JP2009510730A - 半導体発光デバイスおよびその製造方法 - Google Patents

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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_ｉＯ_２、Ａｕ、Ａｌ、およびＡｇのうちの１つを含む。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_ｉＯ_２、Ａｕ、Ａｌ、およびＡｇのうちの１つを含む。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

（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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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_２、ＳｉＮ、またはＡｌ_２Ｏ_３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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｐ（０≦ｘ≦１；０≦ｙ≦１）、およびＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ａｓ（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。

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_２環境に約２０分間置かれる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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_２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_２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_２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_２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。

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。

ステップＢでは、ＳｉＯ_２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_２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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

その後、ステップＣにおいて、空洞１５０９を充填するために、ＳｉＯ_２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。

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。

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。

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。

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。

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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。

Claims (21)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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_２、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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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。
11. 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。
12. 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。
13. 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。
14. 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_２、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。
15. 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。
16. 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。
17. 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。
18. 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。
19. 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。
20. 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。
21. 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。

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