JP2008288538A - p-TYPE LAYER FOR GROUP III NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICE - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、III族窒化物発光デバイスにおけるp型層に関する。 The present invention relates to a p-type layer in a group III nitride light-emitting device.
発光ダイオード(LEDs)、共振空洞型発光ダイオード(RCLEDs)、垂直空洞型レーザ・ダイオード(VCSELs)、及びエッジ発光型レーザを含む半導体発光デバイスは、現在入手可能な最も効率の良い光源の部類に入る。可視スペクトルの全域で動作可能な高輝度発光デバイスを製造する上で、現在興味のある材料系は、III−V族半導体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の2成分、3成分、及び4成分合金を含む。通常、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相堆積法(MOCVD)、分子線エピタキシ法(MBE)、又は他のエピタキシャル法を用いて、サファイア、シリコン・カーバイド、III族窒化物、又は他の適切な基板上に、種々の組成とドーパント濃度をもった半導体層の積層体をエピタキシャルに成長させることによって製造される。その積層体は、基板上に形成された、例えばSiでドープされた1つ又はそれ以上のn型層と、そのn型層の上に形成された発光又は活性領域と、活性領域の上に形成された、例えばMgでドープされた1つ又はそれ以上のp型層とを含むことが多い。導電性基板上に形成されるIII族窒化物デバイスは、デバイスの両側に形成されたpコンタクト及びnコンタクトを有することができる。III族窒化物デバイスは、サファイアなどの絶縁基板上に、両方のコンタクトをデバイスの同じ側に有するように製造されることが多い。 Semiconductor light emitting devices, including light emitting diodes (LEDs), resonant cavity light emitting diodes (RCLEDs), vertical cavity laser diodes (VCSELs), and edge emitting lasers are among the most efficient light sources currently available. . In producing high brightness light-emitting devices that can operate in the entire visible spectrum, material systems of current interest are III-V semiconductors, in particular gallium, aluminum, indium, and nitrogen, also referred to as III-nitride materials. 2 component, 3 component, and 4 component alloys. Group III nitride light emitting devices typically use sapphire, silicon carbide, group III nitride, or metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or other epitaxial methods. Manufactured by epitaxially growing a stack of semiconductor layers with various compositions and dopant concentrations on other suitable substrates. The stack includes one or more n-type layers, eg, doped with Si, formed on a substrate, a light emitting or active region formed on the n-type layer, and an active region. Often includes one or more p-type layers formed, for example doped with Mg. A III-nitride device formed on a conductive substrate can have p and n contacts formed on both sides of the device. III-nitride devices are often fabricated on an insulating substrate such as sapphire with both contacts on the same side of the device.
図1は、絶縁基板上に成長させられた、従来のIII族窒化物LEDを示す。図1のデイバスは、サファイア基板30の上面に順次積層された、GaN又はAlNバッファ層31、n型GaN層32、InGaN活性層33、p型AlGaN層34、及びp型GaN層35を含む。層33、34、及び35の一部が、エッチングにより取り除かれ、n型GaN層32の一部を露出し、次いで、n側電極6が、n型GaN層32の露出した部分上に形成される。p側電極5が、残りのp型GaN層35の上面に形成される。
FIG. 1 shows a conventional III-nitride LED grown on an insulating substrate. The device of FIG. 1 includes a GaN or
n型層32の成長後、活性層33を成長させるために、成長温度が下げられる。成長温度は、活性層33の中へのInNの取り込みに影響を及ぼす。一般に、成長温度が低いほど、より多くのインジウムが層の中に取り込まれるので、所望のレベルでインジウムを取り込むために、低い成長温度が必要とされる。低い温度で活性層33を成長させた後、p型AlGaN層34及びp型GaN層35を成長させるために、温度が上げられる。
After the growth of the n-
本発明の実施形態において、半導体構造体が、発光領域と、該発光領域の第1の側に配置されたp型領域と、該発光領域の第2の側に配置されたn型領域とを含む。発光領域の第1の側にある半導体構造体の厚さの少なくとも10%は、インジウムを含む。こうした半導体発光デバイスの幾つかの例は、n型領域を成長させ、p型領域を成長させ、n型領域とp型領域との間に配置された発光層を成長させることによって、形成することができる。 In an embodiment of the present invention, a semiconductor structure includes a light emitting region, a p-type region disposed on a first side of the light emitting region, and an n-type region disposed on a second side of the light emitting region. Including. At least 10% of the thickness of the semiconductor structure on the first side of the light emitting region comprises indium. Some examples of such semiconductor light emitting devices are formed by growing an n-type region, growing a p-type region, and growing a light-emitting layer disposed between the n-type region and the p-type region. Can do.
図2は、本発明の実施形態による、デバイス内に組み込まれた半導体構造体の一部を示す。n型領域20は、典型的には、最初に、適切な成長基板の上に成長させられる。n型領域20は、例えば、n型としてもよく又は意図的にドープされていないものでもよい、バッファ層又は核生成層のような準備層と、成長基板の後の剥離、又は基板除去後の半導体構造体の薄層化を容易にするように設計された剥離層と、発光領域が光を効率的に放出するのに望ましい特定の光学特性又は電気特性のために設計されたn型デバイス層とを含む、様々な組成とドーパント濃度をもった多くの層を含むことができる。
FIG. 2 illustrates a portion of a semiconductor structure incorporated into a device, according to an embodiment of the present invention. The n-
発光領域22は、n型領域20の上に成長させられる。発光領域は、1つ又はそれ以上の厚い発光層又は薄い発光層を含むことができる。適切な発光領域の例は、例えば、50オングストロームより厚い厚さを有する単一の発光層を含む発光領域と、障壁層により分離された、例えば、各々が20オングストロームから30オングストロームまでの間の厚さを有する多重量子井戸発光層を含む多重量子井戸発光領域とを含む。可視光、特に、近紫外線から緑色までの光を放出するように構成されたIII族窒化物デバイスにおいて、発光層は、InGaNとすることができる。
p型領域24が、発光領域22の上に成長させられる。n型領域20と同じように、p型領域24は、様々な組成、厚さ、及びドーパント濃度をもった多くの層を含むことができる。
The light emitting region 22 is grown on the n-
A p-
III族窒化物発光デバイス内のn型領域は、通常、1000℃より高い温度で成長させられるGaNであることが多い。InGaN発光層は、十分な量のインジウムを取り込むように、n型領域の成長温度よりもずっと低い温度で成長させなければならない。例えば、近紫外線から緑色までの光を放出するように構成された発光層は、8%から20%までの間のInN組成を有することができ、850℃から700℃までの間の温度で成長させることができ、800℃から715℃までの間の温度で成長させられることが多い。n型領域の成長温度に対する発光層の低い成長温度により、成長表面上にV形状のピット欠陥が形成されることが多い。 The n-type region in III-nitride light emitting devices is often GaN that is typically grown at temperatures above 1000 ° C. The InGaN light emitting layer must be grown at a temperature much lower than the growth temperature of the n-type region so as to capture a sufficient amount of indium. For example, a light-emitting layer configured to emit light from near ultraviolet to green can have an InN composition between 8% and 20% and is grown at a temperature between 850 ° C. and 700 ° C. Often grown at temperatures between 800 ° C. and 715 ° C. V-shaped pit defects are often formed on the growth surface due to the low growth temperature of the light emitting layer relative to the growth temperature of the n-type region.
デバイス表面にV形状のピット欠陥が存在する場合、例えば、凹ませられた表面の上に形成されたメタライゼーション層を中断することによって、それらのV形状のピット欠陥がデバイスの性能を低下させることがある。一般に、p型層について、デバイス表面を滑らかにすることが望ましい。従って、横方向の成長を促進し、任意のピット欠陥を充填するために、図1のデバイス内の活性領域33に隣接したp型AlGaN層又はp型GaN層34の成長温度は、通常、例えば900℃より高いなど、活性領域の成長温度より高いものである。
If V-shaped pit defects are present on the device surface, these V-shaped pit defects can degrade the performance of the device, for example by interrupting the metallization layer formed on the recessed surface. There is. In general, it is desirable for the p-type layer to have a smooth device surface. Thus, to promote lateral growth and fill any pit defects, the growth temperature of the p-type AlGaN layer or p-type GaN layer 34 adjacent to the
しかしながら、p型層34の成長温度が活性領域33の成長温度よりかなり高い場合には、デバイス性能を低下させることもある他の構造欠陥が、発光層内に、又は多重量子井戸活性領域内の量子井戸層と障壁層との間の界面に、形成されることがある。
本発明の実施形態によると、p型領域の組成と、デバイスの他の部分の成長温度に対する成長温度、環境、及び使用される前駆体のような、p型領域が成長させられる成長条件が、デバイスの性能を改善するように選択される。
However, if the growth temperature of the p-type layer 34 is significantly higher than the growth temperature of the
According to embodiments of the present invention, the growth conditions under which the p-type region is grown, such as the composition of the p-type region and the growth temperature relative to the growth temperature of other parts of the device, the environment, and the precursor used, Selected to improve device performance.
通常のp型GaN層ではなく、InN含有p型層の使用は、p型領域の成長中にピットの拡大及び/又は形成を防止するか又は減少させることによって、デバイスの信頼性を改善することができる。InN含有p型層は、N2環境、H2環境、又は混合されたN2環境とH2環境の下で成長させることができる。様々な実施形態において、典型的にはInGaN層又はAlInGaN層において、発光領域のp側にある半導体構造体の全厚の少なくとも10%、少なくとも25%、少なくとも50%、又は少なくとも60%が、インジウムを含む。幾つかの実施形態において、発光領域のp側にある半導体構造体の一部は、GaN層のような、InNを含有しない薄い層と交互配置されたInNを含有する薄い層の超格子、又は比較的低いInN組成の薄い層と交互配置された比較的高いInN組成の薄い層の超格子から構成される。幾つかの例において、こうした超格子は、4%InNまでの超格子層にわたって平均InN組成を有することができる。 Use of an InN-containing p-type layer rather than a normal p-type GaN layer improves device reliability by preventing or reducing pit expansion and / or formation during the growth of the p-type region. Can do. The InN-containing p-type layer can be grown in an N 2 environment, an H 2 environment, or a mixed N 2 and H 2 environment. In various embodiments, typically in an InGaN layer or an AlInGaN layer, at least 10%, at least 25%, at least 50%, or at least 60% of the total thickness of the semiconductor structure on the p-side of the light emitting region is indium. including. In some embodiments, a portion of the semiconductor structure on the p-side of the light emitting region is a thin layer superlattice containing InN interleaved with thin layers not containing InN, such as a GaN layer, or It consists of a superlattice of thin layers of relatively high InN composition interleaved with thin layers of relatively low InN composition. In some examples, such superlattices can have an average InN composition across the superlattice layer up to 4% InN.
幾つかの実施形態において、n型領域は、p型領域よりずっと高い温度で成長させられる。n型領域の一部は、第1の温度で成長させられ、p型領域の一部は、第2の温度で成長させられる。第1の温度と第2の温度との間の差は、少なくとも140℃であり、より好ましくは少なくとも150℃である。第2の温度は、典型的には、第1の温度より低い。上述のように、n型領域20は、意図的にドープされていない層を含む、様々な温度で成長させられた、様々なドーパント濃度をもつ多くの層を含むことができる。上述された第1の温度は、例えば、電流の拡散、又は金属コンタクトへの電気経路の提供といった光学機能又は電気機能を果たす層のような、単結晶のn型層のための成長温度である。上述された第1の温度は、単結晶層よりずっと低い温度で成長させられることが多く、かつ、非ドープのものとすることができる、核生成層又はバッファ層のための成長温度ではない。幾つかの実施形態において、第1の温度は、少なくとも1000℃であり、第1の温度で成長させられたn型層は、GaN、AlGaN、又はAlInGaNである。幾つかの実施形態において、n型領域は、1000℃よりも低い温度で成長させられた、InGaN層又はAlInGaN層のような、少なくとも1つのInN含有層を含む。n型領域がInN含有層を含む実施形態においては、p型領域(多くの場合、InN含有層)の一部の成長温度と発光層の成長温度との間の差は、150℃より少ない。
In some embodiments, the n-type region is grown at a much higher temperature than the p-type region. A portion of the n-type region is grown at the first temperature, and a portion of the p-type region is grown at the second temperature. The difference between the first temperature and the second temperature is at least 140 ° C, more preferably at least 150 ° C. The second temperature is typically lower than the first temperature. As described above, the n-
幾つかの実施形態において、n型領域における成長温度とは少なくとも140℃異なる温度で成長させられたp型領域24の一部は、少なくとも830℃の温度で成長させられる。一例において、p型領域24の一部は、840℃から910℃までの間の温度で成長させられた、0%InNから4%InNまでの間の組成を有するInGaNである。
In some embodiments, a portion of the p-
p型領域24は、異なる目的のために最適化された多数の領域を含むことが多く、非ドープ層を含むことができる。例えば、発光領域22に隣接して、電流を発光領域内に閉じ込め、かつ、発光領域をキャッピングするための1つ又はそれ以上の層を配置することができる。そのようなキャッピング層及び/又は閉じ込め層は、100オングストロームより薄い厚さ、或いは、例えば200オングストロームから600オングストロームまでといった、約数百オングストロームのオーダーの厚さを有することができる。電流の拡散、及び発光領域の成長により引き起こされるピットの充填のための1つ又はそれ以上の層を、発光領域に最も近い領域の上に形成することができる。そのような電流拡散層は、例えば、500オングストロームから1200オングストロームまでといった、数百オングストロームから数千オングストロームまでのオーダーの厚さを有することができる。金属コンタクトを配置することができる1つ又はそれ以上のコンタクト層を電流拡散層の上に形成することができる。このようなコンタクト層は、例えば、100オングストロームから400オングストロームまでといった、数百オングストロームのオーダーの厚さを有することができる。幾つかの実施形態において、n型領域における成長温度とは少なくとも140℃異なる温度で成長させられたp型領域24の一部は、p型層であり、電流の拡散、及び発光領域の成長により引き起こされるピットの充填のための領域の一部又は全てである。種々の実施形態において、n型領域における成長温度とは少なくと140℃異なる140℃の温度で成長させられたp型領域24の一部は、発光領域のp側における半導体構造体の全厚の少なくとも10%、少なくとも25%、少なくとも50%、又は少なくとも60%を占める。
The p-
幾つかの実施形態において、p型領域は、910℃より低い温度で成長された、InGaN層又はAlInGaN層のような、InN含有層を含む。ここで述べられる温度とは、キャリア温度、すなわち反応装置内にウェハが配置されるキャリアの温度である。p型領域の成長中に、例えば、発光層が成長させられる比較的低い温度から、InN含有p型層が成長させられる比較的高い温度まで、或いは、例えば、発光領域の近くのGaN又は低InN組成層が成長させられる比較的高い温度から、InN含有p型層が成長させられる比較的低い温度まで、温度を傾斜させることができる。例えば、発光層内の比較的高いInN組成から、InN含有p型層内の比較的低いInN組成まで、或いは、例えば、発光領域の近くのGaN又は低InN組成層から、InN含有p型層内の比較的高いInN組成まで、InN組成を傾斜させることができる。 In some embodiments, the p-type region includes an InN-containing layer, such as an InGaN layer or an AlInGaN layer, grown at a temperature below 910 ° C. The temperature mentioned here is the carrier temperature, that is, the temperature of the carrier on which the wafer is placed in the reactor. During the growth of the p-type region, for example, from a relatively low temperature at which the light emitting layer is grown to a relatively high temperature at which the InN-containing p-type layer is grown, or, for example, GaN or low InN near the light emitting region The temperature can be ramped from a relatively high temperature at which the composition layer is grown to a relatively low temperature at which the InN-containing p-type layer is grown. For example, from a relatively high InN composition in the light-emitting layer to a relatively low InN composition in the InN-containing p-type layer, or from, for example, GaN or a low InN composition layer near the light-emitting region in the InN-containing p-type layer The InN composition can be graded up to a relatively high InN composition.
図3及び図4において、「高」温p型層は、p層成長温度とn層成長温度との間の差が140℃より少ないデバイスを指し、「低」温p型層は、p層成長温度とn層成長温度との間の差が少なくとも140℃である、本発明の実施形態によるデバイスを指す。 3 and 4, a “high” warm p-type layer refers to a device in which the difference between the p-layer growth temperature and the n-layer growth temperature is less than 140 ° C., and a “low” warm p-type layer is a p-layer. Refers to a device according to an embodiment of the present invention wherein the difference between the growth temperature and the n-layer growth temperature is at least 140 ° C.
図3は、高温p型GaN層(図3の星印)を組み込んだデバイス、及び低温p型lnGaN層(図3の三角印)を組み込んだデバイスに関する、波長の関数としての外部量子効率のプロットである。外部量子効率は、デバイスの取り出し効率とデバイスの内部量子効率の積である。内部量子効率は、発光領域に与えられたキャリアに対する、発光領域によって生成された光子の割合として定義される。図3に示されるデバイスの取り出し効率は一定であり、よって、図3に示されるデバイス間の外部量子効率の増加は、内部量子効率の増加を示す。 FIG. 3 is a plot of external quantum efficiency as a function of wavelength for devices incorporating high temperature p-type GaN layers (stars in FIG. 3) and devices incorporating low temperature p-type lnGaN layers (triangles in FIG. 3). It is. External quantum efficiency is the product of device extraction efficiency and device internal quantum efficiency. Internal quantum efficiency is defined as the ratio of photons generated by a light emitting region to carriers given to the light emitting region. The extraction efficiency of the device shown in FIG. 3 is constant, so an increase in external quantum efficiency between the devices shown in FIG. 3 indicates an increase in internal quantum efficiency.
図3に示されるように、低温p型lnGaN層は、高温p型GaN層を有するデバイスに優る改善された量子効率を提供する。525nmの波長において、例えば、高温p型GaN層を有するデバイスは、約1の相対的な外部量子効率を有する。低温p型lnGaN層の場合、相対的な外部量子効率は、1.6より上に改善する。外部量子効率の改善は、p型領域の成長温度が低下した結果、発光層内に形成される又は活性領域内の量子井戸層と障壁層との間の界面に形成される、構造欠陥がより少なくなるためである。 As shown in FIG. 3, the low temperature p-type lnGaN layer provides improved quantum efficiency over devices having high temperature p-type GaN layers. At a wavelength of 525 nm, for example, a device with a high temperature p-type GaN layer has a relative external quantum efficiency of about 1. For low temperature p-type InGaN layers, the relative external quantum efficiency improves above 1.6. The improvement of the external quantum efficiency is due to the fact that the structural defect is formed in the light emitting layer or at the interface between the quantum well layer and the barrier layer in the active region as a result of the lower growth temperature of the p-type region. This is because it decreases.
図4は、高温p型GaN層を組み込んだデバイス、及び低温p型lnGaN層を組み込んだデバイスに関する、波長の関数としての一定の電流密度における順電圧のプロットである。図4に示されるように、低温p型層が高温p型GaN層と置き換えられるとき、順電圧は著しく増加しない。例えば、525nmにおいて、高温p型GaN層を有するデバイスは、約2.89Vの電圧を有していた。低温p型lnGaN層を有するデバイスは、2.94Vから2.97Vまでの間の順電圧を有していた。 FIG. 4 is a plot of forward voltage at a constant current density as a function of wavelength for a device incorporating a high temperature p-type GaN layer and a device incorporating a low temperature p-type lnGaN layer. As shown in FIG. 4, the forward voltage does not increase significantly when the low temperature p-type layer is replaced with a high temperature p-type GaN layer. For example, at 525 nm, a device with a high temperature p-type GaN layer had a voltage of about 2.89V. The device with the low temperature p-type lnGaN layer had a forward voltage between 2.94V and 2.97V.
図3及び図4に示されるデータを提供するデバイスの原子間力顕微鏡の画像により、低温p型lnGaN層を有するデバイスにおいては、デバイスの表面においてピットが開いたままであることが確認される。当業者であれば、これらのピットが、低温p型層を有するデバイスの信頼性の問題を引き起こし得ると考えるが、発明者は、低温p型層が高温p型GaN層と置き換えられたとき、信頼性の顕著な変化を観察しなかった。
図2に示される半導体構造体は、発光デバイスの任意の構成に含ませることができる。図5及び図6は、図2の構造体を組み込んだフリップチップ型デバイスを示す。図7は、図2の構造体を組み込んだ薄層デバイスを示す。
An atomic force microscope image of the device providing the data shown in FIGS. 3 and 4 confirms that the pits remain open at the surface of the device in the device with the low temperature p-type lnGaN layer. Those skilled in the art believe that these pits can cause reliability problems for devices having a low temperature p-type layer, but the inventor believes that when the low temperature p-type layer is replaced with a high temperature p-type GaN layer, No significant change in reliability was observed.
The semiconductor structure shown in FIG. 2 can be included in any configuration of the light emitting device. 5 and 6 show a flip chip type device incorporating the structure of FIG. FIG. 7 shows a thin layer device incorporating the structure of FIG.
図5は、大型接合デバイス(すなわち、1平方ミリメートルより大きいか又はそれに等しい面積)の平面図である。図6は、図5に示されるデバイスの、示される軸方向から見た断面図である。図5及び図6はまた、図2に示される半導体構造体と共に用いることができるコンタクトの配置も示す。図5及び図6のデバイスは、この引用により本明細書に組み入れられる米国特許第6,828,586号により詳細に説明されている。図2に示され、種々の例において上述された全体の半導体構造体が、完成デバイスの一部として残る成長基板10上に成長させられたエピタキシャル構造体110として図6に示される。複数のビアが、その内部でn型コンタクト114が図2のn型領域20に電気的に接触するように、形成される。p型コンタクト112は、図2のp型領域24の残りの部分に形成される。ビア内に形成される個々のn型コンタクト114は、導電性領域118によって電気的に接続される。デバイスは、図5及び図6に示される配向に対して反転させ、光が基板10を通してデバイスから取り出されるようにコンタクト側面を下にしてマウント(図示せず)上に取り付けてもよい。n型コンタクト114及び導電性領域118は、n型接続領域124によってマウントに電気的に接触する。n型接続領域124の下で、p型コンタクト112は、誘電体116によってn型コンタクト114、導電性領域118、及びn型接続領域124から絶縁される。p型コンタクト112は、p型接続領域122によってマウントに電気的に接触する。p型接続領域122の下で、n型コンタクト114及び導電性領域118は、誘電体120によってp型接続領域122から絶縁される。
FIG. 5 is a plan view of a large bonded device (ie, an area greater than or equal to 1 square millimeter). 6 is a cross-sectional view of the device shown in FIG. 5 as viewed from the axial direction shown. 5 and 6 also show the arrangement of contacts that can be used with the semiconductor structure shown in FIG. The device of FIGS. 5 and 6 is described in more detail in US Pat. No. 6,828,586, which is hereby incorporated by reference. The entire semiconductor structure shown in FIG. 2 and described above in various examples is shown in FIG. 6 as an
図7は、成長基板が除去される薄層デバイスの断面図である。図7に示されるデバイスは、通常の成長基板58上に図7の半導体構造体57を成長させ、デバイス層をホスト基板70に接合し、次いで成長基板58を除去することによって形成することができる。例えば、n型領域20は、基板58上に成長させられる。n型領域20は、バッファ層又は核生成層などの随意的な準備層と、成長基板の剥離、又は基板除去後のエピタキシャル層の薄層化を促進するための随意的な剥離層とを含むことができる。発光領域22は、n型領域20の上に成長させられ、続いてp型領域24の上に成長させられる。例えば、オーム・コンタクト層、反射層、障壁層、及び接合層を含む1つ又はそれ以上の金属層72は、p型領域24の上に堆積させられる。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a thin layer device from which the growth substrate is removed. The device shown in FIG. 7 can be formed by growing the
次に、デバイス層が、金属層72の露出表面を介して、ホスト基板70に接合される。典型的には金属である1又はそれ以上の接合層(図示せず)は、エピタキシャル構造体とホスト基板との間の熱圧着又は共晶接合のための適合性材料として機能することができる。適切な接合層金属の例は、金及び銀を含む。ホスト基板70は、成長基板が除去された後のエピタキシャル層の機械的な支持物となり、かつ、p型領域24への電気的接触を与える。ホスト基板70は、一般に、導電性(すなわち、約0.1Ωcmより小さい)であるように、熱伝導性であるように、エピタキシャル層の熱膨張係数と適合する熱膨張係数(CTE)を有するように、そして強いウェハ接合を形成するのに十分に平坦(すなわち、粗さの2乗平均平方根が約10nmより小さい)であるように、選択される。適切な材料には、例えば、Cu、Mo、Cu/Mo、及びCu/Wなどの金属と、例えば、Pd、Ge、Ti、Au、Ni、Agの1つ又はそれ以上を含むオーム・コンタクトを有するSi、及びオーム・コンタクトを有するGaAsのような、金属コンタクトを備えた半導体と、AlN、圧縮ダイヤモンド、又は化学気相堆積法で成長させたダイヤモンド層などのセラミックスと、が含まれる。
Next, the device layer is bonded to the
デバイス層は、デバイスのウェハ全体がホストのウェハに接合される形態で、ウェハのスケールでホスト基板70に接合し、次いで、接合後に個々のデバイスが切り分けられるようにすることができる。代替的に、デバイスのウェハは、個々のデバイスに切り分け、次いで各デバイスをダイのスケールでホスト基板70に接合することもできる。
The device layer can be bonded to the
ホスト基板70と金属層72との間の界面に、例えば金属接合層(図示されず)の間の界面に形成される耐久性金属接合のような耐久性接合を形成するために、ホスト基板70及び半導体構造体57が、高温高圧で互いに圧着される。接合のための温度及び圧力範囲は、その下限は生成される接合の強度によって制限され、上限はホスト基板構造、メタライゼーション、及びエピタキシャル構造の安定性によって制限される。例えば、高温及び/又は高圧は、エピタキシャル層の分解、金属コンタクトの層間剥離、拡散障壁の破壊、又はエピタキシャル層の成分材料のガス抜け、を起こす可能性がある。適切な温度範囲は、例えば、約200℃から約500℃までである。適切な圧力範囲は、例えば、約100psiから約300psiまでである。次いで、成長基板58が除去される。
In order to form a durable bond at the interface between the
サファイア製成長基板を除去するために、基板58と半導体構造体57との間の界面の一部は、基板58を通して、高フルエンスのパルス紫外レーザにステップ・アンド・リピート・パターン法で露光される。露光される部分は、レーザ照射によって生じる衝撃波を遮断するために、デバイスの結晶層を通してエッチングされたトレンチによって隔離することができる。レーザの光子エネルギーは、サファイア(幾つかの実施形態ではGaN)に隣接する結晶層のバンド・ギャップより高く、従ってパルス・エネルギーは、サファイアに隣接するエピタキシャル材料の初めの100nm以内で熱エネルギーに有効に変換される。十分に高いフルエンス(すなわち、約500mJ/cm2より大きい)と、光子エネルギーがGaNのバンドギャップより高く、サファイアの吸収端より低い(すなわち、約3.44eVから約6eVまでの間の)条件において、初めの100nm以内の温度は、ナノ秒スケールで、GaNがガリウムと窒素ガスに分解して基板58からエピタキシャル層を放出するのに十分に高い1000℃より高い温度にまで上昇する。生じる構造体は、ホスト基板70に接合した半導体構造体57を有する。幾つかの実施形態においては、成長基板は、エッチング、ラッピング、又はそれらの組み合わせなどの他の手段によって除去できる。
To remove the sapphire growth substrate, a portion of the interface between the
成長基板が除去された後、半導体構造体57は、例えば基板58に最も近接したn型領域20及び低材質の部分を除去するために、薄くすることができる。エピタキシャル層は、例えば、化学的機械研磨法、通常のドライ・エッチング法、又は光電気化学エッチング法(PEC)によって薄くすることができる。エピタキシャル層の最上面は、取り出す光量を増加させるために、テクスチャ加工又は粗面化することができる。次に、コンタクト(図示せず)がn型領域20の露出面上に形成される。そのnコンタクトは、例えば、グリッドとすることができる。Nコンタクトの真下にある層は、nコンタクトの真下の発光領域22の一部からの発光を防止するために、例えば、水素を注入することができる。輝度又は変換効率をさらに向上させるために、当技術分野において既知の二色性素子又は偏光子などの補助光学素子を放射面に適用することができる。
After the growth substrate is removed, the
図8は、米国特許第6,274,924号内により詳細に記載されている、パッケージされた発光デバイスの分解図である。放熱スラグ100は、挿入成型されたリードフレーム内に配置される。挿入成型リードフレームは、例えば、電気的経路を与える金属フレーム106の周りに成型された充填プラスチック材料105である。スラグ100は、随意的な反射カップ102を含むことができる。発光デバイス・ダイ104は、上記の実施形態中で説明されたどのデバイスであってもよいが、スラグ100に直接に、又は熱伝導性補助マウント103を介して間接的に取り付けられる。光学レンズであってもよいカバー108を加えることもできる。
FIG. 8 is an exploded view of the packaged light emitting device described in more detail in US Pat. No. 6,274,924. The
本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示が与えられるならば、ここで説明された本発明の着想の精神から離れることなしに、本発明に変更を加えることができることを認識するであろう。従って、本発明の範囲が図示され説明された特定の実施形態に限定されることは、意図されない。 Although the present invention has been described in detail, those skilled in the art will recognize that, given the present disclosure, modifications may be made to the invention without departing from the spirit of the invention described herein. Will. Accordingly, it is not intended that the scope of the invention be limited to the specific embodiments illustrated and described.
20 n型領域
22 発光領域
24 p型領域
57 半導体構造体
58 基板
70 ホスト基板
72 金属層
20 n-type region 22 light-emitting region 24 p-
Claims (24)
前記発光領域の前記第1の側にある前記半導体構造体の厚さの少なくとも10%がインジウムを含むことを特徴とするデバイス。 A semiconductor structure including a light emitting region, a p-type region disposed on a first side of the light emitting region, and an n-type region disposed on a second side of the light emitting region;
A device wherein at least 10% of the thickness of the semiconductor structure on the first side of the light emitting region comprises indium.
前記発光領域の前記第1の側にあるインジウムを含む領域の部分が第2の温度で成長させられ、
前記第1の温度と前記第2の温度との間の差が少なくとも140℃である、請求項1に記載のデバイス。 A portion of the n-type region is grown at a first temperature;
A portion of the indium-containing region on the first side of the light emitting region is grown at a second temperature;
The device of claim 1, wherein the difference between the first temperature and the second temperature is at least 140 degrees Celsius.
第1の温度でn型領域の部分を成長させる段階と、
第2の温度でインジウムを含むp型領域の部分を成長させる段階と、
前記n型領域と前記p型領域との間に配置されたIII族窒化物発光層を成長させる段階と、を含み、
前記第1の温度と前記第2の温度との間の差が少なくとも140℃である、
ことを特徴とする方法。 A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising:
Growing a portion of the n-type region at a first temperature;
Growing a portion of the p-type region containing indium at a second temperature;
Growing a group III nitride light emitting layer disposed between the n-type region and the p-type region,
The difference between the first temperature and the second temperature is at least 140 ° C .;
A method characterized by that.
前記第1の量子井戸の上にある障壁層を成長させる段階と、
前記障壁層の上にある第2の量子井戸を成長させる段階と、
をさらに含む方法。 The method of claim 8, wherein the group III nitride light-emitting layer is a first quantum well layer.
Growing a barrier layer overlying the first quantum well;
Growing a second quantum well overlying the barrier layer;
A method further comprising:
前記発光領域の上にカバーを配置する段階と、
をさらに含む、請求項8に記載の方法。 Forming a contact electrically connected to the n-type region and the p-type region;
Placing a cover over the light emitting area;
The method of claim 8, further comprising:
前記第2の温度で成長させられた前記p型領域の前記部分が、前記発光層の第1の側にある全ての半導体層の厚さの少なくとも10%である、請求項8に記載の方法。 The p-type region is disposed on a first side of the light emitting layer, and the n-type region is disposed on a second side of the light emitting layer;
9. The method of claim 8, wherein the portion of the p-type region grown at the second temperature is at least 10% of the thickness of all semiconductor layers on the first side of the light emitting layer. .
インジウムを含む少なくとも1つの層を備えるn型領域を成長させる段階と、
第1の温度でp型領域の部分を成長させる段階と、
第2の温度で、前記n型領域と前記p型領域との間に配置されたIII族窒化物発光層を成長させる段階と、
を含み、
前記第1の温度と前記第2の温度との差が150℃未満である、ことを特徴とする方法。 A method of manufacturing a semiconductor light emitting device, comprising:
Growing an n-type region comprising at least one layer comprising indium;
Growing a portion of the p-type region at a first temperature;
Growing a group III nitride light emitting layer disposed between the n-type region and the p-type region at a second temperature;
Including
The method wherein the difference between the first temperature and the second temperature is less than 150 ° C.
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