JP2003124407A - 高い熱伝導率を有する半導体ストラクチャ用の基板 - Google Patents
高い熱伝導率を有する半導体ストラクチャ用の基板Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 半導体デバイスにおいて、高い熱伝導率を有
してかつ厚肉基板との構造上の一体性を備えた基板が必
要である。 【解決手段】 基板１００は、上面１１４および上面１
１４と反対側の底面１１２を備えた、第１の熱伝導率を
有するボディ１１０、ボディ１１０の内面１１３によっ
て画定されたキャビティ１１６であって、少なくとも底
面１１２で開口したキャビティ１１６、およびキャビテ
ィ１１６内に配置された少なくとも一つの物質１２０で
あって、第１の熱伝導率より高い第２の熱伝導率を有
し、内面１１３の少なくとも一部に接触している物質１
２０を含む。
してかつ厚肉基板との構造上の一体性を備えた基板が必
要である。 【解決手段】 基板１００は、上面１１４および上面１
１４と反対側の底面１１２を備えた、第１の熱伝導率を
有するボディ１１０、ボディ１１０の内面１１３によっ
て画定されたキャビティ１１６であって、少なくとも底
面１１２で開口したキャビティ１１６、およびキャビテ
ィ１１６内に配置された少なくとも一つの物質１２０で
あって、第１の熱伝導率より高い第２の熱伝導率を有
し、内面１１３の少なくとも一部に接触している物質１
２０を含む。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、減じた熱抵抗を有
する半導体デバイスに関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体デバイスの中には、動作中に発生
した熱を効率よくその半導体デバイス外に逃がすことが
できないために性能の悪化を来すものがある。熱が逃げ
ないために温度が上昇し、この温度上昇が半導体デバイ
スの性能に悪影響を及ぼす。大半の場合、温度上昇（Δ
Ｔ）は、半導体デバイスが発生する単位時間当たりの熱
（ΔＷ）に比例する。つまり、ΔＴ＝ＲΔＷの関係にあ
る。ここで、比例係数Ｒは半導体デバイスの熱抵抗であ
る。 【０００３】半導体デバイスからの効率の悪い熱の流出
は、多くの場合デバイス中の熱伝導率の低い部分に原因
がある。半導体デバイスによっては、動作中に、熱の発
生箇所から外部ヒートシンクに熱を流さなければならな
いものがある。ヒートシンク自体は、外気と同じ温度が
保たれるように十分大きい熱容量を有している。しかし
ながら、ヒートシンクに到達するために、多くの場合熱
流はデバイス中の熱伝導率の低い部分を通る必要があ
る。この場合、半導体デバイスの熱抵抗Ｒは増大する。
この結果、半導体デバイスの温度はヒートシンクの温度
より著しく高くなる。 【０００４】発光ダイオードおよびレーザにおいては、
熱の発生はデバイスの活性領域およびｐ接点ならびにｎ
接点で生じる。通常この熱は、外部ヒートシンクに達す
るために基板を通って流れていく必要がある。発光ダイ
オードおよびレーザは、熱伝導率の悪い基板に形成され
る。例えば、一般に用いられる基板であるサファイアの
熱伝導率（Ｋth）は室温で０．４２ Ｗ／ｃｍＫであ
る。 【０００５】発光デバイスの光出力強度は、その発光デ
バイスの動作時の温度に依存する。このような発光デバ
イスに定電流を流した場合、光出力強度は温度が高くな
るにしたがって減少する。場合によっては、高温のため
にレーザダイオード等におけるレーザ作用が阻害される
ことがある。互いに隣接した二つ以上の発光デバイスを
有する半導体デバイスでは、第１の発光デバイスの光出
力強度が隣りの発光デバイスの出力エネルギの影響を受
ける。この現象が生じるのは、第１のデバイスの温度は
消費されたエネルギ量に影響され、したがって隣接デバ
イスの発生熱量の影響を受けるためである。この効果は
熱的クロストークと呼ばれる。例えばレーザ印刷などの
多くの用途において、発光デバイスは個別にアドレスで
きて互いに完全に独立していることが望ましいため、隣
接発光デバイス間のクロストークはきわめて好ましくな
い。 【０００６】半導体デバイス内の温度分布計算から、サ
ファイア基板を薄くしてそのサファイア基板をヒートシ
ンク上に搭載することでデバイスの発熱を著しく低減で
きることが明らかにされている。現在、この薄化処理
は、サファイア基板を約１００μｍ厚さまで裏面研磨す
ることにより実施されている。この方法によって連続波
型のデバイスが得られている、ただしデバイスの熱抵抗
は４０Ｋ／Ｗより大きい状態にある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】さらに発熱を下げるた
めにさらに基板を薄くすることが望まれる。しかしなが
ら、研磨などの従来方法を用いた場合は、基板を割らず
にこれ以上基板の厚さを薄くすることは困難である。し
たがって、この種の薄化処理は発熱を低減させる上で十
分なものでなかった。 【０００８】以上示したように、III−V族窒化物成長用
として一般に用いられる基板の熱伝導率はきわめて低い
ものである。これに対して、銅は室温で約４Ｗ／ｃｍ−
Ｋの熱伝導率を有している。しかしながら銅は、その融
点が上記半導体材料の成長に必要な高温度に比べると低
いため、半導体成長用の基板として適していない。 【０００９】したがって、高い熱伝導率を有してかつ厚
肉基板との構造上の一体性を備えた基板が必要である。 【００１０】以上の課題に鑑みて本発明は、高めた熱伝
導率を有する基板およびその基板の形成方法を提供する
ものである。 【００１１】別途、本発明は、高めた熱伝導率を有す
る、構造上の一体性を高い基板を提供する。 【００１２】別途、本発明は、発光デバイスとして有用
な半導体デバイスおよびその半導体デバイスの形成方法
を提供する。 【００１３】別途、本発明は、自熱効果に対する感度の
低い、半導体レーザデバイスなどの半導体デバイスを提
供する。 【００１４】さらに本発明は、基板材料の一部を高い熱
伝導率をもつ材料に置き換えた基板上に成長させた半導
体デバイスを提供する。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の基板は、上面および前記上面と反対側の底面
を備えた、第１の熱伝導率を有するボディと、前記ボデ
ィの内面によって画定されたキャビティであって、前記
キャビティは少なくとも前記底面で開口しているキャビ
ティと、および前記キャビティ内に配置された少なくと
も一つの物質であって、少なくとも一つの物質はそれぞ
れ前記第１の熱伝導率より高い第２の熱伝導率を有し
て、前記少なくとも一つの物質は前記内面の少なくとも
一部に接触している物質と、を含むことを特徴とする。 【００１６】本発明者らは、高い熱伝導率を有する物質
で形成された領域であって、発光デバイスを外部ヒート
シンクに接続する領域があれば、熱はその物質によって
形成された経路に沿ってデバイス外に流出する、という
ことを見出した。これにより、デバイスの温度は隣接デ
バイスの消費エネルギに左右されにくくなる。つまり、
デバイスの活性領域と外部ヒートシンクとの間に高い熱
伝導率を有する物質を設けることにより、動作時の温度
が低下して動作の安定性が高まる。多くの場合、例えば
モノリシックに一体化された複数のレーザダイオードを
用いた場合などにおいて、デバイス間の熱的クロストー
クも減少する。 【００１７】本発明の基板は、サファイアなどの、半導
体デバイスの形成に好適に使用される材料を含むボディ
を備えている。この基板ボディは、上面および上面と反
対側の底面を有する。また、この基板ボディは、基板ボ
ディの内面によって画定されたキャビティを有するもの
である。種々の例示的実施形態において、キャビティは
少なくとも底面で開口している。種々の例示的実施形態
において、キャビティは基板ボディより高い熱伝導率を
有する物質を含有する。この物質がキャビティ内に配置
されて、キャビティの上面から、キャビティ内および／
または基板の底面もしくはその下に設置された外部ヒー
トシンクまで熱を移送することができるようにされる。
本発明の半導体デバイスの例示的実施形態は、前述の基
板および基板の上面に形成された少なくとも一つの半導
体ストラクチャを含む。本発明の半導体デバイスは、前
述のストラクチャ等のストラクチャ、および半導体スト
ラクチャに接触した少なくとも一つのｐ接点を含んでお
り、この場合、キャビティ内の物質はｎ接点として機能
している。 【００１８】種々の例示的実施形態における、高めた熱
伝導率を有する基板の形成方法は、基板ボディ中のキャ
ビティの形成であってこのキャビティは少なくともボデ
ィの底面で開口しているキャビティの形成、および基板
より高い熱伝導率をもつ物質のキャビティ内への充填を
含む。種々の例示的実施形態における、本発明による方
法はさらに、少なくとも一つの半導体ストラクチャをボ
ディ上面に形成することを含む。 【００１９】上記およびその他の本発明の特徴および効
果は、本発明に係るシステムおよび方法の種々の例示的
実施形態についての以下の詳細な記述によって説明もし
くは明らかにされる。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の例示的実
施形態を図面を参照して詳細に説明する。 【００２１】本発明は、半導体ストラクチャ用の高い熱
伝導率をもつ基板に関する。この基板は、基板ボディよ
り高い熱伝導率をもつ物質を含有したキャビティを有す
るボディを含む。さらに本発明は、優れた熱伝導性質を
もつデバイスに関する。加えて本発明は、上述のストラ
クチャの形成方法に関する。 【００２２】図１に、本発明による基板１００の第１の
例示的実施形態を示す。基板１００は、底面１１２およ
び上面１１４を有するボディ１１０を含む。ボディの内
面１１３によって画定されたキャビティ１１６が底面１
１２に開口している。キャビティ１１６内には、ボディ
１１０の形成に用いた物質の熱伝導率より高い熱伝導率
をもつ物質１２０が配置されている。種々の例示的実施
形態における物質１２０は、実質的に内面１１３全体に
接触している。ただし、種々の例示的実施形態において
は、キャビティ１１６として物質１２０で部分充填され
たもの、または完全充填されたもののいずれもあり得
る。物質１２０は、熱が物質１２０を通ってキャビティ
の上面から、キャビティ内および／または底面１２０の
位置もしくはその下に設置された、外部ヒートシンクに
流れるように配置されている。 【００２３】基板１００のボディ１１０は、半導体基板
用に適した任意の材料で形成される。例えば、ボディ形
成用材料は半導体発光デバイス形成用として好適なもの
である。特例的に、基板１００はシリコンカーバイドま
たはスピネルで形成される。種々の例示的実施形態にお
ける基板１００のボディ１１０は、サファイアで形成さ
れる。サファイアは、後述の、III−V族窒化物などの半
導体発光材料形成用のもっとも一般に用いられる基板材
料である。III−V族窒化物は、シリコンカーバイドまた
はスピネル上に形成されることもあり、これらは、サフ
ァイアに比べて周知の長所および短所を有している。シ
リコンカーバイドはエッチングが容易で、かつサファイ
アに優るIII−V族窒化物との格子整合を有している。し
かしながら、シリコンカーバイドはサファイアに比べて
高価である。スピネルは、サファイアに優るIII−V族窒
化物との格子整合を有するが、熱伝導性が低い。また、
スピネルは発見されにくく、サファイアより高価であ
る。上述の種々の要因のバランスを考慮して、多くの場
合サファイアが用いられる。 【００２４】適当な半導体デバイス用基板材料、特に発
光材料層を形成する基板の形成に用いる材料は、多くの
場合半導体材料層と基板の反対側に配置されたヒートシ
ンク間の熱伝導効率が悪い。種々の例示的実施形態にお
いて、本発明は、半導体材料層を形成するボディ内にキ
ャビティを形成することによって、熱保持のもたらす悪
影響を減じている。さらに、ボディの熱伝導率より高い
熱伝導率をもつ物質がキャビティ内に配置される。良好
な熱伝導特性をもつ物質を基板内に配置することによ
り、基板１００の熱伝導率が高まる。この結果、発光デ
バイス、レーザデバイスなどの半導体デバイスの効率お
よび機能が向上する。 【００２５】物質１２０は金属であり、良好な熱伝導特
性を有している。例えば、物質１２０は金または銀であ
る。種々の例示的実施形態において、物質１２０として
銅が使用されている。これは、銅が高い熱伝導率を有す
ると共に、同様に良好な熱伝導特性をもつ他の金属と比
べて比較的低価格であることによる。 【００２６】前述の諸金属はボディ１１０の形成に用い
られる材料よりはるかに高い熱伝導率を有している。
金、銀、および銅の熱伝導率を下記の表１に示す。比較
のために、半導体発光材料であるＧａＮおよびサファイ
アの値を併せて示す。 【表１】 【００２７】図１に示した基板１００の第１の例示的実
施形態では、ボディ１１０は厚さｔを有し、キャビティ
１１６は厚さｔより浅い深さｄを有して、その結果キャ
ビティ１１６は、例えば底面１１２等の、一面にのみ開
口するようになっている。 【００２８】図２に示した第２の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における基板２００は、
厚さｔの基板ボディ２１０を含む。キャビティ２１６は
基板ボディ２１０の厚さｔに等しい深さｄを有して、そ
の結果キャビティ２１６は基板ボディ２１０の底面２１
２と上面２１４との両方に開口するようになっている。
基板ボディ２１０の上面２１４に形成された半導体材料
層と物質２２０との接触により、裏面電気接点すなわち
底面２１２への接点形成が可能になっている。 【００２９】図３に示した第３の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における基板３００は、
段構造をもつキャビティ３１６を含む。キャビティ３１
６は、基板ボディ３１０の厚さｔより浅い第１の深さｄ
1をもつ第１の部分３１７を含む。キャビティ３１６の
第２の部分３１８は基板ボディ３１０の厚さｔに等しい
第２の深さｄ2を有して、それによりキャビティ３１６
が底面３１２および上面３１４の両方に開口するように
なっている。必要に応じて段構造は、図３に示す第３の
例示的実施形態３００で示した一つの段部より多い段部
をもつのものにすることもできる。 【００３０】第３の例示的実施形態に示すような段状の
キャビティ構造を用いた場合、熱伝導率は、上面３１４
に形成された半導体材料層とキャビティ３１６の充填に
用いたキャビティ物質３２０との直接接触によって高ま
る。半導体材料層とキャビティ物質３２０との接触によ
り、裏面電気接点すなわち底面３１２への接点形成が可
能になる。また、段構造によって構造上の一体性が強化
される。 【００３１】図４に本発明による半導体デバイス１０
０′の第１の例示的実施形態を示す。種々の例示的実施
形態における半導体デバイス１００′は、図１に示した
前述の本発明による基板１００を含む。図４に示すよう
に、半導体ストラクチャ１３０は基板１００′の上面１
１４に形成される。 【００３２】種々の例示的実施形態における半導体スト
ラクチャ１３０は、例えば少なくとも一つのIII−V族窒
化物材料などの発光材料を含む。III−V族窒化物は２価
の化合物であると共に３価および４価のアロイにもな
る。この材料は短波長の発光デバイス用として好適なも
のである。Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ系は、可視スペクトル
全域をカバーしてさらに紫外スペクトル域にまで及ぶ幅
広いバンドギャップを有している。また、III−V族窒化
物は強い化学結合を有するものであり、この強い結合
が、レーザの活性領域で表れる高電流や強力な光照射条
件下でも、窒化物をきわめて安定かつ劣化に対して耐性
のあるものにしている。本発明の半導体ストラクチャの
例示的実施形態には全てのIII−V族窒化物が含まれる。
特にここでは、半導体ストラクチャ１３０はＧａＮを含
む。 【００３３】図５に示した第２の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における半導体デバイス
２００′は、図２に示した前述の本発明による基板２０
０を含む。半導体ストラクチャ２３０は基板２００の上
面２１４に形成される。キャビティ２１６は上面２１４
および底面２１２に開口している。物質２２０は半導体
ストラクチャ２３０の底面２３２に接触している。 【００３４】図６に示した第３の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における半導体デバイス
３００′は、図３に示した前述の段構造をもつキャビテ
ィ３１６を有した、本発明による基板３００を含む。半
導体ストラクチャ３３０は上面３１４上に形成される。
キャビティ３１６は上面３１４および底面３１２に開口
している。物質３２０は半導体ストラクチャ３３０の底
面３３２に接触している。 【００３５】さらに、本発明に係る種々の例示的実施形
態における半導体デバイスは、少なくとも一つのｐ接点
および少なくとも一つのｎ接点を含む。図７に示した、
第４の例示的実施形態である半導体デバイス１００″で
は、半導体デバイスは少なくとも一つのｐ接点１４０お
よび少なくとも一つのｎ接点１４４を含む。ｐ接点１４
０は半導体ストラクチャ１３０に接触している。ｎ接点
１４４もまた半導体ストラクチャ１３０に接触してい
る。ヒートシンク１５０は、半導体デバイス１００″の
基板１００の底面１１２に接触して設置されている。こ
の場合、熱伝導性物質１２０の底面１２２はヒートシン
ク１５０に接触している。 【００３６】図８に第５の例示的実施形態である半導体
デバイス２００″を示す。図８に示すように、半導体デ
バイス２００″は、半導体２３０に接触した少なくとも
一つのｐ接点２４０を含む。この例示的実施形態の半導
体デバイス２００″においては、熱伝導性物質はｎ接点
として機能する。この場合、熱伝導性物質２２０は電気
伝導性も備えている必要がある。熱伝導性物質２２０の
上面２１４は、接点順にしたがい、半導体ストラクチャ
２３０の底面２３２に接触している。 【００３７】種々の例示的実施形態における半導体デバ
イス１００′，１００″，２００′，２００″，および
／または３００′は、半導体レーザデバイスなどの発光
デバイスである。図９に示した例示的実施形態の半導体
デバイスにおいては、キャビティ２１６は第１の長さと
第１の幅を有し、一つ以上のｐ接点２４０はそれぞれ第
２の長さおよび第２の幅を有している。種々の例示的実
施形態において、第１の長さは第２の長さより長くされ
る。同じ種々の例示的実施形態中の一部の実施形態およ
び種々の他の例示的実施形態において、第１の幅は第２
の幅より広くされる。 【００３８】本発明の半導体デバイスの例示的実施形態
における物質を充填されたキャビティの方向は、ｐ接点
と一直線に並んだ向きにされる。種々の例示的実施形態
におけるIII−V族窒化物ストラクチャは、エピタキシャ
ル層の過成長によって形成される。デュアルスポットレ
ーザデバイス用の基板キャビティの長さおよび幅の代表
的な寸法は、それぞれ約５００μｍおよび約５０μｍで
ある。基板キャビティの長軸は、窒化物材料の結晶の＜
１−１００＞方位に平行に配向している。窒化物材料の
（１−１００）面のレーザファセットは劈開により形成
される。通常＜１−１００＞方位に延びた、ｐ接点より
若干（２０乃至５０μｍ程度）長い基板キャビティを備
えることで、劈開品質を向上させることができる。 【００３９】本発明は前述のデバイスの形成方法に関す
るものでもある。種々の例示的実施形態における本発明
の方法は、底面および上面を有する基板のボディにキャ
ビティを形成することを含む。キャビティは、ボディの
内面によって画定されるものであり、少なくとも底面で
開口している。基板のボディより高い熱伝導率をもつ物
質がキャビティ内に配置される。種々の例示的実施形態
におけるキャビティ内用の熱伝導性物質は、実質的にキ
ャビティの内面全体に接触している。種々の他の例示的
実施形態においては、熱伝導性物質はキャビティの一部
のみを充填、および／またはキャビティおよび／または
半導体材料層の表面の一部のみに接触している。この構
成は、キャビティが十分に充填されて、および／または
キャビティの表面および／または半導体材料層の表面へ
の接触が十分であって、半導体材料層からキャビティ内
の熱伝導性物質への熱流の量が、半導体デバイスが発生
した熱の悪影響を低減する上で十分である限り成立し得
る。熱伝導性物質は実質的にキャビティを充填してい
る。半導体層はキャビティの反対側の基板上面に形成さ
れる。 【００４０】本発明に係る例示的実施形態の方法におい
て、形成される半導体層は、例えば任意のIII−V族窒化
物などの発光材料層である。ここではＧａＮが使用され
る。半導体層は任意の適当な方法によって形成される。
種々の例示的実施形態における半導体層は、エピタキシ
ャル層の過成長によって形成される。 【００４１】本発明に係る種々の例示的実施形態の方法
において、半導体層の形成は、ＩｎＧａＡｌＮレーザス
トラクチャの形成を含む。例えば、ＩｎＧａＡｌＮレー
ザストラクチャは有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ）によってＩｎＧａＡｌＮエピタキシャルストラクチ
ャを堆積することにより形成される。ＩｎＧａＡｌＮレ
ーザストラクチャは、有機金属化学的気相成長法によっ
て、サファイア基板などの基板上に形成される。種々の
例示的実施形態におけるサフアイア基板は、２インチ径
のサファイア基板ウェハである。サファイア基板ウェハ
は、ｃ面（０００１）またはａ面（１１−２０）配向の
サファイアを含む。サファイア基板ウェハとして、一面
にエピタキシャル研磨が施された１３ミルまたは１７ミ
ルのウェハなどの標準仕様のもの、または他の適当な仕
様のものがある。 【００４２】図１０に、有機金属化学的気相成長法によ
って半導体ストラクチャ４９９が形成された基板ボディ
４１０を含む、半導体デバイス４００を示す。図１０に
はソリッド構造上に形成された半導体ストラクチャ４９
９が示されているが、本発明によれば、半導体ストラク
チャ４９９の形成の前または後のいずれにも基板ボディ
４１０内にキャビティを形成可能である。 【００４３】図１０に示した例示的実施形態では、半導
体ストラクチャ４９９はサファイア基板ボディ４１０上
に形成されていた。この例示的半導体ストラクチャ４９
９は、ＧａＮ：Ｓｉ層４６６、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：Ｓ
ｉ層４６２、Ａｌ0.08Ｇａ0. 92Ｎ：Ｓｉ層４６４、Ｇａ
Ｎ：Ｓｉ層４６６、ＩｎＧａＮ：Ｓｉ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）活性領域４６８、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層４７
０、ＧａＮ：Ｍｇ層４７２、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ
層４７４、およびＧａＮ：Ｍｇ層４７６を含んでいる。
さらに、例示的実施形態における半導体デバイス４００
は、ｐ接点４４０、ｎ接点４４４、および誘電層４７８
を含んでいる。 【００４４】図１０に示した例示的実施形態などの、種
々の例示的実施形態における各層は、サファイア基板ボ
ディ４１０上に連続的に形成される。例えば、約５μｍ
乃至約２０μｍの厚さのＧａＮ：Ｓｉ層４６０がサファ
イア基板４１０上に形成される。Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：
Ｓｉ層４６２がＧａＮ：Ｓｉ層４６０上に約５０ｎｍ厚
さに形成される。次いで、約０．５μｍ乃至約１．５μ
ｍの厚さのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｓｉ層４６４がＩｎＧ
ａＮ：Ｓｉ層４６２上に形成される。約０．１μｍの厚
さのＧａＮ：Ｓｉ層４６６がＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｓｉ
層４６４上に形成される。次に、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活
性領域４６８がＧａＮ：Ｓｉ層４６６上に形成される。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層４７０がＩｎＧａＮ ＭＱＷ
活性領域４６８上に約２０ｎｍ厚さに形成される。次い
で、ＧａＮ：Ｍｇ層４７２がＡｌＧａＮ：Ｍｇ層４７０
上に約０．１μｍ厚さに形成される。約０．５μｍ乃至
約１μｍ厚さのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ層４７４がＧ
ａＮ：Ｍｇ層４７２上に形成される。ＧａＮ：Ｍｇ層４
７６をＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ層４７４上に約０．１
μｍ厚さに形成することにより、図１０に示した例示的
半導体ストラクチャ４９９が完成する。 【００４５】半導体ストラクチャ４９９の形成後、ｐ接
点４４０、ｎ接点４４４、および誘電層４７８が付加さ
れて半導体デバイス４００が完成される。前述および図
１０乃至１５に示した各デバイスは、本発明のシステ
ム、ストラクチャ、および方法を有効に用いた半導体デ
バイスの一例に過ぎない。本発明はあらゆる半導体デバ
イスに容易に適用できるものである。 【００４６】本発明の方法の例示的実施形態は、ボディ
より高い熱伝導率をもつ物質でキャビティを実質的に充
填することを含む。種々の例示的実施形態において、キ
ャビティは電気めっきにより充填される。特例的に、金
属ペーストによってキャビティが充填されるものもあ
る。しかしながら、少なくともキャビティの一部を充填
するための、あらゆる他の周知もしくは最近開発された
方法を本発明による方法に適用できることは明らかであ
る。 【００４７】本方法の例示的実施形態における半導体層
は、キャビティ形成の前または後のいずれかに基板上に
形成される。キャビティの形成後に半導体層を基板上に
形成する場合は、図４に示したデバイスの第１の例示的
実施形態のように、基板ボディの厚さより浅い深さをも
つようにキャビティが形成されて、物質が半導体層と接
触しないようにされる。半導体層の形成前にキャビティ
を形成することの利点は、半導体層を保護することなく
キャビティを形成できることである。しかしながら、基
板ボディの少なくとも一部を半導体層を形成する面とし
て残す必要があるため、キャビティをボディの上面に開
口させて形成することはできない。したがって、キャビ
ティ形成後に半導体材料層を形成すると、熱伝導性物質
を電気接点として用いることが困難になる。物質による
キャビティの充填は、半導体層の形成後にめっき法また
は金属ペーストを用いて行われる。 【００４８】本方法の他の例示的実施形態における半導
体材料層は、キャビティ形成前に基板上に形成される。
キャビティの形成前に半導体材料層を基板上に形成する
場合は、図５に示した第２の例示的実施形態の構造のよ
うに、キャビティは、基板ボディの厚さに等しい深さに
形成されて、底面および上面の両方に開口するようにさ
れる。この場合、熱伝導性物質は半導体材料層に接触す
る。このような例示的実施形態においては、半導体層の
真下の基板ボディは全て除去される。これにより、熱伝
導性物質を半導体材料層との電気接点として用いること
が可能になる。 【００４９】半導体材料層をキャビティの形成前に基板
上に形成した場合は、図６に示した第３の例示的実施形
態の構造のように、キャビティは、基板ボディの厚さに
等しい第１の深さをもつ第１の部分と基板ボディの厚さ
より浅い第２の深さをもつ少なくとも一つの第２の部分
とを有して、それによりキャビティが底面および上面に
開口すると共に熱伝導性物質が半導体材料層に接触する
ようにされる。種々の例示的実施形態の方法によって創
出された段構造はさらなる効果をもたらす、すなわち、
より十分な半導体層の構造的支持および薄化ボディ領域
の拡大である。本方法の例示的実施形態における狭範囲
のボディ部は、半導体層の真下では除去され、その隣接
領域では薄くされている。 【００５０】本方法の種々の例示的実施形態におけるキ
ャビティは、任意の適当なレーザを用いて形成される。
種々の例示的実施形態における基板ボディは、ワック
ス、エポキシ樹脂、または熱伝導性ペースト等を用いて
シリコンまたは銅などの別体の支持基板に搭載されて、
キャビティ形成時の十分な熱の消散が促進されるように
されている。この熱の消散は、損傷に至る程度までデバ
イス温度が上昇することを防ぐ上で望ましいものであ
る。 【００５１】図１１に、本発明による、レーザアブレー
ション法によってキャビティ４１６が形成された半導体
デバイス４００の例示的実施形態を示す。半導体ストラ
クチャ４９９は、キャビティ４１６の形成前または後に
形成される。種々の例示的実施形態におけるキャビティ
４１６は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの希土類レーザを用
いて形成される。Ｎｄ：ＹＡＧレーザをスキャンするこ
とにより任意の所望の高さ、幅、および長さのキャビテ
ィを基板ボディ内に形成することができる。このように
して、大半の基板ボディ４１０の部分を残して（すなわ
ち除去しないで）基板ボディ４１０上に形成された層を
支持した状態で、該ボディの一部を薄化あるいは完全に
除去して、半導体ストラクチャ４９９と接触している上
面４１４にキャビティ４１６を開口させる。 【００５２】本方法の例示的実施形態におけるレーザ
は、キャビティ４１６の形成に適したスポットサイズを
備えている。例えば、レーザは最小でも約２０μｍのス
ポットサイズを有する。詳細には、レーザは約２０μｍ
乃至１００μｍのスポットサイズを有する。サファイア
内のキャビティ形成に適したレーザとして、１０6ｍＪ
／パルス／ｃｍ2のエネルギ密度を出力する、Ｑスイッ
チ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（λ＝１．０６μｍ）がある。
Ｑスイッチ式レーザの利点は、ピークエネルギでスイッ
チをオンオフできることである。上述のエネルギ密度
で、大半のエネルギはサファイアの気化に費やされる。
標準的なスキャン速度およびビーム径において、サファ
イアを周囲物質を顕著に加熱することなく除去すること
ができる。１ｋＨｚの周波数および１００ｎｓのパルス
幅におけるオン／オフ比は約１：１０，０００であり、
この条件で滞留熱は全て消散させられる。レーザビーム
の深さ方向の解像度は、高倍率レンズに使用によって
１．０μｍより高精度になっている。これらの特性をも
つレーザの使用により、キャビティ４１６を半導体スト
ラクチャ４９９の形成の前後いずれに形成したかに係わ
らず、サファイアの除去量を正確に制御することができ
る。 【００５３】図１２に、本発明による、シード層４８０
がキャビティ４１６の内面４８５に形成されたデバイス
４００を示す。キャビティ４１６の形成後、キャビティ
４１６は金属ペーストまたはめっきによって充填し直さ
れる。種々の例示的実施形態において、キャビティ４１
６がめっきによって充填される場合は、適当なシード層
４８０がキャビティ４１６の内面４８５に形成される。
例えば、薄いＴｉ／Ａｕ層（Ｔｉ層１００ｎｍ、Ａｕ層
２００ｎｍ）が加熱蒸着または電子ビーム蒸着によって
キャビティ４１６の内面４８５に蒸着される。Ｔｉ／Ａ
ｕシード層４８０は、熱伝導性物質を付加してキャビテ
ィ４１６を充填するための、後続の電気めっきまたは無
電解めっき工程でのシード層として機能する。 【００５４】図１３に、本発明による、キャビティ４１
６が銅層４９０でめっきされたデバイス４００を示す。
種々の例示的実施形態において、めっきによってキャビ
ティ４１６を完全充填することで最大限の熱消散が達成
されている。銅は、比較的安価でかつきわめて高い熱伝
導率を有するために、上記目的に対して理想的に適合す
る。銅層４９０は、市販の標準的なめっき液を用いて電
気めっきされる。例えば、Ｈ2０／Ｈ2ＳＯ4撹拌浴中で
硫酸銅ペンタハイドライドを用いて銅をシード層４８０
上に電気めっきすることでキャビティ４１６が充填され
る。電気めっきは、約３００Ａ／ｃｍ2乃至約６００Ａ
／ｃｍ2の標準的な陰極電流密度で室温で行われる。め
っき時間は陰極電流密度に依存するが、標準的には約１
時間で約５０μｍの銅がめっきされる。 【００５５】図１４に、本発明による、銅層４９０を充
填されたキャビティ４１６がハンダ材層４９７によって
ヒートシンク４５０に搭載された、デバイス４００を示
す。本発明による半導体デバイスの熱的性質をさらに向
上させるために、デバイス４００はヒートシンク４５０
上に搭載されている。ヒートシンク４５０に適した材料
として、銅、アルミニウム、およびダイアモンドがあ
る。デバイス４００は、任意の適当なストラクチャ、デ
バイス、または材料によってヒートシンク４５０に取り
付けられる。例えば、デバイス４００は、ハンダ材層４
９７によってヒートシンク４５０に接着される。ハンダ
材として、限定はしないが、ＡｕＳｎ，ＰｂＳｎ、また
はＩｎを一つまたは複数用いたものがある。デバイス４
００をヒートシンク４５０に搭載する前に、デバイス４
００をダイシングまたは劈開によって個片のデバイスに
してもよい。 【００５６】図１５に、本発明による、キャビティ５１
６が上面５１４に開口し、シード層５８０および銅層５
９０がデバイス５００のｎ接点として機能している、デ
バイス５００の例示的実施形態を示す。キャビティ５１
６が基板ボディ５１０の全厚を貫通して形成された場合
は、本発明の種々の実施形態によれば、裏面ｎ接点は銅
が充填されたキャビティ５１６によって形成される。そ
の場合、めっき工程のシード層５８０も半導体デバイス
５６０に対するｎ接点として機能する。このことは、例
えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕシード層を用いて行われ
る。この実施形態においては、デバイス５００に対する
ｎ接点は銅が充填されたキャビティ５１６によって形成
されるので、さらなるｎ接点をデバイス５００に設ける
必要はない。 【００５７】図１６に、動作時の半導体デバイスの活性
領域の温度上昇の値をキャビティ深さの関数としてプロ
ットした結果を示す。計算は、０．７５Ｗのエネルギが
５００μｍのキャビティ長に亘って消散されると仮定し
て行った。二組のポイント群は、二種類の基板ボディ厚
さ値に対応している。図示のように、サファイア厚さが
８０μｍの場合、サファイアボディおよびそのボディ内
に銅が充填されたキャビティを有する基板を用いること
によって、熱消散により、温度上昇は５３Ｋ／Ｗの熱抵
抗値に対応する４０Ｋから２７Ｋ／Ｗの熱抵抗値に対応
する約２０Ｋ未満まで減少する。またこのグラフは、厚
めのサファイアボディを有する基板においても同様の効
果が得られることを示している。 【００５８】前述した特定の実施形態に関連して本発明
の説明を行ったが、多くの代替、組み合わせ、修正、お
よび変形が可能なことが当業者に明らかなことは明白で
ある。したがって、上述の本発明の好適な実施形態は例
示のためのものであり、限定的なものではない。本発明
の範囲内で種々の変更が可能である。
する半導体デバイスに関する。 【０００２】 【従来の技術】半導体デバイスの中には、動作中に発生
した熱を効率よくその半導体デバイス外に逃がすことが
できないために性能の悪化を来すものがある。熱が逃げ
ないために温度が上昇し、この温度上昇が半導体デバイ
スの性能に悪影響を及ぼす。大半の場合、温度上昇（Δ
Ｔ）は、半導体デバイスが発生する単位時間当たりの熱
（ΔＷ）に比例する。つまり、ΔＴ＝ＲΔＷの関係にあ
る。ここで、比例係数Ｒは半導体デバイスの熱抵抗であ
る。 【０００３】半導体デバイスからの効率の悪い熱の流出
は、多くの場合デバイス中の熱伝導率の低い部分に原因
がある。半導体デバイスによっては、動作中に、熱の発
生箇所から外部ヒートシンクに熱を流さなければならな
いものがある。ヒートシンク自体は、外気と同じ温度が
保たれるように十分大きい熱容量を有している。しかし
ながら、ヒートシンクに到達するために、多くの場合熱
流はデバイス中の熱伝導率の低い部分を通る必要があ
る。この場合、半導体デバイスの熱抵抗Ｒは増大する。
この結果、半導体デバイスの温度はヒートシンクの温度
より著しく高くなる。 【０００４】発光ダイオードおよびレーザにおいては、
熱の発生はデバイスの活性領域およびｐ接点ならびにｎ
接点で生じる。通常この熱は、外部ヒートシンクに達す
るために基板を通って流れていく必要がある。発光ダイ
オードおよびレーザは、熱伝導率の悪い基板に形成され
る。例えば、一般に用いられる基板であるサファイアの
熱伝導率（Ｋth）は室温で０．４２ Ｗ／ｃｍＫであ
る。 【０００５】発光デバイスの光出力強度は、その発光デ
バイスの動作時の温度に依存する。このような発光デバ
イスに定電流を流した場合、光出力強度は温度が高くな
るにしたがって減少する。場合によっては、高温のため
にレーザダイオード等におけるレーザ作用が阻害される
ことがある。互いに隣接した二つ以上の発光デバイスを
有する半導体デバイスでは、第１の発光デバイスの光出
力強度が隣りの発光デバイスの出力エネルギの影響を受
ける。この現象が生じるのは、第１のデバイスの温度は
消費されたエネルギ量に影響され、したがって隣接デバ
イスの発生熱量の影響を受けるためである。この効果は
熱的クロストークと呼ばれる。例えばレーザ印刷などの
多くの用途において、発光デバイスは個別にアドレスで
きて互いに完全に独立していることが望ましいため、隣
接発光デバイス間のクロストークはきわめて好ましくな
い。 【０００６】半導体デバイス内の温度分布計算から、サ
ファイア基板を薄くしてそのサファイア基板をヒートシ
ンク上に搭載することでデバイスの発熱を著しく低減で
きることが明らかにされている。現在、この薄化処理
は、サファイア基板を約１００μｍ厚さまで裏面研磨す
ることにより実施されている。この方法によって連続波
型のデバイスが得られている、ただしデバイスの熱抵抗
は４０Ｋ／Ｗより大きい状態にある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】さらに発熱を下げるた
めにさらに基板を薄くすることが望まれる。しかしなが
ら、研磨などの従来方法を用いた場合は、基板を割らず
にこれ以上基板の厚さを薄くすることは困難である。し
たがって、この種の薄化処理は発熱を低減させる上で十
分なものでなかった。 【０００８】以上示したように、III−V族窒化物成長用
として一般に用いられる基板の熱伝導率はきわめて低い
ものである。これに対して、銅は室温で約４Ｗ／ｃｍ−
Ｋの熱伝導率を有している。しかしながら銅は、その融
点が上記半導体材料の成長に必要な高温度に比べると低
いため、半導体成長用の基板として適していない。 【０００９】したがって、高い熱伝導率を有してかつ厚
肉基板との構造上の一体性を備えた基板が必要である。 【００１０】以上の課題に鑑みて本発明は、高めた熱伝
導率を有する基板およびその基板の形成方法を提供する
ものである。 【００１１】別途、本発明は、高めた熱伝導率を有す
る、構造上の一体性を高い基板を提供する。 【００１２】別途、本発明は、発光デバイスとして有用
な半導体デバイスおよびその半導体デバイスの形成方法
を提供する。 【００１３】別途、本発明は、自熱効果に対する感度の
低い、半導体レーザデバイスなどの半導体デバイスを提
供する。 【００１４】さらに本発明は、基板材料の一部を高い熱
伝導率をもつ材料に置き換えた基板上に成長させた半導
体デバイスを提供する。 【００１５】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の基板は、上面および前記上面と反対側の底面
を備えた、第１の熱伝導率を有するボディと、前記ボデ
ィの内面によって画定されたキャビティであって、前記
キャビティは少なくとも前記底面で開口しているキャビ
ティと、および前記キャビティ内に配置された少なくと
も一つの物質であって、少なくとも一つの物質はそれぞ
れ前記第１の熱伝導率より高い第２の熱伝導率を有し
て、前記少なくとも一つの物質は前記内面の少なくとも
一部に接触している物質と、を含むことを特徴とする。 【００１６】本発明者らは、高い熱伝導率を有する物質
で形成された領域であって、発光デバイスを外部ヒート
シンクに接続する領域があれば、熱はその物質によって
形成された経路に沿ってデバイス外に流出する、という
ことを見出した。これにより、デバイスの温度は隣接デ
バイスの消費エネルギに左右されにくくなる。つまり、
デバイスの活性領域と外部ヒートシンクとの間に高い熱
伝導率を有する物質を設けることにより、動作時の温度
が低下して動作の安定性が高まる。多くの場合、例えば
モノリシックに一体化された複数のレーザダイオードを
用いた場合などにおいて、デバイス間の熱的クロストー
クも減少する。 【００１７】本発明の基板は、サファイアなどの、半導
体デバイスの形成に好適に使用される材料を含むボディ
を備えている。この基板ボディは、上面および上面と反
対側の底面を有する。また、この基板ボディは、基板ボ
ディの内面によって画定されたキャビティを有するもの
である。種々の例示的実施形態において、キャビティは
少なくとも底面で開口している。種々の例示的実施形態
において、キャビティは基板ボディより高い熱伝導率を
有する物質を含有する。この物質がキャビティ内に配置
されて、キャビティの上面から、キャビティ内および／
または基板の底面もしくはその下に設置された外部ヒー
トシンクまで熱を移送することができるようにされる。
本発明の半導体デバイスの例示的実施形態は、前述の基
板および基板の上面に形成された少なくとも一つの半導
体ストラクチャを含む。本発明の半導体デバイスは、前
述のストラクチャ等のストラクチャ、および半導体スト
ラクチャに接触した少なくとも一つのｐ接点を含んでお
り、この場合、キャビティ内の物質はｎ接点として機能
している。 【００１８】種々の例示的実施形態における、高めた熱
伝導率を有する基板の形成方法は、基板ボディ中のキャ
ビティの形成であってこのキャビティは少なくともボデ
ィの底面で開口しているキャビティの形成、および基板
より高い熱伝導率をもつ物質のキャビティ内への充填を
含む。種々の例示的実施形態における、本発明による方
法はさらに、少なくとも一つの半導体ストラクチャをボ
ディ上面に形成することを含む。 【００１９】上記およびその他の本発明の特徴および効
果は、本発明に係るシステムおよび方法の種々の例示的
実施形態についての以下の詳細な記述によって説明もし
くは明らかにされる。 【００２０】 【発明の実施の形態】以下に、本発明の種々の例示的実
施形態を図面を参照して詳細に説明する。 【００２１】本発明は、半導体ストラクチャ用の高い熱
伝導率をもつ基板に関する。この基板は、基板ボディよ
り高い熱伝導率をもつ物質を含有したキャビティを有す
るボディを含む。さらに本発明は、優れた熱伝導性質を
もつデバイスに関する。加えて本発明は、上述のストラ
クチャの形成方法に関する。 【００２２】図１に、本発明による基板１００の第１の
例示的実施形態を示す。基板１００は、底面１１２およ
び上面１１４を有するボディ１１０を含む。ボディの内
面１１３によって画定されたキャビティ１１６が底面１
１２に開口している。キャビティ１１６内には、ボディ
１１０の形成に用いた物質の熱伝導率より高い熱伝導率
をもつ物質１２０が配置されている。種々の例示的実施
形態における物質１２０は、実質的に内面１１３全体に
接触している。ただし、種々の例示的実施形態において
は、キャビティ１１６として物質１２０で部分充填され
たもの、または完全充填されたもののいずれもあり得
る。物質１２０は、熱が物質１２０を通ってキャビティ
の上面から、キャビティ内および／または底面１２０の
位置もしくはその下に設置された、外部ヒートシンクに
流れるように配置されている。 【００２３】基板１００のボディ１１０は、半導体基板
用に適した任意の材料で形成される。例えば、ボディ形
成用材料は半導体発光デバイス形成用として好適なもの
である。特例的に、基板１００はシリコンカーバイドま
たはスピネルで形成される。種々の例示的実施形態にお
ける基板１００のボディ１１０は、サファイアで形成さ
れる。サファイアは、後述の、III−V族窒化物などの半
導体発光材料形成用のもっとも一般に用いられる基板材
料である。III−V族窒化物は、シリコンカーバイドまた
はスピネル上に形成されることもあり、これらは、サフ
ァイアに比べて周知の長所および短所を有している。シ
リコンカーバイドはエッチングが容易で、かつサファイ
アに優るIII−V族窒化物との格子整合を有している。し
かしながら、シリコンカーバイドはサファイアに比べて
高価である。スピネルは、サファイアに優るIII−V族窒
化物との格子整合を有するが、熱伝導性が低い。また、
スピネルは発見されにくく、サファイアより高価であ
る。上述の種々の要因のバランスを考慮して、多くの場
合サファイアが用いられる。 【００２４】適当な半導体デバイス用基板材料、特に発
光材料層を形成する基板の形成に用いる材料は、多くの
場合半導体材料層と基板の反対側に配置されたヒートシ
ンク間の熱伝導効率が悪い。種々の例示的実施形態にお
いて、本発明は、半導体材料層を形成するボディ内にキ
ャビティを形成することによって、熱保持のもたらす悪
影響を減じている。さらに、ボディの熱伝導率より高い
熱伝導率をもつ物質がキャビティ内に配置される。良好
な熱伝導特性をもつ物質を基板内に配置することによ
り、基板１００の熱伝導率が高まる。この結果、発光デ
バイス、レーザデバイスなどの半導体デバイスの効率お
よび機能が向上する。 【００２５】物質１２０は金属であり、良好な熱伝導特
性を有している。例えば、物質１２０は金または銀であ
る。種々の例示的実施形態において、物質１２０として
銅が使用されている。これは、銅が高い熱伝導率を有す
ると共に、同様に良好な熱伝導特性をもつ他の金属と比
べて比較的低価格であることによる。 【００２６】前述の諸金属はボディ１１０の形成に用い
られる材料よりはるかに高い熱伝導率を有している。
金、銀、および銅の熱伝導率を下記の表１に示す。比較
のために、半導体発光材料であるＧａＮおよびサファイ
アの値を併せて示す。 【表１】 【００２７】図１に示した基板１００の第１の例示的実
施形態では、ボディ１１０は厚さｔを有し、キャビティ
１１６は厚さｔより浅い深さｄを有して、その結果キャ
ビティ１１６は、例えば底面１１２等の、一面にのみ開
口するようになっている。 【００２８】図２に示した第２の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における基板２００は、
厚さｔの基板ボディ２１０を含む。キャビティ２１６は
基板ボディ２１０の厚さｔに等しい深さｄを有して、そ
の結果キャビティ２１６は基板ボディ２１０の底面２１
２と上面２１４との両方に開口するようになっている。
基板ボディ２１０の上面２１４に形成された半導体材料
層と物質２２０との接触により、裏面電気接点すなわち
底面２１２への接点形成が可能になっている。 【００２９】図３に示した第３の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における基板３００は、
段構造をもつキャビティ３１６を含む。キャビティ３１
６は、基板ボディ３１０の厚さｔより浅い第１の深さｄ
1をもつ第１の部分３１７を含む。キャビティ３１６の
第２の部分３１８は基板ボディ３１０の厚さｔに等しい
第２の深さｄ2を有して、それによりキャビティ３１６
が底面３１２および上面３１４の両方に開口するように
なっている。必要に応じて段構造は、図３に示す第３の
例示的実施形態３００で示した一つの段部より多い段部
をもつのものにすることもできる。 【００３０】第３の例示的実施形態に示すような段状の
キャビティ構造を用いた場合、熱伝導率は、上面３１４
に形成された半導体材料層とキャビティ３１６の充填に
用いたキャビティ物質３２０との直接接触によって高ま
る。半導体材料層とキャビティ物質３２０との接触によ
り、裏面電気接点すなわち底面３１２への接点形成が可
能になる。また、段構造によって構造上の一体性が強化
される。 【００３１】図４に本発明による半導体デバイス１０
０′の第１の例示的実施形態を示す。種々の例示的実施
形態における半導体デバイス１００′は、図１に示した
前述の本発明による基板１００を含む。図４に示すよう
に、半導体ストラクチャ１３０は基板１００′の上面１
１４に形成される。 【００３２】種々の例示的実施形態における半導体スト
ラクチャ１３０は、例えば少なくとも一つのIII−V族窒
化物材料などの発光材料を含む。III−V族窒化物は２価
の化合物であると共に３価および４価のアロイにもな
る。この材料は短波長の発光デバイス用として好適なも
のである。Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎ−Ｎ系は、可視スペクトル
全域をカバーしてさらに紫外スペクトル域にまで及ぶ幅
広いバンドギャップを有している。また、III−V族窒化
物は強い化学結合を有するものであり、この強い結合
が、レーザの活性領域で表れる高電流や強力な光照射条
件下でも、窒化物をきわめて安定かつ劣化に対して耐性
のあるものにしている。本発明の半導体ストラクチャの
例示的実施形態には全てのIII−V族窒化物が含まれる。
特にここでは、半導体ストラクチャ１３０はＧａＮを含
む。 【００３３】図５に示した第２の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における半導体デバイス
２００′は、図２に示した前述の本発明による基板２０
０を含む。半導体ストラクチャ２３０は基板２００の上
面２１４に形成される。キャビティ２１６は上面２１４
および底面２１２に開口している。物質２２０は半導体
ストラクチャ２３０の底面２３２に接触している。 【００３４】図６に示した第３の例示的実施形態など
の、種々の他の例示的実施形態における半導体デバイス
３００′は、図３に示した前述の段構造をもつキャビテ
ィ３１６を有した、本発明による基板３００を含む。半
導体ストラクチャ３３０は上面３１４上に形成される。
キャビティ３１６は上面３１４および底面３１２に開口
している。物質３２０は半導体ストラクチャ３３０の底
面３３２に接触している。 【００３５】さらに、本発明に係る種々の例示的実施形
態における半導体デバイスは、少なくとも一つのｐ接点
および少なくとも一つのｎ接点を含む。図７に示した、
第４の例示的実施形態である半導体デバイス１００″で
は、半導体デバイスは少なくとも一つのｐ接点１４０お
よび少なくとも一つのｎ接点１４４を含む。ｐ接点１４
０は半導体ストラクチャ１３０に接触している。ｎ接点
１４４もまた半導体ストラクチャ１３０に接触してい
る。ヒートシンク１５０は、半導体デバイス１００″の
基板１００の底面１１２に接触して設置されている。こ
の場合、熱伝導性物質１２０の底面１２２はヒートシン
ク１５０に接触している。 【００３６】図８に第５の例示的実施形態である半導体
デバイス２００″を示す。図８に示すように、半導体デ
バイス２００″は、半導体２３０に接触した少なくとも
一つのｐ接点２４０を含む。この例示的実施形態の半導
体デバイス２００″においては、熱伝導性物質はｎ接点
として機能する。この場合、熱伝導性物質２２０は電気
伝導性も備えている必要がある。熱伝導性物質２２０の
上面２１４は、接点順にしたがい、半導体ストラクチャ
２３０の底面２３２に接触している。 【００３７】種々の例示的実施形態における半導体デバ
イス１００′，１００″，２００′，２００″，および
／または３００′は、半導体レーザデバイスなどの発光
デバイスである。図９に示した例示的実施形態の半導体
デバイスにおいては、キャビティ２１６は第１の長さと
第１の幅を有し、一つ以上のｐ接点２４０はそれぞれ第
２の長さおよび第２の幅を有している。種々の例示的実
施形態において、第１の長さは第２の長さより長くされ
る。同じ種々の例示的実施形態中の一部の実施形態およ
び種々の他の例示的実施形態において、第１の幅は第２
の幅より広くされる。 【００３８】本発明の半導体デバイスの例示的実施形態
における物質を充填されたキャビティの方向は、ｐ接点
と一直線に並んだ向きにされる。種々の例示的実施形態
におけるIII−V族窒化物ストラクチャは、エピタキシャ
ル層の過成長によって形成される。デュアルスポットレ
ーザデバイス用の基板キャビティの長さおよび幅の代表
的な寸法は、それぞれ約５００μｍおよび約５０μｍで
ある。基板キャビティの長軸は、窒化物材料の結晶の＜
１−１００＞方位に平行に配向している。窒化物材料の
（１−１００）面のレーザファセットは劈開により形成
される。通常＜１−１００＞方位に延びた、ｐ接点より
若干（２０乃至５０μｍ程度）長い基板キャビティを備
えることで、劈開品質を向上させることができる。 【００３９】本発明は前述のデバイスの形成方法に関す
るものでもある。種々の例示的実施形態における本発明
の方法は、底面および上面を有する基板のボディにキャ
ビティを形成することを含む。キャビティは、ボディの
内面によって画定されるものであり、少なくとも底面で
開口している。基板のボディより高い熱伝導率をもつ物
質がキャビティ内に配置される。種々の例示的実施形態
におけるキャビティ内用の熱伝導性物質は、実質的にキ
ャビティの内面全体に接触している。種々の他の例示的
実施形態においては、熱伝導性物質はキャビティの一部
のみを充填、および／またはキャビティおよび／または
半導体材料層の表面の一部のみに接触している。この構
成は、キャビティが十分に充填されて、および／または
キャビティの表面および／または半導体材料層の表面へ
の接触が十分であって、半導体材料層からキャビティ内
の熱伝導性物質への熱流の量が、半導体デバイスが発生
した熱の悪影響を低減する上で十分である限り成立し得
る。熱伝導性物質は実質的にキャビティを充填してい
る。半導体層はキャビティの反対側の基板上面に形成さ
れる。 【００４０】本発明に係る例示的実施形態の方法におい
て、形成される半導体層は、例えば任意のIII−V族窒化
物などの発光材料層である。ここではＧａＮが使用され
る。半導体層は任意の適当な方法によって形成される。
種々の例示的実施形態における半導体層は、エピタキシ
ャル層の過成長によって形成される。 【００４１】本発明に係る種々の例示的実施形態の方法
において、半導体層の形成は、ＩｎＧａＡｌＮレーザス
トラクチャの形成を含む。例えば、ＩｎＧａＡｌＮレー
ザストラクチャは有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶ
Ｄ）によってＩｎＧａＡｌＮエピタキシャルストラクチ
ャを堆積することにより形成される。ＩｎＧａＡｌＮレ
ーザストラクチャは、有機金属化学的気相成長法によっ
て、サファイア基板などの基板上に形成される。種々の
例示的実施形態におけるサフアイア基板は、２インチ径
のサファイア基板ウェハである。サファイア基板ウェハ
は、ｃ面（０００１）またはａ面（１１−２０）配向の
サファイアを含む。サファイア基板ウェハとして、一面
にエピタキシャル研磨が施された１３ミルまたは１７ミ
ルのウェハなどの標準仕様のもの、または他の適当な仕
様のものがある。 【００４２】図１０に、有機金属化学的気相成長法によ
って半導体ストラクチャ４９９が形成された基板ボディ
４１０を含む、半導体デバイス４００を示す。図１０に
はソリッド構造上に形成された半導体ストラクチャ４９
９が示されているが、本発明によれば、半導体ストラク
チャ４９９の形成の前または後のいずれにも基板ボディ
４１０内にキャビティを形成可能である。 【００４３】図１０に示した例示的実施形態では、半導
体ストラクチャ４９９はサファイア基板ボディ４１０上
に形成されていた。この例示的半導体ストラクチャ４９
９は、ＧａＮ：Ｓｉ層４６６、Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：Ｓ
ｉ層４６２、Ａｌ0.08Ｇａ0. 92Ｎ：Ｓｉ層４６４、Ｇａ
Ｎ：Ｓｉ層４６６、ＩｎＧａＮ：Ｓｉ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）活性領域４６８、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層４７
０、ＧａＮ：Ｍｇ層４７２、Ａｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ
層４７４、およびＧａＮ：Ｍｇ層４７６を含んでいる。
さらに、例示的実施形態における半導体デバイス４００
は、ｐ接点４４０、ｎ接点４４４、および誘電層４７８
を含んでいる。 【００４４】図１０に示した例示的実施形態などの、種
々の例示的実施形態における各層は、サファイア基板ボ
ディ４１０上に連続的に形成される。例えば、約５μｍ
乃至約２０μｍの厚さのＧａＮ：Ｓｉ層４６０がサファ
イア基板４１０上に形成される。Ｉｎ0.03Ｇａ0.97Ｎ：
Ｓｉ層４６２がＧａＮ：Ｓｉ層４６０上に約５０ｎｍ厚
さに形成される。次いで、約０．５μｍ乃至約１．５μ
ｍの厚さのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｓｉ層４６４がＩｎＧ
ａＮ：Ｓｉ層４６２上に形成される。約０．１μｍの厚
さのＧａＮ：Ｓｉ層４６６がＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｓｉ
層４６４上に形成される。次に、ＩｎＧａＮ ＭＱＷ活
性領域４６８がＧａＮ：Ｓｉ層４６６上に形成される。
Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ：Ｍｇ層４７０がＩｎＧａＮ ＭＱＷ
活性領域４６８上に約２０ｎｍ厚さに形成される。次い
で、ＧａＮ：Ｍｇ層４７２がＡｌＧａＮ：Ｍｇ層４７０
上に約０．１μｍ厚さに形成される。約０．５μｍ乃至
約１μｍ厚さのＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ層４７４がＧ
ａＮ：Ｍｇ層４７２上に形成される。ＧａＮ：Ｍｇ層４
７６をＡｌ0.08Ｇａ0.92Ｎ：Ｍｇ層４７４上に約０．１
μｍ厚さに形成することにより、図１０に示した例示的
半導体ストラクチャ４９９が完成する。 【００４５】半導体ストラクチャ４９９の形成後、ｐ接
点４４０、ｎ接点４４４、および誘電層４７８が付加さ
れて半導体デバイス４００が完成される。前述および図
１０乃至１５に示した各デバイスは、本発明のシステ
ム、ストラクチャ、および方法を有効に用いた半導体デ
バイスの一例に過ぎない。本発明はあらゆる半導体デバ
イスに容易に適用できるものである。 【００４６】本発明の方法の例示的実施形態は、ボディ
より高い熱伝導率をもつ物質でキャビティを実質的に充
填することを含む。種々の例示的実施形態において、キ
ャビティは電気めっきにより充填される。特例的に、金
属ペーストによってキャビティが充填されるものもあ
る。しかしながら、少なくともキャビティの一部を充填
するための、あらゆる他の周知もしくは最近開発された
方法を本発明による方法に適用できることは明らかであ
る。 【００４７】本方法の例示的実施形態における半導体層
は、キャビティ形成の前または後のいずれかに基板上に
形成される。キャビティの形成後に半導体層を基板上に
形成する場合は、図４に示したデバイスの第１の例示的
実施形態のように、基板ボディの厚さより浅い深さをも
つようにキャビティが形成されて、物質が半導体層と接
触しないようにされる。半導体層の形成前にキャビティ
を形成することの利点は、半導体層を保護することなく
キャビティを形成できることである。しかしながら、基
板ボディの少なくとも一部を半導体層を形成する面とし
て残す必要があるため、キャビティをボディの上面に開
口させて形成することはできない。したがって、キャビ
ティ形成後に半導体材料層を形成すると、熱伝導性物質
を電気接点として用いることが困難になる。物質による
キャビティの充填は、半導体層の形成後にめっき法また
は金属ペーストを用いて行われる。 【００４８】本方法の他の例示的実施形態における半導
体材料層は、キャビティ形成前に基板上に形成される。
キャビティの形成前に半導体材料層を基板上に形成する
場合は、図５に示した第２の例示的実施形態の構造のよ
うに、キャビティは、基板ボディの厚さに等しい深さに
形成されて、底面および上面の両方に開口するようにさ
れる。この場合、熱伝導性物質は半導体材料層に接触す
る。このような例示的実施形態においては、半導体層の
真下の基板ボディは全て除去される。これにより、熱伝
導性物質を半導体材料層との電気接点として用いること
が可能になる。 【００４９】半導体材料層をキャビティの形成前に基板
上に形成した場合は、図６に示した第３の例示的実施形
態の構造のように、キャビティは、基板ボディの厚さに
等しい第１の深さをもつ第１の部分と基板ボディの厚さ
より浅い第２の深さをもつ少なくとも一つの第２の部分
とを有して、それによりキャビティが底面および上面に
開口すると共に熱伝導性物質が半導体材料層に接触する
ようにされる。種々の例示的実施形態の方法によって創
出された段構造はさらなる効果をもたらす、すなわち、
より十分な半導体層の構造的支持および薄化ボディ領域
の拡大である。本方法の例示的実施形態における狭範囲
のボディ部は、半導体層の真下では除去され、その隣接
領域では薄くされている。 【００５０】本方法の種々の例示的実施形態におけるキ
ャビティは、任意の適当なレーザを用いて形成される。
種々の例示的実施形態における基板ボディは、ワック
ス、エポキシ樹脂、または熱伝導性ペースト等を用いて
シリコンまたは銅などの別体の支持基板に搭載されて、
キャビティ形成時の十分な熱の消散が促進されるように
されている。この熱の消散は、損傷に至る程度までデバ
イス温度が上昇することを防ぐ上で望ましいものであ
る。 【００５１】図１１に、本発明による、レーザアブレー
ション法によってキャビティ４１６が形成された半導体
デバイス４００の例示的実施形態を示す。半導体ストラ
クチャ４９９は、キャビティ４１６の形成前または後に
形成される。種々の例示的実施形態におけるキャビティ
４１６は、Ｎｄ：ＹＡＧレーザなどの希土類レーザを用
いて形成される。Ｎｄ：ＹＡＧレーザをスキャンするこ
とにより任意の所望の高さ、幅、および長さのキャビテ
ィを基板ボディ内に形成することができる。このように
して、大半の基板ボディ４１０の部分を残して（すなわ
ち除去しないで）基板ボディ４１０上に形成された層を
支持した状態で、該ボディの一部を薄化あるいは完全に
除去して、半導体ストラクチャ４９９と接触している上
面４１４にキャビティ４１６を開口させる。 【００５２】本方法の例示的実施形態におけるレーザ
は、キャビティ４１６の形成に適したスポットサイズを
備えている。例えば、レーザは最小でも約２０μｍのス
ポットサイズを有する。詳細には、レーザは約２０μｍ
乃至１００μｍのスポットサイズを有する。サファイア
内のキャビティ形成に適したレーザとして、１０6ｍＪ
／パルス／ｃｍ2のエネルギ密度を出力する、Ｑスイッ
チ式Ｎｄ：ＹＡＧレーザ（λ＝１．０６μｍ）がある。
Ｑスイッチ式レーザの利点は、ピークエネルギでスイッ
チをオンオフできることである。上述のエネルギ密度
で、大半のエネルギはサファイアの気化に費やされる。
標準的なスキャン速度およびビーム径において、サファ
イアを周囲物質を顕著に加熱することなく除去すること
ができる。１ｋＨｚの周波数および１００ｎｓのパルス
幅におけるオン／オフ比は約１：１０，０００であり、
この条件で滞留熱は全て消散させられる。レーザビーム
の深さ方向の解像度は、高倍率レンズに使用によって
１．０μｍより高精度になっている。これらの特性をも
つレーザの使用により、キャビティ４１６を半導体スト
ラクチャ４９９の形成の前後いずれに形成したかに係わ
らず、サファイアの除去量を正確に制御することができ
る。 【００５３】図１２に、本発明による、シード層４８０
がキャビティ４１６の内面４８５に形成されたデバイス
４００を示す。キャビティ４１６の形成後、キャビティ
４１６は金属ペーストまたはめっきによって充填し直さ
れる。種々の例示的実施形態において、キャビティ４１
６がめっきによって充填される場合は、適当なシード層
４８０がキャビティ４１６の内面４８５に形成される。
例えば、薄いＴｉ／Ａｕ層（Ｔｉ層１００ｎｍ、Ａｕ層
２００ｎｍ）が加熱蒸着または電子ビーム蒸着によって
キャビティ４１６の内面４８５に蒸着される。Ｔｉ／Ａ
ｕシード層４８０は、熱伝導性物質を付加してキャビテ
ィ４１６を充填するための、後続の電気めっきまたは無
電解めっき工程でのシード層として機能する。 【００５４】図１３に、本発明による、キャビティ４１
６が銅層４９０でめっきされたデバイス４００を示す。
種々の例示的実施形態において、めっきによってキャビ
ティ４１６を完全充填することで最大限の熱消散が達成
されている。銅は、比較的安価でかつきわめて高い熱伝
導率を有するために、上記目的に対して理想的に適合す
る。銅層４９０は、市販の標準的なめっき液を用いて電
気めっきされる。例えば、Ｈ2０／Ｈ2ＳＯ4撹拌浴中で
硫酸銅ペンタハイドライドを用いて銅をシード層４８０
上に電気めっきすることでキャビティ４１６が充填され
る。電気めっきは、約３００Ａ／ｃｍ2乃至約６００Ａ
／ｃｍ2の標準的な陰極電流密度で室温で行われる。め
っき時間は陰極電流密度に依存するが、標準的には約１
時間で約５０μｍの銅がめっきされる。 【００５５】図１４に、本発明による、銅層４９０を充
填されたキャビティ４１６がハンダ材層４９７によって
ヒートシンク４５０に搭載された、デバイス４００を示
す。本発明による半導体デバイスの熱的性質をさらに向
上させるために、デバイス４００はヒートシンク４５０
上に搭載されている。ヒートシンク４５０に適した材料
として、銅、アルミニウム、およびダイアモンドがあ
る。デバイス４００は、任意の適当なストラクチャ、デ
バイス、または材料によってヒートシンク４５０に取り
付けられる。例えば、デバイス４００は、ハンダ材層４
９７によってヒートシンク４５０に接着される。ハンダ
材として、限定はしないが、ＡｕＳｎ，ＰｂＳｎ、また
はＩｎを一つまたは複数用いたものがある。デバイス４
００をヒートシンク４５０に搭載する前に、デバイス４
００をダイシングまたは劈開によって個片のデバイスに
してもよい。 【００５６】図１５に、本発明による、キャビティ５１
６が上面５１４に開口し、シード層５８０および銅層５
９０がデバイス５００のｎ接点として機能している、デ
バイス５００の例示的実施形態を示す。キャビティ５１
６が基板ボディ５１０の全厚を貫通して形成された場合
は、本発明の種々の実施形態によれば、裏面ｎ接点は銅
が充填されたキャビティ５１６によって形成される。そ
の場合、めっき工程のシード層５８０も半導体デバイス
５６０に対するｎ接点として機能する。このことは、例
えばＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕシード層を用いて行われ
る。この実施形態においては、デバイス５００に対する
ｎ接点は銅が充填されたキャビティ５１６によって形成
されるので、さらなるｎ接点をデバイス５００に設ける
必要はない。 【００５７】図１６に、動作時の半導体デバイスの活性
領域の温度上昇の値をキャビティ深さの関数としてプロ
ットした結果を示す。計算は、０．７５Ｗのエネルギが
５００μｍのキャビティ長に亘って消散されると仮定し
て行った。二組のポイント群は、二種類の基板ボディ厚
さ値に対応している。図示のように、サファイア厚さが
８０μｍの場合、サファイアボディおよびそのボディ内
に銅が充填されたキャビティを有する基板を用いること
によって、熱消散により、温度上昇は５３Ｋ／Ｗの熱抵
抗値に対応する４０Ｋから２７Ｋ／Ｗの熱抵抗値に対応
する約２０Ｋ未満まで減少する。またこのグラフは、厚
めのサファイアボディを有する基板においても同様の効
果が得られることを示している。 【００５８】前述した特定の実施形態に関連して本発明
の説明を行ったが、多くの代替、組み合わせ、修正、お
よび変形が可能なことが当業者に明らかなことは明白で
ある。したがって、上述の本発明の好適な実施形態は例
示のためのものであり、限定的なものではない。本発明
の範囲内で種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による、基板の一面にのみ開口したキ
ャビティを含む、基板の第１の例示的実施形態の断面図
である。 【図２】 本発明による、基板の二つの面に開口したキ
ャビティを含む、基板の第２の例示的実施形態の断面図
である。 【図３】 本発明による、基板の二つの面に開口したキ
ャビティであって、段構造を有するキャビティを含む基
板の第３の例示的実施形態の断面図である。 【図４】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触していない、半導体デバイスの第１の
例示的実施形態の断面図である。 【図５】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触している、半導体デバイスの第２の例
示的実施形態の断面図である。 【図６】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触していて、基板中のキャビティが段構
造を有している、半導体デバイスの第３の例示的実施形
態の断面図である。 【図７】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスに接触しておらず、少なくとも一つのｐ接点
および少なくとも一つのｎ接点が基板に形成された半導
体デバイスに接触している、半導体デバイスの第４の例
示的実施形態の断面図である。 【図８】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスに接触しており、少なくとも一つのｐ接点が
基板に形成された半導体デバイスに接触していて、物質
がｎ接点として機能する、半導体デバイスの第５の例示
的実施形態の断面図である。 【図９】 本発明による半導体デバイスの例示的実施形
態の上面図であって、基板に形成された半導体デバイス
の真下のキャビティの長さと幅を点線で示し、劈開によ
って形成された平面を破線で示した上面図である。 【図１０】 III族窒化物系半導体レーザデバイスの断
面図であって、このデバイスがさらに、基板に形成され
た半導体デバイスに接触している、少なくとも一つのｐ
接点および少なくとも一つのｎ接点を含んだデバイスの
断面図である。 【図１１】 基板の底面に開口したキャビティを含む、
III族窒化物系半導体レーザデバイスの断面図である。 【図１２】 基板の底面に開口したキャビティを含むII
I族窒化物系半導体レーザデバイスであって、金属シー
ド層がキャビティの内面を覆っているレーザデバイスの
実施形態の断面図である。 【図１３】 基板の底面に開口したキャビティを含むII
I族窒化物系半導体レーザデバイスであって、金属シー
ド層がキャビティの内面を覆っており、キャビティ内に
銅が充填されたレーザデバイスの実施形態の断面図であ
る。 【図１４】 ヒートシンクに取り付けられた、III族窒
化物系半導体レーザデバイスの実施形態の断面図であ
る。 【図１５】 基板の上面および底面に開口したキャビテ
ィおよびキャビティの内面を覆う金属シード層を有す
る、III族窒化物系半導体レーザデバイスの実施形態の
断面図である。 【図１６】 本発明による半導体デバイスの、デバイス
の動作時の温度上昇値を示すグラフであって、温度上昇
をキャビティの深さの関数としてプロットしたグラフで
ある。 【符号の説明】 １００，２００，３００ 基板、１１０，２１０，３１
０，４１０，５１０ボディ、１１２，２１２，３１２
底面、１１３ 内面、１１４，２１４，３１４ 上面、
１１６，２１６，３１６，４１６，５１６ キャビテ
ィ、１２０，２２０，３２０，４９０，５９０ 物質、
１５０，４５０，５５０ ヒートシンク、１００′，２
００′，３００′，１００″，２００″，４００，５０
０ 半導体デバイス、１３０，２３０，３３０，４９
９，５９９ 半導体ストラクチャ、１４０，２４０，４
４０，５４０ ｐ接点、１４４，２４４，４４４ ｎ接
点。
ャビティを含む、基板の第１の例示的実施形態の断面図
である。 【図２】 本発明による、基板の二つの面に開口したキ
ャビティを含む、基板の第２の例示的実施形態の断面図
である。 【図３】 本発明による、基板の二つの面に開口したキ
ャビティであって、段構造を有するキャビティを含む基
板の第３の例示的実施形態の断面図である。 【図４】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触していない、半導体デバイスの第１の
例示的実施形態の断面図である。 【図５】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触している、半導体デバイスの第２の例
示的実施形態の断面図である。 【図６】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスと接触していて、基板中のキャビティが段構
造を有している、半導体デバイスの第３の例示的実施形
態の断面図である。 【図７】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスに接触しておらず、少なくとも一つのｐ接点
および少なくとも一つのｎ接点が基板に形成された半導
体デバイスに接触している、半導体デバイスの第４の例
示的実施形態の断面図である。 【図８】 本発明による、物質が基板に形成された半導
体デバイスに接触しており、少なくとも一つのｐ接点が
基板に形成された半導体デバイスに接触していて、物質
がｎ接点として機能する、半導体デバイスの第５の例示
的実施形態の断面図である。 【図９】 本発明による半導体デバイスの例示的実施形
態の上面図であって、基板に形成された半導体デバイス
の真下のキャビティの長さと幅を点線で示し、劈開によ
って形成された平面を破線で示した上面図である。 【図１０】 III族窒化物系半導体レーザデバイスの断
面図であって、このデバイスがさらに、基板に形成され
た半導体デバイスに接触している、少なくとも一つのｐ
接点および少なくとも一つのｎ接点を含んだデバイスの
断面図である。 【図１１】 基板の底面に開口したキャビティを含む、
III族窒化物系半導体レーザデバイスの断面図である。 【図１２】 基板の底面に開口したキャビティを含むII
I族窒化物系半導体レーザデバイスであって、金属シー
ド層がキャビティの内面を覆っているレーザデバイスの
実施形態の断面図である。 【図１３】 基板の底面に開口したキャビティを含むII
I族窒化物系半導体レーザデバイスであって、金属シー
ド層がキャビティの内面を覆っており、キャビティ内に
銅が充填されたレーザデバイスの実施形態の断面図であ
る。 【図１４】 ヒートシンクに取り付けられた、III族窒
化物系半導体レーザデバイスの実施形態の断面図であ
る。 【図１５】 基板の上面および底面に開口したキャビテ
ィおよびキャビティの内面を覆う金属シード層を有す
る、III族窒化物系半導体レーザデバイスの実施形態の
断面図である。 【図１６】 本発明による半導体デバイスの、デバイス
の動作時の温度上昇値を示すグラフであって、温度上昇
をキャビティの深さの関数としてプロットしたグラフで
ある。 【符号の説明】 １００，２００，３００ 基板、１１０，２１０，３１
０，４１０，５１０ボディ、１１２，２１２，３１２
底面、１１３ 内面、１１４，２１４，３１４ 上面、
１１６，２１６，３１６，４１６，５１６ キャビテ
ィ、１２０，２２０，３２０，４９０，５９０ 物質、
１５０，４５０，５５０ ヒートシンク、１００′，２
００′，３００′，１００″，２００″，４００，５０
０ 半導体デバイス、１３０，２３０，３３０，４９
９，５９９ 半導体ストラクチャ、１４０，２４０，４
４０，５４０ ｐ接点、１４４，２４４，４４４ ｎ接
点。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 マイケル エイ ニースル
アメリカ合衆国 カリフォルニア マウン
テン ビュー シルヴァン アベニュー
750 アパートメント 46
(72)発明者 ジョン イー ノースラップ
アメリカ合衆国 カリフォルニア パロ
アルト オーク クリーク ドライブ
1380 アパートメント 401
Ｆターム(参考） 5F036 AA01 BA23 BB01
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板は、 上面および前記上面と反対側の底面を備えた、第１の熱
伝導率を有するボディと、 前記ボディの内面によって画定されたキャビティであっ
て、前記キャビティは少なくとも前記底面で開口してい
るキャビティと、 および前記キャビティ内に配置された少なくとも一つの
物質であって、少なくとも一つの物質はそれぞれ前記第
１の熱伝導率より高い第２の熱伝導率を有して、前記少
なくとも一つの物質は前記内面の少なくとも一部に接触
している物質と、を含むことを特徴とする基板。
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|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|
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