(57)【要約】【課題】  本発明は半導体発光デバイスに関し、詳細には、共振空洞発光デバイスに関する。【解決手段】  発光デバイスは、反射性金属層と分散型ブラッグ反射器とによって形成された共振空洞を含む。光は、分散型ブラッグ反射器を通って共振空洞から取り出される。第１の導電型の層と第２の導電型の層との間に挟まれた発光領域は、共振空洞内に配置される。幾つかの実施形態においては、第１及び第２のコンタクトが共振空洞の同じ側に形成され、フリップチップデバイス又はエピタキシ・アップ・デバイスを構成する。【選択図】          図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の領域及び第２の導電型の領域間に配置された発光領域と、分散型ブラッグ反射器とを含む構造体と、
前記第１の導電型の領域に電気的に接続された第１のコンタクトと、
前記第２の導電型の領域に電気的に接続された第２のコンタクトと、
前記発光領域によって放出された光に対して７５％より大きい反射率を有する金属層とを備え、
前記第１及び第２の電気的コンタクトが、前記構造体の同じ側に形成されることを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記発光領域が、前記分散型ブラッグ反射器と前記金属層との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記金属層が、前記第１及び第２のコンタクトのうちの１つであることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記金属層が、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｃｒ、及びこれらの合金の群から選択された金属を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記分散型ブラッグ反射器が、前記発光領域によって放出された光に対して約６０％から約９０％の間の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記分散型ブラッグ反射器及び前記金属層が、共振空洞を形成し、前記発光領域によって生成された光が、前記分散型ブラッグ反射器を通って前記共振空洞から取り出されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記分散型ブラッグ反射器及び前記金属層が、共振空洞を形成し、前記金属層と前記分散型ブラッグ反射器の間の距離がλ／２の整数倍であり、式中、λは前記共振空洞内の前記発光領域によって放出された光の波長であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記分散型ブラッグ反射器が、前記第１のコンタクトと前記第１の導電型の領域との間に配置されることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記第１のコンタクトが、リングを含むことを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１のコンタクトが、網状体を含むことを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１及び第２の電気的コンタクトが、前記構造体の第１の側の上に形成され、前記デバイスが更に、前記構造体の前記第１の側とは反対側の第２の側に取り付けられた透明ウィンドウ領域を備えることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記分散型ブラッグ反射器が、前記第２の導電型の領域と前記透明ウィンドウ領域との間に配置されることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光領域によって生成された光が、前記透明ウィンドウ領域を通って前記デバイスから取り出されることを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記金属層が、前記第１のコンタクトを形成することを特徴とする請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１及び第２の電気コンタクトが、前記構造体の第１の側上に形成され、前記デバイスが更に、前記構造体の、前記第１の側とは反対側の第２の側に取り付けられたホスト基板を備え、前記ホスト基板は、前記金属層によって前記構造体の前記第２の側に取り付けられることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記金属層が、前記発光領域によって放出された光に対する８０％より大きい反射率を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記分散型ブラッグ反射器が、前記発光領域によって放出された光に対して約７５％から約８５％の間の反射率を有することを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項１８】
第１の導電型の領域と第２の導電型の領域との間に配置された発光領域と、分散型ブラッグ反射器とを含む構造体と、
前記第１の導電型の領域に電気的に接続された第１のコンタクトと、
前記第２の導電型の領域に電気的に接続された第２のコンタクトと、
を備え、
前記第１及び第２のコンタクトのうちの一方が、前記発光領域によって放出された光に対する７５％より大きい反射率を有する金属層を含み、前記第１及び第２のコンタクトのうちの他方が、前記構造体の上部表面の少なくとも一部と、前記構造体の側部表面の少なくとも一部とを覆って延びることを特徴とする発光デバイス。
【請求項１９】
前記構造体の底部表面に取り付けられたホスト基板を更に備えることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記ホスト基板が、前記金属層によって前記構造体の底部表面に取り付けられることを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記ホスト基板が、
前記金属層に電気的に接続された第１の導電性領域と、
前記構造体の上部及び側部表面の少なくとも一部を覆って延びる前記コンタクトに電気的に接続された第２の導電性領域とを含むことを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
前記ホスト基板がシリコンを含むことを特徴とする請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記分散型ブラッグ反射器及び前記金属層が、共振空洞を形成し、前記発光領域によって生成された光が前記分散型ブラッグ反射器を通って前記共振空洞から取り出されることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記分散型ブラッグ反射器及び前記金属層が共振空洞を形成し、前記金属層と前記分散型ブラッグ反射器間の距離がλ／２の整数倍であり、式中、λは前記共振空洞内で前記発光領域によって放出された光の波長であることを特徴とする請求項１８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は半導体発光デバイスに関し、詳細には、共振空洞発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）などの半導体発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源の１つである。可視スペクトル全体にわたって作動することができる高輝度ＬＥＤの製造において現在関心のある材料系には、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、特に、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素からなるＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれる２元、３元、及び４元合金、及び、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及びリンからなるＩＩＩ族リン化物材料とも呼ばれる２元、３元、及び４元合金が含まれる。このようなデバイスは、通常、ｐ−ドープされた領域とｎ−ドープされた領域との間に挟まれた発光領域又は活性領域を有する。有機金属化学気相成長法（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り、ＩＩＩ族窒化物デバイスは、サファイヤ、炭化ケイ素、又はＩＩＩ族窒化物基板上にエピタキシャル成長され、ＩＩＩ族リン化物デバイスは、ガリウム砒素上にエピタキシャル成長される場合が多い。
【０００３】
半導体発光デバイスは、フラットパネルディスプレイなどのディスプレイ類、交通信号灯などの標識類、及び光通信用途を含む種々の用途で含むことができる。ディスプレイなどの多くの用途においては、好ましい方向に発光することが望ましい。しかし、このような半導体デバイスからの光は、通常、活性領域から等方的に放出される。
【０００４】
より指向性のある異方性放出を提供することによって、デバイスの発光特性を改善する１つの方法は、米国特許第５，２２６，０５３号で提案され、該特許は、共振ファブリー−ペロー空洞内にＬＥＤの光学的空洞を形成することを教示している。図９には、米国特許第５，２２６，０５３号による共振空洞ＬＥＤ（ＲＣＬＥＤ）が示されている。ＲＣＬＥＤ１１０は、底部電極１１１と、基板１１２と、底部分散型ブラッグ反射器（ＤＢＲ）ミラー１１３と形成する、複数対の半導体層の４分の1波長スタックであって、各対の１つの層の屈折率が該対の他層の屈折率とは異なるものと、底部制限層１１４と、活性層又は活性領域１１５と、上部制限層１１６と、高度にドープされたコンタクト層１１７と、中心に配置された開口部１１９を有する上部電極１１８とを備える。ファブリー−ペロー空洞の上部ミラーは、コンタクト層１１７と開口部１１９内の空気との間の界面により形成される。このようなミラーは、０．２５から０．３５程度の反射率を有する。発光は、開口部を通って発生する。米国特許第５，２２６，０５３号は、ＤＢＲによって形成されたファブリー−ペロー共振空洞とコンタクト層／空気界面の使用が、活性領域からの自然発生的な発光を生じ、これは空洞のモードに規制されることを教示している。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，２２６，０５３号公報
【特許文献２】米国特許第５，３７６，５８０号公報
【特許文献３】米国特許第６，２２０，１６０号公報
【特許文献４】出願シリアル番号（代理人整理番号ＬＵＭ−Ｍ−１２４１８ＵＳ）公報
【非特許文献１】Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ、２０００年、Ｇｅｒｄ  Ｍｕｅｌｌｅｒ編、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ、Ｖｏｌｕｍｅ６４、Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｉ、１章から３章
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の実施形態によれば、発光デバイスは、反射性金属層及び分散型ブラッグ反射器によって形成された共振空洞を含む。光は、分散型ブラッグ反射器を通って共振空洞から取り出される。第１の導電型の層と第２の導電型の層との間に挟まれた発光領域は、共振空洞内に配置される。幾つかの実施形態において、第１及び第２のコンタクトは共振空洞の同じ側に形成され、フリップチップデバイス又はエピタキシ・アップ・デバイスを形成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明によれば、ＬＥＤなどの発光デバイスが、典型的には反射性金属表面と分散ブラッグ反射器（ＤＢＲ）である２つの反射性表面によって形成される共振空洞内に配置される活性領域を有して形成される。デバイスは、ｐ−コンタクト及びｎ−コンタクトがデバイスの両側に形成されている垂直デバイス、ｐ−コンタクト及びｎ−コンタクトがデバイスの同じ側に形成され、光がコンタクト側を通って引き出されるエピタキシ・アップ・デバイス、又はｐ−コンタクト及びｎ−コンタクトがデバイスの同じ側に形成され、光がコンタクト側と反対のデバイス側を通って取り出されるフリップチップデバイスとすることができる。以下に示す実施形態の多くは、ＩＩＩ族リン化物デバイスであるが、本発明の幾つかの実施形態は、ＩＩＩ族窒化物などの他の材料系で作製してもよい。更に、以下に説明される実施形態において、デバイスのｐ型領域とｎ型領域の配置を逆にしても良い。
【０００８】
図１Ａは、フリップチップＲＣＬＥＤの断面図である。図１Ａのデバイスは、ｐ−ドープされたクラッド領域５とｎ−ドープされたクラッド領域７との間に挟まれた活性領域６を含む。活性領域により放出される光の波長は、当該技術分野で知られているように、活性領域６において層の幅及び組成を選択することによって制御することができる。好適な活性領域の実施例は、障壁層によって分離される３つ又は４つの量子井戸を含む。ｎ−コンタクト層８は、ｎ−コンタクト１０をｎ−ドープされたクラッド領域７から分離する。ｐ−コンタクト９はｐ−ドープされたコンタクト層３上に形成される。分散型ブラッグ反射器４は、ｐ−ドープされたクラッド領域５とｐ−コンタクト層３とを分離する。光は、非ドープのＧａＰウィンドウ層１及びＧａＰ層２を含む透明ウィンドウを通じてデバイスから取り出される。下表には、層３、５、６，７、及び８の各々に対して適切な厚み、組成、及びドーパントの実施例が与えられている。
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各層に関して、以下に与えられる特性は実施例であって、限定を意味するものではない。デバイスの層の適切な特性の選択に関する詳細な情報は、Ａｃａｄｅｍｉｃ  Ｐｒｅｓｓ，Ｓａｎ  Ｆｒａｎｃｉｓｃｏ、２０００年、Ｇｅｒｄ  Ｍｕｅｌｌｅｒ編、Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ  ａｎｄ  Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ、Ｖｏｌｕｍｅ６４、Ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ  Ｉ、１章から３章で見ることができ、該文献は引用により本明細書に組み込まれる。
【０００９】
ｐ−コンタクト９及びｎ−コンタクト１０は、図１Ｂ及び図１Ｃに示されるように多層構造とすることができる。図１Ｂには、多層ｐ−コンタクトの実施例が示される。半導体層へのオーミック接点を形成するために、コンタクト層３に隣接してＡｕ−Ｚｎ合金層９Ａが形成される。Ａｕ−Ｚｎ層９Ａは、例えば、ＴｉＷ、ＴｉＷ：Ｎ、及びＴｉＷのサンドイッチである保護金属層９Ｂによって保護される。次いで、金などの厚いコンタクト層９Ｃが、ガード層９Ｂを覆って形成される。オーム層９Ａ及びガード層９Ｂは、反射体９Ｃの下にある半導体層の全部又は一部分だけを覆うことができる。
【００１０】
多層ｎ−コンタクトは、図１Ｃに示されるように、同様の構造を有することができる。半導体層へのオーム接点を形成するために、コンタクト層８に隣接してＡｕ−Ｇｅ合金層１０Ａが形成される。Ａｕ−Ｇｅ層１０Ａは、例えば、ＴｉＷ、ＴｉＷ：Ｎ、及びＴｉＷのサンドイッチの保護金属層１０Ｂによって保護される。Ａｕの厚い反射層１０Ｃが、層１０Ａ及び１０Ｂを覆って堆積される。オーミック層１０Ａ及びガード層１０Ｂは、反射体１０Ｃの全部又は一部分だけを覆うことができる。
【００１１】
共振空洞は、ＤＢＲ４と反射性ｎ−コンタクト１０で生成されるミラーとによって形成される。空洞の長さは、典型的にはλ／２の整数倍であり、式中、λは共振空洞内の活性領域によって放出される光の波長である。活性領域の厚みは、所望の光の波長によって固定される可能性があるので、共振空洞の長さは、クラッド領域５及び７の厚みを調整することによって調節可能である。共振空洞は、機能性デバイスの形成に足りる材料を提供する程十分長くなければならない。多くの場合、空洞の長さは約１０λ／２と約５０λ／２の間である。活性領域の物理的中心又は輝度中心は、ＤＢＲに関連した波腹近くに配置される。
【００１２】
図１Ａの実施形態において、ミラー及びＤＢＲは、活性領域によって生成される光に対して反射性があり、且つ導電性であるように選択される。図１Ａに示されるＤＢＲは、デバイス層を有してエピタキシャル成長されることから、ＤＢＲはまた、ＤＢＲの両側にあるデバイス層と整合する格子でなければならない。光は、ＤＢＲ４を通ってデバイスから取り出される。ＤＢＲ４に関して好適な反射率は約６０％と約９０％の間であり、好ましくは約７５％から約８５％である。上述のＩＩＩ族リン化物デバイスにおいて、ＤＢＲ４は、例えば、ＭｇドープされたＡｌＩｎＰ層と（ＡｌxＧａ1-x）0.48Ｉｎ0.52Ｐ層の交互の層から構成されるものとすることができる。ＤＢＲ４のアルミニウム比率ｘは、通常は活性領域の発光層のアルミニウム比率よりも多い。例えば、ＤＢＲ４内のアルミニウムの比率は、活性領域内のアルミニウムの比率よりも５％多いものとすることができる。ＤＢＲ４に含まれる層の組成は、ＤＢＲが活性領域からの光に透過性があるように選択される。ＤＢＲ４内に含まれる層の厚み及び層の数は、当該技術分野で知られているように、所望の反射率を生成するように選択することができる。ＩＩＩ族リン化物デバイス及びＩＩＩ族窒化物デバイス向けに好適な反射性のｎ−コンタクト材料には、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｅ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｎ、Ｃｒ、又はこれらの合金が含まれる。幾つかの実施形態において、ミラー材料は、反射率が少なくとも７５％であるように選択される。他の実施形態において、ミラーは少なくとも８０％の反射性があり、好ましくは少なくとも９０％の反射性がある。図１Ｃに示されるように、ミラーの表面全体が同じ材料である必要はなく、従って、同じ反射率でなくてもよい。例えば、金の反射体を、Ａｕ−Ｇｅオーミックコンタクトの１つ又はそれ以上の区分を覆って形成することができる。
【００１３】
図２Ａ及び図２Ｂには、図１Ａによる大型接合点デバイス（すなわち、約４００×４００μｍ2より大きい面積を有するデバイス）のコンタクト９及び１０の構成が示される。図２Ａは平面図であり、図２Ｂは線ＤＤに沿った断面図である。層２０は、図１Ａの層１、２、３、４、５、６、７、及び８と同様である。図１Ａの活性領域は、ｐ−コンタクトとｎ−コンタクト間の距離を最小にするため、４つの分離された領域に分割される。ｐ−コンタクト９は、この４つの領域を囲み、且つこれらの間に配置されている。ｎ−コンタクト１０は、４つの領域上に形成される。ｐ−コンタクト９及びｎ−コンタクト１０は、空気又は任意選択的な誘電体層２２によって互いに電気的に絶縁されている。６個のｐ−サブマウント接続部２３及び１６個のｎ−サブマウント接続部２４が、ｐ−コンタクト及びｎ−コンタクト上に堆積され、デバイスをサブマウントに接続するための好適な表面が形成される。サブマウントは、多くの場合、ハンダ接合によってデバイスに取り付けられたシリコン集積回路である。このような実施形態において、ｐ−サブマウント及びｎサブマウント接続部は、例えば、ハンダ付可能な材料とすることができる。他の実施形態においては、デバイスは、ゴールドボンド、冷間圧接、又は熱圧着によってサブマウントに接続される。
【００１４】
図３Ａ及び図３Ｂには、図１Ａによる小型接合点デバイス（すなわち、約４００×４００μｍ2より小さい面積を有するデバイス）のためのコンタクト９及びコンタクト１０の構成が示されている。図３Ａは平面図であり、図３Ｂは線ＣＣに沿った断面図である。層２０は、図１Ａの層１、２、３、４、５、６、７、及び８と同様である。図３Ａ及び図３Ｂに示されたデバイスは、活性領域の下のエピタキシャル構造体２０のｐ型層にまでエッチングされた単一のバイア２１を有する。ｐ−コンタクト９はバイア２１内に堆積される。ｐ−バイア２１は、均一な電流及び発光をもたらすように、デバイスの中心に設置される。ｎ−コンタクト１０は、エピタキシャル構造体２０の活性領域のｎ−側への電気コンタクトを形成する。ｎ−コンタクト１０は、１つ又はそれ以上の誘電体層２２によってｐ−コンタクト９と分離される。２つのｎ−サブマウント接続部２４は、ｎ−コンタクト１０に接続され、ｐ−サブマウント接続部はｐ−コンタクトに接続される。ｐ−サブマウント接続部２３は、ｐ−コンタクト領域９（誘電体層２２によって取り囲まれた）内のどこに設置してよく、必ずしもバイア２１の真上に覆って配置する必要はない。同様に、ｎ−サブマウント接続部２４は、ｎ−コンタクト１０上のどこに配置してもよい。従って、デバイスのサブマウントへの接続は、ｐ−コンタクト９及びｎ−コンタクト１０の形状又は配置によって制限されない。
【００１５】
図４には、図１のデバイスを形成する方法が示される。最初に、ステップ４１で、デバイスのエピタキシャル層１１が、例えば、有機金属化学気相成長法によってＧａＡｓ基板上に成長する。コンタクト領域８が最初に成長し、次いでクラッド領域７、活性領域６、クラッド領域５、ＤＢＲ４、及びコンタクト領域３が成長する。コンタクト領域３の次に、例えば気相成長によって厚いＧａＰ領域２が成長することができる。ＧａＰ層２は、デバイスの他の層に対して機械的に支持し且つ電流拡散を行う。領域８、７、６、５、及び４の格子定数は、ＧａＡｓ成長基板の格子定数と同じであるように制御される。コンタクト領域３及びＶＰＥ層２は、通常ＧａＰであり、これはＧａＡｓに対して格子不整合である。コンタクト層３及びＶＰＥ層２の組成は、活性領域による発光に対して透明であるように選択される。次に構造体を任意選択的に化学機械研磨して、ボンディングに好適な表面を形成することができる。
【００１６】
次いで、ステップ４２で、コンタクト層３が、非ドープＧａＰウィンドウ層１を含むホスト基板に加工熱結合される。任意選択的な結合層を、ＶＰＥ層２とＧａＰウィンドウ層１との間に配置することができる。好適な結合層は、ウィンドウ層１上に、例えば、ＭＯＶＰＥによって成長したＧａ0.9Ｉｎ0.1Ｐである。ＧａＰ層１及び２の屈折率は、導波路現象を回避するようなＤＢＲ及び活性領域の屈折率に類似しており、従ってデバイスからの光の取り出しが改善される。ウェハーのボンディングは、「Ｗａｆｅｒ  Ｂｏｎｄｉｎｇ  Ｏｆ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ  Ｌａｙｅｒｓ」と題された米国特許第５，３７６，５８０号により詳細に説明されており、本特許は引用により本明細書に組み込まれる。ステップ４３でＧａＡｓ成長基板を除去して、コンタクト層８が露出される。ステップ４４で、エピタキシャル層を通ってコンタクトバイアをエッチングして、コンタクト層３の一部を露出させ、この上にｐ−コンタクト９が形成されることになる。コンタクトバイアは、例えば、図２Ａ及び３Ａに示された接点方式に従ってエッチングすることができる。
【００１７】
ステップ４５及びステップ４６で、ｎ−コンタクト及びｐ−コンタクトが形成される。最初に、オーミックコンタクト層９Ａ及び１０Ａ、次いで、ガード層９Ｂ及び１０Ｂ（図１Ｂ及び図１Ｃ）が、適切な半導体層上に形成され、例えば、高速熱アニール又はファーネスによるアニールによって半導体層に合金化される。次いで、厚い反射層がデバイスを覆って堆積され、パターン形成されて反射体９Ｃ及び１０Ｃを形成する。ステップ４７において、ハンダ付可能金属などのサブマウント接続部を、完成したｎ−コンタクト及びｐ−コンタクト上に形成することができる。次いで、デバイスをサブマウント上に実装してパッケージすることができる。チップは、傾斜ブレードを用いたチップのダイシングにより、図１に示すように、傾斜部を有するように成形される。成形加工されたデバイスは、「Ｌｉｇｈｔ  ＥＸｔｒａｃｔｉｏｎ  Ｆｒｏｍ  Ａ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｖｉａ  Ｃｈｉｐ  Ｓｈａｐｉｎｇ」と題された米国特許第６，２２０，１６０号により詳細に説明されており、本特許は引用により本明細書に組み込まれる。
【００１８】
図５及び図６には、本発明のエピタキシ・アップの実施形態を示す。図５及び図６のデバイスにおいて、光は、デバイスの上面、すなわちコンタクト９及びコンタクト１０が形成されているデバイス側を通ってデバイスから取り出される。コンタクト層８、ＤＢＲ４、クラッド領域７、活性領域６、クラッド領域５、及びコンタクト層３は、図１Ａに関して上述と同様の特性を有する。層１４は、図５に示されるように成形することができる。ホスト基板１２は、反射性金属層１３によってコンタクト層３に結合され、該金属層１３は、例えば、金、銀、又はアルミニウムであることができる。デバイスの上面から光が取り出されるので、デバイスの底部に結合されたホスト基板は透明であることは必要ではない。従って、図５のデバイスにおいては、ホスト基板１２は、例えば、Ｓｉ、金属、又はガラスとすることができる。
【００１９】
共振空洞は、ｎ型クラッド領域７とｎ−コンタクト層８との間に配置されたＤＢＲ４、及びホスト基板１２とコンタクト層３との間に配置された反射性金属層１３によって形成される。ＤＢＲ４及び反射性金属層１３の構造及び反射率は、図１ＡのＤＢＲ４及びコンタクト１０と同様とすることができる。図１Ａにおけるように、ＤＢＲ４は、光が共振空洞から取り出される面である。共振空洞の長さ及び活性領域６の配置は、図１Ａに関して上述と同様とすることができる。
【００２０】
図６は、図５のデバイスの平面図である。光がＤＢＲ４を通って共振空洞から取り出され、且つコンタクト層８の表面を通ってデバイスから取り出されるので、ｎ−コンタクト１０は、コンタクト層８に電気コンタクトを形成するのに必要とされるコンタクト層８のわずかな表面を覆うように構成される。通常、コンタクト１０は、コンタクト層８の９０％が空いているように堆積され、コンタクト１０はコンタクト層の１０％に接触する。図６に示される実施形態において、ｎ−コンタクト１０はコンタクト層８を取り囲むリングを形成する。他の実施形態においては、ｎ−コンタクト１０は網状体とすることができる。ｐ−コンタクト９は、層１４に隣接するコンタクト層３上に形成される。ｐ−コンタクト及びｎ−コンタクトは、図７に示されるように、サブマウント上のボンディングパッドにトレースによって、又は、ホスト基板１２内のスルー式導電性領域に接続される。
【００２１】
幾つかの実施形態においては、図５及び図６に示されたデバイスは、ＤＢＲ４が、コンタクト層８とクラッド領域７との間に成長し、ホスト基板１２と反射層１３が透明層１及び２と置き換えられていることを除けば、図４に上述されたように形成される。図５の構造は、図５の構造のデバイスのｐ型層の前に、ＤＢＲ４が成長する点において、図１Ａの構造を越える利点を提供する。ｐ型材料は、他の材料よりも粗い表面形態を有して成長することが知られており、これは、ｐ型材料を覆って成長するＤＢＲのミラー平面性及び機能を阻害する可能性がある。幾つかの実施形態において、ＤＢＲ４及びコンタクト層８は、分離されたＧａＡｓ基板上に成長し、次いで、クラッド領域に結合されたウェハー上に成長する。その後、ＧａＡｓ基板が除去される。
【００２２】
図７及び図８には、本発明の垂直型の実施形態が示される。図５のデバイスと同様に、光はコンタクト層８の表面でデバイスから取り出される。共振空洞は、ＤＢＲ４及び反射性金属層１３によって形成される。コンタクト層８の周りのリングを形成するｎ−コンタクト１０は、デバイスのｎ−側に電気的に接触する。反射性金属層１３の一部は、デバイスのｐ−側に電気的に接触する。コンタクト層３に結合されたホスト基板は、導電性領域１６及び１７、並びに絶縁層１２を含み、該ホスト基板はｎ−コンタクト１０及び反射性ｐ−コンタクト１３に電気的に接続する。ホスト基板１２は、例えばシリコン基板とすることができ、導電性領域１６及び１７は、金属又は高度にドープされた半導体領域とすることができる。コンタクト１０は、エピタキシャル層１４の１つ又はそれ以上の側部に下降して延びるコンタクト材料の層によって導電性領域１６に接続する。層１４は、絶縁層１５によってコンタクト材料から電気的に絶縁される。反射性金属材料１３の一部は、ｐ−コンタクト導電性領域１７に電気的に接続され、ｎ−コンタクト導電性領域１６もまた、絶縁層１５によって絶縁される。図７及び図８に示されるデバイスは、例えば、導電性領域１６及び１７の裏面に電気的及び物理的に接続されたハンダ接合部によって、他のデバイス上に表面実装可能とすることができる。この方法で表面実装可能なホスト基板の実施例は、「Ｍｏｕｎｔ  ｆｏｒ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅ」と題されて２００３年７月３１日に出願された出願シリアル番号（代理人整理番号ＬＵＭ−Ｍ−１２４１８ＵＳ）により詳細に説明されており、本特許は引用により本明細書に組み込まれる。
【００２３】
発光デバイス内に共振空洞を含むことにより、活性領域が生成する光をデバイスの表面に垂直な方向に集中させる利点が得られる。ディスプレイなどの特定の方向への発光が要求される用途が含まれる場合には、共振空洞デバイスは、等方的に発光する、共振空洞の無いデバイスよりも効率的とすることができ、これは、好ましい方向でない方向への発光は損失となる可能性が高いことによる。加えて、共振空洞デバイスは、デバイスの表面に垂直な方向に光を集中させるように構成することができることから、他の方向に放出された光を捕捉するために通常使用される、反射カップなどの構造体は、共振空洞デバイスには必要とされない可能性があり、有利には、共振空洞デバイスのソースのサイズを小さくすることができる。
【００２４】
上述の実施形態はＩＩＩ族リン化物デバイスであるが、幾つかの実施形態は、ＩＩＩ族窒化物デバイスに適用することができる。例えば、図１Ａのデバイスにおいて、ＩＩＩ族窒化物デバイス内では、ＤＢＲ４はコンタクト層３の反対側に形成することができ、且つ、例えば、デバイスの成長後に堆積された誘電体層とすることができる。図５のデバイスにおいて、ＤＢＲ４はまた、デバイスの成長後に堆積された誘電体層とすることができる。コンタクト１０は、誘電体層上に堆積することができないので、ＤＢＲ４の一部を除去して、層７のメサを露出させ、その上にコンタクト１０を形成することができる。
【００２５】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者であれば、本開示が与えられたならば、本明細書に記載された本発明の精神から逸脱することなく、本発明に対する修正を行うことができることが理解されるであろう。従って、本発明の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されることを意図するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１Ａ】本発明によるフリップチップＲＣＬＥＤの断面図である。
【図１Ｂ】図１Ａに示されたデバイスのためのｐ−コンタクトの図である。
【図１Ｃ】図１Ａに示されたデバイスのためのｎ−コンタクトの図である。
【図２Ａ】大接合点フリップチップＲＣＬＥＤの接触方式の平面図である。
【図２Ｂ】大接合点フリップチップＲＣＬＥＤの接触方式の断面図である。
【図３Ａ】小接合点フリップチップＲＣＬＥＤの接触方式の平面図である。
【図３Ｂ】小接合点フリップチップＲＣＬＥＤの接触方式の断面図である。
【図４】図１ＡによるＩＩＩ族リン化物ＲＣＬＥＤを形成する方法の図である。
【図５】本発明の実施形態によるエピタキシ・アップＲＣＬＥＤの断面図である。
【図６】図５のデバイスの平面図である。
【図７】本発明の実施形態による表面実装可能基板上の垂直ＲＣＬＥＤの断面図である。
【図８】図８のデバイスの平面図である。
【図９】従来技術のＲＣＬＥＤの図である。
【符号の説明】
【００２７】
３  コンタクト層
４  ＤＢＲ
５  クラッド領域
６  活性領域
７  クラッド領域
８  コンタクト層
９  コンタクト
１０  コンタクト
１２  ホスト基板
１３  反射性金属層
１４  エピタキシャル層
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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