JP5674806B2 - 薄いn型領域を有するIII−V族発光デバイス - Google Patents
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Description
(発明の技術分野)
本発明はn型領域と接続された透明な導電性酸化物を有するIII-V族発光デバイスに関する。
発光ダイオード(LEDs)、共振キャビティ発光ダイオード(RCLEDs)、垂直キャビティレーザーダイオード(VCSELs)、及び端面発光レーザーなどの半導体発光デバイスは、現在入手できる最も効率的な光源の1つである。可視スペクトル全体で使用可能な高輝度の発光デバイスの製造において現在興味深い材料系としてIII-V族半導体が挙げられ、特にガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の2成分、3成分、及び4成分の合金で、III族窒化物材料としても言及されるものである。典型的には、III族窒化物の発光デバイスは、有機金属化学気相蒸着(MOCVD)、分子線エピタキシ(MBE)、又は他のエピタキシャル技術により、異なる組成物及びドーパント濃度の半導体層をサファイア、シリコンカーバイド、III族窒化物、又は他の適切な基板上へエピタキシャルに成長させる積層により組み立てられる。積層は多くの場合、基板上に形成された例えばSiでドープされた1以上のn型層、n型層又は複数の層上に形成された活性領域内の1以上の発光層、及び活性領域の上に形成された例えばMgでドープされた1以上のp型層を含む。電気的接点はn型及びp型領域上で形成される。
「歪み低減のためにテンプレート上で成長させたIII-窒化物発光デバイス」なる名称のUS 2008/0153192は参照により本明細書に組み込まれ、デバイス内、特に発光層内の歪みを低減するために設計されたテンプレート上でIII族窒化物デバイスの発光層を含むデバイス層を成長させることを示す。テンプレートは、サファイアのような従来の基板上で成長させる。
厚いn型領域を必要としないデバイスが技術的に必要とされる。
本発明は薄いn型領域を有するデバイスを提供することを目的とする。
本発明の態様において、デバイスはn型領域及びp型領域の間に配置されたIII族窒化物の発光層を含む半導体構造を含む。透明な導電性の非III族窒化物材料はn型領域と直接接触して配置される。発光層及び透明な導電性の非III族窒化物材料の間の半導体材料の総厚は、1μm未満である。
フリップチップデバイスにおいては、従来どおりサファイア基板上で成長させ、p接点はデバイス内で成長させた最後のp型層の表面上で形成され、その後メサがエッチング処理されてn接点が形成されているn型領域の一部が露出する。電流がn型III族窒化物材料の中を通ってより容易に伝わることから、p接点は典型的にはn接点よりもより広い領域を覆う。n接点は典型的にはn型GaN層上で形成される。n型GaN層は従来のIII族窒化物フリップチップデバイスにおいて低いシート抵抗、例えば20Ω/square未満を提供するのに十分に厚く、かつ十分な導電性であるべきである。
本発明のいくつかの態様において、減少した歪みのIII族窒化物デバイス上の接点は、厚いn型領域内を伝わる電流が必要とならないように形成及び配置される。n型領域は従って、電流がn型領域の中を通って伝わるデバイス内よりも薄く作られてもよい。
図1において、n型領域12、発光領域14、及びp型領域16を含むデバイス層は基板10の上で成長させる。基板は例えば、US 2008/0153192に記載されるサファイアのような成長基板上で成長させたテンプレートの1つ、US 2007/0072324に記載される複合基板であって例えばサファイアホスト、サファイア、SiC、又はSi基板に結合させたInGaNシード層であってもよい。
p型領域16は、発光領域14の上で成長させる。n型領域と同様に、p型領域は、異なる組成、厚さ、及びドーパント濃度(意図的にドープされていない層、又はn型層を含む)の複数の層を含んでもよい。
p接点18はp型領域16の頂上表面上に形成される。p接点18は反射層、例えば銀を含んでもよい。p接点18は、他の追加の層、例えばオーミック接触層及び、例えばチタン及び/又はタングステンを含む保護シートを含んでもよい。いくつかの態様において、接点間で生成される光は吸収され易いことから、p接点18は後に形成されるn接点と一致する領域から除去されて、p型及びn型接点の直接間の発光領域において光が生成されるのを防止する。抵抗性材料(図1に示されたものでない)のような電流を阻止する構造が、これらの領域内に形成されてもよい。
半導体構造がマウント26へ結合された後に、成長基板10は除去されてもよい。例えば、サファイア成長基板又は複合基板の一部であるサファイアホスト基板は、サファイア基板との境界面においてIII族窒化物又は他の層のレーザー溶融により除去されてもよい。他の技術、例えばエッチング又はグラインディングのような機械的な技術が基板の除去に適切であるように使用されてもよい。基板の一部、例えば複合基板のシード層又は非III族窒化物の成長基板上で成長した格子定数を拡張させるテンプレートの1以上の半導体層は、除去もされてもよいが、デバイス部分のまま残存してもよい。溝22の中の結合層24が基板を除去するのと同じ工程により除去されない場合、NiAuのような残存結合層の材料は、例えばウェットエッチングにより除去されてもよい。
いくつかの態様において、基板10の全て又は一部が除去された後、半導体構造は、例えば光電気化学(PEC)エッチングにより薄くされる。半導体構造の露出表面は、多くの場合n型領域12の表面であり、例えば粗面化されることにより又は光結晶の形成によりテクスチャー化されてもよい。
成長基板がエッチングにより除去される態様において、例えばシリコンの成長基板の場合において、溝22は図2及び3に示されるように成長基板が除去される前よりも除去された後エピタキシャル層内に形成されてもよい。これらの態様において、溝22は透明な導電性材料34が形成された後に形成されてもよい。
与えられたIII族窒化物材料において、Ω/squareで表されるシート抵抗は、厚さ及びドーピングの関数である。n型領域12のシート抵抗は、いくつかの態様においては90Ω/squareよりも大きく、及びいくつかの態様においては80Ω/squareよりも大きくてもよい。n型領域12及び透明な導電性材料24の組み合わせは、いくつかの態様においては70Ω/square未満及びいくつかの態様においては60Ω/square未満のシート抵抗を有していてもよい。対照的に、厚いGaNのn型領域を有する従来のIII族窒化物デバイスにおいて、n型領域のシート抵抗は約40Ω/squareである。
図6は複合基板10上で成長させたn型領域12、発光領域14、及びp型領域16を示す。複合基板10はホスト基板40、例えばサファイア;結合層42及び44、例えばそれぞれシリコンの窒化物及びシリコンの酸化物;及びシード層46、例えば8%以下のInN組成を有するInGaNを含む。シード層は、例えば米国出願番号12/236,853(参照により本明細書に組み込まれる)に記載されるような領域又は島状に形成されてもよい。シード層は、例えばいくつかの態様においては500Å〜2000Å厚及びいくつかの態様においては約1000Å層であってもよい。デバイス層12、14及び16は、半導体領域の間の溝47が維持されるよう、水平方向よりも垂直方向の成長に有利になるような条件下で成長させる。いくつかの態様において、n型領域12は0.2〜0.5μm厚のInGaN領域であり、発光領域14は約1000Å厚の多重量子井戸の活性領域であり、及びp型領域16は約1000Å厚のInGaNの層である。
図8において、図6のホスト基板40並びに結合層42及び44は、特別なホスト基板材料の除去に適切な技術により除去される。例えば、サファイアホストはレーザー溶融により除去されてもよい。
図10において、透明な導電性材料34が露出したn型領域12上に形成される。透明な導電性材料34は、例えばITOのような透明な導電性酸化物であってもよい。追加の結合層54、例えばシリコンの酸化物が透明な導電性材料34上に形成され、その後例えば化学機械研磨により研磨されてもよい。
図12において、残存している結合層、例えば結合層50及び結合層48が除去されてp接点の頂上表面が露出してもよい。
図13に示されるデバイスにおいて、光はそのデバイスから光学部材56を通って取り出される。1つのLEDが1つの領域又は複数の領域を含んでいてもよい。
Claims (10)
- n型領域及びp型領域の間に配置されたIII-V族発光層を含む半導体構造と、
前記n型領域と直接接触している、透明な導電性の非III族窒化物材料と、
前記透明な導電性の非III族窒化物材料と反対側の半導体構造の表面であるp型領域の表面上に配置された反射金属のp接点と、
前記n型領域に直接接触する、前記透明な導電性の非III族窒化物材料の表面を露出するように形成された少なくとも1つの開口部に配置された金属のn接点と、
を含み、
前記発光層と前記透明な導電性の非III族窒化物材料との間の半導体材料の総厚が、0.8μm以下であり、
前記半導体構造から取り出される光の大部分が前記透明な導電性の非III族窒化物材料を通って取り出される、
デバイス。 - 透明な導電性の非III族窒化物材料が酸化物である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記p型領域の表面上に配置された反射金属の前記p接点及び透明な導電性の非III族窒化物材料の間の半導体材料は全てInGaNである、請求項1に記載のデバイス。
- 発光層及び透明な導電性の非III族窒化物材料の間の半導体材料の面内格子定数が3.186Åより大きい、請求項1に記載のデバイス。
- 透明な導電性の非III族窒化物材料に結合された光学部材をさらに含む請求項1に記載のデバイス。
- 透明な導電性の非III族窒化物材料に結合された発光セラミックをさらに含む請求項1に記載のデバイス。
- 透明な導電性の非III族窒化物材料に形成された溝に合わせた半導体材料に形成された溝をさらに含む請求項1に記載のデバイス。
- 発光層がIII族窒化物材料である、請求項1に記載のデバイス。
- n型領域が90Ω/squareよりも大きいシート抵抗を有し、並びにn型領域及び透明な導電性の非III族窒化物材料の組み合わせが70Ω/square未満のシート抵抗を有する、請求項1に記載のデバイス。
- n型領域が80Ω/squareよりも大きいシート抵抗を有し、並びにn型領域及び透明な導電性の非III族窒化物材料の組み合わせが60Ω/square未満のシート抵抗を有する、請求項1に記載のデバイス。
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