(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体材料と、
前記第１の半導体材料から離間配置される第２の半導体材料と、
前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間の活性領域と、
前記第１の半導体材料、前記活性領域、および前記第２の半導体材料内のインデンテーションと、
前記第２の半導体材料および前記活性領域を覆い、前記第１の半導体材料の一部分を露出する前記インデンテーション内の絶縁材料と、
前記インデンテーション内で前記絶縁材料に隣接する導電性材料であって、前記第１の半導体材料と直接接触する、導電性材料と、
を備え、前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する第１の側壁および第２の側壁を備える、三角形の断面を有する、固体照明（ＳＳＬ）装置。
【請求項２】
前記第１の半導体材料が、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を含み、
前記第２の半導体材料が、Ｐ型ＧａＮ材料を含み、
前記活性領域が、ＧａＮ／窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）多重量子井戸を含み、
前記絶縁材料が、前記第１の側壁を実質的に覆う第１の絶縁部分と、前記第２の側壁を部分的に覆う第２の絶縁部分とを含み、
前記第１の絶縁部分が、第２の表面と反対側の第１の表面を有し、
前記第１の絶縁部分の前記第１の表面が、前記第２の半導体材料の前記表面と概ね共平面であり、
前記第１の絶縁部分の前記第２の表面が、前記第１の半導体材料の近位にあり、
前記第２の絶縁部分が、第２の端部と反対側の第１の端部を有し、
前記第２の絶縁部分の前記第１の端部が、前記第２の半導体材料の前記表面を越えて延在し、
前記第２の絶縁部分の前記第２の端部が、前記第１の半導体材料に向かって延在し、
前記絶縁材料が、前記第１の絶縁部分と前記第２の絶縁部分との間に間隙を含み、前記間隙が、前記第２の側壁の近位の前記第１の半導体材料の一部分を露出させ、
前記導電性材料が、前記第１の絶縁部分と前記第２の絶縁部分との間の前記間隙を通して前記第１の半導体材料と直接接触する、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項３】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する、側壁を有し、
前記絶縁材料が、前記第１の半導体材料の一部分を前記絶縁材料を通して露出させて、前記側壁を部分的に覆う、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項４】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する側壁を有し、
前記側壁が、前記第１の半導体材料に対応する第１の区分と、前記活性領域に対応する第２の区分と、前記第２の半導体材料に対応する第３の区分とを含み、
前記絶縁材料が、前記側壁の前記第２の区分および前記第３の区分を実質的に覆い、前記側壁の前記第１の区分を少なくとも完全には覆わない、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項５】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する側壁を有し、
前記側壁が、前記第１の半導体材料に対応する第１の区分と、前記活性領域に対応する第２の区分と、前記第２の半導体材料に対応する第３の区分と、を含み、
前記絶縁材料が、前記側壁の前記第２の区分および前記第３の区分を実質的に覆い、前記側壁の前記第１の区分を少なくとも完全には覆わず、
前記導電性材料が、前記側壁の前記第１の区分で前記第１の半導体材料と直接接触する、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項６】
前記絶縁材料が、前記第１の側壁を実質的に覆う第１の絶縁部分と、前記第２の側壁を部分的に覆う第２の部分とを含む、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項７】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する、側壁を有し、
前記絶縁材料が、前記第１の半導体材料の一部分を前記絶縁材料を通して露出させて、前記側壁を部分的に覆い、
前記絶縁材料が、第２の端部と反対側の第１の端部を有し、
前記絶縁材料の前記第１の端部が、前記第２の半導体材料の前記表面を越えて延在し、
前記絶縁材料の前記第２の端部が、前記第１の半導体材料に向かって延在する、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項８】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する、側壁を有し、
前記絶縁材料が、前記第１の半導体材料の一部分を前記絶縁材料を通して露出させて、前記側壁を部分的に覆い、
前記絶縁材料が、第２の端部と反対側の第１の端部を有し、
前記絶縁材料の前記第１の端部が、前記第２の半導体材料の前記表面を越えて延在し、
前記絶縁材料の前記第２の端部が、前記第１の半導体材料に向かって延在し、
前記ＳＳＬ装置が、前記第２の半導体材料の前記表面に第１の電極要素および第２の電極要素を更に含み、前記絶縁材料の前記第１の端部が、前記第１の電極要素および前記第２の電極要素を電気的に絶縁する、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項９】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する、側壁を有し、
前記絶縁材料が、第２の端部と反対側の第１の端部を有し、
前記絶縁材料の前記第１の端部が、前記第２の半導体材料の前記表面を越えて延在し、
前記絶縁材料の前記第２の端部が、前記第１の半導体材料に向かって延在し、
前記ＳＳＬ装置が、
前記絶縁材料の前記第１の端部が電気的に絶縁する、前記第２の半導体材料の前記表面に第１の電極要素および第２の電極要素と、
前記第１の電極要素と反対側で前記第２の電極要素から横方向に離間配置される、前記第１の半導体材料内の接点と、
を更に含む、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項１０】
前記インデンテーションが、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料へと延在する、側壁を有し、
前記側壁が、前記第１の半導体材料に対応する第１の区分と、前記活性領域に対応する第２の区分と、前記第２の半導体材料に対応する第３の区分と、を含み、
前記絶縁材料が、前記側壁の前記第２の区分および前記第３の区分を実質的に覆い、前記側壁の前記第１の区分を少なくとも完全には覆わず、
前記絶縁材料が、第２の端部と反対側の第１の端部を有し、
前記導電性材料が、前記側壁の前記第１の区分と直接接触し、
前記絶縁材料の前記第１の端部が、前記第２の半導体材料の前記表面を越えて延在し、
前記絶縁材料の前記第２の端部が、前記第１の半導体材料に向かって延在し、
前記ＳＳＬ装置が、
前記絶縁材料の前記第１の端部が電気的に絶縁する、前記第２の半導体材料の前記表面に第１の電極要素および第２の電極要素と、
前記第１の電極要素と反対側で前記第２の電極要素から横方向に離間配置される、前記第１の半導体材料内の接点と、
を更に含む、請求項１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項１１】
第１の半導体材料と、
前記第１の半導体材料から離間配置される第２の半導体材料と、
前記第１の半導体材料と前記第２の半導体材料との間の活性領域と、
前記第１の半導体材料、前記活性領域、および前記第２の半導体材料内のインデンテーションと、
前記第２の半導体材料および前記活性領域を覆い、前記第１の半導体材料の一部分を露出する前記インデンテーション内の絶縁材料であって、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する第１の側壁を実質的に覆うと共に前記インデンテーションの最高点で終端する第１の絶縁部分と、前記第２の半導体材料の表面から前記第１の半導体材料の中へと延在する第２の側壁を部分的に覆うと共に前記インデンテーションの前記最高点の手前で終端する第２の絶縁部分とを含む絶縁材料と、
前記インデンテーション内で前記絶縁材料に隣接する導電性材料であって、前記第１の半導体材料に前記第２の絶縁部分の終端と前記インデンテーションの前記最高点との間隙を介して直接接触する、導電性材料と、
を備える、固体照明（ＳＳＬ）装置。
【請求項１２】
前記第１の半導体材料が、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を含み、
前記第２の半導体材料が、Ｐ型ＧａＮ材料を含み、
前記活性領域が、ＧａＮ／窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）多重量子井戸を含む、請求項１１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項１３】
前記インデンテーションが、三角形の断面を有する、請求項１１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項１４】
前記第２の半導体材料の前記表面に第１の電極要素および第２の電極要素を含み、前記絶縁材料の前記第２の絶縁部分が、前記第１の電極要素および前記第２の電極要素を電気的に絶縁する、請求項１１に記載のＳＳＬ装置。
【請求項１５】
前記最高点は、前記第１の半導体材料内に位置している、請求項１１記載のＳＳＬ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、小型化された寸法（例えば、厚さ）を有する固体照明（「ＳＳＬ」）装置（例えば、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）を備える装置）および製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳＳＬ装置は、電気的接点のための異なる構成を有し得る。例えば、図１Ａおよび１Ｂは、横方向の接点を有するＳＳＬ装置１０の断面図および平面図である。図１Ａに示されるように、ＳＳＬ装置１０は、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）１４と、ＧａＮ／窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）多重量子井戸（「ＭＱＷ」）１６と、Ｐ型ＧａＮ１８とから構成される、ＬＥＤ構造体１１を支える基板１２を含む。ＳＳＬ装置１０は、Ｎ型ＧａＮ１４上の第１の接点２０と、Ｐ型ＧａＮ１８上の第２の接点２２とをも含む。図１Ｂに示されるように、第１の接点２０および第２の接点２２は、第１の接点フィンガー２０ａ、２０ｂおよび第２の接点フィンガー２２ａ、２２ｂをそれぞれ含み得る。図２Ａおよび２Ｂは、垂直方向の接点を有する別のＳＳＬ装置１０’の断面図および平面図である。第１の接点２０は、横材２３によって互いに結合される複数の導電性フィンガー２１（例示の目的のために３つが示される）を含む。第２の接点２２（図２Ｂ）は、反射性および導電性材料（例えば、アルミニウム）を含む。
【０００３】
垂直方向の接点を有するＳＳＬ装置は、横方向の接点を持つそれらよりもより高い光抽出効率、より良好な熱特性、および優れた電流拡散特性ゆえに、しばしば好ましい。しかし、図２Ａおよび２ＢのＳＳＬ装置１０’において、Ｎ型ＧａＮ１４は、典型的に、Ｎ型ＧａＮ１４における転位密度を受け入れ可能な水準に低下させるために約４〜６μｍの大きな厚さを有する。大きな厚さは、Ｎ型ＧａＮ１４を通した適当な電流拡散のため、およびＮ型ＧａＮ１４の表面での他の光抽出機能を粗化し、および／または形成するために必要とされる場合もある。
【０００４】
エピタキシャル成長によってＮ型ＧａＮ１４の厚い層を形成することは、作業上難しく、時間が掛かり、高価である。例えば、比較的厚いＮ型ＧａＮ１４は、エピタキシャルＮ型ＧａＮ１４でのクラックの形成によってエピタキシャル過程の冷却中に応力を解放する場合がある。典型的に、基板１２は、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、および／または使用可能な寸法を有する「天然」材料（例えば、ＧａＮまたはＩｎＧａＮ）が、生産することが難しいので、他の「非天然」材料を含む。非天然材料は、典型的に、Ｎ型ＧａＮ１４のそれとは異なる熱膨張係数（「ＣＴＥ］）を有する。そのようなＣＴＥの不一致は、熱応力をもたらし、エピタキシャル成長中に基板１２での焼結ひずみおよび／またはＮ型ＧａＮ１４での他の結晶不良を引き起こす場合がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】従来技術によるＳＳＬ装置の概略断面図である。
【図１Ｂ】図１ＡのＳＳＬ装置の概略平面図である。
【図２Ａ】従来技術による別のＳＳＬ装置の概略断面図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＳＳＬ装置の概略平面図である。
【図３Ａ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｂ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｃ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｄ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｅ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｆ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｇ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｈ】本技術の実施形態による処理を経るＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図３Ｉ】本技術の実施形態による処理によって形成されるＳＳＬ装置の概略回路図である。
【図４】本技術の付加的実施形態によるＳＳＬ装置の断面図である。
【図５】本技術の実施形態によるＳＳＬ装置の断面図である。
【図６Ａ】本技術の実施形態による異なるインデンテーション（窪み）の断面を有するＳＳＬ装置の断面図である。
【図６Ｂ】本技術の実施形態による異なるインデンテーション（窪み）の断面を有するＳＳＬ装置の断面図である。
【図６Ｃ】本技術の実施形態による異なるインデンテーション（窪み）の断面を有するＳＳＬ装置の断面図である。
【図６Ｄ】本技術の実施形態による異なるインデンテーション（窪み）の断面を有するＳＳＬ装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
ＳＳＬ装置、アセンブリ、および製造方法の様々な実施形態が、下に記載される。本明細書の以下で使用されるように、「ＳＳＬ装置」という用語は、概ね、ＬＥＤ、レーザーダイオード（「ＬＤ」）、および／もしくは電気的フィラメント、プラズマ、または気体以外の他の好適な照明源を具備する装置のことを指す。当業者は、また、本技術が追加的な実施形態を有してもよく、かつ本技術が、図３Ａ〜５を参照して、下に記載される実施形態の詳細のいくつかのものを伴わずに実践されてもよいことを理解するであろう。
【０００７】
図３Ａ〜３Ｈは、本技術の実施形態による処理を実施中のＳＳＬ装置１００の概略断面図である。図３Ａに示されるように、処理の初期段階中、ＳＳＬ構造体１１１は、オプションの緩衝材料１０３を備える基板材料１０２上に形成されてもよい。例示される実施形態において、ＳＳＬ構造体１１１は、直列に積層される、第１の半導体材料１０４と、活性領域１０６と、第２の半導体材料１０８とを含む。他の実施形態において、ＳＳＬ構造体１１１は、ＳＳＬ構造体１１１内に、絶縁体として窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）と、緩衝材料として窒化アルミニウム（ＡｌＮ）と、および／または他の好適な中間材とをも含み得る。
【０００８】
ある実施形態において、基板材料１０２は、シリコン（Ｓｉ）を含み得、その少なくとも一部分は、Ｓｉ（１１１）結晶の配向を有する。他の実施形態において、基板材料１０２は、他の結晶の配向を有するシリコン（例えば、Ｓｉ（１，０，０））、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、ＧａＮ、炭化シリコン（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）、前述の材料の組合せ、および／または他の好適な基板材料を含み得る。例示される実施形態において、基板材料１０２は、オプションの緩衝材料１０３の近位に概ね平面の表面１０１を有する。他の実施形態において、基板材料１０２は、開口部、チャネル、および／または他の表面特徴（図示せず）をも含んでもよい。
【０００９】
オプションの緩衝材料１０３は、基板材料１０２上での第１の半導体材料１０４および第２の半導体材料１０８ならびに活性領域１０６の形成を容易にするように選択されてもよい。ある実施形態において、オプションの緩衝材料１０３は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、窒化亜鉛（ＺｎＮ）、ＧａＮ、および／もしくは第１の半導体材料１０４および／または第２の半導体材料１０８によって基板材料１０２の表面１０１の適当な湿潤を可能とするように構成される他の好適な材料のうちの少なくとも１つを含み得る。他の実施形態において、オプションの緩衝材料１０３は、省略されてもよく、第１の半導体材料１０４は、基板材料１０２上に直接形成されてもよい。
【００１０】
ある実施形態において、第１の半導体材料１０４は、（例えば、シリコン（Ｓｉ）でドープされた）Ｎ型ＧａＮを含み得、第２の半導体材料１０８は、（例えば、マグネシウム（Ｍｇ）でドープされた）Ｐ型ＧａＮを含み得る。他の実施形態において、第１の半導体材料１０４は、Ｐ型ＧａＮを含み得、第２の半導体材料１０８は、Ｎ型ＧａＮを含み得る。更なる実施形態において、第１の半導体材料１０４および第２の半導体材料１０８は、個々に、アルミニウムインジウムガリウムリン（ＡｌＩｎＧａＰ）、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、リン化ガリウム（ＩＩＩ）（ＧａＰ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、ＡｌＧａＮ、および／または他の好適な半導体材料のうちの少なくとも１つを含み得る。後により詳細に論じられるように、第１の半導体材料１０４および／または第２の半導体材料１０８は、小さい厚さ（例えば、約１μｍ、約１μｍ〜約２μｍ、約２μｍ〜約３μｍ、または他の好適な厚さの値）を有し得、一方で適当な電流拡散能力を維持する。結果として、ＳＳＬ装置１００は、従来の装置と比較すると、より少ない不良およびより低いコストで生産されることができる。
【００１１】
活性領域１０６は、単一量子井戸（「ＳＱＷ」）、ＭＱＷ、および／またはバルク状半導体材料を含み得る。本明細書の以下で使用されるように、「バルク状半導体材料」は、概ね、約１０ナノメートルから超〜約５００ナノメートルの厚さを有する、単一のグレーン半導体材料（例えば、ＩｎＧａＮ）のことを指す。ある実施形態において、活性領域１０６は、ＩｎＧａＮ  ＳＱＷ、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ、および／またはＩｎＧａＮバルク状材料を含み得る。他の実施形態において、活性領域１０６は、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、および／または他の好適な材料または構成を含み得る。
【００１２】
ある実施形態において、第１の半導体材料１０４、活性領域１０６、第２の半導体材料１０８、およびオプションの緩衝材料１０３のうちの少なくとも１つは、金属有機化学蒸着（「ＭＯＣＶＤ」）、分子線エピタキシー（「ＭＢＥ」）、液相エピタキシー（「ＬＰＥ」）、および／または水素化物気相エピタキシー（「ＨＶＰＥ」）によって、基板材料１０２上に形成され得る。他の実施形態において、前述の構成要素のうちの少なくとも１つおよび／またはＳＳＬ構造体１１１の他の好適な構成要素（図示せず）が、他の好適なエピタキシャル成長技術によって形成されてもよい。
【００１３】
図３Ｂは、第１のマスキング材料１１２が第２の半導体材料１０８の表面１０８ａに堆積し、複数の第１の開口部１１４を形成するようにパターン形成される処理の別の段階を示す。第１の開口部１１４は、第２の半導体材料１０８の（想像線で図示される）表面１０８ａの一部分を個々に露出させる。一実施形態において、第１のマスキング材料１１２は、フォトレジストを含み得、写真平板法および／または他の好適な技術を使用してパターン形成されてもよい。他の実施形態において、第１のマスキング材料１１２は、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、窒化シリコン、および／またはフォトレジストを堆積およびパターン形成し（図示せず）、次に、ウェットエッチング、ドライエッチング、および／または他の好適な技術を使用して第１のマスキング材料１１２の一部分を除去することによりパターン形成されることができる、他の好適な「硬い」マスキング材料を含み得る。
【００１４】
図３Ｂに示されるように、処理の別の段階は、第１のマスキング材料１１２における開口部１１４を通してＳＳＬ構造体１１１の一部を除去することと、ＳＳＬ構造体１１１で１つ以上の横方向に配置されるインデンテーション（窪み）１１６を形成することとを含む。図３Ｂにおいて、ＳＳＬ構造体１１１は、１つ、３つ、４つ、またはその他の好適な数のインデンテーション１１６を含み得るが、２つのインデンテーション１１６が、例示の目的のために示される。ＳＳＬ構造体１１１の部分を除去するための技術としては、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、レーザーアブレーション、および／または他の好適な材料除去技術が挙げられ得る。
【００１５】
例示される実施形態において、インデンテーション１１６は、オプションの緩衝材料１０３には到達せずに第２の半導体材料１０８の表面１０８ａから第１の半導体材料１０４へと延在する第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂを有する三角形の断面とを個々に含む。第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂは、第１の半導体材料１０４に対応する第１の区分１１７ａと、活性領域１０６に対応する第２の区分１１７ｂと、第２の半導体材料１０８に対応する第３の区分１１７ｃと、を個々に含む。別の実施形態において、インデンテーション１１６のうちの少なくとも１つは、オプションの緩衝材料１０３および／または基板材料１０２まで、またはその中にさえも延在してもよい。更なる実施形態において、インデンテーション１１６は、図６Ａ〜６Ｄに示されるように、概ね矩形の、「スカラップ」状の、台形の、卵形の、および／または他の好適な型の断面を有し得る。
【００１６】
ある実施形態において、処理は、少なくとも部分的には第１の半導体材料１０４の電流拡散特性（例えば、電気抵抗）に基づいて、隣接するインデンテーション１１６の間の配置（本明細書の以下で「ピッチ」Ｐと呼ばれる）を選択することを含み得る。例えば、第１の半導体材料１０４が低い電気抵抗を伴う（例えば、高いドープ濃度を伴う）高い電流拡散能力を有する場合、大きなピッチＰが選択されてもよい（例えば、約３００μｍ〜約５００μｍ）。他の実施形態において、第１の半導体材料１０４は、高い電気抵抗を伴う低い電流拡散能力を有する場合があり、小さいピッチＰが選択されてもよい（例えば、約１００μｍ〜約３００μｍ）。更なる実施形態において、ピッチＰは、他の好適な配置の値を有してもよい。
【００１７】
図３Ｃに示されるように、処理の別の段階は、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａ上およびインデンテーション１１６の第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂ上に絶縁材料１１８を堆積させることを含み得る。絶縁材料１１８は、酸化シリコン、窒化シリコン、および／または他の好適な絶縁性材料を含み得る。絶縁材料１１８を形成するための技術としては、熱酸化、化学蒸着（「ＣＶＤ」）、原子層堆積（「ＡＬＤ」）、および／または他の好適な技術が挙げられ得る。例示される実施形態において、絶縁材料１１８は、インデンテーション１１６の第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂに概ね適合する。他の実施形態において、絶縁材料１１８は、インデンテーション１１６を少なくとも部分的に充填してもよく、および／または他の好適な構成を有し得る。
【００１８】
図３Ｄに示されるように、処理の別の段階は、絶縁材料１１８上に第２のマスキング材料１１３を形成することと、複数の第２の開口部１１５を形成するように第２のマスキング材料１１３をパターン形成することと、を含み得る。第２のマスキング材料１１３は、第１のマスキング材料１１２（図３Ｂ）と概ね同じであり、またはこれと異なり得る。例示される実施形態において、第２の開口部１１５は、絶縁材料１１８の第１の部分１１８ａおよび第２の部分１１８ｂを露出させる。第１の部分１１８ａは、第２の半導体材料１０８上にある。第２の部分１１８ｂは、個々のインデンテーション１１６の第２の側壁１１６ｂ上にある。他の実施形態において、第２の開口部１１５は、絶縁材料１１８の他の部分をも露出させ得る。
【００１９】
第２の開口部１１５を形成した後、処理は、反応性イオンエッチング、ウェットエッチング、レーザー爆蝕、および／または他の好適な材料除去技術によって、第２の開口部１１５を通して絶縁材料１１８の第１の部分１１８ａおよび第２の部分１１８ｂを除去することを含む。例示される実施形態において、材料除去作業は、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａおよびインデンテーション１１６の第２の側壁１１６ｂで停止する。他の実施形態において、材料除去は、第２の半導体材料１０８および／または第２の側壁１１６ｂの一部分を除去するように継続してもよい。
【００２０】
図３Ｅに示されるように、絶縁材料１１８（図３Ｄ）の第１の部分１１８ａおよび第２の部分１１８ｂを除去した後、残存する絶縁材料１１８は、インデンテーション１１６の第１の側壁１１６ａ上の第１のセクション１２０および第２の側壁１１６ｂ上の第２のセクション１２１を含む。例示される実施形態において、第１のセクション１２０は、第１の側壁１１６ｂを実質的に覆い、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａと実質的に共平面である第１の端部１２０ａを有する。第２のセクション１２１は、第２の側壁１１６ｂを部分的にのみ覆い、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａを越えて延在する、第２の端部１２１ａを有する。
【００２１】
結果として、間隙１２３は、個々のインデンテーション１１６の絶縁材料１１８の第１のセクション１２０と第２のセクション１２１との間に形成される。間隙１２３は、第１の半導体材料１０４の少なくとも一部分を露出させる。したがって、第２のセクション１２１は、第２の側壁１１６ｂの第１の区分１１７ａの少なくとも一部分を覆わない。他の実施形態において、第１のセクション１２０は、下に図５を参照して更に詳細に論じられるように、第１の側壁１１６ａをも部分的に覆うことができ、したがって、第１の半導体材料１０４の一部分を露出させる。例示される実施形態において、間隙１２３は、第２の側壁１１６ｂに沿う活性領域１０６を露出させないが、更なる実施形態において、間隙１２３は、少なくとも第２の側壁１１６ｂ上の活性領域１０６の一部分をも露出させることができる。
【００２２】
図３Ｅについて更に続けると、処理の別の段階は、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａに第３のマスキング材料１５７を形成することと、複数の第３の開口部１１９を形成するように第３のマスキング材料１５７をパターン形成することと、とを含み得る。第３の開口部１１９は、インデンテーション１１６の少なくとも一部分を個々に露出させる。
【００２３】
図３Ｆに示されるように、処理は、第３の開口部１１９を通してインデンテーション１１６の中に導電性材料１２２を堆積させることを含み得る。導電性材料１２２は、銅、アルミニウム、金、銀、および／または他の好適な金属または金属合金を含み得る。導電性材料１２２を堆積させるための技術としては、ＣＶＤ、ＡＬＤ、スパッタリング、電気めっき、および／または他の好適な堆積技術が挙げられ得る。例示される実施形態において、導電性材料１２２は、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａと概ね共平面（コプラナー）である第１の端部１２２ａを含む。導電性材料１２２は、間隙１２３を通して第１の半導体材料１０４と直接接触する第２の端部１２２ｂをも含む。他の実施形態において、第１の端部１２２ａは、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａから窪んでもよい。更なる実施形態において、第２の端部１２２ｂは、間隙１２３を通して第１の半導体材料１０４および活性領域１０６の両方と直接接触することができる。次に、第３のマスキング材料１５７は、ＳＳＬ構造体１１１から除去されてもよい。
【００２４】
図３Ｇに示されるように、処理の別の段階は、ＳＳＬ構造体１１１上に電極１２４を形成することを含む。電極１２４は、銅、アルミニウム、金、銀、および／もしくは別の好適な金属またはＣＶＤ、ＡＬＤ、スパッタリング、電気めっき、および／または他の好適な堆積技術によって形成される金属合金を含み得る。例示の実施形態において、電極１２４は、第２の半導体材料１０８の表面１０８ａと直接接触する第１の表面１２４ａを有する。電極１２４は、絶縁材料１１８の第２のセクション１２１の第２の端部１２１ａと概ね共平面である第２の表面１２４ｂをも有する。結果として、絶縁材料１１８の第２のセクション１２１は、電極１２４を複数の電極要素１２５（第１、第２、および第３の電極要素１２５ａ、１２５ｂ、１２５ｃとして個々に特定される）に分離し、電気的に絶縁する。他の実施形態において、第２の表面１２４ｂは、第２のセクション１２１の第２の端部１２１ａから窪んでもよく、および／または他の好適な構成を有してもよい。
【００２５】
次に、パーシベーション（不動態化、皮膜保護）材料１２６は、電極１２４および絶縁材料１１８上に形成されることができる。パッシベーション材料１２６は、酸化シリコン、窒化シリコン、および／または他の好適な非導電性材料を含み得る。例示される実施形態において、パッシベーション材料１２６は、ＳＳＬ構造体１１１の周辺領域の近位に開口部１２７を含む。他の実施形態において、パッシベーション材料１２６は、ＳＳＬ構造体１１１の他の領域に開口部１２７を含み得る。
【００２６】
図３Ｇにおいて、処理は、ＳＳＬ構造体１１１上に第１の結合材料１２８を形成することを更に含む。第１の結合材料１２８は、銅、金／スズ合金、ニッケル／スズ合金、および／もしくは他の好適な金属またはＣＶＤ、ＡＬＤ、スパッタリング、電気めっき、および／または他の好適な技術を使用して形成される金属合金を含み得る。例示される実施形態において、第１の結合材料１２８は、パッシベーション材料１２６内の開口部１２７を介して電極１２４と直接接触する。他の実施形態において、第１の結合材料１２８は、別途、電極１２４に電気的に結合されてもよい。
【００２７】
理論に拘束されることなく、第１の半導体材料１０４がオプションの緩衝材料１０３上（または基板材料１０２上に直接）に形成されるとき、第１の半導体材料１０４は、初期に、表面１０４ａの近位に多く転位を含有することが考えられる。エピタキシャル成長が継続すると、転位は合体し、および／または別途互いに結び付いて、高品質の結晶形成をもたらす。したがって、第１の半導体材料１０４の初期部分を表面１０４ａから除去することによって、転位の数（または密度）は、第１の半導体材料１０４内で減少する場合がある。
【００２８】
図３Ｈに示されるように、ＳＳＬ構造体１１１は、第２の結合材料１３１を有する担体基板１３０に結合する。担体基板１３０は、セラミック基板、シリコン基板、金属合金基板、および／または他の好適な型の担体基板を含み得る。第２の結合材料１３１は、第１の結合材料１２８と概ね類似、またはこれと異なり得る。第１の結合材料１２８および第２の結合材料１３１は、固体と固体の結合、溶接、および／または他の好適な技術によって互いに結合されてもよい。次に、接点１３２（例えば、銅接点）は、第１の半導体材料１０４内に形成されてもよい。
【００２９】
例示される実施形態において、２つのインデンテーション（窪み、凹み、陥凹）１１６（第１のインデンテーション１１６’および第２のインデンテーション１１６”として識別される）は、ＳＳＬ構造体１１１を３つの領域（個々に第１の領域１１１’、第２の領域１１１”および第３の領域１１１’’’として識別される）に分割する。対応する部分である第１の半導体材料１０４（個々に第１の半導体要素１０４’、１０４”、および１０４’’’として識別される）、活性領域１０６（個々に第１の活性要素１０６’、第２の活性要素１０６”、および第３の活性要素１０６’’’として識別される）、および第２の半導体材料１０８（個々に第２の半導体要素１０８’、１０８”、および１０８’’’として識別される）を伴う３つの領域１１１’、１１１”、および１１１’’’のそれぞれは、ＳＳＬ構造体１１１内に３つの直列に結合される接合部を形成する。
【００３０】
ＳＳＬ構造体１１１を担体基板１３０に結合した後、基板材料１０２およびオプションの緩衝材料１０３は、研削、剥離、ウェットエッチング、および／または他の好適な技術によって第１の半導体材料１０４から除去されてもよい。一実施形態において、基板材料１０２およびオプションの緩衝材料１０３を除去することは、第１の半導体材料１０４の表面１０４ａで中止され得る。他の実施形態において、処理は、表面１０４ａから第１の半導体材料１０４の一部分を除去することをも含み得、第１の半導体材料１０４内の転位密度の水準を低下させ得る。
【００３１】
図３Ｈに示されるように、作動中、電圧が接点１３２と電極１２４との間に印加されてもよい。反応して、電流（矢印１３５によって示される）は、第１の領域１１１’内の第１の半導体要素１０４’、第１の活性要素１０６’、および第２の半導体要素１０８’を介して接点１３２から電極１２４の第１の電極要素１２５ａに向かって流れる。第１の活性要素１０６’は、電流の一部分を第１の半導体材料１０４を通して抽出されることができる光に変換する。
【００３２】
第１のインデンテーション１１６’に到達した後、電流は、（矢印１３６によって示されるように）第１のインデンテーション１１６’内の導電性材料１２２を介して、第１の電極要素１２５ａから第２の領域１１１”内の第１の半導体要素１０４”に向かって流れる。ＳＳＬ構造体１１１の第２の領域１１１”において、電流は、次いで、（矢印１３７によって示されるように）活性領域１０６”および第２の半導体材料１０８”を介して第１の半導体材料１０４”から第２の電極要素１２５ｂに向かって流れる。第２の活性要素１０６”は、電流の別の部分を第１の半導体材料１０４を通して抽出されることができる光に転換する。
【００３３】
第２のインデンテーション１１６”に到達した後、電流は、次いで、（想像矢印１３８によって示されるように）導電性材料１２２によって、第２の電極要素１２５ｂからＳＳＬ構造体１１１の第３の領域１１１’’’内の第１の半導体材料１０４’’’へと流れる。ＳＳＬ構造体１１１の第３の領域１１１’’’において、電流は、次いで、電極１２４に到達する前に、（矢印１３９によって示されるように）第３の活性領域１０６’’’および第２の半導体材料１０８’’’を介して第１の半導体材料１０４’’’から第３の電極要素１２５ｃに向かって流れる。第３の活性要素１０６’’’は、電流の更なる部分を第１の半導体材料１０４を通して抽出されることができる光に転換する。
【００３４】
結果として、図３Ｉに示されるように、第１の半導体要素１０４’、１０４”、および１０４’’’第１の活性要素１０６’、第２の活性要素１０６”、および第３の活性要素１０６’’’、ならびに第２の半導体要素１０８’、１０８”、および１０８’’’は、ＳＳＬ構造体１１１内の第１の領域１１１’、第２の領域１１１”、および第３の領域１１１’’’にそれぞれ対応する３つの直列に結合される接合部２０２（個々に第１の結合部２０２’第２の結合部２０２”、および第３の結合部２０２’’’として識別される）を形成する。本明細書で以下に使用されるように、用語「接合部」は、概ね、反対のまたは別途異なる電荷を保有する特性を有する半導体結晶の少なくとも２つの領域の間の界面空間のことを指す。たとえ、３つの接合部２０２のみが図４に示されていても、他の実施形態において、ＳＳＬ装置１００は、１つ、２つ、または他の好適な数の接合部２０２を含んでもよい。一般的な表現では、ＳＳＬ装置１００は、ＳＳＬ構造体１１１をＮ＋１の接合部２０２に分割し、Ｎは正の整数である、Ｎ個のインデンテーション１１６（図３Ｈ）を含んでもよい。
【００３５】
理論に拘束されることなく、第１の半導体材料１０４および／または第２の半導体材料１０８の厚さは、ＳＳＬ構造体１１１の隣接する領域１１１’と、１１１”と、１１１’’’との間の横方向の配置が小さいので、小さくあり得ることが考えられる。したがって、第１の半導体材料１０４および／または第２の半導体材料１０８の小さい厚さは、第１の領域１１１’、第２の領域１１１”、および第３の領域１１１’’’のそれぞれにおいて適当な横方向の電流拡散を提供するために十分である場合がある。小さい厚さは、低いエピタキシャル成長時間に対応し、したがって、ＳＳＬ装置１００は、従来の装置よりも効率的に、かつ安価に生産されることができる。
【００３６】
ＳＳＬ構造体１１１の実施形態は、従来の装置と比較すると、改善された光抽出効率を有し得る。図３Ｈに示されるように、ＳＳＬ構造体１１１は、接点１３２によって占められる小さい区域以外の第１の半導体材料１０４の顕著な部分を占める、不透明な材料（例えば、金属の接点形状）を有しない。したがって、活性領域１０６で発生する光は、第１の半導体材料１０４を通して容易に抽出され得る。
【００３７】
ＳＳＬ装置１００の実施形態は、ＳＳＬ構造体１１１が従来の装置より高い電圧で作動することができるので、低い電力消費量でも作動し得る。図４に示されるように、ＳＳＬ構造体１１１は、複数の直列に結合される接合部２０２を含む。単一の接合部全体での電圧低下が、Ｖｏ（例えば、３ボルト）であれば、ＳＳＬ構造体１１１は、Ｎ・Ｖｏで作動することができ、Ｎは、接合部の数である。したがって、ある実施形態において、ＳＳＬ構造体１１１内の接合部の数Ｎは、所望の作動電圧（例えば、１２ボルト、２４ボルト、４８ボルト、または他の好適な電圧値）を得る様に選択されてもよい。出力電圧が高い値にあるときは、電源における電圧を下げる転換がより効率的であることが考えられる。例えば、電源は、出力電圧が１２ボルトの代わりに２４ボルトであるとき、より効率的に動作する場合がある。結果として、ＳＳＬ構造体１１１の実施形態を組み入れる照明装置は、従来の装置よりも高い電圧水準で動作することによって、より効率的であり得る。
【００３８】
たとえ、図３Ａ〜３Ｈを参照する上述のＳＳＬ装置１００が電極１２４および接点１３２に電圧を印加することを含んでいても、他の実施形態において、担体基板１３０は、図４に示されるように、ＳＳＬ装置１００のための電極を形成するように導電性または半導電性の材料を含み得る。更なる実施形態において、表面特徴（例えば、粗化、モスアイ。図示せず）は、基板材料１０２およびオプションの緩衝材料１０３を除去した後、第１の半導体材料１０４上に形成されてもよい。
【００３９】
図５は、本技術の実施形態によるＳＳＬ装置２００の断面図である。ＳＳＬ装置２００は、図３ＨのＳＳＬ装置１００と概ね類似する一定の構成要素を含む。しかし、図３ＨのＳＳＬ装置１００と異なり、ＳＳＬ装置２００においては、残存する絶縁材料１１８の第一のセクション１２０および第２のセクション１２１の両方は、第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂを部分的にのみ、それぞれ覆う。結果として、導電性材料１２２は、第１の側壁１１６ａおよび第２の側壁１１６ｂの両方を介して第１の半導体材料１０４と直接接触する。
【００４０】
図６Ａ〜６Ｄは、本技術の実施形態による異なるインデンテーション断面を有するＳＳＬ装置３００の断面図である。ＳＳＬ装置３００は、ＳＳＬ装置３００内のインデンテーション１１６が図６Ａ〜６Ｄの、概ね矩形の、「スカラップ」状の、台形の、および卵形の断面をそれぞれ有する以外、図３ＨのＳＳＬ装置１００に概ね類似する一定の構成要素を含む。更なる実施形態において、インデンテーション１１６は、他の好適な断面形状をも含み得る。
【００４１】
前述から、本技術の具体的な実施形態が本明細書で例示の目的で記載されているが、本開示から逸脱することなく種々の変形が行われてもよいことが理解されるであろう。更に、一実施形態の要素の多くは、他の実施形態の要素に加えてまたはその代わりに、他の実施形態と組み合わされてもよい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲による限定を除いて、限定されない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
0005894191.tif 000003
【図２Ａ】
0005894191.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
0005894191.tif 000006
【図３Ｂ】
0005894191.tif 000007
【図３Ｃ】
0005894191.tif 000008
【図３Ｄ】
0005894191.tif 000009
【図３Ｅ】
0005894191.tif 000010
【図３Ｆ】
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【図３Ｇ】
0005894191.tif 000012
【図３Ｈ】
0005894191.tif 000013
【図３Ｉ】
0005894191.tif 000014
【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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