(57)【要約】【課題】  高効率の発光デバイスを提供する。【解決手段】  本発明の実施形態は、ｎ型領域と、ｐ型領域と、前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置された発光層とを含む。発光層は、窒素及びリンを有するＩＩＩ−Ｖ族材料である。デバイスはまた、ｐ型領域及びｎ型領域の一方と発光層との間に配置された傾斜領域を含む。傾斜領域内の材料の組成が傾斜される。【選択図】図８
2018093241.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に配置されたｐ型領域と、
ｎ型領域と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置された、窒素及びリンを有するＩＩＩ−Ｖ族材料の発光層と、
前記発光層と前記ｎ型領域との間に配置された傾斜領域であり、傾斜された組成を含む傾斜領域と、
ミラーと該ミラーに埋め込まれた導電ドットとを有する底部コンタクトであり、前記基板上に配置された底部コンタクトと、
前記ｎ型領域上に配置された頂部コンタクトと、
を有するデバイス。
【請求項２】
前記発光層はＩｎＧａＮｘＰ１−ｘであり、０＜ｘ≦０．０３である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記発光層は、順バイアスされたときに緑から赤の範囲内のピーク波長を有する光を放出する組成を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記傾斜領域は、第１の傾斜領域であり、当該デバイスは更に、前記発光層と前記ｐ型領域との間に配置された第２の傾斜領域を有し、該第２の傾斜領域は、傾斜された組成を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記傾斜領域の前記組成は、前記ｎ型領域に最も近い前記傾斜領域の部分でのＧａＰの組成から、前記発光層に最も近い前記傾斜領域の部分でのＡｌＧａＰの組成まで傾斜されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域はＧａＰである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記基板はｐ型ＧａＰである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記底部コンタクトは反射性の金属を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記反射性の金属は、完全なシート状のＡｕＺｎのである、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ミラーは、前記基板と直に接触したＳｉＯ２の層と、該ＳｉＯ２の層上に配置されたＡｇの層とを有し、
前記導電ドットはＡｕＺｎである、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
当該デバイスは更に第２のミラーを有し、前記導電ドットは該第２のミラーと前記基板との間に配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第２のミラーは、金属、Ａｇ、及びＡｌのうちの１つである、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
デバイスであって、
ｐ型領域と、
ｎ型領域と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置された、窒素及びリンを有するＩＩＩ−Ｖ族材料の発光層と、
前記発光層と前記ｐ型領域との間に配置されたｐ型傾斜領域であり、傾斜された組成を含む傾斜領域と、
前記ｐ型領域と電気的に接触した第１のコンタクトであり、前記ｐ型傾斜領域と直に接触して配置された第１のコンタクトと、
前記ｎ型領域上に配置された第２のコンタクトであり、前記第１のコンタクトと当該第２のコンタクトとが、当該デバイスの同じ側に形成されている、第２のコンタクトと、
を有するデバイス。
【請求項１４】
前記第１のコンタクトが形成されるｐ型層の表面を露出させるエッチングされたメサ、を更に有する請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記発光層はＩｎＧａＮｘＰ１−ｘであり、０＜ｘ≦０．０３である、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記発光層は、順バイアスされたときに緑から赤の範囲内のピーク波長を有する光を放出する組成を有する、請求項１３に記載のデバイス。
【請求項１７】
基板と、
前記基板上に配置されたｐ型領域と、
ｎ型領域と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置された、窒素及びリンを有するＩＩＩ−Ｖ族材料の発光層と、
前記発光層と前記ｎ型領域との間に配置された傾斜領域であり、傾斜された組成を含む傾斜領域と、
反射ＡｕＺｎ金属を有する底部コンタクトであり、前記基板上に配置された底部コンタクトと、
前記ｎ型領域上に配置された頂部コンタクトと、
を有するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素及びリンの双方を含むＩＩＩ−Ｖ族発光層を含んだ発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低い電力消費、小さいサイズ、及び高い信頼性を必要とする数多くの用途における光源として広く受け入れられている。可視スペクトルのうち黄緑から赤の領域の光を放出するダイオードは、ＧａＡｓ基板上に成長されることが多いＡｌＧａＩｎＰ合金で形成された活性層を含んでいる。ＧａＡｓは吸収を伴うので、典型的に、除去されて透明基板で置き換えられる。
【０００３】
特許文献１は、「現在使用されているＡｌＩｎＧａＰベースの黄赤色発光デバイスには数多くの困難が知られている。例えば、それらは、通常は乏しい電子閉じ込めに起因するものである黄赤色域での低い内部量子効率及び乏しい温度安定性に悩まされる。加えて、光を吸収するＧａＡｓ基板を除去し、形成された層に透明基板又は反射層をウェハボンディングする従来の手順は、低い歩留りを有するとともに、幾つかの比較的高価な処理工程を追加し、故に高いコストを生じさせる。」と述べている。
【０００４】
図２は、特許文献１の第２１段落に記載されているＬＥＤ構造を示している。図１において、“ＬＥＤ構造は、ＧａＰ基板［１０］を有し、その上にＧａＰバッファ層［１２］が形成され、その上に、０．００１＜ｃ＜０．０５且つ０≦ｍ≦０．４として、ＧａＰバリア層とＩｎｍＧａ１−ｍＮｃＰ１−ｃ層との交互層を有する活性領域［１４］が形成され、その上にＧａＰキャップ／コンタクト層［１６］が形成され得る。この特定の構造の一部の実施形態において、ＧａＰ基板［１０］及びＧａＰバッファ層［１２］はｎ型、キャップ／コンタクト層［１６］はｐ型とし得る。”
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０１０８２７６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の１つの目的は、緑と赤との間のピーク波長を有する光を放出する高効率の発光デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、ｎ型領域と、ｐ型領域と、前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置された発光層とを含む。発光層は、窒素及びリンを有するＩＩＩ−Ｖ族材料である。デバイスはまた、ｐ型領域及びｎ型領域の一方と発光層との間に配置された傾斜領域を含む。傾斜領域内の組成が傾斜される。
【０００８】
本発明の実施形態に係る方法は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を成長させることと、ｐ型領域及びｎ型領域の一方と発光層との間に配置された傾斜領域を成長させることとを含む。発光層は、窒素及びリンを含んだＩＩＩ−Ｖ族材料である。傾斜領域内の組成が傾斜あるいは変化される。ここで使用されるように、組成とは、例えば半導体層を構成する複数の構成元素の相対量といった、層の化学組成を意味する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】ＧａＰ基板上に形成されたＬＥＤ構造を例示する図である。
【図２】少なくとも１つの希薄窒化物発光層を含んだ、ＧａＰ基板上に成長されたＬＥＤ構造を例示する図である。
【図３】少なくとも１つの希薄窒化物発光層を有するＬＥＤ構造の金属コンタクトの配置の一例を示す図である。
【図４】少なくとも１つの希薄窒化物発光層を有するＬＥＤ構造の金属コンタクトの配置の他の一例を示す図である。
【図５】フリップチップＬＥＤ構造を例示する図である。
【図６】成長基板が除去されたＬＥＤ構造を例示する図である。
【図７】希薄窒化物発光層の窒素組成量の関数として波長をプロットした図である。
【図８】薄い発光層を有するＬＥＤ構造について位置の関数としてのエネルギーバンド図である。
【図９】厚い発光層を有するＬＥＤ構造について位置の関数としてのエネルギーバンド図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
赤色光又は青色光を放出するＬＥＤを作製するために、しばしば、ＩＩＩ族リン化物材料及びＩＩＩ族窒化物材料が使用されている。これらの材料は、例えば乏しい材料品質に起因して、５００ｎｍと６００ｎｍとの間の範囲内にピーク波長を有する光を効率的に放出することができない。５００ｎｍと６００ｎｍとの間にピーク波長を有する光を放出するＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＰの発光層は、しばしば、かなり高い歪みレベルを伴って成長され、それにより、ＬＥＤの効率を低下させ得るものである非放射再結合に寄与する欠陥を生じさせる。
【００１１】
本発明の実施形態において、ＧａＰ基板上に成長される希薄窒化物ＩｎＧａＰＮ発光層は、ほぼ格子整合して（すなわち、殆ど又は全く歪みを伴わずに）成長され得るとともに、所望の波長の光を放出し得る。“希薄窒化物”半導体は、窒素と少なくとも１つのその他のＶ族元素とを有するＩＩＩ−Ｖ族のレイヤ（層）のことである。例には、ＩｎＧａＡｓＮ及びＩｎＧａＰＮが含まれる。Ｖ族の総含有量に対する窒素含有量は概して数％に過ぎない。希薄窒化物層においては、バンドギャップが窒素含有量の小さい変化に伴って著しく変化し、窒素含有量は、これらの半導体のターゲット波長放出を調整するのに望ましい特性である。ＧａＰＮ合金では、バンド構造におけるサブバンドの形成が、間接遷移材料であるＧａＰを、例えばＬＥＤなどの発光デバイスに好適な直接遷移材料へと転換する。ＧａＰＮは、ＧａＰ上に成長されるとき引っ張られ、ＩｎＧａＰは、ＧａＰ上に成長されるとき圧縮される。従って、ＩｎＧａＰＮ合金は、ＧａＰ基板上に格子整合して、あるいは、ほぼ格子整合して成長され得る。
【００１２】
図２は、一部の実施形態による希薄窒化物発光層を含んだデバイスを例示している。後述する発光領域又は活性領域２４が、ｐ型領域２００とｎ型領域３２との間に配置されている。ｐ型領域２００は、ＧａＰであることが多く、例えばＺｎなどの好適なｐ型ドーパントでドープされ得る。ｎ型領域３２は、ＧａＰであることが多く、例えばＳｉなどの好適なｎ型ドーパントでドープされ得る。ｎ型領域３２及びｐ型領域２００がＧａＰであることが多いのは、ＧａＰは一般的に、赤色、赤橙色、琥珀色、黄色、又は緑であるピーク波長を有し得る活性領域２４によって放出される光に対して透明であるためである。ｎ型領域３２及びｐ型領域２００は、例えば、以下に限られないがＩｎＧａＰ及びＧａＰＮを含む三元物質、及び四元物質など、その他の好適材料であってもよい。ｎ型領域３２及びｐ型領域２００は同じ組成を有する必要はないが、そうであってもよい。一部の実施形態において、後述する基板２０がｐ型ＧａＰであって、ｐ型ＧａＰ領域２００が省略されてもよい。
【００１３】
基板２０は、〜２．２６ｅＶすなわち〜５４９ｎｍのバンドギャップを有するものであるＧａＰであることが多く、故に、活性領域２４によって放出される見込みのピーク波長の光に対して、すなわち、赤色、赤橙色、琥珀色、黄色、又は緑の光に対して透明である。ＧａＰ基板は、Ｚｎ若しくはその他の好適なドーパントでｐ型ドープされ、あるいはＳｉ若しくはその他の好適なドーパントでｎ型ドープされ得る。ＧａＰの格子定数に近い格子定数を有するその他の基板、又は、デバイス内のＩｎＧａＰＮ発光層若しくはその他の層の格子定数に近い格子定数を有するその他の基板が使用されてもよい。好適な基板の例は、Ｓｉ、ＡｌＩｎＰ、ＺｎＳ、Ｇｅ、ＧａＡｓ、及びＩｎＰを含む。安価であるが、活性領域２４によって放出される見込みのピーク波長の光を吸収するシリコンは、使用はされ得るが、除去されることが多い。成長基板は、上述の半導体構造の成長後に除去されることもあるし、上述の半導体構造の成長後に薄層化されることもあるし、完成デバイスの一部として残存することもある。例えばＳｉなどの吸収する基板は除去されることがしばしばである。一部の実施形態において、半導体デバイス構造２１は、基板２０上に、例えば有機金属化学気相成長法、気相エピタキシ法、又は分子ビームエピタキシ法などの好適なエピタキシャル技術によって成長される。ここで使用されるように、“半導体デバイス構造”は、例えばｎ型層、ｐ型層、又は活性領域内の層など、基板上に成長される半導体層を意味し得る。
【００１４】
図２に示したデバイスにおいて、基板２０はｐ型とすることができ、故に、先ずｐ型層が成長され、次いで活性領域２４が成長され、次いで例えばｎ型領域３２などのｎ型層が成長され得る。一部の実施形態において、基板は、例えばｎ−ＧａＰなどのｎ型である。ｎ型基板の上では、図２に示した半導体構造２１が逆に成長され、故に、先ずｎ型領域３２を含むｎ型層が成長され、次いで活性領域２４が成長され、次いでｐ型領域２００を含むｐ型層が成長されるようにされる。何れかの構造が、すなわち、先ずｐ型層が成長される構造、又は先ずｎ型層が成長される構造が、例えばＳｉなどのアンドープの基板の上に成長され得る。
【００１５】
一部の実施形態において、図２に示すように、ｐ型領域２００と活性領域２４との間に傾斜領域２２が成長される。一部の実施形態において、傾斜領域２２の組成が傾斜される。一部の実施形態において、組成に加えて、あるいは代えて、傾斜領域２２内のドーパント濃度が傾斜される。傾斜領域２２は、ｐ型又はアンドープとし得る。ｐ型傾斜領域２２は、一部の実施形態において５００ｎｍ以下の厚さにされ得る。アンドープの傾斜領域２２は、一部の実施形態において１００ｎｍ以下の厚さにされ得る。
【００１６】
ここで使用されるように、デバイス内の１つ以上の層の組成を記述するときの用語“傾斜”は、単一段の組成ではない何らかの組成変化を達成する如何なる構造をも包含するものである。各傾斜層は、自身に隣接する何れかのサブレイヤとは異なる組成を各サブレイヤが有する複数のサブレイヤの積層体（スタック）であってもよい。それらのサブレイヤが分解可能な厚さを有する場合、その傾斜層は段階（ステップ）的傾斜層である。一部の実施形態において、段階的傾斜層のサブレイヤは、数十オングストロームから数百オングストロームの範囲内の厚さを有し得る。個々のサブレイヤの厚さがゼロに接近する極限において、傾斜層は連続的傾斜領域である。各傾斜層を構成するサブレイヤ群は、厚さに対する組成において、以下に限られないが線形傾斜、放物線傾斜、及びべき乗傾斜を含む多様なプロファイルを形成するように編成されることができる。また、傾斜層又は傾斜領域は、単一の傾斜プロファイルに限定されず、異なる傾斜プロファイルを有する部分及び実質的に一定の組成を有する１つ以上の部分を含み得る。
【００１７】
半導体層の組成は、成長温度、成長中の前駆物質の流量、及び成長中の異なる前駆物質の相対流量のうちの１つ以上を変化させることによって傾斜され得る。
【００１８】
傾斜領域２２の組成は、ｐ型領域２００に隣接する領域２２の部分内のＡｌＧａＰ又はＧａＰから、活性領域２４に隣接する領域２２の部分内のＡｌＧａＰ又はＡｌＰまで傾斜され得る。例えば、ｐ型領域２００に最も近い部分のＡｌｘＧａ１−ｘＰ傾斜領域２２のアルミニウムの組成量は、一部の実施形態においてｘ＝０、一部の実施形態においてｘ≦０．０５、一部の実施形態においてｘ≦０．１とし得る。この組成量が、一部の実施形態においてｘ＝１、一部の実施形態においてｘ≧０．９５、一部の実施形態においてｘ≧０．９の、活性領域２４に最も近いＡｌｘＧａ１−ｘＰ傾斜領域２２の部分のアルミニウム組成量まで傾斜され得る。
【００１９】
一部の実施形態において、傾斜領域２２は省略され、活性領域２４がｐ型領域２００と直に接触して配置される。
【００２０】
発光領域又は活性領域２４が、傾斜領域２２上又はｐ型領域２００上に成長される。一部の実施形態において、活性領域２４は、単一の厚い、あるいは薄い発光層を含む。一部の実施形態において、活性領域２４は、図２に示すように、１つ以上のバリア層２８によって隔てられた複数の発光層２６を含む。発光層２６は、一部の実施形態において量子井戸とし得る。図２には３つの発光層２６と２つのバリア層２８とが示されているが、活性層２４は、より多い、あるいは少ない発光層及びバリア層を含んでいてもよい。バリア層２８は発光層２６を分離する。バリア層２８は、例えば、ＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＩｎＧａＰＮ、又は発光層２６より大きいバンドギャップを有するその他の好適材料とし得る。
【００２１】
発光層２６の組成は、これらの発光層が緑色から、黄色、赤色までの範囲内のピーク波長を有する光を放出するように選択され得る。一部の実施形態において、発光層２６はＩｎｘＧａ１−ｘＰ１−ｙＮｙである。下付き文字のｘはＩｎ含有量を表し、下付き文字のｙはＮ含有量を表す。組成量ｘは、一部の実施形態において０．０１以上、一部の実施形態において、０．０７以下とし得る。組成量ｙは、一部の実施形態において０．００５以上、一部の実施形態において、０．０３５以下とし得る。ＩｎＧａＰＮ発光層がＧａＰ上に成長されるときに格子整合されるためには、ｘ＝（２から２．４）ｙである。一部の実施形態において、ｘはｙの２倍以上である。一部の実施形態において、ｘはｙの２．５倍以下である。一部の実施形態において、ｘはｙの２．４倍である。ＡｌＧａＰバリアと１０ｎｍより厚い発光層とを有するデバイスでは、発光層は、ｙ＝０．００５（０．５％）且つｘ＝０．０１のときに緑色のピーク波長、ｙ＝０．０１５（１．５％）且つｘ＝０．０３のときに黄色のピーク波長、そしてｙ＝０．０３５（３．５％）且つｘ＝０．０７のときに赤色のピーク波長を有する光を放出し得る。図７は、ｘ＝２ｙとしたＡｌＧａＰバリアと１０ｎｍより厚いＩｎｘＧａ１−ｘＰ１−ｙＮｙ発光層とを有するデバイスにおけるＮの幾つかの組成量について、推定波長をＮ含有量（ｙ）の関数として示している。バリアがＧａＰである場合、図７に示した組成量は、図７に示したのと略同じピーク波長を生じさせる。バリアがＡｌＰである場合、図７に示したカーブは最大で５０ｎｍだけ青色側にシフトし得るが、これは、青色（すなわち、約５１０ｎｍ）のピーク波長を発する発光層が製造され得ることを意味する。
【００２２】
一部の実施形態において、ＩｎＧａＰＮ発光層２６はＧａＰ基板２０に格子整合され、その結果、発光層２６は歪まされない。一部の実施形態において、ＩｎＧａＰＮ発光層２６は、基板２０上に成長されるときに歪まされる組成である。発光層の組成は、発光層と同じ組成の理論的緩和材料の格子定数が、基板の格子定数と、一部の実施形態において１％より小さく、一部の実施形態において０．５％より小さく、しか異ならないように選択され得る。
【００２３】
発光層２６は、一部の実施形態において２ｎｍ厚以上、一部の実施形態において１０ｎｍ厚以下、一部の実施形態において１０ｎｍ厚以上、一部の実施形態において１００ｎｍ厚以下とし得る。バリア層２８は、一部の実施形態において２００ｎｍ厚以下、一部の実施形態において１００ｎｍ厚以下、一部の実施形態において２０ｎｍ厚以下とし得る。例えば、厚い発光層（すなわち、１０ｎｍと１００ｎｍとの間の厚さ）を有する活性領域において、バリア層は１００ｎｍより小さい厚さとし得る。薄い発光層（すなわち、３ｎｍと１０ｎｍとの間の厚さ）を有する活性領域において、バリア層は２０ｎｍと１００ｎｍとの間の厚さとし得る。
【００２４】
一部の実施形態において、活性領域２４の上に、ｎ型領域３２と直に接触して、第２の傾斜領域３０が成長される。傾斜領域３０の組成は、活性領域２４に隣接する領域３０の部分内のＡｌＧａＰから、ｎ型領域３２に隣接する領域３０の部分内のＧａＰまで傾斜され得る。例えば、活性領域２４に最も近いＡｌｘＧａ１−ｘＰ傾斜領域３０の部分の組成量は、一部の実施形態においてｘ＝１、一部の実施形態においてｘ≧０．８、一部の実施形態においてｘ≧０．９とし得る。ｎ型領域３２に最も近いＡｌｘＧａ１−ｘＰ傾斜領域３０の部分の組成量は、一部の実施形態においてｘ＝０、一部の実施形態においてｘ≦０．０５、一部の実施形態においてｘ≦０．１とし得る。傾斜領域３０は、アンドープであってもよいし、例えばＳｉなどのｎ型ドーパントでドープされてもよい。ｎ型傾斜領域３０は、一部の実施形態において５００ｎｍ厚以下とし得る。アンドープの傾斜領域３０は、一部の実施形態において１００ｎｍ厚以下とし得る。
【００２５】
一部の実施形態において、傾斜領域３０は省略され、ｎ型領域３２が活性領域２４と直に接触して配置される。
【００２６】
ｐ型傾斜領域２２及びｎ型傾斜領域３０の一方又は双方の使用は、デバイス内のバンド不連続を最小化し得るものであり、それによりデバイスの直列抵抗及び順方向電圧を低減し得る。さらに、傾斜領域２２及び／又は３０は、異なる屈折率を有する２つの材料の交差部における導波路形成を抑制あるいは排除し得るものであり、それによりデバイスから抽出される光の量を増大させ得る。
【００２７】
図８は、図２に示した構造の第１の例について、バンドエネルギーを位置の関数として示している。ｐ型領域２００及びｎ型領域３２は、構造内で最大のバンドギャップを有する。発光層２６は、構造内で最小のバンドギャップを有する。活性領域２４において、複数の発光層２６が、発光層２６より大きいバンドギャップを有するバリア層２８によって隔てられている。価電子帯５０及び伝導帯５２は、ｐ型領域２００、発光層２６、バリア層２８、及びｎ型領域３２のそれぞれに対応する領域内でフラット（すなわち、水平）であり、これは、これらの領域が一定の組成に由来する一定のバンドギャップを有することを示している。図８は、ｎ型領域３２、バリア層２８及びｐ型領域２００を、同一のバンドギャップを有するように示しているが、一部の実施形態において、これらは同一のバンドギャップを有する必要はない。価電子帯５０及び伝導帯５２の垂直部分は、組成の階段状の変化を指し示す。傾斜領域２２は、ＡｌＰとし得る一定組成の領域１０４を含んでいる。一定組成領域１０４とＰ型領域２００との間が、傾斜された領域１０８である。傾斜領域３０は、ＡｌＰとし得る一定組成の領域１０２を含んでいる。一定組成領域１０２とｎ型領域３２との間が、傾斜された領域１０６である。傾斜された領域１０６及び１０８においては、価電子帯５０が斜めになっており、これは、バンドギャップ及び故に組成が単調に線形傾斜されていることを示している。ＡｌＧａＰ層内では価電子帯のみがＡｌ含有量によって影響され得るので、伝導帯５２は斜めになっていない。図８に示したデバイスにおいて、ｐ型領域２００及びｎ型領域３２はＧａＰである。傾斜された領域１０６及び１０８はＡｌｘＧａ１−ｘＰであり、ｘが、ＧａＰ層３２又は２００に最も近い当該傾斜された領域の部分の０から、一定組成領域１０２及び１０４に最も近い当該傾斜された領域の部分の１まで傾斜されている。一定組成の領域１０２及び１０４は、例えば、デバイスのバリア層のうちの１つの厚さの少なくとも２倍とし得る。発光層２６は、図７を参照して上述した１つ以上の組成を有するＩｎＧａＰＮであり、バリア層はＡｌＰである。発光層は、一部の実施形態において２ｎｍ厚と１０ｎｍ厚との間である。
【００２８】
図９は、図２に示した構造の第２の例について、バンドエネルギーを位置の関数として示している。ｐ型領域２００及びｎ型領域３２は、構造内で最大のバンドギャップを有する。発光層２６は、構造内で最小のバンドギャップを有する。活性領域２４において、複数の発光層２６が、発光層２６より大きいバンドギャップを有するバリア層２８によって隔てられている。価電子帯５０及び伝導帯５２は、ｐ型領域２００、発光層２６、バリア層２８、及びｎ型領域３２のそれぞれに対応する領域内でフラット（すなわち、水平）であり、これは、これらの領域が一定の組成に由来する一定のバンドギャップを有することを示している。価電子帯５０及び伝導帯５２の垂直部分は、組成の階段状の変化を指し示す。傾斜領域３０は省かれている。傾斜領域２２は、一定組成（すなわち、フラットな価電子帯及び伝導帯）の第１の部分７０と、組成が傾斜された（すなわち、斜めの価電子帯５０の）第２の部分７２とを含んでおり、これは、部分７２内のバンドギャップ及び故に組成が単調に線形傾斜されていることを示している。傾斜部分７２において、材料はＡｌｘＧａ１−ｘＰとすることができ、ｘが、ＧａＰ部分７０に隣接しての０．５と１との間から、ｐ型領域２００に最も近い傾斜領域の部分での０．２と０との間まで傾斜されている。階段状の変化７４は、部分７０内のＧａＰと傾斜部分７２の左端でのＡｌＰとの間の遷移を指し示している。図９に示したデバイスにおいて、ｐ型領域２００及びｎ型領域３２はＧａＰである。一定組成部分７０は、例えば、デバイスのバリア層のうちの１つと同程度以上の厚さとし得る。発光層２６は、図７を参照して上述した１つ以上の組成を有するＩｎＧａＰＮであり、バリア層はＧａＰである。発光層は、一部の実施形態において１０ｎｍ厚と１００ｎｍ厚との間である。
【００２９】
デバイス内の何れの傾斜領域も、一定組成及び／又は傾斜組成の複数の部分を含み得る。複数の傾斜組成部分を有する傾斜領域は、それらの傾斜組成部分内で同じ傾斜プロファイル又は異なる傾斜プロファイルを有し得る。例えば、傾斜領域は、発光領域に隣接する一定組成のＧａＰの部分と、それに続く０％Ａｌから１００％Ａｌまで傾斜されたＡｌＧａＰの部分と、それに続く１１０ｎｍより小さい厚さを有する一定組成のＡｌＰの部分と、それに続く、１００％Ａｌから、デバイス内での当該傾斜領域の位置に応じてｎ型ＧａＰ層３２又はｐ型ＧａＰ層２００に隣接しての０％Ａｌまで傾斜されたＡｌＧａＰの部分とを含むことができる。他の一例において、傾斜領域は、発光領域に隣接する一定組成のＧａＰの部分と、それに続く０％Ａｌ（ＧａＰ）から５０％Ａｌと１００％Ａｌとの間まで傾斜されたＡｌＧａＰの傾斜部分と、それに続く５０％Ａｌと１００％Ａｌとの間の一定組成のＡｌＧａＰの部分と、それに続く、この一定組成部分におけるＡｌ組成量から、デバイス内での当該傾斜領域の位置に応じてｎ型ＧａＰ層３２又はｐ型ＧａＰ層２００に隣接しての０％Ａｌ（ＧａＰ）まで傾斜されたＡｌＧａＰの傾斜部分とを含む。
【００３０】
図３、４、５及び６は、上述の半導体構造の何れかと、ｎ型領域３２及びｐ型基板２０若しくはｐ型領域２００の上に形成された金属コンタクトとを含んだ、完成したＬＥＤを例示している。金属コンタクトは、デバイスを順バイアスするために使用される。図３及び４に示すデバイスにおいては、成長基板２０がデバイスの一部として残っている。図５及び６に示すデバイスにおいては、半導体構造から成長基板が除去されている。
【００３１】
図３及び４に示す構造において、ｎコンタクト３４が、ｎ型領域３２の一部上に形成されている。ｎコンタクト３４は、例えばＧｅ、Ａｕ、及びＮｉを含む如何なる好適な金属であってもよい。一部の実施形態において、ｎコンタクト３４は多層コンタクトである。例えば、ｎコンタクト３４は、ｎ型領域３２と直に接触するＧｅ層と、それに続くＡｕ層、Ｎｉ層及びＡｕ層とを含み得る。
【００３２】
図３に示した構造において、点状の導電ドット３６がｐ型ＧａＰ基板２０への電気コンタクトを形成している。ドット３６は例えばＡｕＺｎとし得る。ドット３６は、ミラー３８内に埋め込まれ得る。ミラー３８は、如何なる好適な反射材量であってもよく、例えば、基板２０と直に接触するＳｉＯ２の層と、該ＳｉＯ２の上に形成されたＡｇの層とを含み得る。第２のミラー４０が、導電ドット３６がミラー４０と基板２０との間に位置するように形成されている。ミラー４０は、例えば、金属Ａｇ、Ａｌ、又はその他の好適材料などの、導電性の材料とし得る。図３に示す構造において、ｐ型基板２０は、活性領域２４のｐ側のかなりの距離にわたって電流を横方向に効率的に拡げるのに十分な厚さである。ｐドープ（Ｚｎでドープ）されたＧａＰ基板は、約２００μｍから４００μｍの厚さで入手可能である。電流は、ｐ−ＧａＰ基板の３００μｍ厚さ内で約０．２ｍｍ広がることができる。一部の実施形態において、導電ドット３６は、基板２０の電流拡散（広がり）距離より大きく離れないように配置される。導電ドット３６は、一部の実施形態において１０μｍ幅以上、一部の実施形態において１００μｍ幅以下とし得る。導電ドット３６は、一部の実施形態において１００μｍ以上離して、一部の実施形態において２００μｍ以上離して、一部の実施形態において５００μｍ以下離して、離間され得る。
【００３３】
図４に示す構造においては、完全なシート状の、反射性のコンタクト４２が、ｐ型ＧａＰ基板２０と直に接触して形成されている。シートコンタクト４２は、例えば、ＡｕＺｎとすることができ、あるいは、ＧａＰとオーミックコンタクトを形成するその他の高度に反射性の層とすることができる。
【００３４】
図５及び６は、成長基板２０が除去されたデバイスを例示している。
【００３５】
図５は、フリップチップデバイスである。ｎコンタクト３４がｎ型領域３２うえに形成され、その後、ｐ型とし得る傾斜領域２２又はｐ型基板２００の一部を露出させるメサを形成するように、ｎコンタクト３４、ｎ型領域３２、傾斜領域３０及び活性領域２４の一部がエッチング除去され、傾斜領域２２又はｐ型基板２００の露出された部分の上にｐ型コンタクト４２が形成される。例えば誘電体などの固体材料で充填され得る間隙４３が、ｎコンタクト３４とｐコンタクト４２とを電気的に分離する。半導体構造２１を支持するため、このデバイスはマウント（図示せず）に取り付けられ得る。あるいは、ｎ及びｐコンタクトが、半導体構造２１を支持するように形成されてもよい。そして、成長基板が除去され、ｐ型領域２００の表面が露呈される。成長基板は、ウェット若しくはドライエッチング、例えば研削などの機械的技法、又はレーザ溶融を含む如何なる好適な技術によって除去されてもよい。ｎコンタクト３４及びｐコンタクト４２は反射性にされることができ、大部分の光が、図５に示した向きでｐ型領域２００の頂面を介して抽出するように、デバイスがマウントされる。
【００３６】
図６においては、半導体構造２１のｎ型領域３２の頂面を介して、半導体構造がホスト基板６０に接合されている。図６には示されていない１つ以上の必要に応じての接合層が、ホスト基板６０と半導体構造２１との間に配設され得る。ホスト基板６０は、図６には示されない成長基板２０の除去中に、半導体構造２１を機械的に支持する。成長基板を除去することは、ｐ型領域２００の底面を露出させ、その上にｐコンタクト６２が形成される。ｐコンタクト６２は、図３及び４を参照して上述したコンタクトを含め、如何なる好適なコンタクトであってもよい。ｎコンタクト３４がホスト基板６０の上に形成されている。図６に示したデバイスにおいては、ホスト基板６０は導電性でなければならない。好適なホスト基板材料の例は、ｎ型ＧａＰを含む。ホスト基板６０は透明にすることができ、ｎコンタクト３４は、光の大部分がホスト基板６０の頂面を通して抽出されるような範囲に制限される。他の例では、ホスト基板６０は反射性であってもよく、ｐコンタクト６２が、透明にされるか、光の大部分がｐコンタクト６２及び／又はｐ型領域２００を通して抽出されるような範囲に制限されるかし得る。
【００３７】
一部の実施形態において、ホスト基板６０は導電性でなく、図５に示したように、ｎ及びｐコンタクトがフリップチップ構成で形成される。好適なホスト基板材料の例は、サファイア及びガラスを含む。
【００３８】
本発明を詳細に説明したが、当業者が認識するように、本開示を所与として、ここに記載の発明概念の精神を逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した特定の実施形態に限定されるものではない。
【図１】
2018093241.tif 000003
【図２】
2018093241.tif 000004
【図３】
2018093241.tif 000005
【図４】
2018093241.tif 000006
【図５】
2018093241.tif 000007
【図６】
2018093241.tif 000008
【図７】
2018093241.tif 000009
【図８】
2018093241.tif 000010
【図９】
2018093241.tif 000011
【外国語明細書】
2018093241000001.pdf