(57)【要約】  本発明の実施形態は、光が吸収構造の下方で生成されることを防止する、且つ／或いは光を吸収構造から遠ざけるように導く、縦型発光デバイスの構造に向けられる。本発明の実施形態は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を含む。半導体構造の底面に底部コンタクトが配置される。底部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの一方に電気的に接続される。半導体構造の頂面に頂部コンタクトが配置される。頂部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続される。頂部コンタクトは、第１の辺と、該第１の辺の反対側の第２の辺とを含んでいる。頂部コンタクトの第１の辺の下方で、半導体構造内に第１のトレンチが形成されている。頂部コンタクトの第２の辺の下方で、半導体構造内に第２のトレンチが形成されている。
2017534185.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を有する半導体構造と、
前記半導体構造の底面に配置された底部コンタクトであり、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続された底部コンタクトと、
前記半導体構造の頂面に配置された頂部コンタクトであり、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの他方に電気的に接続された頂部コンタクトと、
前記頂部コンタクトの真下に配置されたミラーであり、当該ミラーは、前記半導体構造内に形成されたトレンチと、該トレンチ内に配置された反射材料とを有し、前記トレンチは前記半導体構造の前記底面から延在しており、且つ前記トレンチは前記発光層を貫通していない、ミラーと、
を有するデバイス。
【請求項２】
前記トレンチは、前記頂部コンタクトとアライメントされて前記頂部コンタクトの下方に配置され、前記トレンチの少なくとも一部が、前記トレンチの上方に位置する前記頂部コンタクトと実質的に同じ幅である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記トレンチ内で、前記底部コンタクトと前記発光層との間に絶縁層が配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記発光層はＡｌＩｎＧａＰである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
当該デバイスは更に、前記トレンチと前記反射材料との間に配置された誘電体層を有し、前記反射材料は、前記誘電体層によって、前記トレンチ内の前記半導体構造から電気的に分離されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トレンチの少なくとも１つの側壁が、前記半導体構造の前記頂面への法線に対して３０°から９０°の角度を付けられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記頂部コンタクトは前記ｎ型領域に電気的に接続されており、且つ
前記トレンチの最も深い箇所が前記ｐ型領域の中にある、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記頂部コンタクトは前記ｐ型領域に電気的に接続されており、且つ
前記トレンチの最も深い箇所が前記ｎ型領域の中にある、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を有する半導体構造と、
前記半導体構造の底面に配置された底部コンタクトであり、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの一方に電気的に接続された底部コンタクトと、
前記半導体構造の頂面に配置された頂部コンタクトであり、当該頂部コンタクトは、前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域のうちの他方に電気的に接続されており、当該頂部コンタクトは、第１のエッジと該第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する、頂部コンタクトと、
前記頂部コンタクトの前記第１のエッジの下方で前記半導体構造内に形成された第１のトレンチ、及び前記頂部コンタクトの前記第２のエッジの下方で前記半導体構造内に形成された第２のトレンチと、
を有するデバイス。
【請求項１１】
前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの中に配置された反射材料、を更に有する請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは各々、前記半導体構造の前記底面から延在しており、前記第１及び第２のトレンチの各々の最も深い箇所が前記ｎ型領域の中にある、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記第１及び第２のトレンチ内で、前記底部コンタクトと前記発光層との間に絶縁層が配置されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記発光層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記第１及び第２のトレンチの各々の少なくとも１つの側壁が、前記半導体構造の前記頂面への法線に対して３０°から９０°の角度を付けられている、請求項１０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、頂部コンタクトから遠ざけるように光を導くよう配置されたトレンチを有する縦型薄膜発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低い電力消費、小さいサイズ、及び高い信頼性を必要とする数多くの用途における光源として広く受け入れられている。可視スペクトルの黄緑色から赤色の領域内の光を発するエネルギー効率の良いダイオードは、しばしば、ＩＩＩ族リン化物で形成された活性層を含んでいる。
【０００３】
図１は、ここに援用するＵＳ２０１１／０２６６５６８（特許文献１）に更に詳細に記載されているものである縦型薄膜ＩＩＩ族リン化物デバイスの一部を示している。縦型デバイスにおいては、半導体構造の頂面及び底面にコンタクトが形成される。電流が、コンタクトによって注入されて縦方向に進行する。縦型アーキテクチャの１つの欠点は、電極構成を所与とすると、電流が頂部コンタクトの真下に流れて頂部コンタクトの真下の活性領域で優先的に光を生成する傾向にあることである。頂部コンタクトの真下で生成された光は頂部コンタクトによって吸収されやすく、それによってデバイスからの光取り出しが減少され得る。
【０００４】
図１は、頂部のｎコンタクト３５の下のデバイス５００の部分を示している。このデバイスは、ｎ型領域５０、発光領域若しくは活性領域５２、ｐ型領域５４、及びｐ型コンタクト層５６を含んでいる。
【０００５】
半導体構造に埋め込まれたミラー４５が、ｎコンタクト３５の下方で光が生成されること又はｎコンタクト３５によって光が吸収されることを防止する。ミラー４５は、半導体デバイス内にエッチングされたトレンチ４４の中に形成され、該トレンチは、活性領域５２を貫いてエッチングされ得る。このトレンチは、ｎコンタクト３５と同じ幅を有してそれとアライメントされ得る。トレンチ４４は、ｎ型領域５０の中まで延在し得る。より深いトレンチはいっそう効率的なミラーを形成するが、トレンチ４４の深さは、ｎ型領域５０の全体に電流を広げる必要性と、処理中及び動作中に半導体構造の構造的完全性を維持する必要性とによって制限される。ｎコンタクト３５の下にミラーを形成するものであるトレンチ４４の底における幅は、ｎコンタクト３５の幅と同じとし得る。トレンチ４４は、角度付けられた又は垂直な側壁を持ち得る。側壁は、一部の形態において、半導体構造の頂面への法線に対して３０°から６０°に角度付けられ、一部の形態において、半導体構造の頂面への法線に対して４５°に角度付けられる。角度付けられた側壁は、例えば、フォトレジストマスクがリフローして傾斜した側壁を形成するように、フォトレジストマスクを加熱することによって形成され得る。この傾斜した側壁の形状が、ドライエッチングによって半導体に転写される。
【０００６】
トレンチ４４及びｐ型コンタクト層５６の頂面が、例えばプラズマ化学気相成長によって形成される例えばＳｉＯ２などの誘電体材料５８で表面を覆われる。誘電体材料５８は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。一部の形態において、誘電体層５８の厚さは全反射を確保するのに十分にされる。この効果のために必要とされる最小厚さは、光波長のほんの一部であり、その誘電体の屈折率に依存する。例えば、ＳｉＯ２誘電体層５８では、少なくとも５０ｎｍの厚さが好ましく、１ミクロン又は数ミクロンほどの大きさの厚さが使用され得る。
【０００７】
ミラー４５は、反射性の導電層６２（多くは例えば銀又はアルミニウムなどの反射金属層）と誘電体層５８とを含む。誘電体層は、半導体構造と反射性導電層６２との間に配置され、また、一部の形態において電気的分離（アイソレーション）を提供する。反射層６２は、例えば銀とすることができ、例えば蒸着又はスパッタリングによって堆積され得る。反射層６２は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。一部の形態において、反射層６２の厚さは１０００Åと５０００Åとの間である。
【０００８】
ｎコンタクト３５の方向に放たれた光は、ミラー４５によって、ｎコンタクト３５から遠ざかるように反射される。一部の形態において、ミラー４５の側面は、光をデバイスの頂面の方に導くように傾斜される。大きい角度でミラーに入射する光は、誘電体層５８によって全反射される。小さい角度でミラーに入射する光は、誘電体層を通り抜けて反射層６２によって反射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０２６６５６８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の１つの目的は、頂部コンタクトから遠ざけるように光を導くよう、頂部コンタクトの下方にトレンチを有した、縦型薄膜デバイスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を含む。半導体構造の底面に底部コンタクトが配置される。底部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの一方に電気的に接続される。半導体構造の頂面に頂部コンタクトが配置される。頂部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続される。頂部コンタクトの真下にミラーが配置される。ミラーは、半導体構造内に形成されたトレンチと、該トレンチ内に配置された反射材料とを含む。トレンチは半導体構造の底面から延在する。トレンチは発光層を貫通しない。
【００１２】
本発明の実施形態は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光層を含んだ半導体構造を含む。半導体構造の底面に底部コンタクトが配置される。底部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの一方に電気的に接続される。半導体構造の頂面に頂部コンタクトが配置される。頂部コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域のうちの他方に電気的に接続される。頂部コンタクトは、第１の辺と、該第１の辺の反対側の第２の辺とを含む。頂部コンタクトの第１の辺の下方で、半導体構造内に第１のトレンチが形成される。頂部コンタクトの第２の辺の下方で、半導体構造内に第２のトレンチが形成される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】トレンチ内にミラーが形成された従来技術のＩＩＩ族リン化物デバイスを示している。
【図２】本発明の実施形態に従った縦型薄膜デバイスにおけるｎコンタクト及びｐコンタクトの配置を例示している。
【図３】ｎコンタクトの下方に配置された２つのトレンチを含むデバイスの一部の断面図である。
【図４】ｎコンタクトの下方に配置された浅いトレンチを含むデバイスの一部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１に示した構造においては、トレンチ４４が、半導体構造の活性領域５２を切り貫いている。そのトレンチはまた、熱絶縁性の空所（空きスペース）を作り出している。熱絶縁性の空所を、高電流注入で高温の領域の直近に置くことは、デバイスの効率を低下させたり、デバイス故障を発生させたりし得る。最後に、トレンチ４４は、半導体構造の厚さを薄くし、半導体構造がクラックする可能性を高めてしまう。
【００１５】
本発明の実施形態は、上述の図１の構造の欠点に悩まされることなく、光が例えばｎコンタクトなどの吸収構造の下方で生成されることを防止する、且つ／或いは光を吸収構造から遠ざけるように導く、縦型発光デバイスの構造に向けられる。
【００１６】
文脈に応じて、ここで使用されるとき、“ＡｌＧａＩｎＰ”又は“ＡｌＩｎＧａＰ”は、特に、アルミニウム、インジウム、ガリウム、及びリンの窒素の四元合金、又は一般に、アルミニウム、インジウム、ガリウム、及びリンの二元、三元、若しくは四元合金を指し得る。“ＩＩＩ族窒化物”は、任意のＩＩＩ族原子（例えば、アルミニウム、インジウム、及びガリウムなど）及び窒素の二元、三元、若しくは四元合金を指し得る。文脈に応じて、ここで使用されるとき、“コンタクト”は、特に、金属コンタクト、又は一般に、半導体コンタクト層、金属電極、及び半導体コンタクト層と金属電極との間に配置される何らかの構造の組み合わせを指し得る。以下の例では、半導体発光デバイスは、ＡｌＩｎＧａＰのＬＥＤであるが、例えばレーザダイオードなどの、ＬＥＤ以外の半導体発光デバイスや、例えばその他のＩＩＩ−Ｖ族材料、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族リン化物、ＩＩＩ族ヒ化物、ＩＩ−ＶＩ族材料、ＺｎＯ、又はＳｉ系材料などの、その他の材料系からなる半導体発光デバイスが使用されてもよい。
【００１７】
図２は、本発明の実施形態に従った縦型ＡｌＩｎＧａＰデバイスにおけるｎコンタクト及びｐコンタクトの配置を例示している。ｎコンタクト構造は、デバイスの頂面（光の大部分がデバイスから取り出される表面）に形成されている。ｐコンタクト構造は、デバイスの底面（頂面の反対側の表面）に形成されている。
【００１８】
ｎコンタクトは、大きいコンタクトパッド２０と、より狭い１つ以上のコンタクトアーム２２とを含んでいる。図２に例示する構成では、ｎコンタクトパッドは、この構造の左下コーナーに位置している。デバイスは、コンタクトアーム２２と総称される４つのコンタクトアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄを含んでいる。２つのコンタクトアーム２２ａ及び２２ｂが、コンタクトパッド２０から延在し、その他の２つのコンタクトアーム２２ｃ及び２２ｄとつながって正方形を形成している。
【００１９】
ｐコンタクト構造は、デバイスの底面に形成されている。光の大部分が頂面を通じてデバイスから取り出されるので、底面の方向に放たれた光は、好ましくは、頂面の方に反射される。しかしながら、ＡｌＩｎＧａＰデバイスのｐコンタクトに典型的に使用される材料は、反射性ではなく、吸収性である。従って、ｐコンタクトの面積を最小化するために、ｐコンタクトは多数の小さい領域２４に分散されている。ｐコンタクト領域２４同士の間のデバイスの底面は反射性にされる。ｐコンタクト領域２４は、ｎコンタクトアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄによって形成された正方形の内側の領域２７内と、これらのｎコンタクトアーム２２によって形成された正方形の外側の領域２９内とに形成されている。ｎコンタクトアーム２２ａ、２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄは、後述のように、内壁３２及び外壁３０を有する。
【００２０】
図３及び４は、一部の実施形態に従ったＡｌＩｎＧａＰデバイスの一部の断面図である。図３及び４には、ｎコンタクトアーム２２ａの領域が例示されている。図３のデバイスでは、ｎコンタクトアーム２２ａの下方に、図１に示したような単一の幅広のトレンチではなく、２つの狭いトレンチが形成されている。図４のデバイスでは、ｎコンタクトアーム２２ａの下方に、図１に示したような幅広の深いトレンチではなく、幅広の浅いトレンチが形成されている。図３及び４にはｎコンタクトアーム２２ａが示されているが、図示した構造が、その他のコンタクトアーム２２ｂ、２２ｃ及び２２ｄの何れの下方にも形成され得る。図３及び４に示すデバイスは、以下のように形成される。成長基板（図示せず）の上に半導体デバイス構造７１が成長される。成長基板はＧａＡｓであることが多いが、好適な如何なる成長基板が使用されてもよい。エッチストップ層（図示せず）が成長基板の上に成長される。エッチストップ層は、後に成長基板を除去するために使用されるエッチングを停止させるのに使用され得る如何なる材料であってもよい。エッチストップ層は、例えば、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓ、又はＡｌＧａＩｎＰとし得る。エッチストップ層の材料は成長基板（典型的にはＧａＡｓ）に格子整合され得るが、必ずしもその必要はない。成長基板に格子整合されないエッチストップ層は、緩和を回避するのに十分な薄さにされ且つ／或いは歪み補償され得る。エッチストップ層の厚さは、ＧａＡｓ基板を除去するのに使用されるエッチング溶液の選択性に依存し、あまり選択的でないエッチングほど、厚いエッチストップ層である。例えば、ＡｌＧａＡｓエッチストップ層は２０００Åと５０００Åとの間とし得るが、後述のように、デバイスの発光面をテクスチャ加工するためにエッチストップ層が使用される場合、より厚いエッチストップ層が使用され得る。ＡｌｘＧａ１−ｘＡｓエッチストップ層の組成比ｘは、例えば、０．５０と０．９５との間とし得る。
【００２１】
エッチストップ層の上に、ｎ型領域７０から始めて、ｎ型領域とｐ型領域との間に挟まれた発光領域内の少なくとも１つの発光層を含んだデバイス層７１が成長される。ｎ型領域７０の厚さ及びドーピング濃度が、低い電気抵抗及び良好な電流分布のために選定される。例えば、ｎ型領域７０は、ＡｌＧａＩｎＰ層を、一部の実施形態において少なくとも１μｍ、一部の実施形態において１０μｍ以下、一部の実施形態において少なくとも３μｍ、そして、一部の実施形態において５μｍ以下、の厚さで含み得る。ＡｌＧａＩｎＰ層は、一部の実施形態において５×１０１７ｃｍ−３、そして一部の実施形態において５×１０１８ｃｍ−３以下の濃度まで、Ｔｅ又はＳｉでドープされ得る。ＡｌＧａＩｎＰのｎ型領域７０は通常、ＧａＡｓに格子整合される。より高いドーパント濃度では、より薄い層で同じ電流分布が達成可能であり得るが、より高いドーパント濃度では、望ましくない自由キャリア吸収が増大し得る。ｎ型領域７０は、故に、例えば、一部の実施形態において少なくとも５×１０１７ｃｍ−３、そして一部の実施形態において５×１０１８ｃｍ−３以下の濃度までドープされた１つ以上の厚い領域、及び、例えば１×１０１９ｃｍ−３に至るなどの、より高濃度にドープされた１つ以上の薄い領域など、不均一なドーピング濃度を含み得る。これらの高濃度ドープされた領域は、Ｔｅ、Ｓｉ、Ｓ、又はその他の好適なドーパントでドープされることができ、高いドーピング濃度は、エピタキシャル成長によって、ドーパント拡散によって、又はこれらの双方によっての何れかで達成されることができる。一例において、赤色光を発するように構成された発光領域を有するデバイスにおけるｎ型領域７０の組成は、（Ａｌ０．４０Ｇａ０．６０）０．５Ｉｎ０．５Ｐである。
【００２２】
ｎ型領域７０の上に、発光領域又は活性領域７２が成長される。好適な発光領域の例は、単一の発光層、及び、複数の厚い又は薄い発光井戸がバリア層によって分離されたマルチ量子井戸発光領域を含む。一例において、赤色光を発するように構成されたデバイスの発光領域７２は、（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐバリアによって分離された（Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４）０．５Ｉｎ０．５Ｐ発光層を含む。これらの発光層及びバリアは各々、例えば２０Åと２００Åとの間の厚さを有し得る。発光領域の総厚は、例えば５００Åと３μｍとの間とし得る。
【００２３】
発光領域７２の上にｐ型領域７４が成長される。ｐ型領域７４は、キャリアを発光領域７２に閉じ込めるように構成される。一例において、ｐ型領域７４は、（Ａｌ０．６５Ｇａ０．３５）０．５Ｉｎ０．５Ｐであり、電子を閉じ込める高Ａｌ組成の薄い層を含む。ｐ型領域７４の厚さは、ミクロンオーダーとすることができ、例えば０．５μｍと３μｍとの間とし得る。薄いｐ型領域７４を介した、ｐコンタクトに対する発光領域の発光層の近接性はまた、デバイスの熱インピーダンスを低減し得る。
【００２４】
ｐ型領域７４の上にｐ型コンタクト層７６が成長される。ｐ型コンタクト層７６は、高濃度ドープされ得るとともに、発光領域７２によって発せられる光に対して透明とし得る。例えば、ｐ型コンタクト層７６は、一部の実施形態において少なくとも５×１０１８ｃｍ−３、そして一部の実施形態において少なくとも１×１０１９ｃｍ−３の正孔濃度までドープされ得る。この場合、ｐ型コンタクト層７６は、１００Åと１０００Åとの間の厚さを有し得る。ｐ型コンタクト層７６が高濃度ドープされない場合には、厚さが２μｍほどの大きさまで増加され得る。ｐ型コンタクト層７６は、ＧａＰ又はその他の好適材料とし得る。
【００２５】
一部の実施形態において、ｐ型コンタクト層７６は、高濃度ドープされたＧａＰである。例えば、有機金属化学気相成長法によって成長されるＧａＰコンタクト層７６は、Ｍｇ又はＺｎでドープされて、５×１０１７ｃｍ−３と５×１０１８ｃｍ−３との間の正孔濃度に活性化され得る。このＧａＰ層は、低い成長温度及び低い成長速度（例えば、〜８５０℃という典型的なＧａＰ成長温度よりも低いおよそ５０−２００℃の成長温度、及び、〜５μｍ／ｈｒという典型的なＧａＰ成長速度のおよそ１％から１０％の成長速度）で成長され得る。分子線エピタキシーによって成長されるＧａＰコンタクト層は、少なくとも１×１０１９ｃｍ−３の濃度まで、Ｃでドープされ得る。
【００２６】
成長中にドーパントを組み込むことの代わりとして、ｐ型コンタクト層７６が成長され、そして成長後に、例えば、技術的に知られているように、拡散炉又は成長反応炉の中に高圧のドーパント源を供給することによって、気相源からｐ型コンタクト層内にドーパントが拡散されてもよい。ドーパントは、気相源から、ｐ型コンタクト層７６の表面の領域全体に拡散されてもよいし、あるいは、例えば、ドーパント拡散に先立って例えば誘電体層でｐ型コンタクト層７６の一部をマスキングすることによって、ｐ型コンタクト層７６の別個の領域に拡散されてもよい。
【００２７】
一部の実施形態において、ｐ型コンタクト層７６は、高濃度ドープされたＧａＰ又は格子整合されたＡｌＧａＩｎＰ層である。この層は、半導体材料を成長させ、次いで、成長された層の上にドーパント源を含む層を堆積することによってドープされる。例えば、このドーパント源は、元素のＺｎ、ＡｕＺｎ合金、又はドープされた誘電体層とし得る。ドーパント源を含む層は、オプションで、拡散阻止層で覆われてもよい。ドーパント源の層から半導体内にドーパントが拡散するよう、この構造体がアニールされる。そして、拡散阻止層及び残存するドーパント源が剥離され得る。一例において、ＧａＰ層の上に、Ｚｎを４％含有する３０００Åから５０００ÅのＡｕＺｎ合金が堆積され、ＴｉＷ拡散阻止層に続かれる。この構造体が加熱され、そして、残存するＴｉＷ及びＡｕＺｎが剥離される。他の一例においては、図３及び４に示すｐコンタクト領域２４のコンタクトメタルとして、パターニングされたＡｕＺｎ層が適所に残される。
【００２８】
一部の実施形態において、ｐ型コンタクト層７６は、高濃度ドープされたＩｎＧａＰ、又はＧａＡｓに格子整合されないＡｌＧａＩｎＰ層である。この層は、１００Åと３００Åとの間の厚さとし得るとともに、少なくとも１×１０１９ｃｍ−３の正孔濃度まで、Ｍｇ又はＺｎでドープされ得る。
【００２９】
一部の実施形態において、図３及び４に例示した半導体層の順序が逆にされる。反転アーキテクチャデバイスとして参照するそのようなデバイスにおいては、頂部のコンタクトアーム２２ａ−２２ｄ及びコンタクトパッド２０がｐ型コンタクト層７６上に形成され、デバイスの頂部にあるｐ型コンタクト層７６を通して光の大部分が取り出されるようにされる。底部コンタクトはｎ型領域７０に電気的に接続される。反転アーキテクチャデバイスでは、ＧａＰ又はその他の好適なｐ型コンタクト層７６は、より長い距離にわたっての電流拡散（拡がり）を可能にするために、例えば１０μｍと１５μｍとの間の厚さまで、より厚く成長され得る。図３及び４に例示したデバイスの何れもが、反転アーキテクチャで形成され得る。以下の説明では、コンタクトアーム２２ａをｎコンタクトアーム２２ａとして参照するが、反転アーキテクチャデバイスでは、図示したコンタクトアーム２２ａはｐコンタクトの一部となる。
【００３０】
次いで、図３及び４に例示したトレンチが形成される。
【００３１】
図３では、２つの狭いトレンチ８０Ａ及び８０Ｂが、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄのそれぞれの側に形成され、あるいはそれらの側に僅かに重ねて形成されている。一部の実施形態において、単一の狭いトレンチ（すなわち、トレンチ８０Ａ又は８０Ｂの一方のみ）、又は、図３に示したような２つの狭いトレンチが、ｎコンタクトパッド２０の外側エッジ（外縁）の下方に形成される。トレンチ８０Ａと８０Ｂとの間では、半導体構造７１の厚み全体が残されており、それにより、構造体の強度が向上され得るとともに、トレンチが形成される領域でのクラックによる不具合が抑制され得る。一部の実施形態において、図３に例示するように、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂは、ｐ型層７４及び７６を貫いて且つ活性領域７２を貫いて延在する。一部の実施形態において、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂの最も深い部分はｎ型領域７０内にある。トレンチ８０Ａ及び８０Ｂの深さは、ｎ型領域７０の全体に電流を広げる必要性と、処理中及び動作中に半導体構造の構造的完全性を維持する必要性とによって制限される。一部の実施形態において、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂは、活性領域７２の中までのみ、又はｐ型領域７４若しくは７６の中までのみ延在するように、図３に例示したものよりも浅くされる。トレンチ８０Ａ及び８０Ｂは、一部の実施形態において、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄの外壁３０及び内壁３２の下にアライメントされ得る。一部の実施形態において、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂは、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄのエッジの内側又は外側にあるように位置付けられる。
【００３２】
様々な実施形態において、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂは、角度付けられた又は垂直な側壁を持ち得る。側壁は、一部の実施形態において、半導体構造の頂面への法線に対して３０°から９０°に角度付けられ、一部の実施形態において、半導体構造の頂面への法線に対して４５°に角度付けられる。角度付けられた側壁は、例えば、フォトレジストマスクがリフローして傾斜した側壁を形成するように、フォトレジストマスクを加熱することによって形成され得る。この傾斜した側壁の形状が、ドライエッチングによって半導体に転写される。
【００３３】
トレンチ８０Ａ及び８０Ｂの幅８１は、半導体構造の底面で規定される。この幅は、２つのトレンチ８０Ａ及び８０Ｂの幅８１の和に、トレンチ８０Ａと８０Ｂとの間の間隙２５を足し合わせたものが、コンタクトアームの幅に略等しい（２×８１＋２５≒２２ａ）ように選定される。最小のトレンチの幅８１は、リソグラフィ及びエッチングの能力に依存するが、一部の実施形態において少なくとも０．５μｍの幅、そして一部の実施形態において１０μｍ以下の幅とし得る。概して、より小さいトレンチ幅８１が望ましい。図３の図示した向きでのトレンチの頂部における幅は、選択されたエッチング角度に依存する。コンタクトアーム２２ａ−２２ｄの幅が２０μｍである一部の実施形態において、各トレンチは底部（幅８１）で５μｍであり、間隙２５は１０μｍであるとし得る。他の実施形態では、コンタクトアーム２２ａ−２２ｄの形状の内側（すなわち、両エッジの内側）にトレンチが配置されるように、間隙は、例えば５μｍなど、もっと小さくてもよい。他の実施形態では、コンタクトアーム２２ａ−２２ｄの形状の外側（すなわち、両エッジの外側）にトレンチが配置されるように、間隙は、例えば２０μｍなど、もっと広くてもよい。間隙２５は、半導体構造の底面に残存する半導体７１の量を最大化するように、可能な限り大きく選定される。
【００３４】
図４では、単一の幅広の浅いトレンチ９０が、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄの下方に形成されている。一部の実施形態において、単一の狭いトレンチ、又は、図４に示したような幅広の浅いトレンチが、ｎコンタクトパッド２０の外側エッジの下方に形成される。トレンチ９０の最も深い箇所における幅は、ｎコンタクトアーム２２の真下で光が生成されることを防止するために、ｎコンタクトアーム２２ａの幅と同じとし得る。コンタクトアーム２２ａ−２２ｄの幅は、ＬＥＤの半導体層の中での電流拡散（拡がり）を最適化する一方で、それと同時に、半導体からの光放射を遮ってしまい得る余分な幅を最小化するように選定される。実用上の観点で、最小幅は、リソグラフィ及びプロセスの制約によって決定される。コンタクトアーム２２ａ−２２ｄは、一部の実施形態において少なくとも５μｍの幅、そして一部の実施形態において５０μｍ以下の幅とし得る。トレンチ９０の幅は、コンタクトアーム２２ａを同じ幅であってもよいし、それよりも僅かに小さい若しくは大きいとしてもよい。一部の実施形態において、トレンチ９０の幅は、コンタクトアーム２２ａの幅のプラス／マイナス１０％とし得る。例えば、コンタクトアーム２２ａが２０μｍ幅である場合、トレンチ９０は１８μｍと２２μｍとの間の幅とし得る。
【００３５】
一部の実施形態において、トレンチ９０は、図４に例示するように、ｐ型コンタクト層７６を貫いてｐ型領域７４の中まで延在する。一部の実施形態において、トレンチ９０は、図４に例示したものよりも深くてもよいし、浅くてもよい。一部の実施形態において、トレンチは、半導体構造の底面から延在し、発光層を貫通しない。より浅いトレンチは、いっそう良好な電流拡散と、処理中及び動作中の半導体構造のいっそう良好な構造的完全性とを可能にする。トレンチ９０は、一部の実施形態において少なくとも０．５μｍ、そして一部の実施形態において５μｍ以下の深さ９１を有し得る。トレンチ９０の深さは、存在する半導体層の厚さによって決定されてもよい。例えば、活性領域７２を貫いて延在する、すなわち、ｎ型層７０の中まで延在するトレンチは、活性領域７２を貫いては延在しないトレンチよりも深いとし得る。
【００３６】
トレンチを形成した後、トレンチ８０Ａ、８０Ｂ又は９０と、ｐ型コンタクト層７６の頂面とが、誘電体材料７８で表面を覆われる（ライニングされる）。誘電体材料７８は、如何なる好適技術によって形成される如何なる好適材料であってもよい。誘電体材料７８は例えば、例えばプラズマ化学気相成長によって形成されるＳｉＯ２とし得る。誘電体材料７８は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。一部の実施形態において、誘電体層７８の厚さは、当該誘電体層に入射する光の全反射（total  internal  reflection；ＴＩＲ）を確保するのに十分にされる。ＴＩＲのために必要とされる最小厚さは、光波長のほんの一部であり、その誘電体の屈折率に依存する。例えば、ＳｉＯ２誘電体層７８では、少なくとも５０ｎｍの厚さが好ましく、１ミクロン又は数ミクロンほどの大きさの厚さが使用され得る。
【００３７】
ｐ型コンタクト層７６への電気コンタクトが望まれるところで、誘電体層７８内に小さい孔がエッチングされる。図３では、ｎコンタクトアーム２２によって吸収されやすいところであるトレンチ８０Ａと８０Ｂとの間で光が生成されることを防止するために、トレンチ８０Ａと８０Ｂとの間では、誘電体層７８にコンタクト開口は形成されていない。図４では、ｎコンタクトアーム２２ａの下方にコンタクト開口は形成されていない。従って、ｎコンタクトアーム２２ａの下方の活性領域７２によって光は生成されない。これらのｐコンタクトホールは、ｐコンタクト２４を形成するようにコンタクトメタルで充填される。コンタクトメタルは、例えば、ＡｕＺｎのスパッタリング及びリフトオフプロセスによって形成され得る。誘電体７８上での小さい孔のエッチング及び金属コンタクトのリフトオフは、単一のフォトレジストマスクで実行されることができ、セルフアラインプロセスがもたらされる。一部の実施形態において、コンタクトメタルで充填される誘電体７８内の小さい孔２４は、直径で１μｍと１０μｍとの間であり、トータルでの被覆割合は、ｐ型コンタクト層７６の頂面の１％から１０％の間である。
【００３８】
誘電体層７８及びｐコンタクト２４の上に反射層８２が形成される。反射層８２は、トレンチの表面を覆う。反射層８２は、図３に例示するように、トレンチを充填してもよいが、それは、図４に例示するように、必ずしも必要ではない。反射層８２は、例えば銀とすることができ、例えば蒸着又はスパッタリングによって堆積され得る。反射層８２は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。一部の実施形態において、反射層８２の厚さは１０００Åと５０００Åとの間である。反射層８２は導電性であり、コンタクトメタルが形成されるところである領域２４でｐコンタクトと電気接触を為す。
【００３９】
反射層８２は、技術的に知られているように、例えばデバイスのエッジなどの、反射層が望まれない領域から反射層を除去するようにパターニングされ得る。例えばＴｉＷなどのガード材料（図示せず）が、デバイスのエッジの反射層８２の隣で反射層８２を覆って形成されてもよい。ガード材料は、反射層を適所で封止することができ、それにより、例えば銀反射層８２の酸化又はエレクトロマイグレーションなどの問題が抑制又は防止され得る。ガード材料は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。ガード材料は、一部の実施形態において導電性とし得る。
【００４０】
１つ以上の接合層８４が、このデバイスとマウント８６との間に置かれる。１つの接合層が反射金属８２上に形成され、且つ１つの接合層がマウント８６上に形成されてもよい。
【００４１】
反射金属８２の上に形成される接合層８４は、例えば、Ａｕ若しくはＡｇ、又は例えばＡｕＩｎ若しくはＡｕＳｎ合金などのはんだ合金とすることができ、例えば蒸着又はスパッタリングによって形成され得る。各接合層８４は、単層の材料、又は複数層の同じ若しくは異なる材料とし得る。反射金属８２がトレンチを完全には充填しない実施形態において、接合層の材料又は別の材料が、トレンチ８０Ａ及び８０Ｂ内の空所を充填するように、又はトレンチ９０内の空所９２を充填するように堆積され得る。
【００４２】
そして、デバイスが接合層８４を介してマウント８６に接続される（接合層は、接合する前にデバイスウエハ及び／又はマウントウエハに適用され得る）。マウント８６は、半導体層の熱膨張係数（ＣＴＥ）にかなり近く整合されたＣＴＥを有するように選択され得る。マウント８６は、例えば、ＧａＡｓ、Ｓｉ、Ｇｅ、例えばモリブデンなどの金属、又はその他の好適材料とし得る。マウント８６上に形成される接合層は、例えば、Ａｕ又はその他の好適材料とし得る。例えば熱圧着又はその他の好適技術によって、これら２つの接合層の間に接合（ボンド）が形成される。ｐ型領域への電気的接触が、例えば、マウント８６の底面上のコンタクト（図示せず）を介して為される。マウント８６は、導電性であってもよいし、あるいは、底面上のコンタクトを、反射導電層８２、接合層８４、及び何らかのその他の介在層を通して、ｐコンタクト２４に電気的に接続する導電領域又は配線を含んでいてもよい。デバイスをマウントに接合することの代わりとして、例えば電気めっき技術によって、デバイスウエハ上に厚いマウントを成長させてもよい。
【００４３】
デバイスをマウントに取り付けた後、成長基板（図示せず）が、成長基板材料に適した技術によって除去される。例えば、ＧａＡｓ成長基板は、デバイス層の前に成長基板上に成長されたエッチストップ層で終端するウェットエッチングによって除去され得る。オプションで、半導体構造が薄化され得る。
【００４４】
例えばＡｕ／Ｇｅ／Ａｕ又はその他の好適な１つ以上のコンタクトメタルなどの、ｎコンタクトメタルが堆積され、次いで、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄ及びボンディングパッド２０を形成するようにパターニングされ得る。例えば、ｎコンタクト２０と２２ａ−２２ｄ、及び／又はｐコンタクト２４をアニールするために、この構造体が加熱され得る。成長基板を除去することによって露出されたｎ型領域７０の表面３４が、例えば光電気化学的なプラズマエッチングによって、光取り出しを向上させるために粗面加工されてもよく、あるいは、フォトニック結晶又はその他の光散乱構造を形成するために、例えばナノインプリントリソグラフィによってパターン加工されてもよい。他の実施形態では、この構造体に光取り出し機構が埋め込まれる。光取り出し機構は、例えば、デバイスの頂面に平行（すなわち、半導体層の成長方向に垂直）な方向での屈折率変化とし得る。一部の実施形態において、ｐ型コンタクト層の表面が、誘電体層７８を形成することに先立って粗面加工又はパターン加工されてもよい。一部の実施形態において、半導体構造の成長前又は成長中に、低屈折率材料の層が、成長基板の上又は或る半導体層の上に堆積され、そして、低屈折率材料内の開口又は低屈折率材料のポストを形成するようにパターニングされる。次いで、パターニングされた低屈折率層を覆って半導体材料が成長されることで、半導体構造の中に置かれた屈折率変化が形成される。
【００４５】
そして、デバイスのウエハが試験されて個々のデバイスへと個片化され得る。個々のデバイスは、パッケージ内に配置されることができ、例えばリードなどのパッケージの一部にｎコンタクトを接続するために、ボンディングパッド２０上に、例えばワイヤボンドなどの電気コンタクトが形成され得る。
【００４６】
動作において、マウント８６を介してコンタクト２４によってｐ型領域に電流が注入される。デバイスの頂面側では、ボンディングパッド２０によってｎ型領域に電流が注入される。電流は、ボンディングパッド２０から、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄへ、そしてｎ型領域７０へと注入される。
【００４７】
活性領域７２が光を発するとき、トレンチ８０Ａ、８０Ｂ、及び９０の側壁に大きい角度で入射する光は、誘電体層７８によって全反射される。トレンチ８０Ａ、８０Ｂ、及び９０の側壁に小さい角度で入射する光は、誘電体層７８を通り抜けて反射層８２によって反射される。トレンチは、光をｎコンタクトアーム２２から遠ざけるように導く。光をｎコンタクトパッド２０から遠ざけるように導くために、ｎコンタクトパッド２０の下方に同様にトレンチが形成され得る。トレンチと、該トレンチ内に置かれた誘電体材料と、該誘電体材料上に置かれた反射材料とが、ｎコンタクトパッド２０及びｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄの一方又は双方から遠ざけるように光を導くミラーを形成する。
【００４８】
図３及び４に例示したデバイスは薄膜デバイスであり、すなわち、成長基板が最終デバイスから除去されている。上述の薄膜デバイスにおける、デバイスをマウントに接続する接合層の頂面と、頂部コンタクトとの間の全体厚さは、一部の実施形態において２０ミクロン以下であり、一部の実施形態において１５ミクロン以下である。
【００４９】
ここに記載される構造は利点を提供し得る。
【００５０】
例えば、図１のトレンチの大きい幅の空所を、図３に例示したような２つのトレンチ８０Ａ及び８０Ｂ間の電気的に分離された半導体材料で置き換えることは、機械的にいっそう堅牢な構造を生み出すことができ、処理中及び／又は動作中の半導体構造のクラック形成の機会を低減させ得る。さらに、図１の単一の幅広ミラートレンチを、図３に例示したような、ｎコンタクトの両側の二重トレンチ構造で置き換えることは、光反射のための追加の表面を生み出すことによって光取り出しを向上させ得る。図３の二重トレンチ構造はなおも、図１の元々の目的、すなわち、ｎコンタクトの下方で電流注入を阻止し且つ光を光デッドスペースから遠ざけるように導くことによって、ｎコンタクトの下方での光生成を阻止するという目的を果たす。
【００５１】
図１においてのように活性領域を貫いて延在する深いトレンチを、図４に例示したような、活性領域を貫いては延在しない浅めのトレンチで置き換えることは、欠陥又は汚染物質が活性層に導入される機会を減らすことによって信頼性を向上させ得る。図４の浅トレンチ構造はなおも、図１の元々の目的、すなわち、ｎコンタクトの下方で電流注入を阻止し且つ光を光デッドスペースから遠ざけるように導くことによって、ｎコンタクトの下方での光生成を阻止するという目的を果たす。
【００５２】
最後に、図１の幅広くて深いトレンチの、熱抵抗のある空所を、図３及び４の双方における半導体材料で置き換えることは、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄで発生された熱のための、ｎコンタクトアーム２２ａ−２２ｄからマウント８６への熱伝導路を生み出し得る。これは、デバイスの効率を向上させ得る。
【００５３】
本発明を詳細に説明したが、当業者が認識するように、本開示を所与として、ここに記載の発明概念の精神を逸脱することなく、本発明に変更が為され得る。故に、本発明の範囲は、図示して説明した特定の実施形態に限定されるものではない。
【図１】
2017534185.tif 000003
【図２】
2017534185.tif 000004
【図３】
2017534185.tif 000005
【図４】
2017534185.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月3日(2017.7.3)
【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】
上側領域と反対導電型の下側領域との間に配置された発光層を有する半導体構造と、
前記半導体構造の頂面に配置された頂部コンタクトであり、前記上側領域に電気的に接続されている頂部コンタクトと、
前記頂部コンタクトの下方で前記半導体構造の底面に形成されたトレンチであり、前記発光層を貫通することなく前記底面から延在しているトレンチと、
前記底面を覆って及び前記トレンチ内に配置された反射層であり、前記トレンチ内の当該反射層が、光を前記頂部コンタクトから遠ざけるように反射するミラーの少なくとも一部を形成している、反射層と、
前記反射層が前記トレンチを完全には充填していない所である空所の中に配置された充填材料と、
を有するデバイス。
【請求項２】
前記トレンチは、前記頂部コンタクトとアライメントされて前記頂部コンタクトの下方に配置され、前記トレンチの少なくとも一部が、前記トレンチの上方に位置する前記頂部コンタクトと実質的に同じ幅である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記発光層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記発光層はＡｌＩｎＧａＰである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
当該デバイスは更に、前記底面及び前記トレンチの表面を覆う誘電体層を有し、前記トレンチ内の前記誘電体層は、光を前記頂部コンタクトから遠ざけるように反射する前記ミラーの一部を形成し、前記反射層は、前記底面を覆った及び前記トレンチ内の前記誘電体層上に配置され、前記反射層は、前記誘電体層によって前記半導体構造から電気的に分離されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
当該デバイスは更に、前記誘電体層内に、前記底面と電気的に接触するコンタクトメタルを有し、前記反射層は、導電性であり且つ前記コンタクトメタルと電気的に接触している、請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トレンチの少なくとも１つの側壁が、前記半導体構造の前記頂面への法線に対して３０°から９０°の角度を付けられている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記上側領域はｎ型領域であり、
前記頂部コンタクトは前記ｎ型領域に電気的に接続されており、
前記下側領域はｐ型領域であり、且つ
前記トレンチの最も深い箇所が前記ｐ型領域の中にある、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記上側領域はｐ型領域であり、
前記頂部コンタクトは前記ｐ型領域に電気的に接続されており、
前記下側領域はｎ型領域であり、且つ
前記トレンチの最も深い箇所が前記ｎ型領域の中にある、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
上側領域と反対導電型の下側領域との間に配置された発光層を有する半導体構造と、
前記半導体構造の頂面に配置された頂部コンタクトであり、当該頂部コンタクトは、前記上側領域に電気的に接続されており、当該頂部コンタクトは、第１のエッジと該第１のエッジの反対側の第２のエッジとを有する、頂部コンタクトと、
前記頂部コンタクトの前記第１のエッジの下方で前記半導体構造の底面に形成された第１のトレンチと、
前記頂部コンタクトの前記第２のエッジの下方で前記半導体構造の前記底面に形成された第２のトレンチと、
前記底面と、前記第１のトレンチと、前記第２のトレンチとの表面を覆う誘電体層であり、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの中の当該誘電体層が、光を前記頂部コンタクトから遠ざけるように反射するミラーの一部を形成している、誘電体層と、
を有するデバイス。
【請求項１１】
当該デバイスは更に、前記底面を覆った及び前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの中の前記誘電体層上に配置された反射層を有し、前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチの中の前記反射層は、光を前記頂部コンタクトから遠ざけるように反射する前記ミラーの一部を形成し、前記反射層は、前記誘電体層によって前記半導体構造から電気的に分離されている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
前記上側領域はｎ型領域であり、且つ
前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチは各々、前記底面から延在しており、前記第１及び第２のトレンチの各々の最も深い箇所が前記ｎ型領域の中にある、
請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記発光層はＩＩＩ族窒化物材料である、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記第１及び第２のトレンチの各々の少なくとも１つの側壁が、前記半導体構造の前記頂面への法線に対して３０°から９０°の角度を付けられている、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記反射層が前記第１のトレンチ及び前記第２のトレンチを完全には充填していない所である空所の中に配置された充填材料、を更に有する請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１６】
当該デバイスは更に、前記誘電体層内に、前記底面と電気的に接触するコンタクトメタルを有し、前記反射層は、導電性であり且つ前記コンタクトメタルと電気的に接触している、請求項１１に記載のデバイス。
【国際調査報告】
2017534185.tif 000007
2017534185.tif 000008