(57)【要約】  本発明の実施形態に従った方法では、III族窒化物層が成長基板上に成長する。前記III族窒化物層は、ホスト基板に接続される。前記成長基板は、除去される。前記成長基板は、非III族窒化物材料である。前記成長基板は、面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅを持つ。前記III族窒化物層は、バルク格子定数ａｌａｙｅｒを持つ。ある実施形態では、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％は、わずか１％である。【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長基板上にIII族窒化物層を成長させるステップと、
前記III族窒化物層をホスト基板に接続するステップと、
前記成長基板を除去するステップとを有し、
前記成長基板は、非III族窒化物材料であり、
前記成長基板は、面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅを持ち、
前記III族窒化物層は、バルク格子定数ａｌａｙｅｒを持ち、
［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％である、方法。
【請求項２】
前記成長基板が、ＳｃＡｌＭｇＯ４であり、前記III族窒化物層が、ＩｎＧａＮである、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記成長基板が、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎであり、ここで、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイドから選択され、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌから選択され、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄから選択され、ｎは、１以上の整数である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記III族窒化物が、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのうちの１つである、請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記III族窒化物層が、ＩｎｘＧａ１−ｘＮであり、ここで、０．０６≦ｘ≦０．４８である、請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記接続するステップが、前記III族窒化物層と前記ホスト基板との間に配置されたボンディング層を通じて接合するステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項７】
前記ボンディング層が、非III族窒化物材料、ＳｉＯｘ、及び、ＳｉＮｘのうちの１つである、請求項６記載の方法。
【請求項８】
前記III族窒化物層が、ＩｎＧａＮであり、
前記ボンディング層が、ＳｉＯｘであり、
前記ホスト基板が、サファイアである、請求項６記載の方法。
【請求項９】
前記成長させるステップが、前記III族窒化物層の上面が前記III族窒化物層のＶ族面であり、且つ、前記成長基板に隣接した前記III族窒化物層の底面が前記III族窒化物層のIII族面であるように、成長させるステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記III族窒化物層上に、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されたIII族窒化物発光層を有する構造体を成長させるステップを更に有する、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されたIII族窒化物発光層を有する前記構造体を成長させた後、前記ホスト基板を除去するステップを更に有する、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
前記成長基板と前記III族窒化物層との間の接合部分、又は、前記成長基板に、脆弱領域を形成するステップを更に有し、前記成長基板を除去するステップが、前記脆弱領域において前記成長基板から前記III族窒化物層を分離するステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
前記脆弱領域が、水素原子及び窒素原子のうちの１つを注入された領域を有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記脆弱領域が、集光レーザビームの照射によって作られた、複数のミクロン規模の結晶欠陥又はボイドを有する、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
前記ホスト基板がサファイアである、請求項１記載の方法。
【請求項１６】
前記III族窒化物層が、前記成長基板の（０００１）面から−１０度乃至１０度の間でずれた前記成長基板の表面上に成長する、請求項１記載の方法。
【請求項１７】
前記除去するステップが、機械的方法によって除去するステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１８】
前記除去するステップが、前記成長基板と前記III族窒化物層との間の接合部分を刃で分断するステップを有する、請求項１記載の方法。
【請求項１９】
前記除去するステップが、機械的研磨、前記成長基板と前記III族窒化物層との間への回転力の付与、第１の粘着被覆されたプラスチックフィルムを前記成長基板に取り付けるとともに第２の粘着被覆されたプラスチックフィルムを前記III族窒化物層を含む半導体構造体に取り付けて前記成長基板と前記III族窒化物層とを引き離すこと、前記成長基板と前記III族窒化物層との間の接合部分を分断するために音響エネルギーのパルス又は不均一な温度分布の１つを使用すること、並びに、前記III族窒化物層と前記成長基板との接合部分の面内における熱誘起応力が当該接合部分の破壊を生じさせるのに十分であるように前記III族窒化物層及び前記成長基板の面法線に亘って温度勾配を付与すること、のうちの１つを有する、請求項１記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合基板の形成方法に関する。III族窒化物発光デバイスなどの半導体発光デバイスは、複合基板上に成長し得る。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、及び、端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な光源のうち最も効率的な光源である。可視スペクトルで動作可能な高輝度の発光デバイスの製造において現在関心を集める材料系は、III族窒化物材料とも呼ばれる、特に、ガリウム，アルミニウム，インジウム及び窒素の二元，三元及び四元合金などのIII−V族化合物半導体を含む。一般的に、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー、又は、他のエピタキシー技術によって、サファイア、シリコンカーバイド、III族窒化物、又は、他の適した基板へ、組成及びドーパント濃度が異なる半導体層のスタックをエピタキシャル成長させることによって製造される。大抵の場合、スタックは、基板の上に形成された、例えばシリコンをドープされた１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層の上に形成された活性領域における１つ以上の発光層、及び、活性領域の上に形成された、例えばマグネシウムを添加された１つ以上のｐ型層を含む。電気的コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域上に形成される。
【０００３】
図１は、参照によって本願に組み込まれる、米国特許公開公報第２００７／００７２３２４号により詳細に説明される、III族窒化物構造体を成長させるための複合基板を示している。基板１０は、ホスト基板１２と、シード層１６と、ホスト１２をシード１６に接合するボンディング層１４とを含む。ホスト層１２は、例えば、サファイア又はシリコンであってもよく、ボンディング層１４は、例えば、ＳｉＯｘ又はＳｉＮｘであってもよい。シード層１６は、例えば、サファイアなどの従来基板上に歪んで成長されたＩｎＧａＮ層であって、ホスト１２に接合され、プロセス中に、ＩｎＧａＮシード層が少なくとも部分的に緩和するように、成長基板から解放されたＩｎＧａＮ層であってよい。シード層を単一の断続層として与えるよりも、シード層をボンディング層１４の上にストライプ又はグリッドとして与えることは、更なる張力緩和につながり得る。例えば、シード層１６は、単一の非断続層として形成されてもよく、張力緩和を与えるために、例えば、溝を形成することによって、適所において除去されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
III族窒化物シード層材料は、所望の配向でIII族窒化物シード層を具備する複合基板を形成するために、追加的な接合ステップを必要とし得る。ｃ面サファイア又はｃ面ＳｉＣ成長基板上に成長したウルツ鉱型III族窒化物層は、一般的に、ｃ面配向を有して成長するので、例えば、III族窒化物層のいわゆる「ｃ面」と基板とは互いに平行である。かかるｃ面ウルツ鉱型III族窒化物構造体は、ガリウム面及び窒素面を持つ。III族窒化物は、成長層の上面が、ガリウムを含んでいる必要はないが、言葉の倹約のために「ガリウム面」又は「Ｇａ面」としばしば称される、III族面である場合、（ルミネセンス効率によって測定されるように）最も高い結晶品質を有して成長することがよく知られている。底面（成長基板に隣接する表面）は、窒素面又は「Ｎ面」である。例えば、増井等は、「"Luminescence Characteristics of N-Polar GaN and InGaN Films Grown by Metal Organic Chemical Vapor Deposition", Japanese Journal of Applied Physics 48, 071003 (2009)」で、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）により成長したＮ面ＩｎＧａＮ薄膜のルミネセンス効率は、ＭＯＣＶＤにより成長したＧａ面ＩｎＧａＮ薄膜のルミネセンス効率よりも小さいことを説明している。従来のようにサファイア又はＳｉＣ上にシード層材料を単に成長させ、シード層材料をホストに接続し、成長基板を除去することは、窒素面が露出されたIII族窒化物シード層を有する複合基板をもたらすであろう。III族窒化物は、好ましくは、ガリウム面、即ち、上面としてガリウム面上に成長し、このため、窒素面での成長は、結晶内に欠陥を不必要に取り込んだり、結果的に、結晶配向が、上面として窒素面を有する配向から上面としてガリウム面を有する配向へ切り替わるので、低品質材料をもたらしたりする可能性がある。
【０００５】
上面としてガリウム面を有するIII族窒化物シード層を具備する複合基板を形成するため、成長基板の除去によって露出された窒素面を残して、シード層材料がガリウム面を通じて中間基板に接合されるように、シード層材料は、従来、成長基板上に成長し、任意の適切な中間基板に接合され、成長基板から分離される。シード層材料の窒素面は、複合基板のホスト基板１２に接合される。ホスト基板への接合後、中間基板は、成長基板に適した技術によって除去される。完成した複合基板において、シード層材料１６の窒素面は、III族窒化物シード層１６のガリウム面がエピタキシャルデバイス層の成長のために露出されるように、予備的なボンディング層１４を通じてホスト基板１２に接合される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の目的は、III族窒化物シード層を具備する複合基板を提供することである。
【０００７】
本発明の実施形態に従った方法では、III族窒化物層は、成長基板上に成長する。III族窒化物層は、ホスト基板に接続される。成長基板が除去される。成長基板は、非III族窒化物材料である。成長基板は、面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅを持つ。III族窒化物層は、バルク格子定数ａｌａｙｅｒを持つ。ある実施形態では、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％である。
【０００８】
ある実施形態では、シード層が成長基板とほぼ格子整合しているので、緩和されたシード層を形成するために、溝を必要としない。さらに、ある実施形態では、シード層は、上面として窒素面を有して成長され得るので、デバイス構造が成長される上面としてガリウム面を有する複合基板を形成するために、２つの接合ステップが必要とされない。ここで説明される複合基板は、III族窒化物発光デバイスのための成長基板として用いられてもよい。本発明の実施形態に従って形成された複合基板上に成長したIII族窒化物発光デバイスは、従来通りに成長したIII族窒化物発光デバイスよりも、発光領域においてより小さな張力を有し、従って、従来通りに成長したIII族窒化物発光デバイスよりも、よりよい性能を示し得る。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、従来技術の複合基板を示している。
【図２】図２は、基板上に成長したIII族窒化物シード層を示している。
【図３】図３は、ホスト基板に接合されたIII族窒化物シード層を示している。
【図４】図４は、III族窒化物シード層を含む複合基板を示している。
【図５】図５は、図４の複合基板上に成長したIII族窒化物デバイス構造を示している。
【図６】図６は、薄膜フリップチップ発光デバイスを示している。
【図７】図７は、垂直発光デバイスを示している。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１に示された複合基板において、歪んだIII族窒化物シード層が成長基板から解放されて緩和された場合、一般的に、平面のシード層が曲がるほど大きな歪みがシード層に存在する。シード層をバックリング波長（buckling wavelength）より小さい島に分けるために、溝が、シード層において形成されてもよい。島は、バックリングなしに緩和するが、溝の形成は追加的な処理ステップを必要とする。さらに、シード層の島上にIII族窒化物構造体を成長させるステップは、複数の島の上にIII族窒化物フィルムを一体化させること、又は、III族窒化物材料の個別の島を成長させることを必要とし、前者は時間がかかるし、後者はデバイス設計の自由度を減らす。
【００１１】
さらに、シード層のガリウム面上にIII族窒化物材料が成長した複合基板を形成するために、まず、中間基板にシード層を接合し、次に、ホスト基板にシード層を接合するように、シード層を２回接合することは、追加的な処理ステップを必要とし、且つ、シード層の汚染の可能性を大きくし、これは、生産量を減少させ、又は、デバイス故障を引き起こし得る。
【００１２】
本発明の実施形態では、複合基板が、予備的なボンディング層を通じてホストに取り付けられたIII族窒化物シード層を含む。シード層は、所望のIII族窒化物シード層に格子整合した（又は、おおよそ格子整合した）、且つ、III族窒化物シード層と同じ六方対称の、基板上に成長する。基板が格子整合しているので、シード層における歪みは、減少されるか又は取り除かれ、これにより、シード層及びシード層上にエピタキシャル配置された任意の層の結晶品質が改善される。ある実施形態では、III族窒化物構造体がシード層のガリウム面上に成長し得る複合基板を形成するために、たった１回の接合ステップで済むように、シード層は、窒素面を晒して基板上に成長する。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態に従って成長基板３０上に成長したシード層３２を示している。半導体層は、バルク格子定数及び面内格子定数によって特徴付けられ得る。バルク格子定数は、理論上の格子定数であり、半導体層と同じ組成の完全に緩和した層である。面内格子定数は、成長した半導体層の格子定数である。半導体層が歪んでいれば、バルク格子定数は、面内格子定数と異なる。成長基板３０は、ある実施形態では、面内格子定数が、堆積されたシード層３２のバルク格子定数の１％以内である、非III族窒化物材料であってもよく、ある実施形態では、面内格子定数が、堆積されたシード層３２のバルク格子定数の０．５％以内である、非III族窒化物材料であってもよい。換言すれば、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｓｅｅｄ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、ある実施形態では、わずか１％であり、ある実施形態では、わずか０．５％である。本発明の実施形態の目的のため、三元又は四元ＡｌＩｎＧａＮ層のバルク格子定数は、ヴェガード則に従って見積もられてもよく、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮは、ａＡｌＩｎＧａＮ＝ｘ（ａＡｌＮ）＋ｙ（ａＩｎＮ）＋ｚ（ａＧａＮ）として表されることができ、ここで、変数「ａ」は、各二元材料のバルク格子定数を表しており、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ＡｌＮは、３．１１１Åのバルク格子定数を持ち、ＩｎＮは、３．５４４Åのバルク格子定数を持ち、ＧａＮは、３．１８８５Åのバルク格子定数を持つ。
【００１４】
ある実施形態では、成長基板３０は、シード層３２と同様又は同一の六方基底面対称を持つ。ある実施形態では、成長基板３０は、シード層３２の堆積中に受けた化学的及び熱的環境による攻撃に対して略影響を受けない。ある実施形態では、成長基板３０は、堆積されたシード層３２の面内熱膨張係数の３０％以内の面内熱膨張係数を持つ。ある実施形態では、成長基板３０は、近紫外放射線に対して透明又は非透明であってもよい。ある実施形態では、成長基板３０は、単結晶又は実質的な単結晶材料である。
【００１５】
ある実施形態では、成長基板３０は、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎの一般組成の材料であり、ここで、Ｒは、三価の陽イオンであって、しばしば、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、及び、ランタノイド（原子数５７〜７１）から選択され、Ａも、三価の陽イオンであって、しばしば、Ｆｅ（III）、Ｇａ、及び、Ａｌから選択され、Ｍは、二価の陽イオンであって、しばしば、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、及び、Ｃｄから選択され、ｎは１以上の整数である。ある実施形態では、ｎは９以下であり、ある実施形態では、ｎは３以下である。ある実施形態では、ＲＡＭＯ４（即ち、ｎ＝１）組成は、ＹｂＦｅ２Ｏ４構造タイプであり、ある実施形態では、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎ（ｎ≧２）組成は、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｎ構造タイプである。
【００１６】
成長基板３０及び格子整合したＩｎＧａＮシード層３２に適した材料の例が、以下に記載されている。
【表１】
2013542608.tif 000002
【００１７】
これらの、及び、関連する基板材料は、参照により本願に組み込まれる、「Kimizuka and Mohri in "Structural Classification of RAO3(MO)n Compounds (R = Sc, In, Y, or Lanthanides; A = Fe(III), Ga, Cr, or Al; M = Divalent Cation; n = 1-11)"（Journal of Solid State Chemistry 78, 98 (1989)において公開）」に詳細に説明されている。
【００１８】
ある実施形態では、シード層３２は、基板の主結晶面に対して「ずらして切断された（miscut）」又は角度付けられた、成長基板３０の表面上に成長する。ある実施形態では、シード層３２が成長した成長基板３０の表面は、基底（０００１）面から−１０度〜＋１０度の間で方向付けられている。ある実施形態では、（０００１）面から−０．１５度〜＋０．１５度の間で傾けて切断することは、テラス端に形成された欠陥の数を好適に減少させる、基板表面上に大きな原子テラスをもたらす。
【００１９】
シード層３２は、例えば、ＭＯＣＶＤ、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、又は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）を含む、当該技術分野において既知の任意の手段によって、成長基板３０上に堆積されてもよい。０．１％以内の格子整合は、少なくとも５０μｍの厚さで高品質なシード層３２の堆積を可能とするが、シード層３２と成長基板３０との間の完全な格子整合は不要である。シード層３２は、ある実施形態では、１００ｎｍ〜５μｍの厚みを持つことができ、ある実施形態では、１００ｎｍ〜５００ｎｍの厚みを持つことができる。
【００２０】
シード層３２は、シード層の窒素面が成長面であり、シード層のガリウム面が基板３０の表面に隣接するように、成長基板３０上に成長する。基板３０の表面は、例えば、表面を改善するため、又は、任意の他の目的のため、例えば、基板を、９００℃の温度及び２００ｍｂａｒの圧力下で、アンモニアと窒素とを２：１の比率で有するガス状混合物に２分間晒すことによって、シード層の堆積の前に処理されてもよい。
【００２１】
シード層３２は、III族窒化物デバイス構造体が成長できる任意の材料であってもよい。シード層３２は、しばしば、（ＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮなどの）三価の、又は、（ＡｌＩｎＧａＮなどの）四価の、III族窒化物又は他のIII−Ｖ族材料の合金である。ＩｎＧａＮシード層３２におけるＩｎＮの割合は、ある実施形態では、６％と４８％との間であってもよい。ｘがほぼ０であるＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ合金は、全ての可視放射スペクトルに亘る光を生成するエネルギーギャップの範囲を持つ。結果、全ての可能な合金の組成は、ＬＥＤなどの発光デバイスにおいて有用である。
【００２２】
ある実施形態では、脆弱領域３４が、成長基板３０内又は基板とシード層との接合部分に配置される。脆弱領域は、シード層の成長の前又は後に設けられてもよい。ある実施形態では、脆弱領域３４は、Ｈ又はＮを、単独で、又は、他のイオンとともに組み合わせて、加熱した際、イオンが成長基板３０内に微小空洞を形成するのに十分な濃度で注入することによって形成される。例えば、Ｈは、１０１７ｃｍ−２の線量及び１２０ｋｅＶの加速電圧で注入されてもよい。ある実施形態では、脆弱領域３４は、複数のミクロン規模の結晶欠陥又はボイドを結晶構造内に作るのに十分な強度及び光子エネルギーの、強く集束された、パルスレーザビームのパターンにウェハを晒すことによって、形成される。結晶欠陥のパターンは、１又は複数のレーザビームをウェハ上で走査することによって、あるいは、エキシマレーザなどの高出力単一レーザから多数のスポットを生成するための回折光学素子の使用によって、生成されてもよい。レーザビームは、短いサブマイクロ秒パルスで強く集中されてもよく、極めて局所化された欠陥を作ってもよい。
【００２３】
図３に示されているように、ボンディング層３６は、プラズマＣＶＤ（ＰＥＣＶＤ）又は減圧ＣＶＤ（ＬＰＣＶＤ）などの当該技術分野において任意の知られた手段で、ＳｉＯｘ、ＳｉＯ２、又は、ＳｉＮｘの薄膜をシード層３２上に堆積させることによって与えられ得る。ＳｉＯ２薄膜は、ある実施形態では、１０ｎｍ〜１０μｍの厚さを持っていてもよく、ある実施形態では、２００ｎｍ〜１μｍの厚さを持っていてもよい。ＳｉＯ２薄膜は、オプションで、例えば、コロイドシリカの懸濁液を用いた化学機械研磨によって平坦化されてもよい。
【００２４】
シード層３２は、例えば、成長基板３０とホスト基板３８とを高温及び／又は高圧下で押し付けることによって、ボンディング層３６を通じてホスト基板３８に接合される。ホスト基板３８は、任意の適切な材料であってもよい。
単結晶又は多結晶サファイア、焼結されたＡｌＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、波長変換するように、Ｃｅなどの活性ドーパントでドープされた、又は、されていない、単結晶又はセラミックＹ３Ａｌ５Ｏ１２、並びに、Ｍｏなどの金属を含むが、これらに限定されない。
【００２５】
図４に示されるように、基板は、任意の適切な方法によって、シード層３２から除去される。脆弱領域を含む構造体では、成長基板３０は、例えば、上記注入層を活性化するために加熱することによって、当該脆弱領域において除去されてもよい。ある実施形態では、注入された水素原子の脆弱領域を含む構造体は、６００℃の温度（この温度は、注入種及び添加量に依存して、高くてもよいし、又は、低くてもよい）まで加熱され、水素原子は、脆弱領域を機械的に壊すマイクロキャビティ内に集められる。シード層３２から成長基板３０を除去するために脆弱領域３４を与える利点は、基板の残りの部分が、研磨可能であり、成長基板として再利用可能であることである。
【００２６】
成長基板３０を除去する他の方法は、機械的研磨、基板とシード層との間への回転力の付与、粘着被覆されたプラスチックフィルムを基板に取り付けるとともに第２の粘着被覆されたプラスチックフィルムを構造体に取り付けて基板とシード層とを引き離すこと、基板とシード層との間の接合部分を分断するための鋭い刃を用いること、基板とシード層との間の接合部分を分断するために音響エネルギーのパルス又は不均一な温度分布を使用すること、接合面における極小部位（＜１ｍｍ２）に集中された１又は複数のレーザパルスを与えて破壊を起因する衝撃波を作ること、並びに、シード層と基板との接合部分の面内における熱誘起応力が当該接合部分の破壊を生じさせるのに十分であるようにシード層及び基板の面法線に亘って温度勾配を付与する（例えば、より高い温度がシード層の一方の面に付与され、より低い温度が基板の他方の面に付与される）こと、などの機械的方法を含む。
【００２７】
ある実施形態では、基板を通じて向けられるレーザビームにより、シード層３２がレーザリフトオフによって除去可能であるように、成長基板３０は、透明である。成長基板３０上に成長したIII族窒化物の層は、レーザ光を吸収して溶け、基板からシード層３２を解放する。レーザリフトオフは、シード層３２と成長基板３０との間に介在するオプションの狭いエネルギーギャップの合金半導体によって促進されてもよい。狭いエネルギーギャップの層の組成は、当該層がシード層３２よりも多くの入射レーザ光を吸収するように、選択されてもよく、これは、必要とされる入射光束を減らし、シード層３２を通じてより少なく分散されたダメージを生成する。
【００２８】
ある実施形態では、全て又は一部の成長基板３０、例えば、シード層から基板を分離するために注入された層を活性化した後に残っている成長基板３０の一部が、ウェットケミカルエッチングなどのエッチングによって除去される。例えば、参照により本願に組み込まれるC. D. Brandleらの『Dry and Wet Etching of ScMgAlO4』（Solid-State Electronics, 42, 467 (1998)で公開）によって報告されているように、ＳｃＭｇＡｌＯ４は、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの水性混合物、及び、ＨＦの水性混合物によって容易に攻撃される。ある実施形態では、全て又は一部の成長基板３０が、８００ワットの印加パワーにおけるＣｌ２及びＡｒガス状混合物を用いた反応性イオンエッチングによって除去される。
【００２９】
ある実施形態では、シード層３２は、III族又はウルツ鉱型結晶のガリウム面がシード層３２の上面３２ａとなり、III族窒化物又は他の半導体材料が成長可能となるように、ボンディング層３６を通じてホスト基板３８に接合される。Ｖ族又はウルツ鉱型結晶の窒素面は、ボンディング３６に隣接する表面である、シード層の底面３２ｂとなる。
【００３０】
半導体デバイス構造体２２は、図５に示されるように、複合基板のシード層３２上に成長することができる。下記の例において、半導体デバイス構造体は、可視光又は紫外線光を放射するIII族窒化物ＬＥＤであるが、レーザダイオード高電子移動度トランジスタ、及び、ヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子及び光電子デバイスなどの他のデバイスが、上記基板上に形成されてもよい。
【００３１】
図５に示されるように、半導体構造体２２は、シード層３２の上に成長する。半導体構造体２２は、ｎ型領域２１とｐ型領域２５との間に挟まれた発光領域又は活性領域２３を含む。ｎ型領域２１は、一般的に、最初に成長し、例えば、ｎ型の又は意図的にドープされない、バッファ層又は核形成層などの準備層、即ち、発光領域が効率的に発光するために望ましい特定の光学的又は電気的特性のために設計されたｎ型あるいはｐ型のデバイス層といった、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。ｎ型領域２１は、ある実施形態では、１ｎｍ〜２０μｍの厚みを持ち、ある実施形態では、１ｎｍ〜５μｍの厚みを持つ。発光領域又は活性領域２３は、ｎ型領域２１の上に成長する。適切な発光領域２３の例は、単一の厚い又は薄い発光層、あるいは、バリア層によって分離された多重の薄い又は厚い発光層を含む多重量子井戸発光領域を含む。活性領域２３は、ある実施形態では、１ｎｍ〜５μｍの厚みであり、ある実施形態では、２ｎｍ〜１μｍの厚みであり、ある実施形態では、５ｎｍ〜１００ｎｍの厚みである。ｐ型領域２５は、発光領域２３の上に成長する。ｎ型領域２１と同様に、ｐ型領域２５は、意図的にドープされない層、又は、ｎ型層を含む、異なる組成、厚み、及び、ドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。ｐ型領域２５は、ある実施形態では、１００ｎｍ〜２μｍの厚みを持ち、ある実施形態では、２０ｎｍ〜４００ｎｍの厚みを持つ。
【００３２】
ある実施形態では、発光領域２３における１又は複数の発光層は、シード層にほぼ格子整合した（つまり、成長基板３０に格子整合した）組成を持つ。発光層における歪みは、［（｜ａｂｕｌｋ−ａｉｎ−ｐｌａｎｅ｜）／ａｂｕｌｋ］＊１００％で規定され、ここで、ａｂｕｌｋは、完全に緩和した場合の発光層と同じ組成の層の格子定数であり、ヴェガード則に従って推定され、また、ａｉｎ−ｐｌａｎｅは、デバイス中に成長した発光層の格子定数である。少なくとも１つの発光層における歪みは、ある実施形態では、１％よりも小さく、ある実施形態では、０．５％よりも小さく、ある実施形態では、０．１％よりも小さい。ある実施形態では、ＳｃＭｇＡｌＯ４が成長基板３０であり、ｎ型層、発光層、ｐ型層は、それぞれ、Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎ、Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ、Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎで形成される。シード層は、ｎ型領域と同じ組成Ｉｎ０．１３Ｇａ０．８７Ｎである。
【００３３】
図５に示された構造体は、図６に示される薄膜フリップチップデバイス、及び、図７に示される垂直デバイスを含むがこれらに限定されない、任意の適切なデバイス設計へ処理されてもよい。
【００３４】
図６に示されたデバイスでは、ｐコンタクト金属２６がｐ型領域２５上に堆積され、ｐ型領域２５の一部と活性領域２３の一部とが金属化のためのｎ型層を晒すために除去されている。ｐコンタクト２６及びｎコンタクト２４は、デバイスの同じ側にある。ｐコンタクト２６は、ギャップ２７によってｎコンタクト２４から電気的に絶縁されており、ギャップ２７は、誘電体などの電気的絶縁材料で満たされていてもよい。図６に示されるように、ｐコンタクト２６は、複数のｎコンタクト領域２４の間に堆積されていてもよいが、これは必須ではない。ある実施形態では、ｎコンタクト２４とｐコンタクト２６の一方又は両方が、反射性であり、デバイスは、図６に示された向きのデバイスの上部を通じて光が抽出されるように、マウントされる。ある実施形態では、コンタクトは、ある程度制限されてもよく、又は、透明に作られてもよく、デバイスは、コンタクトが形成された表面を通じて光が抽出されるようにマウントされてもよい。半導体構造体は、マウント２８に取り付けられる。半導体構造体２２が成長する複合基板の全て又は一部は、図３に示されるように、除去されてもよい、あるいは、デバイスの一部に残っていてもよい。例えば、ホスト基板３８及びボンディング層３６は、除去されてもよく、シード層３２は、デバイスの一部に残っていてもよい。ある実施形態では、複合基板の全て又は一部の除去によって露出した半導体層は、パターン化又は粗面化されてもく、これは、デバイスからの光抽出を改善可能とする。
【００３５】
図７に示される垂直射出ＬＥＤでは、ｎコンタクトが、半導体構造体２２の一方の側に形成され、ｐコンタクトが、半導体構造体の他方の側に形成される。例えば、ｐコンタクト２６が、ｐ型領域２５上に形成され、デバイスが、ｐコンタクト２６を通じてマウント２８に取り付けられてもよい。複合基板の全て又は一部は、除去されてもよく、ｎコンタクト２４は、複合基板の全て又は一部の除去によって露出したｎ型領域２１の表面上に形成されてもよい。ｎコンタクトへの電気的コンタクトは、図７に示されるように、ワイヤボンドで作られてもよいし、又は、金属ブリッジで作られてもよい。
【００３６】
ＬＥＤは、白色光又は他の色の単色光を作るための蛍光体、量子ドット、又は、染料などの１又は複数の波長変換材料と組み合わせられてもよい。ＬＥＤによって放たれた光の全て又は一部のみが、波長変換材料によって変換されてもよい。ＬＥＤによって放たれた未変換の光が、光の最終的なスペクトルの一部であってもよいが、これは必須ではない。通常の組み合わせの例は、黄色放射蛍光体と組み合わせられた青色発光ＬＥＤ、緑色放射蛍光体及び赤色放射蛍光体と組み合わせられた青色発光ＬＥＤ、青色放射蛍光体及び黄色放射蛍光体と組み合わせられた紫外線放射ＬＥＤ、並びに、青色放射蛍光体、緑色放射蛍光体、及び、赤色放射蛍光体と組み合わせられた紫外線放射ＬＥＤを含む。他の色の光を放射する波長変換材料が、デバイスから放射された光のスペクトルを調整するために加えられてもよい。
【００３７】
例えば、波長変換素子は、ＬＥＤに接着又は接合された、あるいは、ＬＥＤから離れた形成済みのセラミック蛍光体層、あるいは、ステンシル印刷、スクリーン印刷、スプレー、堆積、蒸着、スパッタ、又は、ＬＥＤに他の方法で施された有機的カプセル化材料内に配置された粉末状の蛍光体又は量子ドットを含む。
【００３８】
本発明について詳細に説明してきたが、当該技術分野における当業者は、ここで説明された発明の概念を逸脱しない範囲で、当該開示から、本発明を変形することができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、図示及び説明された特定の実施形態に限定されないと解されるべきである。
【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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【国際調査報告】
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