(57)【要約】  発光装置は、ｎ型領域及びp型領域の間に配置される発光層を含む半導体構造を含む。コンタクト部は、半導体構造において形成され、前記コンタクト部は、半導体構造と直接接触にある反射的金属、及び、反射的金属内に配置される追加的な金属又は半金属、を含む。特定の実施例において、追加的な金属又は半金属は反射的金属より高い電気陰性度を有する。コンタクト部における高い電気陰性度の存在は、コンタクト部の全体電気陰性度を増加させ得、装置のフォワード電圧を低下させ得る。特定の実施例において、酸素収集材料がコンタクト部に含まれる。
2011517084.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光装置であって、
ｎ型領域及びp型領域の間に配置される発光層を含む半導体構造と、
前記半導体構造に形成されるコンタクト部と、
を含み、前記コンタクト部が、
前記半導体構造と直接接触にある第１材料であって、前記発光層によって発される光に反射的である金属を含む第１材料、及び、
前記第１材料内に配置される第２材料であって、前記第１材料とは異なる材料である第２材料、
を含む、発光装置。
【請求項２】
請求項１に記載の発光装置であって、前記第２材料が前記第１材料より高い電気陰性度を有する、発光装置。
【請求項３】
請求項１に記載の発光装置であって、前記第１材料及び第２材料は単一の合金層で組み合わせられる、発光装置。
【請求項４】
請求項１に記載の発光装置であって、前記第２材料は、前記第１材料内において配置される層に囲まれ、前記第２材料の層は、前記第１材料の反射的金属をほぼ含まない、発光装置。
【請求項５】
請求項４に記載の発光装置であって、
前記発光層はIII族窒化物層であり、
前記第１材料は銀を含み、
前記第２材料はニッケルを含む、
発光装置。
【請求項６】
請求項４に記載の発光装置であって、前記第２材料は、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、セレン、テルル、ヒ素、及びアンチモンのうちの１つである、発光装置。
【請求項７】
請求項４に記載の発光装置であって、
前記第１材料は、前記第２材料の層と前記半導体構造の間に配置される第１部分と、前記第１部分と対向する前記第２材料の層の側に配置される第２部分と、へ分割され、
前記第１部分は500乃至1500Åの間の厚さを有する、
発光装置。
【請求項８】
請求項4に記載の発光装置であって、
前記第１材料は、前記第２材料の層と前記半導体構造の間に配置される第１部分と、前記第１部分と対向する前記第２材料の層の側に配置される第２部分と、へ分割され、
前記第２部分は200乃至800Åの間の厚さを有する、
発光装置。
【請求項９】
請求項４に記載の発光装置であって、前記第２材料の層が4乃至12Åの間の厚さを有する、発光装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の発光装置であって、
前記第１材料は、前記半導体構造に近接する第１部分、及び第２部分へ分割され、
前記コンタクト部は、第３材料を更に含み、
前記第１材料の前記第２部分は、前記第２材料と前記第３材料との間において配置され、前記第１材料の前記第２部分は前記第２及び第３材料をほぼ含まない、
発光装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の発光装置であって、前記第３材料は前記第２材料と同一である、発光装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の発光装置であって、前記第３材料は前記第２材料とは異なる、発光装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の発光装置であって、前記第２材料は、前記第１材料の前記第１部分と合金として組み合わせられる、発光装置。
【請求項１４】
請求項８に記載の発光装置であって、
前記第１材料は、第３部分へ更に分割され、
前記第３材料は、前記第３部分と合金として組み合わせられる、
発光装置。
【請求項１５】
請求項８に記載の発光装置であって、前記第３材料は、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、白金、セレン、テルル、ヒ素、及びアンチモンのうちの１つである、発光装置。
【請求項１６】
請求項８に記載の発光装置であって、
前記第２材料は、前記第１材料より高い電気陰性度を有し、
前記第３材料は、銀より容易に酸化する、
発光装置。
【請求項１７】
請求項８に記載の発光装置であって、前記第３材料は、アルミニウム、ニッケル、チタン、及び亜鉛のうちの１つである、発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反射的コンタクト部を含む半導体発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ（resonant cavity light emitting diodes））、垂直共振器面発光レーザ（VCSELs（vertical cavity laser diodes））、及び端面発光レーザ（edge emitting lasers）は、現在入手可能な最も効率的な光源に含まれる。可視スペクトルにわたり動作することが可能である高輝度発光装置の製造において現在注目されている材料系は、III-V群半導体を含み、特には、III族窒化材料とも称される、ガリウム、アルミニウム、インジウム及び窒素の二元、三元、及び四元合金である。通常、III族窒化物発光装置は、金属−有機物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピキタシー法（ＭＢＥ）又は他のエピタキシー技術によって、サファイア、炭化ケイ素、III族窒化物又は他の適切な基板に様々な組成物及びドーパント濃度の半導体層のスタックをエピタキシー的に成長させることによって製造される。スタックは、多くの場合、例えば、基板において形成されるSiなどを用いてドープされる１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層において形成される活性領域における１つ以上の発光層、及び、例えば活性領域において形成されるMgなどを用いてドープされる１つ以上のp型層を含む。電気コンタクト部は、ｎ型及びp型領域において形成される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
LED設計は、p型III族窒化物層の高抵抗性により、p側電流拡散を提供するためにp型層に沿って金属膜を用いる。（光が、コンタクト部が形成される表面と対向する表面から装置を抜け出すように）装置がフリップチップとして装着される場合、高反射的コンタクト部金属膜を用いることは、抽出効率を向上させるためには重要である。製造工程における低光学吸収性及び低コンタクト部抵抗性の組合せは、III族窒化物装置に関しては達成するのは困難である。例えば、銀は、良好なp型オーミックコンタクトをなし、非常に反射的であるが、III族窒化物層へは乏しい接着性、及び、壊滅的な装置不良を生じさせ得る湿度環境におけるエレクトロマイグレーションへの脆弱性、から不利益を受け得る。乏しい接着性は、高いフォワード電圧を引き起こし得る。アルミニウムは、適度に反射的であるが、p型III族窒化物材料へは良好なオーミックコンタクトを生じさせず、一方で、他の元素金属は、かなり吸収的（可視波長領域において通過毎に25%より多い吸収率）である。米国特許第6,486,499号に記載の可能な解決法は、電流拡散層として作用する厚い反射層と接続される半導体への非常に薄い半透明オーミックコンタクトを含む多層コンタクト部を使用することである。任意選択的なバリア層は、オーミック層と反射層との間に含まれる。半導体層と反射層との間にオーミック層を含むことは、半導体との直接接触にある反射的コンタクト金属を有する装置と比較されて、装置のフォワード電圧を低減し得るが、オーミック層における吸収により光出力も低減させ得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例に従うと、発光装置は、ｎ型領域及びp型領域の間に配置される発光層を含む半導体構造を含む。コンタクト部は、半導体構造において形成され、コンタクト部は、半導体構造との直接接触にある反射的金属、及び反射的金属内に配置される追加的な金属又は半金属を含む。特定の実施例において、追加的な金属又は半金属は、反射的金属よりも高い電気陰性度を有する材料である。コンタクト部における高い電気陰性度の存在は、コンタクト部の全体電気陰性度を増加させ得、装置のフォワード電圧を低下させ得る。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】図１は、単一の高電気陰性度層を含む反射的p型コンタクト部を有するIII族窒化物発光装置の一部を例示する。
【図２】図２は、多重高電気陰性度層を含む反射的p型コンタクト部を有するIII族窒化物発光装置の一部を例示する。
【図３】図３は、III族薄膜フリップチップ発光装置を例示する。
【図４】図４は、１つ以上の合金層を含む反射的p型コンタクト部を有するIII族窒化物発光装置の一部を例示する。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
本発明の実施例に従うと、高電気陰性度を有する材料は、反射的金属コンタクト部に埋め込まれる。高電気陰性度材料は、装置のフォワード電圧を低減することによってコンタクト部を改善させ得、そして反射的金属のエレクトロマイグレーションを低減し得る。
【０００７】
図１は、本発明の実施例に従う装置の一部を例示する。p型コンタクト部２４は半導体構造３８のp型領域において形成される。p型コンタクト部２４は、複数の金属層３２、３４及び３６を含む。半導体構造３８と直接接触にある層３６は、銀などの、反射的金属である。層３２も、銀などの反射的金属である。ここでは例において、層３２及び３６は銀であるが、層３２及び３６は、いかなる適切な反射的金属であり得る。
【０００８】
高電気陰性度金属又は半金属層３４は、反射的金属３２及び３６の間において配置される。層３４に関する適切な高電気陰性度を有する金属の例は、ニッケル、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、及び白金を含む。層３４に関する適切な高電気陰性度を有する半金属の例は、セレン、テルル、ヒ素、及びアンチモンを含む。高電気陰性度層３４は、一般的に、反射的金属３２及び３６より高い電気陰性度を有する。
【０００９】
高電気陰性度層３４は、非常に薄くあり得、例えば、4乃至12オングストローム厚さの間である。層34は、反射的金属３２及び３６として同一のパターンを有する単一の連続的な薄いシートであり得るが、そうである必要はない。層３４は、反射的金属３６／半導体３８界面から十分に遠いように位置される、すなわち、界面に入射する光の十分な量を吸収しない。層３４は、反射的金属３２／ホスト１２界面から十分遠いように位置される、すなわち、層３４は、酸化しない。特定の実施例において、層３４及び３６の間の界面は、層３６及び半導体構造３８の間の界面から500乃至1500Åの間で位置される。特定の実施例において、層３４及び３２の間の界面は、層３２及びホスト１２の間の界面から200乃至800Åの間で位置される。特定の実施例において、特定の実施例において、層３４は、金属半導体界面に十分近いように位置され、反射的金属３６は、界面に入射する光の全てを反射するのに十分に厚くなく、特定の光は層３４に入射する。これらの実施例において、層３６及び３２は、好ましくは同一の高反射的材料であり、これにより、反射的層３２が層３４を貫通するいかなる光も反射するようにされる。
【００１０】
p型コンタクト部２４は、例えば、蒸着、スパッタリング、電気メッキ、又はいかなる他の適切な技術などによって、形成され得る。蒸着において、第１反射層３６は、半導体構造３８に蒸着され、その後、高電気陰性度層３４が続き、その後、第２反射層３２が続く。特定の実施例において、層３２・３４・３６が沈着された後に、p型コンタクト部２４はアニールされる。少量の高電気陰性度材料の層３４は、アニールにおいて反射的層３６及び半導体構造３８の間における金属半導体界面の近くへ拡散し得、このことは、装置のフォワード電圧を低減させ得る。
【００１１】
図２は、複数の層３５・３９を含む装置の一部を例示する。第１層３５は、反射的層３２・３６の間に配置される。第２層３９は、反射的金属層３２及びホスト１２の間に配置される。第１及び第２層３５・３９は、同一又は異なる材料であり得る。特定の実施例において、第１層３５の特性は、装置のフォワード電圧を改善させるように選択され、第２層３９の特性は、層３２における反射金属のエレクトロマイグレーションを低減させるように選択される。例えば、特定の実施例において、層３５の材料は、高い電気陰性度に関して選択される。特定の実施例において、層３９の材料は、O2を収集及び安定化させる能力に関して選択され、これにより、層３２の反射金属、多くの場合Ag、の移動度に寄与し得る酸素の量を低減させる。案的な酸化物を形成するように銀よりも高い特性を有し得るAl, Ni, Ti, Znなどの金属は、層３９に関して好ましい材料である。酸素安定化層３９は、p型金属層へ拡散する酸素の全てを収集するために十分厚くなければならない。層３９が十分に厚くない場合、層３９は飽和状態になり得、酸素が層を介して反射層３２へ貫通するのを可能にしてしまう。しかし、酸素収集材料の層３９は、反射層３２との合金を形成し得、この合金は、層３２単独よりも反射的でない。したがって、層３９は、p型コンタクト部２４の反射率全体における許容できない低減が生じるのを防ぐために、十分薄い。例えば、層３９は、工程詳細に依存して、1nm乃至100nmより大きい厚さの間にあり得る。O2は、通常、工程において外部的に入来するので、層３９における酸素収集材料は、O2が銀と相互作用するのを阻止し得る。良好な酸素収集体は、必ずしも、高電気陰性度材料ではないので、個別の機能性を有する複数の層を含むコンタクト部は、単一の高電気陰性度層を有するコンタクト部よりも良好な結果を生じさせ得る。
【００１２】
特定の実施例において、層３９は、層３９とホスト１２の間に配置される（図２において示されない）追加的な金属層によって覆われる。被覆層は、層３９を過度な酸化から保護し得る一方で、層３９は空気に露出される。
【００１３】
図４は、１つ以上の合金層を含む装置の一部を例示する。半導体構造３８との直接接触にあるように形成される合金層６２は、反射金属及び高電気陰性度を有する金属の合金であり、例えば、図１を参照して上述される高電気陰性度金属などである。特定の実施例において、合金層６２は、500乃至1000Åの間の厚さを有する0.3乃至3％の間の高電気陰性度金属である。例えば、合金層６２は、銀／ニッケル合金であり得る。
【００１４】
特定の実施例において銀である、反射金属層３６は、合金層６２にわたり形成される。
【００１５】
特定の実施例において、光学的第２合金層６０は、反射層３６にわたり形成される。合金層６０は、反射金属及び１つ以上の他の材料の合金である。１つ以上の他の材料は、例えば、図１を参照して上述される高電気陰性度材料、又は、図２を参照して上述される酸素収集材料、などを含み得る。特定の実施例において、合金層６０は、500乃至1000Åの間の厚さを有する0.5乃至40％の間の酸素収集金属である、反射金属／酸素収集金属の合金である。第２合金層６０は、合金層６０とホスト１２との間に配置される追加的な金属層によって覆われ得る。
【００１６】
合金層６０・６２は、蒸着、スパッタリング、電気メッキ、又はいかなる他の適切な技術などによって、形成され得る。
【００１７】
上述の実施例は、いくつかの有利な点を有し得る。高電気陰性度材料の存在は、コンタクト部の全体電気陰性度を増加させ、このことは、より良好なp型コンタクト部を生じさせる。銀の酸化によって引き起こされ得るエレクトロマイグレーションは、コンタクト部の電気陰性度の増加が銀の酸化を抑制し得るので、低減され得る。図２及び４に例示される反射金属を覆う酸素収集材料も、酸化を抑制し得、これにより、反射金属のエレクトロマイグレーションを低減させ得る。追加的には、反射金属及び半導体の間のオーミック金属層は必要とされないので、上述のコンタクト部を含む装置は、吸収オーミック金属層を含む装置よりも良好な光出力を有し得る。
【００１８】
本文書に記載の実施例は、反射的コンタクト部を必要とするいかなる適切な装置設計を用いても使用され得る。
【００１９】
図３は、適切な装置設計の一つの例である、本文書において参照として組み込まれる米国特許第7,256,483号においてより詳細に記載される、III族窒化物フリップチップ薄膜ＬＥＤ、を例示する。ｎ型層１６、活性領域１８における１つ以上の発光層、及びp型層２０を含む半導体構造（図１及び２における構造３８）は、例えば、サファイア又はSiCなどのいかなる適切な基板において成長される。p型層表面は、上述のp型コンタクト部のいずれかであり得るp型コンタクト部２４を含むオーミックコンタクト部を形成するように高度にドープされる。コンタクト部２４は、活性層によって発される光に対して反射的である。p型層２０及び活性領域１８の位置は、ＬＥＤ形成工程においてエッチング除去され、金属部５０（コンタクト部金属膜層、及びボンディング金属）は、装置の、p型コンタクト部２４と同じ側でｎ型層１６と接触する。
【００２０】
ｎ型コンタクト部５０及びp型コンタクト部２４は、パッケージ基板１２におけるパッド２２へボンディングされる。アンダーフィル材料５２は、ＬＥＤにわたり熱勾配を低減させる、装着部への機械的な強度を追加し、汚染物がＬＥＤ材料に接触するのを防ぐため、ＬＥＤの下における空洞に沈着され得る。ボンディング技術は、半田、熱圧縮、相互拡散、又は超音波溶接によってボンディングされる金スタッドバンプアレイであり得る。ダイ金属膜化及びボンディング材料の組合せは、金属２４及び５０として示され、半導体材料に隣接する金属膜化層の光学的特性を保護するために拡散バリア部又は他の層を含み得る。パッケージ基板１２は、電気絶縁性材料AlNで形成され得、金コンタクトパッド２２は、ビア２８及び／又は金属トレースを用いて半田付け可能電極２６へ接続される。代替的に、パッケージ基板１２は、ショートを防ぐために不動態化される場合、陽極酸化AlSiCなどの、伝導材料で形成され得る。パッケージ基板１２は、ヒートシンクとして作用するために、又は、より大きなヒートシンクへ熱を伝導させるために、熱的に伝導性であり得る。
【００２１】
成長基板は、エキシマレーザビームを用いて除去され得る。レーザビームは、GaN材料を成長基板との界面において融解させ、その後成長基板がリフトオフされるのを可能にする。代替的に、成長基板は、RIEエッチングなどのエッチングによって、成長基板及びＬＥＤ層の間の層をエッチング除去するなどのリフトオフ技術によって、又は、ラップ研磨によって、除去され得る。
【００２２】
露出される、相対的に厚いｎ型領域１６（多くの場合GaN層）は、任意選択的に、ＲＩＥなどのドライエッチングを用いてエッチングすることによって、薄型化される。一つの例において、エッチングされるGaN層１６の厚さは７μmであり、エッチングは、GaN層１６の厚さを1μmへ低減させる。全てのエピタキシャルＬＥＤ層の初期厚さが9μmである場合、この場合において、エッチングは、ＬＥＤ層の全体厚さを3μmにさせる。完成された装置における半導体構造の全体厚さは、特定の実施例において10μm以下であり得、別の特定の実施例において5μm以下であり、更に別の特定の実施例において2μm以下であり、より更なる別の特定の実施例において1μm以下であり得る。薄型化工程は、レーザリフトオフ工程によって生じられた損傷を除去し、低温GaN核形成層及び隣接層などの、もはや必要とされない光学的吸収層の厚さを低減させる。活性領域に隣接するｎ型クラッド層の全て又は一部は、無傷のままにされる。
【００２３】
ＬＥＤ（ｎ型層１６）の上部表面は、光抽出の増加に関して凹凸加工される。一つの実施例において、層１６は、ＫＯＨ溶液４６を用いて光−電気化学的にエッチングされる。このことは、（ｎ型Siドーピングを有する）GaN表面における「ホワイト」荒さを形成する。このエッチング工程は、更にｎ型層１６を薄型化し、ＬＥＤ形成工程において成長されるエッチング停止層を用いて所定の厚さで停止するためにも使用され得、これにより、平滑な表面を残すようにされる。この上述の対処法は、共振型装置設計に関して有用である。このような装置に関して、ミラースタック（例えば、ブラッグ(Bragg)反射器など）は、この場合、ＬＥＤの上部表面に沈着され得る。追加的な光抽出技術は、ミクロン又はナノメータ尺度のパターン化エッチング（ディンプル又は光子結晶）を含み得る。
【００２４】
上述の例において、成長基板は装置から除去されるが、そうである必要はない。
【００２５】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者は、本文書の開示を与えられる場合に、上述の本発明の着想の精神から逸脱することなく修正態様が本発明になされ得ることを理解し得る。
例えば、上述の例においてコンタクト部は、p型半導体材料に形成されるが、特定の実施例において、これらは、ｎ型半導体材料に形成される。加えて、本発明は、上述の例に示されるコンタクト部材料又は半導体材料に制限されない。したがって、本発明の範囲は、例示及び記載される特定の実施例に制限されることを意図されない。
【図１】
2011517084.tif 000003
【図２】
2011517084.tif 000004
【図３】
2011517084.tif 000005
【図４】
2011517084.tif 000006
【国際調査報告】
2011517084.tif 000007
2011517084.tif 000008
2011517084.tif 000009