(57)【要約】本発明の一実施形態は、多層構造を含む半導体発光デバイスを提供する。該多層構造は、第一のドープ層、活性層、および第二のドープ層を備える。該半導体発光デバイスは、該第一のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第一のオーミックコンタクト層、該第二のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第二のオーミックコンタクト層、および重量パーセントで測定された１５％以上のクロム（Ｃｒ）を含む支持基板をさらに含む。
2009514198.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスであって、
第一のドープ層、活性層、および第二のドープ層を含む多層構造と、
該第一のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第一のオーミックコンタクト層と、
該第二のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第二のオーミックコンタクト層と、
重量パーセントで測定された１５％以上のクロム（Ｃｒ）を含む支持基板と
を備える、半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記支持基板は、Ｃｒ層またはＣｒ合金層である、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記支持基板は、鉄（Ｆｅ）をさらに含む、請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記支持基板の厚さは、１０ミクロン以上２００ミクロン以下である、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記支持基板の厚さは、２０ミクロン以上１５０ミクロン以下である、請求項４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記支持基板と前記第一の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、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記支持基板は、物理蒸着、化学蒸着、および電気メッキのうちの少なくとも１つによって作製される、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記支持基板は、アークイオン蒸着、スパッタリング、および電子ビーム蒸着のうちの少なくとも１つによって作製される、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記支持基板は、アークイオン蒸着プロセスによって作製され、そのプロセスの原材料にクロムおよびステンレス鋼を含む、請求項８に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記第一のオーミックコンタクト層は、白金（Ｐｔ）を含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記第二のオーミックコンタクト層は、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、およびニッケル（Ｎｉ）、またはＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉの合金を含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
前記多層半導体構造は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含み、
それぞれ、前記第一のドープ層はｐ型またはｎ型のドープ層であり、前記第二のドープ層はｎ型またはｐ型のドープ層であり、
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を含む、請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１３】
半導体発光デバイスを作製する方法であって、
第一のドープ層、活性層、および第二のドープ層を備える多層構造を、成長基板上で作製するステップと、
該第一のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第一のオーミックコンタクト層を作製するステップと、
該第二のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第二のオーミックコンタクト層を作製するステップと、
該多層構造上に支持基板層を作製するステップであって、該支持基板は重量パーセントで測定された１５％以上のＣｒを含む、ステップと、
該成長基板を除去するステップと
を含む、方法。
【請求項１４】
前記支持基板を作製するステップは、Ｃｒ層またはＣｒ合金層を作製するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記Ｃｒ合金層を作製するステップは、Ｃｒ−Ｆｅ合金層を作製するステップを含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記支持基板の厚さは、１０ミクロン以上２０００ミクロン以下である、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記支持基板の厚さは、２０ミクロン以上１５０ミクロン以下である、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成長基板は、シリコン、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム（ＧａＮ）、およびガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のうちの１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記成長基板は、シリコン基板である、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記多層構造を作製する前に、前記成長基板をエッチングしてメサを作製するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記支持基板を作製するステップは、前記成長基板を除去する前に、ボンディング材料層を使用して前記多層構造に該支持基板をボンディングするステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記支持基板を作製するステップは、物理蒸着、化学蒸着、および電気メッキのうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記支持基板を作製するステップは、アークイオン蒸着、スパッタリング、および電子ビーム蒸着のうちの少なくとも１つを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記支持基板を作製するステップは、アークイオン蒸着プロセスを使用するステップを含み、そのプロセスの原材料にクロムおよびステンレス鋼を含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記第一のオーミックコンタクト層を作製するステップは、Ｐｔ層を作製するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２６】
前記第二のオーミックコンタクト層を作製するステップは、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉ、またはＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉ合金を含む層を作製するステップを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２７】
前記多層半導体構造は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含み、
それぞれ、前記第一のドープ層はｐ型またはｎ型のドープ層であり、前記第二のドープ層はｎ型またはｐ型のドープ層であり、
前記活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２８】
半導体発光デバイスを作製する方法であって、
成長基板をエッチングしてメサを生成するステップと、
該成長基板上にバッファ層を作製するステップと、
ｎ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）層を作製するステップと、
多重量子井戸活性層を作製するステップと、
ｐ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ１，０≦ｙ≦１）層を作製するステップと、
該ｐ型ドープＩｎｘＧａｙＡ１１−ｘ−ｙＮ層への導電性パスを形成するｐ側オーミックコンタクト層を作製するステップと、
重量パーセントで測定された１５％以上のクロム（Ｃｒ）を含む支持基板を作製するステップと、
該成長基板を除去するステップと、
該バッファ層を実質的に除去するステップと、
該ｎ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ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作製するステップと
を含む、方法。
【請求項２９】
前記成長基板は、シリコン基板である、請求項２８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、金属支持基板を備える新規半導体発光デバイス構造に関する。
【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、ディスプレイ装置のための光源から従来の照明に替わる電球まで、ますます多くの用途に台頭してきている。典型的には、コスト、効率、輝度が、ＬＥＤの実用化を決定する３つの最も重要な評価指標である。
【０００３】
ＬＥＤ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）の間に「サンドイッチ」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型ドープ層の空孔とｎ型ドープ層の電子とを含むキャリアは、活性領域で再結合する。直接遷移型の物質の場合、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エネルギーバンドギャップに相当する。
【０００４】
近年、青色ＬＥＤの需要がますます高まりつつある。青色ＬＥＤは、一般に、ＧａＮ等の窒化物を含むワイドバンドギャップの半導体材料を基礎にしている。窒化物のエピタキシャル成長の成功には、基板およびエピタキシャル層の格子定数および熱膨張係数の一致が必要である。その結果、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）および炭化ケイ素（ＳｉＣ）等の非従来型基板材料は、多くの場合、そのような一致を達成することが必要となる。サファイアは導電性が低いため、そのような基板上で作製されるＬＥＤは、多くの場合、基板上の同じ側に電極が必要とされる。しかしながら、この横方向電極構成は、発光効率を低減し、作製の複雑性を増し、動作中の熱放散を制限する恐れがある。
【０００５】
このような制限を克服するため、研究者達は、縦方向電極ＬＥＤを構築する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デバイス構造の表面にボンディングされ、デバイスがエピタキシャル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「ひっくり返す」。新しい支持基板は高導電性を有し、従って縦方向電極構成を促進することが可能となる。
【０００６】
しかしながら、ウエハーボンディングは、多くの場合、金等の高価なボンディング材料が必要とされ、またデバイスの信頼性を低下させる恐れのあるボンディングプロセスで機械的欠陥を導入し、製造歩留を低下させる恐れがある。従って、必要とされるものは、縦方向電極構成を促進し、低コストでかつ高信頼性があり、優れた機械的特性を提供できるデバイス構造である。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一実施形態は、多層構造を含む半導体発光デバイスを提供する。該多層構造は、第一のドープ層、活性層、および第二のドープ層を備える。該半導体発光デバイスは、該第一のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第一のオーミックコンタクト層、該第二のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第二のオーミックコンタクト層、および重量パーセントで測定された１５％以上のクロム（Ｃｒ）を含む支持基板をさらに含む。
【０００８】
本実施形態の変形例では、支持基板は、Ｃｒ層またはＣｒ合金層である。
【０００９】
さらなる変形例では、支持基板は、さらに鉄（Ｆｅ）を含む。
【００１０】
本実施形態の変形例では、支持基板の厚さは、１０ミクロン以上２００ミクロン以下である。
【００１１】
さらなる変形例では、支持基板の厚さは、２０ミクロン以上１５０ミクロン以下である。
【００１２】
本実施形態の変形例では、半導体発光デバイスは、支持基板と第一のオーミックコンタクト層との間にボンディング材料層をさらに含む。
【００１３】
本実施形態の変形例では、支持基板は、物理蒸着、化学蒸着、および電気メッキのうちの少なくとも１つによって作製される。
【００１４】
本実施形態の変形例では、支持基板は、アークイオン蒸着、スパッタリング、および電子ビーム蒸着のうちの少なくとも１つによって作製される。
【００１５】
さらなる変形例では、支持基板は、アークイオン蒸着プロセスによって作製され、そのプロセスの原材料にクロムおよびステンレス鋼を含む。
【００１６】
本実施例の変形例では、第一のオーミックコンタクト層は、白金（Ｐｔ）を含む。
【００１７】
本実施例の変形例では、第二のオーミックコンタクト層は、金（Ａｕ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、およびニッケル（Ｎｉ）、またはＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉの合金を含む。
【００１８】
本実施例の変形例では、多層半導体構造は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含む。それぞれ、第一のドープ層はｐ型またはｎ型のドープ層であり、第二のドープ層はｎ型またはｐ型のドープ層である。さらに、活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を含む。
【００１９】
本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを作製する方法を提供する。該方法は、第一のドープ層、活性層、および第二のドープ層を備える多層構造を、成長基板上で作製するステップを含む。該方法は、該第一のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第一のオーミックコンタクト層を作製するステップと、該第二のドープ層への導電性パスを形成するように構成された第二のオーミックコンタクト層を作製するステップをさらに含む。さらに、該方法は、多層構造上に支持基板層を作製するステップであって、該支持基板が重量パーセントで測定された１５％以上のＣｒを含む、ステップを含む。また、該方法は、成長基板を除去するステップを含む。
【００２０】
本実施形態の変形例では、支持基板を作製するステップは、Ｃｒ層またはＣｒ合金層を作製するステップを含む。
【００２１】
さらなる変形例では、Ｃｒ合金層を作製するステップは、Ｃｒ−Ｆｅ合金層を作製するステップを含む。
【００２２】
本実施形態の変形例では、支持基板の厚さは、１０ミクロン以上２００ミクロン以下である。
【００２３】
さらなる変形例では、支持基板の厚さは、２０ミクロン以上１５０ミクロン以下である。
【００２４】
本実施形態の変形例では、成長基板は、シリコン、サファイア、炭化ケイ素、窒化ガリウム（ＧａＮ）、およびガリウムヒ素（ＧａＡｓ）のうちの１つを含む。
【００２５】
本実施形態の変形例では、本発明は、多層構造を作製する前に、成長基板をエッチングしてメサを生成するステップをさらに含む。
【００２６】
本実施形態の変形例では、支持基板を作製するステップは、成長基板を除去する前に、ボンディング材料層を使用して多層構造に支持基板をボンディングするステップを含む。
【００２７】
本実施形態の変形例では、支持基板を作製するステップは、物理蒸着、化学蒸着、および電気メッキのうちの少なくとも１つを含む。
【００２８】
本実施形態の変形例では、支持基板を作製するステップは、アークイオン蒸着、スパッタリング、および電子ビーム蒸着のうちの少なくとも１つを含む。
【００２９】
さらなる変形例では、支持基板を作製するステップは、アークイオン蒸着プロセスを使用するステップを含み、該プロセスの原材料はクロムおよびステンレス鋼を含む。
【００３０】
本実施形態の変形例では、第一のオーミックコンタクト層を作製するステップは、Ｐｔ層を作製するステップを含む。
【００３１】
本実施形態の変形例では、第二のオーミックコンタクト層を作製するステップは、Ａｕ、Ｇｅ、およびＮｉ、またはＡｕ／Ｇｅ／Ｎｉの合金を含む層を作製するステップを含む。
【００３２】
本実施形態の変形例では、多層半導体構造は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）を含む。それぞれ、第一のドープ層はｐ型またはｎ型のドープ層であり、第二のドープ層はｎ型またはｐ型のドープ層である。活性層は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を含む。
【００３３】
本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを作製する方法を提供する。該方法は、成長基板をエッチングしてメサを生成するステップと、該成長基板上にバッファ層を作製するステップと、ｎ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）層を作製するステップと、多重量子井戸活性層を作製するステップと、ｐ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）層を作製するステップと、該ｐ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ層への導電性パスを形成するｐ側オーミックコンタクト層を作製するステップと、重量パーセントで測定された１５％以上のクロム（Ｃｒ）を含む支持基板を作製するステップと、該成長基板を除去するステップと、該バッファ層を実質的に除去するステップと、該ｎ型ドープＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ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作製するステップとを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３４】
後述の説明は、いずれの当業者も本発明を構成し使用することを可能するように提示され、特定の用途およびその要件の下で提供される。開示される実施形態への種々の修正は、当業者には自明であり、本願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され得る。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。
【００３５】
（縦方向電極を有するＬＥＤ）
一般に、ＬＥＤの２つの電極は、基板の同じ側（横方向電極）または基板と異なる面（縦方向電極）に配置され得る。縦方向電極構成は、そのパッケージングの容易さおよびオーミックよりよい信頼性に起因して、さらに横方向電極デバイス構造および特有の基板特性、例えば低導電性、低透明性、低熱伝導性等に関連する制限のために、好適な設計である。
【００３６】
図１は、縦方向電極を有する典型的なＬＥＤ構造を示す。活性層１０６は、上層１０４と下層１０８の間に「サンドイッチ」されている。上層１０２または下層１０８は、ｎ型あるいはｐ型のドープクラッド層、基板層、バッファ層等の付加層を含み得ることに留意されたい。さらに、クラッド層は、１つ以上の層を含み得るが、ある文献で使用される「クラッド層」とは、活性層に直に隣接したドープ層のみを示す。
【００３７】
上層１０４の上側には、上部電極１０２があり、これは上層１０４への導電性パスを形成可能な導電性材料または低抵抗材料の層である。下層１０８の下側には、下部電極１１０があり、これも導電性材料または低抵抗材料の層である。例えば、上部電極１０２および下部電極１１０は、両方ともオーミックコンタクト層であり得る。オーミックコンタクト層は、典型的に低抵抗を示す、隣接層とのオーミック接触を形成可能であることに留意されたい。オーミックコンタクト層は、１つ以上の金属、合金、あるいは化合物、例えばＰｔ、Ｎｉ、ＮｉＯ、ＩＴＯ（インジウムスズ酸化物）を基礎にすることができる。上層１０４は、ｎ型ドープ層を含み、下層１０８は、ｐ型ドープ層を含み得る。
【００３８】
ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）材料の最近の開発によって、ＬＥＤ発光スペクトルは、緑色、青色、および紫外線領域にまで広がってきている。さらに、ＩｎＧａＡｌＮベースのＬＥＤは、旧世代ＬＥＤでは得られなかった高輝度を達成することができる。現在、ＩｎＧａＡｌＮのＬＥＤは、通常、サファイアまたはＳｉＣ基板上に作製される。サファイア基板は、低導電性および熱伝導性を有し、またその硬度のため、ダイシングは困難である恐れがある。ＳｉＣ基板は、導電性があり、高熱伝導性を有する。しかしながら、関連コストが高価なため、ＳｉＣ基板は、大量の商業生産には適さない。
【００３９】
最新の研究努力として、窒化ＬＥＤを製造するためシリコン基板を使用することに焦点があてられている。基板材料として、シリコンは、優れた導電性および熱伝導性の両方を有する。さらに、シリコン基板のコストは、サファイアまたはＳｉＣ基板のコストと比較して非常に安価である。しかしながら、シリコンは、可視光を透過させない。従って、従来のシリコン基板に基づく単純な縦方向電極デバイス構造では、シリコンによる吸収作用のため発光効率が低減してしまう恐れがある。
【００４０】
シリコンまたはサファイア基板に関連する前述の問題を軽減するため、ウエハーボンディングを使用し、最初の成長基板から別の支持基板に多層構造を移すことができる。シリコン基板の場合、デバイスと支持基板との間の反射層によって、光吸収を低減することができる。サファイア基板の場合も、ウエハーボンディング技術を使用して、低い導電性および熱伝導性に関連する問題を軽減することができる。
【００４１】
後述の説明において、「窒化物材料」および「ＧａＮ材料」は、一般に、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）に含まれ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＧａＡ１Ｎ、ＩｎＧａＡｌＮ等の二元、三元、または四元化合物であり得ることは留意されたい。
【００４２】
図２は、ウエハーボンディングを使用して、縦方向電極を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。ステップＡでは、周知のＩｎＧａＡ１Ｎデバイス作製プロセスに基づいて、ＧａＮ発光多層構造が、成長基板２０２上に初めに作製される。オプションとして、格子定数および／または熱膨張係数を一致させる目的として、バッファ層２０４を、基板２０２上に成長させる。その後、ｎ型ドープ層２０６を、バッファ層２０４上に成長させる。ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性層２０７およびｐ型ドープ層２０８を、ｎ型ドープ層２０６上に形成する。
【００４３】
次に、オーミックコンタクト層２１０を、ｐ型ドープ層２０８上に形成する。オーミックコンタクト層２１０の形成には、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いかなる化学蒸着方法または物理蒸着方法も使用可能である。また、オーミックコンタクト層２１０は、反射率３０％以上の反射材料であり得る。
【００４４】
ステップＢでは、ボンディング金属材料２１２を、オーミックコンタクト層２１０上に堆積する。金は、伸展性、相対的低共晶温度、および低抵抗性があるため、候補材料の１つである。
【００４５】
ステップＣでは、多層構造２１４全体が上下逆にひっくり返され、増大した温度および圧力の下で、ボンディング材料層２１２が、支持基板２１８の一方側の対応するボンディング材料層２１６とボンディングされる。ウェットエッチングが使用される場合、支持基板２１８がそれに続く成長基板２０２の除去に耐え得るように、支持基板２１８が、その他方の面を覆う第二の金層２２０を有し得ることに留意されたい。
【００４６】
留意すべきは、ウエハー領域全体にわたって強固かつ一貫した良好なウエハーボンディングには、両面の高平坦性が必要となることである。ボンディングは、高温かつ高圧の下で生じる。ステップＣの拡大図に見られるように、いかなる表面欠陥も、ボンディング品質を損なわせ、２つのボンディング層の間にギャップを残す恐れがある。
【００４７】
ステップＤでは、ボンディングされた構造２２２が形成され、間に「サンドイッチ」されたＬＥＤ構造を有する成長基板および支持基板の両方を含む。
【００４８】
ステップＥでは、最初の成長基板２０２が除去される。レーザリフトオフ法が、サファイア基板を除去するために一般に使用される。ＫＯＨまたはＨＮＡを基礎にするウェットエッチングは、シリコン基板を除去するために使用され得る。留意すべきは、ボンディング層の物理的欠陥、例えば不均一面間の空隙は、ウェットエッチングの際に、デバイスの品質を損なう恐れがあることである。
【００４９】
ステップＦでは、バッファ層２０４が除去され、第二のオーミックコンタクト層２２６が、ｎ型ドープ層上に、蒸着され、パターン化され、エッチングされる。その結果、オーミックコンタクト層２２６および２１０は、一対の縦方向電極を形成する。
【００５０】
ウエハーボンディングは、縦方向電極ＬＥＤを作製するための実行可能なアプローチではあるが、金等のボンディング材料は、高価であることが多い。さらに、ボンディングプロセスの際に導入される物理的欠陥は、大量ＬＥＤ生産に決定的であるデバイスの信頼性および／または製造歩留を低下させる場合がある。
（金属支持基板）
本発明の実施形態は、ウエハーボンディングを必要としない金属支持基板を含む、新規ＬＥＤ構造を促進する。ＬＥＤ多層構造は、デバイスの高信頼性および生産歩留まりを維持しながら、低コストで、成長基板から支持基板へ転され得る。さらに、金属支持基板は、熱放散を向上し、ＬＥＤの動作温度の低下に役立ち、デバイスの容易なダイシングを促進する。
【００５１】
一実施形態では、ＬＥＤ多層構造が成長基板上で作製された後、金属層がオーミックコンタクト層上に直接堆積させられる。この金属層は、デバイス構造を支持するため、機械的強度を提供するための十分な厚さを有する。その結果、別のウエハーボンディングプロセスは、不必要となる。一実施形態によると、ＬＥＤデバイスは、金属支持基板、第一のオーミックコンタクト層、半導体多層構造、および第二のオーミックコンタクト層を含む。
【００５２】
半導体多層構造は、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＡｓ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、ＭｇｘＺｎｙＣｄ１−ｘ−ｙＯ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）等の異なる物質を基礎にすることができる。好適な実施形態では、半導体多層デバイスは、ＩｎｘＧａｙＡｌ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）が基礎にされる。多層構造は、下から上に、ｐ型ドープ層、活性層、およびｎ型ドープ層を含むことが可能である。あるいは、多層構造は、下から上に、ｎ型ドープ層、活性層、およびｐ型ドープ層を含むことが可能である。
【００５３】
図３は、本発明の一実施形態に従って、縦方向電極および金属支持基板を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。ステップＡでは、半導体多層構造が、成長基板３０２上に作製される。多層構造は、バッファ層３０４、ｎ型ドープ層３０６、活性層３０７、ｐ型ドープ層３０８、およびオーミックコンタクト層３１０を含む。成長基板は、シリコン、サファイア、ＧａＡｓ、または他の利用可能な材料を基礎にすることができる。一実施形態では、成長基板は、ウェットエッチングを使用して容易に除去可能な材料である、シリコンまたはＧａＡｓを基礎にする。
【００５４】
さらに別の実施形態では、成長基板３０２はシリコン基板であり、バッファ層３０４、ｎ型ドープＧａＮ層３０６、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸層３０７、およびｐ型ドープＧａＮ層３０８が、化学蒸着（ＣＶＤ）を使用して、成長基板３０２上に堆積させられる。次に、ｐ型ドーパントを活性するために十分な７２０℃の焼なまし温度に、構造全体がさらされる。さらに、Ｐｔオーミックコンタクト層３１０が、ｐ型ドープ層３０８上に形成される。
【００５５】
ステップＢでは、金属層３１２が、多層構造３１４の支持基板として機能するように、オーミックコンタクト層３１０上に堆積させられる。金属層３１２は、いかなる金属材料または導電性材料も基礎にすることが可能である。好ましくは、金属層３１２は、クロム等の腐食耐性を有する金属を含む。一実施形態では、金属層３１２は、クロム（Ｃｒ）またはクロム合金を含み、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銅（Ｃｕ）または鉄（Ｆｅ）をさらに含むことができる。一実施形態では、金属層３１２は、重量パーセントで測定された１５％以上のクロムを含む。クロムは、腐食耐性、低コスト、高い導電性および熱伝導性、高反射性を有するため、金属層３１２の好適な材料である。また、クロムの熱膨張係数はＧａＮと近似しており、クロムの硬度は、デバイスダイシングをさらに促進することができる。
【００５６】
理想的には、金属層３１２は、続く処理ステップおよびデバイスダイシングの際に、多層構造に機械的支持を提供するための十分な厚さを有する。一実施形態では、金属層３１２の厚さは、１０ミクロン以上２００ミクロン以下である。さらに別の実施形態では、金属層３１２の厚さは、２０ミクロン以上１５０ミクロン以下である。
【００５７】
金属層３１２は、電気メッキ、アークイオン蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）、プラズマ助長ＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を含む、いかなるメッキ法、物理蒸着（ＰＶＤ）法、または化学蒸着（ＣＶＤ）法を使用して、堆積させられ得る。また、他の堆積方法も可能である。
【００５８】
好ましくは、選択された堆積方法は、比較的に高速度で金属層３１２を堆積可能であり、それによって生産効率を向上させ、過度に高密度の金属層の形成を防止する。過度に高密度の金属層は、多層構造におけるＧａＮ層との重大な熱的不整合を生じさせる場合がある。続く処理過程または動作中に、デバイスが高温の温度変化にさらされる場合、この熱膨張不整合によって、デバイスに物理的亀裂が生じる場合がある。
【００５９】
一実施形態では、金属層３１２は、アークイオン蒸着を使用して堆積させられる。従来、アークイオン蒸着は、硬度および耐摩耗性を向上させるために、切削工具や鋳型の表面上に硬質被膜を形成するのに使用される。ここでは、アークイオン蒸着は、クロム層をデバイスウエハー上に迅速に堆積するために利用され得る。さらに、アークイオン蒸着によって堆積される金属層は、一般に、他のより低速な堆積方法により堆積されたものほど、高密度ではない。その結果、生成された支持基板は、半導体層と金属層との間の熱膨張不整合に対し、より寛容である。
【００６０】
また、電気メッキは、金属支持基板を堆積するのに利用可能である。しかしながら、成長基板が優れた導電性材料ではない場合、電気メッキを実行することは困難となり得る。例えば、成長基板が高抵抗性シリコンである場合、クロムまたはクロム合金のアークイオン蒸着がより効果的な堆積方法となる。一実施形態では、原料として、クロムおよびステンレス鋼の両方を含むアークイオン蒸着プロセスを使用して、金属層３１２が堆積させられる。
【００６１】
ステップＣでは、成長基板２０２が除去される。成長基板３０２がシリコン基板である一実施形態では、ウェットエッチングが使用される。また、レーザリフトオフ法等の他の除去方法も使用可能である。
【００６２】
ステップＤでは、バッファ層３０４は、ｎ型ドープ層３０６を露出させるように、例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用して、完全にまたは部分的に除去される。
【００６３】
ステップＥでは、別のオーミックコンタクト層３１４が、ｎ型ドープ層３０６上にさらに堆積させられる。
【００６４】
直接堆積の代わりに、ボンディング法を使用して金属支持基板をデバイスにボンディングすることも可能であることに留意されたい。この場合、ボンディング材料の付加層が、金属層３１２とオーミックコンタクト層３１０との間に存在し、２層間の粘着性を向上させる。
【００６５】
さらに別の実施形態では、ＬＥＤ多層構造を作製する前に、シリコン成長基板を前処理し、メサを形成することができる。そのようなメサは、ＧａＮと基板材料との間の熱膨張不整合によって生じる応力に対する基板の耐性を向上させる。図４は、本発明の一実施形態に従って、縦方向電極、および前処理を行ったシリコン基板を基礎とする金属支持基板を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。
【００６６】
ステップＡでは、シリコン成長基板が、多数のメサを生成するよう、パターン化され、エッチングされる。各メサは、ＧａＮ材料の多層構造のための領域を画定する。
【００６７】
ステップＢでは、多層構造４０４が、基板メサ上に形成される。また、オーミックコンタクト層４０６は、各個別構造のｐ型ドープ層上に堆積させられる。一実施形態では、メサは十分離れているため、異なる層のエピタキシャル成長によって、２つの個別構造の間にいかなる接着も生じることはないことに留意されたい。
【００６８】
ステップＣでは、クロム支持基板層４０８が、多層構造上に堆積させられる。クロム層４０８は、十分な厚さを有し、メサ間の空隙を埋める。
【００６９】
ステップＤでは、ウェットエッチングを使用して、成長基板４０２が除去される。クロム支持基板４０２は、各多層構造を支持する。残っている構造において、クロムは、個別の多層構造の間の空隙を満たしていることに留意されたい。
【００７０】
ステップＥでは、クロム支持基板４０８は、漏れ電流を防止するため、多層構造の活性層より下にさらにエッチングされる。また、第二のオーミックコンタクト層４１０は、多層構造上に堆積させられる。
【００７１】
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。それらは、網羅的であること、または本発明を開示された形に限定することを目的としていない。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、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、縦方向電極を有するＬＥＤ構造を示す。
【図２】図２は、ウエハーボンディングを使用して、縦方向電極を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従って、縦方向電極および金属支持基板を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従って、縦方向電極、および前処理されたシリコン基板を基礎とする金属支持基板を有するＬＥＤを作製するプロセスを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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