JP2014500842A - 基板上に成長したｉｉｉ族窒化物層 - Google Patents

基板上に成長したｉｉｉ族窒化物層 Download PDF

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Abstract

本発明の実施形態に従った方法では、III族窒化物層が基板上に成長する。基板は、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎであり、ここで、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイドから選択され、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌから選択され、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄから選択され、ｎは、１以上の整数である。ある実施形態では、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％であり、ａｓｕｂｓｔｒａｔｅは、基板の面内格子定数であり、ａｌａｙｅｒは、III族窒化物層のバルク格子定数である。本発明の実施形態に従った他の方法では、III族窒化物層が基板上に成長する。基板は、非III族窒化物材料である。III族窒化物層は、三元、四元、又は、五元の合金である。III族窒化物層は、機械的に自己支持できる程度に十分厚く、低い欠陥密度を持つ。

Description

本発明は、基板上にIII族窒化物層を成長させる方法に関する。III族窒化物層は、半導体発光デバイス構造体のための成長基板として用いられ得る。
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直空洞面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、及び、端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な光源のうち最も効率的な光源である。可視スペクトルで動作可能な高輝度の発光デバイスの製造において現在関心を集める材料系は、III族窒化物材料とも呼ばれる、特に、ガリウム，アルミニウム，インジウム及び窒素の二元，三元及び四元合金などのIII−V族化合物半導体を含む。一般的に、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー、又は、他のエピタキシー技術によって、サファイア、シリコンカーバイド、III族窒化物、又は、他の適した基板へ、組成及びドーパント濃度が異なる半導体層のスタックをエピタキシャル成長させることによって製造される。大抵の場合、スタックは、基板の上に形成された、例えばシリコンをドープされた１つ以上のｎ型層、１つ以上のｎ型層の上に形成された活性領域における１つ以上の発光層、及び、活性領域の上に形成された、例えばマグネシウムを添加された１つ以上のｐ型層を含む。電気的コンタクトは、ｎ型領域及びｐ型領域上に形成される。
天然のIII族窒化物基板は、一般的に、効果であり、広く利用可能でないため、III族窒化物デバイスは、しばしば、サファイア又はＳｉＣ基板上に成長される。サファイア及びＳｉＣは、これらの上に成長したIII族窒化物層とは異なる格子定数を持つため、III族窒化物層において張力及び結晶欠陥を生じさせ、性能低下及び信頼性の問題を生じさせるので、これらの非III族窒化物基板は、いまひとつである。
米国特許公開公報第６，０８６，６７３号は、『成長基板上に窒化物層を作り出し・・・多くのアプリケーションにとって、独立のＧａＮ層が好ましい・・・ＧａＮの成長は、支配的な成長面と平行な面内で、当該面に沿って機械的な欠陥を促進するのに十分な大きさの、且つ、基板と窒化物層とが窒化物の成長後に冷却されて作り出された熱応力のためにエピタキシャル窒化物層の層間剥離をもたらすための、機械的な脆弱性を示すように本質的又は意図的に設計された成長基板上で実行され得る・・・冷却及び層間剥離メカニズムは、独立したＧａＮ層と同様に厚く欠陥が無い層の形成（を可能とする）・・・自動的なＧａＮ層の層間剥離を促進するために適切な外来基質は、例えば、ＳｃＭｇＡｌＯ４などの、雲母状の、即ち積層化された又は黒鉛の材料、及び、マイカ材料の類を含む』ことを教示している。
本発明の目的は、基板状に成長したIII族窒化物合金薄膜を提供することである。ある実施形態では、III族窒化物発光デバイス構造体が、III族窒化物合金薄膜上に成長してもよい。
本発明の実施形態に従った方法では、III族窒化物層が基板上に成長する。基板は、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎであり、ここで、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイドから選択され、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌから選択され、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄから選択され、ｎは、１以上の整数である。ある実施形態では、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％であり、ａｓｕｂｓｔｒａｔｅは、基板の面内格子定数であり、ａｌａｙｅｒは、III族窒化物層のバルク格子定数である。
本発明の実施形態に従った方法では、III族窒化物層が基板上に成長する。基板は、非III族窒化物材料である。III族窒化物層は、三元、四元、又は、五元の合金である。III族窒化物層は、機械的に自己支持できる程度に十分厚く、低い欠陥密度を持つ。
ここで説明されるIII族窒化物合金薄膜は、III族窒化物発光デバイスのための成長基板として使用されてもよい。かかる合金薄膜上に成長したIII族窒化物発光デバイスは、従来手法により成長したIII族窒化物発光デバイスよりも少ない張力を持ち、従って、従来手法により成長したIII族窒化物発光デバイスよりも性能がよい。
図１は、基板上に成長した合金薄膜を示している。 図２は、合金薄膜上に成長した半導体デバイス構造体を示している。 図３は、薄膜フリップチップ発光デバイスを示している。 図４は、垂直発光デバイスを示している。
III族窒化物デバイスが成長可能な、暑い層の三元又は四元のIII族窒化物合金薄膜を作り出す１つの方法は、サファイアなどの従来基板上に堆積されるＧａＮなどの二元半導体テンプレート薄膜上に、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）などの高成長率堆積技術で合金薄膜を堆積させることである。基板（この例では、サファイア）とテンプレート薄膜（この例では、ＧａＮ）との間の格子不整合は、一般的に、大きい（＞１％）ため、ＧａＮは、多くの欠陥を含むであろう。合金薄膜（この例では、ＩｎＧａＮ）も、バイナリ薄膜に対して高い格子不整合を示す（＞１％）ため、追加的な欠陥又は不均一性が、成長中、合金薄膜内に組み込まれる。当該方法によって作り出された合金薄膜上に成長したデバイスは、格子不整合によって引き起こされた欠陥のため、低い性能を示すことがある。さらに、合金薄膜の厚さは、一般的に、追加的な欠陥の密度を最小化するために、せいぜい数マイクロメートルであり、従って、機械的に自己支持できない。このため、デバイスの成長は、この例では、サファイア、ＧａＮ、及び、ＩｎＧａＮを有する複合基板上で行なわれ、全てが異なる熱膨張係数を持ち、これは、重大なウェハボウ（wafer bow）又は他の幾何学歪みを引き起こすことがある。
本発明の実施形態では、所望の合金薄膜と格子整合した（又はほぼ格子整合した）、且つ、同一の六法対称を有する基板が提供される。基板が格子整合しているので、より少ない欠陥又は不均一性が、成長中、合金薄膜内に組み込まれ、薄膜は、機械的に自己支持できるように、より厚く成長できる（例えば、ある実施形態では５０μｍよりも厚く、ある実施形態では１００μｍよりも厚く、ある実施形態では２００μｍよりも厚い）。基板は、厚い合金薄膜から除去されてもよく、後に再利用されてもよい。
図１は、本発明の実施形態に従った基板１０上に成長した合金薄膜１２を示している。半導体材料の層は、バルク格子定数と面内格子定数とによって特徴付けられることができる。バルク格子定数は、半導体層と同一組成の完全に緩和した層の、理論的な格子定数である。面内格子定数は、成長した半導体層の格子定数である。半導体層が、歪んでいる場合、バルク格子定数は面内格子定数とは異なる。半導体層が実質的に格子整合した基板上に成長した場合、半導体層のバルク格子定数は、半導体層の面内格子定数とほぼ等しくなり、基板の面内格子定数と同じになり、クラッキング又は他の張力緩和を伴わないであろう。バルクのインゴットとして成長しウェハにスライスされた基板にとって、基板の面内格子定数は、基板のバルク格子定数と同じになるであろう。歪みを有して成長した基板又は複合基板にとって、基板の面内格子定数は、基板のバルク格子定数と異なるであろう。合金薄膜１２は、ある実施形態では、基板１０の面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅの１％以内のバルク格子定数ａｌａｙｅｒを持ち、ある実施形態では、基板１０の面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅの０．５％以内のバルク格子定数ａｌａｙｅｒを持つ。換言すれば、［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％は、ある実施形態では、わずか１％であり、ある実施形態では、わずか０．５％である。
基板１０は、非III族窒化物材料である。ある実施形態では、基板１０は、合金薄膜１２と似た、又は、同じ六法ウルツ鉱型対称を持つ。ある実施形態では、基板１０は、合金薄膜１２の堆積中に晒される化学的及び熱的影響による侵食にほぼ影響されない。ある実施形態では、基板１０は、堆積された合金薄膜１２の面内熱膨張係数の３０％以内の面内熱膨張係数を持つ。ある実施形態では、基板１０は、近紫外線放射に対して透明又は非透明であってもよい。ある実施形態では、基板１０は、単結晶又は実質的に単結晶材料である。
ある実施形態では、基板１０は、一般組成ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎの材料であり、ここで、Ｒは、しばしばＳｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイドから選択される三価の陽イオンであり、Ａも、しばしばＦｅ（III）、Ｇａ及びＡｌから選択される三価の陽イオンであり、Ｍは、しばしばＭｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄから選択される二価の陽イオンであり、ｎは、１以上の整数である。ある実施形態では、ｎ≦９であり、ある実施形態では、ｎ≦３である。ある実施形態では、ＲＡＭＯ４（即ち、ｎ＝１）組成は、ＹｂＦｅ２Ｏ４構造タイプであり、ある実施形態では、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎ（ｎ≧２）組成は、ＩｎＦｅＯ３（ＺｎＯ）ｎ構造タイプである。
以下の表は、基板１０に適した材料と、各基板と同じ面内格子定数を持つＩｎＧａＮ合金の組成とを例示している。
Figure 2014500842
これらの、及び、関連する基板材料は、参照により本願に組み込まれる、「Kimizuka and Mohri in "Structural Classification of RAO3(MO)n Compounds (R = Sc, In, Y, or Lanthanides; A = Fe(III), Ga, Cr, or Al; M = Divalent Cation; n = 1-11)"（Journal of Solid State Chemistry 78, 98 (1989)において公開）」に詳細に説明されている。
ある実施形態では、合金薄膜１２は、基板の主結晶面に対して「ずらして切断された（miscut）」又は角度付けられた、基板１０の表面上に成長する。ある実施形態では、合金薄膜１２が成長した基板１０の表面は、基底（０００１）面から−１０度〜＋１０度の間で方向付けられている。ある実施形態では、（０００１）面から−０．１５度〜＋０．１５度の間で傾けて切断することは、テラス端に形成された欠陥の数を好適に減少させる、基板表面上に大きな原子テラスをもたらす。
合金薄膜１２は、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）、又は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）を含む、当該技術分野において既知の任意の手段によって、基板１０上に堆積されてもよい。０．１％以内の格子整合は、少なくとも５０μｍの厚さで高品質な合金薄膜１２の堆積を可能とするが、合金薄膜１２と基板１０との間の完全な格子整合は不要である。本発明の実施形態の目的のため、三元又は四元ＡｌＩｎＧａＮ層のバルク格子定数は、ヴェガード則に従って見積もられてもよく、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮは、ａＡｌＩｎＧａＮ＝ｘ（ａＡｌＮ）＋ｙ（ａＩｎＮ）＋ｚ（ａＧａＮ）として表されることができ、ここで、変数「ａ」は、各二元材料のバルク格子定数を表しており、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。ＡｌＮは、３．１１１Åのバルク格子定数を持ち、ＩｎＮは、３．５４４Åのバルク格子定数を持ち、ＧａＮは、３．１８８５Åのバルク格子定数を持つ。
合金薄膜１２は、III族窒化物デバイス構造体が成長できる任意の材料であってもよい。合金薄膜１２は、しばしば、（ＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮなどの）三価の、又は、（ＡｌＩｎＧａＮなどの）四価の、III族窒化物又は他のIII−Ｖ族材料の合金である。上記の表に示されるように、ある実施形態では、ＩｎＧａＮ合金薄膜１２におけるＩｎＮの割合は、１４％と４８％との間であってもよい。可視光スペクトルのうち青色から赤橙の部分の可視光を放射する活性領域を有するIII族窒化物デバイス構造体が、上記表で挙げられた基板上に成長し得る。合金薄膜１２は、ある実施形態では、欠陥密度が５×１０８ｃｍ−２よりも小さく、ある実施形態では、欠陥密度が１０７ｃｍ−２よりも小さくなるように、成長し得る。
ある実施形態では、合金薄膜１２は、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、又は、Ｓｎなどの１又は複数のｎ型ドーパント、あるいは、例えば、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｚｎ、又は、Ｃｄなどの１又は複数のｐ型ドーパントでドープされる。ドープされた合金薄膜１２は、例えば、コンタクトがデバイス構造体の反対側の合金薄膜１２の表面上に形成された垂直デバイスにおいて用いられてもよい。ある実施形態では、合金薄膜１２は、合金薄膜を絶縁するために、Ｆｅ及び／又はＣなどの、１又は複数のドーパントでドープされる。絶縁合金薄膜は、ＬＥＤが単一の合金薄膜１２上に一体となって形成されたような幾つかのデバイスにおいて用いられてもよい。絶縁合金薄膜は、隣接するデバイスを電気的に絶縁することができる。単一の合金薄膜上に一体となって形成された幾つかのデバイスの例としては、交流電源に接続可能なＬＥＤのアレイがある。ある実施形態では、合金薄膜１２は、意図的に、ドープされない、又は、補償されて半絶縁性である。ある実施形態では、１又は複数のドーパントが、基板１０との格子不整合を減少させるために、合金薄膜１２の格子定数を微調整するために用いられ、これは、合金薄膜１２中に必要とされるインジウムの量を減少させ、及び／又は、より厚みのある合金薄膜１２の成長を可能とする。
ある実施形態では、合金薄膜１２は、基板１０から除去される。
基板１０が透明である場合、ある実施形態では、合金薄膜１２は、レーザビームが基板を通じて向けられるレーザリフトオフによって除去される。基板１０上に最初に成長したIII族窒化物材料の層は、レーザ光を吸収し溶けて、合金薄膜１２を基板から解放する。レーザリフトオフは、厚い合金薄膜１２と基板１０との間に介在する狭いエネルギーギャップの合金半導体のオプションの層１４によって促進されてもよい。狭いエネルギーギャップの層１４の組成は、当該層１４が厚い合金薄膜１２よりも多くの入射レーザ光を吸収するように、選択されてもよく、これは、基板１０と半導体材料との間の接合部分を溶かすために必要とされる入射光束を減らし、合金薄膜１２を通じてより少なく分散されたダメージを生成する。
ある実施形態では、層１４は、合金薄膜が基板の露出部分上に好適に核形成及び成長して、十分な厚さが堆積された後で不連続パターンの上に融合するように、合金薄膜１２の堆積前に基板１０上に与えられたＳｉＮｘ又はＳｉＯ２などの非III族窒化物材料の不連続パターン薄膜である。パターン化された層は、好適には、入射レーザ光を吸収し、合金薄膜と基板との間の接合部分の局所化された融解及び破壊を引き起こす。
ある実施形態では、オプションの脆弱領域１６が、合金薄膜１２と基板１０との接合部分の破壊を促進して、合金薄膜を基板から除去し易くするために、合金薄膜１２と基板１０との接合部分に、又は、当該接合部分の近傍に設けられる。脆弱領域は、合金薄膜又はパターン化された薄膜の全部又は一部の堆積前又は堆積後に、１又は複数の水素原子又は窒素原子又は他の原子を注入することによって、基板１０又は合金薄膜１２に設けられてもよい。合金薄膜１２中の脆弱領域１６は、最初に合金薄膜１２をより高いモル比率のＩｎＮで（特定の成長温度で）成長させ、次に、より低いモル比率のＩｎＮで（特定のより高い成長温度において、好ましくは、基板と格子整合した組成で）成長させることによって、設けられてもよい。より高いＩｎＮを含んだ合金薄膜は、より高い成長温度において、より高い及びより低いインジウム組成の領域へ、位相ダイアグラムに従って、変形し得る。最も高いインジウム組成の領域は、入射レーザ光をより多く吸収し、空間的に変化するインジウム組成に起因する機械的応力は、合金薄膜中に機械的な弱さを有する層を作るであろう。
脆弱領域１６は、合金薄膜１２の堆積前に、（例えば、基板材料の端部の矩形又は三角形格子で）基板の表面をパターン化することによって、合金薄膜１２／基板１０に設けられてもよい。
脆弱領域１６は、複数のミクロン規模の結晶欠陥又はボイドを結晶構造内に作るのに十分な強度及び光子エネルギーの、強く集束された、パルスレーザビームのパターンにウェハを晒すことによって、合金薄膜１２／基板１０に設けられてもよい。結晶欠陥のパターンは、１又は複数のレーザビームをウェハ上で走査することによって、あるいは、エキシマレーザなどの高出力単一レーザから多数のスポットを生成するための回折光学素子の使用によって、生成されてもよい。レーザビームは、短いサブマイクロ秒パルスで強く集中されてもよく、極めて局所化された欠陥を作ってもよい。上記露出は、更なるウェハ処理が露出後になされるほど十分低い放射線量で成長後のエピタキシースタックを通じて生じ得る。ある実施形態では、基板は、例えば、ウェハレベルの処理というよりもむしろダイレベルにおける処理として、後続のウェハ処理後に除去される。また、上記露出の合計出力は、従来的なレーザリフトオフに必要とされる出力よりも小さく、これは、より少ない機械的衝撃をもたらす。
ある実施形態では、基板１０が、ウェットケミカルエッチングなどのエッチングによって除去される。例えば、参照により本願に組み込まれるC. D. Brandleらの『Dry and Wet Etching of ScMgAlO4』（Solid-State Electronics, 42, 467 (1998)で公開）によって報告されているように、ＳｃＭｇＡｌＯ４は、Ｈ３ＰＯ４、Ｈ２Ｏ２、Ｈ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２：Ｈ２Ｏの水性混合物、及び、ＨＦの水性混合物によって容易に攻撃される。ある実施形態では、全て又は一部の基板１０が、８００ワットの印加パワーにおけるＣｌ２及びＡｒガス状混合物を用いた反応性イオンエッチングによって除去される。
上記表に示された基板材料は、結晶の（０００１）基底面（即ち、基板の配向が（０００１）である場合に基板表面に平行な面）が好適に折れるという、雲母状の性質を持つ。基板１０は、機械的方法によって、合金薄膜１２から除去されてもよい。適切な方法は、例えば、懸濁液を用いた機械的研磨、基板と合金薄膜との間への回転力の付与、粘着被覆されたプラスチックフィルムを基板に取り付けるとともに第２の粘着被覆されたプラスチックフィルムを合金層に取り付けて基板と合金薄膜とを引き離すこと、基板と合金薄膜との間の接合部分を分断するための鋭い刃を用いること、音響エネルギーのパルスの付与、接合面における極小部位（＜１ｍｍ２）に集中された１又は複数のレーザパルスを与えて破壊を起因する衝撃波を作ること、基板１０及び合金薄膜１２の表面に亘って不均一な温度分布を付与すること、並びに、合金薄膜１２と基板１０との面法線に亘って温度勾配を付与する（例えば、より高い温度が合金薄膜の一方の面に付与され、より低い温度が基板の他方の面に付与される）こと〜を含むが、これらに限定されない。
一旦、基板１０が合金薄膜１２から除去されると、基板１０は、再び表面処理されて、他の合金薄膜１２が当該基板１０の上に堆積されてもよい。
基板１０が除去された後、半導体デバイス構造体が、図２に示されるように、合金薄膜１２上に成長してもよい。下記の例において、半導体デバイス構造体は、可視光又は紫外線光を放射するIII族窒化物ＬＥＤであるが、レーザダイオード高電子移動度トランジスタ、及び、ヘテロ接合バイポーラトランジスタなどの電子及び光電子デバイスなどの他のデバイスが、上記基板上に形成されてもよい。
図２に示されるように、半導体構造体２２が、合金薄膜１２の上に成長する。半導体構造体２２は、ｎ型領域２１とｐ型領域２５との間に挟まれた発光領域又は活性領域２３を含む。ｎ型領域２１は、一般的に、最初に成長し、例えば、ｎ型の又は意図的にドープされない、バッファ層又は核形成層などの準備層、即ち、発光領域が効率的に発光するために望ましい特定の光学的又は電気的特性のために設計されたｎ型あるいはｐ型のデバイス層といった、異なる組成及びドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。発光領域又は活性領域２３は、ｎ型領域２１の上に成長する。適切な発光領域２３の例は、単一の厚い又は薄い発光層、あるいは、バリア層によって分離された多重の薄い又は厚い発光層を含む多重量子井戸発光領域を含む。ｐ型領域２５は、発光領域２３の上に成長する。ｎ型領域２１と同様に、ｐ型領域２５は、意図的にドープされない層、又は、ｎ型層を含む、異なる組成、厚み、及び、ドーパント濃度の複数の層を含んでいてもよい。一例では、ＳｃＭｇＡｌＯ４が基板１０であり、合金薄膜１２は、Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎである。この例では、ｎ型層、発光層、ｐ型層は、それぞれ、Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎ、Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎ、Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎで形成される。図２に示された構造体は、図３に示される薄膜フリップチップデバイス、及び、図４に示される垂直デバイスを含むがこれらに限定されない、任意の適切なデバイス設計へ処理されてもよい。
図３に示されたデバイスでは、ｐコンタクト金属２６がｐ型領域２５上に堆積され、ｐ型領域２５の一部と活性領域２３の一部とが金属化のためのｎ型層を晒すために除去されている。ｐコンタクト２６及びｎコンタクト２４は、デバイスの同じ側にある。ｐコンタクト２６は、ギャップ２７によってｎコンタクト２４から電気的に絶縁されており、ギャップ２７は、誘電体などの電気的絶縁材料で満たされていてもよい。図３に示されるように、ｐコンタクト２６は、複数のｎコンタクト領域２４の間に堆積されていてもよいが、これは必須ではない。ある実施形態では、ｎコンタクト２４とｐコンタクト２６の一方又は両方が、反射性であり、デバイスは、図３に示された向きのデバイスの上部を通じて光が抽出されるように、マウントされる。ある実施形態では、コンタクトは、ある程度制限されてもよく、又は、透明に作られてもよく、デバイスは、コンタクトが形成された表面を通じて光が抽出されるようにマウントされてもよい。半導体構造体は、マウント２８に取り付けられる。半導体構造体２２が成長する合金薄膜は、図３に示されるように、除去されてもよい、あるいは、デバイスの一部に残っていてもよい。ある実施形態では、合金薄膜の除去によって露出した半導体層、又は、デバイスの一部として合金薄膜が残る実施形態における合金薄膜自体は、パターン化又は粗面化されてもく、これは、デバイスからの光抽出を改善可能とする。
図４に示される垂直射出ＬＥＤでは、ｎコンタクトが、半導体構造体２２の一方の側に形成され、ｐコンタクトが、半導体構造体の他方の側に形成される。例えば、ｐコンタクト２６が、ｐ型領域２５上に形成され、デバイスが、ｐコンタクト２６を通じてマウント２８に取り付けられてもよい。合金薄膜の全て又は一部は、除去されてもよく、ｎコンタクト２４は、合金薄膜の全て又は一部の除去によって露出したｎ型領域２１の表面上に形成されてもよい。ｎコンタクトへの電気的コンタクトは、図４に示されるように、ワイヤボンドで作られてもよいし、又は、金属ブリッジで作られてもよい。ある実施形態では、合金薄膜の全て又は一部が、デバイス中に残り、電気的コンタクトが合金薄膜に作られる。
ＬＥＤは、白色光又は他の色の単色光を作るための蛍光体、量子ドット、又は、染料などの１又は複数の波長変換材料と組み合わせられてもよい。ＬＥＤによって放たれた光の全て又は一部のみが、波長変換材料によって変換されてもよい。ＬＥＤによって放たれた未変換の光が、光の最終的なスペクトルの一部であってもよいが、これは必須ではない。通常の組み合わせの例は、黄色放射蛍光体と組み合わせられた青色発光ＬＥＤ、緑色放射蛍光体及び赤色放射蛍光体と組み合わせられた青色発光ＬＥＤ、青色放射蛍光体及び黄色放射蛍光体と組み合わせられた紫外線放射ＬＥＤ、並びに、青色放射蛍光体、緑色放射蛍光体、及び、赤色放射蛍光体と組み合わせられた紫外線放射ＬＥＤを含む。他の色の光を放射する波長変換材料が、デバイスから放射された光のスペクトルを調整するために加えられてもよい。
例えば、波長変換素子は、ＬＥＤに接着又は接合された、あるいは、ＬＥＤから離れた形成済みのセラミック蛍光体層、あるいは、ステンシル印刷、スクリーン印刷、スプレー、堆積、蒸着、スパッタ、又は、ＬＥＤに他の方法で施された有機的又は無機的カプセル化材料内に配置された粉末状の蛍光体又は量子ドットを含む。
三元、四元、又は、五元の半導体合金薄膜は、利用可能な基本的な二元の半導体基板よりも更に、幾つかの利点を持つことができる。例えば、上記合金薄膜の結晶構造及び面内格子定数は、III族窒化物デバイス構造体によりよく整合し得る。これは、より高い結晶品質（例えば、より少ない欠陥）、材料の光電子特性及びデバイス性能を改善し得る活性層におけるより少ない応力、並びに、基板とデバイス層との熱膨張係数のよりよい整合ををもたらし、これは、デバイスのより高い歩留まりをもたらす。
本発明について詳細に説明してきたが、当該技術分野における当業者は、ここで説明された発明の概念を逸脱しない範囲で、当該開示から、本発明を変形することができることを理解するであろう。従って、本発明の範囲は、図示及び説明された特定の実施形態に限定されないと解されるべきである。

Claims (20)

  1. 基板上にIII族窒化物層を成長させるステップを有し、
    前記基板は、ＲＡＯ３（ＭＯ）ｎであり、ここで、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイドから選択され、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌから選択され、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄから選択され、ｎは、１以上の整数であり、
    前記基板は、面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅを持ち、
    前記III族窒化物層は、バルク格子定数ａｌａｙｅｒを持ち、
    ［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％である、方法。
  2. 前記基板が、ＳｃＭｇＡｌＯ４、ＳｃＧａＭｇＯ４、ＳｃＡｌＭｎＯ４、及び、ＩｎＡｌＭｎＯ４のうちの１つである、請求項１記載の方法。
  3. 前記III族窒化物が、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのうちの１つである、請求項１記載の方法。
  4. 前記III族窒化物層が、５０μｍよりも大きい厚みを持つ、請求項１記載の方法。
  5. 前記基板を除去するステップを更に有する、請求項１記載の方法。
  6. ｎ型領域とｐ型領域との間に配置されたIII族窒化物発光層を有する構造体を、前記III族窒化物層上に成長させるステップを更に有する、請求項５記載の方法。
  7. 前記ｎ型領域は、Ｉｎ０．１４Ｇａ０．８６Ｎの少なくとも１つの層を有し、前記III族窒化物発光層は、Ｉｎ０．１６Ｇａ０．８４Ｎを有し、前記ｐ型領域は、Ｉｎ０．１２Ｇａ０．８８Ｎの少なくとも１つの層を有する、請求項６記載の方法。
  8. 前記除去するステップが、前記基板と前記III族窒化物層との間に配置された犠牲層を溶かすステップを有する、請求項５記載の方法。
  9. 前記犠牲層が、パターン化された非III族窒化物薄膜と、前記III族窒化物層よりも低いバンドギャップを持つIII族窒化物材料とのうちの１つである、請求項８記載の方法。
  10. 前記除去するステップが、機械的方法による除去するステップと、刃を用いて前記III族窒化物層と前記基板との間の接合部分を分断するステップとのうちの１つを有する、請求項５記載の方法。
  11. 前記除去するステップが、前記基板に配置された脆弱領域において前記III族窒化物層から前記基板を分離するステップ、前記III族窒化物層に配置された脆弱領域において前記III族窒化物層から前記基板を分離するステップ、又は、前記基板と前記III族窒化物層との間の接合部分において前記III族窒化物層から前記基板を分離するステップを有する、請求項５記載の方法。
  12. 前記脆弱領域が、パターン化された層を有する、請求項１１記載の方法。
  13. 前記脆弱領域が、水素原子及び窒素原子のうちの１つを注入された領域を有する、請求項１１記載の方法。
  14. 前記III族窒化物層が、ＩｎＧａＮであり、前記脆弱領域が、前記III族窒化物層よりも高いＩｎＮ組成を持つ領域を有する、請求項１１記載の方法。
  15. 前記脆弱領域が、集光レーザビームの照射によって作られた、複数のミクロン規模の結晶欠陥又はボイドを有する、請求項１１記載の方法。
  16. 基板上にIII族窒化物層を成長させるステップを有する方法であって、
    前記基板が、非III族窒化物材料であり、
    前記III族窒化物層が、三元、四元、又は、五元の合金であり、
    前記III族窒化物層が、機械的に自己支持できる程度に十分厚く、
    前記III族窒化物層が、５×１０８ｃｍ−２よりも小さい欠陥密度を持つ、方法。
  17. 前記III族窒化物層から前記基板を除去するステップを更に有する、請求項１６記載の方法。
  18. 前記基板を除去した後で、前記III族窒化物層上に発光層を成長させるステップを更に有する、請求項１７記載の方法。
  19. 前記基板が、ＳｃＭｇＡｌＯ４、ＳｃＧａＭｇＯ４、ＳｃＡｌＭｎＯ４、及び、ＩｎＡｌＭｎＯ４のうちの１つである、請求項１６記載の方法。
  20. 前記基板が、面内格子定数ａｓｕｂｓｔｒａｔｅを持ち、
    前記III族窒化物層は、バルク格子定数ａｌａｙｅｒを持ち、
    ［（｜ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ−ａｌａｙｅｒ｜）／ａｓｕｂｓｔｒａｔｅ］＊１００％が、わずか１％である、請求項１６記載の方法。
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