(57)【要約】  本発明は、電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードであって、基板と、リフトオフ層と、歪み緩和超格子層と、第１のドープ層と、量子ウェル及び障壁層の交互の層を含む多層量子ウェルと、第２のドープ層と、第３のドープ層と、垂直構造方向にある金属コンタクトとを有する、垂直構造発光ダイオードである。異なる層は、式ＡｌｘＩｎｙＧａ（１−ｘ−ｙ）Ｎの化合物から成リ、ここでｘは０より大きく且つ１以下であり、ｙは０から１であり、ｘ＋ｙは０より大きく且つ１以下である。量子ウェルの各面の障壁層は、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。第１のドープ層及び第２のドープ層は導電率が異なる。コンタクト層は第３のドープ層と導電率が異なる。【選択図】図１０
2010507262.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードであって、
基板と、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む前記基板上にコーティングされるリフトオフ層と、
前記リフトオフ層の上の第１のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、第１の導電率を有する、第１のドープ層と、
前記第１のドープ層の上の多層量子ウェル領域であって、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１及び０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む量子ウェル、及び
前記量子ウェルの各面の、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する障壁層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記多層量子ウェルはその各面の該障壁層で終端する、障壁層、
の交互の層を含む、多層量子ウェル領域と、
前記量子ウェル領域の上の第２のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層とは導電率及びドーパントタイプが異なる、第２のドープ層と、
前記第２のドープ層の上の、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むコンタクト層であって、前記第２のドープ層とは導電率が異なる、コンタクト層と、
前記第１のドープ層の裏側に形成された第１の金属コンタクトと、
垂直構造の向きにおいて前記第２のドープコンタクト層の上に形成された第２の金属コンタクトと、
を備える、垂直構造発光ダイオード。
【請求項２】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．０１＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．０１＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．１＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．１＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．２５＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．２５＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項５】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．５＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．５＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項４に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項６】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．９＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．９＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項５に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項７】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．９９＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．９９＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項８】
前記リフトオフ層は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項９】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１０】
前記歪み緩和超格子は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１１】
前記歪み緩和超格子層は、ケイ素、インジウム、酸素及び炭素から成る群から選択される少なくとも１つのドーパントによってドープされる、請求項９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１２】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．１≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１３】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．５≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１４】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１５】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．１≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．１≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１６】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．３≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．３≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１７】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．５＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．５≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１８】
前記リフトオフ層と前記第１のドープ層との間に歪み緩和超格子層をさらに備え、該歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．７≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．７≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１９】
垂直構造発光ダイオードは、前記第２のドープ層と前記第１のドープ層とをさらに備え、前記多重量子ウェルは、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層と前記第２のドープ層とは組成が異なる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２０】
前記リフトオフ層、前記第１のドープ層及び前記量子ウェルは、すべてｎ型ドープ層である、請求項１９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２１】
前記量子ウェルは、単一量子ウェル及び多重量子ウェル層を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２２】
前記多重量子ウェルは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦ｘ＜１）及びＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜ｙ＜１）（ｘ及びｙは等しくない）の交互の層を含む、請求項２１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２３】
前記量子ウェルは、ケイ素、インジウム及び酸素から選択される少なくとも１つのｎ型ドーパントによってドープされる、請求項２２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２４】
前記量子ウェルは、マグネシウム、亜鉛及びベリリウムから選択される少なくとも１つのｐ型ドーパントによってドープされる、請求項２２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２５】
前記量子ウェルは、少なくとも１つのｎ型ドーパント及び少なくとも１つのｐ型ドーパントによってドープされる、請求項２２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２６】
前記量子ウェルは紫外線光子を生成する、請求項２２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２７】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３６９ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長で発光する、請求項２６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２８】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３４０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長で発光する、請求項２６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２９】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３１０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長で発光する、請求項２６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３０】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ２９０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長で発光する、請求項２６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３１】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ２７０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長で発光する、請求項２６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３２】
前記量子ウェルは、電子及びホールの非放射性及び放射性の再結合を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３３】
前記多重量子は少なくとも２つの量子ウェルを含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３４】
前記多重量子ウェルは少なくとも３つの量子ウェルを含む、請求項３３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３５】
前記基板は、ケイ素、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）、酸化亜鉛、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、アルミン酸リチウム、ガリウム酸リチウム及びサファイアから成る群から選択される材料を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３６】
前記基板は、極性、半極性及び非極性の結晶方位から選択される、請求項３５に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３７】
前記基板はパターン化される、請求項３６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３８】
垂直構造発光ダイオードは、前記量子ウェル領域と前記コンタクト層との間に第２のドープ層をさらに備え、該第２のドープ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ＿１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ＿１）を含み、該第２のドープ層は、前記第１のドープ層と導電率及びドーパントタイプが異なる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３９】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層（０≦ｘ≦１）から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４０】
前記コンタクト層は、ｐ型ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（０≦ｘ≦１）から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４１】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４２】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１及び０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、該２つの層の組成は  でない）を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４３】
前記第１の金属コンタクトは、ａ）ＴｉＮ／金属、ｂ）ＡｌＸＴｉＹＮ三元化合物／金属若しくはｃ）低温ＧａＮ／金属若しくは、ｄ）ＩＴＯ／金属から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４４】
前記第２の金属コンタクトは、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｕ及びＰｄ／Ａｇ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕから成る群から選択される、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４５】
前記デバイスは、フリップチップパッケージ構造にパッケージされる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４６】
前記フリップチップデバイスは、アンダーフィルのエポキシをさらに備える、請求項４５に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４７】
エポキシドームをさらに備える、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４８】
前記歪み緩和超格子層は前記基板上に直接あり、前記第１のドープ層は、前記歪み緩和超格子層の上に直接あって、それらの間に追加の層はない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４９】
電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードを形成する方法であって、
基板と、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む前記基板上にコーティングされるリフトオフ層と、
前記歪みリフトオフ層の上の第１のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、第１の導電率を有する、第１のドープ層と、
前記第１のドープ層の上の多層量子ウェル領域であって、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む量子ウェル、及び
前記量子ウェルの各面の、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する障壁層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記多層量子ウェルはその各面の障壁層で終端する、障壁層、
の交互の層を含む、多層量子ウェル領域と、
前記量子ウェル領域の上の第２のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層とは導電率及びドーパントタイプが異なる、第２のドープ層と、
前記第２のドープ層の上の、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むコンタクト層であって、前記第２のドープ層とは導電率が異なる、コンタクト層と、
前記第１のドープ層の裏側に形成された第１の金属コンタクトと、
垂直構造の向きにおいて前記第２のドープコンタクト層の上に形成された第２の金属コンタクトと、
を備える、垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項５０】
前記層は、有機金属化学気相成長、分子ビームエピタキシ、水素化物気相エピタキシ又は有機金属水素化物気相エピタキシから成る群から選択される少なくとも１つの方法によって成長する、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５１】
前記リフトオフ層は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項４９に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項５２】
前記歪み緩和超格子は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項４９に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項５３】
多孔性を追加するように前記基板を処理することをさらに含む、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５４】
前記多孔性はインサイチュで追加される、請求項５３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５５】
少なくとも１つの層は、パルス横方向成長、パルス原子層エピタキシ及び周期的原子層エピタキシから選択される方法により成長する、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５６】
エピタキシャル面から前記基板の少なくとも表面まで延在する深い分離トレンチの形成をさらに含む、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５７】
前記深い分離トレンチの形成は、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチング又はＲＩＥエッチングによる、請求項５６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５８】
前記深い分離トレンチの形成は、光電化学エッチングによる、請求項５６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５９】
前記深い分離トレンチはポリマーを含む、請求項５６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６０】
前記ポリマーは、リフローフォトレジストＳＵ−８、スピンオングラス（ＳＯＧ）及びベンゾ・シクロ・ブテンから成る群から選択される、請求項５９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６１】
前記深い分離トレンチは誘電体を含む、請求項５６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６２】
前記誘電体は、低温プラズマエンハンスト化学気相成長を使用して堆積される、請求項６１に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６３】
前記誘電体は、従来のプラズマエンハンスト化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）を利用するデジタル誘電体堆積技法を使用して堆積される、請求項６１に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６４】
前記誘電体は、限定されないが、従来のプラズマエンハンスト化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）を利用する低温デジタル誘電体堆積技法を使用して堆積され、電子ビーム蒸着、スパッタリング技法を使用して堆積され得る、請求項６１に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６５】
前記誘電体は、アンモニア、シラン、ジシラン、ジエチルシラン、テトラ・エチルオルトシリケート、酸素、一酸化二窒素及びヘリウム等の前駆体を使用して堆積される、請求項６１に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６６】
前記基板をレーザアシストリフトオフプロセスによって除去することをさらに含む、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６７】
前記基板は、２４８ｎｍレーザを使用するレーザアシストリフトオフプロセスによって除去される、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６８】
前記基板は、１９３ｎｍレーザを使用するレーザアシストリフトオフプロセスによって除去される、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６９】
塩酸、燐酸及び硫酸から選択される酸溶液に前記基板を浸漬させることをさらに含む、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７０】
水酸化カリウム、水酸化アンモニウム及び過酸化水素から選択されるベース液に前記基板を浸漬させることをさらに含む、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７１】
基板除去後に光抽出を増大させるように、ＲＩＥエッチング、ＩＣＰエッチング及び化学エッチングから選択される表面処理によって裏面エピ層を粗化することをさらに含む、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７２】
厚さが少なくとも２μｍから４５μｍ以下である電気めっきされた金の層を有するキャリアを追加することをさらに含む、請求項６６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７３】
裏面材料は、前記基板リフトオフプロセスの後に除去され、それにより、前記ｎ型の第１のコンタクト層が露出される、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７４】
前記裏面材料は、ＩＣＰエッチング、ＲＩＥエッチング、ラップ方法及び研磨方法、又は光電化学エッチングのうちの１つ又は複数を介して除去される、請求項７３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７５】
前記裏面の第１の金属ｎコンタクトは、電子ビーム蒸着又はスパッタリングによって堆積されるａ）ＴｉＮ／金属、ｂ）ＡｌＸＴｉＹＮ三元化合物／金属、若しくはｃ）低温ＧａＮ／金属、若しくはｄ）ＩＴＯ／金属から成る、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７６】
前記第２の金属コンタクトは、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｕ及びＰｄ／Ａｇ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕから成る群から選択され、電子ビーム蒸着、スパッタ又は熱蒸着によって堆積される、請求項４９に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項７７】
窒素雰囲気、酸素雰囲気、空気雰囲気及びフォーミングガス雰囲気から選択される雰囲気において前記金属コンタクトをアニールすることをさらに含む、請求項７６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７８】
前記デバイスは、熱伝導性サブマウントにフリップチップボンディングされる、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７９】
前記フリップチップデバイスは、アンダーフィルのエポキシをさらに備える、請求項７８に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項８０】
前記フリップチップデバイスは、周囲環境から前記ＬＥＤを封止するエポキシドームをさらに備える、請求項４９に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項８１】
前記エポキシドームはシリコーンエラストマーの混合物である、請求項８０に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、垂直構造発光ダイオードに関する。より詳細には、本発明は、紫外線、より好ましくは深紫外線光を放出する垂直構造発光ダイオードに関する。
【０００２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照により本明細書に援用される、２００６年１０月１８日に出願された係属中の米国仮特許出願第６０／８５２，６７２号に対する優先権を主張する。
【背景技術】
【０００３】
紫外線（ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）は、通常、サファイア又はバルク窒化アルミニウム等の電気絶縁基板上に成長する。これには、電流がダイオードを通過することができるように、陽極及び陰極と呼ばれることが多い金属コンタクトが、最終的なエピタキシャルウェハの同じ側に位置することが必要である。この構造は、電極が互いに横方向に配置されるため、通常、横方向導電（laterally conducting）構造と呼ばれる。横方向配置構造のＬＥＤの限定的な例は、特許文献１及び特許文献２に提供されており、これらはともに参照により本明細書に援用される。
【０００４】
横方向導電構造のＬＥＤの欠点は、電流集中（current crowding）であり、これは、電流を、ＬＥＤ活性領域を通って垂直に移動する前に、強制的に有限抵抗を有する半導体を通って横方向に移動させることからもたらされる。横方向電流集中は、電流の横方向導電に使用される材料の抵抗に比例して増大する。ＵＶ発光ダイオードの場合、発光の波長が低下すると、電流の横方向導電に使用される材料の抵抗は通常増大するため、電流集中は特に好ましくない。いかなる理論にも拘束されないが、これは、発光の波長に対する材料の透過性を維持するように、横方向導電材料のバンドギャップエネルギーが増大するためであると考えられている。
【０００５】
２００ｍｍ〜３６５ｍｍの間で動作する深紫外線（ＤＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）は、バイオエアロゾル蛍光検出（bioaerosol fluorescence detection）システムの励起源を含む多くの用途で優れた有用性を実証することが期待されている。したがって、品質が向上し、且つ製造効率及び再現性が向上したＬＥＤ構造並びにそのＬＥＤを製作する方法を開発することが、常に望まれてきた。
【０００６】
垂直構造ＬＥＤは、横方向構造ＬＥＤに関連付けられる欠点の多くを軽減する。
【０００７】
垂直構造ＬＥＤ及びそれらを製造する方法は、特許文献３及び特許文献４、特許文献５、特許文献６及び特許文献７とともに、非特許文献１及び非特許文献２に記載されており、これらはすべて参照により本明細書に援用される。
【０００８】
一般に、垂直構造ＬＥＤは、基板上に機能層を逐次重ねることによって形成される。機能層の形成後、ダイオードは、レーザアシストにより基板から除去される。その場合、ＬＥＤと基板との間のＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮを含む１つ又は複数の一連のバッファ層が、溶解するか又は昇華する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第７，２０２，５０６号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００６／００９１７８６号
【特許文献３】米国特許第７，００１，８２４号
【特許文献４】米国特許第７，１４８，５２０号
【特許文献５】米国特許出願公開第２００６／０２６７０４３号
【特許文献６】米国特許出願公開第２００７／０００１１９０号
【特許文献７】米国特許出願公開第２００６／００７１２３０号
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】Zhou他著「Vertical Injection Thin-Film AlGaN/AlGaN Multiple-Quantum-Well Deep Ultraviolet Light-Emitting Diodes」(Applied Physics Letters 89, 241113(2006))
【非特許文献２】Fareed他著「Vertically Faceted Lateral Overgrowth of GaN on SiC with Conducting Buffer Layers Using Pulsed Metalorganic Chemical Vapor Deposition」(Applied Physics Letters vol. 77, number 15, 9 Oct 2000, pages 2343-2345)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は、基板からのＬＥＤの除去を容易にする改善されたバッファ層と、それによって形成される改善されたＬＥＤとを提供する。
【００１２】
本発明の目的は、改善されたＬＥＤを提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、抵抗が最小であり、それにより熱発生が低減するＬＥＤを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の特定の特徴は、従来の深ＵＶ  ＬＥＤに対して光出力が増大することである。
【００１５】
本発明の別の特定の特徴は、従来技術において通常採用されるＧａＮバッファ層を除去することができることである。
【００１６】
本発明の好ましい実施の形態の特定の特徴は、パルス原子層エピタキシ（pulsed atomic layer epitaxy）（ＰＡＬＥ）成長技法を使用して堆積されるバッファ層を組み込むことである。
【００１７】
本発明の好ましい実施の形態の別の特定の利点は、基板と第１のドープ層との間に少なくとも１つの歪み緩和超格子を有することができるということである。
【００１８】
これら及び他の利点は、理解されるように、電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードにおいて提供される。発光ダイオードは基板を有する。基板の上にはバッファ層が堆積され、このバッファ層の少なくとも一部は、後にレーザアシストによる基板除去中に除去されるように設計されている。バッファ層の上にはｎ型ドープＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ領域（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）が堆積され、その合金組成は、ｎ型領域が、ダイオードから放出される光に対して透過性であるようなものである。ｎ型領域に続き、単一量子ウェル又は多重量子ウェルから成るダイオード発光領域又は活性領域が堆積される。１つ又は複数の量子ウェルは、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１及び０≦ｘ＋ｙ≦１）を含み、量子ウェルの各面の障壁層は、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する。１つ又は複数の量子ウェルは、その各面の障壁層で終端する。量子ウェルの上には第２のドープｐ型領域があり、第２のドープ領域は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の１つ又は複数の層を含み、上記第２のドープ領域は、上記第１のドープ領域と導電率が異なる。好ましい実施の形態では、第２のドープ層の上には、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むｐ型コンタクト層が堆積され、コンタクト層は、オーミックコンタクト形成を助ける第２のドープ層とは導電率が異なる。これら層が結合して、本発明の発光ダイオード設計の基本要素を形成する。
【００１９】
好ましい実施の形態では、第１のバッファ層は、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１及び０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｒ＋ｓ≦１であるようなＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ／ＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮを含む少なくとも１つの歪み緩和超格子層を含む。超格子の層のバンドギャップは異なっているべきであり、これら層を、従来の成長方法を介して又は好ましい実施の形態ではパルス成長モードで堆積することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ＧａＮバッファ層を含む垂直構造デバイスの従来技術を表す概略図である。
【図２】本発明において説明する典型的な発光デバイス構造を概略的に示す図である。
【図３】エピ層クラックを回避する深い分離トレンチを作製するプロセスを示す図である。
【図４】誘電性ポリマー又はソフトポリマーで分離トレンチを充填するプロセスを示す図である。
【図５】好ましくはｐ型導電性の１つのタイプの材料に対するオーム接触を有するデバイスの概略図である。
【図６】デバイスの代替基板への接合を示す概略図である。
【図７】ネイティブ基板がリフトオフされたデバイスの概略図である。
【図８】第２の導電層にアクセスするための材料の除去を示す図である。
【図９】エピ層の反対側にコンタクトを有する垂直導電デバイスを示す図である。
【図１０】垂直導電発光デバイスを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明を、開示の一部分を形成するさまざまな図を参照して説明する。さまざまな図を通して、同様の要素はそれに応じて数字が付されている。
【００２２】
本発明は、紫外線、より好ましくは深紫外線発光デバイスを提供する。本明細書で使用する深紫外線とは、２００ｎｍ〜３６５ｎｍのピーク出力波長を言う。
【００２３】
当業者には、活性ＬＥＤが、不純物がドープされることによりｐ−ｎ接合を形成する半導体材料を含むことは既知である。電流は、ｐ側すなわち陽極(anode)から陰極(cathode)すなわちｎ側まで流れるが、逆方向には流れない。放射線の波長は、ｐ−ｎ接合を形成する材料のバンドギャップエネルギーによって決まる。本発明は、限定されないが、ＩＩＩ族窒化物系デバイス等の窒化物系発光デバイスで使用されることが特に適している。「ＩＩＩ族窒化物」とは、周期表のＩＩＩ族の元素と窒素との間に形成される半導体化合物を言う。より好ましくは、ＩＩＩ族元素は、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）から成る群から選択される。ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮ等の三元化合物及び四元化合物が特に好ましい。当該技術分野において既知であるように、ＩＩＩ族元素は窒素と結合して、ＧａＮ、ＡｌＮ及びＩｎＮ等の二元化合物、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＧａＩｎＮ等の三元化合物及び四元化合物、特にＡｌＩｎＧａＮを形成することができる。各場合において、実験式はＧＮであり、そこでＧはＩＩＩ族元素又は元素の混合物を表し、すなわち、１モルの窒素が合計１モルのＩＩＩ族元素と結合される。本明細書では半導体材料は特に限定されないが、本発明の利点はＩＩＩ族窒化物系のＬＥＤで最も容易に認められ、最も好ましい化合物はＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）であり、任意に材料がドープされてｎ型又はｐ型半導体を形成する。ｎ型とｐ型との間には、量子ウェル、最も好ましくはドープされてもされなくてもよい多層量子ウェルがある。
【００２４】
従来技術として図１を参照する（非特許文献１）。垂直に注入される薄膜構造は、高出力ＬＥＤに対して特に魅力的なデバイス設計である。図１から、ＧａＮエピ層が、レーザリフトオフプロセスのための犠牲バッファ層として使用されたことを推測することができる。図１を参照すると、従来の有機金属化学気相成長（metal organic chemical vapor deposition）（ＭＯＣＶＤ）法を使用して、窒化ガリウムエピ層がサファイア基板上に堆積されている。この層は、レーザ放射線が吸収される犠牲層として使用され、そのためサファイア基板は除去された。このＧａＮ層はまた、完全なＵＶ  ＬＥＤ構造を成長させるために変性（metamorphic）ＡｌＮ層の挿入を可能にするのにも役立っていた。
【００２５】
本発明を、図２を参照して説明する。垂直ＬＥＤデバイス構造は、基板１２と、バッファ層１３と、ｎドープであることが好ましい第１のドープ層１４と、障壁層１６及びウェル層１７を含む単一量子ウェル又は多重量子ウェル発光領域１５と、ｐドープであることが好ましい第２のドープ層１８と、コンタクト層１９とを含む。
【００２６】
基板１２は、エピタキシャル層が形成される犠牲基部としての役割を果たす。基板は、後に、ＬＥＤを形成するプロセス中にエピタキシャル層から除去されるか又は分離される。その結果、ＩＩＩ族窒化物が不整合な格子パラメータで材料に施される場合に欠陥が伝播する傾向があるため、ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤに適している安価な基板材料の数が限られているが、高価な基板を使用することは望ましくない。本発明は、欠陥伝播を制限することにより、他の基板に比較して低コストであり利用可能性が高いために好ましい、サファイア等の安価な材料を使用することを可能にする方法を提供する。炭化ケイ素、ケイ素、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、ガリウムヒ素、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）及び／又は他のマイクロエレクトロニクス基板等の他の基板を使用することができるが、サファイアが最も好ましい。基板は、極性であっても、半極性であっても、非極性であってもよく、パターン化されていてもされていなくてもよい。基板は多孔性であってもよく、孔形成はインサイチュで行ってもエクスサイチュで行ってもよい。
【００２７】
バッファ層１３は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０＜ｘ＜１、０＜ｙ＜１、０＜ｘ＋ｙ＜１）の少なくとも１つの層から成る。１つの好ましい実施形態では、リフトオフ層とも呼ばれるレーザリフトオフ用の犠牲層として使用されるＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ層が、パルス原子層エピタキシャル（ＰＡＬＥ）成長を介して堆積され、最も好ましくは、それは窒化アルミニウム層であるが、これは本発明に対して必須ではない。ＰＡＬＥ成長技法は、２次元ステップ成長（two dimensional step-growth）モードを拡張することにより、層の品質を大幅に向上させる。
【００２８】
別の好ましい実施形態では、バッファ層１３は、０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１であり、且つ２つの材料のバンドギャップが同じではない、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ／ＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮの交互の層から成る少なくとも１つの歪み層超格子を含む、好ましい犠牲層から成る。好ましい実施形態では、材料はＰＡＬＥ堆積を介して堆積されるが、これは本発明に対して必須ではない。超格子層は、転位フィルタとして機能し、そこでは欠陥の曲げにより、後続する発光領域まで広がる欠陥の大きさが低減する結果となる。
【００２９】
別の好ましい実施形態では、バッファ層１３は、ＰＡＬＥ成長、従来の成長及びパルス横方向成長（pulsed lateral overgrowth）（ＰＬＯＧ）の組合せにより形成される、一続きの層及び横方向に成長した層から成る。
【００３０】
パルス横方向成長（ＰＬＯＧ）は、トリエチルガリウム又はトリアルキルアルミニウム等の材料を含むＩＩＩ族とアンモニア等の窒素材料とが、ＩＩＩ族窒化物の堆積のために気相で供給される技術である。パルス横方向成長により、ＩＩＩ族材料の流量は一定量で維持されるが、窒素化合物の流量は、参照により本明細書に援用される非特許文献２に示されているような所定順序で、好ましくは全流から停止まで系統的に変更される。窒素の流量、したがって化学的利用性を制御することにより、選択結晶面の系統的成長を達成することができる。系統的成長により、層を通して格子不整合によってもたらされる転位の伝達を大幅に軽減する層が提供される。
【００３１】
パルス原子層エピタキシ（ＰＡＬＥ）法により、単に単位格子におけるアルミニウム、インジウム及びガリウムパルスの数並びに単位格子繰返しの数を変更することによって、四元層の組成及び厚さを正確に制御することができる。（J. Zhang他著「Applied Physics Letters」(Vol. 79, No. 7, pp.925-927, 13 August 2001)、J. P. Zhang他著「Applied Physics Letters」(Vol. 81, No. 23, pp.4392-4394, 2 December 2002)）。パルス時間、パルス状態、流量及び従って化学的利用性を制御することにより、系統的成長によって、組成、厚さ及び結晶品質を有意に制御する層が提供される。
【００３２】
再び図２を参照すると、バッファ領域１３にドープ半導体層１４が適用されている。ドープ半導体層１４は、好ましくはｎ型半導体であり、より好ましくは、ケイ素、インジウム、酸素、炭素又は上述した種の組合せの同時ドーピング等、ｎ型ドーパントでドープされたＩＩＩ族窒化物層である。層１４は、発光領域によって放出される光の波長に対して透過性であるようなバンドギャップエネルギーを有する。ドープ半導体は、発光領域とは反対側のドープ層がｎ型半導体である場合、ｐ型半導体であってもよい。
【００３３】
ＩＩＩ族窒化物層１４の後に、単一量子ウェル又は多重量子ウェルのいずれかを含む発光領域１５が施される。量子ウェル活性領域１５は、障壁層１６及び量子ウェル１７を含む。特定の実施形態では、量子ウェル活性領域１５は、限定なしに１〜１２の量子ウェル１７を含むことが好ましい。ウェル及び障壁層の厚さ及び組成を、電磁スペクトルの紫外線領域において所望の出力波形での発光を提供するように選択してもよい。さらに、ウェル層の組成の変化を、ウェル層の厚さの変化によって相殺してもよい。たとえば、３４０ｎｍの出力波長を提供するために、厚さが約１５ÅのＧａＮウェル層を利用してもよく、３２０ｎｍの出力波長を提供するために、ＡｌＧａＮウェル層を利用してもよい。したがって、量子ウェル及び障壁層の特性を選択するために、障壁層及びウェル層の厚さ及び組成を、最適な性能を提供するように選択することができる。これは、性能を維持しながら、発光波長に対して、キャリア閉じ込めを提供するために十分な組成のバランスをとることを含んでもよい。これはまた、膜の応力（歪み）を最小限にしながら、十分なキャリア閉じ込めを提供するように厚さを最適化することを含んでもよく、それによりエピタキシャル層のクラッキングが最小化する。量子ウェル活性層１５の特定の構造については後にさらに詳細に説明する。障壁層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ領域（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むことが好ましい。
【００３４】
図２に戻ると、多重量子ウェル活性領域１５の上に、ｐ型ドーパントがドープされていることが好ましいドープ層１８が提供されている。本発明の好ましい実施形態では、ドープ層１８を、マグネシウム、亜鉛、ベリリウム又は上述した種の組合せによってドープしてもよい。ドープ層１８のバンドギャップエネルギーは、１５からのそれに隣接する層のバンドギャップより大きいか又はそれと等しく、それにより、当業者が電子ブロック層と呼ぶキャリアフローのためのエネルギー障壁が提供される。ドープ層１８は、約５０Åと約０．５μｍとの間の厚さであることが好ましい。
【００３５】
量子ウェル活性領域１５は、各々が複数回繰り返される可能性がある、障壁層１６及びウェル層１７を含む、量子ウェル構造を含んでいる。１つ又は複数のウェル層１７は、２つの対向する障壁層１６の間に収容されている。したがって、ｍ個のウェル層１７の場合、１５の最後の層が障壁層であるか否かに応じて、ｍ又はｍ＋１個の障壁層１６が提供される。さらに、障壁層１６を、たとえば、ともに開示内容が本明細書に完全に援用される、「GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES」と題する米国特許公開第２００３／０００６４１８号又は「DEEP ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DEVICES AND METHODS OF FABRICATING DEEP ULTRAVIOLET LIGHT EMITTING DEVICES」と題する特許文献５に述べられているような、１つ又は複数の層として提供してもよい。障壁層１６及びウェル層１７を、上述したもののような従来のＩＩＩ族窒化物成長技法を使用して製作してもよい。本発明の特定の実施形態では、障壁層１６は、好ましい厚さが約５Åから約３００Åまでであり、ウェル層１７は、好ましい厚さが約５Åから約３００Åまでである。
【００３６】
また、ドープ層１８の上にコンタクト層１９を提供してもよい。コンタクト層１９は、ＩＩＩ窒化物系層であってもよく、ドープ層１８よりＡｌの割合が低いか、又はドープ層１８よりドーピング濃度が高くてもよい。コンタクト層１９を、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｂｅ又は上述した種の任意の組合せ等、ｐ型ドーパントでドープしてもよく、コンタクト層１９の厚さは、約１０Åから約１．０μｍまでであってもよい。ドープ層１８及びコンタクト層１９を、本明細書で説明したもののような従来のＩＩＩ族窒化物成長技法を使用して製作してもよい。
【００３７】
バッファ層１３及び他のデバイスエピ層（１４、１５、１６、１７、１８及び１９）を、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、パルス有機金属化学気相成長法、有機金属水素化物気相エピタキシ法（metal organic hydride vapor phase epitaxy）（ＭＯＨＶＰＥ）、パルス有機金属水素化物気相エピタキシ、水素化物気相エピタキシ法（ＨＶＰＥ）、分子ビームエピタキシ法（ＭＢＥ）又はそれらの任意の組合せによって成長させることができる。
【００３８】
半導体層（１３〜１９）を、トリアルキル（エチル又はメチル、好ましくはメチル）アルミニウム又はガリウム、若しくはアンモニア等の前駆体の濃度をパルス化することによって成長させることができる。前駆体濃度のパルス化は、材料の原子層表面マイグレーションに役立ち、それにより層の材料特性が向上する。この成長技法を、従来技術ではいくつかの形態で言及しており、本特許でも、ＰＡＬＥ成長技法として組み込んでいる。
【００３９】
図３を参照すると、深ＵＶ  ＬＥＤの具現化に必要なデバイスエピ層は、アルミニウム含有率が高いために大きく歪む。レーザアシストの基板リフトオフの後のエピ層のクラッキングを回避するために、エピ層側から分離トレンチ２３を形成することが好ましい。好ましい実施形態では、これらトレンチは、Ｔｉ、Ｎｉ及び二酸化ケイ素等の誘電体等の金属を含む金属マスク２４を使用して形成される。トレンチは、当業者には周知である標準フォトリソグラフィックプロセスを使用して形成される。金属マスクは、トレンチ形成後に除去される。
【００４０】
図４を参照すると、一実施形態では、基板は、ソフトポリマーで充填された（filed）分離トレンチ２３を備えている。ポリマーは、リフローフォトレジストＳＵ−８、スピンオングラス（spin on glass）（ＳＯＧ）及びベンゾ・シクロ・ブテン（benzo-cylco-butene）（ＢＣＢ）から選択されることが好ましい。リフローフォトレジストＳＵ−８は、さまざまな商用ソースから入手可能な一般に使用されるネガティブフォトレジストである。これらポリマーは、標準フォトリソグラフィによるパターン化が容易であること、粘性、温度安定性及び誘電強度のために、好ましい。ポリマーは、約３０℃から約８００℃までの温度、接合圧力等、バックエンド処理状態に耐え得るべきである。それらはまた、誘電強度が高く、非導電性であり、ＵＶ放射線及び化学物質に対して不活性であるべきである。
【００４１】
再び図４を参照すると、別の実施形態では、基板は、二酸化ケイ素及び窒化ケイ素から選択されることが好ましい誘電体で充填された分離トレンチ２３を備えている。これら誘電体は、通常、限定されないが、プラズマエンハンスト化学気相成長法（plasma enhanced chemical vapor deposition）（ＰＥＣＶＤ）を使用する堆積である。一実施形態では、誘電体は、前駆体ガスとして、アンモニア、シラン、ジシラン、テトラ・エチルオルトシリケート（tetra-ethyl ortho silicate）、酸素、一酸化二窒素(nitrous oxide)及びヘリウムを使用することにより形成される。温度は、７０℃から３００℃の範囲であることが好ましい。３００ミリトルから１０００ミリトルまでの範囲の通常の圧力が使用される。高周波出力（ＲＦ出力）は、１０ワットから２００ワットの範囲であることが好ましい。誘電体を形成するために、電子ビーム、スパッタリング等の他の技法を採用してもよい。また、誘電体を、２００７年５月７日に出願された米国特許出願第１１／８００，７１２号に記載されているようなＰＥＣＶＤシステムを使用する新規な誘電体堆積技法によって堆積することも可能である。誘電体は、約３０℃から約８００℃までの温度、接合圧力等、バックエンド処理状態に耐え得るべきである。それらはまた、高誘電強度を有し、非導電性であり、ＵＶ放射線及び化学物質に対して不活性であるべきである。
【００４２】
図５を参照すると、コンタクト層１９にオーミックコンタクト２０を提供してもよい。コンタクトはプラチナコンタクトであってもよい。オーミックコンタクトに他の材料を使用してもよい。たとえば、オーミックコンタクトは、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／プラチナ、酸化インジウムスズ及び／又はチタン／金、金／スズを含んでもよい。オーミックコンタクトの後に、上述した金属層の任意の組合せから成る金属層の積層体が続いてもよい。実施形態によっては、オーミックコンタクトは、平均厚さが、１０Åから１０μｍまでの範囲である。
【００４３】
オーミックコンタクトを、電子ビーム蒸着、又は原子的に金属薄膜を制御可能に形成する他の任意の適当な技法によって形成してもよい。たとえば、電気めっきによって、又は適当なプロセス制御が維持されるならば熱蒸着により、オーミックコンタクトを形成することも可能であり得る。電子ビーム蒸着では、金属源ターゲットが、真空チャンバ内で、ターゲットの領域を溶融する高強度電子ビームにより蒸発点まで加熱される。チャンバ内に配置されるエピタキシャルウェハは、気化金属によって制御可能にコーティングされる。電子ビーム蒸着及び他の膜堆積方法については、R. Jaeger著「INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATION」(2nd Ed. 2002）の第６章に記載されている。
【００４４】
発光デバイスを、フリップチップ法によって実装してもよい。当該技術分野においては通常「ダイ」と呼ばれるデバイスは、活性エピ層側がサブマウント（又は図６における「代替基板２１」）とも呼ばれる支持体に面するように、限定されないが、適当な材料がダイ及び支持体の両方の特定の場所に堆積される、バンプボンディング、サーモソニックボンディング、共晶ボンディング又はエポキシボンディングを含む、当該技術分野において既知であるさまざまなボンディング技法によって実装される。特定の好ましいボンディング材料には、限定されないが、混合物、好ましくはスズ、金、鉛及びインジウムの共晶混合物、シルバーペイント等が含まれる。ボンディング材料は、厚さを制御するために熱蒸着によって堆積されることが好ましいが、電気めっき、スパッタリング等の他の技法によって堆積されることも可能である。
【００４５】
再び図６を参照すると、代替基板上のコンタクトは、いかなる適当な材料であってもよい。通常、代替基板又は支持体として、多結晶窒化アルミニウム、窒化アルミニウム、ケイ素、チタン・タングステン及び銅の合金、銅・タングステンの合金、炭化ケイ素が使用される。基板２１にコンタクトを形成するためのいかなる適当な技法を利用してもよい。こうした技法は、当業者には既知であり、したがって、本明細書ではこれ以上説明する必要はない。本明細書で説明する発明は、代替基板として結晶エピタキシャル成長基板を有する構造に限定されない。
【００４６】
これらキャリア基板又はサブマウントは、ネイティブ基板より完成製品により適している、熱特性、電気特性、構造的特性及び／又は光学特性を有していてもよい。
【００４７】
図７を参照すると、歪み緩和バッファ層において、ｎ型半導体、多重量子ウェル及びｐ型半導体を有するサンドイッチを分離することが好ましい。分離は、通常、適当な波長の光を使用するレーザアシストリフトオフによって達成される。
【００４８】
ＧａＮの場合、リフトオフのためのレーザの適当な波長は約２４８ｎｍであり、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（ｘ＞０）の場合、レーザの適当な波長は約１９３ｎｍである。本明細書で説明するリフトオフ層としてＡｌＮを使用し、デバイス構造から基板をリフトオフするために１９３ｎｍレーザを使用することが好ましい。
【００４９】
リフトオフの後、残りの構造を、水あり又は水なしで、塩酸、燐酸又は硫酸等の酸に浸漬することにより、レーザ照射からの望ましくない金属飛沫を除去してもよい。
【００５０】
リフトオフの後、基板を、水あり又は水なしで、水酸化カリウム、水酸化アンモニウム、過酸化水素等の苛性溶液に浸漬することにより、レーザ照射からの望ましくない金属飛沫を除去してもよい。
【００５１】
図８を参照すると、層１３からの残りのバッファは、三塩化ホウ素、塩素及びアルゴンガスの混合物等、適当な化学的雰囲気での誘導結合プラズマエッチング及び反応性イオンエッチングにより、エッチングされることが理想的である。実施形態によっては、エッチングは、反応性イオンエッチングによってのみ行われ、ＩＣＰ電源を必要としなくてもよいが、それに限定されない。実施形態によっては、完成されたｎ型コンタクト層の表面状態を向上させるために、反応性エッチングは、三塩化ホウ素及びアルゴンのみから成リ、特に塩素ガスは切られる。別の実施形態では、残りのバッファは、湿式化学エッチング、光電化学湿式エッチング、又は当業者に周知であるラップ及び研磨技法を介して除去される。
【００５２】
図９を参照すると、コンタクト層１４の上にオーミックコンタクト２２を提供してもよい。コンタクトは、チタンコンタクトであってもよい。オーミックコンタクトに他の材料を使用してもよい。たとえば、オーミックコンタクトは、ロジウム、アルミニウム、バナジウム、窒化バナジウム、窒化チタン、タンタル、窒化タンタル金及び／又は上述した金属の任意の組合せを含んでもよい。オーミックコンタクトに続き、外部ワイヤボンディング及びフリップチップパッケージングに必要なチタン／金、電気めっきされた厚い金等の金属層の積層体が施されてもよい。実施形態によっては、互いに結合されるオーミックコンタクト及び後続する金属積層体は、平均厚さが１０μｍ未満である。実施形態によっては、結合された金属積層体は、結合された厚さが５００Åから１０μｍの範囲である。
【００５３】
オーミックコンタクトを、電子ビーム蒸着、又は原子的に金属薄膜を制御可能に形成するため他の任意の適当な技法によって形成してもよい。たとえば、電気めっき、又は適当なプロセス制御が維持されるならば熱蒸着によって、オーミックコンタクトを形成することが可能であり得る。コンタクトの幾何学的形状は、デバイスからの光の抽出を向上させるようにコンタクト金属と密には接触しないｎ型層の領域があるように設計される。この形状は、光抽出を最大限にしながら同時に入力抵抗を最小限にするように設計される。
【００５４】
再び図９を参照すると、層１４に対するコンタクトには、効率的な光抽出のためにＵＶ光が半導体から漏れるのを可能にするように部分的な開口がある。
【００５５】
図９を参照すると、最上部の窒素面エピ層（層１４）は、塩酸、硫酸、燐酸、水酸化アンモニウム、水酸化カリウム、過酸化水素又はそれらの任意の組合せ等の酸及び塩基による化学エッチングの影響を受け易く、そのため、表面を、塩酸でエッチングした後に、水酸化アンモニウム又は同様の組合せに浸漬させてもよい。この処置により、表面が粗くなり、それによりより多くの光が散乱することが可能となり、したがってデバイスの効率が向上する。
【００５６】
図１０に、ピーク発光波長が３６５ｎｍ未満である完成した垂直紫外線発光デバイスを示す。図１０では、デバイスは、上述したように概して層１４〜１９を有しており、それらは基板が除去された後に残っている。好ましくはｐ型半導体側に代替基板２１が適用されている。接続性を提供するためにオーミックコンタクト２０及び２２が適用されている。
【００５７】
デバイスは、光出力を向上させるためにエポキシドームをさらに備えてもよい。好ましいポリマーはシリコーンエラストマーの混合物である。こうした材料の適切な組成は、二液型接着剤、すなわちＡ液（塩基）及びＢ液（硬化剤）を正しい比率で混合することによって形成される。比は、デバイスの発光波長によって異なる。典型的な例は、４：２、６：１、８：１、１０：１、５：５、２：６、７：３であるが、それに限定されない。他のシリコーンポリマーを使用することも可能である。接着剤は、ドーム形状になるように形成され、適当な透明度及び形状に対し酸素、空気、窒素、真空又はアルゴン等の雰囲気で５０℃〜３００℃の間で熱硬化される。ダイの上に同じポリマーの液滴を提供することにより、ドームは注意深く取り付けられる。ポリマーの液滴は、表面張力によりチップ全体に向かって拡散し、ダイの上にドームが配置されると、ポリマーは硬化し、それによりドームが発光ダイオードパッケージに固定される。
【００５８】
本発明を、限定なしに好ましい実施形態に関して説明した。当業者は、添付の特許請求の範囲においてより詳細に示されている本発明の範囲から逸脱することなく、追加の改良形態、代替形態及び実施形態を容易に具現化するであろう。
【図１】
2010507262.tif 000003
【図２】
2010507262.tif 000004
【図３】
2010507262.tif 000005
【図４】
2010507262.tif 000006
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年8月19日(2008.8.19)
【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】
電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードであって、
基板と、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．３＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．３＜ｘ＋ｙ≦１）を含む前記基板上にコーティングされるリフトオフ層と、
前記リフトオフ層の上の歪み緩和超格子層と、
前記歪み緩和超格子層の上の第１のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、第１の導電率を有する、第１のドープ層と、
前記第１のドープ層の上の多層紫外線放出量子ウェル領域であって、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１及び０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む量子ウェル、及び
前記量子ウェルの各面の、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する障壁層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記多層量子ウェルはその各面の該障壁層で終端する、障壁層、
の交互の層を含む、多層紫外線放出量子ウェル領域と、
前記量子ウェル領域の上の第２のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層とは導電率及びドーパントタイプが異なる、第２のドープ層と、
前記第２のドープ層の上の、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むコンタクト層であって、前記第２のドープ層とは導電率が異なる、コンタクト層と、
前記第１のドープ層の裏側に形成された第１の金属コンタクトと、
垂直構造の向きにおいて前記第２のドープコンタクト層の上に形成された第２の金属コンタクトと、
を備える、垂直構造発光ダイオード。
【請求項２】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．５＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．５＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．９＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．９＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４】
前記リフトオフ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．９９＜ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０．９９＜ｘ＋ｙ≦１）を含む、請求項３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項５】
前記リフトオフ層は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項６】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．３＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１及び０．３＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項７】
前記歪み緩和超格子は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項８】
前記歪み緩和超格子層は、ケイ素、インジウム、酸素及び炭素から成る群から選択される少なくとも１つのドーパントによってドープされる、請求項６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項９】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．１≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．１≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１０】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．５≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．５≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１１】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０＜ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０＜ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１２】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．１≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．１≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１３】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．３≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．３≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１４】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．５≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．５≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１５】
前記歪み緩和超格子層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０．９≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．９≦ｘ＋ｙ≦１及び０．７≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０．７≦ｒ＋ｓ≦１）の繰返し周期を含み、該２つの材料のバンドギャップは同一でない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１６】
垂直構造発光ダイオードは、前記第２のドープ層と前記第１のドープ層とをさらに備え、前記多重量子ウェルは、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層と前記第２のドープ層とは組成が異なる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１７】
前記リフトオフ層、前記第１のドープ層及び前記量子ウェルは、すべてｎ型ドープ層である、請求項１６に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１８】
前記量子ウェルは、単一量子ウェル及び多重量子ウェル層を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項１９】
前記多重量子ウェルは、ＡｌＸＧａ１−ＸＮ（０≦ｘ＜１）及びＡｌＹＧａ１−ＹＮ（０＜ｙ＜１）（ｘ及びｙは等しくない）の交互の層を含む、請求項１８に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２０】
前記量子ウェルは、ケイ素、インジウム及び酸素から選択される少なくとも１つのｎ型ドーパントによってドープされる、請求項１９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２１】
前記量子ウェルは、マグネシウム、亜鉛及びベリリウムから選択される少なくとも１つのｐ型ドーパントによってドープされる、請求項１９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２２】
前記量子ウェルは、少なくとも１つのｎ型ドーパント及び少なくとも１つのｐ型ドーパントによってドープされる、請求項１９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２３】
前記量子ウェルは紫外線光子を生成する、請求項１９に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２４】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３６５ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長Ｌで発光する、請求項２３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２５】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３４０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長Ｌで発光する、請求項２３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２６】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ３１０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長Ｌで発光する、請求項２３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２７】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ２９０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長Ｌで発光する、請求項２３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２８】
前記多重量子ウェルは、１９０ｎｍ以上且つ２７０ｎｍ以下によって画定される波長を有する波長Ｌで発光する、請求項２３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項２９】
前記量子ウェルは、電子及びホールの非放射性及び放射性の再結合を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３０】
前記多重量子は少なくとも２つの量子ウェルを含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３１】
前記多重量子ウェルは少なくとも３つの量子ウェルを含む、請求項３０に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３２】
前記基板は、ケイ素、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）、酸化亜鉛、ガリウムヒ素、炭化ケイ素、アルミン酸リチウム、ガリウム酸リチウム及びサファイアから成る群から選択される材料を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３３】
前記基板は、極性、半極性及び非極性の結晶方位から選択される、請求項３２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３４】
前記基板はパターン化される、請求項３３に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３５】
前記量子ウェル領域と前記コンタクト層との間に前記第２のドープ層をさらに備え、前記第２のドープ層は、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ＿１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ＿１）を含み、該第２のドープ層は、前記第１のドープ層と導電率及びドーパントタイプが異なる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３６】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＧａ１−ＸＮ層（０≦ｘ≦１）から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３７】
前記コンタクト層は、ｐ型ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層（０≦ｘ≦１）から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３８】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）層から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項３９】
前記コンタクト層は、ｐ型ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ及びＡｌｒＩｎｓＧａ１−ｒ−ｓＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１及び０≦ｒ≦１、０≦ｓ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１、該２つの層の組成は  でない）を含む、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４０】
前記第１の金属コンタクトは、ａ）ＴｉＮ／金属、ｂ）ＡｌＸＴｉＹＮ三元化合物／金属若しくはｃ）低温ＧａＮ／金属若しくは、ｄ）ＩＴＯ／金属から成る、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４１】
前記第２の金属コンタクトは、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｕ及びＰｄ／Ａｇ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕから成る群から選択される、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４２】
前記デバイスは、フリップチップパッケージ構造にパッケージされる、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４３】
前記フリップチップデバイスは、アンダーフィルのエポキシをさらに備える、請求項４２に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４４】
エポキシドームをさらに備える、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４５】
前記歪み緩和超格子層は前記基板上に直接あり、前記第１のドープ層は、前記歪み緩和超格子層の上に直接あって、それらの間に追加の層はない、請求項１に記載の垂直構造発光ダイオード。
【請求項４６】
電磁スペクトルの光を放出することができる垂直構造発光ダイオードを形成する方法であって、
基板と、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０．３＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０．３＜ｘ＋ｙ≦１）を含む前記基板上にコーティングされるリフトオフ層と、
前記リフトオフ層の上の歪み緩和超格子層と、
前記歪み緩和超格子層の上の第１のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、第１の導電率を有する、第１のドープ層と、
前記第１のドープ層の上の多層ＵＶ放出量子ウェル領域であって、
ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含む量子ウェル、及び
前記量子ウェルの各面の、量子ウェルバンドギャップより大きいバンドギャップを有する障壁層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記多層量子ウェルはその各面の該障壁層で終端する、障壁層、
の交互の層を含む、多層ＵＶ放出量子ウェル領域と、
前記量子ウェル領域の上の第２のドープ層であって、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０＜ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０＜ｘ＋ｙ≦１）を含み、前記第１のドープ層とは導電率及びドーパントタイプが異なる、第２のドープ層と、
前記第２のドープ層の上の、ＡｌＸＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）を含むコンタクト層であって、前記第２のドープ層とは導電率が異なる、コンタクト層と、
前記第１のドープ層の裏側に形成された第１の金属コンタクトと、
垂直構造の向きにおいて前記第２のドープコンタクト層の上に形成された第２の金属コンタクトと、
を備える、垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項４７】
前記層は、有機金属化学気相成長、分子ビームエピタキシ、水素化物気相エピタキシ又は有機金属水素化物気相エピタキシから成る群から選択される少なくとも１つの方法によって成長する、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項４８】
前記リフトオフ層は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項４６に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項４９】
前記歪み緩和超格子層は、ＩＩＩ族材料及びＶ族材料がパルス成長法を介して注入されるようにして堆積され、該ＩＩＩ族材料及び該Ｖ族材料は、連続した流れがなく、逐次パルス化されるか、又は、ＩＩＩ族ソースパルスがＶ族ソースパルスを伴わずに部分的にオンとなるか、若しくはＶ族ソースパルスと部分的にオーバラップするようにパルス化される、請求項４６に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項５０】
多孔性を追加するように前記基板を処理することをさらに含む、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５１】
前記多孔性はインサイチュで追加される、請求項５０に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５２】
少なくとも１つの層は、パルス横方向成長、パルス原子層エピタキシ及び周期的原子層エピタキシから選択される方法により成長する、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５３】
エピタキシャル面から前記基板の少なくとも表面まで延在する深い分離トレンチの形成をさらに含む、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５４】
前記深い分離トレンチの形成は、ＩＣＰ−ＲＩＥエッチング又はＲＩＥエッチングによる、請求項５３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５５】
前記深い分離トレンチの形成は、光電化学エッチングによる、請求項５３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５６】
前記深い分離トレンチはポリマーを含む、請求項５３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５７】
前記ポリマーは、リフローフォトレジストＳＵ−８、スピンオングラス（ＳＯＧ）及びベンゾ・シクロ・ブテンから成る群から選択される、請求項５６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５８】
前記深い分離トレンチは誘電体を含む、請求項５３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項５９】
前記誘電体は、低温プラズマエンハンスト化学気相成長を使用して堆積される、請求項５８に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６０】
前記誘電体は、従来のプラズマエンハンスト化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）を利用するデジタル誘電体堆積技法を使用して堆積される、請求項５８に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６１】
前記誘電体は、限定されないが、従来のプラズマエンハンスト化学気相成長システム（ＰＥＣＶＤ）を利用する低温デジタル誘電体堆積技法を使用して堆積され、電子ビーム蒸着、スパッタリング技法を使用して堆積され得る、請求項５８に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６２】
前記誘電体は、アンモニア、シラン、ジシラン、ジエチルシラン、テトラ・エチルオルトシリケート、酸素、一酸化二窒素及びヘリウム等の前駆体を使用して堆積される、請求項５８に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６３】
前記基板をレーザアシストリフトオフプロセスによって除去することをさらに含む、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６４】
前記基板は、２４８ｎｍレーザを使用するレーザアシストリフトオフプロセスによって除去される、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６５】
前記基板は、１９３ｎｍレーザを使用するレーザアシストリフトオフプロセスによって除去される、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６６】
塩酸、燐酸及び硫酸から選択される酸溶液に前記基板を浸漬させることをさらに含む、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６７】
水酸化カリウム、水酸化アンモニウム及び過酸化水素から選択されるベース液に前記基板を浸漬させることをさらに含む、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６８】
基板除去後に光抽出を増大させるように、ＲＩＥエッチング、ＩＣＰエッチング及び化学エッチングから選択される表面処理によって裏面エピ層を粗化することをさらに含む、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項６９】
厚さが少なくとも２μｍから４５μｍ以下である電気めっきされた金の層を有するキャリアを追加することをさらに含む、請求項６３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７０】
裏面材料は、前記基板リフトオフプロセスの後に除去され、それにより、前記ｎ型の第１コンタクト層が露出される、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７１】
前記裏面材料は、ＩＣＰエッチング、ＲＩＥエッチング、ラップ方法及び研磨方法、又は光電化学エッチングのうちの１つ又は複数を介して除去される、請求項７０に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７２】
前記裏面の第１の金属ｎコンタクトは、電子ビーム蒸着又はスパッタリングによって堆積されるａ）ＴｉＮ／金属、ｂ）ＡｌＸＴｉＹＮ三元化合物／金属若しくはｃ）低温ＧａＮ／金属若しくはｄ）ＩＴＯ／金属から成る、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７３】
前記第２の金属コンタクトは、Ｐｄ／Ｎｉ／Ａｕ及びＰｄ／Ａｇ／Ａｕ／Ｔｉ／Ａｕから成る群から選択され、電子ビーム蒸着、スパッタ又は熱蒸着によって堆積される、請求項４６に記載の垂直構造発光ダイオードを形成する方法。
【請求項７４】
窒素雰囲気、酸素雰囲気、空気雰囲気及びフォーミングガス雰囲気から選択される雰囲気において前記金属コンタクトをアニールすることをさらに含む、請求項７３に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７５】
前記デバイスは、熱伝導性サブマウントにフリップチップボンディングされる、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７６】
前記フリップチップデバイスは、アンダーフィルのエポキシをさらに備える、請求項７５に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７７】
前記フリップチップデバイスは、周囲環境から前記ＬＥＤを封止するエポキシドームをさらに備える、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【請求項７８】
前記エポキシドームはシリコーンエラストマーの混合物である、請求項４６に記載の垂直構造発光デバイスを形成する方法。
【国際調査報告】
2010507262.tif 000013