JP2009510730A - Semiconductor light emitting device and manufacturing method thereof - Google Patents

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フェンイ チアン,
リ ワン,
ウェンキン ファン,
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ラティス パワー (チアンシ) コーポレイション
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Abstract

本発明の一実施形態は、上クラッド層、下クラッド層、該上下クラッド層間の活性層、該上クラッド層への導電線パスを形成する上オーム接触層、該下クラッド層への導電線パスを形成する下オーム接触層を備える、半導体発光デバイスを提供する。下オーム接触層は、上オーム接触層の形状とは実質的に異なる形状を有しており、それによって、上下クラッド層に電圧が適用された場合に、実質的に上オーム接触層下にある活性層の一部から、キャリアの流れを転換する。An embodiment of the present invention includes an upper cladding layer, a lower cladding layer, an active layer between the upper and lower cladding layers, an upper ohmic contact layer that forms a conductive line path to the upper cladding layer, and a conductive line path to the lower cladding layer A semiconductor light emitting device is provided comprising a lower ohmic contact layer that forms a substrate. The lower ohmic contact layer has a shape that is substantially different from the shape of the upper ohmic contact layer so that it is substantially below the upper ohmic contact layer when a voltage is applied to the upper and lower cladding layers. The carrier flow is changed from a part of the active layer.

Description

本発明は、半導体発光デバイスの設計に関する。より詳細には、本発明は、より効率的な光発光を促進する新規デバイス構造に関する。   The present invention relates to the design of semiconductor light emitting devices. More particularly, the present invention relates to a novel device structure that promotes more efficient light emission.

(関連技術)
固体照明は、今後の照明の動向となると予測される。高輝度発光ダイオード(HB−LED)は、特にディスプレイ装置のための光源や従来の照明に替わる電球として、ますます多くの用途に利用され始めている。従来の白熱灯または蛍光灯のような高発光効率は、LED設計者の課題のままである。
(Related technology)
Solid-state lighting is expected to become a trend in future lighting. High-intensity light-emitting diodes (HB-LEDs) are beginning to be used in an increasing number of applications, particularly as light sources for display devices and light bulbs that replace conventional lighting. High luminous efficiency, such as conventional incandescent or fluorescent lamps, remains a challenge for LED designers.

LEDは、典型的には、正にドープされたクラッド層(p型クラッド層)と負にドープされたクラッド層(n型クラッド層)の間に位置する活性領域から光を生成する。LEDが順バイアスされる場合、p型クラッド層の空孔とn型クラッド層の電子を含むキャリアは、活性領域で再結合する。直接遷移型の物質の場合、この再結合プロセスによって、光子または光の形でエネルギーが放出されるが、その波長は、活性領域内の物質のバンドギャップエネルギーに相当する。   An LED typically generates light from an active region located between a positively doped cladding layer (p-type cladding layer) and a negatively doped cladding layer (n-type cladding layer). When the LED is forward biased, the carriers including the holes in the p-type cladding layer and the electrons in the n-type cladding layer recombine in the active region. In the case of direct transition materials, this recombination process releases energy in the form of photons or light, the wavelength of which corresponds to the band gap energy of the material in the active region.

発光効率を向上させるためには、発光された光をデバイスから迅速に放出させ、デバイス内の不活性物質によって光が吸収されないようにすることが非常に重要である。発光された光が共通の特定方向に誘導および伝播されるレーザデバイスとは異なり、LEDから発光された光は、全方向に伝播する。その結果、光の一部が、特定の内面から反射され、デバイス内の不透過性物質によって、吸収または遮断される。   In order to improve the luminous efficiency, it is very important that the emitted light is rapidly emitted from the device so that the light is not absorbed by the inert material in the device. Unlike laser devices where the emitted light is guided and propagated in a common specific direction, the light emitted from the LED propagates in all directions. As a result, some of the light is reflected from certain inner surfaces and is absorbed or blocked by the impermeable material in the device.

光の遮断の問題は、垂直電極構造を有するLED、つまりデバイス全体が、上下電極間に位置するLEDに特に顕著である。電極は、典型的には、金属からなり、可視光を透過させない。上下電極間にかなりの重複がある場合、電極は、垂直に放射される光の相当量を遮断する可能性がある。また、重複領域と一致する活性領域においては、さらにキャリアが再結合するが、典型的には、この領域が低抵抗パスの一部であるためである。このような望ましくない場所でのキャリアの集中は、垂直光の遮断問題をさらに悪化させる。   The problem of light blocking is particularly noticeable in LEDs having a vertical electrode structure, that is, LEDs in which the entire device is located between the upper and lower electrodes. The electrode is typically made of metal and does not transmit visible light. If there is significant overlap between the upper and lower electrodes, the electrodes can block a significant amount of light emitted vertically. In the active region coinciding with the overlapping region, carriers are further recombined because typically this region is part of the low resistance path. Such concentration of carriers in undesirable locations further exacerbates the problem of blocking vertical light.

従って、垂直光の遮断問題を緩和させるLED構造およびそのような構造を加工するための方法が必要とされる。   Accordingly, there is a need for LED structures and methods for processing such structures that alleviate the vertical light blocking problem.

(概要)
本発明の一実施形態は、上クラッド層、下クラッド層、該上下クラッド層間の活性層、該上クラッド層への導電線パスを形成する上オーム接触層、該下クラッド層への導電線パスを形成する下オーム接触層を備える、半導体発光デバイスを提供する。下オーム接触層は、上オーム接触層の形状とは実質的に異なる形状を有しており、それによって、上下クラッド層に電圧が印加された場合に、実質的に上オーム接触層下にある活性層の一部から、キャリアの流れを転換する。
(Overview)
An embodiment of the present invention includes an upper cladding layer, a lower cladding layer, an active layer between the upper and lower cladding layers, an upper ohmic contact layer that forms a conductive line path to the upper cladding layer, and a conductive line path to the lower cladding layer A semiconductor light emitting device is provided comprising a lower ohmic contact layer that forms a substrate. The lower ohmic contact layer has a shape that is substantially different from that of the upper ohmic contact layer, so that it is substantially below the upper ohmic contact layer when a voltage is applied to the upper and lower cladding layers. The carrier flow is changed from a part of the active layer.

本実施形態のある変形例では、下オーム接触層の形状を、上オーム接触層の形状と実質的に相補的であり、それによって、上方へ放射される光が上オーム接触層によって実質的に遮断されない活性領域の一部にキャリアの流れを集中させる。   In one variation of this embodiment, the shape of the lower ohmic contact layer is substantially complementary to the shape of the upper ohmic contact layer, so that light emitted upward is substantially transmitted by the upper ohmic contact layer. The carrier flow is concentrated on a part of the active region that is not blocked.

さらに別の変形例では、下オーム接触層の一部は、実質的に、上オーム接触層の下の領域に存在しない。下オーム接触層が存在しない領域は、高抵抗物質、あるいはショットキーまたは下クラッド層と高抵抗接触を形成可能な物質を含む。   In yet another variation, a portion of the lower ohmic contact layer is substantially absent in the region below the upper ohmic contact layer. The region without the lower ohmic contact layer includes a high resistance material or a material capable of forming a high resistance contact with the Schottky or lower cladding layer.

さらに別の変形例では、下オーム接触層が存在しない領域に含まれる物質は、S、Au、Al、およびAgのうちの1つを含む。 In yet another variation, the material included in the region where the lower ohmic contact layer is not present includes one of S i O 2 , Au, Al, and Ag.

さらに別の実施形態では、下オーム接触層が存在しない領域に含まれる物質は、活性層によって放射される光の波長に対し反射性を有する。   In yet another embodiment, the material contained in the region where there is no lower ohmic contact layer is reflective to the wavelength of light emitted by the active layer.

本実施形態のある変形例では、本デバイスは、下クラッド層と下オーム接触層間に位置する高抵抗物質の層をさらに含む。高抵抗物質は、実質的に上オーム接触層の下の領域に制限され、それによって、上方へ放射される光を遮断可能な上オーム接触層の下で生じるキャリアの再結合を減少させる。   In one variation of this embodiment, the device further includes a layer of high resistance material located between the lower cladding layer and the lower ohmic contact layer. The high resistance material is substantially confined to the region below the upper ohmic contact layer, thereby reducing carrier recombination that occurs under the upper ohmic contact layer that can block light emitted upward.

本実施形態のある変形例では、本デバイスは、下オーム接触層下の接合物質層および該接合物質層下の低抵抗基板をさらに備え、該低抵抗基板はSiを含み、該上下クラッド層はn型GaNおよびp型GaNをそれぞれ含む。また、活性層は、InGaN/GaN多重量子井戸構造を含み、接合物質層は、Auを含む。   In a variation of this embodiment, the device further comprises a bonding material layer below the lower ohmic contact layer and a low resistance substrate under the bonding material layer, the low resistance substrate comprising Si, and the upper and lower cladding layers being Each includes n-type GaN and p-type GaN. The active layer includes an InGaN / GaN multiple quantum well structure, and the bonding material layer includes Au.

本発明のさらに別の実施形態は、上クラッド層、下クラッド層、該上下クラッド層間の活性層、該上クラッド層への導電線パスを形成する上オーム接触層、該下クラッド層への導電線パスを形成する下オーム接触層を備える、半導体発光デバイスを提供する。さらに、下クラッド層の一部、または活性層の一部、あるいはその両方は、実質的に上オーム接触層の下の領域に存在せず、それによって、上方へ放射される光を上オーム接触層が遮断する原因となる上オーム接触層下におけるキャリアの再結合を減少させる。   Yet another embodiment of the present invention includes an upper cladding layer, a lower cladding layer, an active layer between the upper and lower cladding layers, an upper ohmic contact layer that forms a conductive line path to the upper cladding layer, and a conductivity to the lower cladding layer. A semiconductor light emitting device is provided that includes a lower ohmic contact layer that forms a line path. In addition, part of the lower cladding layer, or part of the active layer, or both are substantially absent in the region below the upper ohmic contact layer, thereby allowing the upwardly emitted light to be in upper ohmic contact. Reduces carrier recombination below the upper ohmic contact layer, which causes the layer to block.

本実施形態のある変形例では、下クラッド層の一部または活性層の一部が存在しない領域は、高抵抗物質を含む。   In a modification of the present embodiment, the region where no part of the lower cladding layer or part of the active layer is present contains a high resistance material.

本実施形態のある変形例では、下クラッド層または活性層の形状は、上オーム接触層の形状と実質的に相補的である。   In one variation of this embodiment, the shape of the lower cladding layer or active layer is substantially complementary to the shape of the upper ohmic contact layer.

本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを加工するための方法を提供する。本方法は、層状半導体構造を基板上に形成するステップを含み、該層状半導体構造は、n型半導体層、活性層、およびp型半導体層を含む。本方法は、該層状構造の第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成するステップ、該第一のオーム接触層の一部を除去するステップ、該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成するステップ、低抵抗基板を該接合物質層上に接合するステップ、該層状構造の第二の面を暴露するために成長基板を除去するステップ、および該層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成するステップをさらに含む。第二のオーム接触層は、第一のオーム接触層の一部が除去される領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、垂直に放射される光が第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる活性層内の一部からキャリアの流れを転換する。   One embodiment of the present invention provides a method for processing a semiconductor light emitting device. The method includes forming a layered semiconductor structure on a substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer. The method includes forming a first ohmic contact layer having a conductive path to a first surface of the layered structure, removing a portion of the first ohmic contact layer, the first ohmic Forming a bonding material layer on the contact layer; bonding a low resistance substrate on the bonding material layer; removing a growth substrate to expose a second surface of the layered structure; and the layered structure. Forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second surface of the substrate. The second ohmic contact layer is limited to a region substantially corresponding to the region from which a portion of the first ohmic contact layer is removed, whereby vertically emitted light is transmitted to the second ohmic contact layer. The carrier flow is diverted from a portion of the active layer that can be substantially blocked by the.

本実施形態のある変形例では、第二のオーム接触層の形状は、第一のオーム接触層の形状と実質的に相補的である。   In some variations of this embodiment, the shape of the second ohmic contact layer is substantially complementary to the shape of the first ohmic contact layer.

本実施形態のある変形例では、本方法は、高抵抗物質またはショットキーまたは層状構造と高抵抗接触を形成しうる物質を使用して、第一のオーム接触層の一部が除去される領域を充填するステップをさらに含む。   In one variation of this embodiment, the method uses a high resistance material or a Schottky or material that can form a high resistance contact with the layered structure to remove a portion of the first ohmic contact layer. The method further includes a step of filling.

さらに別の変形例では、第一のオーム接触層の一部が除去される領域を充填するために使用される物質は、S、Au、Al、およびAgのうちの1つを含む。 In yet another variation, the material used to fill the region from which a portion of the first ohmic contact layer is removed includes one of S i O 2 , Au, Al, and Ag. .

本実施形態のある変形例では、第一のオーム接触層は、活性層によって放射される光の波長に対し反射性を有する物質を含む。   In one variation of this embodiment, the first ohmic contact layer includes a material that is reflective to the wavelength of light emitted by the active layer.

本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを加工するための方法を提供する。本方法は、層状半導体構造を成長基板上に形成するステップを含み、該層状半導体構造は、n型半導体層、活性層、およびp型半導体層を含む。本方法は、層状構造の第一の面上の領域に制限される高抵抗物質領域を形成し、層状構造の該第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成し、第一のオーム接触層が該高抵抗物質領域を覆うステップ、該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成するステップ、該接合物質層上に低抵抗基板を接合するステップ、層状構造の第二の面を暴露するために成長基板を除去するステップ、および層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成するステップをさらに含む。第二のオーム接触層は、高抵抗物質領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、放射される光が第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる活性層内の一部からキャリアの流れを転換する。   One embodiment of the present invention provides a method for processing a semiconductor light emitting device. The method includes forming a layered semiconductor structure on a growth substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer. The method forms a high resistance material region confined to a region on the first surface of the layered structure and forms a first ohmic contact layer having a conductive path to the first surface of the layered structure. A step of covering the high resistance material region with a first ohmic contact layer, a step of forming a bonding material layer on the first ohmic contact layer, a step of bonding a low resistance substrate on the bonding material layer, and a layered structure Removing the growth substrate to expose the second side of the substrate and forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second side of the layered structure. The second ohmic contact layer is confined to a region substantially corresponding to the high resistance material region, whereby one of the active layers in which the emitted light can be substantially blocked by the second ohmic contact layer. Change the career flow from the department.

本実施形態のある変形例では、第二のオーム接触層の形状は、高抵抗物質領域の形状と実質的に同一である。   In a variation of this embodiment, the shape of the second ohmic contact layer is substantially the same as the shape of the high resistance material region.

本発明の一実施形態は、半導体発光デバイスを加工するための方法を提供する。本方法は、層状半導体構造を成長基板上に形成するステップを含み、該層状半導体構造は、n型半導体層、活性層、およびp型半導体層を含む。本方法は、p型層の一部を除去するステップ、該p型層が除去される領域を高抵抗物質で充填し、層状構造の該第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成し、第一のオーム接触層が該高抵抗物質領域を覆うステップ、該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成するステップ、該接合物質層上に低抵抗基板を接合するステップ、層状構造の第二の面を暴露するために成長基板を除去するステップ、および層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成するステップをさらに含む。第二のオーム接触層は、高抵抗物質領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、垂直に放射される光が第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる活性層内の一部からキャリアの流れを転換する。   One embodiment of the present invention provides a method for processing a semiconductor light emitting device. The method includes forming a layered semiconductor structure on a growth substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer. The method includes removing a portion of the p-type layer, filling a region from which the p-type layer is removed with a high resistance material, and having a conductive path to the first surface of the layered structure. Forming an ohmic contact layer, the first ohmic contact layer covering the high resistance material region, forming a bonding material layer on the first ohmic contact layer, and forming a low resistance substrate on the bonding material layer. Bonding, removing the growth substrate to expose the second side of the layered structure, and forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second side of the layered structure. In addition. The second ohmic contact layer is confined to a region substantially corresponding to the high resistance material region, whereby the vertically emitted light can be substantially blocked by the second ohmic contact layer. To change the career flow from a part of.

本実施形態のある変形例では、第二のオーム接触層の形状は、高抵抗物質領域の形状と実質的に相補的である。   In one variation of this embodiment, the shape of the second ohmic contact layer is substantially complementary to the shape of the high resistance material region.

本実施形態のある変形例では、高抵抗物質領域は、p型層を貫通する。   In a variation of this embodiment, the high resistance material region penetrates the p-type layer.

本実施形態のある変形例では、本方法は、活性層の一部を除去するステップ、および活性層が除去される領域を高抵抗物質で充填するステップをさらに含む。   In one variation of this embodiment, the method further includes removing a portion of the active layer and filling a region from which the active layer is removed with a high resistance material.

(詳細な説明)
後述の説明は、いずれの当業者も本発明を生成および使用可能なように提示され、特定の用途およびその要件に照らして提供される。開示される実施形態への種々の修正は、当業者には容易に明らかとなり、本願に定義される一般原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の実施形態や用途に適用されうる。従って、本発明は、開示される実施形態に限定されず、本請求項と一致する最大範囲が認められるものである。
(Detailed explanation)
The following description is presented to enable any person skilled in the art to make and use the invention and is provided in the context of a particular application and its requirements. Various modifications to the disclosed embodiments will be readily apparent to those skilled in the art, and the generic principles defined herein may be applied to other embodiments and applications without departing from the scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is to be accorded the widest scope consistent with the claims.

(垂直に放射される光の遮断)
一般に、LEDの2つの電極は、基板と同一側(側電極)または基板と異なる側(垂直電極)に配置されうる。垂直電極の構成は、その容易な実装および優れた信頼性のための好適な設計である。図1は、垂直電極を有する典型的なLED構造を示す。
(Blocking light emitted vertically)
In general, the two electrodes of an LED can be arranged on the same side (side electrode) as the substrate or on a different side (vertical electrode) from the substrate. The configuration of the vertical electrode is a suitable design for its easy mounting and excellent reliability. FIG. 1 shows a typical LED structure with vertical electrodes.

活性層106は、上層104と下層108との間に「サンドイッチ」されている。上層102または下層108は、n型あるいはp型クラッド層、基板層、緩衝層等の付加層を含むことが可能なことに留意されたい。さらに、クラッド層は、1つ以上の層を含めることが可能であるが、ある文献で使用される「クラッド層」とは、活性層に直接隣接したドープ層のみを示す。   The active layer 106 is “sandwiched” between the upper layer 104 and the lower layer 108. It should be noted that the upper layer 102 or the lower layer 108 may include additional layers such as an n-type or p-type cladding layer, a substrate layer, a buffer layer, and the like. Further, although the cladding layer can include one or more layers, the “cladding layer” used in some literature refers only to the doped layer immediately adjacent to the active layer.

前述の上層104は、上電極102であり、導電性層または低抵抗物質である。下層108の下側は、下部電極110であり、これも導電性層または低抵抗物質である。一実施形態では、上電極102および下部電極110は共にオーム接触層である。オーム接触層は、隣接層とオーム接触を形成可能であり、典型的に低抵抗を示すことに留意されたい。オーム接触層は、1つ以上の金属、合金、またはPt、Ni、NiO、ITO(インジウムスズ酸化物)等の化合物を基礎にすることができる。さらに別の実施形態では、上層104は、負にドープされた層(n型ドープ層)を含み、下層108は、正にドープされた層(p型ドープ層)を含むことが可能である。   The upper layer 104 described above is the upper electrode 102 and is a conductive layer or a low-resistance material. Below the lower layer 108 is a lower electrode 110, which is also a conductive layer or a low resistance material. In one embodiment, both the upper electrode 102 and the lower electrode 110 are ohmic contact layers. Note that the ohmic contact layer can form an ohmic contact with an adjacent layer and typically exhibits low resistance. The ohmic contact layer can be based on one or more metals, alloys or compounds such as Pt, Ni, NiO, ITO (Indium Tin Oxide). In yet another embodiment, the upper layer 104 can include a negatively doped layer (n-type doped layer) and the lower layer 108 can include a positively doped layer (p-type doped layer).

図1に示すように、ターンオン電圧閾値以上でLEDが順バイアスされる場合、p型層の空孔は、活性層106内のn型層の電子と再結合する。その結果、キャリアの流れによって、電極102と110との間の点線で示される電流が生じる。電流は、低抵抗を有する場所に集中する傾向があるため、活性層106を通過するこの電流の分布は、電極間の抵抗分布に依存する。電極間の低抵抗パスは、上電極102の直下にあるため、上電極102の直下にある活性層106の領域は、最も電流密度が高い。それに応じて、最もキャリアの再結合が、この領域で生じる。層状構造内の水平抵抗は、垂直抵抗よりも非常に大きい可能性があるため、この「電流の過密化」現象は、LEDの層状構造が相対的に薄い場合、より顕著である。この「電流の過密化」の結果、垂直に放射される光の大部分が、上電極102によって遮断される。   As shown in FIG. 1, when the LED is forward biased above the turn-on voltage threshold, the p-type layer vacancies recombine with the n-type layer electrons in the active layer 106. As a result, the current shown by the dotted line between the electrodes 102 and 110 is generated by the carrier flow. Since current tends to concentrate in places with low resistance, the distribution of this current through the active layer 106 depends on the resistance distribution between the electrodes. Since the low resistance path between the electrodes is directly under the upper electrode 102, the region of the active layer 106 immediately under the upper electrode 102 has the highest current density. Accordingly, the most carrier recombination occurs in this region. This “current crowding” phenomenon is more pronounced when the LED's layered structure is relatively thin, since the horizontal resistance in the layered structure can be much greater than the vertical resistance. As a result of this “current congestion”, most of the light emitted vertically is blocked by the upper electrode 102.

また、下電極110は、下方伝播光も遮断することに留意されたい。しかしながら、下電極110に反射物質を使用し、下電極110が光の大部分を反射できるようにすることは可能である。   Note that the lower electrode 110 also blocks downward propagating light. However, it is possible to use a reflective material for the lower electrode 110 so that the lower electrode 110 can reflect most of the light.

(抵抗分布の修正によるキャリアの流れの操作)
本発明の実施形態は、デバイス内のキャリアの流れを操作することによって、垂直光の遮断問題を低減し、キャリア再結合の大部分が、垂直に放射される光が上電極によって遮断されない活性層領域で生じるようにする。そのような操作は、金属、クラッド、および/または活性層に広がる抵抗分布を修正することによって達成される。
(Operation of carrier flow by modifying the resistance distribution)
Embodiments of the present invention reduce vertical light blocking problems by manipulating the carrier flow in the device, and the majority of carrier recombination is the active layer where vertically emitted light is not blocked by the upper electrode. To occur in the region. Such manipulation is accomplished by modifying the resistance distribution that extends to the metal, cladding, and / or active layer.

本発明の一実施形態は、特殊な形状の電極を使用して、LEDの層状構造に広がる効果的な抵抗分布を修正する。例えば、上下電極は、実質的に相補的な形状を有することで、水平の投影面上の垂直投影間の重複領域が大幅に減少される。このように、キャリア再結合の大部分が、上方伝播光が上電極によって遮断されない活性層領域で生じることが可能となる。   One embodiment of the present invention uses a specially shaped electrode to modify the effective resistance distribution that spans the layered structure of the LED. For example, the upper and lower electrodes have substantially complementary shapes, so that the overlapping area between vertical projections on the horizontal projection plane is greatly reduced. Thus, the majority of carrier recombination can occur in the active layer region where the upward propagating light is not blocked by the upper electrode.

図2は、本発明の一実施形態に従って、実質的に相補的な垂直電極を有するLED構造を示す。本例では、上電極202はリング形状であり、下電極210は、除去された部分を有するオーム接触層であり、該除去された部分は、上電極202の形状に相当する。図5は、これらの電極の上面図を示す。オーム接触層210内の除去された部分は、その後に高抵抗物質で充填される。本願で使用される「高抵抗物質」とは、絶縁体、金属またはそのクラッド層よりも実質的に高い抵抗率を有する物質、あるいは金属またはクラッド層と高抵抗接触を形成可能な物質を含むことができることに留意されたい。一実施形態では、高抵抗物質は、SiO、SiN、またはAl等の絶縁体物質であることができる。さらに別の実施形態では、高抵抗物質は、クラッド層とショットキー接触を形成可能なAuまたはCr等の導電性金属であることができる。 FIG. 2 illustrates an LED structure having substantially complementary vertical electrodes, according to one embodiment of the present invention. In this example, the upper electrode 202 has a ring shape, and the lower electrode 210 is an ohmic contact layer having a removed portion, and the removed portion corresponds to the shape of the upper electrode 202. FIG. 5 shows a top view of these electrodes. The removed portion in the ohmic contact layer 210 is then filled with a high resistance material. As used herein, “high resistance material” includes an insulator, a material having a substantially higher resistivity than the metal or its cladding layer, or a material capable of forming a high resistance contact with the metal or cladding layer. Note that you can. In one embodiment, the high resistance material can be an insulator material such as SiO 2 , SiN, or Al 2 O 3 . In yet another embodiment, the high resistance material can be a conductive metal such as Au or Cr that can form a Schottky contact with the cladding layer.

LEDが順バイアスされる場合、キャリア再結合は、該リング形状の「内部」および「外部」に相当する活性層206内の領域で生じる。その結果、上方へ伝播する光の大部分が、上電極202によって遮断されずに、層状構造の上面に自由に移動可能となる。   When the LED is forward biased, carrier recombination occurs in regions in the active layer 206 that correspond to the “inner” and “outer” of the ring shape. As a result, most of the light propagating upward can be freely moved to the upper surface of the layered structure without being blocked by the upper electrode 202.

厳密と相補的電極の形状は、光遮断問題を緩和するための本発明において随意的であることに留意されたい。一般に、異なる電極形状でも、同様の結果を達成しうる。本願で使用される「実質的に相補的形状」を有するとは、垂直投影が重複しない実質的上下電極領域を有することを意味する。一実施形態では、重複領域は、上電極領域の100%未満であり、好ましくは50%未満である。また、上下電極は、電極がワイヤと十分な接続を保持可能な限り、またはLEDの発光効率を損なわない限り、垂直投影が全く重複しない形状を有することができる。一実施形態では、上下電極間の重複しない領域は、上電極領域の5倍を越えることはない。   Note that the exact and complementary electrode shapes are optional in the present invention to alleviate the light blocking problem. In general, similar results can be achieved with different electrode shapes. As used herein, having a “substantially complementary shape” means having vertical upper and lower electrode regions that do not overlap. In one embodiment, the overlap region is less than 100% of the upper electrode region, preferably less than 50%. In addition, the upper and lower electrodes can have a shape in which the vertical projections do not overlap at all as long as the electrodes can maintain sufficient connection with the wires, or unless the luminous efficiency of the LED is impaired. In one embodiment, the non-overlapping region between the upper and lower electrodes does not exceed five times the upper electrode region.

特殊形状の電極の使用に加え、他の修正、追加、または層状LED構造内の物質の削減によっても、抵抗分布を変更可能である。一実施形態では、図3で示されるように、高抵抗物質310の層は、下クラッド層と下電極の間に初めに配置される。高抵抗物質310の一部は、その後に除去され、その形状は、上電極302の形状と実質的に相補的となる。   In addition to the use of specially shaped electrodes, other modifications, additions, or reduction of materials in the layered LED structure can also change the resistance distribution. In one embodiment, as shown in FIG. 3, a layer of high resistance material 310 is initially disposed between the lower cladding layer and the lower electrode. A portion of the high resistance material 310 is subsequently removed, and its shape is substantially complementary to the shape of the upper electrode 302.

一実施形態では、金属層である下電極312が成膜またはエピタキシャルに成長された後、このオーム接触層の一部のみ、高抵抗物質層310のため、下層308への導電性を形成することが可能となる。その結果、「影」の部分の活性層306の領域を通過するキャリアの流れ、または上電極の垂直投影は減少され、活性層306の他の領域を通過するキャリアの流れは増加する。従って、上方へ放射される光の大部分は、上電極302によって遮断されずに、デバイスの上面へ伝播し、そこから放出されることが可能となる。本例では、上電極302は、円形形状であり、高抵抗層310は、僅かに大きな領域を有する同様の円形形状であることに留意されたい。高抵抗層310の形状は、上電極302の形状と正確に一致する必要はないことに、さらに留意されたい。また、より小さいまたは大きい高抵抗層も可能である。   In one embodiment, after the lower electrode 312, which is a metal layer, is deposited or epitaxially grown, only a portion of this ohmic contact layer is made conductive to the lower layer 308 because of the high resistance material layer 310. Is possible. As a result, the carrier flow through the active layer 306 region in the “shadow” portion, or the vertical projection of the upper electrode, is reduced and the carrier flow through the other regions of the active layer 306 is increased. Therefore, most of the light emitted upward can be propagated to and emitted from the upper surface of the device without being blocked by the upper electrode 302. Note that in this example, the upper electrode 302 has a circular shape, and the high resistance layer 310 has a similar circular shape with a slightly larger area. It should further be noted that the shape of the high resistance layer 310 need not exactly match the shape of the upper electrode 302. Smaller or larger high resistance layers are also possible.

さらに別の実施形態では、キャリアの流れを非遮断領域へ転換するため、クラッドおよび/または活性層の一部は除去され、高抵抗物質と置換される。図4に示すように、下層408および活性層406の一部は、除去され、高抵抗物質412と置換される。高抵抗物質412の垂直投影は、上電極402の垂直投影と実質的に重複する。一実施形態では、下層408の一部のみ除去され、高抵抗物質と置換されるが、活性層406はそのまま原型を保つことに留意されたい。さらに別の実施形態では、高抵抗物質412は、下層408および活性層406の両方を貫通可能である。しかしながら、さらに別の実施形態では、下層408ではなく、活性層406の一部のみ、除去され、高抵抗物質と置換される。また、高抵抗物質412の置換が、上電極402下のキャリアの流れを減少可能である限り、他の構成も可能である。   In yet another embodiment, a portion of the cladding and / or active layer is removed and replaced with a high resistance material to divert carrier flow to the non-blocking region. As shown in FIG. 4, the lower layer 408 and a part of the active layer 406 are removed and replaced with the high resistance material 412. The vertical projection of the high resistance material 412 substantially overlaps the vertical projection of the upper electrode 402. Note that in one embodiment, only a portion of lower layer 408 is removed and replaced with a high resistance material, while active layer 406 remains intact. In yet another embodiment, the high resistance material 412 can penetrate both the lower layer 408 and the active layer 406. However, in yet another embodiment, only a portion of the active layer 406, but not the lower layer 408, is removed and replaced with a high resistance material. Other configurations are possible as long as the replacement of the high resistance material 412 can reduce the carrier flow under the upper electrode 402.

順方向バイアス電圧が上電極402および下電極410の間に印加される場合、点線で示されるように、キャリアは高抵抗物質412周辺を流れる。その結果、上電極402は、上方伝播光を遮断することができない。   When a forward bias voltage is applied between the upper electrode 402 and the lower electrode 410, carriers flow around the high resistance material 412 as shown by the dotted line. As a result, the upper electrode 402 cannot block upward propagation light.

図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。また、これらの形状も、図3および4に図示されるような埋め込み高抵抗層を有するデバイスの上下電極上の効果的な低抵抗導電性領域の形状を反映させることが可能であることに留意されたい。   5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. Also note that these shapes can also reflect the shape of the effective low resistance conductive regions on the upper and lower electrodes of a device having buried high resistance layers as illustrated in FIGS. I want to be.

図5は、リング形状を有する上電極502および除去された部分を有する下電極504を示す。下電極504の除去された部分は、上電極502に実質的に相当し、高抵抗物質と置換される。点線で画定された領域は、上電極下の上層または下電極上の下層の上面を示す。   FIG. 5 shows an upper electrode 502 having a ring shape and a lower electrode 504 having a removed portion. The removed portion of the lower electrode 504 substantially corresponds to the upper electrode 502 and is replaced with a high resistance material. The region defined by the dotted line indicates the upper surface of the upper layer below the upper electrode or the lower layer above the lower electrode.

図6は、円形形状を有する上電極602および除去され部分を有する下電極604を示す。下電極604の除去された部分は、上電極602に実質的に相当し、高抵抗物質と置換される。   FIG. 6 shows an upper electrode 602 having a circular shape and a lower electrode 604 having a removed portion. The removed portion of the lower electrode 604 substantially corresponds to the upper electrode 602 and is replaced with a high resistance material.

図7は、星形形状を有する上電極702および除去され部分を有する下電極704を示す。下電極704の除去された部分は、上電極702に実質的に相当し、高抵抗物質と置換される。   FIG. 7 shows an upper electrode 702 having a star shape and a lower electrode 704 having a removed portion. The removed portion of the lower electrode 704 substantially corresponds to the upper electrode 702 and is replaced with a high resistance material.

図8は、不整形形状を有する上電極804および除去され部分を有する下電極804を示す。下電極804の除去された部分は、上電極804と実質的に相当し、高抵抗物質と置換される。   FIG. 8 shows an upper electrode 804 having an irregular shape and a lower electrode 804 having a removed portion. The removed portion of the lower electrode 804 substantially corresponds to the upper electrode 804 and is replaced with a high resistance material.

実質的に相補的な電極は、正確に一致した形状を有する必要がないことに留意されたい。図9は、三角形状を有する上電極902および実質的に異なる形状を有する下電極904を示す。下電極904の周辺領域は、高抵抗物質で充填される。   Note that substantially complementary electrodes need not have exactly matching shapes. FIG. 9 shows an upper electrode 902 having a triangular shape and a lower electrode 904 having a substantially different shape. The peripheral region of the lower electrode 904 is filled with a high resistance material.

図10は、帯形状を有する上電極1002および四角形状を有する下電極1004を示す。上電極1002および下電極1004の垂直投影は、全く重複しないことに留意されたい。下電極1004周辺領域は、高抵抗物質で充填される。   FIG. 10 shows an upper electrode 1002 having a strip shape and a lower electrode 1004 having a quadrangular shape. Note that the vertical projections of the upper electrode 1002 and the lower electrode 1004 do not overlap at all. A region around the lower electrode 1004 is filled with a high resistance material.

図11は、2つの帯形状の金属部分を有する上電極1104および長方形形状を有する下電極1104を示す。下電極1104の垂直投影は、上電極1102の2つの帯形の垂直投影間に位置する。その結果、上電極1102は、下電極1104と重複しない。下電極1104周辺領域は、高抵抗物質で充填される。   FIG. 11 shows an upper electrode 1104 having two strip-shaped metal portions and a lower electrode 1104 having a rectangular shape. The vertical projection of the lower electrode 1104 is located between the two strip-shaped vertical projections of the upper electrode 1102. As a result, the upper electrode 1102 does not overlap with the lower electrode 1104. A region around the lower electrode 1104 is filled with a high resistance material.

図12は、楕円形状を有する上電極1202および除去された部分を有する下電極1204を示す。下電極1204の除去された部分は、上電極1202に実質的に相当し、高抵抗物質と置換される。   FIG. 12 shows an upper electrode 1202 having an elliptical shape and a lower electrode 1204 having a removed portion. The removed portion of the lower electrode 1204 substantially corresponds to the upper electrode 1202 and is replaced with a high resistance material.

(加工プロセス)
後述の例示的加工プロセスは、実施例のようなGaN発光デバイスを使用する。しかしながら、本願に記載される一般的デバイス構造は、幅広い半導体発光デバイスに応用可能である。後述の実施例では、GaNを基礎とする層状構造が、Si基板上に加工される。典型的には、緩衝層は、格子および熱不整合を解消するため、GaNを基礎とするデバイスとSi基板間に存在する。緩衝層に一般的に使用される化合物は、InGaAl1−x−yN(0≦x≦1;0≦y≦1)、InGaAl1−x−yP(0≦x≦1;0≦y≦1)、およびInGaAl1−x−yAs(0≦x≦l;0≦y≦l)を含む。さらに、本願に記載のデバイス構造は、幅広い半導体層またはSi、GaAs、GaP、Cu、およびCr等の金属基板に応用可能である。
(Processing process)
The exemplary processing process described below uses a GaN light emitting device as in the examples. However, the general device structures described herein are applicable to a wide range of semiconductor light emitting devices. In the examples described later, a layered structure based on GaN is processed on a Si substrate. Typically, a buffer layer is present between the GaN based device and the Si substrate to eliminate lattice and thermal mismatch. The compounds generally used for the buffer layer are In x Ga y Al 1-xy N (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1), In x Ga y Al 1-xy P (0 ≦ x ≦ 1; 0 ≦ y ≦ 1), and In x Ga y Al 1-xy As (0 ≦ x ≦ l; 0 ≦ y ≦ l). Furthermore, the device structure described herein can be applied to a wide range of semiconductor layers or metal substrates such as Si, GaAs, GaP, Cu, and Cr.

図13は、上電極がリング形状である、相補的電極を有するLEDを加工するためのプロセスを示す。周知のInGaAlNデバイス加工プロセスに基づいて、ステップAでは、GaN発光層状構造が、成長Si基板1302上に初めに加工される。典型的には、緩衝層1304を、基板1302上に成長させる。その後n型GaN層1306を、緩衝層1304上に成長させる。一実施形態では、InGaN/GaN多重量子井戸活性層1307およびp型GaN層1308は、n型GaN層1306上に形成される。化学蒸着(CVD)を使用して、これらの層を加工することができる。さらに別の実施形態では、層状構造は、焼なましの目的で、760℃のN環境に約20分間置かれる。 FIG. 13 shows a process for processing an LED with a complementary electrode where the top electrode is ring-shaped. Based on the well-known InGaAlN device processing process, in step A, a GaN light emitting layered structure is first processed on a grown Si substrate 1302. A buffer layer 1304 is typically grown on the substrate 1302. Thereafter, an n-type GaN layer 1306 is grown on the buffer layer 1304. In one embodiment, the InGaN / GaN multiple quantum well active layer 1307 and the p-type GaN layer 1308 are formed on the n-type GaN layer 1306. These layers can be processed using chemical vapor deposition (CVD). In yet another embodiment, the layered structure is placed in a N 2 environment at 760 ° C. for about 20 minutes for annealing purposes.

ステップBでは、オーム接触層1310が、p型GaN層上に形成される。一実施形態では、この加工ステップは、電子ビーム蒸着、フィラメント蒸着、またはスパッタ蒸着等の物理蒸着法を使用する。また、オーム接触層1310は、反射物質であることができる。好ましくは、オーム接触層1310は、30%以上の反射性を有する。一実施形態では、オーム接触層1310は、Ptを含む。   In Step B, an ohmic contact layer 1310 is formed on the p-type GaN layer. In one embodiment, this processing step uses physical vapor deposition methods such as electron beam vapor deposition, filament vapor deposition, or sputter vapor deposition. Also, the ohmic contact layer 1310 can be a reflective material. Preferably, the ohmic contact layer 1310 has a reflectivity of 30% or more. In one embodiment, the ohmic contact layer 1310 includes Pt.

加工プロセスのステップCでは、パターン化されたオーム接触層1311を生成するために、光リソグラフィを使用してオーム接触層の一部を除去する。除去された部分は、リング形状に相当する。オーム接触層1311は、次のステップで構造を上下逆に反転させた後、下電極となることに留意されたい。   In step C of the fabrication process, a portion of the ohmic contact layer is removed using photolithography to produce a patterned ohmic contact layer 1311. The removed portion corresponds to a ring shape. Note that the ohmic contact layer 1311 becomes the lower electrode after the structure is inverted upside down in the next step.

ステップDでは、接合金属物質1312は、オーム接触層134上に成膜される。接合金属物質1312は、導電性物質ではあるが、p型層と高抵抗接触を形成可能である。一実施形態では、Auは、p型GaNとショットキー障壁を形成可能であるため、接合金属物質1312はAuを含む。   In Step D, the bonding metal material 1312 is deposited on the ohmic contact layer 134. The bonding metal material 1312 is a conductive material, but can form a high resistance contact with the p-type layer. In one embodiment, Au can form a Schottky barrier with p-type GaN, so the bonding metal material 1312 includes Au.

ステップEでは、ステップDで得られた層状構造1314全体が、上下逆に反転され、低抵抗性を有する第二のSi基板1318に接合される。また、基板1318の接合面は、接合物質1312と同じ接合金属物質1316で被覆される。基板1318の他の面は、保護物質1320の層であり、基板1318を続くエッチング工程から保護する。一実施形態では、保護層1320もAuを含む。保護層1320は、一般に導電性物質であるため、p型GaN層から、接合層1316、基板1318、および保護層1320に、導電性パスを形成可能なことに留意されたい。   In Step E, the entire layered structure 1314 obtained in Step D is inverted upside down and bonded to the second Si substrate 1318 having low resistance. Further, the bonding surface of the substrate 1318 is covered with the same bonding metal material 1316 as the bonding material 1312. The other side of the substrate 1318 is a layer of protective material 1320 that protects the substrate 1318 from subsequent etching steps. In one embodiment, the protective layer 1320 also includes Au. Note that since the protective layer 1320 is generally a conductive material, a conductive path can be formed from the p-type GaN layer to the bonding layer 1316, the substrate 1318, and the protective layer 1320.

ステップFでは、接合後、2つの基板を含む層状構造1322が形成される。ステップGでは、成長Si基板1302が、例えばKOHまたはHNAを基礎とするウェットエッチングを使用して除去される。保護層1320が基板1318をエッチング液から保護するため、生成された構造1324には、基板1318が含まれることに留意されたい。   In step F, a layered structure 1322 including two substrates is formed after bonding. In Step G, the grown Si substrate 1302 is removed using a wet etch based on, for example, KOH or HNA. Note that the generated structure 1324 includes the substrate 1318 because the protective layer 1320 protects the substrate 1318 from the etchant.

ステップHでは、別のオーム接触層1326が、基板1324の上面上に成膜される。その後、成形された上オーム接触層1328を生成するため、オーム接触層1326の一部が、光リソグラフィを使用してステップIで除去される。オーム接触層1328は、リング形状を有し、下オーム接触層1311の除去された部分に実質的に相当する。一般に、図13に示される加工プロセスは、図5〜図12に示されるようないかなる実質的に相補的電極形状も生成することが可能である。例えば、同一のプロセスを使用して、図7に示されるような星形形状の上電極および相当する下電極を生成することができる。また、下電極の除去された部分の領域は、上電極の領域よりも大きくすることもできる。一実施形態では、下電極の除去された部分の領域は、上電極の領域の1.5倍である。   In step H, another ohmic contact layer 1326 is deposited on the top surface of the substrate 1324. Thereafter, a portion of the ohmic contact layer 1326 is removed in step I using photolithography to produce a shaped upper ohmic contact layer 1328. The ohmic contact layer 1328 has a ring shape and substantially corresponds to the removed portion of the lower ohmic contact layer 1311. In general, the processing process shown in FIG. 13 can produce any substantially complementary electrode shape as shown in FIGS. For example, the same process can be used to produce a star-shaped upper electrode and a corresponding lower electrode as shown in FIG. Further, the region of the part where the lower electrode is removed can be made larger than the region of the upper electrode. In one embodiment, the area of the removed portion of the lower electrode is 1.5 times the area of the upper electrode.

さらに別の実施形態では、高抵抗物質を、下オーム接触層が除去された領域に充填することができる。例えば、図13を参照すると、ステップCでオーム接触層1311の一部が除去された後、SiO層は、オーム接触層1311が除去された空洞を充填することができる。その後、除去されていないオーム接触層1311を暴露するために、SiO層は、パターン化され、エッチングされることが可能である。その後、ステップDで、接合オーム接触層1312を、オーム接触層1311およびSiO層上に成膜させる。また、物質がp型GaN層1308とショットキー接触を形成可能である限り、SiOに加え、Au、Al、およびAg等の他の導電性金属を使用して、空洞を充填することもできる。 In yet another embodiment, the high resistance material can be filled into the area where the lower ohmic contact layer has been removed. For example, referring to FIG. 13, after part of the ohmic contact layer 1311 is removed in step C, the SiO 2 layer can fill the cavity from which the ohmic contact layer 1311 has been removed. Thereafter, the SiO 2 layer can be patterned and etched to expose the ohmic contact layer 1311 that has not been removed. Thereafter, in Step D, a junction ohmic contact layer 1312 is formed on the ohmic contact layer 1311 and the SiO 2 layer. In addition to SiO 2 , other conductive metals such as Au, Al, and Ag can also be used to fill the cavity as long as the material can form a Schottky contact with the p-type GaN layer 1308. .

図14は、一実施形態に従って、電極とp型クラッド層との間に埋め込み高抵抗層を有し、上電極がリング形状であるLEDを加工するためのプロセスを示す。ステップAでは、GaNデバイスは、成長Si基板1402上に加工される。典型的には、InGaAlN緩衝層1404を、基板1402上に成長させる。その後、一実施形態ではSiドープGaNであることができるn型GaN層1406を、緩衝層1404に成長させる。次に、InGaN/GaN多重量子井戸活性層1407およびp型GaN層1408を、n型GaN層1406上に成長させる。   FIG. 14 illustrates a process for processing an LED having a buried high resistance layer between an electrode and a p-type cladding layer and the upper electrode in a ring shape, according to one embodiment. In step A, the GaN device is processed on the grown Si substrate 1402. Typically, an InGaAlN buffer layer 1404 is grown on the substrate 1402. Thereafter, an n-type GaN layer 1406, which may be Si-doped GaN in one embodiment, is grown on the buffer layer 1404. Next, an InGaN / GaN multiple quantum well active layer 1407 and a p-type GaN layer 1408 are grown on the n-type GaN layer 1406.

ステップBでは、SiO等の高抵抗物質の層を、例えばプラズマ化学気相成長法(PECVD)を使用して、成膜させる。その後、SiO層は、リング形状の絶縁体層1409を形成するために、パターン化およびエッチングされる。p型GaN層1408と特定の領域で導電性パスをp側電極が形成することを妨げるために、絶縁体層1409がその後使用される。 In step B, a layer of a high resistance material such as SiO 2 is deposited using, for example, plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD). Thereafter, the SiO 2 layer is patterned and etched to form a ring-shaped insulator layer 1409. Insulator layer 1409 is then used to prevent the p-side electrode from forming a conductive path with p-type GaN layer 1408 in certain areas.

ステップCでは、反射オーム接触層1411が、絶縁体層1409およびp型GaN層1408上に成膜される。p型GaN層1408とオーム接触しているオーム接触層1411の領域は、絶縁体1409の形状と実質的に相補的な形状を有する。   In Step C, a reflective ohmic contact layer 1411 is deposited on the insulator layer 1409 and the p-type GaN layer 1408. The region of the ohmic contact layer 1411 that is in ohmic contact with the p-type GaN layer 1408 has a shape that is substantially complementary to the shape of the insulator 1409.

ステップDでは、接合オーム接触層1412が、オーム接触層1411上にさらに成膜される。その後、生成された層状構造1414は、上下逆に反転され、低抵抗Siウエハー1418と接合される。ステップEで見られるように、Siウエハー1418の接合面は、接合金属層1416で被覆される。Siウエハー1418の他の面は、保護層1420で被覆される。一実施形態では、接合プロセスは、高温および高圧下で生じる。接合後、ステップFにおいて、層状構造1422が形成されるが、2つの基板を含むことになる。   In step D, a bonded ohmic contact layer 1412 is further deposited on the ohmic contact layer 1411. Thereafter, the generated layered structure 1414 is inverted upside down and bonded to the low resistance Si wafer 1418. As seen in step E, the bonding surface of the Si wafer 1418 is covered with a bonding metal layer 1416. The other surface of the Si wafer 1418 is covered with a protective layer 1420. In one embodiment, the joining process occurs under high temperature and pressure. After bonding, in step F, a layered structure 1422 is formed, but will include two substrates.

ステップGでは、成長基板1402が、ウェットエッチングを使用して除去され、構造1424となる。保護層1420が、ウエハー1418をエッチング液による損傷から保護するため、低抵抗Siウエハー1418は、原型を保ったままである。   In step G, the growth substrate 1402 is removed using wet etching, resulting in a structure 1424. Since the protective layer 1420 protects the wafer 1418 from damage by the etchant, the low resistance Si wafer 1418 remains intact.

ステップHでは、n型GaN層1406を暴露するために、InGaAlN緩衝層1404が、エッチングにより切り離される。次に、オーム接触層1426が、n型GaN層1406上に成膜される。ステップIでは、オーム接触層1426が、光リソグラフィを使用して、リング形状の上電極1428にエッチングされる。   In Step H, the InGaAlN buffer layer 1404 is separated by etching to expose the n-type GaN layer 1406. Next, an ohmic contact layer 1426 is deposited on the n-type GaN layer 1406. In Step I, the ohmic contact layer 1426 is etched into the ring-shaped upper electrode 1428 using photolithography.

図15は、本発明の一実施形態に従って、p型クラッド層および活性層を貫通する埋め込み絶縁体を有するLEDを加工するプロセスを示す。本例では、上電極は円形形状であり、埋め込み絶縁体の形状は、上電極の形状と実質的に一致する。   FIG. 15 illustrates a process for fabricating an LED having a buried insulator penetrating a p-type cladding layer and an active layer according to one embodiment of the present invention. In this example, the upper electrode has a circular shape, and the shape of the embedded insulator substantially matches the shape of the upper electrode.

ステップAでは、緩衝層1504、n型GaN層1506、多重量子井戸活性層1507、およびp型GaN層1508を含む、GaNを基礎とする発光デバイスを、成長Si基板1502上に成長させる。次に、ステップBにおいて、空洞1509を生成するために、p型GaN層1508および活性層1507の一部がエッチングにより切り離される。   In Step A, a GaN-based light emitting device including a buffer layer 1504, an n-type GaN layer 1506, a multiple quantum well active layer 1507, and a p-type GaN layer 1508 is grown on a growth Si substrate 1502. Next, in step B, the p-type GaN layer 1508 and a part of the active layer 1507 are separated by etching in order to generate the cavity 1509.

その後、ステップCにおいて、空洞1509を充填するために、SiO等の絶縁物質を成膜させる。ステップDにおいて、過剰な絶縁物質を除去するために、さらにパターン化およびエッチングが適用される。 Thereafter, in Step C, an insulating material such as SiO 2 is deposited to fill the cavity 1509. In step D, further patterning and etching are applied to remove excess insulating material.

ステップEでは、オーム接触層を、p型GaN層1508および絶縁体1511上に成膜させる。次に、接合層1513を、オーム接触層1512上に成膜させる。その後、生成された層状構造1514を、上下逆に反転させ、低抵抗基板1518と接合させる。低抵抗基板1518の接合面の上は、接合層1516であり、一実施形態では、接合層1513と同一の金属を含む。低抵抗基板1518の他の面は、導電性保護層1520である。   In Step E, an ohmic contact layer is formed on the p-type GaN layer 1508 and the insulator 1511. Next, a bonding layer 1513 is formed on the ohmic contact layer 1512. Thereafter, the generated layered structure 1514 is inverted upside down and bonded to the low resistance substrate 1518. On the bonding surface of the low-resistance substrate 1518 is a bonding layer 1516, and in one embodiment, includes the same metal as the bonding layer 1513. Another surface of the low resistance substrate 1518 is a conductive protection layer 1520.

その後、ステップGにおいて、成長基板1502は、ウェットエッチングによって除去され、構造1524となる。緩衝層1504は、ステップHにおいて、さらに除去され、n型GaN層1506が暴露される。その後、オーム接触層1526を成膜させ、n型GaN層1506とオーム接触を形成する。   Thereafter, in step G, the growth substrate 1502 is removed by wet etching, resulting in a structure 1524. The buffer layer 1504 is further removed in step H, exposing the n-type GaN layer 1506. Thereafter, an ohmic contact layer 1526 is formed to form an ohmic contact with the n-type GaN layer 1506.

ステップIでは、オーム接触層1526をパターン化およびエッチングし、円形形状の上電極1526を形成する。絶縁体1511の形状は、上電極1526の形状と実質的に一致することに留意されたい。   In Step I, the ohmic contact layer 1526 is patterned and etched to form a circular upper electrode 1526. Note that the shape of the insulator 1511 substantially matches the shape of the upper electrode 1526.

本発明の実施形態の前述の説明は、図示および説明の目的のためだけに提示されたものである。開示される形態に対して、本発明を網羅的または限定的にすることを目的としていない。従って、多くの修正および変更が、当業者には明らかであろう。また、前述の開示は、本発明を限定するものではない。本発明の範囲は、添付の請求項によって定義される。   The foregoing descriptions of embodiments of the present invention have been presented only for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or limited to the invention in the form disclosed. Accordingly, many modifications and variations will be apparent to practitioners skilled in this art. Also, the above disclosure is not intended to limit the present invention. The scope of the invention is defined by the appended claims.

図1は、垂直に放射される光を遮断する垂直電極を有するLED構造を示す。FIG. 1 shows an LED structure having vertical electrodes that block vertically emitted light. 図2は、本発明の一実施形態に従って、実質的に相補的な垂直を有するLED構造を示す。FIG. 2 illustrates an LED structure having substantially complementary verticals in accordance with one embodiment of the present invention. 図3は、本発明の一実施形態に従って、下クラッド層と下オーム接触層との間に位置する高抵抗層を有するLED構造を示す。FIG. 3 illustrates an LED structure having a high resistance layer positioned between a lower cladding layer and a lower ohmic contact layer, in accordance with one embodiment of the present invention. 図4は、本発明の一実施形態に従って、下クラッド層の一部および活性層が除去され、高抵抗層と置換されるLED構造を示す。FIG. 4 illustrates an LED structure in which a portion of the lower cladding layer and the active layer are removed and replaced with a high resistance layer according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図5〜図12は、本発明の一実施形態に従う相補的上下電極の例を示す。5-12 illustrate examples of complementary upper and lower electrodes according to one embodiment of the present invention. 図13は、本発明の一実施形態に従って、相補的電極を有するLEDを加工するためのプロセスを示す。FIG. 13 illustrates a process for fabricating an LED having complementary electrodes, according to one embodiment of the present invention. 図14は、本発明の一実施形態に従って、電極とp型クラッド層との間の埋め込み高抵抗層を有するLEDを加工するためのプロセスを示す。FIG. 14 illustrates a process for processing an LED having a buried high resistance layer between an electrode and a p-type cladding layer, in accordance with one embodiment of the present invention. 図15は、本発明の一実施形態に従って、p型クラッド層と活性層を貫通する埋め込み高抵抗層を有するLEDを加工するためのプロセスを示す。FIG. 15 illustrates a process for processing an LED having a p-type cladding layer and a buried high resistance layer penetrating the active layer, in accordance with one embodiment of the present invention.

Claims (21)

半導体発光デバイスであって、
上クラッド層と、
下クラッド層と、
該上下クラッド層間の活性層と、
該上クラッド層への導電性パスを形成する上オーム接触層と、
該下クラッド層への導電性パスを形成する下オーム接触層と
を含み、該下オーム接触層は、該上オーム接触層の形状とは実質的に異なる形状を有し、それによって、該上下オーム接触層に電圧が印加されたときに、実質的に該上オーム接触層下にある該活性層の一部からキャリアの流れを転換させる、半導体発光デバイス。
A semiconductor light emitting device,
An upper cladding layer;
A lower cladding layer;
An active layer between the upper and lower cladding layers;
An upper ohmic contact layer that forms a conductive path to the upper cladding layer;
A lower ohmic contact layer that forms a conductive path to the lower cladding layer, the lower ohmic contact layer having a shape substantially different from the shape of the upper ohmic contact layer, thereby A semiconductor light emitting device that, when a voltage is applied to an ohmic contact layer, diverts carrier flow from a portion of the active layer that is substantially below the upper ohmic contact layer.
前記下オーム接触層の前記形状は、前記上オーム接触層の前記形状と実質的に相補的であり、それによって、前記キャリアの流れを前記活性層の一部に集中させて、上方へ放射される光が該上オーム接触層によって実質的に遮断されないようにする、請求項1に記載の半導体層発光デバイス。   The shape of the lower ohmic contact layer is substantially complementary to the shape of the upper ohmic contact layer, thereby concentrating the carrier flow on a portion of the active layer and radiating upward. The semiconductor layer light emitting device of claim 1, wherein light is not substantially blocked by the upper ohmic contact layer. 前記下オーム接触層の一部は、実質的に前記上オーム接触層下の領域に存在せず、
該下オーム接触層が存在しない該領域は、高抵抗物質、または、ショットキー若しくは前記下クラッド層と高抵抗接触を形成可能な物質のいずれか、を含む、請求項2に記載の半導体発光デバイス。
A portion of the lower ohmic contact layer is not substantially present in a region below the upper ohmic contact layer;
3. The semiconductor light emitting device of claim 2, wherein the region without the lower ohmic contact layer includes either a high resistance material or a material capable of forming a high resistance contact with a Schottky or the lower cladding layer. .
前記下オーム接触層が存在しない前記領域に含まれる物質は、SiO、Au、AlおよびAgのうちの1つである、請求項3に記載の半導体発光デバイス。 The semiconductor light emitting device according to claim 3, wherein the material included in the region where the lower ohmic contact layer is not present is one of SiO 2 , Au, Al, and Ag. 前記下オーム接触層が存在しない領域に含まれる物質は、前記活性層によって放射される光の波長に対して反射性を有する、請求項4に記載の半導体発光デバイス。   The semiconductor light emitting device according to claim 4, wherein the material contained in the region where the lower ohmic contact layer is not present is reflective to the wavelength of light emitted by the active layer. 前記下クラッド層と前記下オーム接触層との間に位置する高抵抗物質層をさらに含み、
該高抵抗物質層は、実質的に前記上オーム接触層下の領域に制限され、それによって、上方へ放射される光を遮断しうる該上オーム接触層下で生じるキャリアの再結合を減少させる、請求項1に記載の半導体発光デバイス。
A high resistance material layer located between the lower cladding layer and the lower ohmic contact layer;
The high resistance material layer is substantially confined to the region below the upper ohmic contact layer, thereby reducing carrier recombination that occurs under the upper ohmic contact layer that may block light emitted upward. The semiconductor light-emitting device according to claim 1.
前記下オーム接触層下に接合物質層と該接合物質層下に低抵抗基板とをさらに含み、
該低抵抗基板は、Siを含み、
前記上下クラッド層は、n型GaNおよびp型GaNをそれぞれ含み、
前記活性層は、InGaN/GaN多重量子井戸構造を含み、
該接合物質層は、Auを含む、請求項1に記載の半導体発光デバイス。
A bonding material layer under the lower ohmic contact layer, and a low-resistance substrate under the bonding material layer;
The low resistance substrate includes Si,
The upper and lower cladding layers each include n-type GaN and p-type GaN,
The active layer includes an InGaN / GaN multiple quantum well structure,
The semiconductor light emitting device according to claim 1, wherein the bonding material layer includes Au.
半導体発光デバイスであって、
上クラッド層と、
下クラッド層と、
該上下クラッド層間の活性層と、
該上クラッド層への導電性パスを形成する上オーム接触層と、
該下クラッド層への導電性パスを形成する下オーム接触層と
を含み、該下クラッド層の一部、または該活性層の一部、あるいは両方が、実質的に該上オーム接触層下の領域に存在せず、それによって、上方へ放射される光を上オーム接触層によって遮断させる、該上オーム接触層下のキャリアの再結合を減少させる、半導体発光デバイス。
A semiconductor light emitting device,
An upper cladding layer;
A lower cladding layer;
An active layer between the upper and lower cladding layers;
An upper ohmic contact layer that forms a conductive path to the upper cladding layer;
A lower ohmic contact layer that forms a conductive path to the lower cladding layer, wherein a portion of the lower cladding layer, or a portion of the active layer, or both are substantially below the upper ohmic contact layer A semiconductor light emitting device that reduces recombination of carriers under the upper ohmic contact layer that is not present in the region, thereby blocking light emitted upward by the upper ohmic contact layer.
前記下クラッド層の一部または前記活性層の一部が存在しない領域は、高抵抗物質を含む、請求項8に記載の半導体発光デバイス。   9. The semiconductor light emitting device according to claim 8, wherein a region in which a part of the lower cladding layer or a part of the active layer does not exist contains a high resistance material. 前記下クラッド層または前記活性層の形状は、前記上オーム接触層の形状と実質的に相補的である、請求項8に記載の半導体発光デバイス。   9. The semiconductor light emitting device of claim 8, wherein the shape of the lower cladding layer or the active layer is substantially complementary to the shape of the upper ohmic contact layer. 半導体発光デバイスを加工する方法であって、該方法は、
成長基板上に層状半導体構造を形成することであって、該層状半導体構造は、n型半導体層と、活性層と、p型半導体層とを含む、ことと、
該層状構造の第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成することと、
該第一のオーム接触層の一部を除去することと、
該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成することと、
該接合物質層上に低抵抗基板を接合することと、
該層状構造の第二の面を暴露するために、該成長基板を除去することと、
該層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成することと
を含み、該第二のオーム接触層は、該第一のオーム接触層の一部が除去される該領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、垂直に放射される光が該第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる該活性層内の一部からキャリアの流れを転換させる、方法。
A method of processing a semiconductor light emitting device, the method comprising:
Forming a layered semiconductor structure on a growth substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer;
Forming a first ohmic contact layer having a conductive path to the first surface of the layered structure;
Removing a portion of the first ohmic contact layer;
Forming a bonding material layer on the first ohmic contact layer;
Bonding a low resistance substrate on the bonding material layer;
Removing the growth substrate to expose the second side of the layered structure;
Forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second surface of the layered structure, wherein the second ohmic contact layer is a portion of the first ohmic contact layer. Carriers from a portion in the active layer that is confined to a region substantially corresponding to the region to be removed, whereby vertically emitted light can be substantially blocked by the second ohmic contact layer To change the flow of
前記第二のオーム接触層の形状は、前記第一のオーム接触層の形状と実質的に相補的である、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein a shape of the second ohmic contact layer is substantially complementary to a shape of the first ohmic contact layer. 前記第一のオーム接触層の一部が除去される領域は、高抵抗物質、または、ショットキー若しくは前記層状構造と高抵抗接触を形成可能な物質のいずれかによって充填することをさらに含む、請求項11に記載の方法。   The region from which a portion of the first ohmic contact layer is removed further comprises filling with either a high resistance material or a material capable of forming a high resistance contact with the layered structure. Item 12. The method according to Item 11. 前記第一のオーム接触層の一部が除去される領域を充填するために使用される物質は、SiO、Au、AlおよびAgのうちの1つを含む、請求項13に記載の方法。 The method of claim 13, wherein the material used to fill a region from which a portion of the first ohmic contact layer is removed comprises one of SiO 2 , Au, Al, and Ag. 前記第一のオーム接触層は、前記活性層によって放射される光の波長に対して反射性を有する物質を含む、請求項11に記載の方法。   The method of claim 11, wherein the first ohmic contact layer comprises a material that is reflective to the wavelength of light emitted by the active layer. 半導体発光デバイスを加工する方法であって、
成長基板上に層状半導体構造を形成することであって、該層状半導体構造は、n型半導体層と、活性層と、p型半導体層とを含む、ことと、
該層状構造の第一の面上のある場所に制限される高抵抗物質領域を形成する、ことと、
該層状構造の該第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成することであって、該第一のオーム接触層は該高抵抗物質を覆う、ことと、
該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成することと、
該接合物質層上に低抵抗基板を接合することと、
該層状構造の第二の面を暴露するために、該成長基板を除去することと、
該層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成することと
を含み、該第二のオーム接触層は、該高抵抗物質領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、放射される光が該第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる該活性層内の一部からキャリアの流れを転換させる、方法。
A method for processing a semiconductor light emitting device, comprising:
Forming a layered semiconductor structure on a growth substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer;
Forming a high resistance material region confined to a location on the first surface of the layered structure;
Forming a first ohmic contact layer having a conductive path to the first surface of the layered structure, the first ohmic contact layer covering the high resistance material;
Forming a bonding material layer on the first ohmic contact layer;
Bonding a low resistance substrate on the bonding material layer;
Removing the growth substrate to expose the second side of the layered structure;
Forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second surface of the layered structure;
The second ohmic contact layer is confined to a region substantially corresponding to the high resistance material region, whereby emitted light is substantially blocked by the second ohmic contact layer. A method of diverting carrier flow from a portion of the active layer that can be obtained.
前記第二のオーム接触層の形状は、前記高抵抗物質領域の形状と実質的に同一である、請求項16に記載の方法。   The method of claim 16, wherein a shape of the second ohmic contact layer is substantially the same as a shape of the high resistance material region. 半導体発光デバイスを加工する方法であって、
成長基板上に層状半導体構造を形成することであって、該層状半導体構造は、n型半導体層と、活性層と、p型半導体層とを含む、ことと、
該p型層の一部を除去することと、
該p型層が除去される領域を高抵抗物質で充填することと、
該層状構造の第一の面への導電性パスを有する第一のオーム接触層を形成することであって、該第一のオーム接触層は該高抵抗物質を覆う、ことと、
該第一のオーム接触層上に接合物質層を形成することと、
該接合物質層上に低抵抗基板を接合することと、
該層状構造の第二の面を暴露するために、該成長基板を除去することと、
該層状構造の該第二の面への導電性パスを有する第二のオーム接触層を形成することと
を含み、該第二のオーム接触層は、該高抵抗物質領域に実質的に相当する領域内に制限され、それによって、垂直に放射される光が該第二のオーム接触層によって実質的に遮断されうる該活性層内の一部からキャリアの流れを転換させる、方法。
A method for processing a semiconductor light emitting device, comprising:
Forming a layered semiconductor structure on a growth substrate, the layered semiconductor structure including an n-type semiconductor layer, an active layer, and a p-type semiconductor layer;
Removing a portion of the p-type layer;
Filling the region from which the p-type layer is removed with a high resistance material;
Forming a first ohmic contact layer having a conductive path to a first surface of the layered structure, the first ohmic contact layer covering the high resistance material;
Forming a bonding material layer on the first ohmic contact layer;
Bonding a low resistance substrate on the bonding material layer;
Removing the growth substrate to expose the second side of the layered structure;
Forming a second ohmic contact layer having a conductive path to the second surface of the layered structure, the second ohmic contact layer substantially corresponding to the high resistance material region A method wherein the flow of carriers is diverted from a portion in the active layer that is confined within the region, whereby vertically emitted light can be substantially blocked by the second ohmic contact layer.
前記第二のオーム接触層の形状は、前記高抵抗物質領域の形状と実質的に相補的である、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein a shape of the second ohmic contact layer is substantially complementary to a shape of the high resistance material region. 前記高抵抗物質領域は、前記p型層を貫通する、請求項18に記載の方法。   The method of claim 18, wherein the high resistance material region penetrates the p-type layer. 前記活性層の一部除去することと、該活性層が除去された領域を高抵抗物質で充填することとをさらに含む、請求項18に記載の方法。   19. The method of claim 18, further comprising removing a portion of the active layer and filling a region where the active layer has been removed with a high resistance material.
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