(57)【要約】  ｎ型領域（５０）とｐ型領域（５４）との間に設けられている発光層（５２）を備えた半導体構造を有するデバイス（３０）が提供される。半導体構造の底面上に設けられた底部接点）７２）がｎ型領域（５０）及びｐ型領域（５４）のうちの一方に電気的に接続される。半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点（３４）がｎ型領域（５０）及びｐ型領域（５４）のうちの他方に電気的に接続される。鏡（４５，４７）が頂部接点と位置合わせされている。鏡（４５，４７）は、半導体構造に形成されたトレンチ（４４，４６）及びトレンチ（４４，４６）内に設けられた反射材料（５８，６２）を有し、トレンチ（４４，４６）は、発光層（５２）を貫通して延びている。【選択図】図２
2013526051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
ｎ型領域とｐ型領域との間に設けられた発光層を備える半導体構造を有し、
前記半導体構造の底面上に設けられた底部接点を有し、前記底部接点は、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続され、
前記半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点を有し、前記頂部接点は、前記ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続され、
前記頂部接点の真下に設けられた鏡を有し、前記鏡は、前記半導体構造に形成されたトレンチ及び前記トレンチ内に設けられた反射材料を有し、前記トレンチは、前記発光層を貫通して延びている、デバイス。
【請求項２】
前記頂部接点は、複数本の互いに接続されている接触アームに接続されたボンディングパッドを有する、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記トレンチは、前記複数本の互いに連結された接触アームと位置合わせされると共に該接触アームの下に配置され、前記トレンチの底部は、所与の箇所のところで前記トレンチの上に位置する前記接触アームと実質的に同一の幅のものである、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記トレンチは、前記ボンディングパッドの縁部の少なくとも一部分と位置合わせされている、請求項２記載のデバイス。
【請求項５】
前記ボンディングパッドの縁部の少なくとも一部分と位置合わせされた前記トレンチの一部分に隣接した領域において、絶縁層が前記底部接点と前記発光層との間に設けられており、その結果、前記ボンディングパッドの下に位置する前記発光層の一部分には電流が注入されないようになっている、請求項４記載のデバイス。
【請求項６】
前記トレンチは、前記ボンディングパッドを包囲している、請求項２記載のデバイス。
【請求項７】
前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＰである、請求項１記載のデバイス。
【請求項９】
前記トレンチと前記反射材料との間に設けられた誘電体層を更に有し、前記反射材料は、前記誘電体層によって前記トレンチ内の前記半導体構造から電気的に隔離されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項１０】
前記半導体構造の頂面に平行な方向に屈折率の変化部を更に有し、前記屈折率変化部は、前記半導体構造内に又は前記半導体構造の表面上に設けられている、請求項１記載のデバイス。
【請求項１１】
デバイスであって、
ｎ型領域とｐ型領域との間に設けられた発光層を備える半導体構造を有し、
前記半導体構造の底面上に設けられた底部接点を有し、前記底部接点は、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続され、
前記半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点を有し、前記頂部接点は、前記ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続され、
前記半導体構造に形成されたトレンチを有し、前記トレンチは、前記発光層を貫通して延びており、
前記トレンチの底部内に設けられた導電材料を有し、
前記導電材料上に設けられた誘電体層を有し、前記半導体構造及び前記誘電体層は、前記導電材料を完全に包み込んでいる、デバイス。
【請求項１２】
前記トレンチ内に設けられた反射材料を更に有し、前記反射材料は、前記誘電体層によって前記導電材料から電気的に隔離されている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１３】
前記半導体構造の頂面に平行な方向に屈折率の変化部を更に有し、前記屈折率変化部は、前記半導体構造内に又は前記半導体構造の表面上に設けられている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１４】
前記トレンチは、前記頂部接点の縁部の少なくとも一部分と位置合わせされている、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１５】
前記頂部接点の縁部の少なくとも一部分と位置合わせされた前記トレンチの一部分に隣接した領域において、絶縁層が前記底部接点と前記発光層との間に設けられており、その結果、前記頂部接点の下に位置する前記発光層の一部分には電流が注入されないようになっている、請求項１４記載のデバイス。
【請求項１６】
前記トレンチは、前記頂部接点を包囲している、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１７】
前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１１記載のデバイス。
【請求項１８】
前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＰである、請求項１１記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）が低電力消費量、小さなサイズ及び高い信頼性を必要とする多くの用途において光源として広く受け入れられている。可視スペクトルの黄色領域から緑色領域までの光を放出する高エネルギー効率ダイオードは、ＡｌＧａＩｎＰ合金で作られた活性層を有する場合が多い。可視スペクトルのＵＶ領域から青色領域、更に緑色領域までの光を放出する高エネルギー効率ダイオードは、ＩＩＩ族窒化物合金で作られた活性層を有する場合が多い。
【０００２】
図１は、円錐形微小反射器（マイクロレフレクタ）の埋め込みアレイを備えたＧａＡｓ基材１０が取り除かれている状態のＡｌＩｎＧａＰ型ＬＥＤ構造体を示している。切頭円錐形が活性層１２中にエッチングにより形成されている。電気接点が誘電体層１６に設けられた開口部１４のところに金属１８によって作られている。この構造体は、キャリヤ２０に接続されると共に頂部電極２２及び底部電極２４によって順方向に付勢されている。円錐形に沿って金属製の鏡のところで全反射される光線２６がＬＥＤ表面に向かって上方に差し向けられ、このＬＥＤ表面から取り出される。活性層からＬＥＤ構造体の頂部までの光路長は、ほんの数マイクロメートルであり、例えば活性層のような吸収物質を全く含んでおらず、その結果、デバイス内の自己吸収効果が大幅に低下するようになっている。
【発明の概要】
【０００３】
本発明の実施形態によれば、ｎ型領域とｐ型領域との間に設けられている発光層を備えた半導体構造を有するデバイスが提供される。半導体構造の底面上に設けられた底部接点がｎ型領域及びｐ型領域のうちの一方に電気的に接続される。半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点がｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続される。鏡が頂部接点と位置合わせされている。鏡は、半導体構造に形成されたトレンチ及びトレンチ内に設けられた反射材料を有し、トレンチは、発光層を貫通して延びている。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】埋め込み型反射器を備えた先行技術のＡｌＧａＩｎＰＬＥＤデバイスを示す図である。
【図２】本発明の実施形態としての薄膜ＡｌＩｎＧａＰの平面図である。
【図３】図２に示されたデバイスの２つの領域の断面図である。
【図４】トレンチ及びｐ型領域上に形成されたｐ接点を備えている半導体構造の一部分を示す図である。
【図５】反射ｐ接点、保護金属及び結合層の形成後における図４の構造を示す図である。
【図６】マウントに結合されて成長基材を除去した後の図５の構造を示す図である。
【図７】頂部接点と位置合わせされた鏡を含むＩＩＩ族窒化物デバイスの一部分を示す図である。
【図８】電流を鏡中に注入する頂部接点を備えたデバイスを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
文脈に応じて、本明細書で用いられる「ＡｌＧａＩｎＰ」又は「ＡｌＩｎＧａＰ」という用語は、特に、アルミニウム、インジウム、ガリウム及び燐の四元合金又は一般に、アルミニウム、インジウム、ガリウム及び燐の任意の二元合金、三元合金又は四元合金を意味する場合がある。「ＩＩＩ族窒化物」という用語は、任意のＩＩＩ族原子（例えば、アルミニウム、インジウム及びガリウム）及び窒素の二元元素、三元元素又は四元元素を意味する場合がある。文脈に応じて、本明細書で用いられる「接点（コンタクト）」という用語は、特に、金属電極、又は一般に半導体接触層、金属電極、及び半導体接触層と金属電極との間に設けられた任意の構造体の組み合わせを意味する場合がある。
【０００６】
図２は、本発明の実施形態としてのＡｌＩｎＧａＰデバイス３０の平面図である。図２は、ｎ型領域の頂面３２上に形成されたｎ接点３４を示している。ｎ接点３４は、例えば、金属、ＡｕＧｅ又は任意他の適当な金属であるのが良い。ｎ接点３４は、正方形を形成するアーム３５及び正方形の角（かど）から延びる延長部３６を有するのが良いが、そうである必要はない。ｎ接点は、任意適当な形状のものであって良い。ｎ接点アーム３５及び延長部３６は、幅が、幾つかの実施形態では１〜１００ミクロン、幾つかの実施形態では１〜３０ミクロン、幾つかの実施形態では２０〜５０ミクロンであるのが良い。ｎ接点アーム３５及び延長部３６は、一般に、光の遮断又は吸収を最小限に抑えるようできるだけ幅が狭く保たれるが、過度の電気接点抵抗を生じさせないほど十分幅が広く保たれる。接点抵抗は、伝送長Ｌtよりも小さい幅に関して増大し、伝送長は、金属と半導体との間の抵抗及び下に位置する半導体ｎ型層のシート抵抗で決まる。ｎ接点セグメント幅は、特定の材料パラメータに応じて、接点アームが両方の側部から電流を注入するのでＬtの２倍であるのが良く又は上述のデバイスの場合１〜３０ミクロンであるのが良い。
【０００７】
幾つかの実施形態では、ｎ接点３４は、高い反射性（Ｒ＞０．８）に作られる。幾つかの実施形態では、電流拡散層がｎ型領域５０とｎ接点３４との間に設けられ、その目的は、電流拡散を向上させ、潜在的にｎ接点の表面を最小限に抑え、かくして光ロスを減少させることにある。電流拡散層材料は、光要素を少なくすると共に電気接触を良好にするために選択される。電流拡散層に適した材料としては、インジウム錫酸化物、酸化亜鉛又は他の透明な導電性酸化物が挙げられる。
【０００８】
ｎ接点３４は、ボンディングパッド３８に接続されている。ボンディングパッド３８は、ワイヤボンド、ワイヤブリッジ又は外部電流源への他の適当な電気接触に対応するのに十分広い。図２のデバイスでは、ボンディングパッド３８は、デバイスの角に配置されているが、ボンディングパッド３８は、例えばデバイスの中央を含む任意適当な位置に配置されても良い。
【０００９】
図３は、図２に示されている２つの領域の断面図である。領域４０は、ボンディングパッド３８の下に位置するデバイスを示している。半導体構造中に埋め込まれた鏡４７が、ボンディングパッド３８の下に位置する領域を光学的に隔離している。ボンディングパッド３８の下に位置する活性領域５２中には光が発生しない。というのは、誘電体層５８により電流がｐ金属６８からボンディングパッド３８の真下に位置する領域中のｐ型接点層５６中に注入されるのが阻止されるからである。ボンディングパッド３８の方向における活性領域の他の部分内で放出された光は、鏡４７によって反射されてボンディングパッド３８から遠ざかり、それにより、光は、ボンディングパッド３８又はボンディングパッド３８の下に位置する暗い活性領域５２により吸収されるのが阻止される。幾つかの実施形態では、鏡４７の側部は、光をデバイスの頂面の外部に差し向けるよう傾斜している。ボンディングパッド３８から注入された電子は、ボンディングパッド３８の下に位置する活性領域５２の正孔と再結合することができないので、電子は、領域４０の外部に側方に移動してデバイスの光学的に、より好都合な領域中で再結合せざるを得なくなる。この技術により、ボンディングパッド領域の下における典型的な電流集中効果が回避されると共に光学的抽出向きに設計された領域への電流の再分解が行われる。
【００１０】
領域４２は、ｎ接点アーム３５の下に位置するデバイスを示している。半導体構造中に埋め込まれた鏡４５により、光が領域４２中のｎ接点アーム３５の下で生じ又はこのｎ接点アーム３５によって吸収されるのが阻止される。幾つかの実施形態では、埋め込み鏡は、ｎ接点３４により吸収される光の量を減少させるためにｎ接点構造体３４の全て又は実質的に全ての下に位置決めされる。埋め込み鏡は、半導体デバイス中のトレンチ内に形成され、トレンチは、活性領域５２を通ってエッチングにより形成されるのが良い。トレンチは、ｎ接点アーム３５及び延長部３６と位置合わせされると共にこれらと同一の幅を有するのが良い。ｎ接点アーム３５の方向に放出された光は、鏡４５により反射されてｎ接点アーム３５から遠ざけられる。幾つかの実施形態では、鏡４５の側部は、光をデバイスの頂面の外部に差し向けるよう傾斜している。
【００１１】
鏡４５，４７は、反射性導電層６２（反射性金属層、例えば銀又はアルミニウムである場合が多い）及び誘電体層５８を有する。誘電体層は、半導体構造と反射性導電層６２との間に位置決めされ、この誘電体層も又、幾つかの実施形態では電気的隔離を可能にする。大きな角度で鏡に入射した光は、誘電体層５８により全反射される。小さな角度で鏡に入射した光は、誘電体層を通過し、反射層６２により反射される。
【００１２】
図２及び図３に示されているデバイスは、図４〜図６に示されているように形成されるのが良い。図４では、半導体デバイス構造体が成長基材４８上で成長させてある。成長基材４８は、ＧａＡｓである場合が多い。ただし、任意適当な成長基材を用いることができる。エッチング停止層（図示せず）を基材４８上で成長させる。エッチング停止層は、基材４８を後で除去するために用いられるエッチングを停止させるために使用できる任意材料であって良い。エッチング停止層は、例えば、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ又はＡｌＧａＩｎＰであるのが良い。エッチング停止層の材料は、成長基材（代表的にはＧａＡｓ）に対して格子整合させるのが良いが、そうである必要はない。成長基材に対して格子整合されていないエッチング停止層は、緩和を回避するのに十分薄手であるのが良く且つ／或いは歪補償されるのが良い。エッチング停止層の厚さは、ＧａＡｓ基材を除去するために用いられるエッチング溶液の選択性で決まり、即ちエッチングの選択性が低ければ低いほど、エッチング停止層はそれだけ一層厚くなる。ＡｌＧａＡｓエッチング停止層は、例えば２０００〜５０００オングストロームであるのが良いが、エッチング停止層が以下に説明するようにデバイスの発光面をテクスチャ化するために用いられる場合、これよりも厚いエッチング停止層を用いることができる。ＡｌxＧａ1-xＡｓエッチング停止層の組成物ｘは、例えば、０．５０〜０．９５であるのが良い。
【００１３】
ｎ型領域とｐ型領域との間にサンドイッチされた発光領域中の少なくとも１つの発光層を含むデバイス層がｎ型領域５０で始まってエッチング停止層上で成長させてある。ｎ型領域５０の厚さ及びドーピング濃度は、電気抵抗を低く且つ電流分布状態を良好にするように選択される。例えば、ｎ型領域５０は、厚さが４〜１０μｍであり且つ約１×１０18ｃｍ-3の濃度までＴｅ又はＳｉをドープしたＡｌＧａＩｎＰ層を有するのが良い。ＡｌＧａＩｎＰｎ型領域５０を通常ＧａＡｓに対して格子整合する。これよりも高いドーパント濃度では、薄い層を用いて同一の電流分布状態が達成可能であるが、望ましくない自由キャリヤ吸収が高いドーパント濃度で増大する場合がある。したがって、ｎ型領域５０は、一様ではないドーピング濃度を有するのが良く、例えば、１×１０18ｃｍ-3にドープした１つ又は２つ以上の厚い領域、及び例えば１×１０19ｃｍ-3まで多量にドープした１つ又は２つ以上の薄い領域を有するのが良い。これら高ドープ（highly doped）領域にＴｅ、Ｓｉ、Ｓ又は他の適当なドーパントをドープするのが良く、エピタキシャル成長、ドーパント拡散又はこれら両方により高いドーピング濃度を達成することができる。一例では、赤色光を放出するよう構成された発光領域を備えたデバイス中のｎ型領域５０の組成物は、（Ａｌ0.40Ｇａ0.60）0.5Ｉｎ0.5Ｐである。
【００１４】
発光領域又は活性層５２がｎ型領域５０上で成長させてある。適当な発光領域の例としては、単一発光層及び多数の厚い又は薄い発光ウェルがバリヤ層で隔てられた多ウェル型発光領域が挙げられる。一例では、赤色光を放出するよう構成されたデバイスの発光領域５２は、（Ａｌ0.65Ｇａ0.35）0.5Ｉｎ0.5Ｐバリヤにより隔てられた（Ａｌ0.06Ｇａ0.94）0.5Ｉｎ0.5Ｐ発光層を含む。発光層及びバリヤは、各々、例えば２０〜２００オングストロームの厚さを有するのが良い。発光領域の全厚は、例えば、５００オングストローム〜３マイクロメートルであるのが良い。
【００１５】
ｐ型領域５４が発光領域５２上で成長させてある。ｐ型領域５４は、発光領域５２内にキャリヤを封じ込めるよう構成されている。一例では、ｐ型領域５４は、（Ａｌ0.65Ｇａ0.35）0.5Ｉｎ0.5Ｐであり、電子を封じ込めるために高Ａｌ組成の薄い層を含む。ｐ型領域５４の厚さは、ミクロンオーダであるのが良く、例えば、０．５〜３μｍである。発光領域の発光層を薄いｐ型領域５４を貫通したｐ接点に近接させることによってもデバイスの熱的インピーダンスを減少させることができる。
【００１６】
ｐ型接点層５６がｐ型領域５４上で成長させてある。ｐ型接点層５６は、多量にドープされ、発光領域５２により放出される光に対して透明であるのが良い。例えば、ｐ型接点層５６を幾つかの実施形態では少なくとも５×１０18ｃｍ-3及び幾つかの実施形態では少なくとも１×１０19ｃｍ-3の正孔濃度にドープするのが良い。この場合、ｐ型接点層５６は、１００オングストローム〜１０００オングストロームを有するのが良い。ｐ型接点層５６を多量にドープしない場合、厚さを２μｍという大きな厚さまで増大させるのが良い。
【００１７】
幾つかの実施形態では、ｐ型接点層５６は、高ドープＧａＰである。例えば、金属有機化学気相蒸着法により成長させたＧａＰ接点層５６に少なくとも８×１０18ｃｍ-3の正孔濃度まで活性化させたＭｇ又はＺｎをドープするのが良い。ＧａＰ層を低い成長温度及び低い成長率で、例えば、約８５０℃までの典型的なＧａＰ成長温度よりも低い約５０〜２００℃の成長温度及び約５μｍ／時までの典型的なＧａＰ成長速度の約１％〜１０％の成長速度で成長させるのが良い。分子線エピタキシーにより成長させたＧａＰ接点には少なくとも１×１０19ｃｍ-3の濃度までＣをドープするのが良い。
【００１８】
ドーパント成長中に投入する代替手段として、ｐ型接点層５６を成長させ、次に例えば当該技術分野において知られているように拡散炉又は成長反応器内に高圧ドーパント源を提供することによって成長後に蒸気源からドーパントをｐ型接点層中に拡散させても良い。ドーパントを蒸気源からｐ型接点層５６の表面の領域全体中に又は例えばドーパント拡散に先立ってｐ型接点層５６の幾つかの部分を例えば誘電体層でマスキングすることによってｐ型接点層５６の別々の領域中に拡散させることができる。
【００１９】
幾つかの実施形態では、ｐ型接点層５６は、高ドープＧａＰ又は格子整合ＡｌＧａＩｎＰ層である。この層にドープするには、半導体材料を成長させ、次にドーパント源を含む層を成長した層上に被着させる。例えば、ドーパント源層は、元素Ｚｎ、ＡｕＺｎ合金又はドープ誘電体層であるのが良い。ドーパント源を含む層にオプションとして、拡散遮断層を被せるのが良い。この構造体をアニールしてドーパントがドーパント源層から半導体中に拡散するようにする。次に、拡散遮断層及び残りのドーパント源層をはぎ取るのが良い。一例では、３０００オングストローム〜５０００オングストロームの４％Ｚｎ含有ＡｕＺｎ合金をＧａＰ層上に被着させ、次にＴｉＷ拡散遮断層を被着させる。この構造体を加熱し、次に残りのＴｉＷ及びＡｕＺｎを取り除く。別の例では、パターニングＡｕＺｎ層を例えば図４に示されている接点金属６０として定位置に残す。
【００２０】
幾つかの実施形態では、ｐ型接点層５６は、ＧａＡｓに格子整合されていない高ドープＩｎＧａＰ又はＡｌＧａＩｎＰ層である。この層は、厚さ１００オングストローム〜３０００オングストロームであるのが良く、この層に少なくとも１×１０19ｃｍ-3の正孔濃度までＭｇ又はＺｎをドープする。
【００２１】
デバイス層の成長後、トレンチ４４，４６を半導体構造中にエッチングにより形成する。幾つかの実施形態では、トレンチ４４，４６は、ｐ型層５４，５６を貫通し、そして活性領域５２を貫通して延びる。幾つかの実施形態では、トレンチ４４，４６は、ｎ型領域５０中に延びる。深いトレンチは、より効果的な鏡を形成するが、トレンチ４４，４６の深さは、電流をｎ型領域５０中に拡散させると共に加工及び動作中における半導体構造の構造健全性を維持する必要性によって制限される。ｎ接点アーム３５の下に鏡を形成するトレンチ４６の底部のところの幅は、ｎ接点アームの真下の活性層の除去を保証するようｎ接点アーム３５の幅と同一であるのが良い。光を反射してボンディングパッド３８から遠ざける鏡を形成するトレンチ４４は、トレンチ４６よりも底部のところの幅が狭いのが良い。種々の実施形態では、トレンチ４４，４６は、傾斜又は真っ直ぐな側壁を有するのが良い。側壁は、幾つかの実施形態では、半導体構造の頂面の垂線に対して３０°〜６０°、幾つかの実施形態では半導体構造の頂面の垂線に対して４５°の角度をなしている。傾斜側壁を形成するには、例えば、フォトレジストマスクを加熱してこれが再び流動して傾斜側壁を形成するようにするのが良い。傾斜側壁の形状は、ドライエッチングによって半導体に移される。
【００２２】
トレンチ４４，４６及びｐ型接点層５６の頂面は、例えばプラズマ促進化学蒸着法によって形成された誘電体５８、例えばＳｉＯ2で内張りされる。誘電体５８は、材料の単一層であっても良く、或いは同種又は異種材料の多数の層であっても良い。幾つかの実施形態では、誘電体層５８の厚さは、全反射を保証して下に位置する反射層６２に起因した光ロスを回避するのに十分である。この作用効果を得るために必要最小限の厚さは、光学波長の何分の一かであり、誘電体の屈折率で決まる。例えば、ＳｉＯ2誘電体層５８の場合、少なくとも５０ｎｍの厚さが適当であり、１ミクロン又は数ミクロンという厚い厚さを用いることができる。
【００２３】
小さな穴を誘電体層５８にエッチングにより形成し、この場合、誘電体層では、ｐ型接点層５６への電気的接触が望ましい。ボンディングパッド３８の下では誘電体層５８に開口部は形成されない。次に、穴に接点金属６０を充填する。接点金属６０は、例えばＡｕＺｎのスパッタリング及びリフトオフプロセスにより形成されるのが良い。誘電体５８への小さな穴のエッチング形成及び金属接点６０のリフトオフは、単一のフォトレジストマスクの使用により実施される場合があり、その結果、自己整合型プロセスが得られる。幾つかの実施形態では、接点金属６０を充填する誘電体５８の小さな穴は、直径が１μｍ〜１０μｍであり、ｐ型接点層の頂面の１％〜１０％の全被覆百分率を占める。
【００２４】
図５では、反射層６２が誘電体層５８及び接点６０上で成長させてある。反射層６２は、トレンチを内張りしている。反射層６２は、例えば銀であるのが良く、例えば蒸着又はスパッタリングによって蒸着されるのが良い。反射層６２は、単一の材料層であっても良く、或いは同種又は異種材料の多数の層であっても良い。幾つかの実施形態では、反射層６２の厚さは、１０００オングストローム〜５０００オングストロームである。反射層６２は、導電性であり、したがって、接点金属６０が形成されている領域中の接点金属６０と電気的に接触する。
【００２５】
フォトレジストの層を反射層６２上に被着させてパターニングし、次に反射層をデバイスの縁部から取り除く。保護材料、例えばＴｉＷの層を例えばスパッタリングによりフォトレジスト及びデバイスの縁部上に形成し、次に、フォトレジストを除去し、後には、デバイスの縁部のところで反射層６２に隣接して保護材料６５が残る。（保護材料６５は、必ずしも図３〜図７に示されている領域ではなく、デバイスの縁部に形成される。）保護材料６４の別の層をフォトレジストの除去によって露出された反射層６２の表面上に形成する。反射層６２の縁部のところの保護材料６５及び反射層６２の頂部上の保護材料６４は、反射層を定位置で封止し、それにより、銀反射層６２の例えばエレクトロマイグレーション又は酸化の問題が軽減し又は阻止することができる。保護層６５，６４は、単一の材料層であっても良く、或いは同種又は異種材料の多数の層であっても良い。保護層６５，６４は、幾つかの実施形態では、導電性である。
【００２６】
ボンディング層６６を保護層６４上に形成する。ボンディング層６６は、例えば、Ａｕ又はＴｉＡｕであるのが良く、このボンディング層を例えば蒸着によって形成するのが良い。ボンディング層６６は、単一の材料層であっても良く、同種又は異種材料の多数の層であっても良い。図５に示されているように、誘電体層５８、反射層６２、保護層６４及びボンディング層６６は各々、トレンチ４４，４６の側壁及び底部を被覆している。これら層は、トレンチ４４，４６を埋め又はほぼ完全に埋めており、それにより加工中（例えば、成長基材除去中）及び動作中、デバイスが支持される。これら層の形成後、トレンチ４４，４６内に残っている開口部は、幅が幾つかの実施形態では５ミクロン未満であり、幾つかの実施形態では２ミクロン以下であるのが良い。誘電体層５８及び反射層６２は、鏡４５，４７を形成している。
【００２７】
図６では、デバイスは、マウント６８上に形成されたボンディング層６６及びボンディング層７０によってマウント６８に結合されている。マウント６８は、半導体層の熱膨張率（ＣＴＥ）にかなり厳密に整合されたＣＴＥを有するよう選択されるのが良い。マウント６８は、例えば、ＧａＡｓ、Ｓｉ、金属、例えばモリブデン又は任意他の適当な材料であって良い。ボンディング層７０は、例えば、Ａｕ又は任意他の適当な材料であって良い。例えば熱圧着又は任意他の適当な技術によりボンディング層６６，７０相互間に結合部が形成される。ｐ型領域への電気的接触は、例えば、マウント６８の底部に設けられた接点７２によって行われる。マウント６８は、導電性であるのが良く又は接点７２を反射性導電層６２、保護層６４及びボンディング層６６，７０を介してｐ接点６０に電気的に接続する導電性領域又はトレースを有するのが良い。変形例として、例えば電気メッキ技術により厚いマウントをデバイス上に成長させても良い。
【００２８】
成長基材材料に適した技術により成長基材４８を除去する。例えば、ＧａＡｓ成長基材をデバイス層の前の成長基材上に成長させたエッチング停止層で終わるウェットエッチングによって除去することができる。オプションとして、半導体構造を薄くしても良い。ｎ接点金属、例えばＡｕ／Ｇｅ／Ａｕ又は１つ若しくは複数の任意他の適当な接点金属を被着させ、次にパターニングしてｎ接点３４及びボンディングパッド３８を形成するのが良い。この構造体を例えば加熱してｎ接点３４及び／又はｐ接点６０をアニールするのが良い。成長基材を除去することにより露出したｎ型領域５０の表面３２を例えば光電気化学エッチングにより粗くして光抽出度を向上させるのが良く又は例えばナノインプリントリソグラフィによってパターニングしてフォトニック結晶又は他の光散乱構造体を形成するのが良い。他の実施形態では、光抽出特徴部が構造体中に埋め込まれる。光抽出特徴部は、例えば、デバイスの頂面に平行な（即ち、半導体層の成長方向に垂直な）方向における屈折率の変化であるのが良い。幾つかの実施形態では、ｐ型接点層の表面を誘電体層５８の形成に先立って粗くし又はパターニングするのが良い。幾つかの実施形態では、半導体構造の成長前又は成長中、低屈折率材料の層を成長基材又は半導体層上に被着させてこれをパターニングし、それにより低屈折材料又は低屈折材料のポスト中に開口部を形成する。次に、半導体材料をパターニングされた低屈折率層上に成長させて半導体構造内に設けられる屈折率の変化部を形成する。
【００２９】
次に、デバイスのウェーハを試験し、これを個々のデバイス中にレーザ・シンギュレーション（laser-singulation ）するのが良い。個々のデバイスをパッケージ内に配置し、電気接点、例えばワイヤボンドをデバイスのボンディングパッド３８上に形成してｎ接点をパッケージの一部、例えばリードに接続するのが良い。
【００３０】
同様な構造を類似のプロセスによりＩＩＩ族窒化物デバイスに利用することができる。図７は、頂部ｎ接点３５の下に設けられた鏡４５を含むＩＩＩ族窒化物デバイスの一部分を示している。ＩＩＩ族窒化物デバイスでは、ｐ接点金属８０は、金属である場合が多く、これは、吸収性である場合が多いＡｌＩｎＧａＰデバイスのｐ接点金属（図３の接点金属６０）とは異なり、反射性である。したがって、図３の接点金属６０により占められる領域は、制限される。これとは対照的に、図７では、ｐ接点金属８０により占められる領域は、可能な限り広い。誘電体５８に設けられる開口部は、図３の場合よりも図７の場合の方が非常に大きい。接点金属８０を上述したのと同一の方法によって開口部内に被着させる。反射性金属層８２を接点金属８０及び誘電体５８上に形成する。幾つかの実施形態では、接点金属８０と反射性金属８２は両方共、銀である。反射性金属を上述したように反射性金属８２の縁部のところでは保護材料６５により、その頂部上では保護材料６４により封止する。ボンディング層６６を形成する。マウント８６、ボンディング層７０及び接点７２は、図７には示されていない。
【００３１】
幾つかの実施形態では、鏡は、図８に示されているようにｎ型領域に電気的に接続される。図８のデバイスが導電材料又は導体８８、例えばＡｌＩｎＧｎＰデバイスの場合にはＡｕＧｅ又はＩＩＩ族窒化物デバイスの場合にはＡｇ若しくはＡｌをｎ型領域５０と電気的接触状態にあるトレンチの底部（図８に示されている向きでは鏡の頂部）に被着されている。導電材料８８は、誘電体層５８によってｐ型領域５４，５６から電気的に隔離されている。導電材料８８は、ｎ型領域５０及び誘電体層５８によって完全に包み込まれている。導電材料８８から外部接点、例えばボンディングパッド３８への電気経路だけが半導体構造を通っている。ｐ型接点６０は、ＡｌＩｎＧａＰデバイスの場合には図３及び図４に示されているように形成され、ＩＩＩ族窒化物デバイスの場合、図７に示されるように形成される。反射層６２、保護層６４，６５及びボンディング層６６は、上述したように形成されている。この構造体は、上述したようにマウントに連結されるのが良い。
【００３２】
動作を説明すると、電流がマウントを介して接点６０によりｐ型領域に注入される。電流は、デバイスの頂面上のボンディングパッド３８によってｎ型領域中に注入される。図８の矢印で示されているように、電流は、ボンディングパッド３８から導電材料８８に注入される。図８に示されている２つの鏡は、連続トレンチ内に形成されている。したがって、２つの導電性領域８８は、相互に接続されており、その結果、電流は、導電性領域８８を通って拡散し、そして導電性領域８８からｎ型領域５０中に注入されるようになる。上述したような頂部ｎ接点３４は、オプションとして、導電性領域８８と結合されても良く、或いは、電流は、ボンディングパッド３８だけを通ってｎ型領域５０の頂面に供給されても良い。
【００３３】
図２、図３、図７及び図８に示されているデバイスは、薄膜デバイスであり、このことは、成長基材が最終のデバイスから除去されることを意味している。頂部接点とデバイスを上述した薄膜デバイス中のマウントに接続するボンディング層の頂面との間の全厚は、幾つかの実施形態では、２０ミクロン以下であり、幾つかの実施形態では、１５ミクロン以下である。
【００３４】
本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、本発明の開示に照らして、本明細書において説明した発明概念の精神から逸脱することなく本発明の改造を行うことができることは理解されよう。したがって、本発明の範囲は、図示すると共に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】
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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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【手続補正書】
【提出日】平成24年12月26日(2012.12.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
デバイスであって、
ｎ型領域とｐ型領域との間に設けられた発光層を備える半導体構造を有し、
前記半導体構造の底面上に設けられた底部接点を有し、前記底部接点は、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続され、
前記半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点を有し、前記頂部接点は、前記ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続され、前記頂部接点は、複数本の互いに接続されている接触アームに接続されたボンディングパッドを有し、
前記頂部接点の真下に設けられた鏡を有し、前記鏡は、前記半導体構造に形成されたトレンチ及び前記トレンチ内に設けられた反射材料を有し、前記トレンチは、前記発光層を貫通して延び、
前記トレンチは、前記複数本の互いに連結された接触アームと位置合わせされると共に該接触アームの下に配置され、前記トレンチの底部は、前記トレンチの上に位置する前記接触アームと実質的に同一の幅のものである、デバイス。
【請求項２】
前記トレンチは、前記ボンディングパッドの縁部の少なくとも一部分と位置合わせされている、請求項１記載のデバイス。
【請求項３】
前記ボンディングパッドの縁部の少なくとも一部分と位置合わせされた前記トレンチの一部分に隣接した領域において、絶縁層が前記底部接点と前記発光層との間に設けられており、その結果、前記ボンディングパッドの下に位置する前記発光層の一部分には電流が注入されないようになっている、請求項２記載のデバイス。
【請求項４】
前記トレンチは、前記ボンディングパッドを包囲している、請求項１記載のデバイス。
【請求項５】
前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１記載のデバイス。
【請求項６】
前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＰである、請求項１記載のデバイス。
【請求項７】
前記トレンチと前記反射材料との間に設けられた誘電体層を更に有し、前記反射材料は、前記誘電体層によって前記トレンチ内の前記半導体構造から電気的に隔離されている、請求項１記載のデバイス。
【請求項８】
前記半導体構造の頂面に平行な方向に屈折率の変化部を更に有し、前記屈折率変化部は、前記半導体構造内に又は前記半導体構造の表面上に設けられている、請求項１記載のデバイス。
【請求項９】
デバイスであって、
ｎ型領域とｐ型領域との間に設けられた発光層を備える半導体構造を有し、
前記半導体構造の底面上に設けられた底部接点を有し、前記底部接点は、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続され、
前記半導体構造の頂面上に設けられた頂部接点を有し、前記頂部接点は、前記ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続され、
前記半導体構造に形成されたトレンチを有し、前記トレンチは、前記発光層を貫通して延びており、
前記トレンチの底部内に設けられた導電材料を有し、
前記導電材料上に設けられた誘電体層を有し、前記半導体構造及び前記誘電体層は、前記導電材料を完全に包み込んでいる、デバイス。
【請求項１０】
前記トレンチ内に設けられた反射材料を更に有し、前記反射材料は、前記誘電体層によって前記導電材料から電気的に隔離されている、請求項９記載のデバイス。
【請求項１１】
前記半導体構造の頂面に平行な方向に屈折率の変化部を更に有し、前記屈折率変化部は、前記半導体構造内に又は前記半導体構造の表面上に設けられている、請求項９記載のデバイス。
【請求項１２】
前記トレンチは、前記頂部接点の縁部の少なくとも一部分と位置合わせされている、請求項９記載のデバイス。
【請求項１３】
前記頂部接点の縁部の少なくとも一部分と位置合わせされた前記トレンチの一部分に隣接した領域において、絶縁層が前記底部接点と前記発光層との間に設けられており、その結果、前記頂部接点の下に位置する前記発光層の一部分には電流が注入されないようになっている、請求項１２記載のデバイス。
【請求項１４】
前記トレンチは、前記頂部接点を包囲している、請求項９記載のデバイス。
【請求項１５】
前記発光層は、ＩＩＩ族窒化物材料である、請求項９記載のデバイス。
【請求項１６】
前記発光層は、ＡｌＩｎＧａＰである、請求項９記載のデバイス。
【国際調査報告】
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