム制御装置が堆積プロセスを停止させるようにすることができる。したがって、本発明の実施形態に従ったシステム５０は、堆積プロセスの自動閉ループ制御を行うことができる。
【００６２】
コンタクト層は、上述したように、２５Å、１０Å、３Åおよび１Åの厚さに製作された。コンタクト層は白金であった。２５Åの層は、Ｐｔの連続した層であると見なされた。１０Å、３Åおよび１Åの層について、ＳＴＥＭ像を得た。ＳＴＥＭ像を図９Ａ、１０Ａおよび１１Ａに示す。ＳＴＥＭ像は、１０Å（図９Ａ）（被覆率≫５０％）から１Å（図１１Ａ）（被覆率≪５０％）までのＰｔの量の明らかな変化を示している。Ｐｔの量を定量化しようとして、特定の値より上のピクセル値が真白（Ｐｔ）に割り当てられ特定の値より下のピクセル値が真黒に割り当てられるようにグレイスケールを取り除く閾値技術を、ＳＴＥＭ像に適用した。閾値化後の像が、図９Ｂ、１０Ｂおよび１１Ｂに見られる。閾値の選択は主観的であるが、閾値化された像を元のものと比較すると、整合性を有する一致を見ることができる。黒（Ｐｔなし）の白（Ｐｔ）に対する比を取ることによって、被覆率の表示を得ることができる。表１は、図９Ｂ、１０Ｂおよび１１ＢのＳＴＥＭ像の解析を示す。
【００６３】
【表１】
2014241442.tif 000003
【００６４】
また、Ｐｔ層についてオージェ表面解析が行われた。オージェ表面解析の結果を表２に
示す。
【００６５】
【表２】
2014241442.tif 000004
【００６６】
表２に見られるように、２５Åの層は連続した層であると仮定すると、オージェ解析によって、１０Åの層は約６７％の被覆率を有し、５Åの層は約４７％の被覆率を有し、３Åの層は約２８％の被覆率を有し、１Åの層は約１３％の被覆率を有する。したがって、本発明に係る一実施形態では、金属オーミックコンタクトの平均厚さは、金属オーミックコンタクトで覆われたｐ型窒化物層の％と関係付けられる。
【００６７】
本開示の利益が与えられると、本発明の精神および範囲から逸脱することなしに、多くの変更および修正が当業者によって行われる可能性がある。したがって、理解しなければならいことであるが、図示の実施形態は、ただ例の目的のためだけに示され、添付の特許請求の範囲で定義されるような本発明を限定するものとして解釈されるべきでない。したがって、添付の特許請求の範囲は、文字通りに示された要素の組合せだけでなく、実質的に同じやり方で実質的に同じ機能を行って実質的に同じ結果を得る全ての同等の要素も含むように読まれるべきである。したがって、特許請求の範囲は、上で特に図示され説明されたもの、概念的に同等であるもの、および本発明の本質的な観念を含んでいるものを含むように理解されるべきである。
【図１】
2014241442.tif 000005
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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】
2014241442.tif 000012
【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成26年10月1日(2014.10.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ベースの発光デバイス（ＬＥＤ）を形成する方法であって、
５Å未満の平均厚さを備える金属オーミックコンタクトのための金属層を設けるために、ある時間にわたってある速度でｐ型窒化物層および確認スライドガラスの上に金属を堆積することと、
前記金属層の厚さの表示を得るために、前記金属層の透過率、シート抵抗率、キャパシタンス、反射率、および／または共振周波数を測定することと、
前記金属層の厚さの前記表示が所定の表示閾値に等しいか、それより大きい場合には、金属の堆積を中止することと
を備えることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記金属を堆積することは、さらに、
前記確認スライドガラスの上の前記金属層の厚さの前記表示を監視することと、
前記金属層の厚さの前記表示が前記所定の表示閾値より小さい場合には、平均厚さを増すために、続く時間にわたっておよび／または続く速度で前記金属をさらに堆積することと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記速度は、毎秒０．１Åから０．５Åを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
３５０ｎｍの測定波長で９２％の透過率は、厚さが５Å未満の平均厚さを備えることを示し、
３５０ｎｍの測定波長で９４％から９６％の透過率は、厚さが３Å未満の平均厚さを備えることを示し、
３５０ｎｍの測定波長で９８％と１００％の間の透過率は、厚さが１Åの平均厚さを備えることを示すことを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記金属を堆積することは、さらに、
前記金属層の厚さの前記表示が前記所定の表示閾値より小さい場合には、前記ｐ型窒化物層および前記確認スライドガラスから前記金属層を除去し、前記ｐ型窒化物層および前記確認スライドガラスの上に続く時間にわたっておよび／または続く速度で金属をさらに堆積することを備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記金属層の厚さの前記関連した表示が前記所定の表示閾値に等しいか、それより大きいように前記金属層が形成されるまで、続く除去後の金属の再堆積のための前記続く時間および／または続く速度を調整することをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記金属を堆積することは、さらに、
前記金属層を設けるために、前記時間にわたって前記速度で前記確認スライドガラスの上に金属を堆積することと、
前記金属層の厚さの前記表示を監視することと、
前記金属層の厚さの前記表示が前記金属オーミックコンタクトの厚さ許容誤差の範囲内にある場合には、前記平均厚さを有する前記金属オーミックコンタクトを設けるために、前記時間にわたって前記速度で前記ｐ型窒化物層の上に金属を堆積することと、
前記金属層の厚さの前記表示が前記厚さ許容誤差の範囲内にない場合には、第２の金属層を設けるために、第２の時間にわたっておよび／または第２の速度で第２の確認スライドガラスの上に金属を堆積することと、
前記第２の金属層の厚さの表示を監視することと、
前記第２の金属層の厚さの前記表示が前記厚さ許容誤差の範囲内にある場合には、前記平均厚さを有する前記金属オーミックコンタクトを設けるために、前記第２の時間にわたっておよび／または前記第２の速度で前記ｐ型窒化物層の上に金属を堆積することと
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第３の速度で第３の時間にわたって金属を堆積して、前記金属層を前記厚さ許容誤差の範囲内に形成するのに十分な時間を決定するために、形成された前記金属層の厚さを監視することを継続すること
をさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記確認スライドガラスの上に堆積される金属層の透過率は、所定の閾値を下回らないことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【外国語明細書】
2014241442000001.pdf