(57)【要約】  半導体発光装置は、ｎ型領域７１とｐ型領域７３との間に配された発光層７２を含むウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物半導体構造を含んでいる。テンプレート層１８及び転位曲げ層２０は、発光層７２の前に成長される。テンプレート層１８は、前記テンプレート層内の前記転位の少なくとも７０％がエッジ転位２９、３０、３１、３２であるように、成長される。前記テンプレート層内のエッジ転位２９、３０、３１、３２の少なくとも一部は、前記転位曲げ層内まで続いている。転位曲げ層２０は、テンプレート層１８とは異なる大きさの歪みを有するように成長される。テンプレート層１８と転位曲げ層２０との間の界面における歪みの変化は、前記テンプレート層のエッジ転位２９、３０、３１、３２の少なくとも一部を、前記転位曲げ層内の異なる方位に曲げさせる。曲げエッジ転位３３よりも上方に成長される半導体材料は、減少された歪みを呈し得る。
2010536161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型領域とｐ型領域との間に配されている発光層と、
前記発光層の前に成長されているテンプレート層と、
を有するウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物半導体構造を有する装置であって、
前記テンプレート層は総数の転位を有しており、前記転位の少なくとも７０％はエッジ転位である、
装置。
【請求項２】
前記発光層の主要面に平行であると共に、前記テンプレート層と前記発光層との間に配されている界面を更に有する、請求項１に記載の装置であって、
前記テンプレート層内の前記エッジ転位の大部分は、９０度に実質的に等しい角度で、前記テンプレート層の主要面と交差しており、
前記テンプレート層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記界面に伝搬し、
前記界面に伝搬される前記エッジ転位の少なくとも一部は、９０度より小さい角度において前記界面と交差している、
装置。
【請求項３】
前記半導体構造は、前記テンプレート層と前記発光層との間に配された転位曲げ層を更に有しており、前記テンプレート層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記転位曲げ層内に伝搬され、前記転位曲げ層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記テンプレート層内の対応する前記エッジ転位とは異なる方位を有している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記転位曲げ層内の歪みの大きさが、前記テンプレート層内の歪みの大きさと異なる、請求項３に記載の装置。
【請求項５】
転位曲げ層がテンプレート層内のＩｎＮ組成よりも多くのＩｎＮ組成を有する、請求項３に記載の前記装置。
【請求項６】
前記転位曲げ層が前記テンプレート層よりも薄い、請求項３に記載の装置。
【請求項７】
前記転位曲げ層が前記テンプレート層よりも高い濃度のｎ型ドーパントを有している、請求項３に記載の装置。
【請求項８】
前記テンプレート層と前記転位曲げ層との間に配されている第１の界面と、
前記発光層と前記転位曲げ層との間に配されている第２の界面と、
を更に有する請求項３に記載の装置であって、
前記テンプレート層内の前記エッジ転位の大部分は、９０度に実質的に等しい角度で前記第１の界面と交差し、
前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記転位曲げ層内に伝搬され、９０度よりも小さい角度において前記第２の界面と交差している、
装置。
【請求項９】
前記テンプレート層が複数の非単結晶核形成層を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域に電気的に接続されている第１の接触部及び第２の接触部を更に有する請求項１に記載の装置であって、前記第１の接触部及び前記第２の接触部の両方が、前記半導体構造の同じ側に形成されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
総数の転位を有しているテンプレート層であって、前記転位の少なくとも７０％は、エッジ転位である、前記テンプレート層と、
前記テンプレート層上で成長される転位曲げ層であって、前記テンプレート層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記転位曲げ層内に伝搬され、前記転位曲げ層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記テンプレート層内の対応するエッジ転位とは異なる方位を有している、前記転位曲げ層と、
前記転位曲げ層上に成長されたＩＩＩ族窒化物発光層であって、ｎ型領域とｐ型領域との間に配されているＩＩＩ族窒化物発光層と、
を有するＩＩＩ族窒化物構造を基板上に成長させるステップを有する方法。
【請求項１２】
前記基板上に直接的に第１の核形成層を成長させるステップと、
前記第１の核形成層の上に第２の核形成層を発達させるステップと、
を更に有するＩＩＩ族窒化物構造を成長させる、請求項１１に記載の方法であって、
前記第２の核形成層は、前記第１の核形成層よりも薄く、前記第１の核形成層よりも遅く成長させられる、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＩＩＩ族窒化物構造をホストに接続するステップと、
前記基板を取り除くステップと、
を更に有する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光装置のための成長技術及び装置構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振キャビティ発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直キャビティレーザダイオード（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の１つである。前記紫外線、可視、及び場合によると前記赤外スペクトルにわたって動作することができる高輝度発光装置の製造において現在興味のある材料システムは、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を含んでおり、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（ＩＩＩ族窒化物材料とも称される）を含んでいる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
典型的には、ＩＩＩ族窒化物発光装置は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は他のエピタキシャル技術によって、異なる組成及びドーパント濃度の半導体層のスタックをサファイア、シリコンカーバイド、ＩＩＩ族窒化物又は他の適切な基板上でエピタキシャルに成長させることによって製造される。前記スタックは、しばしば、例えば、前記基板上に形成されるＳｉをドープされた１つ以上のｎ型層と、（複数の）前記ｎ型層上に形成される活性領域内の１つ以上の発光層と、前記活性領域上に形成される、例えば、Ｍｇをドープされた１つ以上のｐ型層とを含んでいる。電気的接触部は、ｎ型及びｐ型領域上に形成されている。これらのＩＩＩ族窒化物材料は、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）及び検出器のような、他の光電子及び電子的装置に関しても興味があるものである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の実施例によれば、半導体発光装置は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配された発光層を含むウルツ鉱ＩＩＩ族窒化物半導体構造を含んでいる。テンプレート層及び転位曲げ層は、前記発光層の前に成長される。前記テンプレート層は、前記テンプレート層内の転位の少なくとも７０％がエッジ転位であるように、成長される。前記テンプレート層内の前記エッジ転位の少なくとも一部は、前記転位曲げ層まで続いている。前記転位曲げ層は、前記テンプレート層とは異なる大きさの歪みを有するように成長される。前記テンプレート層と前記転位曲げ層との間の界面における歪みの変化は、前記テンプレート層内の前記エッジ転位の少なくとも一部を、前記転位曲げ層の異なる方位に曲げる。曲がった前記エッジ転位よりも上方に成長される半導体材料は、低下された歪みを呈することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１】本発明の実施例による、エッジ転位テンプレートを含む半導体構造の断面図である。
【図２】サファイアのような、ウルツ鉱構造の幾つかの主な結晶平面を示している。
【図３】成長基板が取り除かれたフリップチップ発光装置の一部を示している。
【図４】ウルツ鉱結晶内のらせん、エッジ及び混合転位を示している。
【図５】実装されている発光装置の分解図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
半導体発光装置の性能は、外部量子効率を測定することによって計られることができ、外部量子効率とは、当該装置に供給される電子当たりの当該装置から抽出された光子の数である。従来のＩＩＩ族窒化物発光装置に供給されている電流密度が増大するにつれて、前記装置の外部量子効率は、最初に増大し、次いで減少する。前記電流密度が過去のゼロを増大するにつれて、前記外部量子効率は増大し、所与の電流密度（においてピークに到達する例えば、幾つかの装置に関して約１０Ａ／ｃｍ２）。電流密度が前記ピークを越えて増大するにつれて、前記外部量子効率は、最初に急速に降下し、次いで、この減少は、より高い電流密度（例えば、幾つかの装置に関して２００Ａ／ｃｍ２を越える）において遅くなる。装置の量子効率は、更に、前記発光領域内のＩｎＮ組成が増大するにつれ及び発せられる光の波長が増大するにつれ、減少する。
【０００７】
天然のＩＩＩ族窒化物成長基板は、一般に高価で、広く利用可能ではなく、商業的な装置の成長のために非実用的であるので、ＩＩＩ族窒化物装置は、しばしばサファイア（Ａｌ２Ｏ３）又はＳｉＣ基板上で成長される。このような非本来の基板は、前記基板上で成長されるＩＩＩ族窒化物装置層とは異なる格子の定数、前記装置層とは異なる熱膨張係数、及び異なる化学及び構造特性を有しており、結果として、ＩＩＩ族窒化物装置層内に歪みを生じる。前記装置層内の歪みは、特に、前記発光層において、電流密度が増大するにつれて、量子効率の減少を生じるものの１つであり得る。
【０００８】
本明細書で使用されている「面内」格子定数とは、前記装置内の層の実際の格子の定数を称しており、「緩和」又は「バルク」格子定数とは、所与の組成の、緩和された、自立（free-standing）材料の格子定数を称している。層内の歪みの量は、式（１）
ｓｔｒａｉｎ＝ε＝（ａｉｎ−ｐｌａｎｅ−ａｒｅｌａｘｅｄ）／ａｒｅｌａｘｅｄ    （１）
で規定される。
【０００９】
式（１）における、歪み、εは、正又は負の何れかであり得る（即ち、ε＞０又はε＜０である）ことに留意されたい。歪みのない薄膜の場合、ａｉｎ−ｐｌａｎｅ−ａｒｅｌａｘｅｄであるので、式（１）においてε＝０である。ε＞０である薄膜は、引張り歪みの下又は張力の下にあると言われており、ε＜０である薄膜は、圧縮歪み又は圧縮の下にあると言われている。引張り歪みの例は、歪み緩和されたＧａＮ上に成長されている歪みＡｌＧａＮ薄膜、又は歪み緩和されたＩｎＧａＮ上に成長されている歪みＧａＮ薄膜を含んでいる。両方の場合において、前記歪み薄膜は、この上で自身が成長される前記歪み緩和された層の緩和格子定数より小さい緩和された格子定数を有しており、こうして前記歪み薄膜の面内格子定数は、歪み緩和された層の面内格子定数に整合するように引っ張られ、方程式（１）におけるε＜０を与え、これによれば、前記薄膜は応力の下にあると言われる。圧縮歪みの例は、歪み緩和されたＧａＮ上に成長された歪みＩｎＧａＮ薄膜、又は歪み緩和されたＡｌＧａＮ上に成長された歪みＧａＮ薄膜を含んでいる。いずれの場合においても、歪み薄膜は、この上で自身が成長される前記歪み緩和された層の緩和格子定数よりも大きい緩和格子定数を有し、前記歪み薄膜の面内格子定数は、歪み緩和された層の面内格子定数に整合するように、圧縮され、式（１）内のε＞０を与え、これによれば、前記薄膜は、圧縮の下にあると言われる。
【００１０】
引張り薄膜において、前記歪みは、面内格子定数を増大させるために、原子を互いから離すように振舞う。この引張り歪みはしばしば望ましくない。なぜならば、前記薄膜は、クラッキングによって前記引張り歪みに応答することができ、前記薄膜内の歪みを減少させるが、前記薄膜の構造及び電気整合性を妥協する。圧縮薄膜において、前記歪みは、前記原子を一緒に押すように振る舞い、この効果は、例えば、ＩｎＧａＮ薄膜内のインジウムのような、大きい原子の組み込みを減少し得る、又はＩｎＧａＮ  ＬＥＤ内のＩｎＧａＮ活性層の材料の質を低下し得る。多くの場合、張力及び圧縮歪みは、両方望ましいものではなく、前記装置の様々な層における引張り又は圧縮歪みを減少させることは有益である。このような場合において、式（２）において定義されているように、前記絶対値又は前記歪みの大きさを参照することがより便利である。本明細書で使用されているように、式（２）に定義されているように、「歪み」という語は、絶対値又は歪みの大きさを意味するものと理解されたい。
ｓｔｒａｉｎ＝｜ε｜＝|(ａｉｎ−ｐｌａｎｅ−ａｒｅｌａｘｅｄ)|／ａｒｅｌａｘｅｄ    （２）
ＩＩＩ族窒化物装置が、従来、Ａｌ２Ｏ３上で成長されている場合、前記基板上に成長される前記第１構造は、一般に、約３．１８９Å以下の面内格子定数を有するＧａＮテンプレート層である。前記ＧａＮテンプレートは、ＩｎＧａＮ発光層を含む前記テンプレート層よりも上方に成長される装置層の全てに対して前記格子定数を設定するという点において、前記発光領域に関する格子定数のテンプレートとして役立つ。ＩｎＧａＮの緩和格子定数が、従来のＧａＮテンプレートの面内格子定数よりも大きいので、従来のＧａＮテンプレート上で成長された場合、前記発光層は、圧縮的に歪まされる。例えば、約４５０ｎｍの光を発するように構成される発光層は、組成Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎを有することができ、３．１８９Åまでの、ＧａＮの格子定数と比較して、３．２４２Åの緩和格子定数を有する組成である。前記発光層の前記緩和格子定数と前記ＧａＮテンプレートの面内格子定数との差は、少なくとも１．６％の前記発光層内に歪みを生じる。前記発光層内のＩｎＮ組成が増大するにつれ、より長い波長において光を発するように設計されている装置におけるように、前記発光層の圧縮歪みも増大する。
【００１１】
基板及びＩＩＩ族窒化物層の異なる化学及び構造特性のため、天然ではない基板上のＩＩＩ族窒化物層の成長は、典型的には、ＩＩＩ族窒化物層（例えば、結晶転位）内に欠陥を生じる。転位は、転位線及びバーガーズベクトルによって規定される。転位線は、前記結晶のすべり部分と前記結晶の非すべり部分との間の境界を形成する。前記境界において、前記すべり部分は、前記非すべり部分による完全結晶の配列からずれている。ずれの大きさ及び方向が、バーガーズベクトルを規定する。
【００１２】
転位は、らせん転位、エッジ転位及び混合転位と分類されることができる。図４は、ウルツ鉱結晶内の様々な種類の転位を示している。２本の転位線（５０Ａ及び５０Ｂ）が、図４に示されている。らせん転位において、バーガーズベクトル（５２Ａ及び５２Ｂ、それぞれ）は、転位線（５０Ａ及び５０Ｂ）に平行である。エッジ転位において、バーガーズベクトル５４Ａは、転位線５０Ａに対して垂直である。混合転位において、バーガーズベクトル（５６Ａ及び５６Ｂ、それぞれ）と転位線（５０Ａ及び５０Ｂ）との間の関係は、平行と垂直との間である。
【００１３】
ＧａＮテンプレート上に成長された前記装置層を有する従来のＩＩＩ族窒化物装置において、一般に、転位の約５０％はエッジ転位であり、転位の５０％は、混合又はねじれ転位である。異なる組成の層間の界面において、歪みの変化は、エッジ転位の曲げを生じ得る。歪みの変化にさらされた場合、混合及びらせん転位は、一般に、曲がらない。
【００１４】
本発明の実施例によれば、ＩＩＩ族窒化物装置内の装置層は、更にらせん又は混合転位よりも多くのエッジ転位を有するテンプレート上で成長される。前記テンプレートは、エッジ転位を曲がらせるように成長される１つ以上の層を含んでおり、このことは、前記転位における曲がりよりも上方の歪みを減少し得る。
【００１５】
前記テンプレート上で成長された前記装置層は、少なくとも１つのｎ型層と少なくとも１つのｐ型層との間に挟まれる少なくとも１つの発光層を含んでいる。異なる組成及びドーパント濃度の付加的な層は、ｎ型領域、発光領域及びｐ型領域の各々に含まれていても良い。例えば、ｎ型及びｐ型領域は、逆の伝導型の層又は意図的にドープされていない層、前記成長基板を後の解放又は基板除去後に前記半導体構造を薄くすることを容易にするように設計されている解放層、及び効率的に光を発するための発光領域に望ましい特定の光学又は電気特性のために設計されている層を含み得る。幾つかの実施例において、前記発光層を挟んでいるｎ型層は、前記テンプレートの一部であっても良い。
【００１６】
後述される実施例において、（複数の）前記発光層のＩｎＮ組成は低いものであり得て、この結果、当該装置は、青色、紫外線光又はこれらよりも高い光を発し、この結果、当該装置は、緑又はより長い波長の光を発する。幾つかの実施例において、前記装置は、１つ以上の量子井戸発光層光を含んでいる。複数の量子井戸発光層は、障壁層によって分離されることができる。例えば、各量子井戸は、１５Åよりも大きい厚さを有し得る。幾つかの実施例において、前記装置の発光領域は、５０Åと６００Åとの間、より好ましくは１００Åと２５０Åとの間の厚さを有する、１つの、薄い発光層である。前記最適な厚さは、前記発光層内の欠陥の数に依存し得る。前記発光領域内の欠陥の濃度は、好ましくは１０９ｃｍ−２未満に限定されており、より好ましくは１０８ｃｍ−２未満に限定されており、より好ましくは１０７ｃｍ−２未満に限定されており、より好ましくは１０６ｃｍ−２未満に限定されている。
【００１７】
幾つかの実施例において、前記装置内の少なくとも１つの発光層は、Ｓｉのようなドーパントを、１ｘ１０１８ｃｍ―３と１ｘ１０２０ｃｍ―３との間のドーパント濃度までドープされている。Ｓｉドーピングは、前記発光層内の面内格子定数に影響を与え得て、前記発光層内の歪みを潜在的に更に減少する。
【００１８】
図１は、本発明の実施例による、サファイア基板上に成長されているＩＩＩ族窒化物層を示している。核形成層１２、典型的にはＧａＮは、サファイア基板１０上で最初に成長される。核形成層１２は、典型的には、例えば、４００℃と７５０℃と間の温度において、５００Åの厚さまで成長されたアモルファス、多結晶、立方位相ＧａＮ層のような、低質の、非単一の結晶層である。高温層１４は、核形成層１２上で成長される。高温層１４は、例えば、９００℃と１１５０℃との間の温度において、少なくとも５００Åの厚さまで成長された、高質の、結晶の、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮ層であり得る。幾つかの実施例において、核形成層１２及び高温層１４は、省略されることができ、核形成層１６（後述される）は、成長基板１０上で直接的に成長される。
【００１９】
第２の核形成層１６も、典型的には、アモルファス、多結晶又は立方位相層のような、低質の、非単一の、結晶層であり、高温層１４上で成長される。第２の核形成層１６は、他の種類の転位よりも上方におけるエッジ転位の形成を好む核形成条件の下で成長される。例えば、核形成層１６は、低温（例えば、６５０℃未満）において成長されたＧａＮ又はＩｎＧａＮである。核形成層１６は、核形成層１２と同じ成長温度において成長されることができるが、必ずしも必要ではない。核形成層１６は、一般に核形成層１２よりも薄く、前記同じ又はこれよりも遅い成長率において成長されることができる。例えば、核形成層１２は、２００―５００Å厚さのＧａＮ層あっても良く、核形成層１６は、１００―２００Å厚さのＧａＮ又はＩｎＧａＮ層（例えば、５％未満のＩｎＮ組成による）であっても良い。幾つかの実施例において、望ましくない粗い表面を防止するために、核形成層１２及び１６は、０．１Å／ｓと１０Å／ｓとの間の、より好ましくは５Å／ｓ未満の、より好ましくは、０．５Å／ｓと２１０Å／ｓとの間の成長率で成長される。核形成層１２及び１６は、典型的には、Ｖ族の前駆体（しばしばＮＨ３）の比較的遅い流れの下で成長される。例えば、ＮＨ３は、しばしば前記全体の入力流の５０％未満であり、更に好ましくは前記入力流の３０％未満であり、更に好ましくは前記入力流の２０％未満である。
【００２０】
高温層１８、しばしばＩｎＧａＮ又はＧａＮは、核形成層１６上で成長される。幾つかの実施例において、高温層１８は、ｎ型であり、例えば、Ｓｉをドープされているが、如何なる適切なドーパントも使用されることができる。エッジ転位２９、３０、３１、及び３２は、核形成層１６において開始し、高温層１８に続いている。本発明者らは、高温層１８における転位の７０％よりも多くのものがエッジ転位であり、前記転位の３０％未満が、混合又はねじれ転位である。このような層における全体的な転位密度は、従来の装置と実質的に同じであるか又は従来の装置よりも僅かに高く、例えば、１０８ｃｍ２と１０９ｃｍ２との間であり得る。ＩｎＮが、例えば、５％のＩｎＮまで、核形成層１６及び／又は高温層１８内に含まれている場合、エッジ転位の割合は増大する。例えば、ＩｎＧａＮ高温層１８を有する装置において、本発明者らは、９５％までの転位がエッジ転位であると観察した。
【００２１】
エッジ転位２９―３２の曲げを促進する１つ以上の層は、高温層１８上で成長される。エッジ転位の曲げは、異なる組成又はドーピング濃度の層間の又は異なる成長温度において成長された層間の界面で観察された。例えば、図１に示されている装置において、層２０は、高温層１８上で成長された第１の層であり、高温層１８とは異なる成長温度、ＩｎＮ組成及び／又はシリコン濃度を有することができる。層１８と層２０との間の成長温度、組成及び／又はドーパント濃度における差は、これらの層間の歪みの差を生じ、層２０内の転位３３によって示されるように、転位２９―３２を曲げさせる。
【００２２】
層２０と層２２との間の界面において、前記歪みは再び変化され、前記エッジ転位の更なる曲げを促す。エッジ転位は、転位３５で示されているように、主要な成長面に平行な方位に曲がり得る。２つの転位は、主要成長面に平行な方向に曲がり、次いで、転位３４で示されているように、一緒になり得る。転位３６は、層２２内で更に曲げられているが、主要な成長表面に対して平行な方向に対してでなくても良い。
【００２３】
前記エッジ転位の更なる曲げを促進する任意の付加的な層２４は、層２２上で成長されることができる。
【００２４】
幾つかの実施例において、転位曲げ層２０、２２及び２４におけるＩｎＮ組成は、前記層が基板１０から離れるにつれて、増大する。幾つかの実施例において、前記ＩｎＮ組成が増大するにつれ、前記層の厚さは減少する。１つの例において、層２０、２２及び２４の各々はＩｎＧａＮであり、層２０は、５％まで５００ｎｍの厚さまでＩｎＮ組成を有しており、層２２は、１０％まで３００ｎｍの厚さまでＩｎＮ組成を有しており、層２４は、２０％までの５０ｎｍまでの厚さまでにＩｎＮ組成を有している。
【００２５】
幾つかの実施例において、付加的な層２４は、薄い、交互の、高い及び低いＩｎＮ組成の超格子構造を含んでいる。層の各対は、１ｎｍと１０００ｎｍとの間の厚さを有し得る。各対の前記２つの層は、同じ又は異なる厚みを有していても良い。前記超格子の厚さ全体は、数ナノメートルと数ミクロンとの間にあっても良い。超格子内に含まれている層の対の数は、２と１００との間である又はこれより多くても良い。一つの例において、前記超格子は、３％のＩｎＮ及び６％のＩｎＮの交互のＩｎＧａＮ層から成り、各層は３ｍｍの厚さである。他の例においては、前記超格子は、ＧａＮ及び６％のＩｎＮ  ＩｎＧａＮの交互の層から成り、各層は３ｎｍの厚さである。
【００２６】
ＧａＮ／ＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子が、表面モホロジを改善するために装置内に含まれても良い。ＩｎＧａＮ層、例えばＩｎＧａＮの高温層１８の成長は、ＩｎＮを組み込むのに必要とされる比較的低い成長温度のため、ＩｎＧａＮ層の表面上にピットを形成させることができる。超格子を成長させることによって、前記超格子内の高いＩｎＮ層の成長から生じるピットの形成及び乏しい表面モホロジは、前記超格子内の低いＩｎＮ層の後続する成長によって緩和されることができる。
【００２７】
曲げられている転位３４、３５及び３６の上方で成長されている領域３８は、周囲の領域より更に緩和されている。これは、結晶のより大きいボリュームが、まっすぐな転位の傍よりも、前記曲げられている転位の傍ですべっている又は緩和しているからである。一般に、層内の歪みは、前記層にわたる前記歪み状態の平均である。従って、所与の組成のために、緩和されている領域３８を含む層は、緩和されている領域３８を有さない層よりも少ない歪みを含み得る。
【００２８】
装置層２６は、上述のように、上部の転位曲げ層にわたって成長される。
【００２９】
上述の実施例の幾つかにおける構造のような、エッジ転位テンプレート上の１つ以上の発光層を含む装置層の成長は、前記発光層内の歪みを減少することができる。例えば、青色光を発するＩｎＧａＮ層は、組成Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎを有することができ、３．２３Åの緩和された格子定数を有する組成である。前記発光層内の歪みは、前記発光層内の面内格子定数（従来のＧａＮ緩衝層上に成長されている発光層の場合、しばしば、３．１８３Åと３．１８９Åとの間である）と、前記発光層の緩和された格子定数との間の差によって決定され、従って、歪みは、式（２）に規定されているように、|（ａｉｎ−ｐｌａｎｅ−ａｒｅｌａｘｅｄ）|／ａｒｅｌａｘｅｄとして表されることができる。従来のＩｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層の場合、前記歪みは、｜（３．１８９Å−３．２３Å）｜／３．２３Åと｜（３．１８２Å ― ３．２３Å）｜／３．２３Åとの間であり、約１．２３％と１．４９％との間である。前記同じ組成の発光層が、上述の構造のような、エッジ転位テンプレート上で成長される場合、前記歪みは、減少される又は取り除かれることができる。本発明の幾つかの実施例において、４３０ｎｍと４８０ｎｍとの間で発光する装置の前記発光層内の歪みは、１．４％未満に、より好ましくは１％未満に、更により好ましくは０．５％未満に減少されることができる。
【００３０】
シアン光を発するＩｎＧａＮ層は、組成Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎを有していても良く、３．２４Åの緩和された格子定数を有する組成であり、従来のＧａＮ緩衝層上で成長された場合、約１．６％と１．８％との間で歪みを生じる。本発明の幾つかの実施例において、４８０ｎｍと５２０nmとの間で発光する装置の前記発光層内の歪みは、１．６％未満に、より好ましくは１．５％未満に、より好ましくは１％未満に減少されることができる。
【００３１】
緑色光を発するＩｎＧａＮ層は、組成Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎを有することができ、これは、あ３．２６Åの緩和された格子定数を有する組成であり、従来のＧａＮバッファ層上で成長された場合、約２．１％と２．４％との間で歪みを生じる。本発明の幾つかの実施例において、５２０ｎｍと５６０ｎｍとの間で発光する装置の前記発光層内の歪みは、２．４％未満まで、より好ましくは２％未満まで、更により好ましくは１．５％未満まで減少されることができる。
【００３２】
ＧａＮ高温層１８と約５３０ｎｍのピーク波長によって発光するＩｎＧａＮ発光層とを含んでいる装置において、本発明者らは、３．１８９Åの高温層１８内の格子定数と、３．１９２Åの前記発光層内の格子定数とを観察した。この装置の前記発光層内の歪みは、約２．１％である。
【００３３】
上述の成長テンプレート及び装置層は、サファイア又はＳｉＣ成長基板（本発明の実施例によれば、前記サファイアの主要な結晶学的平面から傾けられている）の表面上で成長されることもできる。図２は、サファイアのｃ平面、ｍ平面及びａ平面を示している。ＩＩＩ族窒化物装置は、しばしば、サファイアのｃ平面、ｒ平面、ｍ平面又はａ平面にわたって成長される。本発明の実施例において、サファイア基板は、ＩＩＩ族窒化物装置層が成長される成長表面が、例えば、０．１°だけｃ平面、ｒ平面、ｍ平面又はａ平面から方向４２において傾斜されるように、スライスされる及び研磨されることができる。このような基板上に成長される発光層は、当該発光層内の減少されたスピノーダル分解及び低下された歪みを経験することができる。このような基板は、上述のテンプレートのいずれかを成長させるために使用されることができる。
【００３４】
上述の半導体構造は、前記装置の対向する側に形成される接触部を有する装置又は前記装置の同じ側に形成される両方の接触部を有する装置のように、発光装置の何らかの適切な構成において含まれることができる。両方の接触部が同じ側に配された場合、前記装置は、透明な接触部を有して形成され、前記接触部が形成される同じ側を介して光が抽出されるように取り付けられることもでき、又は反射性接触部を有して形成されることもでき、フリップチップとして取り付けられ、光が前記接触部が形成される側に対向する側から抽出される。
【００３５】
図３は、適切な構成の一例の一部であって、前記成長基板が取り除かれたフリップチップ装置を示している。上述のように、装置層２６は、少なくとも１つのｎ型層を含んでいるｎ型領域７１と、少なくとも１つのｐ型層を含んでいるｐ型領域７３とに挟まれている少なくとも１つの発光層を含む発光領域７２を含んでいる。ｎ型領域７１は、成長テンプレート又は別個の構造の一部であっても良い。ｐ型領域７３及び発光領域７２の一部は、ｎ型領域７１の一部を露出させるメサを形成するために取り除かれる。ｎ型領域７１の一部の露出によるものが、図３に示されているが、複数のバイアが単一の装置において形成されることができるものと理解されたい。ｎ及びｐ接触部７８及び７６は、例えば、蒸着又はめっきによって、ｎ型領域７１及びｐ型領域７３の露出された部分に形成される。接触部７８及び７６は、空気又は誘電層によって互いから電気的に分離されることができる。接触金属部７８及び７６が形成された後、装置のウェハは、個々の装置へと小立方体にされることができ、次いで、各装置は、成長方向に対してフリップされ、マウント８４上に取り付けられ、この場合、図３に示されているように、マウント８４は、当該装置よりも大きい側方限界を有していても良い。代替的には、装置のウェハは、マウントのウェハに接続されることができ、次いで、個々の装置へと小立方体にされる。マウント８４は、例えば、Ｓｉのような半導体、金属、又はＡｌＮのようなセラミックであっても良く、電気的にｐ接触部７６に接続している少なくとも１つの金属パッド８０と、電気的にｎ接触部７８に接続している少なくとも１つの金属パッド８２とを有していても良い。相互接続（図３の図示略）は、接触部７６及び７８とパッド８０及び８２との間に配されており、前記半導体装置をマウント８４に接続している。前記相互接続は、例えば、金のような元素金属、又ははんだであっても良い。
【００３６】
取付けの後、前記成長基板（図示略）は、エッチング又はレーザ溶融のような、基板材料への適切な工程によって取り除かれる。前記半導体層を支持すると共に基板の除去の間のクラックを防止するために、剛性アンダーフィルが、取り付けの前後に前記装置とマウント８４との間に設けられることもできる。テンプレート７５（この上で装置層２６が成長される）は、そのまま残される、完全に取り除かれる、又は、例えば、エッチングによって、部分的に取り除かれることができる。前記成長基板及び何らかの半導体材料を取り除くことによって露出される表面は、例えば、光電気化学エッチングのようなエッチングプロセスによって、又はグライディングのような、機械式工程によって、粗くされても良い。光が抽出される前記表面を粗くすることは、前記装置からの光抽出を改良することができる。代替的には、フォトニック結晶構造が、前記表面内に形成されることができる。蛍光体層、又はダイクロック又は偏光子のような、従来技術において知られている第２の光学部品のような、構造８５が、発光表面に設けられることができる。
【００３７】
図５は、実装された発光装置の分解図であり、更なる詳細は、米国特許第６，２７４，９２４号に記載されている。ヒートシンキングスラグ１００は、インサート成形リードフレーム内に配される。前記インサート成形リードフレームは、例えば、電気的経路を提供する金属フレーム１０６のまわりに成形されている充填されている可塑性材料１０５である。スラグ１００は、任意のリフレクタカップ１０２を含んでいても良い。発光装置ダイ１０４は、上述の実施例に記載されている装置の何れであっても良く、直接的に、又は熱伝導性サブマウント１０３を介して間接的に、スラグ１００に取り付けられる。カバー１０８は、光学レンズであっても良く、付加されることができる。
【００３８】
本発明を詳細に記述したが、当業者にとって明らかであるように、本願明細書を鑑みて、本明細書に記載されている本発明の概念の精神を逸脱することなく、本発明に対する変形がなされることもできる。従って、本発明の範囲は、示されている及び記載されている特定の実施例に限定されるものと意図されているわけではない。
【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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【国際調査報告】
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