(57)【要約】      （修正有）【課題】ＧａＮ  ＬＥＤの出力の増大、起動電圧の低下、直列抵抗の低減を実現する。【解決手段】活性層６０を挟むｎ型ＧａＮ層４０とｐ型ＧａＮ層５０とを有するＧａＮ多層構造３０を基板２０上に形成する工程と、ｐ型ＧａＮ層に対してレーザ光を走査させるレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）を実行する工程を備える。さらに、ＧａＮ多層構造上に透明導電層７０を形成する工程と、透明導電層にｐ型コンタクト９０ｐを追加すると共にｎ型ＧａＮ層にｎ型コンタクト９０ｎを追加する工程とを備える。【選択図】図１
2011101000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有するＧａＮ多層構造を基板上に形成する工程と、
前記ｐ型ＧａＮ層に対してレーザ光を走査することによりレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）を実行する工程と、
前記ＧａＮ多層構造上に透明導電層を形成する工程と、
前記透明導電層にｐ型コンタクトを追加すると共に前記ｎ型ＧａＮ層にｎ型コンタクトを追加する工程と
を備える、窒化ガリウム（ＧａＮ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の形成方法。
【請求項２】
前記透明導電層を介して前記ＬＳＡを実行する工程をさらに備える
請求項１に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項３】
前記ｐ型コンタクトに対してＬＳＡを実行する工程をさらに備える
請求項２に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項４】
前記ｎ型コンタクトに対してＬＳＡを実行する工程をさらに備える
請求項３に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項５】
前記ｐ型コンタクトは、ｐ型コンタクト抵抗を有し、
前記ｐ型コンタクト抵抗は、前記ｐ型コンタクトに対するＬＳＡの実行により約４ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−５Ωｃｍ２の範囲となる
請求項３に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項６】
前記ＧａＮ多層構造と前記透明導電層とを切り欠いて前記ｎ型ＧａＮ層を露出させる工程と、
前記露出されたＧａＮ層上に前記ｎ型コンタクトを形成する工程と
をさらに備える、請求項４に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項７】
前記ＬＳＡは、約９００℃から約１５００℃の範囲の最大アニール温度ＴＡＭを有する
請求項１に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項８】
前記レーザ光が約１０μｓから約１０ｍｓの範囲の滞留時間を有するように前記レーザ光の走査が実行される
請求項７に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項９】
前記レーザ光は、約１００：１のアスペクト比を有するライン型ビーム形状を有する
請求項７に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１０】
前記ｐ型ＧａＮ層は、ＬＳＡ実行後において約５ｘ１０１７ｃｍ−３から約５ｘ１０１８ｃｍ−３の範囲の活性化ドーパント濃度を有する
請求項１に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１１】
前記活性層を形成して多量子井戸構造を構成する工程をさらに備える
請求項１に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１２】
基板上にｐ型コンタクト層を形成する工程と、
活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有するＧａＮ多層構造を、ｐ型ＧａＮ層がｐ型コンタクト層に隣接するように前記ｐ型コンタクト層上に形成する工程と、
前記ｎ型ＧａＮ層上にｎ型コンタクトを形成する工程と、
前記ｎ型コンタクトに対してレーザ光を走査することにより前記ｎ型コンタクトに対してレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）を実行する工程と
を備える、窒化ガリウム（ＧａＮ）発光ダイオード（ＬＥＤ）の形成方法。
【請求項１３】
前記ｎ型ＧａＮ層を走査する工程を備える
請求項１２に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１４】
前記ｎ型コンタクトは、ｎ型コンタクト抵抗を有し、
前記ｎ型コンタクト抵抗は、前記ｎ型コンタクトに対するＬＳＡの実行により約１ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−６Ωｃｍ２の範囲となる
請求項１３に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１５】
約９００℃から約１５００℃の範囲の最大アニール温度ＴＡＭを有するように前記ＬＳＡを実行すると共に、約１０μｓから約１０ｍｓの範囲の滞留時間を有するように前記レーザ光を走査する工程をさらに備える
請求項１２に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１６】
前記レーザ光は、約１００：１のアスペクト比を有するライン型ビーム形状を有する
請求項１２に記載の窒化ガリウム発光ダイオードの形成方法。
【請求項１７】
基板と、
活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有し、前記基板上に形成されるＧａＮ多層構造であって、活性化ドーパント濃度が約５ｘ１０１７ｃｍ−３超約５ｘ１０１８ｃｍ−３以下となるように前記ｐ型ＧａＮ層に対してレーザスパイクアニールが実行されたＧａＮ多層構造と、
前記ＧａＮ多層構造上に形成された透明導電層と、
前記透明導電層上に形成されたｐ型コンタクトと、
前記ｎ型ＧａＮ層の露出部分上に形成されたｎ型コンタクトと
を備える、ＧａＮ  ＬＥＤ。
【請求項１８】
前記ｐ型コンタクトは、レーザスパイクアニールされた後、約４ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−５Ωｃｍ２の範囲の抵抗接点抵抗を有する
請求項１７に記載のＧａＮ  ＬＥＤ。
【請求項１９】
前記ｎ型コンタクトは、レーザスパイクアニールされた後、約１ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−６Ωｃｍ２の範囲のｎ型コンタクト抵抗を有する
請求項１７に記載のＧａＮ  ＬＥＤ。
【請求項２０】
基板と、
前記基板上に形成されたｐ型コンタクト層と、
活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有し、前記ｐ型ＧａＮ層が前記ｐ型コンタクト層に隣接するように前記ｐ型コンタクト層上に形成されるＧａＮ多層構造であって、活性化ドーパント濃度が約３ｘ１０１９ｃｍ−３から約３ｘ１０２０ｃｍ−３となるように前記ｎ型ＧａＮ層に対してレーザスパイクアニールが実行されたＧａＮ多層構造と、
前記ｎ型ＧａＮ層上に形成されたｎ型コンタクトと
を備える、窒化ガリウム（ＧａＮ）発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２１】
前記ｎ型コンタクトは、レーザスパイクアニールされた後、約１ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−６Ωｃｍ２の範囲のｎ型コンタクト抵抗を有する
請求項２０に記載のＧａＮ  ＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に発光ダイオード（ＬＥＤ）に関し、特に、ＧａＮ  ＬＥＤ形成時のレーザスパイクアニールの使用に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）ＬＥＤは、様々な照明アプリケーション（フルカラーディスプレイ、交通信号機等）に有用であることが証明されており、効率化がさらに進めば、より多くのアプリケーション（バックライト方式のＬＣＤパネル、従来の白熱灯や蛍光灯に代わる半導体照明等）への使用が見込まれている。ＧａＮ  ＬＥＤをさらに効率化するためには、出力の改善、低起動電圧、直列抵抗の低減が必要となる。ＧａＮ  ＬＥＤの直列抵抗は、ドーパント（不純物）の活性化効率、電流波及の均一化、抵抗接点の形成と密接に関係している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第６，４５５，８７７号
【特許文献２】米国特許第７，２５９，３９９号
【特許文献３】米国特許第７，４３６，００１号
【特許文献４】米国特許第６，７４７，２４５号
【特許文献５】米国特許第７，１５４，０６６号
【特許文献６】米国特許第７，３９９，９４５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＧａＮにおいて、ｎ型ドーパントは、１ｘ１０２０ｃｍ−３程度の高活性化濃度でシリコン（Ｓｉ）を使用することにより、容易に得ることができる。ｐ型ＧａＮは、マグネシウム（Ｍｇ）をドーパントとして使用することにより得られる。しかし、マグネシウムは、熱活性化エネルギーが高いため、ドーピング（不純物添加）効率は極めて低い。室温では、導入されたマグネシウムの数パーセントしか自由正孔濃度に寄与しない。有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）による成長過程では、水素パッシベーションが生じるため、マグネシウムのドーピングはさらに複雑になる。水素パッシベーションが生じる場合、マグネシウムと水素間の結合を切断しドーパントを活性化させる熱アニール工程が必要となる。典型的な熱アニールは、約７００℃の窒素雰囲気下で行われる。今日まで、ｐ型ＧａＮ中の実際の正孔濃度は約５ｘ１０１７ｃｍ−３程度しか実現されていない。このように活性化レベルが低いと、抵抗接点が脆弱になると共に拡散抵抗が大きくなり、延いてはＧａＮ  ＬＥＤの性能が制限されることになる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、ＧａＮ  ＬＥＤの形成方法である。この方法は、活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有するＧａＮ多層構造を基板上に形成する工程を備える。また、この方法は、ｐ型ＧａＮ層に対してレーザ光を走査させることによりレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）を実行する工程を備える。また、この方法は、ＧａＮ多層構造上に透明導電層を形成する工程を備える。さらに、この方法は、ｐ型コンタクトを透明導電層に加えると共にｎ型コンタクトをｎ型ＧａＮ層に加える工程を備える。
【０００６】
本発明の他の態様は、ＧａＮ  ＬＥＤの形成方法である。この方法は、基板上にｐ型コンタクト層を形成する工程を備える。また、この方法は、活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有するＧａＮ多層構造を、ｐ型ＧａＮ層がｐ型コンタクト層に隣接するようにｐ型コンタクト層上に形成する工程を備える。また、この方法は、ｎ型ＧａＮ層上にｎ型コンタクトを形成する工程を備える。さらに、この方法は、ｎ型コンタクトに対してレーザ光を走査させることによりｎ型コンタクトのＬＳＡを実行する工程を備える。
【０００７】
本発明の他の態様は、基板と、基板上に形成されたＧａＮ多層構造とを備えるＧａＮ  ＬＥＤである。ＧａＮ多層構造は、活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有する。活性化ドーパント濃度が約５ｘ１０１７ｃｍ−３超約５ｘ１０１８ｃｍ−３以下となるようにｐ型ＧａＮ層に対してＬＳＡが実行されている。ＧａＮ  ＬＥＤは、ＧａＮ多層構造上に形成される透明導電層と、透明導電層上に形成されるｐ型コンタクトと、ｎ型ＧａＮ層の露出部分上に形成されるｎ型コンタクトとを備える。
【０００８】
本発明の他の態様は、基板と、基板上に形成されたｐ型コンタクト層とを備えるＧａＮＬＥＤである。また、ＧａＮ  ＬＥＤは、ｐ型コンタクト層上に形成されるＧａＮ多層構造を有する。ＧａＮ多層構造は、活性層を挟むｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層とを有する。なお、ｐ型ＧａＮ層はｐ型コンタクト層に隣接する。活性化ドーパント濃度が約３ｘ１０１９ｃｍ−３から約３ｘ１０２０ｃｍ−３となるようにｎ型ＧａＮ層に対してＬＳＡが実行されている。ｎ型コンタクトはｎ型ＧａＮ層上に形成されている。
【０００９】
本発明のさらなる特徴及び利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。
【００１０】
上記の背景技術に関する記載と下記の本発明の詳細な説明に関する記載とは、本発明の実施形態を提供するものであり、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の本質および特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原則及び実施を説明する一助となる。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
ここで、本発明の好ましい実施形態を詳細に参照する。なお、実施形態の各例については、添付図面に図示されている。図中、同一または類似箇所を参照する場合、可能な限り同一または類似の番号及び記号を使用する。「上」、「下」等の用語は、本記載を容易にするために使用された相対的用語であり、本記載を厳密に限定することを意図するものではない。
【００１２】
図１は、窒化ガリウム（ＧａＮ）発光ダイオード（ＬＥＤ）１０の一構造例を示す概略断面図である。また、ＧａＮ  ＬＥＤの一例は、米国特許第６，４５５，８７７号、米国特許第７，２５９，３９９号、米国特許第７，４３６，００１号に記載されており、これらの特許は参照することにより本発明に援用される。ＧａＮ  ＬＥＤ１０は、例えばサファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ  Ｓｉ等で形成された基板２０を有する。基板２０上にはＧａＮ多層構造３０が配置されている。ＧａＮ多層構造３０には、ｎ型ドープＧａＮ層（以下、「ｎ型ＧａＮ層」と称す）４０と、表面５２を有するｐ型ドープＧａＮ層（以下「ｐ型ＧａＮ層」と称す）５０とが設けられている。ｎ型ＧａＮ層４０とｐ型ＧａＮ層５０とは、活性層６０を挟んでいる。また、ｎ型ＧａＮ層４０は、基板２０と隣接している。活性層６０は、例えば、未ドープＧａＩｎＮ／ＧａＮ超格子等の多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有する。このように、ＧａＮ多層構造３０ではｐｎ接合が形成されている。ＧａＮ多層構造３０上には、表面７２を有する透明コンタクト層（ＴＣＬ）７０が配置されている。ＴＣＬ７０の一例としては、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）が挙げられる。ＴＣＬ７０は、電流を拡散させる役割を果たし、光出力を最適化する反射防止膜として機能する。
【００１３】
ＧａＮ  ＬＥＤ１０は切り欠き８０を有する。切り欠き８０が形成されることにより、ｎ型ＧａＮ層４０の一部４２が露出される。この露出部分は、ｎ型コンタクト９０ｎを支持するレッジ（窪み）として機能する。ｎ型コンタクトの材料としては、例えば、Ｔｉ／Ａｕ、Ｎｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、またはこれらの組み合せが挙げられる。ｐ型コンタクト９０ｐは、ＴＣＬ表面７２上の一部分に配置される。ｐ型コンタクトの材料としては、例えば、Ｎｉ／ＡｕおよびＣｒ／Ａｕが挙げられる。
【００１４】
ＧａＮ  ＬＥＤ１０は、下記（ａ）から（ｃ）のうち少なくとも一つの点で従来の窒化ガリウムＬＥＤと異なる。
（ａ）ｐ型ＧａＮ層５０におけるドーパント活性化の程度が高い。
（ｂ）ｎ型コンタクト９０ｎがレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）の使用により合金化されている。
（ｃ）ｐ型コンタクト９０ｐがＬＳＡの使用により合金化されている。
以下、上記相違点を実現するためのＧａＮ  ＬＥＤ１０の処理方法を詳細に説明する。
【００１５】
レーザスパイクアニール（ＬＳＡ）
ｐ型ＧａＮ層５０における活性化を高めるためには、アニールを高温で短期間実施することが望ましい。従来の高速熱アニール（ＲＴＡ）を採用した場合、適用可能な最高温度は、ＧａＮ材料の特性劣化により制限される。ＭＯＣＶＤ成長過程において（例えば、Ｍｇの使用により）ドープされたｐ型ＧａＮ層５０が分解されることが、そのような劣化のメカニズムの一つとして挙げられる。Ｍｇを効果的に活性化させるためには比較的高いアニール温度が必要となるが、高温で長期間アニールを実行した場合、窒素の外方拡散によりＧａＮが分解されると共に、ｐ型ＧａＮ中の自由正孔濃度が減少する。典型的なＲＴＰアニール過程では、基板が窒素雰囲気下７００℃で数十秒から数分の間保持される。
【００１６】
他の劣化のメカニズムとしては、ｐ型ＧａＮ層５０における歪み緩和及び転位の発生が挙げられる。格子不整合により、ヘテロエピタキシャル構造が、歪みを内包した準安定状態となっている。従来のＲＴＡでは、熱膨張係数の不一致により過度の歪みが発生し、これにより転位の伝播及び増殖が促進する。
【００１７】
本発明ではレーザスパイクアニール（ＬＳＡ）が採用されており、当該ＬＳＡは、ＲＴＡ等の従来の熱アニールと比較して高温且つ短時間で実施される。本発明に係る各方法の実行に適したＬＳＡシステムの一例は、米国特許第６，７４７，２４５号、米国特許第７，１５４，０６６号、米国特許第７，３９９，９４５号に記載されており、当該特許は参照することにより本出願に援用される。本発明に係る各方法におけるＬＳＡの応用例では、従来のＲＴＡと比較してアニール処理時間が１，０００〜１０，０００倍短縮されている。このため、窒素の外方拡散及び転位発生の悪影響が生じずに、より高いアニール温度ＴＡ（例えば、ＴＡ＞１１００℃）でアニール処理を行うことができる。
【００１８】
ＬＳＡを使用してドープＧａＮ層におけるドーパント活性化を高めることにより、接触抵抗が改善される。これは、高ドーパント濃度では、トンネル電流が大きくなり、障壁高さが低くなるからである。高ドーパント活性化濃度では、下記のように特定の接触抵抗ρｃが求められる。
【００１９】
【数１】
2011101000.tif 000003
【００２０】
ここで、障壁高さ変化量ΔφＢは下記の数式により求められる。
【００２１】
【数２】
2011101000.tif 000004
【００２２】
上記数式において、ｈはプランク定数であり、ｍ＊は電子または正孔の有効質量であり、εは窒化物の誘電定数であり、Ｎは活性化ドーパント濃度であり、ｑは電気素量であり、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは絶対温度であり、Ｖ０は接触電位である。
【００２３】
活性化ドーパント濃度Ｎが高くなるとΔΦＢが大きくなり、数１の指数中の分子が小さくなる。Ｎが大きくなると、数１の指数中の分母が大きくなり、ρｃが小さくなる。その結果、ドーパント活性化が高くなるに従って、接触抵抗ρｃが低下する。本発明に係る各方法に関する実施形態の一例では、ｐ型ＧａＮ中の活性化ドーパント濃度が約２．５倍（例えば、約５ｘ１０１７ｃｍ−３から約１．２５ｘ１０１８ｃｍ−３）まで高められる。このため、全体の接触抵抗（拡がり抵抗を含む）を約６０％小さくさせることになる。
【００２４】
図２は、時間（ｍｓ）に対するアニール温度ＴＡ（℃）のプロット図であり、例えば、図３及び図４に示すように、走査レーザ光１２０の３つの異なる滞留時間に対する各アニール温度プロファイル（曲線）の一例を示している。図２の曲線は、任意の層の表面上（例えば、ｐ型ＧａＮ層５０の表面５２上）の地点Ｐにおけるアニール温度プロファイルを示しており、図示しているように、レーザ光１２０がこの地点に接近し、通過する際のアニール温度プロファイルを示している。計算上、レーザ光１２０は、（選択した強度閾値で得られるように）表面５２において長細い形状を有し、例えば、約１０ｍｍの長さＬ及び約１００μｍの幅Ｗ、若しくは、約１００：１のアスペクト比を有する。レーザ光１２０は、速度ＶＳで表面５２上を走査する。滞留時間ｔｄは、ビーム幅Ｗと走査速度ＶＳにより決定される。滞留時間が長い場合、地点Ｐは、レーザ光１２０の接近に伴い、接触するまで熱伝導により予熱される。このため、アニール温度は最大値ＴＡＭとなる。滞留時間が短い場合、熱伝導によるシリコンの予熱が不十分となり、地点Ｐは非常に短時間だけ最大アニール温度ＴＡＭとなる。このようにしてアニール温度プロファイルを調整することができる。
【００２５】
窒化ガリウムＬＥＤ構造に対するＬＳＡの一方法例
図５は、ＧａＮ  ＬＥＤ１０の形成過程において形成されるＧａＮ  ＬＥＤ構造１００に適用されるＬＳＡの第１の方法例に関する模式図である。ＧａＮ  ＬＥＤ構造１００は、基板２０及びＧａＮ多層構造３０を備えている。走査レーザ光１２０は、ｐ型ＧａＮ層５０の表面５２上に入射される。レーザ光１２０の走査は、レーザ光の走査または窒化ガリウムＬＥＤ構造１００の走査、例えば、ＧａＮ  ＬＥＤ１０の形成過程で使用されるウエハ（図示せず）の走査により実現される。滞留時間ｔｄ＝Ｗ／ＶＳは、例えば、約１０マイクロ秒（μｓ）から約１０ミリ秒（ｍｓ）の範囲である。最大アニール温度ＴＡＭは、例えば、約９００℃から約１５００℃の範囲である。最大アニール温度ＴＡＭは、ＧａＮ  ＬＥＤ構造１００におけるＧａＮ解離量、格子不整合による歪み緩和及び転位によって決定される。アニールの深さは、滞留時間とレーザ光の強度とに依存する。レーザ光の強度は、例えば、４００Ｗ／ｍｍ２である。ＧａＮ多層構造３０は、例えば、数μｍから約１０μｍの厚みを有し、アニールは、典型的には１０μｍから１００μｍに達する（つまり、アニールは、一般的には、ＧａＮ多層構造の全厚みに施され、場合によっては基板２０まで達する）。このようにしてｐ型ＧａＮ層５０のドーパント活性化が高められるが、実施形態の一例では、下層のｎ型ＧａＮ層４０のドーパント活性化も高められるという点でさらに有利である。
【００２６】
ＧａＮ  ＬＥＤ構造１００のアニールが一旦実行されると、ｐ型ＧａＮ層表面５２にＴＣＬ７０が形成される。そして、図１に示されるように、切り欠き８０が形成され、ｎ型コンタクト９０ｎ及びｐ型コンタクト９０ｐが形成（例えば、蒸着）され、その結果、ＧａＮ  ＬＥＤ１０が形成される。
【００２７】
図６は、図５と同様であり、さらにＴＣＬ７０を有するＧａＮ  ＬＥＤ構造１００を図示している。ＴＣＬ７０の蒸着後にＬＳＡを実行すれば、ＴＣＬがキャップ層として機能してアニール中に窒素のガス抜けが生じないようになり、その結果、アニール温度ＴＡをより高めても材料の分解を防ぐことができる。
【００２８】
図７は、図１と同様であり、ＴＣＬ表面７２（ｐ型コンタクト９０ｐを含む）に対してレーザ光１２０を走査することによりＬＳＡが実行されるＧａＮ  ＬＥＤ１０を図示している。ＲＴＡ等の従来アニール技術と比較してＬＳＡでは熱量が比較的低いため、ｐ型コンタクト９０ｐ中の金属がｐｎ接合に過渡するリスクを伴うことなく、上述のようにアニール温度を高めることができる。
【００２９】
ここで開示されるアニール方法に関する実施形態の一例では、図７のＧａＮ  ＬＥＤのｐ型コンタクト９０ｐにおいてオーム抵抗合金を形成するためにＬＳＡが使用される。典型的には、ｐ型抵抗接点は、５００℃から８００℃で１０から２０分間、Ｎｉ／Ａｕを合金化することにより実現される。合金化温度が高められると、合金化金属がｐｎ接合を介して過拡散するため、形態の劣化や漏洩が生じる。ｐ型濃度が低くなるので、接触抵抗は高い値（例えば、約１ｘ１０−３Ωｃｍ２）になる。このため、電圧低下が大きくなるだけでなく、局所的加熱も生じ、結果として、高電流レベルでのＧａＮ  ＬＥＤの寿命が短くなるおそれがある。ＬＳＡを使用すれば、凝集を生じさせることなく、アニール温度をより高くすることができる。このため、ｐ型コンタクト９０ｐを形成したり、ＧａＮ  ＬＥＤ１０全体の信頼性を改善したりする新たな契機となる。一実施形態において、ｐ型コンタクトの接触抵抗は、約４ｘ１０−４Ωｃｍ２から約１ｘ１０−５Ωｃｍ２の範囲にある。このように、本発明に係る方法に関する実施形態の一例では、ｐ型コンタクトを合金化すると共にｐ型ＧａＮ層５０におけるドーパント活性化を高めることにより、結果として得られるＧａＮ  ＬＥＤ１０の性能をさらに向上させるという相乗効果が得られる。
【００３０】
図８は、図５と同様であり、垂直方向のＧａＮ  ＬＥＤ１０の一例を示す。ここで、基板２０は金属（例えば、銅合金）であり、ＧａＮ多層構造３０はｎ型ＧａＮ層４０及びｐ型ＧａＮ層５０を有する。ただし、ｎ型ＧａＮ層４０及びｐ型ＧａＮ層５０は、図５に示す状態とは逆の配置になっている。即ち、表面４３を有するｎ型ＧａＮ層４０が活性層６０上に配置され、ｐ型ＧａＮ層５０が活性層６０下に配置されている。ｎ型コンタクト９０ｎは、ｎ型ＧａＮ層の表面４３上に配置される。また、ｐ型コンタクト９０ｐは、ｐ型ＧａＮ層下に配置され、反射層として機能する。また、ｐ型コンタクト９０ｐに隣接して反射層（図示せず）を別途追加してもよい。図８のＧａＮ  ＬＥＤ１０では、ｎ型ＧａＮ層の表面４３上（ｎ型コンタクト９０ｎ上を含む）に対してレーザ光１２０が走査され、ＬＳＡが実行されている。金属基板２０は、ＧａＮ多層構造３０に接合され、良好な熱伝導性を有し、熱放散を効率的に行う。上述を繰り返すが、アニールはｐ型ＧａＮ層の全厚みに施される。このため、一実施形態では、この層でもドーパント活性が高められ、結果として得られるＧａＮ  ＬＥＤ１０の性能がさらに高められる。
【００３１】
一般的にこの層のドーパント濃度は高いので、通常、ｎ型ＧａＮ層４０にｎ型コンタクト９０ｎの抵抗接点が形成されても問題とはならない。特定の接触抵抗ρｃを１ｘ１０−６Ωｃｍ２以下にすることができる。しかし、先進のフリップチップＬＥＤでは、ｎ型コンタクトは、他の基板への結合後に形成される。この場合、ＧａＮ多層構造３０と（金属）基板２０との熱膨張係数の不一致により生じるストレス及び転位を回避するため、熱量を制限する必要がある。なお、熱量は、Ｅａを熱活性化エネルギーとし、ｋＢをボルツマン定数とし、ＴＡをアニール温度とした場合、熱活性ｅｘｐ｛−Ｅａ／ｋＢＴＡ｝とアニール持続時間との積として定義される。この場合、抵抗接点の形成には３００℃の低温ＲＴＡが採用され、その結果、接触抵抗ρｃは７ｘ１０−４Ωｃｍ２となった。なお、この接触抵抗ρｃは、ＬＳＡにおいてアニール温度を高くし熱量を極めて低くすることにより達成される接触抵抗と比較しても随分高くなっている。一実施形態では、ＬＳＡアニールを使用することによりｎ型ＧａＮにおいて１ｘ１０−６Ωｃｍ２程度低い接触抵抗ρｃが達成された。このため、３５０ｍＡの駆動電流において、レーザアニールを採用しないＬＥＤに比べ、窒化ガリウムＬＥＤの性能が８％まで改善される。ｎ型コンタクトの抵抗の範囲は、例えば、約１ｘ１０−４から約１ｘ１０−６である。
【００３２】
ＧａＮ  ＬＥＤの接触抵抗を低下させることによって性能が改善される。ダイオード電流が大きくなるに伴い、（ｎｋＢＴ／ｑＩ）（ここで、ｎは理想因子であり、ｋＢはボルツマン定数であり、Ｔは接合部温度であり、ｑは素電荷であり、Ｉはダイオード電流である）で与えられる固有抵抗は、直流抵抗ＲＳがＧａＮ  ＬＥＤの効率に対して支配的になる点まで低下する。
【００３３】
図９は、モデルとなる電流Ｉ（ミリアンペア，ｍＡ）と電圧（Ｖ）の関係を示す曲線を示しており、ＬＳＡを使用して窒化ガリウムＬＥＤ１０の性能を向上させ、作動電圧での直列抵抗を低減したことを示す。このグラフは、異なる直列抵抗ＲＳを有するＧａＮ  ＬＥＤに対するものであり、「ダイヤモンド（◆）」の曲線は従来のＧａＮ  ＬＥＤをモデル化しており、「正方形（■）」の曲線は、本発明に係るＬＳＡに基づく方法を使用してｐ型ＧａＮのドーパント活性化を２．５倍高くしたＧａＮ  ＬＥＤをモデル化している。なお、電圧変化ΔＶは、ΔＶ＝ＩΔＲＳの関係により、直列抵抗における変化と関連性がある。
【００３４】
電流Ｉ＝３５０ｍＡにおいて、直列抵抗ＲＳが４０％低下すると（接触抵抗は６０％の低下）、作動電圧Ｖが１０％低下する。このため、ＬＥＤ効率は、ルーメン／ワット換算で１０％増加することになる。直列抵抗は主に接触抵抗に起因している。
【００３５】
将来的に主要なＬＥＤ製造業者に採用されるであろう高駆動電流型では、さらなる改良が見込まれる。図９の２つの曲線は、駆動電流が高くなるにつれて、電圧の落ち込みが大きくなるように分岐している。このように、本発明に係る方法を使用して形成されたＧａＮ  ＬＥＤは、駆動電流が７００ｍＡの場合、従来のドープＧａＮ  ＬＥＤに比べて１５〜２０％効率的であることが予想される。このため、従来の１００ルーメン／ワットの出力を有するＧａＮ  ＬＥＤは、約１２０ルーメン／ワットの出力を有するように改善される。
【００３６】
当業者には明白であるが、本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく、本発明に対して種々の改良を施したり変更を加えたりすることができる。したがって、本発明に対する改良や変更が添付の特許請求の範囲及びその等価物の範囲に含まれるのであれば、その改良や変更は、本発明に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】ＧａＮ  ＬＥＤの一構造例の概略断面図である。
【図２】時間（ミリ秒，ｍｓ）に対するアニール温度ＴＡ（℃）のプロット図であり、レーザスパイクアニール（ＬＳＡ）実行時に走査されたレーザ光の３つの異なる滞留時間に対する各アニール温度プロファイルの一例が示されている。
【図３】走査レーザ光を使用したＬＳＡ過程を示すｐ型ＧａＮ層の拡大側面図である。
【図４】ライン型走査レーザ光の一形状例を示す模式図である。
【図５】図１に示す本発明のＧａＮ  ＬＥＤの形成過程において形成されるＧａＮ  ＬＥＤ構造に適用される第１のＬＳＡ方法例を示す模式図である。
【図６】図５と同様の図であり、透明導電層をさらに備えたＧａＮ  ＬＥＤ多層構造を示す図である。
【図７】図１と同様の図であり、透明導電層の表面及びその表面上に形成されたｐ型コンタクトに対するレーザ光の走査によりＬＳＡが実行されるＧａＮ  ＬＥＤを示す図である。
【図８】図５と同様の図であって、ｎ型ＧａＮ層が最上層に配置され、且つ、ｎ型コンタクトを有するように、ＧａＮ  ＬＥＤ多層構造を構成する層が入れ替わったＧａＮ  ＬＥＤの一例であり、ｎ型ＧａＮ層の表面に対するレーザ光の走査によりＬＳＡが実行されるＧａＮ  ＬＥＤを示す図である。
【図９】従来技術の性能（◆）に比べて本発明のＧａＮ  ＬＥＤの性能（■）が向上したことを示す、電流（ミリアンペア：ｍａ）と電圧（Ｖ）の関係を示す曲線をモデル化したグラフであり、ＬＳＡを使用して作動電圧での直列抵抗が低減されている。
【図１】
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【図２】
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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】
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【図８】
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【図９】
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【外国語明細書】
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１．Abstract
Methods of performing laser spike annealing (LSA) in forming gallium
nitride (GaN) light-emitting diodes (LEDs) as well as GaN LEDs formed using LSA
are disclosed.  An exemplary method includes forming atop a substrate a
GaN multilayer structure having a n-GaN layer and a p-GaN layer that sandwich
an active layer.  The method also includes performing LSA by scanning a
laser beam over the p-GaN layer.  The method further includes forming a
transparent conducting layer atop the GaN multilayer structure, and adding a
p-contact to the transparent conducting layer and a n-contact to the n-GaN
layer.  The resultant GaN LEDs have enhanced output power, lower turn-on
voltage and reduced series resistance.
２．Representative Drawing
Fig.1
Fig.1
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Fig.2
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Fig.3
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Fig.4
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Fig.5
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Fig.6
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Fig.7
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Fig.8
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Fig.9
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