JP2008543032A - InGaAlN発光装置とその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
(a)(111)シリコン成長基板上に少なくとも1つのp型および1つのn型層を含むInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)半導体多層構造を作製するステップ;多層InxGayAl1−x−yN半導体材料(22〜26)は、A1N緩衝層(22)と、n型GaN層(24)と、GaN/InGaN多重量子井戸(multi−quantum−well)層(25)と、p型GaN層(26)とを含む。最外層はp型層(26)である。ドープされていないGaN層(23)は、A1N緩衝層(22)とn型GaN層(24)との間に設置され得る。A1N緩衝層はドープされていてもドープされていなくてもよい。
(c)伝導性基板の主面を前述の金属結合層と結合するステップ;
(d)n型InGaAlN層を露出させるために、シリコン(111)成長基板と、AlN緩衝層と、ドープされていないGaN層とを除去するステップ;
(e)n型InGaAlN層と伝導性基板の背面との、それぞれの上に、それぞれのオーム接点を形成するステップ;
を包含する。
図2を参照すると、発光装置の作製は、2インチシリコン(111)基板21を調製することから始まる。化学蒸着法を使用して、多層InxGayAl1−x−yN半導体材料22〜26が以下の順序、すなわち、AlN緩衝層22、ドープされていないGaN層23、シリコンをドープしたn型GaN層24、5周期(five−period)GaN/InGaN多重量子井戸層25、およびマグネシウムをドープしたp型層26、で作製される。完了すると、700℃の窒素環境で約30分間、ウエハはアニールされ、Mgドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約50ナノメートルの白金層27、および厚さ約1000ナノメートルの金層28が、p型層の上に堆積される。図3を参照して、シリコン(111)基板31上に、厚さ約100ナノメートルのニッケル層32および厚さ約1000ナノメートルの金層33が形成される。堆積に続いて、InGaA1N薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、ニッケルと金が堆積されたシリコン(111)基板と結合される。この結合プロセスは、300℃、600kgの圧力下で実行され、それによって強固な結合を容易にする。その後、図4に示すような構造が得られる。次に、結合されたウエハは、シリコン成長基板が完全に除去されるまで、フッ化水素酸、硝酸、および酢酸を含む溶液中に置かれる。ここで留意すべきは、化学エッチングの前に、基板31の背面の上にニッケル/金保護薄膜が形成され、基板31が化学的にエッチングされないように保護することである。化学エッチングの後に、InGaA1N薄膜が露出される。最外層はA1N緩衝層22である。続いて、濃リン酸に基づく化学エッチングによって、A1N緩衝層22およびドープされていないGaN層23が除去される。次に、厚さ約100ナノメートルの金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層が、n型GaN層24の上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、300℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に3分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約1000ナノメートルの金の層が、金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層の上に堆積される。続いて、フォトリソグラフィによって約100ミクロンの直径を持つ電極C1が形成される。フォトリソグラフィによって、基板31の背面の上に電極C2が形成される。その後、ウエハは1000ミクロン×1000ミクロンのチップにダイスカットされる。ワイヤボンディングとパッケージングの後に、図5に示すような発光装置が得られる。
図2を参照すると、発光装置の作製は、2インチシリコン(111)基板を調製することから始まる。フォトリソグラフィおよびICPエッチングを使用して、十字パターンを持つ多数の深さ10ナノメートルの溝をシリコン基板上に作成することにより、約350ミクロン×350ミクロンのサイズである多数の正方形のメサを形成する。化学蒸着法を使用して、InxGayAl1−x−yN多層構造が以下の順序、すなわち、AlN緩衝層、ドープされていないGaN層、シリコンをドープしたn型GaN層、5周期GaN/InGaN多重量子井戸層、およびマグネシウムをドープしたp型層、で作製される。これらの層の作製が完了すると、700℃の窒素環境で約20分間、ウエハはアニールされ、Mgドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約100ナノメートルの白金層、厚さ約500ナノメートルの金層、および厚さ約200ナノメートルの金−亜鉛合金層がp型層の上に堆積される。伝導性シリコン(100)基板の両面に、厚さ約50ナノメートルの白金層、厚さ約500ナノメートルの金層、および厚さ約100ナノメートルの金−インジウム合金の層が作製される。堆積の後に、InGaAlN薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、、金属層のみが堆積されたシリコン(100)基板と結合される。当該結合プロセスは、260℃、800kgの圧力下で実行される。その後、ICPエッチングを使用してシリコン(111)基板が除去され、InGaAlN薄を露出させる。最外層はA1N緩衝層である。次に、ICPエッチングを使用して、A1N緩衝層およびドープされていないGaN層が完全に除去される。厚さ約50ナノメートルのチタン層および厚さ約100ナノメートルのアルミニウム層が、n型GaN層に堆積される。堆積プロセスの後に、ウエハは、500℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に3分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約10ナノメートルのチタン層および厚さ約1200ナノメートルの金層が、チタン/アルミニウム電極の上に堆積される。続いて、フォトリソグラフィによって一片が100ミクロンの正方形の電極が形成される。さらに、事前に形成された溝に沿ってウエハはダイスカットされ、その後、個々の発光チップを得ることができる。ワイヤボンディングとパッケージングの後に、本発明の一実施形態による発光装置が得られる。
2インチシリコン(111)基板上に、化学蒸着法を使用して、InxGayAl1−x−yN多層構造が以下の順序、すなわち、AlN緩衝層、ドープされていないGaN層、シリコンをドープしたGaNn型層、5周期GaN/InGaN多重量子井戸層、およびマグネシウムをドープしたp型層、で作製される。これらの層の作製が完了すると、700℃の窒素環境で30分間、ウエハがアニールされ、Mgドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約5ナノメートルの白金層、厚さ約5ナノメートルのニッケル層、および厚さ約10ナノメートルの金層がp型層に上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、550℃の窒素−酸素混合ガスを入れたチャンバ内に3分間置かれて、合金を形成する。その後、厚さ約500ナノメートルの金層が、当該合金の上に堆積される。研磨した銅基板上に、厚さ約500ナノメートルの金−スズ合金が形成される。InGaAlN薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、300℃、500kgの圧力下で、金−スズ合金が堆積された銅基板と結合される。次に、ICPエッチングを使用して、シリコン基板、AlN緩衝層、およびドープされていないGaN層を完全に除去する。続いて、厚さ約100ナノメートルの金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層が、n型GaN層の上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、300℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に3分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約100ナノメートルの金層が、金−ゲルマニウム−ニッケル電極層の上に堆積される。フォトリソグラフィの後に、約80ミクロンの直径を持つ電極が形成される。ウエハが200ミクロン×200ミクロンのチップにダイスカットされ、ワイヤボンディングおよびパッケージングの後に、本発明の一実施形態による発光装置が得られる。
Claims (9)
- 前面および背面を有するように構成された伝導性基板(11)と、
該伝導性基板の該前面の上に置かれた金属結合層(12)と、
該金属結合層の上に置かれた光反射層(13)と、
該光反射層(13)の上に置かれたInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)半導体多層構造(14)であって、該InxGayAl1−x−yN半導体多層構造は少なくとも1つのp型層および1つのn型層を備え、該p型InGaAlN層は、該光反射層(13)と直接接触している、InxGayAl1−x−yN半導体多層構造と、
該InxGayAl1−x−yN半導体多層構造(14)と伝導性基板(11)の該背面とのそれぞれの上の、オーム性電極(15および16)と、
を備える、InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)発光装置。 - 前記InGaAlN半導体多層構造(14)は、該InGaAlN半導体多層構造(14)から前記伝導性基板への方向が<0001>結晶方位となる結晶方位を有するように、すなわち、Ga面が下方を向いており、N面が上方を向いているように構成される、請求項1に記載のInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)発光装置。
- 前記光反射層(13)は少なくとも1つの白金層を備える、請求項1または請求項2に記載のInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)発光装置。
- 前記InGaAlN半導体多層構造(14)の上の前記オーム性電極(15)は、金−ゲルマニウム−ニッケル合金を備える、請求項1または請求項2に記載のInxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)発光装置。
- 前記伝導性基板(11)は、シリコン、銅、またはコバールを備える、請求項1または請求項2に記載の発光装置。
- (a)シリコン(111)成長基板(21)上に少なくとも1つのn型層(24)および1つのp型層(23)を備える、InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)半導体多層構造(22〜26)を作製するステップであって、
該InxGayAl1−x−yN(0≦x≦1、0≦y≦1)半導体多層構造(22〜26)は、A1N緩衝層(22)と、n型GaN層(24)と、GaN/InGaN多重量子井戸層(25)と、p型GaN層(26)とを含み、
最外層は該p型層(26)であり、
該A1N緩衝層(22)と該n型GaN層(24)との間に、ドープされていないGaN層(23)があり、
該A1N緩衝層はドープされていてもドープされていなくてもよい、
ステップと、
(b)該InxGayAl1−x−yN半導体多層構造(22〜26)の該表面上に、まず光反射層(27)を、続いて金属結合層(28)を形成するステップと、
(c)伝導性基板(31)の主面を該金属結合層(28)と結合するステップと、
(d)該n型InGaAlN層を露出させるために、該シリコン(111)成長基板(21)と、A1N緩衝層(22)と、ドープされていないGaN層(23)とを除去するステップと、
(e)該n型InGaAlN層(24)の上および該結合基板(31)の背面の上に、それぞれオーム性電極(C1、C2)を形成するステップと、
を包含する、請求項1の発光装置を製造する方法。 - 前記InxGayAl1−x−yN半導体多層構造(22〜26)を作製するステップの前に、溝およびメサをその上に形成することによって前記シリコン(111)基板(21)をパターニングするステップ、をさらに包含する、請求項6に記載の方法。
- InGaAlN薄膜上の前記金属結合層と結合するステップの前に、前記結合基板(31)の前記主面の上にオーム接点層(32)および金属結合層(33)を形成するステップ、をさらに包含する、請求項6または請求項7に記載の方法。
- シリコン(111)成長基板(21)は、硝酸、フッ化水素酸、および酢酸を備えるエッチング液を使用して除去され、
前記A1N緩衝層(22)とドープされていないGaN層(23)とを除去するステップは、反応性イオンエッチングおよびICPエッチング等のドライエッチング手法、あるいは濃リン酸またはアルカリを用いるエッチング、を使用するステップを包含する、
請求項6または請求項7に記載の方法。
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