(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板であり、
非ＩＩＩ族窒化物のホスト、及び
接合層によって前記ホストに接合されたＩＩＩ族窒化物のシード層
を有する基板と、
前記シード層上に成長された半導体構造であって、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含む半導体構造と、
前記接合層の中に配置された屈折率の変化であり、格子状の穴及びグリッドのうちの一方を有する屈折率の変化と、
を有する構造体。
【請求項２】
前記屈折率の変化は格子状の穴であり、前記穴は周期的に配列されている、請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記接合層は、ガラス及びシリコン酸化物のうちの一方である、請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記屈折率の変化は、ガスで充たされた格子状の孔である、請求項１に記載の構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光抽出構造を含む半導体発光装置に関する。
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振器型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器レーザダイオード（ＶＣＳＥＬ）、及びエッジ発光レーザを含む半導体発光装置は、現在利用可能な最も効率的な光源に含まれている。可視スペクトルの領域で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関心を持たれている材料系は、III-V族半導体、特に、III窒化物材料としても言及される、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、を含む。通常、III-窒化物発光装置は、サファイア、シリコンカーバイド、III-窒化物、又は金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子ビームエピタキシ法（ＭＢＥ）、若しくは他のエピタキシャル技術による他の適切な基板において、様々な組成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的に成長させることにより製造される。スタックは、多くの場合、基板において形成される、例えばSiなどでドープされる１つ又は複数のｎ型層と、前記１つ又は複数のｎ型層上に形成される活性領域における１つ又は複数の発光層と、活性領域上に形成される、Mgなどを用いてドープされる１つ又は複数のｐ型ドープ層と、を含む。電気的コンタクトは、ｎ型及びｐ型領域において形成される。
【０００３】
図１は、本文書に参照として組み込まれる、米国特許出願書類第2007/0072324号により詳細に記載される複合成長基板(composite  growth  substrate)を例示する。基板１０は、ホスト基板１２、シード層１６、及びホスト基板１２をシード層１６へ接合する接合層１４を含む。基板１０における層は、装置における半導体層を成長させるのに必要とされる処理条件に耐え得る材料から形成される。例えば、ＭＯＣＶＤにより成長させられるIII-窒化物装置の場合、基板１０における層のそれぞれは、1000℃を超える温度でのH2環境に耐えることが可能である必要があり、ＭＢＥにより成長させられるIII-窒化物装置の場合、基板１０における層のそれぞれは、真空中で600℃を超える温度に耐えることが可能である必要がある。
【０００４】
ホスト基板１２は、基板１０への及び、基板１０にわたり成長させられる半導体装置層１８への機械的支持を提供する。ホスト基板１２は、一般的に、3乃至500ミクロン厚さの間にあり、多くの場合、100ミクロンより厚い。ホスト基板１２が装置の一部であり続けるような実施例において、光が装置からホスト基板１２を介して抽出される場合、ホスト基板１２は、少なくとも部分的に透明であり得る。ホスト基板１２は、一般的に、装置層１８がホスト基板１２上に直接成長させられないので、単一結晶材料である必要は無い。特定の実施例において、ホスト基板１２の材料は、装置層１８の熱膨張率（ＣＴＥ）及びシード層１６の熱膨張率に一致する熱膨張率を有するように選択される。エピタキシャル層１８の処理条件に耐え得るいかなる材料も、適切であり得、これらは、例えば、半導体、セラミック、及び金属を含む。装置層１８の熱膨張率に望ましくは近い膨張率を有するが、ＭＯＣＶＤによりIII-窒化物層を成長させるのに必要とされる温度での昇華（sublimation）を通じて分解するGaAsなどの材料は、GaAsホスト及びシード層１６の間に堆積されるシリコン窒化物などの不浸透性キャップ層を用いて使用され得る。
【０００５】
シード層１６は、装置層１８が成長させられる層であり、したがって、シード層１６は、III-窒化物結晶が核を成長させられ得る材料でなければならない。シード層１６は、約50Å乃至1μm厚さの間にあり得る。特定の実施例において、シード層１６は、装置層１８の材料と熱膨張率を一致させられている。シード層１６は、一般的に、装置層１８に合理的に近いように格子一致している単結晶材料である。多くの場合、装置層１８が成長させられるシード層１６の上部表面の結晶学的向きは、ウルツ鉱型[0001]c-軸である。シード層１６が完成品の装置の一部であり続ける実施例において、光が装置からシード層１６を介して抽出される場合、シード層１６は、透明又は薄いものであり得る。
【０００６】
１つ又は複数の接合層１４は、ホスト基板１２をシード層１６へ接合する。接合層１４は、約100Å乃至1μm厚さの間にあり得る。適切な接合層の例は、SiO2などのSiOx、Si3N4などのSiNx、HfO2、これらの混合物、Mo、Ti、TiNなどの金属、他の合金、及び、他の半導体又は誘電体を含む。接合層１４はホスト基板１２をシード層１６へ接続させるので、接合層１４を形成する材料は、ホスト基板１２及びシード層１６の間における良好な接着を提供するように選択される。特定の実施例において、接合層１４は、装置層１８を攻撃しないエッチング法によりエッチングされ得る材料から形成されるリリース層であり、これにより、ホスト基板１２から装置層１８及びシード層１６をリリースする。例えば、接合層１４は、III-窒化物装置層１８へ損傷を生じさせることなくＨＦによりウェットエッチングされ得るSiO2であり得る。接合層１４が完成品装置の一部であり続ける実施例において接合層１４は、好ましくは、透明である又は非常に薄い。特定の実施例において、接合層１４は、省略され得、シード層１６は、ホスト基板１２へ直接接着され得る。
【０００７】
エピタキシャル層１８における更なる応力軽減は、シード層を、接合層１４において、単一の途切れのない層としてよりもむしろ、ストライプ又は格子として形成することにより提供され得る。代わりとして、シード層は、単一の途切れのない層として形成され、その後、応力軽減を提供するために、例えばトレンチを形成することなどによって、所々除去され得る。単一の途切れのない層１６は、接合層１４を介してホスト基板１２へ取り付けられ得、その後、ストライプを形成するために、シード層の一部を除去するための従来のリソグラフィ技術によりパターン化され得る。シード層ストライプのそれぞれの縁部は、エピタキシャル層１８内における転位をシード層のストライプの縁部に集中させることにより追加的な応力軽減を提供し得る。シード層１６、接合層１４、及び核生成層(nucleation  layer)の組成は、核生成層材料が、シード層１６の部分間における空間により露出される接合層１４の部分ではなく、シード層１６において優先的に核生成するように、選択され得る。
【０００８】
発光装置のウェハにおいて、シード層１６におけるトレンチは、例えば、数百ミクロン又はミリメータだけ離れてなど、１つの装置幅のオーダで間をおいて配置され得る。パターン化されたシード層を有する複合基板において形成される装置のウェハは、シード層部分の縁部が個別の装置の発光層の上に位置しないように分割され得るが、その理由は、シード層の縁部において集中される転位が、乏しい性能又は信頼性の問題を生じさせ得るからである。代替的には、複数のトレンチが１つの装置の幅内に形成され得、例えば、数ミクロン又は数十ミクロンのオーダで離されて間をおいて配置され得る。このような基板における成長条件は、シード層１６において形成される核生成層、又は後のエピタキシャル層、がシード層１６において形成されるトレンチにわたり合体するように選択され得、これにより、ウェハにおける装置の発光層がシード層１６におけるトレンチによって途切れさせられない連続的な層として形成されるようにされる。
【０００９】
シード層がIII-窒化物材料である場合、シード層は、成長基板において歪んで成長させられる。シード層１６が、ホスト基板１２へ接続され、成長基板から解放されるときに、シード層１６とホスト基板１２との間の接続が適合(compliant)している場合、例えば、適合接合層１４である場合、シード層１６は、少なくとも部分的に応力緩和し得る。このようにして、シード層が歪んだ層として成長させられるとしても、その組成は、シード層が成長基板から解放され応力緩和した後にシード層の格子定数がシード層において成長させられるエピタキシャル層１８の格子定数に合理的に近い又は一致されるように、選択され得る。
【００１０】
例えば、III-窒化物装置がAl2O3において従来のように成長させられる場合、基板に成長させられる第１の層は、概して、約3.19の格子定数を有するGaNバッファ層である。GaNバッファ層は、多くの場合InGaNである発光層を含む、バッファ層において成長させられる装置の全てに関する格子定数を設定する。応力緩和され、独立したInGaNは、GaNより大きな格子定数を有しているので、発光層は、GaNバッファ層において成長させられる場合、歪まされる。対称的に、InGaNシード層は、従来型の基板において歪んで成長させられ得、この場合、ホストへ接合され、成長基板から解放され、これにより、InGaNシード層は少なくとも部分的に応力緩和するようにされる。応力緩和の後に、InGaNシード層は、GaNよりも大きい格子定数を有する。これにより、InGaNシード層の格子定数は、InGaN発光層と同一の組成の応力緩和された独立した層の格子定数に、GaNよりも近いように適合する。InGaN発光層を含む、InGaNシード層の上に成長させられる装置層は、InGaNシード層の格子定数を再現し得る。したがって、応力緩和されたInGaNシード層格子定数を有するInGaN発光層は、GaNバッファ層格子定数を有するInGaN発光層よりも歪まされていない。発光層における歪みを低減することは、装置の性能を向上させ得る。
【００１１】
III-窒化物シード層材料は、望ましい向きにIII-窒化物シード層を有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。サファイア又はSiC成長基板において成長させられるIII-窒化物層は、通常、ｃ面ウルツ鉱として成長させられる。このようなウルツ鉱のIII-窒化物構造は、ガリウム面及び窒素面を有する。III-窒化物は、成長させられる層の上部表面がガリウム面である一方で、底部表面（成長基板に隣接する表面）が窒素面であるように優先的に成長する。単純にシード層材料を従来のようにサファイア又はSiCに成長させ、その後、シード層材料をホストへ接続し、そして成長基板を除去することは、窒素面が露出されたIII-窒化物シード層を有する複合基板を生じさせ得る。上述のように、III-窒化物は、ガリウム面に優先的に成長する、すなわちガリウム面を上部表面として有し、したがって、窒素面における成長は、結晶に望ましくないように欠陥を導入し得る、すなわち乏しい性能を生じさせ得るが、その理由は、結晶の向きは、上部表面として窒素面を有する向きから上部表面としてガリウム面を有する向きへ切り替えるからである。
【００１２】
上部表面としてガリウム面を有するIII-窒化物シード層を有する複合基板を形成するために、シード層材料は、成長基板に従来と同様に成長させられ得、その後、いずれかの適切な第１ホスト基板へ接合され、その後、成長基板から分離され、これにより、シード層材料は、ガリウム面を介して第１のホスト基板へ接続され、そして、成長基板の除去により窒素面を露出させたままの状態に残す。その場合、シード層材料の窒素面は、第２のホスト基板１０、複合基板のホスト基板へ接合される。第２のホスト基板へ接合した後に、第１のホスト基板は、成長基板に適切な技術により除去される。最終的な複合基板において、シード層材料１６の窒素面は、任意選択的な接合層１４を介してホスト基板１２（第２のホスト基板）へ接合され、これにより、III-窒化物シード層１６のガリウム面はエピタキシャル層１８の成長に関して露出されるようにされる。
【００１３】
例えば、GaNバッファ層は、サファイア基板において従来のように成長させられ、その後に、複合基板のシード層を形成し得るInGaN層が続く。InGaN層は、接合層の有無に関わらず第１のホスト基板へ接合される。サファイア成長基板は、サファイアに隣接するGaNバッファ層をレーザ溶融することによって除去され、その後サファイアを除去することによって露出される残留GaNバッファ層は、エッチングにより除去され、これにより、第１のホスト基板へ接合されたInGaNを生じさせる。InGaN層は、最終的な複合基板におけるシード層の望ましい厚さに対応する深さに気泡層を形成するために、水素、重水素、又はヘリウムなどの材料を注入され得る。InGaN層は、接合に関して十分にフラットな表面を形成するために、任意選択的に加工され得る。InGaN層は、その後、最終的な複合基板におけるホストを形成し得る第２のホスト基板へ、接合層を用いて又は用いずに、接合される。第１のホスト基板、InGaN層、及び第２のホスト基板は、その場合、上述のように加熱され、これにより、InGaN層において埋め込まれる気泡層を拡大させ、InGaN層の薄いシード層部分をInGaNのうちの残り及び第１のホスト基板から剥離させ、これにより、ホスト基板に接合されたInGaNシード層を有する上述のような完成品複合基板が得られる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的の1つは、改善された光抽出構造を含む半導体発光装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の実施例は、複合基板上に成長させられる装置内に光抽出構造を提供する。
【００１６】
本発明の実施例は、ホスト及び該ホストに接合されたシード層を有する基板と、前記シード層上に成長された、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含む半導体構造とを含む。半導体構造の成長方向に直交する方向における屈折率の変化が、ホスト及び発光層の間に配置される。
【００１７】
屈折率の変化は、装置から光を抽出し得る。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、ホスト基板、接合層、及びシード層を含む複合成長基板において成長させられるIII-窒化物半導体構造を例示する。
【図２】図２は、基板において成長させられるシード層を例示する。
【図３】図３は、シード層を一時的基板へ接合するステップ及び成長基板を除去するステップを例示する。
【図４】図４は、パターン化の後のシード層を例示する。
【図５】図５は、応力緩和後におけるシード層に形成される光抽出構造を例示する。
【図６】図６は、シード層、接合層、及びホスト基板を含む複合基板を例示する。
【図７】図７は、図６の複合基板において成長させられるIII-窒化物装置層を例示する。
【図８】図８は、パターン化されたシード層を例示する。
【図９】図９は、図８のパターン化されたシード層において配置される差異化材料を例示する。
【図１０】図１０は、図９の構造において形成される接合層を例示する。
【図１１】図１１は、ホスト基板へ接合される、図１０の構造を例示する。
【図１２】図１２は、シード層、接合層、及びホスト基板を含む複合基板を例示する。
【図１３】図１３は、図１２の複合基板において成長させられるIII-窒化物装置層を例示する。
【図１４】図１４は、複合基板のシード層において形成されるパターン化層を例示する。
【図１５】図１５は、水平方向の成長に向いている条件下での半導体材料の図１４の基板における成長を例示する。
【図１６】図１６は、垂直方向の成長に向いている条件下での半導体材料の図１４の基板における成長を例示する。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施例において、光を抽出する構造は、ホスト基板と、複合基板において成長させられるIII-窒化物装置の発光層との間において配置される。光抽出構造は、例えば、III-窒化物装置層の成長方向に直交する方向における屈折率の変化などであり得る。屈折率の変化は、組織化、ランダム、又は部分的に組織化（例えば、疑似結晶フォトニック構造など）され得る。以下の例は、屈折率の変化を形成する材料の柱（ピラー）を例示するが、変化の山及び谷は、屈折率変化が生じる限りは、いかなる形態も取り得る。例えば、柱の代わりに、ピラミッド状の材料が用いられ得る。屈折率の変化の特徴的な横方向の(lateral)サイズは、1乃至数光学的波長のオーダ、例えば、特定の実施例において100nm乃至10ミクロンの間、特定の実施例において300nm乃至3ミクロンの間、及び特定の実施例において500nm乃至1ミクロンの間、等であり得る。屈折率の変化の垂直方向の拡がり度合いも、1乃至数光学的波長のオーダ、例えば、特定の実施例において100nm乃至10ミクロンの間、特定の実施例において300nm乃至3ミクロンの間、及び特定の実施例において500nm乃至1ミクロンの間、等であり得る。屈折率の変化は、特定の実施例において、高屈折率材料（例えば、III-窒化物材料、高屈折率ガラス、TiO2、又はTa2O5など）と、低屈折率材料（例えば、SiO2、MgF2、CaF2、空気、又は、多孔質酸化物若しくは誘電体などの多孔質材料など）との間の差異である。二つの材料間の屈折率の差は、特定の実施例において少なくとも0.1、特定の実施例において少なくとも0.3、及び特定の実施例において少なくとも0.5、である。
【００２０】
光抽出構造は、図２〜７に例示されるように、ホスト基板とシード層との間の接合層において、図８〜１３において例示されるようにシード層内において、又は、図１４〜１６において例示されるようにシード層の上部表面において、形成され得る。
【００２１】
以下で説明される特定の材料及び方法以外に、米国特許出願書類第2007/0072324号に記載される材料及び方法は、図２〜１６に例示される構造及び方法において使用され得る。
【００２２】
図２において、III-窒化物シード層２４が、例えばサファイア、Si又はSiCなどであり得るドナー基板２０上に従来と同じように成長させられる。シード層２４は、シード層２４からドナー基板２０を後々に分離することを促進するH＋などのインプラント種(implant  species)２６を埋め込まれる犠牲半導体層２２上に成長させられてもよい。特定の実施例において、犠牲層２２は、GaNであり、シード層２４は、0より大きく12%までのInN組成を有するInGaNである。
【００２３】
図３において、任意選択的な接合層３０及び適合層（compliant  layer）２８が、一時的基板３２上に形成される。図２に例示される構造のシード層２４は、適合層２８を通じて一時的基板３２へ接合される。特定の実施例において、任意選択的な接合層３０は、シリコン、アルミニウム、ホウ素、リン、亜鉛、ガリウム、ゲルマニウム、インジウム、スズ、アンチモン、鉛、ビスマス、チタン、タングステン、マグネシウム、カルシウム、カリウム（ポタシウム）、ニッケル、イットリウム、ジルコニウム、ハフニウム、ネオジム、及びタンタルの１つ又は複数の酸化物、窒化物、炭化物、又はフッ化物である。特定の実施例において、適合層２８は、ほうりんケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、又は、例えば、蒸着、スパッタ、及び沈殿などによって、堆積される他の商業的なガラスである。
【００２４】
シード層２４は、インプラント種２６を活性化させて犠牲層２２を分割することにより、ドナー基板２０から分離される。犠牲層をインプラントし、インプラント種を活性化させることによりドナー基板からシード層を分離することは、米国特許出願公報第2005/0026394号及び米国特許第5,374,564号に記載されており、これらは、本文書において参照として組み込まれる。代替的に、ドナー基板は、犠牲層２２をレーザ溶融することにより除去され得る。
【００２５】
図４において、いずれの残りの犠牲層２２も、シード層２４から取り除かれ、トレンチ３４がシード層２４内にエッチングされる。この構造は、例えば、シード層材料の領域が適合層の上で滑るように適合層２８を加熱することなどにより、歪んだシード層材料２４の領域が拡張及び応力緩和するように処理される。
【００２６】
図５において、光抽出構造が、例えば接合層などの、シード層２４の上に形成される層内に形成される。シード層は、２つの構造間において熱及び／又は圧力を印加することなどにより、ホスト基板へ接合される。特定の実施例において、ホスト基板３６は、サファイアである。光抽出機構は、例えば、屈性率における変化などであり得る。パターン化層４０及び接合層３８が、シード層２４及びホスト基板３６のうちの１つ又は両方に形成される。パターン化層は、シード層２４、接合層及びホスト基板を含む１つ又は複数の表面に形成される。接合層４０及び３８は、例えば、シリコン若しくは図３の接合層３０を参照にして上述される材料などの他のいずれかの適切な材料、の酸化物であり得る。接合層の１つ又は複数がパターニングされて、接合層と、パターニングにおいて接合層内に形成される空孔を満たす空気又は他のガスとの間における屈折率の変化を形成する。屈折率の変化の一つの例は、接合層内に形成される穴部の周期的な格子又はグリッドである。
【００２７】
一時的基板３２は、その後、例えば、接合層３０をエッチング除去することなどにより、除去される。適合層２８も除去され、図６に示される完全複合基板において例示されるように、シード層２４の表面を露出させる。光抽出機構４５は、図６に例示されるようにシード層２４に隣接して、ホスト基板３６に隣接し、又は、シード層２４及びホスト基板３６と直接接触する２つのパターン化されていない接合層間において、配置され得る。
【００２８】
図７に例示される構造において、装置層１８が、応力緩和されたシード層領域２４の上に成長させられる。シード層２４に隣接する層の組成は、格子定数若しくは他の特性に関して、及び／又は、シード層２４の材料において核生成する能力を有することに関して、選択され得る。装置層は、個別の領域間の空間３４を維持するために、水平成長よりも垂直成長を優先する条件下で、又はシード層領域２４にわたり単一の合体層を形成するために、垂直成長よりも水平成長を優先する条件下で、成長させられ得る。
【００２９】
装置層１８は、ｎ型領域４２、発光すなわち活性領域４４、及びｐ型領域４６を含む。多くの場合、ｎ型領域４２が最初に成長させられ得るが、特定の実施例においてｐ型領域が最初に成長させられ得る。ｎ型領域は、様々な異なる組成及びドーパント濃度の多重層を含み得、例えば、ｎ型又は意図的にドープされないバッファ層又は核生成層などの準備層、複合基板の後々のリリース又は基板除去後の半導体構造の薄型化を促進するように設計されるリリース層、及び、発光領域が効率的に光を発するのに望ましい特定の光学的又は電気的特性に関して設計されるｎ型又はｐ型装置層、などを含む。特定の実施例において、ｎ型領域４２は、InGaNである、又は１つ若しくは複数のInGaN層を含む。拡張された格子定数を有するシード層上に成長させられるGaNは、引っ張り状態にあり得、したがって、ひび割れを防ぐために、装置におけるいずれのGaN層の厚さも制限され得る。
【００３０】
発光すなわち活性領域４４は、ｎ型領域４２の上に成長させられる。適切な発光領域の例は、単一の厚い若しくは薄い発光層、又は、バリア層により隔てられる多重の薄い若しくは厚い量子井戸発光層を含む多重量子井戸発光領域、を含む。例えば、多重量子井戸発光領域は、100Å以下の厚さをそれぞれ有するバリアにより隔てられる25Å以下の厚さをそれぞれ有する多重発光層を含み得る。
【００３１】
ｐ型領域４６は、発光領域４４の上に成長させられる。ｎ型領域と同様に、ｐ型領域は、意図的にドープされない層又はｎ型の層を含む、様々な異なる組成、厚さ、及びドーパント濃度の多重層を含み得る。特定の実施例において、p型領域４６は、InGaNである、又は1つもしくは複数のInGaN層を含む。
【００３２】
図８〜１３は、シード層内に光抽出構造を有する複合基板及びIII-窒化物発光装置を形成することを例示する。シード層２４が、図２〜４に例示されそれに伴う文章にて説明されるように、一時的基板へ成長及び取り付けられる。図８において、シード層２４の上部表面が、パターン化される４８。シード層２４は、例えば図４にて説明した緩和の前又は後にパターン化され得る。パターン化の例として、穴部の周期的な格子又はグリッドが、シード層２４の上部表面に形成され得る。
【００３３】
図９において、第２材料５０が、シード層２４のパターン化された上部表面４８に配置され、上述のシード層のパターン化において形成された隙間を充填する。第２材料５０は、シード層２４の屈折率とは異なる屈折率を有する。特定の実施例において、第２材料５０は、2より小さい屈折率を有する。適切な第２材料５０の例は、図３の接合層を参照して上記で挙げられる材料を含む。第２材料５０の上部表面は、任意選択的に、研磨され得る。
【００３４】
図１０において、第２材料５０が接合に関して適さない場合、シリコンの酸化物の層などの任意選択的な接合層５２が、第２材料５０の上に形成され、任意選択的に研磨される。
【００３５】
図１１において、接合層３８が、ホスト基板３６上に形成され、その後、シード層２４が、接合層３８及び５２を介してホスト基板３６へ接合される。
【００３６】
図１２において、一時的基板３２、接合層３０、及び適合層２８が、除去される。
【００３７】
図１３において、III-窒化物装置層１８が、上述のようにシード層上に成長させられる。
【００３８】
図１４〜１６は、シード層の表面に配置される光抽出構造を有するIII-窒化物発光装置を形成することを例示する。図１４の複合基板は、図４の基板のシード層を、シード層２４、ホスト基板３６又は両方において形成される１つ又は複数の接合層３８を介して、ホスト基板３６へ接合することによって形成される。一時的基板３２、接合層３０、及び適合層２８は、その後、上述のように取り除かれる。図３の接合層３０を参照して上述される材料のうちの１つ又は複数などであり得る材料５４の層が、シード層２４の表面に形成され、その後、例えば穴部の周期的格子又はグリッドなどを形成するためにパターン化される。
【００３９】
図１５において、半導体層５６が、材料５４の領域間の隙間を充填することに好ましい条件の下で、シード層２４及びパターン化された材料５４の上に成長させられる。半導体材料５６及びパターン化された材料５４間の屈折率の差異は、光抽出構造を形成する。装置層１８が、上述のように、半導体層５６上に成長させられる。
【００４０】
代替的に、図１６に例示されるように、半導体層６０が、水平成長よりも垂直成長に好ましい条件の下で、シード層２４及びパターン化された材料５４の上に成長させられ得る。結果として、空気ポケット５８により隔てられる半導体材料の柱は、パターン化された材料５４の上に形成される。その後、成長条件は、空孔５８にわたり合体された平面層６０を形成するために、水平成長に好ましい条件へ切り替えられ得る。空孔５８及び半導体材料６０の間、並びにパターン化された材料５４及び半導体材料６０の間、における屈折率の差異は、光抽出構造を形成する。空孔５８及び半導体材料６０の間における屈折率の差異は、パターン化された材料５４が、例えば5nm厚より小さいなど、非常に薄い場合であっても、十分な光抽出を生じさせ得る。装置層は、上述のように、半導体層６０において成長させられる。
【００４１】
特定の実施例において、パターン化された材料５４は、例えば、従来のエッチング技術などにより、下に位置するシード層２４をパターン化するために使用される。例えば、パターン化された材料５４の残りの部分内の穴部に揃えられた開口部が、シード層２４内に形成され得る。シード層２４内の開口部は、接合層３８が露出されるように、シード層２４の厚さ全体を通って延在し得る、又は開口部がシード層２４の厚さの一部のみを通って延在し得る。シード層のパターン化の後に、パターン化された材料５４は、従来の技術により取り除かれる。半導体材料が、水平成長よりも垂直成長に好ましい条件の下で、パターン化されたシード層の上に成長させられ得、これにより、空孔は、シード層及び／又は半導体構造の第１成長部分において維持されるようにされる。その後、成長条件は、空孔において合体された平面層を形成するために、水平成長に好ましい条件へ切り替えられ得る。装置層１８が、その後成長させられる。この構造は、空孔５８の下のパターン化された材料５４を有さないことを除き、図１６に例示される構造に類似する。
【００４２】
特定の実施例において、反射性のpコンタクトが、各領域におけるp型領域上に形成される。pコンタクト、p型領域、及び発光領域の各一部が、ｎコンタクトが形成されるｎ型領域の部分を露出させるために、各領域から除去され得る。その後、この装置は、各領域におけるｎコンタクト及びpコンタクトとアライメントされるインターコネクトによりマウントへ接続される。個々の領域は、半導体構造又はマウントに形成される電気接続により相互接続され得る。ホスト基板、接合層、及びシード層の全て又は一部は、装置から取り除かれ得るが、特定の実施例において、これらは、完成品装置の一部として残存する。光抽出構造は、概して、装置の一部として残る。特定の実施例において、pコンタクトは、各ｐ型領域上に形成され、その後、nコンタクトは、導電性ホストの基板、接合層、シード層の上、又はこれら複合成長基板を取り除くことにより露出されるｎ型領域の表面の上の何れかで、半導体構造の反対側に形成される。
【００４３】
特定の実施例において、図７、１３，１５及び１６に示される装置層１８は、トレンチ３４により中断されない材料の単一の領域を形成するために、個別の領域間のトレンチ上において合体するように成長させられ得る。
【００４４】
上述の装置などの半導体材料のいくつかのアイランドを含むパッケージ装置は、米国特許出願書類第12/236,853号、  “Semiconductor  Light  Emitting  Devices  Grown  On  Composite  Substrates”により詳細に記載されており、本文書に参照として組み込まれる。
【００４５】
発光領域により発される光を吸収し１つ又は複数の異なるピーク波長の光を発する任意選択的な波長変換材料が、発光層の上に配置され得る。波長変換材料は、例えば、シリコーン若しくはエポキシなどの透明材料内に配置され、スクリーン印刷若しくはステンシルによりＬＥＤ上に堆積される１つ若しくは複数の粉末蛍光体、電気泳動析出により形成される１つ若しくは複数の粉末蛍光体、ＬＥＤへ糊付け若しくは接合される１つ若しくは複数のセラミック蛍光体、１つ若しくは複数の染料、又は、上述の波長変換層のいずれかの組合わせ、であり得る。セラミック蛍光体は、米国特許第7,361,938号により詳細記載されており、本文書に参照として組み込まれる。波長変換材料は、発光領域により発される光の一部が波長変換材料により変換されないように、形成され得る。特定の例において、変換されない光は青色であり、変換される光は黄色、緑色、及び／又は赤であり、これにより、装置からの非変換光及び変換光の組合わせが白色に見えるようにされる。
【００４６】
特定の実施例において、偏光子、ダイクロイックフィルタ、又は従来技術において知られる他の光学系が、アイランドの上又は波長変換材料の上に形成される。
【００４７】
特定の実施例において、上述の装置は、ＬＥＤの巨視的な形状などの、他の光抽出機構と組み合わせられる。例えば、各領域が単一の発光ダイオードのサイズ（例えば、数百ミクロン又はミリメータ幅のオーダなど）である場合、ＬＥＤの側壁は、エッチング又は研磨により角度付けされ得る。
【００４８】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者は、本開示を与えられた場合に、上述の本発明の着想の精神から逸脱することなく本発明に対して修正をなし得ることを理解し得る。例えば、上述の説明は、III-窒化物装置に関するものであるが、他のIII-V材料、III-As若しくはIII-P装置、又はII-VI装置などの他の材料系から作製される装置も、本発明の実施例において使用され得る。同様に、上述の例は複合基板に成長させられているが、特定の実施例において、装置は、例えば、Si基板などの他の基板においても成長させられ得る。光抽出領域を形成する屈折率の変化は、Si基板の表面の上、又はSi基板上に形成される半導体若しくは非半導体層の中に形成され得る。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ようには意図されていない。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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