JP5740532B2 - 発光装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
更には、シリコン基板ウェーハを加工処理するための、中古の半導体プロセス装置が、多くの場合、低価格で入手可能であり、これは、集積回路製造会社が、集積回路製造技術の進歩に遅れることなく対応するために、自身の製造設備を頻繁にアップグレードするという事実によるものである。それゆえ、コストの観点からは、比較的安価なシリコン基板ウェーハ上にGaN系LEDを作製し、かつそのようなシリコンウェーハを加工処理するために、入手可能な中古の半導体プロセス装置を使用することが可能であることが望ましいが、シリコン基板上に高品質のGaNエピタキシャル層を成長させることに関しては、多くの問題点が存在する。
シリコン基板上にGaNをエピタキシャル成長させる場合、成長中のエピタキシャル材料は、望ましくなく高密度の格子欠陥を呈する恐れがある。GaN層が十分な厚さにまで成長する場合には、GaN層内部の応力が、後に成長したGaN材料の部分内に、ある種のクラックを生じさせる恐れがある。更には、シリコンとGaNとは、異なる熱膨張係数を有する。シリコン基板上に配置されたGaNを含む構造の温度が上昇する場合には、例えば、その構造のシリコン材料部分は、GaN材料が膨張する速度とは異なる速度で膨張することになる。これらの異なる熱膨張率は、そのLED装置の様々な層の間に応力を生じさせる。この応力は、クラック及び他の問題を引き起こす恐れがある。更には、GaNは化合物材料であり、Siは単体材料であるため、シリコン基板上にGaNを成長させることは困難である。この非極性構造から極性構造への遷移は、実質的な格子不整合と組み合わされて、欠陥を生じさせる。これらの理由及び他の理由のために、殆どの市販の白色LED装置の、エピタキシャルLED構造部分は、シリコン基板上に成長させることはない。シリコン基板上に青色LEDを作製するための、改善されたプロセス及び方法が求められている。
電極が追加されて、このウェーハ接合構造は、個別の青色LED装置へと個片化される。各青色LED装置内部では、PAN構造のn形層は、LRL層の少なくとも一部分と直接接触している。LRL層は、LRL/n形層界面でのn形層のシート抵抗よりも低い、LRL/n形層界面でのシート抵抗を有する。n形層のシート抵抗は、15Ω/□超である。
融解の前には、素子ウェーハ構造は、その上にエピタキシャルLED構造を成長させたシリコン基板などの、基板上に配置されたエピタキシャルLED構造を含む。この素子ウェーハ構造は、エピタキシャルLED構造の上に配置される、非反応性バリアメタルの層を更に含む。一実施例では、非反応性バリアメタルの層は、厚さ50nm超のチタンの単一層である。一実施例では、共晶金属層は、第1の金のサブレイヤー、金/錫のサブレイヤー、及び第2の金のサブレイヤーを含み、金/錫のサブレイヤーは、2つの金のサブレイヤーの間に配置される。共晶金属層が融解する際、非反応性バリアメタル層は、共晶層からの錫が、この非反応性バリア層を通過して拡散することを防止する。具体的一実施例では、エピタキシャルLED構造と非反応性バリアメタル層との間に配置される、銀の高反射層が存在する。この銀層は、反射鏡機能を提供し、また、エピタキシャルLED構造に対する電気的コンタクトとしても役立つ。非反応性バリアメタル層は、共晶接合金属層からの錫が、ウェーハボンディングプロセスの間に、この銀層内に入り込むことを防止する。錫が銀鏡内に拡散することが可能である場合には、その銀鏡の反射率が減少する恐れがあり、また、銀コンタクトの接触抵抗率が増大する恐れがある。
青色LED装置51〜54の上向きのカソード電極は、第2金属構造59の露出部分にワイヤボンディングされる。第1パッド60が、ハンダマスク層58内の別の開口部によって形成される。第2パッド61が、ハンダマスク層58内の更に別の開口部によって形成される。図3の断面図に示されるように、第1金属構造57及び第2金属構造59は、誘電体層62上に配置される金属層の部分である。誘電体層62は、厚さ35um〜250umのAl2O3のような無機充填剤を含有するエポキシ材料の層である。この誘電体層62は、金属コアPCB19のアルミニウム又は銅の基底部分63から、第1金属構造57及び第2金属構造59を絶縁する。
GaN層がより厚く成長する際に、応力が蓄積する正確な理由は、完全に理解されていないが、GaN層内の応力の蓄積がクラックを生じさせる直前に、GaN層の成長を中断させることによって、クラックを防止することができる点は経験的に既知である。この時点で、薄い介在層をGaN層の上面上に成長させる。この介在層は、例えば厚さ5nmのAlNの層である。
この薄い介在サブレイヤーの形成の後、別のGaNのサブレイヤーをその介在層上に成長させる。この第2のGaNサブレイヤーは、そのGaNサブレイヤーが、過度に大きい内部応力を有することなく、可能な限り厚くなるように成長させる。この周期性が、複数回繰り返される。各介在層の後に、重ね合わされるGaNサブレイヤーの品質は、より低い格子欠陥の密度の点から、品質改善されたものである。例えば、典型的な、Siの上のGaNは、1×1010の欠陥/cm3の、高い欠陥密度を有する。品質改善された、Siの上のGaNの欠陥濃度は、1×107〜1×109の欠陥/cm3の範囲である。
参照番号78及び参照番号79は、メサ構造のうちの2つを特定する。
高反射層10の銀は、封入層11によって、メサの下から横方向に外れて移動することをブロックされる。高反射層10の銀は、p形GaN層8の底面(メサの底部)によって、頂部から封じ込められる。
Claims (18)
- シリコン基板上にバッファ層を形成し、
前記バッファ層上にアンドープ窒化ガリウム層を形成し、
前記アンドープ窒化ガリウム層上に、周期構造を有し、その各周期に第1窒化アルミニウムガリウム層及び第1窒化ガリウム層を含む超格子構造を直接形成し、
前記超格子構造上を覆うn形層を、前記超格子構造上に直接形成し、
前記n形層上に、一定量のインジウムを含む活性層を形成し、
前記活性層の上にp形層を形成し、
前記シリコン基板、前記超格子構造、前記n形層、前記活性層、及び前記p形層を含む第1構造に導電基板をボンディングし、
前記第1構造に導電基板をボンディングした第2構造から前記シリコン基板を除去し、
前記超格子構造の表面を粗面化し、
前記第2構造から前記シリコン基板を除去した第3構造上に電極を形成し、
前記電極を形成した前記第3構造を個片化する発光装置の製造方法であって、
前記n形層は、周期構造を有し、その1つの周期に、第2窒化ガリウム層及び第2窒化アルミニウムガリウム層を含み、
前記第2窒化ガリウム層は、前記第1窒化ガリウム層よりも厚く、
前記第2窒化アルミニウムガリウム層は、前記第1窒化アルミニウムガリウム層よりも薄く形成され、
前記第1窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3未満のシリコン濃度を有し、
前記第2窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3超のシリコン濃度を有し、
前記超格子構造の前記n形層との界面におけるシート抵抗は、前記界面における前記n形層のシート抵抗よりも小さい発光装置の製造方法。 - (a)シリコン基板の上に超格子構造を形成する工程であって、前記超格子構造は、周期構造を有し、その各周期に第1窒化アルミニウムガリウム層及び第1窒化ガリウム層を含むように形成する工程と、
(b)前記超格子構造上を覆うn形層を、前記超格子構造上に直接形成する工程と、
(c)前記n形層の上に活性層を形成する工程であって、前記活性層が一定量のインジウムを含むように形成する工程と、
(d)前記活性層の上にp形層を形成する工程と、
(e)前記シリコン基板、前記超格子構造、前記n形層、前記活性層、及び前記p形層を含む第1構造に導電基板をボンディングする工程と、
(f)前記第1構造に導電基板をボンディングした第2構造から前記シリコン基板を除去する工程と、
を備え、
前記超格子構造の前記n形層との界面におけるシート抵抗は、前記界面における前記n形層のシート抵抗よりも小さい、発光装置の製造方法。 - (a)シリコン基板の上に超格子構造を形成する工程であって、前記超格子構造は、周期構造を有し、その各周期に第1窒化アルミニウムガリウム層及び第1窒化ガリウム層を含むように形成する工程と、
(b)前記超格子構造上を覆うn形層を、前記超格子構造上に直接形成する工程と、
(c)前記n形層の上に活性層を形成する工程であって、前記活性層が一定量のインジウムを含むように形成する工程と、
(d)前記活性層の上にp形層を形成する工程と、
(e)前記シリコン基板、前記超格子構造、前記n形層、前記活性層、及び前記p形層を含む第1構造に導電基板をボンディングする工程と、
(f)前記第1構造に導電基板をボンディングした第2構造から前記シリコン基板を除去する工程と、
を備え、
前記工程(f)の後に、前記超格子構造の全てを除去し、さらに、前記n形層の一部を除去する発光装置の製造方法。 - 前記超格子構造の前記n形層との界面におけるシート抵抗は、前記界面における前記n形層のシート抵抗よりも小さい請求項3記載の発光装置の製造方法。
- (g)前記第2構造から前記シリコン基板を除去した第3構造上に電極を形成する工程と、
(h)前記電極を形成した前記第3構造を個片化する工程と、
を更に備えた請求項2〜4のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記n形層は、周期構造を有し、その各周期は、第2窒化ガリウム層及び第2窒化アルミニウムガリウム層を含み、
前記第2窒化ガリウム層は、前記第1窒化ガリウム層よりも厚く、
前記第2窒化アルミニウムガリウム層は、前記第1窒化アルミニウムガリウム層よりも薄く形成される請求項2〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記第1窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3未満のシリコン濃度を有し、
前記第2窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3超のシリコン濃度を有する請求項6記載の発光装置の製造方法。 - 前記n形層は、周期構造を有し、その各周期は、窒化ガリウム層と、窒化アルミニウム及びシリコンドープされた窒化アルミニウムガリウムのいずれかを材料とする層と、を含む請求項2〜5のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 前記工程(a)の前に、前記シリコン基板上にバッファ層を形成し、前記バッファ層上にアンドープ窒化ガリウム層を形成する工程を更に備え、
前記超格子構造は、前記工程(a)において、前記アンドープ窒化ガリウム層上に直接形成される請求項2〜8のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。 - 前記工程(f)の後に、前記超格子構造の表面を粗面化する工程を更に備えた請求項2〜9のいずれか1つに記載の発光装置の製造方法。
- 複数個の周期を含む低抵抗層であって、前記複数個の周期のうちの少なくとも1つが、窒化アルミニウムガリウム層及び窒化ガリウム層を含む低抵抗層と、
前記低抵抗層と直接接触するように配置されたn形層と、
p形層と、
前記n形層と前記p形層との間に配置され、一定量のインジウムを含む活性層と、
導電基板と、
第1電極と、
第2電極と、を備え、
前記n形層は、周期構造を有し、その各周期は、窒化ガリウム層と、窒化アルミニウム及びシリコンドープされた窒化アルミニウムガリウムのいずれかを材料とする層と、を含み、
前記第2電極から、前記導電基板を通過し、前記p形層を通過し、前記活性層を通過し、前記n形層を通過し、前記低抵抗層を通過し、前記第1電極へと電流を流すことにより、非単色光を放射させる発光装置。 - 複数個の周期を含む低抵抗層であって、前記複数個の周期のうちの少なくとも1つが、窒化アルミニウムガリウム層及び窒化ガリウム層を含む低抵抗層と、
前記低抵抗層と直接接触するように配置されたn形層と、
p形層と、
前記n形層と前記p形層との間に配置され、一定量のインジウムを含む活性層と、
導電基板と、
第1電極と、
第2電極と、を備え、
前記n形層は、複数個の周期を含み、
前記n形層の各周期は、窒化ガリウム層及び窒化アルミニウムガリウム層を含み、
前記n形層の窒化ガリウム層は、前記低抵抗層の前記窒化ガリウム層よりも厚く、
前記n形層の前記窒化アルミニウムガリウム層は、前記低抵抗層の前記窒化アルミニウムガリウム層よりも薄く、
前記第2電極から、前記導電基板を通過し、前記p形層を通過し、前記活性層を通過し、前記n形層を通過し、前記低抵抗層を通過し、前記第1電極へと電流を流すことにより、非単色光を放射させる発光装置。 - 複数個の周期を含む低抵抗層であって、前記複数個の周期のうちの少なくとも1つが、窒化アルミニウムガリウム層及び窒化ガリウム層を含む低抵抗層と、
前記低抵抗層と直接接触するように配置されたn形層と、
p形層と、
前記n形層と前記p形層との間に配置され、一定量のインジウムを含む活性層と、
導電基板と、
第1電極と、
第2電極と、を備え、
前記低抵抗層のシート抵抗は、前記n形層のシート抵抗よりも小さく、
前記第2電極から、前記導電基板を通過し、前記p形層を通過し、前記活性層を通過し、前記n形層を通過し、前記低抵抗層を通過し、前記第1電極へと電流を流すことにより、非単色光を放射させる発光装置。 - 前記n形層は、複数個の周期を含み、
前記n形層の各周期は、窒化ガリウム層及び窒化アルミニウムガリウム層を含み、
前記n形層の窒化ガリウム層は、前記低抵抗層の前記窒化ガリウム層よりも厚く、
前記n形層の前記窒化アルミニウムガリウム層は、前記低抵抗層の前記窒化アルミニウムガリウム層よりも薄い請求項11または13に記載の発光装置。 - 前記低抵抗層のシート抵抗は、前記n形層のシート抵抗よりも小さい請求項11記載の発光装置。
- 前記低抵抗層の前記窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3未満のシリコン濃度を有し、
前記n形層の前記窒化アルミニウムガリウム層は、1×1018atoms/cm3超のシリコン濃度を有する請求項12または14に記載の発光装置。 - 前記低抵抗層は、粗面を有し、
前記第1電極は、前記低抵抗層と直接接触する請求項11〜16のいずれか1つに記載の発光装置。 - 前記導電基板と前記p形層との間に配置された共晶接合金属層を更に備える請求項11〜17のいずれか1つに記載の発光装置。
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