(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
内部に発光領域を含む前記基板上のエピタキシャル領域と、
前記エピタキシャル領域上の反射層側壁を含む反射層、および前記反射層と前記エピタキシャル領域との間のオーミックコンタクト層側壁を含むオーミックコンタクト層を有する多層導電スタックと、
前記反射層側壁直上、および前記オーミックコンタクト層側壁直上に延びる前記反射層直上の導電バリア層であって、複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層を含み、前記第１の副層は、その内部に結晶粒界を含み、および前記第２の副層は、実質的に結晶粒界を含まない導電バリア層と
を備えたことを特徴とする半導体発光素子。
【請求項２】
前記導電バリア層は、前記多層導電スタック外部の前記エピタキシャル領域上へさらに延びていることを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記第１の副層は、その内部に段状の煉瓦壁構造を画定するように配列された結晶粒界を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記第１の副層は、チタンタングステンを含み、および前記第２の副層は、白金、チタンおよび／またはニッケルを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第１の副層は、チタンタングステンを含み、および前記第２の副層は、白金、チタンおよび／またはニッケルを含むことを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第１の副層は、前記反射層からの金属の移動を抑制するように構成され、および前記第２の副層は、前記第１の副層内の少なくとも一部の結晶粒界が該第２の副層を横切って伝播するのを防止するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記第１の副層は、前記反射層からの金属の移動を抑制するように構成され、および前記第２の副層は、前記第１の副層内の少なくとも一部の結晶粒界が該第２の副層を横切って伝播するのを防止するように構成されたことを特徴とする請求項３に記載の発光素子。
【請求項８】
前記第２の副層は、前記第１の副層よりも薄いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項９】
前記複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層は、前記反射層に最も近接した第１の副層と、前記反射層から最も離れた第１の副層とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１０】
前記反射層から最も遠い前記第１の副層は、前記反射層に最も近接した前記第１の副層よりも厚いことを特徴とする請求項９に記載の発光素子。
【請求項１１】
前記第２の副層は、前記第１の副層よりも薄いことを特徴とする請求項５に記載の発光素子。
【請求項１２】
前記複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層は、前記反射層に最も近接した第１の副層と、前記反射層から最も離れた第１の副層とを含むことを特徴とする請求項１１に記載の発光素子。
【請求項１３】
前記反射層から最も遠い前記第１の副層は、前記反射層に最も近接した前記第１の副層よりも厚いことを特徴とする請求項１２に記載の発光素子。
【請求項１４】
前記第１の副層は、厚さが約１０００Åのチタンタングステン副層を含み、および前記第２の副層は、厚さが約５００Åの白金副層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１５】
前記第１の副層は、厚さが約１０００Åのチタンタングステン副層を含み、前記第２の副層は、厚さが約５００Åの白金副層を含み、前記反射層に最も近接した前記第１の副層は、厚さが約１０００Åのチタンタングステン副層を含み、および前記反射層から最も遠い前記第１の副層は、厚さが約５０００Åのチタンタングステン副層を含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光素子。
【請求項１６】
前記反射層側壁に隣接する前記導電バリア層は、該導電バリア層の内部で割れが発生するのを少なくとも一部は防止するように構成されたことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１７】
前記基板は炭化ケイ素を含み、および前記エピタキシャル領域は窒化ガリウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１８】
前記オーミックコンタクト層は、白金、パラジウム、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、チタン、および／またはチタン／金を含み、および前記反射層は、アルミニウムおよび／または銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項１９】
前記反射層は、銀を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項２０】
前記第１の副層は、前記反射体からの金属の移動を抑制するに足るほど充分に厚いが、前記第１の副層の割れを少なくともある程度防止するに足るほど充分に薄く、および前記第２の副層は、前記第１の副層内の結晶粒界が該第２の副層を横切って伝播するのを少なくとも一部は防止するに足るほど充分に厚いが、前記多層導電スタックの抵抗を悪化させないほど充分に薄いことを特徴とする請求項１に記載の発光素子。
【請求項２１】
基板と、内部にデバイス領域を含む該基板上のエピタキシャル領域と、前記エピタキシャル領域上の反射層側壁を含む反射層と、前記反射層および前記エピタキシャル領域の間のオーミックコンタクト層側壁を含むオーミックコンタクト層とを有する多層導電スタックとを含む半導体発光素子の製造方法であって、
前記反射層側壁直上および前記オーミックコンタクト層側壁直上に延びる導電バリア層を、前記反射層直上に形成するステップであって、前記導電バリア層を複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層として形成し、前記第１の副層は、その内部に結晶粒界を含み、および前記第２の副層は、実質的に結晶粒界を含まないステップ
を備えたことを特徴とする方法。
【請求項２２】
前記形成するステップは、
前記反射層側壁直上、前記オーミックコンタクト層側壁直上、および前記多層導電スタック外部の前記エピタキシャル領域直上に延びる導電バリア層を、前記反射層直上に形成するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１の副層は、前記結晶粒界が該第１の副層の段状の煉瓦壁構造を画定するように配列されたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記バリア層を複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層として形成するステップは、前記第２の副層を前記第１の副層よりも薄くなるように形成するステップを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層を第１の副層で終端させて、外部副層を画定するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
前記外部副層は、前記第１の副層よりも厚いことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２の副層は、前記第１の副層よりも薄いことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２８】
前記基板は炭化ケイ素を含み、および前記エピタキシャル領域は窒化ガリウムを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２９】
前記反射層は銀を含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項３０】
前記バリア層を複数の第１および第２の副層を交互に重ねた層として形成するステップは、
前記第１の副層を、前記反射体からの金属の移動を抑制するに足るほど充分に厚く、かつ前記第１の副層の割れを防止するに足るほど充分に薄く形成するステップと、前記第２の副層を、前記第１の副層内の結晶粒界が該第２の副層を横切って伝播することを少なくともある程度防止するに足るほど充分に厚く、かつ前記多層導電スタックの抵抗を悪化させないほど充分に薄く形成するステップとを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロエレクトロニックデバイスおよびその製作方法に関し、より詳細には、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、民生用および商業用として広く用いられている。当業者にはよく知られているように、発光ダイオードは、一般に、マイクロエレクトロニック基板上にダイオード領域を含む。マイクロエレクトロニック基板は、例えば、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、それらの合金、炭化ケイ素および／またはサファイアを含む。ＬＥＤの開発を続けた結果、可視スペクトルおよびその先の領域の光まで出力でき、高効率で機械的に堅固な光源がもたらされた。これらの特質が、固体素子の潜在的に長い有効寿命と相まって、表示装置への新しい様々な応用が可能となり、ＬＥＤは、十分に確立された白熱ランプおよび蛍光ランプと競える位置につくことが可能である。
【０００３】
窒化ガリウム（ＧａＮ）系ＬＥＤは、一般に、複数のＧａＮ系エピタキシャル層を堆積させた炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはサファイアなどの絶縁基板または半導体基板を含む。エピタキシャル層は、通電時に発光するｐｎ接合を有する活性領域またはダイオード領域を含む。
【０００４】
ＬＥＤは、パッケージまたはリードフレームとも呼ばれる（以降「サブマウント」とする）サブマウント上に基板側を下にして実装することができる。これに対し、発光ダイオードをフリップチップ実装する場合は、基板側を上にして（つまり、サブマウントから離れて）ＬＥＤをサブマウント上へ実装する。光は基板を透過して抽出され放出される。フリップチップ実装は、ＳｉＣ系ＬＥＤを実装するのには特に望ましい技術である。特に、ＳｉＣは、ＧａＮよりも高い屈折率を有するので、活性領域またはダイオード領域に発生した光は、一般に、ＧａＮ／ＳｉＣ界面において、内部全反射（つまり、ＧａＮ系の層内部へ反射）されるわけではない。ＳｉＣ系ＬＥＤをフリップチップ実装することにより、この分野ではよく知られている特定の基板形成技術の効果を改善することもできる。ＳｉＣ系ＬＥＤをフリップチップ実装することによって、熱放散の改善など、ＬＥＤの特定の用途によっては、望ましい他の利点が得られる。
【０００５】
ＳｉＣは、高屈折率を有するため、ＳｉＣ基板を通過した光は、基板表面に対する入射角が非常に小さい場合を除き（つまり、かなり通常に近い場合）、表面において基板内に内部全反射される傾向がある。内部全反射される臨界角は、一般に、ＳｉＣと共に界面を形成する材料に応じて決まる。より多くの光線がＳｉＣの表面に小さい入射角で当たるようにして内部全反射が制限されるようにＳｉＣ基板を形成すれば、ＳｉＣ系ＬＥＤからの光出力を増大させることは可能である。従来技術では、このようないくつかの形成技術およびその結果形成されたデバイスが示されている（例えば、特許文献１「Light Emitting Diodes Including Modifications for Light Extraction and Manufacturing Methods Therefor」参照）。
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００２／０１２３１６４Ａ１号
【特許文献２】米国特許出願公開第２００３／００４２５０７Ａ１号
【特許文献３】米国特許出願公開第２００３／００４５０１５Ａ１号
【非特許文献１】Schutze著「Corrosion and Environmental Degradation」、第ＩＩ巻、2000年、p. 451〜452
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
フリップチップ実装の一つの潜在的な問題としては、従来技術を用いてＬＥＤをサブマウント上に実装する場合、銀エポキシなどの導電性ダイ接着材が、ＬＥＤ上および／またはパッケージ上に堆積され、ＬＥＤとサブマウントが互いに圧迫される。これにより、粘性のある導電性ダイ接着材が押し出されることがあり、Ｎ型基板および／またはデバイス内の層と接触し、それにより、ショットキーダイオード接続が形成され、それが活性領域内のｐｎ接合の短絡を引き起こす可能性がある。
【０００８】
はんだ付け、サーモソニックスクラビング（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ  ｓｃｒｕｂｂｉｎｇ）結合および／または熱圧着結合によって成される金属−金属結合が、代替の接着技術となる。しかし、多くのはんだの構成成分はスズ（Ｓｎ）であり、結合表面からデバイス内へＳｎが移動すると、デバイスに望ましくない劣化が生じる可能性がある。このような移動によって、オーミックコンタクト部などの金属−半導体界面および／またはミラーの役割を果たす反射界面などの金属−金属界面の機能に支障をきたす可能性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一部の態様による発光ダイオードなどの半導体発光素子は、基板と、基板上に設けられ、内部に発光ダイオード領域などの発光領域を含むエピタキシャル領域と、エピタキシャル領域上に設けられ、反射層側壁を含む反射層を備える多層導電スタックとを含む。反射層上にバリア層が形成され、反射層側壁上に延びている。他の態様では、多層導電スタックは、反射体とエピタキシャル領域の間に、オーミック層側壁を含むオーミック層をさらに備える。バリア層は、オーミック層側壁上にさらに延びている。本発明の、他の態様では、バリア層は、多層導電スタック外部のエピタキシャル領域上にさらに延びている。
【００１０】
本発明の他の態様では、バリア層は、交互に重ねた複数の第１および第２の副層を備える。一部の態様では、第１の副層が内部に結晶粒界を含むが、第２の副層は実質的に結晶粒界を含んでいない。他の態様では、第１の副層が、第１の副層からなる段状の煉瓦壁構造を画定するように配列された結晶粒界を含む。他の態様では、第１の副層がチタンタングステンを含み、第２の副層が白金、チタンおよび／またはニッケルを含む。
【００１１】
一部の態様では、第１の副層が、反射層からの金属の移動を抑制するように構成され、第２の副層は、第１の副層内の少なくとも一部の結晶粒界が第１の副層を越えて伝播するのを抑制するように構成されている。他の態様では、交互に重ねた複数の第１および第２の副層が、第１の副層を含む第１および第２の外部副層を画定している。他の態様では、第２の外部副層の厚さが、第１の外部副層の厚さよりも厚い。
【００１２】
本発明の他の態様は、反射層上に反射層側壁上に延びるバリア層を形成することによって、金属が半導体発光素子の反射層からエピタキシャル領域内へ移動するのを抑制する方法を提供する。他の態様では、バリア層がオーミック層側壁上に延びるように形成される。他の態様では、バリア層が多層導電スタック外部のエピタキシャル領域上へ延びている。
【００１３】
本発明の他の態様は、バリア層を、反射層側壁に隣接するバリア層の割れを抑制できる交互に重ねた複数の第１および第２の副層として形成する。第１および第２の副層は、第１の副層で終端可能な段状の煉瓦壁構造を画定して外部副層を画定することができる。この場合、第２の副層は、第１の副層よりも薄く、外部副層は、第１の副層よりも厚い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態が示される添付の図を参照して、本発明をより詳しく説明する。しかし、本発明は、多数の代替形式で実施可能であり、本明細書に記載した実施形態に限定されると理解すべきでない。
【００１５】
従って、本発明は、様々な変更および代替の形式が可能であるが、一例として本発明の特定の実施形態を図に示し、本明細書で詳細に説明する。しかし、本発明は、開示される特定の形式に限定せず、特許請求の範囲で定義される本発明の趣旨および範囲に含まれるあらゆる変更、同等物および代替物を含むことを理解されたい。図の説明を通して、同様の要素には同じ参照番号を付す。図では、理解しやすいように、層および領域の寸法を誇張して示す場合がある。層、領域または基板などの要素が別の要素の「上」にあると言われている場合は、その要素は、別の要素上に直接設けられていてもよく、間に入る要素が存在してもよいことも理解されよう。これと対照的に、層、領域または基板などの要素が別の要素の「上に直接」置かれていると言われている場合は、間に入る要素は存在しない。さらに、本明細書で説明し例示する各実施形態は、その逆の導電型の実施形態も含む。
【００１６】
以下に、炭化ケイ素系の基板上に設けられた窒化ガリウム系発光ダイオードに関して、本発明を一般的に説明する。しかし、本発明の多くの実施形態において、放射光に対して非吸収性または透過性の基板と、屈折率が一致する発光ダイオードのエピタキシャル層との任意の組合せが使用可能であることが、当業者には理解されよう。本発明の一部の実施形態では、基板の屈折率が、ダイオードの屈折率よりも大きい。従って、ＧａＰ基板上のＡｌＧａＩｎＰダイオード、ＧａＡｓ基板上のＩｎＧａＡｓダイオード、ＧａＡｓ基板上のＡｌＧａＡｓダイオード、ＳｉＣ基板上のＳｉＣダイオード、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）基板上のＳｉＣダイオード、および／または窒化ガリウム、炭化ケイ素、窒化アルミニウム、酸化亜鉛および／または他の基板上の窒化物系ダイオードなどの組合せが含まれ得る。最後に、本明細書では本発明の実施形態を、内部に発光ダイオード領域を含むエピタキシャル領域を有する発光ダイオードに関して記述するが、本発明の他の実施形態を、レーザダイオード領域などの発光領域を内部に含むエピタキシャル領域を有するレーザなど他の半導体発光素子と共に使用することも可能であることが理解されよう。
【００１７】
本発明の一部の実施形態は、ＬＥＤデバイス上に、はんだ付けおよび／またはサーモソニックスクラブ結合（ｔｈｅｒｍｏｓｏｎｉｃ  ｓｃｒｕｂ  ｂｏｎｄｉｎｇ）によるダイ接着に十分に適応できる結合領域を画定する不働態化層を周囲に有する金属スタックを提供する。本発明の他の実施形態は、はんだ付けおよび／またはサーモソニック結合を使用してフリップチップ実装でき、ＬＥＤの金属および／または半導体層の好ましくない劣化を低減または解消できるバリア層を含むＬＥＤデバイスを提供する。本発明の他の実施形態は、不働態化層およびバリア層の両方を提供することができる。本発明の他の実施形態は、これらのＬＥＤデバイスの製作方法を提供する。本発明の一部の実施形態による不働態化層は、ダイオード領域全体にわたる短絡を防止する手段を提供する。さらに、本発明の一部の実施形態によるバリア層は、スズおよび／または他の好ましくない材料がＬＥＤ内に移動するのを抑制する手段を提供することができる。
【００１８】
サファイアベースの従来の手法では、ＬＥＤは、チップまたはダイとも呼ばれるか、透明なエポキシ化合物と共にサブマウントに接着される。導電性ＳｉＣ基板を有するＬＥＤの場合は、ＬＥＤとサブマウントを互いに接着するために、導電性銀で充填したエポキシ化合物が一般に使用される。ＳｉＣまたはサファイア基板上に設けられた従来の窒化物系ＬＥＤは、一般に、基板がエピタキシャル側を上に向けてサブマウントに結合されたパッケージである。
【００１９】
従来のＳｉＣ系ＬＥＤの一部の実施形態は、ｎ型導電基板、ならびにその基板上に設けられ、ダイオード領域を画定する１つまたは複数のｎ型エピタキシャル層と１つまたは複数のｐ型エピタキシャル層とを含むエピタキシャル領域を有する。ＬＥＤ表面のｐ型エピタキシャル領域に透明なオーミックコンタクト部を形成することができる。特許文献１で論じられているように、デバイスからの光抽出を改善するためには、薄い透明なオーミックコンタクト部を覆うように反射層を形成するのが有益である。反射層は、薄いコンタクト部の全体に電流を均一に行き渡らせ、光を反射して基板内に戻し、サブマウントから遠ざけることも可能である。
【００２０】
残念ながら、はんだ結合またはサーモソニック／熱圧着結合によりＳｎおよび／または他の異物が結合表面から反射層へ移動した場合、その反射層は、反射し難くなる場合がある。さらに、異物が反射体を超えて、透明なオーミックコンタクト部まで移動した場合は、その透明なオーミックコンタクト部には、高い比接触抵抗が生じ、それにより、デバイスの順方向電圧（ＶＦ）が増大する場合がある。この両者の結果は、デバイスの劣化として特徴付けられる可能性がある。
【００２１】
反射層は、Ａｇおよび／またはＡｌを含み、薄い透明なオーミック層は、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ａｕまたはこれらの元素の組合せを含むことができる。残念なことに、Ｓｎは、Ａｇ、Ｐｔ、Ａｕおよび半導体製造に使用される他の多数の金属と容易に合金を形成する。
【００２２】
本発明の一部の実施形態によるＬＥＤのｐ型表面上に形成される（以降、「多層導電スタック」とする）一連の導電層の最初の部分は、オーミック層、反射層およびバリア層を含む。一部の実施形態では、バリア層は、チタン、チタン／タングステン（ＴｉＷ）、および／または窒化チタン／タングステン（ＴｉＮＷ）の薄い層を含む。他の実施形態では、バリア層は、チタン／タングステンからなる第１の層と、第１の層上に設けられ、ニッケルを含む第２の層とを含む。他の実施形態では、バリア層は、オーミック層および反射層の側壁上へ延びており、かつ／または、バリア金属層と第２の金属とを交互に重ねたスタックを含む。
【００２３】
本発明の一部の実施形態では、多層導電スタックのこの部分およびデバイスの最上部は、はんだまたは共晶ダイ接着材で濡れないように、絶縁層などの不働態化層によって不働態化されている。不働態化層は、気相成長法（ＣＶＤ）および／または反応性スパッタリングなどの従来のスピンオン技術または堆積技術によって形成することができ、二酸化ケイ素および／または窒化ケイ素などの絶縁酸化物および／または窒化物を含むことができる。
【００２４】
本発明の一部の実施形態では、次いで、不働態化層の水平寸法（ｌａｔｅｒａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）（つまり表面積）に開口が設けられる。この開口は、バリア層の水平寸法より小さく、バリア層表面の一部のみを露出させる。このような開口は、従来のフォトリソグラフィ技術およびエッチング技術を使用して形成することができる。開口内にＴｉを含む任意選択の接着層を形成し、Ａｕ、Ｓｎおよび／またはＡｕＳｎを含む厚い結合層も形成する。他の実施形態では、接着層と結合層の間に任意選択のはんだ濡れ層が設けられる。はんだ濡れ層によって、はんだとＬＥＤの機械的接続を向上させることができ、それにより、接続の剪断強度を高めることができる。
【００２５】
本発明の一部の実施形態では、電気試験中、プローブの先端で多層導電スタックに機械的応力が加えられる場合、結合層はバリア層を保護することができる。さらに、本発明の他の実施形態では、結合層内のＡｕは、バリア層の酸化を防ぐことができる。本発明の他の実施形態では、共晶ダイ接着材としてＡｕＳｎを結合層内に使用し、はんだ結合の代替手段としてのサーモソニック結合または熱圧着結合を利用してＬＥＤとサブマウントを互いに結合することができる。
【００２６】
本発明の一部の実施形態による多層導電スタックは、固体素子に十分に適応できるので、本発明の一部の実施形態は、ＮｉまたはＮｉＶを使用してはんだバリアを形成した場合に得られる厚さよりもかなり薄いスタックを提供できる。本発明の一部の実施形態では、Ｗ、ＴｉＷおよび／またはＴｉＮＷ、および／またはＷおよびＮｉ層を含むバリア層は、Ｎｉのみをバリア層として使用した場合に得られる厚さの半分未満にすることができる。このことは、固体素子の水平寸法が一般に小さいことを考慮したとき、および垂直寸法（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃａｌ  ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）が大きい場合に、従来の製作技術を使用することによって生じる潜在的な問題を考慮したとき有利となる。このバリア層はまた、Ｓｎの移動および／または他の望ましくない移動に対する所望の垂直方向バリアを提供することができる。
【００２７】
本発明の一部の実施形態による不働態化層は、バリア層が露出している、面積が縮小された開口を除き、ＬＥＤのエピタキシャル面全体を覆うことができ、反射ミラー層またはオーミックコンタクト部内への、あるいは金属スタックの縁部に沿った下方へのＳｎおよび／または他の望ましくない移動を抑制または防止するためのダムを提供できる。導電基板を有するＬＥＤの場合、本発明の一部の実施形態による不働態化層はまた、ダイ接着材が基板に接触して、寄生ショットキーダイオード形成などの望ましくない効果をもたらすことを防ぐ働きもできる。
【００２８】
高出力レベルで動作する大面積のＬＥＤには、熱抵抗が低く、デバイス性能の劣化を緩和し防止するパッケージングを使用できる。エポキシ系ダイ接着材は、金属ダイ接着材と比較して高い熱抵抗を有する可能性がある。フリップチップ構造では、ＬＥＤのｐｎ接合領域を放熱パッケージに極めて近く実装することにより基板の熱抵抗を下げることができる。ＳｉＣの熱抵抗は小さいにもかかわらず、本発明の一部の実施形態では、これを大面積のＳｉＣ系ＬＥＤにも使用することができる。本発明の一部の実施形態によって提供される金属−金属結合は、熱抵抗が高いサファイアの基板を有するＬＥＤにも使用できる。その結果、大面積のＬＥＤに本発明の一部の実施形態を使用し、それにより、接合部を下に向けた（フリップチップ）金属−金属ダイ接着構造利用の恩恵を受けることができる。本発明の他の実施形態は、小面積のＬＥＤに使用することができる。
【００２９】
本発明の一部の実施形態によると、後続のパッケージング、組立ておよび再加工／修復ステップでデバイスが耐えられる許容温度の範囲を広げることもできる。金属−金属結合を、例えば、ＬＥＤをプリント基板に実装する次の熱サイクルで行うことが可能である。ＡｕＳｎによるサーモソニック結合または熱圧着結合により３００℃で、あるいはＳｎＡｇはんだにより２３０℃でＬＥＤダイをそのサブマウントに接着させる場合、ＳｎＰｂはんだを２００℃で使用した後続の処理サイクルでは、ダイ接着ボンドをリフローさせても機械的破損が生じる可能性はない。つまり、高温での後続処理では、ＬＥＤダイがサブマウントから離脱する可能性はない。それとは対照的に、エポキシ系ダイ接着法を用いるＬＥＤは、高い熱サイクルに耐えることができないことがある。しかも、透明なエポキシ化合物は、熱処理中に変色することがあり、好ましくない光減衰をもたらすことがある。
【００３０】
本発明の一部の実施形態によると、ＬＥＤとサブマウントの間に得られるボンドの剪断強度を高めることもできる。はんだバリア層を含めることによって、スズおよび／または他の好ましくない材料がデバイスのエピタキシャル層に達することが抑制または防止されるので金属−半導体界面の接着力を確保することができ、より頑丈で機械的に安定したデバイスを得ることができる。特に、金の結合層の下にニッケルはんだ濡れ層を含む実施形態では、すぐれた剪断強度が発揮されることがあることが分かった。後続のパッケージング、組立ておよび再加工／修復ステップ中の熱サイクルを通じて剪断強度も維持することができる。
【００３１】
さらに、本発明の一部の実施形態では、得られるデバイスの熱伝導性を向上させることができる。この効果は、従来のＬＥＤよりも実質的に大きい電流を伝えることのできる、いわゆる「パワー」ＬＥＤまたは大面積のＬＥＤにおいて特に明らかであろう。このようなＬＥＤにおいて、本発明の一部の実施形態は、金属層内の「ボイド形成」を防止または抑制することができる。ボイド形成とは、金属領域内における物理的なボイドまたはスペース形成を指す。本発明の一部の実施形態では、このような金属層内の緊密な結晶粒組織を維持することができ、それによって、高出力レベルとそれに対応する高接合温度での動作にもかかわらず、デバイスが高熱伝導性を維持できるようになる。熱伝導性が向上すると、ＬＥＤ、特にパワーＬＥＤを包装する封入材の劣化を緩和させることもできる。このような封入材は、一般に、熱の影響を受けやすいため、長時間にわたり高熱にさらされた後、黄ばんで透明度が低くなることがある。ＬＥＤを実装した界面の熱伝導性を向上させることによって、封入材を介しての熱放散が少なくなり、それによって劣化を低減することができる。
【００３２】
図１は、本発明の一部の実施形態によるＬＥＤデバイスの前駆体１０を示し、これは、第１および第２の対向面２０ａおよび２０ｂを有する基板２０と、基板２０の第１の面２０ａ上に形成されたエピタキシャル領域２２とを含む。基板２０は、炭化ケイ素、サファイア、窒化アルミニウム、窒化ガリウムまたはその他の任意の適切な導電性または非導電性基板材料を含むことができる。本発明の一部の実施形態では、基板２０は、導電的にドープされたＳｉＣを含む。本発明の一部の実施形態では、基板２０は、所定の波長範囲内の光放射に対して透過性を有する。本発明の一部の実施形態では、エピタキシャル領域２２は、導電性バッファ層および複数のＩＩＩ族窒化物エピタキシャル層を含み、これらの層の少なくともいくつかが、ダイオード領域を形成する。図１〜１０に示す基板、エピタキシャル層および金属層の寸法は、実物大には描いておらず、説明のために誇張してある。任意選択で、例えばプラズマ促進化学蒸着（ＰＥＣＶＤ）によってエピタキシャル領域２２の表面上に薄いＳｉＯ２および／または他の層（図示せず）を形成して、後続の処理および洗浄ステップ中にその表面を保護することができる。
【００３３】
エピタキシャル領域２２の堆積後、エピタキシャル領域２２を、図２に示すようにパターニングして、側壁３０ａおよび３０ｂをそれぞれ有する複数のメサ３０を形成する。図２には示さないが、メサ３０は、基板２０内へ延びていてもよい。さらに、本発明の一部の実施形態では、メサ３０は、ブランケットエピタキシャル成長とエッチングではなく、マスクの開口による選択的エピタキシャル成長によって形成することができる。
【００３４】
図２をさらに参照すると、本発明による一部の実施形態では、前駆体１０の表面上に、フォトレジスト２４および／またはその他の材料の層を形成してパターニングし、メサ３０の表面を露出させ、それによってメサ３０の表面上に第１の縮小領域３０ｃを画定している。任意選択のＳｉＯ２が存在する場合は、フォトレジスト２４の開口を介してそれをエッチングし、メサ３０内のエピタキシャル領域２２のエピタキシャル表面層上に第１の縮小領域３０ｃを露出させることができる。
【００３５】
次いで、例えば、従来のリフトオフ技術を利用して、メサ３０の第１の縮小領域３０ｃ上に多層導電スタック３５を形成する。図３に示すように、多層導電スタック３５は、オーミック層３２、反射層３４およびバリア層３６を含む。本発明の一部の実施形態では、オーミック層３２は、白金を含むが、他の実施形態では、パラジウム、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、チタンおよび／またはチタン／金を含むことができる。オーミック層の他の実施形態は、特許文献１に記載されている。オーミック層３２がＰｔを含む場合、本発明の一部の実施形態では、その厚さは、約２５Åである。反射層３４は、任意の適切な反射性金属を含むことができ、ＡｌまたはＡｇを含んでいてもよい。本発明の一部の実施形態では、反射層３４の厚さは、約１０００Åである。反射層の他の実施形態は、特許文献１に記載されている（参照）。
【００３６】
本発明の一部の実施形態では、バリア層３６は、はんだに対するバリア層とすることができ、スズなどのはんだ金属が反射層３４および／またはオーミック層３２と反応するのを防止している。バリア層３６は、Ｗ、ＴｉＷおよび／またはＴｉＮ／Ｗからなり、本発明の一部の実施形態では、厚さが約５００Åから約５０，０００Åの間であり、本発明の他の実施形態では、約５０００Åである。本発明の他の実施形態では、バリア層３６は、約５％のＴｉと約９５％のＷからなる組成物を有するＴｉＷを含むことが可能である。
【００３７】
タングステンまたはチタン／タングステンを含み、厚さが約５００Åから約３０００Åの間のバリア層３６の他の実施形態は、（下記の）はんだ結合操作を約２１０℃未満のリフロー温度で行う場合に使用できる。例えば、約１９０℃から約２１０℃のリフロー温度で共晶金／鉛／スズはんだを使用する場合、本発明の一部の実施形態による、厚さが約５００Åから約３０００Åの間のチタン／タングステンを含むバリア層を使用することができる。
【００３８】
本発明の他の実施形態では、リフロー温度が約２２０℃から約２６０℃のスズ、銀およびアンチモンを含むはんだなど他のはんだに対処するために、より高いリフロー温度を使用してもよい。これらのはんだの一例が、約９６．５％のスズおよび約３．５％の銀からなるケスター（Ｋｅｓｔｅｒ）社製のＲ２７６ＡＣ銀−スズはんだペーストである。従って、本発明の一部の実施形態では、バリア層３６は、厚さ約５０００Åのタングステンまたはチタン／タングステンからなる第１の層３６ａと、第１の層３６ａ上に設けられた厚さ約２０００Åのニッケルを含む第２の層３６ｂとを備える。本発明の一部の実施形態は、約３２５℃から約３５０℃の間の温度に約５分間耐えられ、順方向電圧（ＶＦ）の実質的な増大またはＬＥＤの光出力の低下をまねかないことが分かった。従って、本発明の一部の実施形態では、タングステンまたはチタン／タングステンからなる層３６ａと、ニッケルからなる層３６ｂとを含む多層バリア層３６は、リフロー温度が約２００℃より高いはんだと共に使用される。本発明の他の実施形態では、これらの多層バリア層は、リフロー温度が約２５０℃より高いはんだと共に使用することができる。
【００３９】
本発明の一部の実施形態では、タングステン、銀および白金は、例えば、Ｅビーム技術を使用して堆積される。ＴｉＷは、Ｅビーム技術を使用して堆積可能であるが、本発明の他の実施形態では、ＴｉおよびＷが同時にスパッタリングにより堆積される。さらに、本発明の他の実施形態では、窒素雰囲気中でスパッタリングによりＴｉＷを堆積させ、スズ拡散のバリアともなるＴｉＮ／ＴｉＷ層を形成できる。
【００４０】
本発明の他の実施形態では、本質的にニッケルまたはＮｉＶからバリア層３６を構成できる。本発明の他の実施形態では、バリア層３６は、厚さが約５００Åから１０，０００Åの間の金の層で完全に覆われた、厚さ２５００Åのニッケルはんだバリアを含むことができる。金層は、ニッケル層の酸化を防止できる。ただし、ニッケルバリア層を使用すると、スズが移動するため、高温かつ高電流での光学的および電気的性能に、許容しがたい大きな低下をきたす場合がある。しかも、厚いニッケルフィルムは、フィルム応力が高い可能性があるので使用し難いことがある。そのため、ニッケルが、隣接する反射層および／またはオーミック層から剥離するおそれが生じる可能性がある。さらに、バリア層の縁部にはＡｕが存在するため、Ｓｎがバリアの縁部に沿って下方へ、かつバリア周囲に移動する経路が形成されることがある。
【００４１】
次に図４を参照すると、本発明の一部の実施形態では、デバイス前駆体１０の第１の（またはエピタキシャル側の）表面２０ａ上に不働態化層４０を堆積あるいはその他の方法で形成する。本発明の一部の実施形態では、不働態化層４０は、（化学量論量または非化学量論量で堆積させられることができる）ＳｉＯ２および／またはＳｉＮを含むことができるので、ＰＥＣＶＤおよび／または反応スパッタリングなどの従来の技術で堆積させることができる。本発明の一部の実施形態では、不働態化層４０の厚さは、約１５００Åである。図４にも示すように、このブランケット堆積によって、メサ３０および多層導電スタック３５の側壁上、ならびにバリア層３６の露出面上にも不働態化層が形成される。
【００４２】
次に図５を参照すると、エッチング用マスク（フォトレジストなどの）を用いて不働態化層４０をパターニングして、第１のパターン化された不働態化層４０ａを提供し、バリア層３６の表面の第２の縮小領域部３６ｃを選択的に露出させている。本発明の他の実施形態では、リフトオフ技術を使用してバリア層３６の表面の第２の縮小領域部３６ｃを露出させることができる。本発明の他の実施形態では、不働態化層４０ａを選択的に堆積させることができ、従って、別にパターニングステップを使用する必要がなくなる。
【００４３】
図５をさらに参照すると、次いで、バリア層３６の第２の縮小領域３６ｃ上に、例えば、Ｔｉを含む任意選択の接着層５５を堆積させ、その接着層５５上に結合層６０を堆積させる。これらの堆積は、パターン化された不働態化層４０ａをマスクとして使用し、かつ／またはリフトオフ技術を用いて行うことができる。本発明の一部の実施形態では、接着層５５の厚さは、約１０００Åである。一部の実施形態では、結合層６０は、Ａｕ、Ｓｎおよび／またはＡｕＳｎを含むことができ、厚さは、約１０００Åである。本発明の一部の実施形態では、結合層６０の厚さは、最大で（Ａｕの場合）約１μｍまたは（ＡｕＳの場合）約１．７μｍとすることができる。ただし、一部の実施形態では、約１０００Åより厚いＡｕの層を使用すると、はんだリフロー処理に整合性がなくなるか、はんだ接着部のＡｕが脆化することがあり、それによって、剪断強度の低下を招くことがある。図に示すように、本発明の一部の実施形態によると、パターン化された不働態化層４０ａは、接着層５５および結合層の側壁上にもある。他の実施形態では、パターン化された不働態化層４０ａは、接着層５５および結合層６０の側壁上に延びてはいない。これらの実施形態では、不働態化層は、導電スタック３５の側壁上に延びていてもよい。本発明の他の実施形態によると、結合層６０は、多層導電スタック３５からパターン化された不働態化層４０ａの先まで延びている。他の実施形態では、結合層６０は、パターン化された不働態化層４０ａの外表面を越えて延びてはいない。
【００４４】
導電性基板上に形成されたデバイスの場合、エピタキシャル領域に対向する第２の基板面２０ｂ上にオーミックコンタクト部およびワイアボンドパッド（図示せず）を形成して、垂直導電デバイスを形成する。このような実施形態が多数、特許文献１に記載されている。非導電性基板上に形成されたデバイスの場合、オーミックコンタクト部および金属結合層（図示せず）は、デバイスのｎ型エピタキシャル領域に形成して、水平導電デバイスを形成することができる。このような実施形態が多数、特許文献１に記載されている（。
【００４５】
次に図６を参照すると、前駆体１０は、個々の発光ダイオード１００にダイスされる。図６は、また、ＬＥＤ１００は、光抽出を高めるための斜面側壁構造７０を有するように切断できることを示す。基板形成に関する他の多くの実施形態が特許文献１に記載されている。
【００４６】
従って、図６は、本発明の一部の実施形態による発光ダイオード１００を示し、これは、基板２０と、基板２０上に設けられ、ダイオード領域を内部に含むエピタキシャル領域（上記ではメサという）３０と、基板２０に対向するエピタキシャル領域３０上に設けられた多層導電スタック３５と、エピタキシャル領域３０に対向する多層導電スタック３５上に少なくとも部分的に延び、エピタキシャル領域３０に対向する多層導電スタック３５上に縮小結合領域３６ｃを画定する不働態化層４０ｂとを含む。一部の実施形態では、不働態化層４０ｂは、多層導電スタック３５全体にわたり、さらにエピタキシャル領域３０全体にわたって第１の基板面２０ａ上へも延びている。やはり図６に示すように、本発明の一部の実施形態では、多層導電スタック３５およびエピタキシャル領域３０の両方が、側壁を有し、不働態化層４０ｂが、多層導電スタック３５およびエピタキシャル領域３０の側壁上に延びている。やはり図６に示すように、結合領域３６ｃ上に結合層６０が設けられている。結合層６０は、結合層側壁も含み、不働態化層４０ｂは、結合層の側壁上へ延びていてもいなくてもよい。最後に、多層導電スタック３５と結合層６０の間に接着層５５を設けてもよく、不働態化層４０ｂは、やはり、接着層５５および／または結合層６０の側壁上へ延びていてもいなくてもよい。
【００４７】
図６をさらに参照すると、本発明の一部の実施形態では、基板２０は、エピタキシャル領域３０に隣接した第１の面２０ａと、エピタキシャル領域に対向する第２の面２０ｂを有する。図６に示すように、結合層６０は、多層導電スタック３５よりも表面積が小さく、多層導電スタック３５は、エピタキシャル領域３０よりも表面積が小さい。エピタキシャル層３０は、第１の面２０ａよりも表面積が小さい。第２の面２０ｂも、第１の面２０ａより表面積が小さい。
【００４８】
図６は、また、本発明の一部の実施形態による発光ダイオードを示し、これは、互いに対向する第１の面２０ａと第２の面２０ｂを有する基板２０を含み、第２の面２０ｂは、第１の面よりも表面積が小さい。エピタキシャル領域３０は第１の面２０ａ上にあり、その内部にダイオード領域を含む。オーミック層３２は、基板２０に対向するエピタキシャル領域３０上にある。反射層３４は、エピタキシャル領域３０に対向するオーミック層３２上にある。バリア層３６は、オーミック層３２に対向する反射層３４上にある。接着層５５は、反射層３４に対向するバリア層３６上にある。最後に、結合層６０は、バリア層３６に対向する接着層５５上にある。
【００４９】
やはり図６に示すように、本発明の一部の実施形態では、バリア層３６は、タングステン、チタン／タングステン、および／または窒化チタン／タングステンを含む。本発明の他の実施形態では、スズに対するバリア層３６は、タングステンを含む第１の層３６ａと、タングステンを含む第１の層３６ａ上に設けられた、ニッケルを含む第２の層３６ｂとを含む。
【００５０】
やはり図６に示すように、本発明の一部の実施形態では、エピタキシャル領域３０は、第１の面２０ａよりも表面積が小さい。バリア層３６、反射層３４およびオーミック層３２は、表面積が同じで、その表面積は、エピタキシャル領域３０の表面積よりも小さい。接着層５５および結合層６０は、表面積が同じで、その表面積は、バリア層３６、反射層３４およびオーミック層３２の表面積よりも小さい。
【００５１】
最後に、やはり図６に示すように、本発明の一部の実施形態では、エピタキシャル領域３０、オーミック層３２、反射層３４、バリア層３６、接着層５５および結合層６０は、それぞれ側壁を含み、発光ダイオード１００は、さらにエピタキシャル領域３０、オーミック層３２、反射層３４およびバリア層３６の側壁上に不働態化層４０ｂを含む。不働態化層は、接着層５５および／または結合６０の側壁上に延びていても延びていなくてもよい。不働態化層４０ｂは、基板２０の第１の面２０ａ上に延びていてもよい。
【００５２】
図７は、結合層６０が、はんだ濡れ層６２と、濡れ不働態化層６４を含む本発明の他の実施形態を示す。一部の実施形態では、はんだ濡れ層６２は、ニッケルを含み、厚さが約２０００Åである。一部の実施形態では、濡れ不働態化層６４は、Ａｕを含み、厚さが約５００Åである。本発明の一部の実施形態によれば、ニッケルのはんだ濡れ層６２を使用すると、ハンダへの機械的結合を向上させることができ、これにより接続の剪断強度が高まり、機械的破損の可能性を減少させることができる。
【００５３】
図８は、結合層６０および任意選択の接着層５５が不働態化層４０ｂの外縁４０ｃより先には延びていない、本発明の他の実施形態を示す。本発明の一部の実施形態によると、この構成は、はんだ結合を使用してＬＥＤをリードフレームに実装する場合に使用できる。
【００５４】
図１〜８は、また、本発明の一部の実施形態による複数の発光ダイオードを製作する方法を示す。これらの方法は、基板２０上に、内部にダイオード領域を含む複数のメサ領域３０を、間隔を置いてエピタキシャルに形成するステップを含む（図２）。メサ領域上に、第１の縮小領域３０ｃを画定する（図２）。メサ領域３０の第１の縮小領域３０ｃ上にバリア層を含む多層導電スタック３５を形成する（図３）。メサ領域３０間の基板２０の上と、メサ領域の露出した部分の上と、多層スタック３５の露出した部分の上とに不働態化層４０ａを形成し、不働態化層４０ａによって、多層導電スタック３５の上に第２の縮小領域３６ｃを画定する（図４および５）。次いで、多層導電スタック３５の第２の縮小領域３６ｃ上に結合層６０を形成する（図５）。メサ３０間で基板２０をダイスし、複数の発光ダイオード１００を生成する（図６）。
【００５５】
次に図９および１０を参照すると、ＬＥＤ１００をダイスカットした後、そのＬＥＤと導電性サブマウント７５を互いに接着する。図９は、サーモソニック結合および／または熱圧着結合を利用し、エピタキシャル側を下にしてＬＥＤ１００を実装し、「フリップチップ」構成とした、本発明の実施形態を示す。すなわち、例えば特許文献２に開示されているように、エポキシ化合物またははんだを使用してＬＥＤ１００とサブマウント７５との間に機械的な接続または結合を形成する代わりに、サーモソニック結合または熱圧着結合により、ＬＥＤ１００の結合層６０をサブマウント７５に直接結合させている。
【００５６】
本発明の一部の実施形態によるサーモソニック結合または熱圧着結合の一部の実施形態では、ＬＥＤチップ１００をサブマウントと機械的に接触させ、結合金属の共晶温度を上回る温度で機械的および／または音響刺激を与える。結合金属は、このように、金属サブマウントと共にボンドを形成し、これによって、ＬＥＤとサブマウントの間に電気機械的接続が提供される。結合層６０が、約８０％／２０％のＡｕ／Ｓｎ相対組成を有する本発明の実施形態では、サーモソニック結合に使用される温度は、約３００℃でよい。
【００５７】
バリア層３６および／または不働態化層４０ｂが存在するので、結合層６０内の金属と、反射層３４および／またはオーミック層３２との好ましくない相互干渉を抑制または防止できる。バリア層３６および／または不働態化層４０はまた、金属が金属スタック３５の縁部に沿って好ましくない移動をするのを遅らせるかまたは阻止することができる。
【００５８】
本発明の他の実施形態では、図１０に示すように、ＳｎＡｇ、ＳｎＰｂおよび／または他のはんだなどの金属はんだ８０を使用して、ＬＥＤ１００をサブマウント７５上に実装できる。不働態化層４０ｂは、はんだ８０からのＳｎが、反射層３４および／またはオーミック層３２へ移動する（およびそれにより、場合によってはそれを劣化させる）のを抑制または防止できる。不働態化層４０ｂは、また、普通ならデバイス１００のｎ型領域に好ましくない寄生ショットキー接触部を形成することがある、導電性はんだ８０の、基板２０およびメサ側壁への接触を抑制または防止することも可能である。本発明の他の実施形態に従って使用可能な他の結合技術が文献に開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００５９】
（試験結果）
下記の試験結果は、例示的なものであり、本発明の特許請求の範囲を限定するものと理解されるべきではない。図１１Ａ〜１１Ｄは、２５００ÅのＮｉはんだバリアに対する試験結果のグラフを示し、図１２Ａ〜１２Ｄは、５０００ÅのＴｉＷバリアに対する試験結果のグラフを示す。
【００６０】
第１の試験で、多数のＬＥＤサンプルの高温作動寿命（ＨＴＯＬ）を測定した。この試験では、ＴｉＷはんだバリア３６、ＳｉＮ不働態化層４０ｂおよび金結合層６０を有する２０個のＬＥＤを製作した。はんだバリアがＮｉであることを除いて、同じ構造を有する２０個のＬＥＤも製作した。はんだ結合により、これらのデバイスを半径５ｍｍの銀メッキされたリードフレーム上に実装した。次いで、温度を８５℃に維持しながら、これらのデバイスを２０ｍＡの順電流で動作させた。２４、１６８、３３６、５０４、６７２、８６４および１００８時間後に光出力電力およびＶＦを測定した。図１１Ａおよび１２Ａに示すように、Ｎｉバリアのデバイスでは、ＴｉＷバリアのデバイスに比べ光出力が大きく低下した。さらに、Ｎｉバリアのデバイス（図１１Ｂ）では、ＴｉＷバリアのデバイス（図１２Ｂ）よりもＶＦが高くなった。
【００６１】
第２の試験では、ＴｉＷはんだバリア３６、ＳｉＮ不働態化層４０ｂおよび金結合層６０を有する２０個のＬＥＤを製作し、はんだバリアがＮｉであることを除いて、同じ構造を有する２０個のＬＥＤも製作した。これらのデバイスを、ＨＴＯＬ試験に関して上記したように実装し、温度を８５℃および相対湿度を８５％に維持しながら、５０４時間７０ｍＡのパルス順電流（４ｋＨｚで２５％のデューティーサイクル）で動作させた。２４、１６８、３３６、５０４、６７２、８６４および１００８時間後に光出力電力およびＶＦを測定した。図１１Ｃおよび１２Ｃに示すように、Ｎｉバリアのデバイスでは、光出力がより大きく低下し、図１１Ｄおよび１２Ｄに示すように、Ｎｉバリアのデバイスでは、ＶＦがより高くなった。
【００６２】
（バリア層／副層構造および製作方法）
ミラー３４ともいう反射層３４からの金属の移動を制限することが好ましい。これは、このような金属は、メサ３０と接触した場合、デバイスのｐｎ接合に短絡を起こす可能性があるためである。ミラー３４が、比較的低い温度で容易に移動しやすい銀を含む場合に特に金属の移動を制限することが好ましい。このことは、例えば、非特許文献１に開示されている。表面水分および電界の存在下においては、酸化および／または腐食のため、正の（アノード）メタライゼーション部（ｐｏｓｉｔｉｖｅ（ａｎｏｄｉｃ）ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）で銀イオンが形成される可能性がある。銀イオンが、負の（カソード）メタライゼーション部（ｎｅｇａｔｉｖｅ（ｃａｔｈｏｄｉｃ）ｍｅｔａｌｌｉｚａｔｉｏｎｓ）へ移動するとき、樹枝状結晶（分岐構造）の形でメッキされる可能性がある。樹枝状結晶は、最終的には、ＬＥＤのアノードとカソードの間隙を埋め、短絡を引き起こすことがある。
【００６３】
本発明の一部の実施形態によると、ミラー金属３４がメサ３０へ移動するのを制限するためには、図１３に示すように、バリア層３６を反射層３４の側壁を覆って延ばすことが望ましい。これは、フォトリソグラフィのステップを追加してオーミックコンタクト層３２および反射層３４を、バリア層３６と比べて幅が狭くなるように形成し、かつ／または他の従来技術を使用することによって達成できる。従って、バリア層３６が形成されたとき、例えば、堆積されたとき、それが反射層３４およびオーミックコンタクト３２の側壁、ならびに、オーミックコンタクト３２および反射層３４を囲むメサ３０の表面の一部に接触する可能性がある。
【００６４】
図１３に示すように、このようにバリア層３６を反射層３４の側壁を覆うように形成した場合、バリア層内で反射層３４の側壁近傍に割れが生じる可能性がある。このような割れによって移動経路が形成され、反射層３４からの銀が流出して、場合によっては、メサ３０へ移動する。図１４は、割れの形成を示し、薄いオーミックコンタクト層３２が上に形成されたメサ３０を示す。オーミックコンタクト層３２上に銀の反射層３４が形成され、構造全体がＴｉＷなどのバリア金属層３６で覆われている。図１４から分かるように、ＴｉＷバリア金属層３６を堆積させたとき、結晶粒界４９によって分離された垂直配向の結晶粒４７が形成される。反射層３４の隅部における結晶粒４７のミスアラインメントによって割れ５１が形成されることがあり、これにより、反射層３４からの金属が流出し、場合によってはメサ３０へ移動する移動経路が形成される可能性がある。
【００６５】
図１５に示すように、割れ５１の形成を抑制または回避するために、本発明の一部の実施形態によるバリア層３６は、ＴｉＷなどのバリア金属３６Ａと白金などの第２の金属３６Ｂからなる複数の交互副層を含むことができる。第２の金属３６Ｂに適した金属には、Ｐｔ、Ｔｉ、Ｎｉおよび／または他の金属がある。金属３６Ｂは、ＬＥＤ構造内で容易に移動できてはならず、その融点は、ＬＥＤの製作において、後続のどの処理ステップで使用される温度よりも高くなければならない（一部の実施形態では、少なくとも約２００℃）。一実施形態では、バリア層３６は、少なくとも２回繰り返された、約１０００ÅのＴｉＷと約５００Åの白金からなる交互副層を含み、そのスタックの最上部と底部の副層の両方がＴｉＷより成る。すなわち、複数の第１および第２の交互副層によって、第１の副層を含む第１および第２の外部副層が画定される。さらに、スタック内のＴｉＷからなる第２の（最終の）外層を、約５０００Åの厚さにし、はんだバリアとしての働きをさせることができる。一実施形態では、ＴｉＷ／Ｐｔ層のスタックを６回繰り返し、ＴｉＷからなる最終（終端）層の厚さを約５０００Åとしている。本発明の他の実施形態では、他の多くの厚さのバリア金属３６Ａおよび第２の金属３６Ｂを使用することができる。一般に、バリア金属３６Ａは、割れを抑制または防止するに足るほど充分に薄くなければならないが、有効なバリアを提供するに足る充分な厚さが必要である。一方、第２の金属３６Ｂは、接触抵抗を悪化させないように充分に薄くなければならないが、バリア金属層３６Ａ内の割れが第２のバリア層を横切って伝播するのを防止するに足る充分な厚さが必要である。
【００６６】
図１５に示すように、ＴｉＷからなる連続層の結晶粒界４９は、必ずしも垂直にアラインメントを生じるとは限らず、それによって、反射体金属に対し移動経路を別な方法で形成する場合がある、バリア層３６を貫通する長い割れの形成を阻止することができる。その場合、ＴｉＷ連続層によって、各層にオフセット結晶粒のスタックを有する、一般に、煉瓦壁に類似したパターンが形成される。
【００６７】
この現象は図１６および１７に示されており、これらは、それぞれ、図１４および１５に示す実施形態に従って製作された金属スタックの４０，０００倍の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。図１６に示す構造では、ＴｉＷバリア層３６は、単一の層として反射体３４およびオーミックコンタクト３２を覆って堆積されている。バリア層３６内に垂直結晶粒界４９が見える。さらに、割れ５１が、反射層３４の縁部からバリア層の表面に延びているのが見える。
【００６８】
これと対照的に、図１７に示す構造では、バリア層３６は、ＴｉＷ３６Ａと白金３６Ｂからなる複数の交互層を含む。ＴｉＷ３６Ａの交互層内の結晶粒界４９が、反射層３４およびメサ３０を覆って、煉瓦壁パターンを形成しているのがはっきりとわかる。図１６に示す構造とは対照的に、バリア層３６内に割れは見られない。
【００６９】
本発明の諸実施形態を図面および明細書に開示してきた。様々な特定の用語を使用しているが、それらは、一般的説明的意味で使用したものにすぎず、添付の特許請求の範囲に記載されている発明の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図２】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図３】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図４】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図５】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図６】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図７】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図８】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図９】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図１０】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの、本発明の一部の実施形態による中間製作段階の断面図である。
【図１１Ａ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１１Ｂ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１１Ｃ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１１Ｄ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１２Ａ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１２Ｂ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１２Ｃ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１２Ｄ】本発明の一部の実施形態による発光ダイオードの試験結果を示すグラフである。
【図１３】本発明の他の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１４】本発明の他の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１５】本発明の他の実施形態による発光ダイオードの断面図である。
【図１６】本発明の他の実施形態による発光ダイオードの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【図１７】本発明の他の実施形態による発光ダイオードの走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。
【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１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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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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【図１７】
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