(57)【要約】少なくとも一つの半導体装置を製作する方法であって、リチウムアルミネートを有する犠牲成長基板を提供するステップと、前記犠牲成長基板に隣接して、ＩＩＩ族の窒化物を有する少なくとも一層の半導体層を形成するステップと、前記犠牲成長基板とは反対の側に、前記少なくとも一層の半導体層と隣接して取付基板を設置するステップと、前記犠牲成長基板を除去するステップと、を有する方法を示した。さらに当該方法は、前記取付基板とは反対の側の、前記少なくとも一層の半導体層の表面に、少なくとも一つの接続部を設置するステップ、あるいは、前記取付基板および少なくとも一層の半導体層を、複数の個々の半導体装置に分離するステップを有しても良い。当該方法は、さらに個々の半導体装置を含む前記取付基板を、放熱器に接合するステップを有しても良い。前記除去するステップは、前記犠牲成長基板を湿式エッチングするステップを有しても良い。
2006521984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一つの半導体装置を製作する方法であって、
リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ２）を有する犠牲成長基板を提供するステップと、
前記犠牲成長基板に隣接して、ＩＩＩ族の窒化物を有する少なくとも一層の半導体層を形成するステップと、
前記犠牲成長基板とは反対の側に、前記少なくとも一層の半導体層と隣接して取付基板を設置するステップと、
前記犠牲成長基板を除去するステップと、
を有する方法。
【請求項２】
さらに、前記取付基板とは反対の側の、前記少なくとも一層の半導体層の表面に、少なくとも一つの接続部を設置するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記取付基板および少なくとも一層の半導体層を、複数の個々の半導体装置に分離するステップを有することを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
さらに、個々の半導体装置を含む前記取付基板を、放熱器に接合するステップを有する
ことを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記放熱器は、銅（Ｃｕ）ブロックを有することを特徴とする請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記除去するステップは、前記犠牲成長基板を機械的に研磨し、湿式エッチングするステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記取付基板は、前記湿式エッチングに対して耐性があることを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
さらに、湿式エッチングの際に、前記取付基板の少なくとも一部を保護するステップを有することを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記犠牲成長基板は、単結晶ＬｉＡｌＯ２を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記少なくとも一層の半導体層は、少なくとも一層の単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）層を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記取付基板を設置するステップは、
前記少なくとも一層の半導体層上に、密着層を形成するステップと、
前記密着層を前記付基板に接合するステップと、
を有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記密着層は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記取付基板は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびシリコン（Ｓｉ）のうち、少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記少なくとも一層の半導体層を形成するステップは、前記少なくとも一層の半導体層にドーピングを行うステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記犠牲成長基板と前記少なくとも一層の半導体層の間に、バッファ層を形成するステップを有し、
前記犠牲成長基板を除去するステップは、さらに前記バッファ層を除去するステップを有することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも一層の半導体層は、ｍ−面（１０１０）配向していることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記少なくとも一層の半導体層の厚さは、約１０μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記少なくとも一層の半導体層は、電気的にバイアス化された際に、光を放射することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
複数の半導体装置を製作する方法であって、
リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ２）を有する犠牲成長基板を提供するステップと、
前記犠牲成長基板に隣接して、ＩＩＩ族の窒化物を有する少なくとも一層の半導体層を形成するステップと、
前記犠牲成長基板とは反対の側に、前記少なくとも一層の半導体層と隣接して取付基板を設置するステップであって、前記取付基板は、金属およびシリコンの少なくとも一方を有する、ステップと、
機械的な研磨処理および湿式化学エッチング処理によって、前記犠牲成長基板を除去するステップと、
前記取付基板とは反対の側の、前記少なくとも一層の半導体層上に、複数の接続部を形成するステップと、
前記取付基板および前記少なくとも一層の半導体層を、複数の個々の半導体装置に分離するステップと、
を有する方法。
【請求項２０】
さらに、個々の半導体装置を含む前記取付基板を、放熱器に接合するステップを有する
ことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記取付基板は、前記湿式エッチングに対して耐性があることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
さらに、湿式エッチングの際に、前記取付基板の少なくとも一部を保護するステップを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２３】
前記犠牲成長基板は、単結晶ＬｉＡｌＯ２を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも一層の半導体層は、少なくとも一層の単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）層を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２５】
前記取付基板を設置するステップは、
前記少なくとも一層の半導体層上に、密着層を形成するステップと、
前記密着層を前記取付基板に接合するステップと、
を有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも一層の半導体層を形成するステップは、前記少なくとも一層の半導体層にドーピングを行うステップを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２７】
さらに、前記犠牲成長基板と前記少なくとも一層の半導体層の間に、バッファ層を形成するステップを有し、
前記犠牲成長基板を除去するステップは、さらに前記バッファ層を除去するステップを有することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２８】
前記少なくとも一層の半導体層は、ｍ−面（１０１０）配向していることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも一層の半導体層は、電気的にバイアス化された際に、光を放射することを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３０】
少なくとも一つの半導体装置を製作する方法であって、
単結晶リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ２）を有する犠牲成長基板を提供するステップと、
前記犠牲成長基板に隣接して、ｍ−面（１０１０）配向されたＩＩＩ族の窒化物を有する少なくとも一層の半導体層を形成するステップと、
前記犠牲成長基板とは反対の側に、前記少なくとも一層の半導体層と隣接して取付基板を設置するステップであって、前記取付基板は、金属およびシリコンの少なくとも一方を有する、ステップと、
前記犠牲成長基板を除去するステップと、
を有する方法。
【請求項３１】
さらに、前記取付基板とは反対の側の、前記少なくとも一層の半導体層の表面に、少なくとも一つの接続部を設置するステップと、
前記取付基板および前記少なくとも一層の半導体層を、複数の個々の半導体装置に分離するステップと、
個々の半導体装置を含む前記取付基板を、放熱器に接合するステップと、
を有することを特徴とする請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記除去するステップは、前記犠牲成長基板を機械的に研磨し、湿式エッチングするステップを有し、
前記取付基板は、前記湿式エッチングに対して耐性があることを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３３】
前記除去するステップは、前記犠牲成長基板を機械的に研磨し、湿式エッチングするステップを有し、
さらに、湿式エッチングの際に、前記取付基板の少なくとも一部を保護するステップを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも一層の半導体層は、少なくとも一層の単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）層を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３５】
前記取付基板を設置するステップは、
前記少なくとも一層の半導体層上に、密着層を形成するステップと、
前記密着層を前記取付基板に接合するステップと、
を有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３６】
さらに、前記犠牲成長基板と前記少なくとも一層の半導体層の間に、バッファ層を形成するステップを有し、
前記犠牲成長基板を除去するステップは、さらに前記バッファ層を除去するステップを有することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３７】
前記少なくとも一層の半導体層は、電気的にバイアス化された際に、光を放射することを特徴とする請求項３１に記載の方法。
【請求項３８】
放熱器と、
前記放熱器に隣接した取付基板であって、金属およびシリコンの少なくとも一方を有する取付基板と、
前記放熱器とは反対の側の、前記取付基板上の複数の半導体層であって、少なくとも一つのｐ−ｎ接合を定形し、ｍ−面（１０１０）配向された単結晶のＩＩＩ族の窒化物層を有する半導体層と、
前記取付基板とは反対の側の、前記半導体層の最上層の上部にある、少なくとも一つの接続部と、
を有する半導体装置。
【請求項３９】
前記ＩＩＩ族の窒化物は、窒化ガリウムを有することを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４０】
さらに、前記取付基板と前記半導体層の間に、密着層を有することを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４１】
前記密着層は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４０に記載の半導体装置。
【請求項４２】
前記放熱器は、銅（Ｃｕ）を有することを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４３】
前記取付基板は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびシリコン（Ｓｉ）のうち、少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４４】
前記半導体層は、前記金属基板および前記放熱器に印加される電気的なバイアスに応じて、光を放射することを特徴とする請求項３８に記載の半導体装置。
【請求項４５】
放熱器と、
前記放熱器に隣接した金属基板と、
前記放熱器とは反対の側の、前記金属基板上の複数の半導体層であって、少なくとも一つのｐ−ｎ接合を定形し、ｍ−面（１０１０）配向された単結晶の窒化ガリウム層を有する半導体層と、
前記金属基板とは反対の側の、前記半導体層の最上層の上部にある、少なくとも一つの接続部と、を有する発光半導体装置であって、
前記半導体層は、前記基板と前記少なくとも一つの接続部に印加された電気的なバイアスに応じて、光を放射することを特徴とする発光半導体装置。
【請求項４６】
さらに、前記金属基板と前記半導体層の間に、密着層を有することを特徴とする請求項４５に記載の発光半導体装置。
【請求項４７】
前記密着層は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方を有することを特徴とする請求項４６に記載の発光半導体装置。
【請求項４８】
前記放熱器は、銅（Ｃｕ）を有することを特徴とする請求項４５に記載の発光半導体装置。
【請求項４９】
前記金属基板は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびシリコン（Ｓｉ）のうち、少なくともいずれかを有することを特徴とする請求項４５に記載の発光半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体分野に関するものであり、特に発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオードおよび関連装置用の超薄膜ＩＩＩ族窒化物系半導体または電子装置の製作に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体装置は、発光装置や電子装置を含む。発光装置は、膜組成によって、周囲光から緑、青および紫外線の範囲までの光を放射するように調整される。他のカラー光放射装置との適切な組み合わせにより、あるいはこれらの装置に蛍光体を加えることにより、「白色光」を形成することも可能である。そのような装置の放射パターンは、非コヒーレントである場合、「発光ダイオード（ＬＥＤ）」と呼ばれ、放射がコヒーレントな場合、装置は「レーザーダイオード（ＬＤ）」と呼ばれる。また電子装置は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ショットキー、ｐ−ｉ−ｎおよび金属−半導体−金属（ＭＳＭ）光ダイオードなどを含む。
【０００３】
サファイアは、ＧａＮ薄膜の成長に用いられた最初の材料に属し、青色と緑色のカラーＬＥＤを構成する。この材料は、しばしば比較的低コストで、市販品の入手が可能であることを理由に選定される。サファイア上に形成されるＬＥＤの輝度は、サファイア基板が透明であり、光をそれほど遮断せずに有効に放射することができるため、好適である。
【０００４】
好ましくないことに、サファイア上のＧａＮ膜は、格子ミスマッチが大きいため（＞１７％）、欠陥密度が高い。ミスマッチが高いという問題を解決するため、ＧａＮを成長させる前にＡｌＮの低温バッファ層が形成される。ＧａＮ層は、ｃ軸に強く配向されたＡｌＮの核の上に成長する。ＧａＮ層は、工業的には多結晶性であるが、通常のＬＥＤ装置の製作に適している。転位密度は、ＧａＮ薄膜の層が厚く成長した場合は、粒成長および粒界の減少により、減少するものの、バッファ層を有するサファイア上のＧａＮ薄膜の通常の転位密度は、１０１１／ｃｍ２のオーダーである。ただし、この対策には限界があり、厚い層を成長させる場合、高コストとなる。
【０００５】
高特性の装置を製作する上で、サファイアは、例えばＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣおよびＳｉに比べて良好な熱伝導体ではないことが問題となる。この場合、高輝度ＬＥＤを製作するには、高電流注入が必要となり、温度上昇が激しくなるため、製作が困難になる。またサファイア上のＧａＮ接合は、極めて強固であり引き離すことが難しく、サファイアは絶縁体である。このため、ＬＥＤを製作する際の製作工程が増える。ダイオードと同じ側に電気的リードがあるため、装置寸法はより大きくなり、単位面積あたりの製作ダイオード数は、少なくなる。
【０００６】
サファイア上にレーザーダイオード（ＬＤ）を製作した場合も、高欠陥密度および低熱伝導性という同じ問題が生じ、電流密度さらにはレーザーのパワー出力が制限される。またＧａＮ膜は、多結晶粒子で構成されるため、孔と共振する平滑表面を製作することは難しい。そのため、レーザーとしてのモード構造は、悪くなる。
【０００７】
別の方法としてエピタキシャル側面成長（ＥＬＯＧ）法が開発されており、これにより、比較的結晶粒径が大きく、低欠陥密度のＧａＮの小領域が形成される。これらの選択的低欠陥領域に構成されたＬＤでは、特性が確実に向上する。しかし好ましくないことに、全体の処理プロセスは、複雑で高コストなものになり、ＬＤの歩留まりは極めて低い。
【０００８】
別の方法では、ＧａＮ膜を成長させる基板としてＳｉＣが用いられる。ＳｉＣとＧａＮの格子整合は、サファイアに比べて著しく改善される（＜３．５％）。また理論上の欠陥密度は、著しく抑制され、１０９／ｃｍ２のオーダーとなる。全ての中で最も重要な因子は、低格子ミスマッチであり、ＳｉＣ基板上に成長するＧａＮ膜は、サファイア上の多結晶膜と同様に、単結晶膜として取り扱うことができる。
【０００９】
しかしながら、ＳｉＣウェハ上に高品質ＧａＮ薄膜を成長させるには、多くの問題がある。第１にＳｉＣ結晶の成長は難しいため、ＳｉＣウェハは高額である。特殊な構造の真空シールされた反応炉を用い、極めて高温（２２００℃以上）で物理的蒸気輸送法により、形成する必要がある。第２に、ＳｉＣの硬度はダイアモンドに近いため、切断、研磨処理は、高コストとなる。第３に、ＳｉＣの熱膨張係数（４．２×１０−６／℃）は、ＧａＮ（５．６×１０−６／℃）に比べて小さいため、ＧａＮ薄膜に引張応力が生じ、成長工程後の冷却過程で、クラックが生じる恐れがある。ＧａＮ薄膜の最終成長前に、まず特殊な多層ＡｌＧａＮ層をＳｉＣウェハ上に成長させることで、そのようなクラックの発生が抑制される。この層は、ＳｉＣとＧａＮの間のバンドギャップのオフセットを最小化することにも寄与する。そのようなオフセットの最小化によって、ＳｉＣ基板の電気伝導度の有利な特徴を利用して、従来の設計でＧａＮ−ＬＥＤを形成することが可能となる。これにより、サファイアから製作する場合に比べて、ＬＥＤの寸法は著しく縮小化され、単位面積あたりの歩留まりを高めることができる。歩留まりが高いことで、基板材料の高コスト化が相殺される。またＳｉＣには、高い熱伝導性を有するという利点がある。この特徴と低欠陥密度との組み合わせにより、ＳｉＣ基板を用いてＬＥＤおよびＬＤの特性を向上させることができる。
【００１０】
ＳｉＣで形成されるＧａＮ−ＬＥＤの固有量子効率は、サファイアに比べて向上する。しかしながら、ＳｉＣ上のＧａＮ−ＬＥＤの総合的な外部輝度は、低下する。これは、ＳｉＣがＧａＮの放射光に対して、透明ではなく、多量の光が遮断されることによるものである。これは、特にＵＶ−ＬＥＤの場合に顕著となる。一方、ＳｉＣ上のＧａＮ−ＬＤ特性は、良好なへき開表面が得られるため、さらに向上する。レーザーは、より単純な構成となり、ＤＶＤのような用途に対してより好適となる。ＳｉＣ基板の熱伝導率が高いことは、ＬＤに高電流を印加することができることを意味し、パワー出力が増大する。
【００１１】
サファイアおよびＳｉＣ上に得られるＧａＮ膜に対して、ＬＥＤおよびＬＤの特性をさらに向上させることに対するニーズがあり、欠陥密度の低いＧａＮ膜を成長させる必要がある。換言すれば、基板は、ＧａＮの格子定数に近い格子定数を有する必要がある。また基板は、透明であって、良好な電気および熱伝導性を有する必要がある。現時点では、これらの全ての要求を満たす基板は、単結晶ＧａＮ基板のみである。好ましくないことに、そのような単結晶ＧａＮ基板を製作する技術は、確立されているとは言い難い。
【００１２】
ポーランドのユニプレス（ＵＮＩＰＲＥＳＳ）社は、最大数センチメートルの薄いフレーク状の単結晶ＧａＮを形成することのできる高圧処理プロセスを開発しているが、この方法は、工業的に量産することの可能な処理プロセスではない。他にも、ＡＴＭＩ、米国のリンコーンラボ（Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ）、韓国のサムソン社が、寸法数センチメートルの厚い自立ＧａＮウェハの製作に成功している。好ましくないことに、熱膨張係数のミスマッチは、広がる傾向にあり、成長後のウェハにはクラックが生じやすくなる。サファイアからＧａＮを分離させる際には、レーザーアブレーション技術が利用される。分離されたＧａＮウェハは、使用前に研磨する必要がある。
【００１３】
良好な特性を有する別の材料は、単結晶ＡｌＮ基板である。ＳｉＣのような高温条件下での物理気相輸送技術によって、小さな単結晶が得られている。成長処理プロセスは、未だ開発段階にあり、ＡｌＮの高品質ウェハは、数年先まで得ることはできない可能性がある。またＡｌＮは絶縁体である。装置製作加工は、サファイアの場合と同様の制約に直面している。
【００１４】
別の方法は、ＧａＮと良好な格子整合を有する代替基板を探索することである。この基板上にＧａＮ膜を成長させた後、代替基板を除去して、単体の単結晶ＧａＮ膜を得ることができる。ＧａＮ膜が適当な厚さである場合、これは十分な強度を有し、ＧａＮ−ＬＥＤおよびＬＤの製作用の基板ウェハとして使用することができる。例えば住友社は、代替基板としてＧａＡｓを用い、ＥＬＯＧ技術との組み合わせにより、２インチ径の自立ＧａＮウェハを得ている。ＧａＡｓ基板は、ＧａＮの厚膜成長後に、化学エッチングにより取り除かれる。ＧａＮ表面は、成長直後には表面が粗いため、平滑な表面を得るには研磨が必要である。従って全体の処理プロセスは、複雑なものとなり、ウェハのコストは高くなる。住友社の自立ＧａＮウェハは、ｃ面（０００１）配向されている。ＧａＡｓとＧａＮの間では格子ミスフィットが大きいため（＞４５％）、住友社の自立ＧａＮウェハは、多結晶質である。
【００１５】
Ｃｈａｉの米国特許第５，６２５，２０２号明細書には、ＧａＮおよびＡｌＮの単結晶膜の成長用の基板材料に適した化合物が示されている。掲載されている化合物の中では、ＬｉＡｌＯ２（ＬＡＯ）およびＬｉＧａＯ２（ＬＧＯ）が最適な材料であることが示されている。この理由は、ＬＡＯおよびＬＧＯの大径単結晶は、標準的なチョクラルスキー溶融引出法によって製作することができるからである。この方法では、大径の高品質単結晶基板が容易に製作され、ＬＡＯおよびＬＧＯ基板の両方において、ＧａＮ薄膜が成長することが確認されている。
【００１６】
成長過程中、ＬＧＯ基板を用いて製作されるＧａＮ膜と、これに用いられる成長材との適合性は、２つの結晶が最適な格子整合を有し、ほぼ等しい結晶構造を示すにも関わらず、乏しいことに留意する必要がある。ＧａＮ膜を成長させる成長材は、成長処理中に、ＬＧＯの表面を劣化させる。またＧａＮ膜がＬＧＯ基板上に成長する場合であっても、ＧａＮ膜の密着性は、極めて悪く、ＧａＮ膜は、熱膨張係数のミスマッチのため成長後に剥離してしまう。
【００１７】
ＬＡＯは、ＧａＮ（六方晶）とは著しく異なる結晶構造（正方晶）および結晶対称性を有する。しかしながら、ＬＡＯの２次元（１００）表面は、ＧａＮのｍ−面（１０１０）と、ほぼ等しい構造となっており、格子寸法も等しい。ＧａＮのａ軸方向に沿った格子ミスマッチは、＋１．４５％である。ＧａＮのｃ軸方向に沿った格子ミスマッチは、−０．１７％に過ぎない。ＬＡＯとＧａＮの成長材との化学的な適合性は、向上する。これらのうち最も重要な事項は、成長後に、単なる酸エッチングによって、ＬＡＯウェハを容易に取り除くことができることである。そのような特殊な特性を利用して、ＨＶＰＥ（金属ハイドライト気相輸送エピタキシャル成長）法を用いて、厚さが１５０から５００ミクロンの範囲の、自立単結晶ＧａＮウェハが製作される。ＬＡＯ基板から製作された単結晶ＧａＮウェハは、（１０１０）に対してｍ−面配向されている。これは、他の全ての市販の自立ＧａＮウェハとは異なる。これらは全て、（０００１）に対してｃ−面配向されているからである。これらのウェハは、米国特許第６，６４８，９６６号および米国出願第２００３／０１８３１５８号に示されており、これらは、いずれも本発明の譲受人に譲渡され、全内容は、本願の参照として示されている。
【００１８】
ＬＡＯは、単純な酸エッチングによって基板の除去が容易であり、サファイアやＳｉＣのような一般的な基板に比べて好ましい特性を有する。除去が容易な他の候補基板は、ＧａＡｓおよびＳｉである。これらはいずれも、ＧａＮに対する格子整合が低い（＞４５％のミスマッチ）。ＧａＮ薄膜を単独に分離することが可能な場合、装置設計および製作上、大きな自由度が提供される。
【００１９】
寺口の米国特許第５，９１７，１９６号には、ＬｉＡｌＯ２基板上にＧａＮ系のレーザー構造体を製作する方法が示されている。この文献には、１０Ｖの閾値電圧を用いて、４３０ｎｍで放射される紫レーザーダイオードが示されている。しかしながら、これらを基板から除去する方法については示されていないため、最終的な装置には、サファイア基板と同様の前述のような、２つの問題が生じる。
【００２０】
サファイアのような絶縁性基板を用いる場合、ＬＥＤまたは他の装置を製作する際に、追加のステップが必要となり、コストが上昇する。ＬＥＤのコストを抑えるため、絶縁層を除去し、従来のＧａＡｓ−ＬＥＤと同様の方法で、装置を製作することのできる処理プロセスが開発されている。この処理には、機械的研磨処理および短波長レーザーによる熱処理が含まれている。いずれの場合も、除去処理プロセスはきわめて遅く、量産には適していない。また基板を除去した後のＧａＮ表面は、粗く、機械的な研磨や反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）によって、表面を平滑にする必要がある。このような追加の工程によって、新しい装置構造が形成される。この方法は、以下に示すように、いくつかの研究室で実施されている。
【００２１】
Ｗｏｎｇらは、ウェハ接合およびリフトオフによる、青色ＧａＮ薄膜構造と別の基板との一体化について考察している（Ｗ．  Ｗｏｎｇ、Ｔ．  Ｓａｎｄｓ、Ｎ．  Ｃｈｅｕｎｇら、化合物半導体、５巻、ｐ５４、１９９９年）。これらは、窒化物系の装置をサファイア基板上に成長させ、これを接着剤を用いて、シリコンウェハの上部表面と接合することで得られる。短波長レーザーは、サファイアを通りＧａＮの背面に集束され、ＧａＮの薄膜が分解する。Ｇａは液体でＮは気体であるため、サファイアが分離できる。接着剤を除去することにより、窒化物膜が形成される。この膜は、別の基板に設置される。薄膜の表面をＰｄ、さらにＩｎで被覆した場合、この膜を反転させて、これをＰｄで被覆された新しい基板上に設置することができる。Ｉｎを加熱溶融させると、これがＰｄ内に溶解し、強固な恒久的な接合が形成される。青色放射ＧａＮ−ＬＥＤは、この技術を用いて、ｐ面側が下になるようにしてシリコン基板と接合される。
【００２２】
ヒューレットパッカード社は、導電性ホスト基板への複数の量子井戸窒化物ＬＥＤの移設について報告している（Ｙ．  Ｋ．  Ｓｏｎｇら、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．、７４巻、ｐ３７２０、１９９９年）。装置構造部は、標準的なサファイアウェハ上に、ＯＭＶＰＥ法により形成される。Ｎｉ／Ａｕ接続部は、上部ｐ型ＧａＮ：Ｍｇ層上に成膜される。次に、電気化学的手法により上部表面に銅膜が形成され、さらにシリコンのような別のホスト基板に、試料がフリップチップ接続される。レーザーアブレーション処理によってサファイアが除去された後、新しい表面接続部がｎ型層として構成される。装置の発光は４５０ｎｍで最大となる。
【００２３】
ルミレッズライティング（ＬｕｍｉＬｅｄｓ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ）社は、高出力ＡｌＧａＩｎＮフリップチップＬＥＤの構成について報告している（Ｊ．  Ｊ．  Ｗｉｅｒｅｒら、Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．、７８巻、ｐ３３７９、２００１年）。装置は、従来のＬＥＤ（〜０．７０ｍｍ２）に比べて、広い放射面積（〜０．７０ｍｍ２）を有する。フリップチップ構造により、広い放射面積を得ることが可能となる。良好な熱伝導性によって、高電流、低順方向電圧が得られ、高出力変換効率が可能となる。２００２年７月、ルミレッズ社は、一つの１ｍｍ×１ｍｍＬＥＤの１ＷのＬｕｘｅｏｎ（登録商標）装置（３５０ｍＡ、３．２７Ｖで２５９ｍＷ  ＣＷにおいて４２５ｎｍ、２２．６％のプラグ端効率、Ｔｊ＝２５℃）、および４つの１ｍｍ×１ｍｍＬＥＤを用いた５ＷのＬｕｘｅｏｎ（登録商標）装置（７００ｍＡ、７Ｖで１１００ｍＷ  ＣＷにおいて４２５ｎｍ、２２．４％のプラグ端効率、Ｔｊ＝２５℃）、を発表した。これらの設計では、サファイア基板は、ＬＥＤの上部を覆ったままである。シート電流抵抗を低下させるため、ｐ−接合接続部は大きな櫛形パッド状で、ｎ−接合部は指型状である。電気接続部の提供には、写真転写パターンを用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法が用いられる。
【００２４】
ゼロックス社は、レーザーリフトオフ法によって、銅基板に窒化物レーザー装置を移設する方法を報告している（Ｗ．  Ｓ．  Ｗｏｎｇら、Ｍａｔ．  Ｒｅｓ．  Ｓｏｃ．、シンポジウム要旨集、Ｖ．  ６３９、Ｇ１２．２．１ページ、２００１年）。リッジ導波管レーザー構造部は、ＭＯＣＶＤ法によってサファイア基板に形成される。乾式エッチングされた尾根上の２ミクロンの帯状の金属接触部は、ｐ型表面の上部に設置される。次に基板は、反転され、一時的にシリコン基板上に設置され、その後レーザーアブレーション法によって、サファイアが除去される。新しいｎ型ＧａＮ表面のＨＣｌエッチング後に、この表面にインジウム膜が形成される。インジウムは、ＬＤ膜を銅の放熱器上に接合するために使用され、一時的に使用されていたシリコン基板が除去される。
【００２５】
サウスカリフォルニア大学は、ＵＶ放射ＧａＮ−ＬＥＤの銀メッキ銅板へのフリップチップ接合について報告しており、室温で高い放射強度が得られる（Ａ．  Ｃｈｉｔｎｉｓら、Ｍａｔ．  Ｒｅｓ．  Ｓｏｃ．  シンポジウム要旨集、７４３巻、Ｌ７．７．１ページ、２００３年）。銅は有効な放熱器となり、銀は下方に進行する光に対し良好な反射を提供するからである。
【００２６】
ＧａＡｓ系のレーザー構造についても、同様のリフトオフ技術が報告されている。ベルコミニケーションリサーチ社は、中間ＡｌＡｓ層を使用して、ＬＤ基板からＧａＡｓ基板を湿式エッチングする方法について報告している（Ｅ．  Ｙａｂｌｏｎｏｖｉｔｃｈら、ＩＥＥＥＰｈｏｔ．  Ｔｅｃｈｎｏｌ．  Ｌｅｔｔ．、１巻、ｐ４１、１９８９年）。従来のＬＤは、まずＭＯＣＶＤ法によってＧａＡｓ基板上に形成される。希釈フッ酸を用いてＡｌＡｓを溶解させることにより、ＧａＡｓ基板は除去され、不純物のないエピタキシャル膜が形成される。複数のＬＤを構成する膜は、支持材としてワックスによって固定される。すべての処理ステップにおいて、エッチングおよび金属化によるレーザー帯の定形は、リフトオフの前に行われる。次に基板は、新しいガラスまたはシリコン上に設置され、ワックスが除去される。
【００２７】
透明基板赤色ＡｌＧａＮＩｎＰ−ＬＥＤは、市販されている。一般にヒューレットパッカード社では、格子整合ＧａＡｓ基板にＬＥＤ構造を形成するが、黒色ＧａＡｓは、放射された赤色光の約半分を吸収する傾向にある。従ってＡｌＧａＮＩｎ装置の完成後、上部表面には、担体となる、厚い格子ミスマッチＧａＮ層が形成される。この上部担体には欠陥が含まれるが、この欠陥は、活性領域には広がらない。次に湿式化学エッチングによって、ＧａＡｓ基板が除去される。次に装置のシートは、新しい透明高品質ＧａＰウェハ上に設置され、焼結される。さらに個々の装置が切断分離される。この方法では、極めて薄い薄膜を接続させることは難しく、抵抗が高くなるという問題があることは明らかである。また接続部や端部での導波上の問題、さらには寄生吸収の問題のため、極めて薄いＬＥＤチップ表面では、光の取出しが難しい。このように厚い透明基板との接合技術には、大きなニーズがある。
【特許文献１】米国特許第５，６２５，２０２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，６４８，９６６号明細書
【特許文献３】米国特許第５，９１７，１９６号明細書
【非特許文献１】Ｗ．  Ｗｏｎｇ、Ｔ．  Ｓａｎｄｓ、Ｎ．  Ｃｈｅｕｎｇら、化合物半導体、５巻、ｐ５４、１９９９年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２８】
前述の問題に鑑み、本発明では、発光装置のような装置を製作する方法であって、薄膜活性領域を有し、そこからの放熱が容易等、比較的簡単に所望の作動特性を有する装置を製作する方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２９】
本発明のこの、および他の目的、特徴および利点のため、
少なくとも一つの半導体装置を製作する方法であって、リチウムアルミネート（ＬｉＡｌＯ２）を有する犠牲成長基板を提供するステップと、前記犠牲成長基板に隣接して、ＩＩＩ族の窒化物を有する少なくとも一層の半導体層を形成するステップと、前記犠牲成長基板とは反対の側に、前記少なくとも一層の半導体層と隣接して取付基板を設置するステップと、前記犠牲成長基板を除去するステップと、を有する方法が提供される。本発明は、さらに、前記取付基板とは反対の側の、前記少なくとも一層の半導体層の表面に、少なくとも一つの接続部を設置するステップを有しても良く、あるいは、前記取付基板および少なくとも一層の半導体層を、複数の個々の半導体装置に分離するステップを有しても良い。最終的な装置を完成するため、当該方法は、さらに、個々の半導体装置を含む前記取付基板を、例えばインジウム（Ｉｎ）を有する放熱器に接合するステップを有しても良い。
【００３０】
さらに、前記犠牲成長基板を除去するステップは、前記犠牲成長基板を機械的に研磨し、湿式エッチングするステップを有しても良い。従ってある実施例では、前記取付基板は、前記湿式エッチングに対して耐性のあるものから選定される。別の実施例では、前記取付基板が前記湿式エッチングに対して耐性がない場合、機械的研磨手段によって、前記基板を除去することが好ましい。湿式エッチングが必要な場合には、前記取付基板の一部を湿式エッチングから保護しても良い。
【００３１】
前記犠牲成長基板は、単結晶ＬｉＡｌＯ２を有することが好ましく、前記少なくとも一層の半導体層は、少なくとも一層の単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）層を有することが好ましい。この材料の組み合わせでは、ｍ−面（１０１０）配向のＧａＮ層を製作することができる。
【００３２】
前記取付基板を設置するステップは、前記少なくとも一層の半導体層上に、密着層を形成するステップと、前記密着層を前記付基板に接合するステップと、を有しても良い。例えば、前記密着層は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方を有しても良い。
【００３３】
前記取付基板は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびシリコン（Ｓｉ）のうち、少なくともいずれかを有しても良い。前記少なくとも一層の半導体層は、ドーピングされても良い。また当該方法は、前記犠牲成長基板と前記少なくとも一層の半導体層の間に、バッファ層を形成するステップを有し、前記犠牲成長基板を除去するステップは、さらに前記バッファ層を除去するステップを有しても良い。
【００３４】
本発明では、極めて薄い活性部が製作される。例えば、前記少なくとも一層の半導体層の厚さは、約１０μｍ未満であっても良い。前記半導体層の一つまたは複数は、電気的にバイアス化された際に、光を放射するように選定されても良い。
【００３５】
本発明の別の態様は、前述の方法を用いて製作される半導体装置に関する。例えば、当該装置は、放熱器と、前記放熱器に隣接した取付基板であって、金属およびシリコンの少なくとも一方を有する取付基板と、を有しても良い。さらに当該装置は、前記放熱器とは反対の側の、前記取付基板上の複数の半導体層であって、少なくとも一つのｐ−ｎ接合を定形する複数の半導体層を有しても良い。該半導体層は、ｍ−面（１０１０）配向された単結晶のＩＩＩ族の窒化物層を有することが好ましい。さらに当該装置は、前記取付基板とは反対の側の、前記半導体層の最上層の上部に、少なくとも一つの接続部を有しても良い。前記ＩＩＩ族の窒化物は、例えば窒化ガリウムを有する。
【００３６】
当該装置はさらに、前記取付基板と前記半導体層の間に、密着層を有しても良い。前記密着層は、ニッケル（Ｎｉ）および金（Ａｕ）の少なくとも一方を有しても良い。前記取付基板の接着材は、インジウム（Ｉｎ）、またはインジウム−銀もしくはインジウム−金のようなインジウム系の低融点合金を有しても良い。また前記取付基板は、銅（Ｃｕ）、銀（Ａｇ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、クロム（Ｃｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）およびシリコン（Ｓｉ）のうち、少なくともいずれかを有しても良い。前記複数の半導体層は、前記金属基板および前記放熱器に印加される電気的なバイアスに応じて、光を放射しても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
添付図面を参照して、本発明の好適実施例を以下に詳細に説明する。ただし本発明は、多くの異なる形式で実施することが可能であり、以下に示す実施例に限定されるものではない。またこれらの実施例は、本説明が十分明確となるように開示されており、当業者には本発明の範囲が理解できることは明らかである。全体を通じて、同様の構成物には同じ参照符号が付されており、主な表記法は、別の実施例において同様の構成物を示す際にも使用される。
【００３８】
本発明は、ＩＩＩ族の窒化物の化合物半導体装置に関する。装置には、発光装置と電子装置が含まれる。発光装置は、膜組成によって、琥珀色から緑、青、さらに紫外まで連続的な範囲で発光するように調整される。別の色の発光装置との適切な組み合わせによって、またはこれらの装置に蛍光体を加えることによって、「白色光」を形成することも可能である。
【００３９】
そのような装置の発光パターンは、ＬＥＤの場合は非コヒーレントであり、ＬＤの場合コヒーレントである。電子装置は、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ショットキー、ｐ−ｉ−ｎおよび金属−半導体−金属（ＭＳＭ）光ダイオードならびに当業者にとって明確な他のものを含む。装置は、超薄膜であっても、原基板から分離されても良い。これらは、電気伝導度および熱伝導度の高い、金属または半導体のベース基材に接合される。効率的な放熱によって、装置特性が向上し、広面積の装置を製作することが可能となる。
【００４０】
超薄膜ＧａＮのＬＥＤおよびＬＤの新しい製作方法を示す。この技術では、深ＵＶから緑色まで、または薄膜の組成によってはこれを越える範囲まで、放射波長が変化するＬＥＤおよびＬＤを製作することができる。この方法では、原基板と接続されていない、自立型の超薄膜エピタキシャル膜を形成することができ、化学組成の自由度が広く、これに限られるものではないが、単純なＧａＮとＡｌＮの二元系、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮとの三元系、ＡｌＩｎＧａＮとの四元系のものが形成される。またこの方法では、従来の技術では製作することのできない、極めて広面積のＬＥＤを製作することが可能である。広面積のＬＥＤは、従来のＬＥＤに比べて、製作コストが大幅に抑制され、高輝度である。
【００４１】
製作プロセスは、（１００）面のＬＡＯ単結晶ウェハ３０の研磨処理から開始される（図１）。ウェハ３０の表面は、十分に洗浄される。次にＬＡＯウェハ３０は、図示されていないＭＯＣＶＤ（有機金属化学蒸着）炉内に設置され、７００℃から１２００℃に昇温され、ＧａＮのエピタキシャル膜３２（または特定のＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ金属比のＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮのエピタキシャル膜）が形成される。ただしＧａＮエピタキシャル膜を形成させる方法は、ＭＯＣＶＤ法に限られない。別の好適な方法として、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシー）法、ＡＬＥ（原子層エピタキシー）法、ＨＶＰＥ（ハイドライト気相エピタキシー）法などがある。
【００４２】
エピタキシャル膜３２の構造および組成は、製作される装置によって変化する。一つの重要な特徴は、（１００）ＬＡＯ基板３０に形成されたＧａＮエピタキシャル膜３２は、（１０１０）またはｍ−面配向されていることであり、これは、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＡｓおよびＳｉなどの従来の基板上に形成されるＧａＮ膜とは大きく異なる。ＬＡＯは、現在のところｍ−面のエピタキシャル膜を形成することのできる唯一の基板である。
【００４３】
ここで一般的な青、緑の可視光ＬＥＤについて考える。まず最初に、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮの薄い（＜５０ｎｍ）温度バッファ層３１がＬＡＯウェハ３０上に設置され、エピタキシャル膜３２の密着性が向上する。ＧａＮをサファイア上に形成する場合、ＡｌＮをバッファ層として使用するが、ＬＡＯ基板３０の場合、ＡｌＧａＮまたはＩｎＧａＮ層をバッファ層とすることが好ましい。この理由は、この場合、ＬＥＤやＬＤ装置に好適な伝導性ベース基材が提供されるからである。またＡｌＮは、ＬＡＯ基板３０との格子整合が悪いが、バッファ層３１としては、十分に使用することができる。Ａｌ０．７Ｇａ０．３Ｎは、ＬＡＯとａ軸に沿って正確な格子整合を有し、純粋なＩｎＧａＮは、ｃ軸に沿って良好な格子整合を示す。
【００４４】
原則として、いかなるＡｌＧａＮ組成であっても、バッファ層として使用することができる。恐らく、格子整合の良好な層の製作には、Ａｌ０．３Ｇａ０．７Ｎが最適な組成である。このバッファ層３１の成膜温度は、５００℃から１０００℃までの範囲で変化させることができる。ただし、基板３０とエピタキシャル層３２との良好な格子整合のため、バッファ層３１は高温（９００℃）で成膜することが好ましい。これは、従来とは明確に異なる。従来技術では、通常低温（５５０℃）でバッファ層を形成する必要があるからである。これは、サファイア、ＧａＡｓ、ＳｉおよびＳｉＣ基板への形成の場合も同様である。
【００４５】
バッファ層３１の形成後、９５０℃乃至１１５０℃まで昇温され、Ｓｉでｎ型にドープされたＧａＮ膜の第１の層３２ａが形成される。厚さは、数百ｎｍから数μｍまで変化させることができる。従来技術では、基板３０の除去は、機械的研磨またはレーザーアブレーションのような破壊的手段によって行われるため、基板の除去処理後に損傷を受けていない残留エピタキシャル膜３２を得るには、厚いＧａＮ膜が必要となる。本発明では、以下に詳細を示すように、ＬＡＯ基板３０の除去処理によって、エピタキシャル膜３２は損傷を受けることはない。従って、未ドープあるいはｎ型ドープされたＧａＮ層を厚く形成する必要はない。ｎ型ドープされた層３２ａの好適な厚さは、約８００ｎｍから２μｍの範囲である。
【００４６】
ｎ型ドープされたＧａＮ層３２ａの成長が完了した後に、図２に示すように、未ドープＩｎＧａＮ  層３２ｂおよびＧａＮ層３２ｃの薄膜層を有する、多重量子井戸構造部の成長が開始される。量子井戸構造部の厚さは、ＩｎＧａＮの井戸３２ｂおよびＧａＮの障壁３２ｃのいずれの場合も、１から１０ｎｍの範囲で変化する。好適な厚さは、井戸の場合は約２ｎｍであり、障壁の場合は約５ｎｍである。量子井戸の成長後、Ｍｇドープｐ型ＧａＮ層３２ｄが、キャップ層として形成される。ｐ型層３２ｄの厚さは、数百ｎｍから数μｍの間にあっても良い。次に基本ｐ−ｎ接合ＧａＮダイオード構造が製作される。
【００４７】
ＬＤの製作のためには、ｐ型層３２ｄの厚さを増大させる必要がある。これは、以下に示すように、従来の構造より反転メサ構造の方が望ましいからである。
【００４８】
エピタキシャル成長の完了後、ＧａＮエピタキシャル膜３２を有するＬＡＯウェハ３０は、ＭＯＣＶＤ反応炉から取り出される（図２）。これを金属蒸着器内に設置し、ＧａＮ表面全体をＮｉ（約２０ｎｍ）および金（約１５０ｎｍ）の薄膜で被覆することができる。これにより、ｐ型オーム接続部３４（図３）が形成される。
【００４９】
次にＬＡＯウェハ３０の金属コーティングされた表面層３４は、十分に研磨後、極めて平坦な研磨面を有する金属またはシリコンウェハベース基材３６と接合される。このベース基材は、図４に示すように、通常２インチ径のＬＡＯウェハを収容することができる。この金属またはシリコンベース基材３４は、電気接続部および放熱器として機能する。これらは、そのような用途に適した各種金属で構成することができ、例えばＣｕ、Ａｇ、Ａｕ、Ａｌ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｔｉ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｒ、ＰｔおよびＰｄなどである。
【００５０】
Ｓｉは工業的には、金属の分類に属さないが、低額なこの材料を利用することも可能である。線熱膨張係数は、ＧａＮ（５．６×１０−６／Ｋ）より幾分小さいが（４．７×１０−６／Ｋ）、熱伝導率は、８０乃至１５０Ｗ／ｍＫで十分に利用可能であり、密着ベース基材としての候補材料の一つである。これらの金属は、物理的特性が大きく異なるため、異なる要求仕様を満たすＬＥＤのベース基材３６として使用することができる。熱および電気伝導性、熱膨張係数、酸に対する耐食性、および金属延性および接合容易性の観点からは、金属ベース基材３６が選定される。ほとんどの金属は、大きな熱膨張係数を有し、例えばＡｌでは２３．５×１０−６／Ｋ、Ａｇでは１９．１×１０−６／Ｋ、Ｃｕでは１７．０×１０−６／Ｋである。より好適な熱膨張係数を有する他の金属として、例えばＭｏ（５．１×１０−６／Ｋ）、Ｗ（４．５×１０−６／Ｋ）、Ｚｒ（５．９×１０−６／Ｋ）がある。他の金属は、これらの中間にある。
【００５１】
熱膨張係のミスマッチが大きい場合、良好なオーム接続部３４を形成するための熱処理過程等において、ＧａＮ膜３２に損壊が生じる恐れがある。また金属結合、エッチング抵抗および異なる金属との合金化の容易性等についても考慮することが好ましい。
【００５２】
また金属の延性を考慮することが好ましい。通常は、極めて薄いダイアモンド切断砥石で、ＧａＮ膜３２と金属ベース基材３６の一体物を、個々のチップに切断する。これにより、切断砥石に切断金属が付着することを回避することができる。特殊なステップにより、そのような問題を抑制することができる。またこの金属ベース基材３６には、特定の寸法に切断しやすいように、予め切断線が付されており、これによりＬＥＤまたはＬＤの製作工程が簡略化できることは、当業者には明らかである。
【００５３】
予め切断線が付された金属ベース基材３６は、ＬＡＯウェハ３０のｃ軸とａ軸で揃えられることが好ましい（ウェハは、ＧａＮのａ軸とｃ軸で揃えられる）。これにより小さく切断された際に、ＧａＮのへき開面が金属ベース基材の端部と揃えられる。
【００５４】
金属ベース基材３６の厚さは、５０から５００μｍの範囲で変化させることができる。恐らく最も好適な金属ベース基材３６の材料は、Ｃｕ（銅）である。この材料は、熱および電気伝導性が高く、安価で容易に入手できるからである。しかしながらＣｕは、酸に対するエッチング抵抗が低いという問題がある。従ってエッチングプロセスの際には、銅と酸との接触を防ぐための特殊な処理手順が必要となる。
【００５５】
次に好適な選択は、Ｓｉ（シリコン）、Ａｇ（銀）および／またはＭｏ（モリブデン）である。これらの３材料は、大きく異なる特性を有するが、酸に対する抵抗性の点では共通の特性を有する。従って、一つの金属についての開発された処理手順は、他の材料にも利用できる。異なる点は、金属結合の性質および材料の延性である。ここでは、図に示すように、ベース基材金属３６としてＡｇを選定する。同じ手順が、ベース基材としてＳｉまたはＭｏを選定した場合にも適用される。
【００５６】
厚さ１００μｍのＡｇ金属シートは、２インチ径の円形ディスク３６の形状に切断される。次にＬＡＯウェハ３０は、金属化ＧａＮ３４の側を下向きにして、Ｉｎ（インジウム）合金によって、円盤Ａｇ金属ディスク３６に接合され、図５に示す構造が形成される。Ａｇは、電気伝導率の最も大きな金属であり（２０℃での電気伝導率が１．６３μΩｃｍ）、熱伝導率も良好である（４２９Ｗ／ｍＫ）。Ａｇ金属は比較的大きな熱膨張係数（１９．１×１０−６／Ｋ）を有するが、接合温度は十分に低く、問題は生じにくい。
【００５７】
ＳｉとＭｏは、他の金属よりも熱膨張係数が十分に小さく（それぞれ、４．７および５．１×１０−６／Ｋ）、ＧａＮの値に近いが、熱による接合の際に必要な温度は高くなり、熱膨張の差異が全体に及ぼす影響は、Ａｇ金属のものに近くなる。Ａｇ、Ｓｉ、Ｍｏ金属ベース基材のＮｉ−Ａｕコーティング面との接合性は、極めて良好であり、以降の剥離を防止することができる。金属の特性が異なるため、異なる接合材料が用いられる。Ａｇ金属ベース基材の場合、好適な接合材料は、インダロイ（Ｉｎｄａｌｌｏｙ）（登録商標）＃３（９０Ｉｎ、１０Ａｇ）である。Ｓｉベース基材の場合、好適な接合材料は、ＡｕＩｎ（インジウム金）である。Ｍｏ金属ベース基材の場合、好適な接合材料は、ＡｕＧｅ（ゲルマニウム金）である。
【００５８】
Ａｇ金属ベース基材３６をＬＡＯウェハ３０のＧａＮの側に接合した後、試料全体がラッピング装置に設置されてＬＡＯ基板の大部分が研磨除去され、さらに温塩酸（ＨＣｌ）中に浸漬されて、残留ＬＡＯ基板３０が溶解、除去される（図６）。接合金属が酸による腐食によってエッチング除去されることを防ぐため、シール材としてエポキシを用いて、ウェハ３０の周囲端部にエポキシを設置する。これにより、金属端部が酸により腐食されることを防ぐことが容易となり、エッチング処理中にＧａＮ膜３２には、いかなるピンホールまたはクラックも生じなくなる。あるいは、物理的な研磨処理によって、ＬＡＯ基板を完全に除去しても良い。ＧａＮとＬＡＯ間の密着性は比較的悪いため、９０％以上のＬＡＯ基板を機械的研磨によって、効果的に除去することができる。Ａｇ金属は、ＨＣｌエッチングに対する耐性が良好であることが知られている。表面にはＡｇＣｌの薄膜層が形成されるが、これは硝酸（ＨＮＯ３）によって容易に除去することができる。同様に酸に対する耐食性の良好な金属は、ＳｉおよびＭｏである。ＨＣｌエッチングに対して耐性のある別の金属は、Ｗ（タングステン）、Ａｕ（金）、Ｐｔ（白金）である。
【００５９】
ＨＣｌエッチングによってＬＡＯ基板３０が除去された後、Ａｇ金属ベース基材３６と接合されたＧａＮ膜３２のみが残留する（図６）。ＧａＮ膜３２の上部表面は、ｎ型になっている。これは、最終完成装置の種類に応じて変更され、以下に概略を示すように、一体物全体が異なる方法で処理される。
【００６０】
（１）標準的な青色ＬＥＤ
図６には、標準的な青色ＬＥＤを製作するための試料全体が示されており、これは洗浄後、乾燥される。次にＧａＮ基板には、ｎ型オーム接続パッドが形成される。上側面のみが発光に利用されるため、金属被覆率が最小となるようにパターン化された接続パッドが形成され、十分な領域での発光が可能となる。まず上部表面には、２０ｎｍのＴｉおよび１５０ｎｍのＡｌ金属が塗布される。次に表面がフォトレジストでスピンコートされ、オーム接続パッドのパターンが形成される。接続パッドの形状は、単純なドット、帯または蛇行状とすることができ、この形状はＬＥＤ装置の寸法および形状に依存する。露光金属がエッチングされた後にフォトレジストが除去され、パッドパターンが残留する。
【００６１】
リフトオフ技術を用いて、第１のコーティング処理によって、表面をフォトレジスト４０でコーティングしても良いことは勿論である（図７）。パッドパターンはフォトレジスト４０上に形成される（図８）。次にウェハ上部には、ＴｉおよびＡｌの金属コーティング層が設置され、位置４２ａ、４２ｂが定形される（図９）。フォトレジスト４０が剥離除去された後、接続パッド４２ａが形成される（図１０および図１１）。
【００６２】
得られた装置は、高い熱伝導率を有し、広面積の装置を製作することが可能となる（＞１ｍｍ２）。ＬＥＤチップの最終寸法および形状は、用途に依存する。装置が熱を適切に排除することができる限り、ＬＥＤチップは、ロッド状等いかなる形状に切断しても良い。小さなチップに切断する前に、Ａｇ金属をガラス基板に接着しても良い。切断処理過程では、ウェハに切断線４４を形成する必要があり、この切断線によって、Ａｇ金属層を介してガラス板４５を切断することができる（図１１）。ガラス板４５を用いることによって、切断砥石が清浄化され、金属の付着の問題が解消される。
【００６３】
ＳｉまたはＭｏ金属ベース基材３６の場合、金属の付着の問題は生じない。従って、当業者には明らかなように、ガラス板の代わりに伸縮テープを用いることができる。
【００６４】
切断処理後に、切断片５０は洗浄によって切断時のダストが除去された後、アセトンで洗浄され、ガラス板からチップが分離される（図１３）。ＳｉおよびＭｏ金属をベース基材とする装置の場合、テープを伸縮させて、各チップ全てを分離することができる。分離したチップは、回収され、従来の赤色ＬＥＤと同様の方法で、最終装置に取り付けられる。これにより超薄膜青色ＬＥＤが製作される。実施例に示すように、高い輝度、効率的な放熱は、金属部４４に接合された放熱器４８（図１４）によって提供される。またリード部４６は、上部接続部４２ａに設置される。
【００６５】
（２）高輝度白色ＬＥＤ
高輝度白色ＬＥＤを製作するため、Ｃｅ−ＹＡＧまたはＥｕ−ＳｒＡｌ２Ｏ４、あるいは蛍光反射体が青色ＬＥＤの背面にコーティングされた他の既知のセラミックまたはｎ型ドープされたＧａＮ面上にｎ型ドープされたＺｎＳｅの厚い層が設置されたセラミックが使用される。蛍光反射体を用いることで、白色光が生じ、いかなる追加のウェハ処理ステップも必要ではなくなる。しかしながら、蛍光体としてＺｎＳｅを塗布した層を選定した場合、追加の成膜処理が必要となる。
【００６６】
ＬＡＯ基板の除去後、ウェハは、洗浄、乾燥され、ＺｎＳｅ反応炉に設置され、ｎ型ドープＧａＮ層の上部表面にｎ型ドープＺｎＳｅ層が成膜される。ＺｎＳｅ層は、ＧａＮから放射される青色光を吸収して黄色光を放射することができ、ＧａＮの青色と混合されて、白色光が得られる。ＺｎＳｅの厚さは、適正な吸光度が得られ、さらに適正な白色光が得られるように制御されることが好ましい。この場合、ＺｎＳｅ膜の上部には、ｎ側のオーム接続部が形成される。残りの成膜過程は、前述の方法とほぼ同様である。その後のウェハを切断して、個々のＬＥＤを得る手順は、前述の（１）の場合と同様である。
【００６７】
ＣｅドープＹＡＧまたはＥｕドープＳｒＡｌ２Ｏ４セラミック反射体は、温度感度を示さず、光強度（または駆動電流）が変化しても、白色光の外観に変化は生じない。これに対してＺｎＳｅの放射は、大きな温度感度を示し、温度の上昇とともに赤色にシフトする。従って白色光の全体的な外観は、強度（または温度）の増大により赤側にシフトする。本発明の装置は、極めて大きな熱伝導性金属ベース基材を有し、熱が放出されるため、装置全体の温度変化は小さい。これにより、色シフトを有効に抑制することができることは、当業者には明らかである。また出願人によれば、本装置は、ＺｎＳｅ−ＧａＮ、ｎ−ｎ−ｐ装置としての最初の組み合わせである。
【００６８】
（３）ＬＤ
ＬＤ配置構造は、ｎ型ＧａＮベース基材とｐ型ＧａＮメサを有する従来の構造とは反転されている。この場合、装置はｐ型ＧａＮベース基材とｎ型ＧａＮメサ構造を有する。基本的な製作手順は、前述の方法と実質的に等しい。従来のＬＤ設計とは異なり、厚い膜は不要である。
【００６９】
従来のＬＤ設計では、光のリークを防止するには、光を閉じ込めるための高Ａｌ含有量の厚いＡｌＧａＮクラッド層が必要となる。ＭＱＷ（多重量子井戸）構造部のクラックを防止するため、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ、ＭＤ−ＳＬＳ（変調ドープ歪層超格子）層が、ＭＱＷの両側に形成される。本発明では、ｎ型ＧａＮ表面の上部全体が、ｎ側のオーム接続用に金属化される。
【００７０】
本発明では、光閉じ込めにＭＤ−ＳＬＳを使用する代わりに、ｐ−およびｎ−側の金属化オーム接続膜を使用する。ｎ型ＧａＮ表面上部が、オーム接続部のためＴｉおよびＡｌで被覆された後、その表面は、フォトレジストでパターン化され、各レーザーダイオードの位置がマークされる。オーム接続部のパターンは、ＧａＮ膜のへき開面と揃えられ、ＧａＮ膜を割って、レーザー用の共振孔を形成することが可能となる。
【００７１】
ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）を用いて、メサ構造を構成しても良い。ＧａＮのｐ層を介して、金属ベース基材に到達するように、エッチングが行われる。メサ構造の側は、ＳｉＯ２のような吸収材とクラッド化され、反射が回避される。
【００７２】
次に、支持ガラス板上の金属ベース基材を介してウェハが切断され、ＲＩＥ処理によりパターンが形成される。切断ダストを除去し、洗浄後、ガラス板が溶媒中に浸漬され、エポキシが除去され、ＬＤチップが分離される。これらのチップは、洗浄乾燥後、（０００１）面に沿って両端部で切り離され、共振孔が形成される。
【００７３】
レーザー電流閾値を抑制するため、２つのへき開ＧａＮ表面には高反射コーティング（１／４波長ＴｉＯ２／ＳｉＯ２多層化層の組で構成される）が必要となる。次にこれらのチップは、簡単に設置され、レーザーダイオードが構成される。
【００７４】
可視光および白色光のＬＥＤ並びに可視光のＬＤを形成する際の、詳細な処理プロセスを以下に示す。ＵＶ−ＬＥＤおよびＬＤを形成する際の通常の手順は、可視光の装置を製作する場合と実質的に等しいが、基本膜組成がＧａＮではなく、ＡｌＧａＮである点が異なっている。Ａｌ量の増大に伴い、ＡｌＧａＮ膜のバンドギャップが大きくなるが、同時に膜の電気抵抗も増大する。
【００７５】
純粋なＡｌＮは絶縁体であり、装置の抵抗が極端に大きくなることを回避するため、最大Ａｌ量には限度がある。通常このＡｌＧａＮ膜中のＡｌ量の限度は、約５０％である。ＬＡＯの格子定数はＧａＮより若干小さいため、これは、実際にはＡｌＧａＮ組成と良好に適合する。ＵＶ−ＬＥＤを製作するため、薄膜（＜５０ｎｍ）ＡｌＧａＮバッファ層の９００℃での初期成長後、ｎドープＡｌＧａＮは、１０００℃乃至１２００℃で成膜される。同様に可視光ＬＥＤの場合、好適なｎ型ドープ層の厚さは、約８００ｎｍ乃至１μｍである。
【００７６】
多重量子井戸構造は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮの交互の薄膜層で構成される。この量子井戸構造の厚さは、数ｎｍに過ぎない。サファイアおよびＳｉＣ上でのｃ面（０００１）膜配向での従来の成長では、自発分極および圧電効果によって、大きな電場（〜１ＭＶ／ｃｍ）が形成される。これは、量子閉じ込めスターク効果によって、赤の側へのシフトを生じさせる。本発明の膜は、非極性ｍ−面（１０１０）方向に沿って成長し、高強度取り出しの下でそのような赤の側へのシフトは生じない。
【００７７】
量子井戸の形成の後、Ｍｇドープｐ型ＡｌＧａＮは、キャップ層として成長する。ｐ層の好適厚さは、数百ｎｍである。次にｐ−ｎ接合、ＵＶ−ＡｌＧａＮダイオード構造が構成される。
【００７８】
ｐ−ｎ接合構造の構成後の装置の製作プロセスの残りの部分は、可視光のＬＥＤとほぼ同様である。ＵＶ光は、ｎドープＧａＮ層を介して放射される。Ｔｉ−Ａｌの電気オーム接続パッドにより、放射光の遮断は最小限に抑制される。ＵＶ−ＬＤを製作する場合の手順も同様であるが、この場合、膜組成はＧａＮではなく、ＡｌＧａＮである。
【００７９】
従来のサファイアおよびＳｉＣ上に製作されるＬＥＤおよびＬＤに比べて、本発明による装置の構造には、以下に示す多くの特徴や利点がある。
【００８０】
（１）ＬＥＤおよびＬＤ装置に重要な特徴は、原基板のない状態のＧａＮ膜の超薄膜構造である。装置全体の厚さは、１μｍあるいはそれ以下である。現在の他の技術では、そのような自立薄膜ＧａＮ装置を製作することはできない。超薄膜構造は、熱放射に有益であり、特に装置が高熱伝導性金属基板に接合されている場合、有益である。
【００８１】
（２）放射光の遮断がない。本発明のＬＥＤおよびＬＤは、いずれも上部が透明ｎ型ドープＧａＮの側となるフリップチップ構造であって、直接光が放射される。ＬＥＤの背面の適当な金属化によって、反射率をさらに増大させることができ、総光出力が増大する。
【００８２】
（３）ＬＥＤおよびＬＤは、高熱伝導性金属ベース基材の上部に接合された、極めて薄いＧａＮ膜を有する。装置のベース基材は、優れた放熱特性を有し、サファイアあるいはＳｉＣが含まれるＬＥＤやＬＤに比べて、装置を高電流で駆動させることができる。
【００８３】
（４）ＬＥＤおよびＬＤでは、全体が金属からなるベース基材を用いて、これをｐ型ドープＧａＮ層と電気的に接続させることができる。これにより、ｐドープ層のキャリア濃度が低く、二次元シート電流が低いという影響が十分に解消される。
【００８４】
（５）サファイアおよびＳｉＣ上のＧａＮ膜と比べて、比較的欠陥密度が低く、格子整合が良好であるため、本装置は高電流で駆動することができ、高い輝度が得られる。
【００８５】
（６）本発明のＬＥＤの寸法は、サファイアまたはＳｉＣ上のＬＥＤに比べて、放射面積を広くすることができる。装置のベース基材全体が放熱器となるためである。金属ベース基材全体が電極となるため、電流の流れは問題とはならない。装置の最終寸法は、金属ベース基材による熱放出の限界にのみ制限される。また、ＬＥＤの形状は、四角形である必要はない。その長さは、原基板ウェハの径によってのみ制限される。これにより、従来のＬＥＤでは得ることのできない特殊な形状の照明を得ることが可能となる。
【００８６】
（７）ＧａＮ層に代わるＡｌＧａＮ層の形成は容易であり、装置はＵＶ線に対して透明であるため、本装置の構造は、ＵＶ−ＬＥＤおよびＬＤに適している。またこの膜は、非圧電性のｍ−面膜であるため、量子閉じ込めによるスターク効果は生じない。本装置の放射波長は、装置出力に関わらず、一定に維持される。
【００８７】
（８）本構造は、レーザー孔用の自然なへき開表面を提供する。
【００８８】
（９）ＥＬＯＧ（エピタキシャル側面成長）または他の複雑な写真転写もしくはエッチング処理技術は不要である。全体の装置製作手順は、より単純化される。ＬＥＤは、従来の赤色ＧａＡｓ系ＬＥＤおよびＬＤの場合と同様の設置構造を有し、装置はパッケージ化の前に、チップ上でＧａＡｓ系ＬＥＤと一体化され、ＬＥＤクラスターが形成される。
【００８９】
高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）、ショットキー、ｐ−ｉ−ｎおよび金属−半導体−金属（ＭＳＭ）光ダイオード等のような電子装置の製作の際の、ＧａＮおよびＡｌＧａＮのエピタキシャル膜を形成する基本手順は、ＬＥＤおよびＬＤの同じ組成のエピタキシャル膜を形成する場合と実質的に等しい。正確には、層状化構造の順番のみが異なる。ダイオードには、基本層として、光子の発光を制御する量子井戸を有するｐおよびｎ層の２層のみが必要である。ＨＢＴまたはＢＪＴ（バイポーラ接合トランジスタ）装置の場合、ｎ−ｐ−ｎ、ｐ−ｎ−ｐまたは別の配置の３層が必要である。本発明の構造では、金属製のベース基材が提供され、放熱効果に優れ、いかなる高出力の用途にも利用することができる。さらにＭＳＭ構造の装置では、処理プロセスが単純化され、簡単な構成となる。
【００９０】
本発明の実施例は、２つの特定のステップに大別できる。第１のステップは、ＭＯＣＶＤ法によるＧａＮエピタキシャル膜の成長である。第２のステップは、これらのエピタキシャル膜からのＧａＮ−ＬＥＤおよびＬＤ装置の製作である。
【００９１】
（Ａ）ＧａＮエピタキシャル膜の成長：
ＧａＮ−ＬＥＤおよびＬＤの装置を製作するため、まず最初に、特殊な構造の中間層を有するＧａＮの高品質エピタキシャル膜を得る必要がある。最も重要な因子は、膜が平滑な鏡面状であって、クラックのないことである。また成長処理プロセス後に、膜が剥離しないように、基板に膜を設置する必要がある。膜は全て、アイキシトロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００ＨＴ−ＭＯＣＶＤ装置で成長させた。各成長処理バッチにおいて、２インチ径の単結晶ウェハが製作された。この反応炉の気体原料は、窒素（Ｎ２）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）、シラン（ＳｉＨ４）、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）およびＣｐ２Ｍｇ等である。
【００９２】
特定の組成の膜を成長させるには、適当な気体原料を流入させ、分解させる必要があることは明らかである。例えば、ＡｌＮ層を成長させるには、アンモニアとＴＭＡを流入させ、反応させる必要がある。ＧａＮ層を成長させるには、アンモニアとＴＭＧを流入させる。ＩｎＧａＮ量子井戸を成長させるには、アンモニア、ＴＭＩｎおよびＴＭＧを流入させる必要がある。ｎドーピングを行なうには、シランを流入させ、ｐドーピングを行うにはＣｐ２Ｍｇを流入させる必要がある。従って本発明の実施例の以下の例では、流入させる気体については、詳細を説明しない。
【００９３】
最適な膜組成を得るための気体の流速および混合比は、供給メーカーによって供給される反応炉によって変化する。同じ供給メーカーが製作した反応炉であっても、異なるユニット間では差異が生じ得る。
【００９４】
実施例１：
ＬＡＯウェハは、洗浄後、アイキシトロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００ＨＴ−ＭＯＣＶＤ炉内に設置される。成長処理プロセスは、サファイア上のＧａＮの標準的な成長処理手順と同様である。まず最初に基板が、窒素雰囲気において１０５０℃で１０分間、予備加熱される。温度が５８０℃まで降温されてから、ＬＡＯウェハ上に、ＡｌＮ低温バッファ層が５０ｎｍの厚さで成長する。その後温度が９５０℃まで昇温され、８００ｎｍの未ドープＧａＮがＡｌＮバッファ層の上部に成長する。反射計での測定結果を図１５に示す。この膜は、外観上平滑であり、剥離も認められない。
【００９５】
しかしながら、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）では、異なる結果が得られる。ＡｌＮ層はほとんど結晶化されておらず、その核の上部にＧａＮ層が成長する。ＡｌＮ核の好適配向は、ｃ軸［０００１］に沿った方向であるため、ＧａＮ膜は、ｃ−面（０００１）膜となり、ｍ−面（１０１０）膜とはならない。従ってＧａＮ膜とＬＡＯ基板の間には、エピタキシャルの関係は得られない。低温ＡｌＮバッファ層の存在により、膜は高い欠陥密度を示す。
【００９６】
実施例２：
別のＬＡＯウェハを洗浄後、アイキシトロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００ＨＴ−ＭＯＣＶＤ炉内に設置する。成長操作手順を以下のように変更する。まず最初に、基板を１０５０℃で１０分間予備加熱するステップを省略する。その代わりに、ウェハを直接９００℃まで昇温し、この温度でＡｌＮ膜の成膜を開始する。高温ＡｌＮバッファ層を５０ｎｍの厚さに成長させてから、温度を９５０℃に上げ、ＡｌＮ層の上部に８００ｎｍの厚さのｎ−ドープＧａＮ：Ｓｉ層を成長させる。成長期間中の、膜の平滑性をモニターした反射計の測定データ（図１６）は、実施例１の場合とは大きく異なっており、膜の品質が向上したことを示している。
【００９７】
膜は鏡面状態であって、室温まで冷却しても剥離は生じない。Ｓｉドーピングは、膜の品質に影響を及ぼさない。顕微鏡で観察した場合、ＧａＮ膜は極めて均一で、膜内にクラックは存在しない。これは、ＧａＮの熱膨張係数がＬＡＯよりも小さく、ＧａＮ膜には冷却中、常に引張応力が生じることと対応する。
【００９８】
ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）では、ＡｌＮ層が結晶化され、極めて薄く成長していることがわかる。これは、ＡｌＮが界面でＧａＮと合金化しているためであると推察される。ＡｌＮバッファ層の良好な結晶化のため、この膜はより均一であり、欠陥が少ない。
【００９９】
実施例３：
ｎドープＧａＮ：Ｓｉエピタキシャル膜の基本成長処理が完了した後、ｐ−ｎ接合および量子井戸構造を有するＧａＮ膜の成長処理が行われる。別のＬＡＯウェハが洗浄後、アイキシトロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００ＨＴ−ＭＯＣＶＤ炉内に設置される。実施例２の成長処理手順が実施され、完全構造のＧａＮ膜の成長が行われる。ウェハは、直接９００℃まで加熱され、５０ｎｍの厚さのＡｌＮ高温バッファ層の成膜が開始される。ＡｌＮバッファ層の成長後に、温度は９５０℃に昇温され、８００ｎｍの厚さのｎ−ドープＧａＮ：Ｓｉ層が成長する。その後、１０ｎｍの未ドープＧａＮ障壁と５ｎｍのＩｎＧａＮ井戸の２組からなる量子井戸構造が形成される。その上部には、１０ｎｍのＡｌＧａＮ障壁層が形成され、最後に２００ｎｍのｎ−ドープＧａＮ：Ｍｇキャップ層が形成される。
【０１００】
反射計によるデータ（図１７）では、優れた成長状態が得られている。ｐ−ｎ接合および多重量子井戸構造の成長が完了した後、炉温は７５０℃に降温され、４０分間の熱処理によって、ｐドープＧａＮ：Ｍｇ層が活性化される。熱処理後に、反応炉は室温まで冷却される。実施例２と同様に、ＬＡＯ上のＧａＮ膜は平滑で鏡面状態である。２インチのウェハの上に形成された膜には、クラックは認められない。このウェハから簡単に、ＬＥＤ装置を製作することができる。
【０１０１】
実施例４：
前述の３実施例では、可視ＬＥＤおよびＬＤ装置用の完全構造のＧａＮ膜を形成させる処理手順を示した。第４の例では、ＵＶ−ＬＥＤおよびＬＤ装置を製作することのできる方法を示す。この方法では、ＬＡＯ上にＡｌＧａＮ膜を成長させる必要がある。ＡｌＮの単位セル格子寸法は、ＧａＮのａ−軸＝３．１１２Å、ｃ−軸＝４．９９５Åよりも小さい。ＬＡＯの格子寸法と比較すると、格子定数も小さい。ミスマッチは、ａ−軸では−０．７％であって、ｃ−軸では−３．５％である。実際にＡｌＮ−ＧａＮ固溶体組成範囲では、ＡｌＮの格子整合が悪い。ＡｌＧａＮは約３０％のＡｌを有し、ＬＡＯとの格子整合は最も良好である。
【０１０２】
従って、ＬＡＯ上に厚いＡｌＮ膜を成長させる可能性を検討することにより、ＵＶ−ＬＥＤおよびＬＤ用のＡｌＧａＮエピタキシャル膜が、成長し得るかどうかの判断に必要な情報が得られる。別のＬＡＯウェハを洗浄して、アイキシトロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００ＨＴ−ＭＯＣＶＤ炉内に設置する。最初にウェハは、直接９００℃に加熱される。次に、この温度でＡｌＮバッファ層の成膜が開始される。５０ｎｍのＡｌＮバッファ層の成長後に、温度は９５０℃に昇温され、この温度でＡｌＮ膜の成長が継続される。最終的なＡｌＮ膜の厚さは約３５０ｎｍである。
【０１０３】
反射計での測定データは、図１８に示されており、良好な状態である。室温冷却後のＡｌＮ膜は、均一で鏡面状態である。顕微鏡観察の結果、２インチのＡｌＮ膜には目視クラックは存在しなかった。このように、未ドープＡｌＮ膜が成長することを確認した。ＧａＮの場合と同様に、ＡｌＧａＮ膜をＬＡＯ上に成長させることができると思われる。
【０１０４】
（Ｂ）ＧａＮ−ＬＥＤおよびＬＤ装置の製作
前述の実施例３に示したように、全ｐ−ｎ接合および量子井戸構造エピタキシャル膜の成長が完了した後、ＧａＮエピタキシャル膜を有するＬＡＯウェハが、ＭＯＣＶＤ反応炉で除去され、ＬＥＤ装置の製作の準備が完了する。このウェハは、金属蒸着器内に設置され、ＧａＮ表面の上部に、まず約２０ｎｍの厚さのＮｉがコーティングされ、さらに約１５０ｎｍの厚さのＡｕ薄膜がコーティングされ、ｐ−ＧａＮ層のオーム接続部が製作される。
【０１０５】
研磨後の１００μｍ厚さの平坦Ａｇ金属シートは、２インチ径の円盤ディスク状に切断される。次に、ＬＡＯウェハは、金属化ＧａＮの側を下向きにして、インジウム金属を有する円盤状Ａｇ金属ディスクと熱的に接合される。熱接合の間、部品全体が適当な荷重で押し付けられ、硬化後には良好な物理的接触が得られる。
【０１０６】
ＬＡＯウェハがＡｇ金属ディスクと強固に接合された後、Ａｇ金属と接合したＬＡＯウェハの端部には、エポキシが設置される。後続の酸エッチング処理のため、金属ディスクの端部はシールされる。一旦エポキシが硬化すると、全試料は５０％の希釈温塩酸（ＨＣｌ）溶液に浸漬され、ＬＡＯ基板が除去される。ＬＡＯ基板がＨＣｌエッチングによって除去された後、ウェハは、希釈硝酸液で洗浄され、Ａｇ金属表面のＡｇＣｌが除去される。これにより、インジウム合金によって、Ａｇ金属ベース基材に接合されたＧａＮ薄膜のみが残留する。ここでＧａＮ膜は、支持板に対して反転される。ＧａＮ膜の上部表面は、ｎ−型となる。
【０１０７】
全試料は、酸洗浄された後、洗浄、乾燥される。次にＧａＮ膜表面には、ｎ−ドープ側用のオーム接続パッドが形成される。ここでは、リフトオフ技術を用いて、接続パッドが形成される。ＧａＮ膜表面は、フォトレジストによってスピンコートされ、オーム接続パッドのパターンが形成される。単純化のため、接続パッドとして、極めて大きな１００μｍの円状ドットを製作した。実際の装置では、電気接続パッドの寸法と形状は、いずれも要求仕様に合致するように変更される。
【０１０８】
本発明の装置は、優れた熱伝導性を有し、広面積の装置（＞１ｍｍ２）を製作することが可能となる。例えば接続パッドの中心から中心の距離が、１．５ｍｍのパターンが製作される。一度パターンをＵＶ線で露光すると、未露光のフォトレジストが剥離除去された際に、パッド領域が露出する。次に、最初に２０ｎｍのＴｉ、次に１５０ｎｍのＡｌ金属をコーティングすることにより、ｎ−型オーム接続パッドが形成される。フォトレジストの上部の金属膜に沿って、フォトレジストを剥離除去させることにより、ｎ−ドープ側の電極用のＴｉ−Ａｌ金属コンタクトパッドを、ＧａＮ膜の上に残留させることができる。
【０１０９】
これにより、装置構造部の構成が完了する。ウェハの背面に伸縮可能なテープが接着されてから、ウェハは切断装置に設置され、最終的なチップ形状に切断される。切断処理プロセスでは、ＧａＮ薄膜層およびＡｇ金属ベース基材層が切断されるが、伸縮テープは切断されない。切断は、Ｔｉ−Ａｌ接続パッドがチップの中央に位置するように行われる。切断された板は、洗浄によって切断屑が除去され、その後、テープを伸縮させることによって、テープ上にある個々のチップが分離される。完成したチップは、伸縮可能なテープから分離された段階で、従来の赤色ＬＥＤの場合と同様の方法で取り扱うことが可能となり、超薄膜青色ＬＥＤが製作される。
【０１１０】
チップの評価は、１２Ｖの直流電源を用いて行われる。電源が装置と電気的に接続された際に、青色光が放射される。ここに示された実施例は、単純なＬＥＤ構造の一例であり、高分解能で高機能のいかなる機器も使用しないものである。ただし本発明の多くの変更や他の実施例は、本説明および関連の実施例を精読することによって、等業者には容易に想到される。従って、本発明は、示された特定の実施例に限定されないことは明らかである。また変更や他の実施例は、添付の特許請求の範囲に属することは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【０１１１】
【図１】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図２】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図３】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図４】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図５】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図６】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図７】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図８】本発明による装置の各製作段階での概略的な断面図である。
【図９】本発明による装置の各製作段階での概略的な断面図である。
【図１０】本発明による装置の各製作段階での概略的な断面図である。
【図１１】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図１２】本発明による装置の各製作段階での概略的な斜視図である。
【図１３】ウェハ上の隣接する装置同士を分離した後の本発明による個々の装置の斜視図である。
【図１４】支持体に取り付けられた図１３の装置の断面図である。
【図１５】本発明の第１の例による装置の反射計によるデータのグラフである。
【図１６】本発明の第２の例による装置の反射計によるデータのグラフである。
【図１７】本発明の第３の例による装置の反射計によるデータのグラフである。
【図１８】本発明の第４の例による装置の反射計によるデータのグラフである。
【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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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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