JP2011507262A - 結合界面を有する発光デバイス - Google Patents

Abstract

本発明の幾つかの実施の形態では、透明基板AlInGaPデバイスは、普通のエッチング停止層より吸収を少なくすることができるエッチング停止層を含んでいる。本発明の幾つかの実施の形態では、透明基板AlInGaPデバイスは、普通の結合界面より低い順方向電圧を与えるように構成することができる結合界面を含む。デバイス内の吸収及び／または順方向電圧を低下させると、デバイスの効率が改善することができる。

Description

本発明は、ドープされたウェーハ結合（bonded）界面及び／または吸収が少ないエッチング停止層を有する半導体発光デバイスに関する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、低電力消費、小サイズ、及び高信頼性が要求される多くの応用における光源として広く受入れられている。可視スペクトルの黄・緑から赤領域内の光を放出するエネルギ効率的なダイオードは、AlGaInP合金で形成された活性層を含む。図１及び２は、普通の透明基板（ＴＳ）AlGaInP ＬＥＤの製造過程を示している。図１において、1000オングストローム厚のｎ‐In_0.5Ga_0.5P層のようなエッチング停止層１２を、半導体基板（典型的にはGaAs）１０上に成長させる。全てが二重ヘテロ構造構成に配置された下側閉じ込め層、少なくとも１つの(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP活性層、及び上側閉じ込め層を含むデバイス層１４をエッチング停止層１２上に成長させ、次いで、厚みはオプションの（例えば、５乃至100μｍ厚）ウィンドウ層１６を成長させる。ウィンドウ層１６は、気相エピタキシによって成長させたｐ型GaPであることが多い。閉じ込め層は透明半導体で形成されており、ＬＥＤの内部量子効率（再結合して光を放出する活性層内の電子・正孔対の割合と定義される）を高める。これも透明半導体であるウィンドウ層１６は、活性層を横切る電流の広がりを増加させ、ダイオードの内部量子効率を高める。発光領域は、単一の厚い均質組成層、または一連の薄い井戸及びバリヤーからなることができる。

GaAsが成長基板として好ましいのは、それが、可視スペクトルの黄・緑から赤領域内の光を放出するＬＥＤを形成させるのに好まれる組成（ｙ〜0.5）において、(Al_x Ga_1-x)_y In_1-yPと格子整合するからである。GaAsは吸収性であるので、図２に示すように、それらは典型的には除去されて透明基板１８に置換される。図１に示すGaAs基板１０は、エッチング停止層１２より遙かに高い速度でGaAsをエッチングするエッチングによって除去される。典型的にはｎ型GaPである透明基板１８は、エピタキシャル構造（図２のエッチング停止層１２）の下側にウェーハ結合される（一般的には、一軸性の力を印加しながら構造を高温でアニーリングすることによって行われる）。次いで、ＬＥＤチップは、普通の金属接点と、ｐ型エピタキシャルGaP陽極及びｎ型ウェーハ結合されたGaP陰極に適するチップ製造技術とを用いて、結合されたウェーハから加工される。

本発明の幾つかの実施の形態では、透明基板AlInGaPデバイスは、普通のエッチング停止層より吸収を少なくすることができるエッチング停止層を含む。本発明の幾つかの実施の形態では、透明基板AlInGaPデバイスは、普通の結合界面より低い順方向電圧を与えるように構成することができる結合界面を含む。デバイス内の吸収及び／または順方向電圧を低下させることによって、デバイスの効率を改善することができる。

幾つかの実施の形態では、発光デバイスは、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されているAlGaInP発光層を含む第１の半導体構造と、第２の半導体構造とを含む。第１及び第２の半導体構造の間に位置する界面に形成される結合が、第１の半導体構造と第２の半導体構造を接続する。界面における少なくとも一方の半導体層は、少なくとも２×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までドープされる。結合界面におけるドーパント濃度を増加させることによって、デバイスの順方向電圧を低下させることができる。

幾つかの実施の形態では、発光デバイスは、第１の半導体構造をGaAs基板上に成長させることによって形成される。第１の半導体構造は、150オングストロームより薄い厚みを有するエッチング停止層と、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されているAlGaInP発光層とを含む。GaAs基板は除去され、次いで第１の半導体構造が第２の半導体構造に結合される。エッチング停止層はInGaPまたはAlGaInPであることができ、GaAsと格子整合していても、またはしていなくても差し支えない。エッチング停止層の厚みを減少させる及び／またはエッチング停止層のバンドギャップを変化させることによって、エッチング停止層による吸収を減少させることができる。

吸収性基板上に成長させた従来技術のAlGaInP ＬＥＤデバイス構造を示す図である。 従来技術の透明基板AlGaInP ＬＥＤを示す図である。 普通のエッチング停止層より吸収が少ないエッチング停止層を有する透明基板AlGaInP ＬＥＤを示す図である。 エネルギギャップを、Al、In、Ga、及びPの二成分、三成分、及び四成分合金について、GaAsの格子定数の関数としてプロットした図である。 改良されたウェーハ結合界面を有する透明基板AlGaInP ＬＥＤを示す図である。 パッケージされた発光デバイスの分解図である。

AlGaInP ＬＥＤの、デバイスから抽出される光と、デバイスに供給される電力との比として定義されるウォールプラグ効率（ＷＰＥ）を最大にすることが望ましい。本発明の実施の形態は、エピタキシャルデバイス構造と透明基板との間の結合界面の光学的及び／または電気的特性を改善することによって、AlGaInP ＬＥＤのウォールプラグ効率を改善することを試みている。

AlGaInP ＬＥＤの光出力を増加させる１つの方法は、デバイス内の光の吸収を減少させることである。吸収の１つの源は、図２のInGaPエッチング停止層である。InGaPはAlGaInP発光領域より狭いバンドギャップを有しているから、エッチング停止層１２は発光領域から放出される光の幾らかを吸収する。

図３は、吸収の少ないエッチング停止層２０を有するデバイスを示している。図３に示すデバイスの製造は、図２に示すデバイスのそれに類似している。エッチング停止層２０を吸収性基板上に成長させ、次いでデバイス層１４及びオプションとしての厚いウィンドウ層１６を成長させる。吸収性基板を除去し、残された構造を透明基板１８にウェーハ結合する。ウェーハ結合された構造上に接点を形成し、次いで個々のＬＥＤにダイシングする。

幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０は、普通のエッチング停止層におけるようにGaAs成長基板と格子整合したInGaPであるが、普通のInGaPエッチング停止層より薄く形成させるので厚いエッチング停止層より吸収が少ない。例えば、InGaPエッチング停止層２０は、250オングストロームより薄い、より好ましくは150オングストロームより薄い、そしてより好ましくは130オングストロームより薄い厚みを有することができる。

幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０は、In_0.5 Ga_0.5 Pより大きいバンドギャップを有する材料であり、従ってより透明である。バンドギャップは、エッチング停止層内のアルミニウムの量を増加させるか、または、エッチング停止層内のインジウムの量を減少させることによって増加させることができる。例えば、各エッチング停止層２０は、四成分AlGaInPであることも、またはIn_0.5Ga_0.5Pより大きいバンドギャップを有する三成分InGaP層であることができる。AlGaInPまたはInGaPエッチング停止層２０では、InP組成は50％より少なくする、好ましくは40乃至50％とすることができる。AlGaInP層内のAlP組成は０乃至50％であることができ、最適AlP組成はＬＥＤの構成に依存する。例えば、電流がエッチング停止層を通過するような構成では、AlP組成がより低い、例えば、０％AlPから10％AlPまでの範囲内にあることが好ましく、10％AlPを合金(Al_0.20 Ga_0.80)_0.5In_0.5Pと言う。代替として、電流がエッチング停止層を通過しないような構成では、より高いAlP組成が好ましく、例えば、10％AlPから20％AlPまでの範囲内にあることが好ましく、20％AlPを合金(Al_0.40Ga_0.60)_0.5In_0.5Pと呼ぶ。

バンドギャップがより大きいエッチング停止層２０は、GaAs成長基板と格子整合していても、または整合していなくても差し支えない。図４は、バンドギャップを、Al、In、Ga、及びPの二成分、三成分、及び四成分合金について、格子定数の関数として示している。GaAsは図の底付近に示されている。InP組成が50％より少ないInGaP層は、GaAsと格子整合しない。図４に垂直の破線に沿って示されている組成(Al_xGa_1-x)_0.5In_0.5Pを有する四成分AlGaInP層は、GaAsと格子整合する。垂直線に沿ってはいないが、格子整合したInGaPより大きいバンドギャップを有している他の四成分合金は、エッチング停止層２０として適当であり得る。

例えば、(Al_0.10Ga_0.90)_0.5In_0.5Pの四成分エッチング停止層は、主波長≧620ｎｍを有する可視スペクトルの赤領域内の光を放出するように構成されたＬＥＤのために使用することができる。このような場合、四成分エッチング停止層の厚みは、好ましくは≦500オングストローム、より好ましくは≦250オングストローム、そしてより好ましくは≦150オングストロームである。代替として、AlPが０ではない組成を、InPが低い組成と組合せて(Al_0.10Ga_0.90)_0.55In_0.45Pのようなより透明な層を作ることができる。黄またはアンバー光のようなより短い波長の光を放出するように構成されているＬＥＤの場合、(Al_0.15Ｇa_0.85)_0.5In_0.5P、または(Al_0.15Ga_0.85)_0.55In_0.45PのようなAlPがより高い組成が好ましいことがあり得る。(Al_0.30Ga_0.70)_0.5In_0.5Pエッチング停止層を有するＬＥＤの例において、おそらく空気に、高温ウェーハ結合プロセスにおける環境に、またはエッチング停止層エッチング溶液に曝される高ＡlＰ組成層の酸化が原因で、ＬＥＤのＶ_fが増加することが観測されているが、(Al_0.30Ga_0.70)_0.5In_0.5Pのように高いＡlP組成を有するエッチング停止層が機能することが示されている。この高Ｖ_fを避けながら、内部吸収を減少させる１つの方法は、一連の離散したステップで、または連続した傾斜で、エッチング停止層のAlP組成をゆっくりと増加させることであり得る。代替として、このエッチング層が電気接点層として使用されない場合には、このエッチング停止層における酸化は問題ではなく、Ｖ_fペナルティを課せられることなく(Al_0.40Ga_0.60)_0.5In_0.5Pまたは(Al_0.40Ga_0.60)_0.55In_0.45Pのようなより高いAlP組成でさえも使用することができる。

ＬＥＤの放出スペクトルは近似的にＦＷＨＭ≒1.8ｋＴで与えられる。ここに、ＦＷＨＭはＬＥＤの放出スペクトルの半値全幅をｅＶで表したものであり、ｋはボルツマン定数、Ｔはケルビンで表したＬＥＤ温度である。エッチング停止層内の内部吸収を最小化するためには、エッチング停止層のバンドギャップを、活性層のバンドギャップエネルギより少なくともほぼ1.8ｋＴ高い値まで増加させるべきである。室温は大凡25ｍｅＶに対応するから、また、バイアスされたＬＥＤは室温より高く加熱されるから、幾つかの実施の形態では、AlP組成を増加させるか、またはInP組成を減少させるか、または両方を使用して、エッチング停止層のバンドギャップを活性層のバンドギャップより少なくとも50ｍｅＶ高い値まで増加させる。

発光層が赤及び赤・橙光のような長波長の光を放出するようなデバイスでは、発光層内のAlP組成は、エッチング停止層２０を透明にすることができるように十分に低い。例えば、赤光を放出するように構成されているＬＥＤは、(Al_0.05Ga_0.95)_0.5In_0.5Pの活性層組成を有することができる。このような場合、エッチング停止層は、(Al_0.15Ga_0.85)_0.5In_0.5Ｐまたは(Al_0.10Ga_0.90)_0.55In_0.45Pのような組成を有するエッチング停止層を使用することによって透明にすることができる。エッチング停止層が透明である場合、エッチング停止層の厚みはひずみ及びマシュース・ブレークスリー（Matthews-Blakeslee）臨界厚みによって制限され、従って、例えば500オングストローム厚までのより厚いエッチング停止層を使用することができる。幾つかの場合には、エッチング停止層のバンドギャップを、活性層バンドギャップより50ｍｅＶ以上大きく増加させることが実際的ではないかも知れず、従って、図１の普通のエッチング停止層１２と上述した透明エッチング停止層との間で妥協を見出すことが好ましいかも知れない。例えば、ある場合には、活性層バンドギャップに等しいか、または僅かに大きいバンドギャップを有するエッチング停止層が好ましいことがあり、一方、他の場合には、バンドギャップ＝活性層バンドギャップ＋ｋＴ≒活性層バンドギャップ＋0.025ｅＶを有するエッチング停止層、またはバンドギャップ＝活性層バンドギャップ＋２ｋＴ≒活性層バンドギャップ＋0.050ｅＶを有するエッチング停止層が好ましいことがあり得る。

格子が不整合のエッチング停止層は、薄くすることができる。一般的に言えば、ひずみリラクゼーションを避けるために、格子の不整合が大きい程、層を薄くすべきである。例えば、GaAs上に成長させる(Al_xGa_1-x)_0.60In_0.40Pからなるエッチング停止層は、ほぼ300オングストロームの厚み以下に保つべきであり、一方、GaAs上に成長させる(Al_xGa_1-x)_0.55In_0.45Pからなるエッチング停止層は、ひずみリラクゼーションを避けるために、ほぼ800オングストロームの厚み以下に保つべきである。もし活性層から放出される光に対してこれらの組成が透明でなければ、吸収を避けるために、これらの組成のエッチング停止層はより薄くすることが好ましい。例えば、格子が不整合のエッチング停止層２０は250オングストロームより小さい厚み、より好ましくは150オングストロームより小さい厚み、そしてより好ましくは130オングストロームより小さい厚みとすることができる。

格子整合した、または格子が整合していないエッチング停止層にAlPを添加すると、エッチング停止層が成長する温度を増加させることができ、これはエッチング停止層内への酸素不純物の取込みを好ましく抑圧することができる。

幾つかの実施の形態では、複数のエッチング停止層がデバイス内に含まれている。複数のエッチング停止層は、GaAs層によって互いに分離させることはできるが、必ずしもそのようにする必要はない。これらの複数のエッチング停止層の少なくとも１つは、InGaPまたはAlInGaPのようなリン化物層からなることができ、一方、他の１つまたはそれ以上のエッチング停止層は、AlGaAsのようなヒ化物層からなることができる。デバイス層は、最後のエッチング停止層上に成長させる。以上の諸実施の形態に関して記述したエッチング停止層は、何れも複数のエッチング停止層を有するデバイス内に使用することができる。デバイス内のエッチング停止層は各々、同一の特性（組成及び厚みのような）を有することはできるが、必ずしもそのようにする必要はない。第１の例では、第１のInGaPエッチング停止層をGaAs基板上に成長させ、次いでGaAsの層を成長させ、次に第２のInGaPエッチング停止層を成長させる。第２の例では、第１のAlGaAsエッチング停止層をGaAs基板上に成長させ、次いで第２のInGaPエッチング停止層を成長させる。第３の例では、第１のAlGaAsエッチング停止層をGaAs基板上に成長させ、次いで第２のAlInGaPエッチング停止層を成長させる。

上述したアプローチは、何れも、個々に、または任意の組合せで内部吸収を減少させ、従ってＬＥＤの光出力またはＷＰＥを増加させることができる。

AlGaInP ＬＥＤのＷＰＥを増加させる別の方法は、デバイスの順方向電圧Ｖ_fを低下させることである。ウェーハ結合透明基板AlGaInP ＬＥＤ内の増加したＶ_fの１つの源は、透明GaP基板１８とAlGaInPデバイス層１４との間のウェーハ結合界面であり、これは不完全な“ダングリング（dangling）”結合を、または結晶成長、エッチング、及びウェーハ結合プロセスに伴う炭素、酸素、または有機または無機化合物のような不純物を、含み得る。

これらのダングリング結合または不純物は、典型的に、ウェーハ結合界面に、またはその付近に電子欠陥状態を生じさせ、界面を横切るキャリヤ輸送を妨げる。これらの欠陥状態がＶ_fに影響する効果を減少させる１つの方法は、図５に示すように、ウェーハ結合界面の領域、またはその付近の領域をドープすることである。図５のデバイスでは、デバイス層１４は、デバイス層１４と共に成長させたエッチング停止層２０と、透明基板１８上に成長させたInGaP結合層２２との間の界面によって透明基板１８に結合されている。InGaP結合層２２は、例えば０％乃至50％、より好ましくは５％乃至30％、そしてより好ましくは８％乃至16％のInP組成を有することができる。従来のデバイスでは、結合界面を形成する層は、典型的にほぼ１×10¹⁸ｃｍ^-3のドーパント濃度までドープされている。図５に示すデバイスでは、結合層２２及びエッチング停止層２０の一方または両者のドーパント濃度は、少なくとも２×10¹⁸ｃｍ^-3、より好ましくは少なくとも５×10¹⁸ｃｍ^-3、そしてより好ましくは少なくとも７×10¹⁸ｃｍ^-3であり、例えば２×10¹⁹ｃｍ^-3までである。好ましい実施の形態では、ドーパントはTeであるが、Si、S、またはｐ型ドーパントを含む他の何等かの適当なドーパントを使用することもできる。好ましいドーピングレベルは、典型的には完全に活性化されないSiのようなドーパントを使用する場合にはより高くすることができる。更に、より小さいSi原子が格子に付加的なひずみを加えることはないから、結合層２２内の最適InP組成をより高くすることができる。

デバイス層１４は、ｎ型領域とｐ型領域との間にサンドウィッチされた発光領域を含む。発光領域は、少なくとも１つの発光層（ドープされていないことが多い）を含む。幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０及び結合層２２の一方または両者は、ｎ型領域及びｐ型領域の一方または両者より重度にドープされている。

図５に示す結合界面のトップ側にあるエッチング停止層２０は、GaAsと格子整合している従来の厚いInGaP層、または上述した本発明の実施の形態による１つまたは複数のエッチング停止層であることができる。図１に示す従来技術のデバイスでは、InGaPエッチング停止層１２は、GaAs基板１０上に成長させたGaAsバッファ層上に成長されている。GaAsからInGaPへ、または(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yPへの遷移は、気相化学薬品をGaAs層内のAsH₃から、InGaPまたは(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP内のPH₃へ変化させる必要があり、典型的に、このAsH₃からPH₃への切替えシーケンスのために成長中断が使用される。本発明の幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０内のドーパント濃度を増加させるために、この成長中断中にドーパント源流を残したままにする。従って、ウェーハの表面は、エッチング停止層の成長が開始されるとドーパントでプリパージされ、従ってエッチング停止層２０内のドーパント濃度を増加させることができる。幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０の成長中のPH₃の流れが減少される。このような場合、エッチング停止層２０の成長中に使用されるPH₃の流れは、デバイス層１４の成長中に使用されるより少なくすることができる。例えば、幾つかの実施の形態では、エッチング停止層２０の成長に使用されるPH₃の流れは、デバイス層１４の成長に使用される最も低いPH₃の流れの僅か80％であることができる。他の実施の形態では、層２０の成長に使用されるPH₃の流れは、デバイス層１４の成長に使用される最も低いPH₃の流れの僅か50％であることができる。

図５に示す結合界面のボトム側には結合層２２が存在している。透明基板１８はGaPからなり、結合層２２はIn_xGa_1-xPからなる。但しｘは、典型的には０％乃至50％、より好ましくは５％乃至30％、そしてより好ましくは８％乃至16％である。ｘは典型的には０％ではないから、結合層２２はGaP基板１８と格子整合せず、InGaP結合層２２は、ひずみリラクゼーションのために、典型的にマシュース・ブレークスリー臨界厚みの0.5倍から３倍までの範囲内の厚みまで成長させる。もしリラックスすると、典型的には、InGaP結合層２２は、ウェーハ表面上に10×10または50×50μｍ原子力顕微鏡画像内で、ピーク−谷表面粗さ（〜５乃至15ｎｍ）と、〜２乃至３ｎｍのＲＭＳ粗さを持ったマイルドなクロスハッチを有する。

結合層内の高いドーピングは、普通はドーパント源流を増加させることによって達成される。Teのようにドーパント原子が大きい場合には、より小さなGaP結晶格子内へのTeのような大きいドーパント原子の取込みと、インジウムのような大きいマトリックス成分原子の取込みとの間で重大な競合が発生する。この競合は、InGaP結合層２２内のTe抑圧とインジウム抑圧との間にフィードバックループをもたらす。所望のInP組成を維持しながら、同時にTeドーピング濃度を増加させるには、高めのTeドーピング源流を使用する必要があるが、高めのTeドーピング源流はインジウムの取込みを抑圧してInP組成を減少させるので、より高いインジウム源流を使用する必要がある。この高めのインジウム源流は、今度はTeの取込みを抑圧するので更に高めのTeドーピング源流が必要となり、今度はそれが更に高めのインジウム源流を必要とするようになる。この競合は、結合層２２内のInPを過少にするか、または結合層２２内のInPを過大にするかの何れかをもたらすことが多く、従って、所望の厚み、InP組成、及びドーパント濃度を有する結合層を再現可能に成長させるのを困難にする。過大なInPは三次元アイランド成長モードを開始させて粗過ぎる表面を生じさせる可能性があり、また欠陥が多い非伝導性のフィルムを生じさせて高Ｖ_fを有するＬＥＤをもたらすことが多い。InPが過少であると、結合の品質が貧弱になり、結合された界面にバブルをもたらす可能性がある。InPはGaPより弱い結合強度を有しているから、ウェーハ結合界面にInPが存在すると、ウェーハ結合中に、ウェーハ結合界面により多くの原子の再配列が可能になり、従って、透明基板１８とエッチング停止層２０との間の結合が改善される。従って、結合界面には最少量のInPが好ましい。

本発明の幾つかの実施の形態では、InGaP結合層２２は、より多くのドーパントを取込むことができるように結合層２２が十分にリラックスするような厚みに成長させる。例えば、結合層２２は3,000オングストローム厚より大きい厚みまで、より好ましくは5,000乃至20,000オングストロームの、そしてより好ましくは5,000乃至10,000オングストロームの厚みまで成長させることができるが、これはマシュース・ブレークスリー臨界厚みを３倍またはそれ以上だけ越えている。結合層２２の厚みを増加させると、典型的に表面粗さが、例えばピーク−谷表面粗さが〜15ｎｍから〜50ｎｍまたはそれ以上まで、またＲＭＳ粗さが３ｎｍ乃至６ｎｍまたはそれ以上まで増加する。粗い表面と減少したひずみが、結合層内のIn取込みとTe取込みの競合を減少させ、結合層内へのIn取込みとTe取込みの相互作用を実質的に切り離すことを可能にし、所与のTeドーピング源流に対してより多くのTeの取込みを可能にする。Te取込みとIn取込みをこのように切り離すことによって、より再現可能な製造プロセスがもたらされ得る。幾つかの実施の形態では、結合層２２を、実質的にリラックスし始めるのに十分な厚さまで成長させ、InGaP結合層２２の成長中に一定のドーピング源流を使用して、固定されたドーピング源流量に対して自然に増加するドーパント濃度を生じさせている。他の実施の形態では、InGaP結合層２２が実質的にリラックスするまで固定されたドーパント源流を使用し、次いでフィルム内のインジウム組成を実質的に減少させることなく、またはインジウム源流を増加させることなくフィルム内のドーパント濃度を更に増加させるために、より高いドーパント源流を使用する。このような実施の形態では、フィルム内のドーピング濃度を１×10¹⁹ｃｍ^-3より大きく増加させながら、インジウム源流を変化させることなく、結合層２２内のInP組成を目標値の0.5％以内に維持することができる。幾つかの実施の形態では、InGaP結合層の少なくとも一部が少なくとも５×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までドープされる。

結合層２２の表面粗さを増加させると、ウェーハ結合界面におけるバブルが減少するためにウェーハ結合歩留まりも増加させることができるが、これはホシの米国特許第5,196,375号に「ウェーハ結合層内のバブル密度を低くするためには、ピーク−谷粗さが＜13ｎｍを有する滑らかな表面が好ましい」と記述されているのとは対照的である。

本発明の実施の形態によるＴＳ AlGaInPデバイスの第１の例では、エッチング停止層は、250オングストロームより大きい厚みまで成長させた（GaAsに格子整合している）従来の、例えば、InGaPである。結合層２２は、700オングストロームより大きい厚みまで成長させ、８×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされた、InP組成が０％乃至50％の、より好ましくは５％乃至30％の、そしてより好ましくは８％乃至16％のInGaPである。このようなデバイスのＶ_fは、従来のデバイスのＶ_fより低いことが観測されている。

本発明の実施の形態によるＴＳ AlGaInPデバイスの第２の例では、エッチング停止層は、250オングストロームより大きい厚みまで成長させた（GaAsに格子整合している）従来の、例えば、InGaPである。結合層２２は、2,000乃至20,000オングストロームの厚みまで成長させ、８×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされた、InP組成が０％乃至50％の、より好ましくは５％乃至30％の、そしてより好ましくは８％乃至16％のInGaPである。このデバイスのＶ_fは、従来のデバイスのＶ_fより低いことが観測されている。

第３の例では、本発明によれば、エッチング停止層は、150オングストロームより小さい厚みに成長させ、10¹⁸ｃｍ^-3より小さい濃度までTeでドープされたInGaP（GaAsに格子整合している）である。結合層２２は、2,000乃至20,000オングストロームの厚みまで成長させ、８×10¹⁸ｃｍ^-3より小さい濃度までTeでドープされた、InP組成が０％乃至50％の、より好ましくは５％乃至30％の、そしてより好ましくは８％乃至16％のInGaPである。このデバイスのＶ_fは、従来のデバイスのＶ_fとほぼ同一であることが観測されているが、普通のデバイスより高い光出力を有している。

第４の例では、エッチング停止層２０は、ひずみリラクゼーションを避けるように十分に薄く成長され、例えば(Al_0.10Ga_0.90)_0.55In_0.45Pの組成と、500オングストロームより小さい厚みとを有し、２×10¹⁸ｃｍ^-3より大きい濃度までTeでドープされたAlGaInP（GaAsと格子整合していない）である。結合層２２は、2,000乃至20,000オングストロームの厚みまで成長させ、８×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされ、InP組成が０％乃至50％の、より好ましくは５％乃至30％の、そしてより好ましくは８％乃至16％のInGaPである。

第５の例では、活性層はIn_1-yGa_yP（但し、0.45≦y≦0.55）であり、エッチング停止層２０は、ひずみリラクゼーションを避けるように十分に薄く成長され、例えば(Al_0.10Ga_0.90)_0.55In_0.45Pの組成と、500オングストロームより小さい厚みを有し、５×10¹⁷ｃｍ^-3より大きい濃度までTeでドープされたAlGaInP（GaAsと格子整合していない）である。結合層２２は、800乃至20,000オングストロームの厚みまで成長させ、１×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされた、InP組成が８％乃至16％のInGaPである。

図６は、米国特許第6,274,924号に詳細開示されているようなパッケージされた発光デバイスの分解図である。ヒートシンキングスラグ１００は、インサートモールドされたリードフレーム内に配置される。インサートモールドされたリードフレームは、例えば、電気通路を提供する金属フレーム１０６の周囲にモールドされた、充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は、オプションとして反射器カップ１０２を含むことができる。上述したどのデバイスであることもできる発光デバイスダイ１０４は、スラグ１００に直接、または熱伝導サブマウント１０３を介して間接的に取付けられる。オプションとしてレンズであることができるカバー１０８を、追加することができる。

以上に本発明を詳述したが、当業者ならば本発明の思想から逸脱することなく多くの変更を行うことができよう。例えば、本明細書で説明したのはIII-P発光ダイオードであるが、レーザ、及び他の材料システムのような他のデバイスも本発明の範囲内にあるものと理解されたい。したがって、本発明の範囲を説明した特定の実施形態に限定する意図ではない。

Claims (26)

1. ｎ型領域とｐ型領域との間に配列されているAlGaInP発光層を含む第１の半導体構造と、
   第２の半導体構造と、
   上記第１及び第２の半導体構造の間に配置された界面に形成されている結合と、
   を備え、
   上記結合は、上記第１の半導体構造を上記第２の半導体構造に接続し、
   上記界面に接する半導体層は少なくとも２×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までドープされている、
   ことを特徴とするデバイス。
2. 上記界面に接する半導体層は、少なくとも５×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までドープされ且つ3,000オングストロームより大きい厚みを有していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
3. 上記界面に接する半導体層は、5,000乃至10,000オングストローム厚であり且つ少なくとも５×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされているInGaP層であることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
4. 上記界面に接する上記半導体層は、上記界面に接している第１の半導体層であり、
   上記界面に接する第２の半導体層は、250オングストロームより小さい厚みであり且つTeでドープされているInGaPである、
   ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
5. 上記界面に接する上記半導体層は、15ｎｍより大きいピーク−谷粗さを有していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
6. 上記界面に接する上記半導体層は、GaAsのバルク格子定数とは異なるバルク格子定数を有していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
7. GaAsのバルク格子定数とは異なる上記バルク格子定数を有する上記界面に接する上記半導体層は、InGaP及びAlGaInPの一方であることを特徴とする請求項６に記載のデバイス。
8. 上記界面に接する上記半導体層は、勾配付けされた組成を有していることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
9. 上記界面に接する半導体層のバンドギャップは、上記発光層のバンドギャップより大きいことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
10. 上記界面に接する半導体層のバンドギャップは、上記発光層のバンドギャップ＋0.025ｅＶより大きいことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
11. 上記第２の半導体構造は、少なくとも10μｍ厚の透明GaP層を含むことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
12. 上記界面に接する半導体層は、上記ｐ型領域及び上記ｎ型領域の少なくとも一方より重度にドープされていることを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
13. 上記界面に接する上記半導体層は、上記界面に接している第１の半導体層であり、
    上記界面に接する上記第１の半導体層は、500オングストロームより小さい厚みを有し且つ２×10¹⁸ｃｍ^-3より大きい濃度までTeでドープされているAlGaInPであり、
    上記界面に接する第２の半導体層は、８％乃至16％のInP組成と2,000乃至20,000オングストロームの厚みとを有し且つ８×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までTeでドープされているInGaPである、
    ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
14. GaAs基板上に第１の半導体構造を成長させるステップ、
    を含み、
    上記第１の半導体構造は、
    150オングストロームより小さい厚みを有するエッチング停止層と、
    ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されているAlGaInP発光層と、
    を含み、
    上記GaAs基板を除去するステップと、
    上記第１の半導体構造を、第２の半導体構造に結合するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
15. 上記エッチング停止層は、45乃至50％のInP組成を有するInGaPまたはAlGaInPであることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
16. 上記エッチング停止層及び上記GaAs基板は、同一のバルク格子定数を有していることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
17. 上記エッチング停止層及び上記GaAs基板は、異なるバルク格子定数を有していることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
18. 上記第２の半導体構造は、結合層を含み、
    上記第１の半導体構造及び上記第２の半導体構造は、上記エッチング停止層と上記結合層との間に配置されている結合によって結合される、
    ことを特徴とする請求項１４に記載及び／または方法。
19. 上記結合層は、少なくとも5,000オングストロームの厚みを有していることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 上記結合層は、少なくとも５×10¹⁸ｃｍ^-3の濃度までドープされていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
21. 上記エッチング停止層は第２のエッチング停止層であり、
    上記第１の半導体構造は、第１のエッチング停止層を更に含む、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の方法。
22. 上記第１及び第２のエッチング停止層は、異なる組成を有していることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
23. 上記第１のエッチング停止層はAlGaAsであり、上記第２のエッチング停止層はInGaP及びAlInGaPの一方であることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
24. GaAs基板上に第１の半導体構造を成長させるステップ、
    を含み、
    上記第１の半導体構造は、
    GaAsの格子定数とは異なるバルク格子定数を有するエッチング停止層と、
    ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されているAlGaInP発光層と、
    を含み、
    上記GaAs基板を除去するステップと、
    上記第１の半導体構造を、第２の半導体構造に結合するステップと、
    を更に含むことを特徴とする方法。
25. 上記第１の半導体構造は、上記エッチング停止層と結合層との間の界面に配置されている結合によって上記第２の半導体構造に結合され、
    上記エッチング停止層は、500オングストロームより小さい厚みを有し且つ５×10¹⁷ｃｍ^-3より大きい濃度までTeでドープされているAlGaInPであり、
    上記結合層は、８％乃至16％のInP組成と800乃至20,000オングストロームの厚みとを有し且つ１×10¹⁸ｃｍ^-3より大きい濃度までTeでドープされているInGaPである、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
26. 上記第２の半導体構造を形成するステップを更に含み、上記第２の半導体構造を形成する上記ステップは、
    透明基板を準備するステップと、
    上記透明基板上に結合層を成長させるステップと、
    を含み、
    上記結合層は、上記透明基板のバルク格子定数とは異なるバルク格子定数を有し、
    上記結合層は、上記結合層のひずみリラクセーションのために、臨界厚みより大きい厚みまで成長させる、
    ことを特徴とする請求項２４に記載の方法。

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