(57)【要約】本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを提供する。該半導体発光デバイスは、基板、ｐ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層、ｎ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層、およびｐ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層とｎ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層との間に配置された活性層を含む。該半導体発光デバイスは、ｎ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層のＮ極性表面に結合されたｎ側オーミックコンタクト層をさらに含む。該オーミックコンタクト層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ、およびＩＶ族元素のうちの少なくとも１つを含む。
2009514197.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層と、
ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層と、
該ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層と該ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層との間に配置された活性層と、
該ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたｎ側オーミックコンタクト層と
を含み、
該オーミックコンタクト層は、
Ａｕ、Ｎｉ、およびＰｔのうちの少なくとも１つと、
ＩＶ族元素のうちの少なくとも１つと
を含む、半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａ１を含まない、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、
Ａｕ、Ｎｉ、およびＰｔのうちの少なくとも１つと、
Ｓｉ、Ｇｅ、およびＣのうちの少なくとも１つと
を含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、ＡｕおよびＧｅを含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉを含み、
前記ｎ側オーミックコンタクト層内のＮｉの重量パーセントは、１５％以下であり、
前記ｎ側オーミックコンタクト層内のＧｅの重量パーセントは、１０％以上１５％以下であり、
前記ｎ側オーミックコンタクト層内のＡｕの重量パーセントは、８０％以上９０％以下である、請求項４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ／Ｇｅ合金、Ｎｉ／Ｇｅ合金、Ａｕ／Ｓｉ合金、Ｎｉ／Ｓｉ合金、およびＡｕ／Ｎｉ／Ｓｉ合金のうちの１つ以上を含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記ｎ側オーミックコンタクト層に結合されたＮｉ層をさらに含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記ｎ側オーミックコンタクト層に結合されたＡｕ層をさらに含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
該ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層に結合されたｐ側オーミックコンタクト層と、前記基板と該ｐ側オーミックコンタクト層との間のボンディング材料層とをさらに含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記ボンディング材料層は、Ａｕを含む、請求項９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記基板は、ＳｉまたはＣｒを含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
半導体発光デバイスを作製する方法であって、
成長基板上に半導体多層構造を形成するステップであって、
該多層構造は、
ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層と、
活性層と、
ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層とを含み、
該ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層は該成長基板に隣接している、ステップと、
該多層構造を支持基板へ移すステップであって、該ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層は該支持基板に隣接している、ステップと、
該ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面を露出させるよう、該成長基板を除去するステップと、
該ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層への導電性パスを形成するｎ側オーミックコンタクト層を堆積するステップであって、該ｎ側オーミックコンタクト層は、
Ａｕ、Ｎｉ、およびＰｔのうちの少なくとも１つと、
ＩＶ族元素のうちの少なくとも１つと、を含むステップと
を含む、方法。
【請求項１３】
前記多層構造を前記支持基板に移すステップは、該多層構造を該支持基板にウエハーボンディングし、該成長基板を除去するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記多層構造を前記支持基板に移すステップは、該多層構造上に金属層を堆積させ、該成長基板を除去するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属層はＣｒを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ｎ側オーミックコンタクト層はＡ１を含まない、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、
Ａｕ、Ｎｉ、およびＰｔのうちの少なくとも１つと、
Ｓｉ、Ｇｅ、およびＣのうちの少なくとも１つと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１８】
前記ｎ側オーミックコンタクト層はＡｕおよびＧｅを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１９】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉを含み、
該ｎ側オーミックコンタクト層内のＮｉの重量パーセントは、１５％以下であり、
該ｎ側オーミックコンタクト層内のＧｅの重量パーセントは、１０％以上１５％以下であり、
該ｎ側オーミックコンタクト層内のＡｕの重量パーセントは、８０％以上９０％以下である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ／Ｇｅ合金、Ｎｉ／Ｇｅ合金、Ａｕ／Ｓｉ合金、Ｎｉ／Ｓｉ合金、およびＡｕ／Ｎｉ／Ｓｉ合金のうちの１つ以上を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２１】
前記ｎ側オーミックコンタクト層に結合されるＮｉ層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２２】
前記ｎ側オーミックコンタクト層に結合されるＡｕ層を堆積させるステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２３】
前記ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層に結合されたｐ側オーミックコンタクト層を堆積させるステップと、
該ｐ側オーミックコンタクト層上にボンディング材料層を堆積させるステップと
を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ボンディング材料層はＡｕを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記支持基板はＳｉまたはＣｒを含む、請求項１２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスの設計に関する。より詳細には、本発明は、ＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面への低抵抗導電性パスを形成することが可能な電極を有する半導体発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体照明は、今後の照明の動向となると予測される。高輝度発光ダイオード（ＨＢ−ＬＥＤ）は、特にディスプレイ装置のための光源や従来の照明に替わる電球として、ますます多くの用途に広がり始めている。動作電圧は、輝度および効率に加え、ＬＥＤの本質的な性能測定基準である。
【０００３】
ＬＥＤは、典型的には、正にドープされた層（ｐ型ドープ層）と負にドープされた層（ｎ型ドープ層）との間に配置された活性領域から光を生成する。ＬＥＤが順バイアスされる場合、ｐ型クラッド層の空孔とｎ型クラッド層の電子とを含むキャリアは、活性領域で再結合する。直接遷移型の材料の場合、この再結合プロセスによって、光子または光の形でエネルギーが放出されるが、その波長は、活性領域内の材料のバンドギャップエネルギーに相当する。
【０００４】
最近開発されたＩＩＩ族窒化物（ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ，０＜＝ｘ＜＝１，０＜＝ｙ＜＝ｌ）を基礎にしたＬＥＤは、ＬＥＤ発光スペクトルを緑色、青色、紫外線領域に広げるだけではなく、高発光効率を達成することが可能である。このように、ＩｎＧａＡｌＮを基礎にしたＬＥＤは、ＬＥＤの応用分野を大幅に拡大させた。後述の説明において、「ＩｎＧａＡｌＮ」または「ＧａＮ」材料は、概して、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ、およびＩｎＧａＡｌＮ等の二元、三元、または四元化合物であり得るウルツ鉱ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０＜＝ｘ＜＝１，０＜＝ｙ＜＝１）を示す。
【０００５】
ウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物の主要な性質は、デバイスの電気特性に著しく影響し得る大きな自発分極および圧電分極である。ＩｎＧａＡｌＮ層によって生じる２つの極性は、Ｇａ面極性およびＮ面極性であり、それぞれ（０００１）面および
【０００６】
【数１】
2009514197.tif 000003
とも称される。一般に、ＩｎＧａＡｌＮエピタキシャル層は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを使用して形成される。ＣＶＤプロセスの際、基板から見て外方に向く成長面は、典型的には、基板材料にかかわらず、Ｇａ面極性を示す。従って、オーミックコンタクト電極は、ＩｎＧａＡｌＮ層のＧａ極性表面への低抵抗導電性パスを形成可能な材料を、多くの場合べースとする。
【０００７】
近年、研究者達は、縦方向電極ＬＥＤを構築するためのウエハーボンディング技術の実験を試みている。ウエハーボンディングの際、第二の支持ウエハーがＬＥＤ多層構造の上部にボンディングされ、デバイスがエピタキシャルに形成された最初の成長基板は除去される。その後、デバイス全体を、上下逆に「裏返す」。その結果、以前にデバイスの「下部」であったＧａＮ層が、今度「上部」となる。その後、オーミックコンタクト電極を、上部のＧａＮ層上に堆積させる。しかしながら、最初の成長層が除去された後に露出させられる裏返されたＧａＮ層の表面は、典型的には、Ｎ面極性を示し、Ｇａ極性表面とは大幅に異なるオーミックコンタクト特性を有する。例えば、Ｇａ極性表面に使用される一般的電極材料であるＡ１は、実際には、Ａ１Ｎ層を形成し、その結果、Ｎ極性表面と接触する場合に空乏領域を形成し得る。この空乏層は、金属半導体界面でポテンシャル障壁を増加させ、ＬＥＤのターンオン電圧閾値を上昇させ得る。
【０００８】
従って、ＬＥＤのターンオン電圧を大幅に上昇させずに、望ましいオーミックコンタクトを生成するためには、ＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面への低抵抗導電性パスを形成可能な電極が必要となる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを提供する。該半導体発光デバイスは、基板、ｐ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層、ｎ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層、および該ｐ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層とｎ型ドープＩｎＧａＡＩＮ層との間に配置された活性層を含む。該半導体発光デバイスは、該ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたｎ側オーミックコンタクト層をさらに含む。該オーミックコンタクト層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ、およびＩＶ族元素のうちの少なくとも１つを含む。
【００１０】
本発明のある変形例では、ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａ１を含まない。
【００１１】
本発明のある変形例では、ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔのうちの少なくとも１つ、およびＳｉ、Ｇｅ、Ｃのうちの少なくとも１つを含む。
【００１２】
本実施例のある変形例では、ｎ側オーミックコンタクト層は、ＡｕおよびＧｅを含む。
【００１３】
本実施例のさらに別の変形例では、ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ、ＧｅおよびＮｉを含む。ｎ側オーミックコンタクト層におけるＮｉの重量パーセントは、１５％以下である。ｎ側オーミックコンタクト層におけるＧｅの重量パーセントは、１０％以上１５％以下である。ｎ側オーミックコンタクト層におけるＡｕの重量パーセントは、８０％以上９０％以下である。
【００１４】
本実施例のある変形例では、ｎ側オーミックコンタクト層は、Ａｕ／Ｇｅ合金、Ｎｉ／Ｇｅ合金、Ａｕ／Ｓｉ合金、Ｎｉ／Ｓｉ合金、およびＡｕ／Ｎｉ／Ｓｉ合金のうちの１つ以上を含む。
【００１５】
本実施形態のある変形例では、半導体発光デバイスは、ｎ側オーミックコンタクト層に結合されたＮｉ層をさらに含む。
【００１６】
本実施形態のある変形例では、半導体発光デバイスは、ｎ側オーミックコンタクト層に結合されたＡｕ層をさらに含む。
【００１７】
本実施形態のある変形例では、半導体発光デバイスは、ｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層に結合されたｐ側オーミックコンタクト層、および基板と該ｐ側オーミックコンタクト層との間のボンディング材料層をさらに含む。
【００１８】
さらに別の変形例では、ボンディング材料層は、Ａｕを含む。
【００１９】
本実施形態のある変形例では、基板は、ＳｉまたはＣｒを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
後述の説明は、いずれの当業者も本発明をなし使用可能となるように提示され、特定の用途およびその要件に照らして提供される。開示される実施形態への種々の修正は、当業者には容易に明らかとなり、本明細書に定義される一般原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態や用途に適用可能である。従って、本発明は、開示される実施形態に限定されず、本願請求項と一致する最大範囲が認められるものである。
（従来のＩｎＧａＡｌＮ系ＬＥＤ）
ウルツ鉱ＧａＮ極性の結果として、ＩｎＧａＡｌＮ層は、Ｇａ極性表面およびＮ極性表面の、異なる極性を備える２つの面を有し得る。Ｇａ極性表面は、一般に、Ｇａ原子の層の終端表面を言い、各Ｇａ原子は該面に対し垂直な非占有バンドを１つ有する。各表面Ｇａ原子は、該面から離れる方向における３つのＮ原子に接合される。
【００２１】
Ｎ極性表面は、一般に、Ｎ原子の層の終端表面を言い、各Ｎ原子は該面に対し垂直な非占有バンドを１つ有する。各表面Ｎ原子も、該面から離れる方向における３つのＧａ原子に接合される。
【００２２】
従来のＩｎＧａＡｌＮ系ＬＥＤ構造では、エピタキシャルに成長したＩｎＧａＡｌＮ層は、通常、基板から遠ざかる方向に向いたＧａ極性表面を有する。従って、ＩｎＧａＡｌＮ層上に形成されるオーミックコンタクト電極は、典型的には、Ｇａ原子とインターフェースをとる。ＩｎＧａＡｌＮ層がｎ型ドープの場合、電極材料は、理想的には、高い導電性インターフェースを形成するための半導体の仕事関数よりも小さい仕事関数を有する。仕事関数が小さい材料は、ＴｉおよびＡ１を含む。ＩｎＧａＡｌＮ層がｐ型ドープの場合、電極材料は、理想的には、高い導電性領域を形成する半導体の仕事関数よりも大きい仕事関数を有する。仕事関数が大きい材料は、Ａｕ、ＮｉおよびＰｔを含む。
【００２３】
図１は、ｎ側電極がｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＧａ極性表面に結合された、横方向電極ＬＥＤの例示的構造を示す。基板１０２は、Ｓｉ、サファイア、またはＳｉＣを基礎としてもよい。ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層１０４は、ｎ側電極１１２のためのスペース１１４を提供するように、活性層１０６下の特定の場所でエッチング除去されている。面１１４は、一般に、Ｇａ面極性を示し、電極１１２は、Ｔｉ、Ａｌまたは両方を含み得ることに留意されたい。活性層１０６は、ｐ型ドープ層１０８と下側の層１０４との間に「サンドイッチ」されている。ｐ型ドープ層１０８の上側には、ｐ側電極１１０があり、これは導電性層または低抵抗材料層である。
【００２４】
近年、発光効率を向上し、横方向電極構成に関する作製コストを削減するため、基板移変え技術が採用されてきている。例えば、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造は、サファイアウエハー上に形成され、その後別のウエハーにボンディングされ、該サファイア成長基板は、レーザリフトオフ法を使用して除去され得る。あるいは、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造は、シリコンウエハー上に形成され、その後別のウエハーにボンディングされ、該シリコン成長基板は、化学エッチングを使用して除去され得る。
【００２５】
しかしながら、基板移変えプロセスによって、Ｇａ極性表面の代わりに、ＩｎＧａＡｌＮ層の「底面」またはＮ極性表面が露出させられることになる。Ｔｉ／Ａ１等の、Ｇａ極性表面とインターフェースをとる電極に従来から使用されている材料は、Ｎ極性ＩｎＧａＡｌＮ層への低抵抗導電性パスを提供することは不可能であることを、研究は示唆している。
（Ｎ極性ＩｎＧａＡｌＮ層のための新規電極）
露出されたＮ極性表面がｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層に属する場合、低仕事関数材料を使用すべきというのが従来の知識である。しかしながら、これらの材料で形成される金属半導体接合は、実際は、高抵抗性を示し、隣接面はＮ極性であることが、実験により示唆されている。
【００２６】
当業者には予期せぬことであるが、ｐ型電極材料であると従来から考えられている特定の高仕事関数金属が、より望ましい結果を達成する可能性がある。本発明の実施形態は、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面とインターフェースをとる低抵抗電極を作製するために、高仕事関数金属をＩＶ族金属に組み合わせる。
【００２７】
本発明の一実施形態では、Ｎ極性ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ面上に、低抵抗を示すｎ型電極を形成するために、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉが使用される。好ましくは、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極の重量組成は、Ｎｉを０−５％、Ｇｅを１０％−１５％、Ａｕを８０％−９０％としたものである。また、他の物質の組み合わせも可能である。そのような組み合わせには、Ａｕ／Ｇｅ、Ｎｉ／Ｇｅ、Ａｕ／Ｓｉ、Ｎｉ／Ｓｉ、Ａｕ、およびＮｉ／Ｓｉを含むが、これらに限定されない。さらに別の実施形態では、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極は、ＡｌＮ空乏領域の形成を妨げるＡｌを含まない。
【００２８】
新規電極は、付加的金属層をさらに含み得る。例えば、該電極は、Ｎ極性ＩｎＧａＡｌＮ面とインターフェースをとるＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層上のＮｉ層、およびＮｉ層上のＡｕ層を含み得る。
【００２９】
図２は、本発明の一実施形態に従って、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を示す。ＬＥＤ多層構造は、ｐ型ドープ層２０６、多重量子井戸活性層２０８、およびｎ型ドープ層２１０を含む。ｐ型ドープ層２０６の下側には、ｐ側オーム接触層２０４がある。多層構造は、基板２０２によって支持され、本例ではクロム（Ｃｒ）基板である。
【００３０】
ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層２１０の上側には、電極を形成するためにパターン化され、エッチングされたＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ電極オーミックコンタクト層２１４がある。一実施形態では、オーミックコンタクト層２１４は、重量パーセントで測定された２％のＮｉ、１２％のＧｅ、および８８％のＡｕを含む。Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層２１４は、Ｎ極性ＩｎＧａＡｌＮ面２１６を有する低抵抗オーミックコンタクトを形成することに留意されたい。また、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層２１４は、Ｎｉ層２１８およびＡｕ層２２０によって覆われている。これらの付加的金属層は、導電線または他の材料のその後のボンディングを促進することができる。
【００３１】
一実施形態では、基板２０２は、いかなる導電性材料を含み得る。さらに、ボンディング材料の層は、ｐ型ドープ層２０６と基板２０２との間に介在し得る。好適な実施形態では、基板２０２は、高い導電性および熱伝導性を有し、化学ウェットエッチングに耐性を有する材料を含む。さらに別の実施形態では、基板２０２は、導電性Ｓｉを基礎とし得る。
【００３２】
さらに、ｎ型ドープ層２１０およびｐ型ドープ層２０６は、超格子構造または変調ドープ構造をさらに基礎とすることが可能な１つ以上の層を含むことができる。また、活性層２０８は、二重ヘテロ結合構造、単一量子井戸構造、または多重量子井戸構造を基礎とすることが可能である。
【００３３】
オーミックコンタクト層２１４、２１８および２２０の加工は、いかなる物理蒸着（ＰＶＤ）またはＣＶＤプロセスに基づいても行うことが可能である。一実施形態では、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層は、スパッタリングまたは電子ビーム蒸着プロセスを用いて堆積させ得る。
【００３４】
一実施形態では、図２で図示されるデバイスは、後述のプロセスに基づいて作製され得る。初めに、ＡｌＮバッファ層がＣＶＤを使用してＳｉ成長基板上に形成される。次に、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層２１０、ＩｎＧａＮ／ＧａＡＩＮ多重量子井戸活性層２０８、およびｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層２０６が、該バッファ層上に形成される。その後、エピタキシャル構造が、ｐ型ドーパントを活性させるよう７６０℃のアニールプロセスを施される。その後、ｐ側オーミックコンタクト層２０４は、ｐ型ドープ層２０６上に堆積させられ、３０ミクロンの厚さのＣｒ支持基板２０２が、オーミックコンタクト層２０４上に堆積させられる。
【００３５】
次に、最初の成長Ｓｉ基板が除去されるように、構造全体に化学ウェットエッチングが施される。その後、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）が、該バッファ層を除去し、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層２１０を露出するために用いられる。１０００オングストロームの厚さを有するＡｕ／Ｇｅ／Ｎｅ電極層２１４が堆積させられる。また、２００オングストロームの厚さを有するＮｉ層２１８および８０００オングストロームの厚さを有するＡｕ層２２０が、ｎ側電極を形成するために、さらに蒸着、パターン化、エッチングされる。その後、該構造は、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ層２１４が合金を形成するように、３５０°ＣのＮ２環境に３分間さらされる。ウエハーダイシングおよびデバイスのパッケージングの後、最終デバイスが得られる。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態に従って、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を有するＬＥＤ構造を示す。本例では、ＬＥＤ多層構造は、ｐ型ドープ層３０８、単一量子井戸活性層３１０、およびｎ型ドープ層３１２を含む。ｎ型ドープ層３１２の上側には、Ａｕ／Ｇｅ層３１４があり、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層３１２のＮ極性表面３１６に対して低抵抗オーミックコンタクトを形成する。一実施形態では、Ａｕ／Ｇｅ層３１４は、重量パーセントで測定された８６％のＡｕおよび１４％のＧｅを含む。
【００３７】
ｐ型ドープ層３０８の下側には、ｐ側オーミックコンタクト層３０６、ボンディング材料層３０４、およびＳｉ基板層３０３がある。さらに、裏面電極層３０２が、Ｓｉ基板３０３の裏面に堆積される。
【００３８】
一実施形態では、図３で図示されるデバイスは、後述のプロセスに基づいて作製され得る。初めに、ＡｌＮバッファ層が、ＣＶＤを使用してＳｉ成長基板上に形成される。次に、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層３１２、ＩｎＧａＮ／ＧａＡＩＮ単一量子井戸活性層３１０、およびｐ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層３０８が、該バッファ層上に形成される。その後、エピタキシャル構造は、ｐ型ドーパントを活性するよう７６０℃のアニールプロセスを施される。その後、ｐ側オーミックコンタクト層３０６が、ｐ型ドープ層３０８上に堆積され、ボンディング材料層３０４が、ｐ側オーム接触層３０６上に堆積される。
【００３９】
次に、支持Ｓｉ基板３０３が、ボンディング材料層３０４にボンディングされる。その後、裏面電極層３０２が、支持基板３０３上に堆積される。次に、構造全体は、最初の成長Ｓｉ基板を除去するために化学ウェットエッチングを施される。ウェットエッチングプロセスの際、裏面電極層３０２が、支持基板３０３がエッチングされないように保護することに留意されたい。
【００４０】
その後、ＲＩＥが、バッファ層を除去し、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層３１２を露出させるために使用される。８０００オングストロームの厚さを有するＡｕ／Ｇｅ電極層３１４が、ｎ側電極を形成するために、蒸着され、パターン化され、エッチングされる。その後、該構造は、Ａｕ／Ｇｅ層３１４が合金を形成するように、３００°ＣのＮ２環境に５分間さらされる。ウエハーダイシングおよびデバイスのパッケージングの後、最終デバイスが得られる。
【００４１】
図４は、本発明の一実施形態に従って、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を有するＬＥＤを作製するためのプロセスを示す。ステップＡでは、基本のＩｎＧａＡｌＮ発光層状構造が、周知のＩｎＧａＡｌＮデバイス作製プロセスによって形成される。典型的には、バッファ層４０４がＳｉ基板４０２上に成長させられる。その後、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４０６が、バッファ層４０４上に成長させられる。一実施形態では、ＩｎＧａＡｌＮ多重量子井戸活性層４０８およびｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層４１０は、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４０６上に形成される。ＣＶＤは、これらの層を作製するために用いられ得る。さらに別の実施形態では、層状構造は、アニーリングのために、約２０分間７６０°ＣのＮ２環境に置かれる。
【００４２】
ステップＢでは、オーミックコンタクト電極４１２が、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層４１０のＧａ極性表面上に形成される。この層は、電子ビーム蒸着、フィラメント蒸着、またはスパッタ蒸着等のＰＶＤ法を使用して作製され得る。また、オーミックコンタクト層４１２は、反射材料を基礎とすることも可能である。好ましくは、オーミックコンタクト層４１２の少なくとも３０％は、反射材料である。
【００４３】
ステップＣでは、ボンディング金属層４１３が、オーミックコンタクト層４１２上に堆積させられる。一実施形態では、ボンディング金属層４１３は、Ａｕを含む。
【００４４】
ステップＤでは、ステップＣで得られた層状構造４１４全体が、上下逆にされ、低抵抗性を有する第二のＳｉ基板４１８にボンディングされる。また、基板４１８のボンディング側は、ボンディング層４１３と同一の材料を実質的に含むボンディング金属層４１６で被覆されている。基板４１８の他方側は、保護材料層４２０であり、基板４１８を続くエッチング処理から保護する。一実施形態では、保護層４２０も、Ａｕを含む。一般に、保護層４２０は、導電線材料を含むことに留意されたい。このように、導電性パスは、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層からボンディング層４１６、基板４１８、および保護層４２０を通って形成され得る。
【００４５】
ステップＥでは、ボンディング後、２つの基板を含む層状構造４２２が形成される。
【００４６】
ステップＦでは、成長基板４０２が、例えば、ＫＯＨまたはＨＮＡを基礎とするウェットエッチングを使用して除去される。生成された基板４２４は、保護層４２０が基板４１８をウェットエッチング処理から保護するという理由で、基板４１８を含むことに留意されたい。
【００４７】
ステップＧでは、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４０６が露出するように、バッファ層４０４は、ＲＩＥプロセスを使用して除去される。Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉオーム接触層４２６は、Ｎ極性を示す、ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層４０６の上面上に堆積させられる。一実施形態では、この作製ステップは、電子ビーム蒸着、フィラメント蒸着、またはスパッタ蒸着等のＰＶＤ法を使用する。一実施形態では、オーミックコンタクト層４２６は、Ａｕ、ＧｅおよびＮｉを後述の好適な重量組成で、つまり、Ｎｉを０−５％、Ｇｅを１０％−１５％、Ａｕを８０％−９０％の比率で含む。他の実施形態では、オーミックコンタクト層４２６の組成は、Ａｕ、Ｎｉ、Ｐｔ等の１つ以上の高仕事関数元素と、ＳｉおよびＧｅ等の１つ以上のＩＶ元素との組み合わせであり得る。
【００４８】
前述の例示的加工プロセスは、実施例のように特定のＩｎＧａＡｌＮ発光デバイスを用いている。しかしながら、本願に記載の一般的なデバイス構造は、幅広い半導体発光デバイスに応用可能である。例えば、ＩｎＧａＡｌＮを基礎とする層状構造は、サファイアまたはＳｉＣ基板上に作製可能である。典型的には、バッファ層は、ＩｎＧａＡｌＮを基礎とするデバイスと、格子不整合および熱不整合を解消する基板との間に介在する。バッファ層に一般的に使用される化合物は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）、およびＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）を含む。
【００４９】
本発明の実施形態の前述の説明は、図示および説明の目的のためだけに提示されたものである。該説明は、網羅的であること、さらに、本発明を開示される形式に限定することを意図するものではない。従って、多くの修正および変更が、当業者には明らかである。また、前述の開示は、本発明を限定することを意図するものではない。本発明の範囲は添付の請求項により定義される。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、ｎ側電極がｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＧａ極性表面に結合された、横方向電極ＬＥＤの例示的構造を示す。
【図２】図２は、本発明の一実施形態による、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を示す。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を有するＬＥＤ構造を示す。
【図４】図４は、本発明の一実施形態による、ｎ型ドープＩｎＧａＡｌＮ層のＮ極性表面に結合されたオーミックコンタクト電極を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。
【図１】
2009514197.tif 000004
【図２】
2009514197.tif 000005
【図３】
2009514197.tif 000006
【図４】
2009514197.tif 000007
【国際調査報告】
2009514197.tif 000008
2009514197.tif 000009