JP2012212929A

JP2012212929A - ＩｎＧａＡｌＮ発光装置とその製造方法

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Publication number: JP2012212929A
Application number: JP2012150559A
Authority: JP
Inventors: Kang-Pung-Ik; 江▲風▼益; Li Wang; 王立; Jeon-Pyeong Woong; 熊▲傳▼兵; Moon-Gyeong Pang; 方文卿; ▲劉▼和初; Hwa-Cho Yoo; Mo-Heung Chu; 周毛▲興▼
Original assignee: Lattice Power Jiangxi Corp
Current assignee: Lattice Power Jiangxi Corp
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2012-07-04
Publication date: 2012-11-01
Also published as: EP1885001A4; KR20080015794A; JP2008543032A; CN1694271A; EP1885001A1; WO2006125396A1; US8384100B2; CN100372137C; US20090026473A1

Abstract

【課題】ＩｎＧａＡｌＮ発光装置およびその製造方法の提供。
【解決手段】発光装置は、主面および背面を有する伝導性基板１１と、基板の主面上に形成された金属結合層１２と、結合層上に形成された光反射層１３と、反射層１３上に配置された少なくとも１つのｐ型および１つのｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層を含む半導体多層構造１４と、反射層１３と直接接触しているｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層と、前記ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層の上および伝導性基板の背面の上にそれぞれ配置されたオーム性電極１５、１６と、を含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一種の窒化インジウムガリウムアルミニウム（Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置と、その製造方法に関する。

窒化インジウムガリウムアルミニウム（Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）は、短波長発光装置を製造するための最適材料の１つである。近年、ＩｎＧａＡｌＮ材料を使用して、青色、緑色、紫外線、および白色の発光ダイオード（ＬＥＤ）のような、多くの新しい発光装置が製造されている。既存の技術は、ＩｎＧａＡｌＮ発光製品の大部分がサファイア基板上で製造されることを示している。現在、これらの技術は公表され利用可能である。例えば、特許文献１は、サファイア基板上でＧａＮ発光装置を作製するための方法を開示している。サファイアは絶縁体であるため、サファイア基板上で製造されるＩｎＧａＡｌＮ発光装置の２つの電極は、チップの同じ側面に位置付けられる必要がある。その結果、チップ作製プロセスはさらに複雑なものとなり、パッケージングの困難さは増大する。また、製品収量が減少する。したがって、装置信頼性が低下し、製品コストが増大する。さらに、サファイアの熱伝導率は低い。高出力装置が望ましい場合には、熱放散が依然として課題となる。１つの解決策は、ＳｉＣが導電性であり、高い熱伝導率を有するという事実に基づいて、ＧａＮ材料を作製するためにＳｉＣ基板を使用することである。したがって、技術的には、ＳｉＣ基板を使用することによって前述の問題を解決することができる。特許文献２は、ＳｉＣ基板上でＩｎＧａＡｌＮ発光装置を作製するための方法を開示している。しかしながら、ＳｉＣ基板は非常に高価なものであるため、ＩｎＧａＡｌＮ材料を製造するために使用されると、コストが高くなる。それ故に、生産コストの観点から、ＳｉＣ基板は大量生産に適していない。もう１つの解決策は、シリコン基板上でＩｎＧａＡｌＮ材料を作製することである。シリコンは、低コストで高い熱伝導率を持つ十分に試験された半導体材料であり、シリコン処理技術は成熟しているため、ＩｎＧａＡｌＮ発光装置を製造する上でシリコン基板を使用することにより、垂直電極装置構造を容易にすることができるだけでなく、コストを大幅に削減する。しかしながら、シリコンのバンドギャップはかなり狭く、シリコンは可視光の相当な吸収を呈するため、シリコン基板上で直接的に作製されたＩｎＧａＡｌＮ発光装置は、当該基板による光の吸収により、低い発光効率を呈する。既存の技術において利用可能なもう１つの解決策は、サファイア基板上に作製されたＩｎＧａＡｌＮ材料に伝導性基板を結合することである。サファイア基板は後に除去され、基板の両面に電極を設置することができる。とはいえ、サファイアは非常に硬く、酸または塩基腐食に耐性があるため、サファイア基板を除去することは非常に困難である。サファイア基板を除去するためにレーザーリフトオフ技術が使用され得るが、製品収量および製造効率は依然として低いままである。レーザーリフトオフプロセスは、ＩｎＧａＡｌＮ材料にある程度の損傷をもたらし得る。したがって、この方法を大量生産に適用することは困難である。

日本特許ＪＰ２７３７０５３号明細書米国特許第５，６８６，７３８号明細書

本発明の１つの目的は、一種のＩｎＧａＡｌＮ発光装置を提供することである。かかる装置は垂直電極構造を有し、製造コストを削減し輝度効率を増大する。本発明の別の目的は、前述の垂直電極構造を持つＩｎＧａＡｌＮ発光装置を作製するための方法を提供することである。この方法によると、シリコン基板上で層状のＩｎＧａＡｌＮ半導体構造が成長する。その後、当該層状のＩｎＧａＡｌＮ半導体構造は、別の伝導性基板と結合される。低コストの製造プロセスを使用して、シリコン成長基板を除去し、発光装置の製造を完成する。本明細書で開示される方法は、製造プロセスを単純化し、製造コストを削減する。

本発明の一実施形態に従って作製される発光装置の構造は、主面と背面とを持つ伝導性基板を含む。当該構造は、伝導性基板の主面の上に金属結合層をさらに含む。また、当該構造は、金属結合層の上に光反射層を含む。当該構造は、光反射層の上に少なくとも１つのｐ型層および１つのｎ型層を含むＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１多層構造をも含む。ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ半導体材料は、光反射層に直接接触している。さらに、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造の上および伝導性基板の背面の上にそれぞれオーム接点（ｏｈｍｉｃｃｏｎｔａｃｔ）が作製される。

発光装置を製造する方法は以下のステップ、すなわち
（ａ）（１１１）シリコン成長基板上に少なくとも１つのｐ型および１つのｎ型層を含むＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造を作製するステップ；多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体材料（２２〜２６）は、Ａ１Ｎ緩衝層（２２）と、ｎ型ＧａＮ層（２４）と、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸（ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ−ｗｅｌｌ）層（２５）と、ｐ型ＧａＮ層（２６）とを含む。最外層はｐ型層（２６）である。ドープされていないＧａＮ層（２３）は、Ａ１Ｎ緩衝層（２２）とｎ型ＧａＮ層（２４）との間に設置され得る。Ａ１Ｎ緩衝層はドープされていてもドープされていなくてもよい。

（ｂ）Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造上に、光反射層および金属結合層を形成するステップ；
（ｃ）伝導性基板の主面を前述の金属結合層と結合するステップ；
（ｄ）ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層を露出させるために、シリコン（１１１）成長基板と、ＡｌＮ緩衝層と、ドープされていないＧａＮ層とを除去するステップ；
（ｅ）ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層と伝導性基板の背面との、それぞれの上に、それぞれのオーム接点を形成するステップ；
を包含する。

本発明の一実施形態に従って製造された発光装置は、信頼性のある垂直電極構造を有し、当該構造は、チップの製造プロセスを単純化し、パッケージングの複雑性を削減し、製品収量と産出高を増大し、製造コストを削減する。

本発明は、シリコン基板上で多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体材料を作製する方法を開示する。シリコン基板は、高品質のＩｎＧａＡｌＮ作製を容易にすることができ、簡単に除去され得、安価であるために、本方法は、大規模生産を容易にし、製品コストを低下することができる。
例えば、本願発明は以下の項目を提供する。
（項目１）
前面および背面を有するように構成された伝導性基板（１１）と、
該伝導性基板の該前面の上に置かれた金属結合層（１２）と、
該金属結合層の上に置かれた光反射層（１３）と、
該光反射層（１３）の上に置かれたＩｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造（１４）であって、該Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ半導体多層構造は少なくとも１つのｐ型層および１つのｎ型層を備え、該ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ層は、該光反射層（１３）と直接接触している、Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ半導体多層構造と、
該Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ半導体多層構造（１４）と伝導性基板（１１）の該背面とのそれぞれの上の、オーム性電極（１５および１６）と、
を備える、Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
（項目２）
前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造（１４）は、該ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造（１４）から前記伝導性基板への方向が＜０００１＞結晶方位となる結晶方位を有するように、すなわち、Ｇａ面が下方を向いており、Ｎ面が上方を向いているように構成される、項目１に記載のＩｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
（項目３）
前記光反射層（１３）は少なくとも１つの白金層を備える、項目１または項目２に記載のＩｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
（項目４）
前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造（１４）の上の前記オーム性電極（１５）は、金−ゲルマニウム−ニッケル合金を備える、項目１または項目２に記載のＩｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
（項目５）
前記伝導性基板（１１）は、シリコン、銅、またはコバールを備える、項目１または項目２に記載の発光装置。
（項目６）
（ａ）シリコン（１１１）成長基板（２１）上に少なくとも１つのｎ型層（２４）および１つのｐ型層（２３）を備える、Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造（２２〜２６）を作製するステップであって、
該Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造（２２〜２６）は、Ａ１Ｎ緩衝層（２２）と、ｎ型ＧａＮ層（２４）と、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層（２５）と、ｐ型ＧａＮ層（２６）とを含み、
最外層は該ｐ型層（２６）であり、
該Ａ１Ｎ緩衝層（２２）と該ｎ型ＧａＮ層（２４）との間に、ドープされていないＧａＮ層（２３）があり、
該Ａ１Ｎ緩衝層はドープされていてもドープされていなくてもよい、
ステップと、
（ｂ）該Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ半導体多層構造（２２〜２６）の該表面上に、まず光反射層（２７）を、続いて金属結合層（２８）を形成するステップと、
（ｃ）伝導性基板（３１）の主面を該金属結合層（２８）と結合するステップと、
（ｄ）該ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層を露出させるために、該シリコン（１１１）成長基板（２１）と、Ａ１Ｎ緩衝層（２２）と、ドープされていないＧａＮ層（２３）とを除去するステップと、
（ｅ）該ｎ型ＩｎＧａＡｌＮ層（２４）の上および該結合基板（３１）の背面の上に、それぞれオーム性電極（Ｃ１、Ｃ２）を形成するステップと、
を包含する、項目１の発光装置を製造する方法。
（項目７）
前記Ｉｎ _ｘＧａ _ｙＡｌ _{１−ｘ−ｙ} Ｎ半導体多層構造（２２〜２６）を作製するステップの前に、溝およびメサをその上に形成することによって前記シリコン（１１１）基板（２１）をパターニングするステップ、をさらに包含する、項目６に記載の方法。
（項目８）
ＩｎＧａＡｌＮ薄膜上の前記金属結合層と結合するステップの前に、前記結合基板（３１）の前記主面の上にオーム接点層（３２）および金属結合層（３３）を形成するステップ、をさらに包含する、項目６または項目７に記載の方法。
（項目９）
シリコン（１１１）成長基板（２１）は、硝酸、フッ化水素酸、および酢酸を備えるエッチング液を使用して除去され、
前記Ａ１Ｎ緩衝層（２２）とドープされていないＧａＮ層（２３）とを除去するステップは、反応性イオンエッチングおよびＩＣＰエッチング等のドライエッチング手法、あるいは濃リン酸またはアルカリを用いるエッチング、を使用するステップを包含する、
項目６または項目７に記載の方法。

図１は、本発明の一実施形態による、垂直電極構成を有する発光装置を示す断面図である。図２は、本発明の一実施形態による、シリコン成長基板の上に作製されたＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層、光反射層、および金属結合層を表す断面図である。図３は、本発明の一実施形態による、金属結合層および伝導性基板の断面図である。図４は、本発明の一実施形態による、図２に示すようなＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎエピタキシャル構造を図３に示すような金属結合層と結合することによって得られるチップの断面図である。図５は、本発明の一実施形態による、図４に示すような多層構造から成長基板を除去した後に得られる発光装置の断面図である。

以下のセクションは、図および実施形態と併せて、本発明の詳細な説明を提供する。

図１から図５中の符号は、以下のように定義される。

要素１１は伝導性基板、要素１２は金属結合層、要素１３は光反射層１３、要素１４はＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造、要素１５および１６は電極、要素２１はシリコン基板、要素２２はＡ１Ｎ緩衝層、要素２３はドープされていないＧａＮ層、要素２４はｎ型ＧａＮ層、要素２５はＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸、要素２６はｐ型ＧａＮ層、要素２７は光反射層、要素２８は結合層、要素３１は伝導層、要素３２はオーム接点層、要素３３は結合層３３、要素Ｃ１およびＣ２は電極である。

図１で図示するように、本発明の一実施形態によると、本発明のＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ発光装置は伝導性基板１１を含み、この基板の上に結合金属層１２および光反射層１３がある。前記光反射層の上には、ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造１４がある。前記ＩｎＧａＡ１Ｎ多層構造の最下層はｐ型層であり、最上層はｎ型層である。ＩｎＧａＡｌＮ材料の頂面はＮ面である。オーム接点１５および１６は、それぞれＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造１４の上および伝導性基板１１の下に形成される。

伝導性基板１１に使用される材料は、任意の種類の半導体または金属材料であり得る。電気および熱伝導率、製造可能性、およびコストを考慮すると、シリコン等の十分に確立された半導体材料、ならびに、銅、ステンレス鋼、銀、およびコバール（ニッケル−コバルト鉄合金）等の一般的な金属がある。Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ材料は伝導性基板１１と結合しにくいため、基板１１とＩｎＧａＡｌＮ構造１４との間に結合層１２が追加される。結合層１２は、良好な結合能力を有するだけでなく、伝導性基板１１との良好なオーム接点をも形成する。さらに、理想的なことに、結合層１２は、その後の作製プロセスを支え、損傷のない状態を維持することができる。結合層１２は、単層または多層構造であり得る。伝導性基板１１は高いキャリア密度を呈するため、金属が良好な結合能力を有しかつ良好な信頼性を呈する限りにおいては、結合層１２用の金属に対しては広い選択の幅がある。信頼性のある結合を作成するために、結合層に使用される金属は低融点を有するのが理想的である。例えば、金（Ａｕ）、亜鉛（Ｚｎ）、インジウム（Ｉｎ）、スズ（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、およびそれらの合金が選択され得る。オーム接点上の金属層の間での拡散の効果および作製プロセス中における金属の安定性を考慮すると、金、または、金−亜鉛および金−スズ合金等の金合金を、結合金属として使用することが好ましい。

Ｎｉ、Ａｕ等の金属は反射力が弱いため、そのような金属層は、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造１４によって生み出された光を反射しにくい。結果として、光抽出効率が低下する。したがって、結合金属層１２とＩｎＧａＡｌＮ多層構造１４との間に光反射層が挿入され得る。上述したように、本発明のＩｎＧａＡｌＮ多層構造の最下層はｐ型層である。したがって、光反射層１３が、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ材料との良好なオーム接点を形成することが理想的である。本発明の一実施形態において、この光反射層１３は白金（Ｐｔ）であるが、これは、Ｐｔがｐ型ＩｎＧａＡｌＮ材料との良好なオーム接点を形成するだけでなく、可視光に対する高い反射力をも呈するからである。一方、Ｐｔは非常に安定でもある。電界発光（ｅｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）を実現するために、ＩｎＧａＡｌＮ多層構造１４は、少なくとも１つのｎ型層および１つのｐ型層を含有する。発光効率を増大するために、一般に二重ヘテロ接合または多重量子井戸構造が、ｎ型層とｐ型層との間に挿入される。ＩｎＧａＡｌＮ多層構造はまた、公表されて利用可能な任意の構造をも用い得る。発光層１４におけるＩｎ、Ｇａ、およびＡｌの比率は、０と１との間で変化することができ、それにより、装置の発光波長の調整が可能になる。

本発明の一実施形態に従って製造されたＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ発光装置１４は、窒素原子上面を呈し、それは化学エッチングを使用してＩｎＧａＡｌＮ材料を除去することを可能にし、誘導結合プラズマ（ＩｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙＣｏｕｐｌｅｄＰｌａｓｍａ）（ＩＣＰ）エッチングシステムの使用を回避する。したがって、化学エッチングを使用して装置表面を粗面にすることができ、それによって光抽出効率を向上させることができる。

ＩｎＧａＡｌＮ多層構造１４の上のオーム性電極（ｏｈｍｉｃｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）１５は、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金、または、ＴｉおよびＡｌ等の小さい仕事関数を持つ金属に基づくものであり得る。原則として、ドーピング密度が十分に高い場合には、任意の金属が使用され得る。本発明の一実施形態において、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金は良好な安定性、耐腐食性、および耐酸化性を呈するために、Ａｕ−Ｇｅ−Ｎｉ合金がオーム接点１５を形成するために使用される。また、伝導性基板１６の背面の上にオーム接点１６を形成するためには任意の金属が使用され得るが、これは、この伝導性基板が高いキャリア密度を有するように構成されているからである。本発明の一実施形態において、Ａｕ、Ｎｉ−Ａｕ合金、および／またはＴｉ−Ａｕ合金が電極に使用され得る。

発光装置を製造するための方法は、以下を含む。

多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造２２〜２６が、（１１１）シリコン基板２１上に作製される。作製には、化学蒸着法および分子線エピタキシー法等、任意の公表されて利用可能な堆積プロセスが使用され得る。ＩｎＧａＡｌＮの作製プロセスは、任意の公表されて利用可能なアプローチに基づくものであり得る。本発明の一実施形態において、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造２２〜２６は以下の順序、すなわちＡｌＮ緩衝層２２、ドープされていないＧａＮ層２３、シリコンをドープしたＧａＮ（ｎ型）層２４、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層２５、およびマグネシウムをドープした（ｐ型）層２６、で作製される。シリコン基板２１の表面は、シリコン基板２１とＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造２２〜２６との間の格子および熱的不整合によって生成される応力を解放するために、ならびに、亀裂を防止するために、溝が刻まれる。

多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体材料２２〜２６の作製が完了すると、ｐ型ドーパントを活性化するためにアニール処理が実行される。多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体材料２２〜２６のｐ型層の頂上部に、光反射層２７が構築される。同時に、この光反射層がｐ型層との良好なオーム接点をも形成する。本発明の一実施形態において、光反射層２７に白金が使用される。オーム接点特性を向上させるために、この電極層は、合金化され得るように、アニール処理を受ける必要がある。光反射層２７の上に、金属結合層２８が形成される。理論的には、任意の金属が結合層２８に使用され得る。しかしながら、信頼性のある結合を作製するために、融点が高すぎない金属が使用され得る。本発明の実施形態は、Ａｕ−Ｚｎ、Ａｕ−Ｓｎ、およびＡｕ−Ｉｎ合金等の低融点合金、ならびに純Ａｕを使用する。結合層２８は、単層または多層構造であり得る。光反射層２７および結合層２８は一緒に積み重ねられ、続いて合金化され得る。

同時に、伝導性基板３１の頂上部にオーム接点層３２が形成され得る。単層または多層のオーム接点３２を形成するために、シリコン基板の電気伝導率に応じて、ニッケル、金、白金、およびチタン等の金属材料が使用され得る。その後、オーム接点層３２上に金属結合層３３が形成される。結合層３３の材料選択基準は、結合層２８のものと同様である。伝導性基板３１が低融点金属である場合には、オーム接点層３２および結合層３３を必ずしも作製する必要はない。この場合には、オーム接点層が直接的に結合層３３として使用され得る。金属結合層３３は、電子ビーム蒸発、マグネトロンスパッタリング、または、その他任意の金属堆積法を使用して構成され得る。金属結合層３３の形成の後に、結合層２８が伝導性基板３１と結合される。本発明の一実施形態において、これら２つの結合層は、ある一定の圧力下に所与の温度で所定の時間置かれた後に結合される。

結合の後に、シリコン基板２１が除去される。シリコン基板２１は、機械研削、ドライエッチング、化学エッチング、または上記の方法の任意の組み合わせ等の手法を使用して除去され得る。本発明の一実施形態において、シリコン基板は、フッ化水素酸、硝酸、および酢酸に基づく溶液を使用する化学エッチングによって除去される。

シリコン基板２１が除去された後に、ＩｎＧａＡ１Ｎ材料が露出される。ＡｌＮ緩衝層２２およびドープされていないＧａＮ層２３は良好なオーム接点の形成を妨げ得るので、高いキャリア密度を有するｎ型層２４を露出させ、当該露出されたｎ型層２４上にオーム接点を形成するために、これらの層は除去されるのが理想的である。ＡｌＮ緩衝層２２およびドープされていないＧａＮ層２３を除去するための方法は、反応性イオンエッチング（ＲｅａｃｔｉｖｅＩｏｎＥｔｃｈｉｎｇ）（ＲＩＥ）およびＩＣＰエッチングシステム等のドライエッチング手法、ならびに濃リン酸またはアルカリエッチングに基づくウェットエッチング手法をも含む。次に、ｎ型ＧａＮ層２４の上にオーム接点層Ｃ１が形成され、伝導性基板３１の上にオーム接点層Ｃ２が形成される。このようにして、本発明の一実施形態による、垂直電極構造を有するＩｎＧａＡｌＮ発光装置が得られる。

以下の３つの例は、本発明において開示される方法をさらに説明するものである。

（実例１）
図２を参照すると、発光装置の作製は、２インチシリコン（１１１）基板２１を調製することから始まる。化学蒸着法を使用して、多層Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体材料２２〜２６が以下の順序、すなわち、ＡｌＮ緩衝層２２、ドープされていないＧａＮ層２３、シリコンをドープしたｎ型ＧａＮ層２４、５周期（ｆｉｖｅ−ｐｅｒｉｏｄ）ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層２５、およびマグネシウムをドープしたｐ型層２６、で作製される。完了すると、７００℃の窒素環境で約３０分間、ウエハはアニールされ、Ｍｇドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約５０ナノメートルの白金層２７、および厚さ約１０００ナノメートルの金層２８が、ｐ型層の上に堆積される。図３を参照して、シリコン（１１１）基板３１上に、厚さ約１００ナノメートルのニッケル層３２および厚さ約１０００ナノメートルの金層３３が形成される。堆積に続いて、ＩｎＧａＡ１Ｎ薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、ニッケルと金が堆積されたシリコン（１１１）基板と結合される。この結合プロセスは、３００℃、６００ｋｇの圧力下で実行され、それによって強固な結合を容易にする。その後、図４に示すような構造が得られる。次に、結合されたウエハは、シリコン成長基板が完全に除去されるまで、フッ化水素酸、硝酸、および酢酸を含む溶液中に置かれる。ここで留意すべきは、化学エッチングの前に、基板３１の背面の上にニッケル／金保護薄膜が形成され、基板３１が化学的にエッチングされないように保護することである。化学エッチングの後に、ＩｎＧａＡ１Ｎ薄膜が露出される。最外層はＡ１Ｎ緩衝層２２である。続いて、濃リン酸に基づく化学エッチングによって、Ａ１Ｎ緩衝層２２およびドープされていないＧａＮ層２３が除去される。次に、厚さ約１００ナノメートルの金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層が、ｎ型ＧａＮ層２４の上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、３００℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に３分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約１０００ナノメートルの金の層が、金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層の上に堆積される。続いて、フォトリソグラフィによって約１００ミクロンの直径を持つ電極Ｃ１が形成される。フォトリソグラフィによって、基板３１の背面の上に電極Ｃ２が形成される。その後、ウエハは１０００ミクロン×１０００ミクロンのチップにダイスカットされる。ワイヤボンディングとパッケージングの後に、図５に示すような発光装置が得られる。

（実例２）
図２を参照すると、発光装置の作製は、２インチシリコン（１１１）基板を調製することから始まる。フォトリソグラフィおよびＩＣＰエッチングを使用して、十字パターンを持つ多数の深さ１０ナノメートルの溝をシリコン基板上に作成することにより、約３５０ミクロン×３５０ミクロンのサイズである多数の正方形のメサを形成する。化学蒸着法を使用して、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造が以下の順序、すなわち、ＡｌＮ緩衝層、ドープされていないＧａＮ層、シリコンをドープしたｎ型ＧａＮ層、５周期ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層、およびマグネシウムをドープしたｐ型層、で作製される。これらの層の作製が完了すると、７００℃の窒素環境で約２０分間、ウエハはアニールされ、Ｍｇドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約１００ナノメートルの白金層、厚さ約５００ナノメートルの金層、および厚さ約２００ナノメートルの金−亜鉛合金層がｐ型層の上に堆積される。伝導性シリコン（１００）基板の両面に、厚さ約５０ナノメートルの白金層、厚さ約５００ナノメートルの金層、および厚さ約１００ナノメートルの金−インジウム合金の層が作製される。堆積の後に、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、、金属層のみが堆積されたシリコン（１００）基板と結合される。当該結合プロセスは、２６０℃、８００ｋｇの圧力下で実行される。その後、ＩＣＰエッチングを使用してシリコン（１１１）基板が除去され、ＩｎＧａＡｌＮ薄を露出させる。最外層はＡ１Ｎ緩衝層である。次に、ＩＣＰエッチングを使用して、Ａ１Ｎ緩衝層およびドープされていないＧａＮ層が完全に除去される。厚さ約５０ナノメートルのチタン層および厚さ約１００ナノメートルのアルミニウム層が、ｎ型ＧａＮ層に堆積される。堆積プロセスの後に、ウエハは、５００℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に３分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約１０ナノメートルのチタン層および厚さ約１２００ナノメートルの金層が、チタン／アルミニウム電極の上に堆積される。続いて、フォトリソグラフィによって一片が１００ミクロンの正方形の電極が形成される。さらに、事前に形成された溝に沿ってウエハはダイスカットされ、その後、個々の発光チップを得ることができる。ワイヤボンディングとパッケージングの後に、本発明の一実施形態による発光装置が得られる。

（実例３）
２インチシリコン（１１１）基板上に、化学蒸着法を使用して、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ多層構造が以下の順序、すなわち、ＡｌＮ緩衝層、ドープされていないＧａＮ層、シリコンをドープしたＧａＮｎ型層、５周期ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層、およびマグネシウムをドープしたｐ型層、で作製される。これらの層の作製が完了すると、７００℃の窒素環境で３０分間、ウエハがアニールされ、Ｍｇドーパントを活性化する。その後、電子ビーム蒸発を使用して、厚さ約５ナノメートルの白金層、厚さ約５ナノメートルのニッケル層、および厚さ約１０ナノメートルの金層がｐ型層に上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、５５０℃の窒素−酸素混合ガスを入れたチャンバ内に３分間置かれて、合金を形成する。その後、厚さ約５００ナノメートルの金層が、当該合金の上に堆積される。研磨した銅基板上に、厚さ約５００ナノメートルの金−スズ合金が形成される。ＩｎＧａＡｌＮ薄膜がエピタキシャル成長したウエハが、３００℃、５００ｋｇの圧力下で、金−スズ合金が堆積された銅基板と結合される。次に、ＩＣＰエッチングを使用して、シリコン基板、ＡｌＮ緩衝層、およびドープされていないＧａＮ層を完全に除去する。続いて、厚さ約１００ナノメートルの金−ゲルマニウム−ニッケル合金の層が、ｎ型ＧａＮ層の上に堆積される。堆積プロセスの後に、構造体は、３００℃の窒素ガスを入れたチャンバ内に３分間置かれて、合金を形成する。また、厚さ約１００ナノメートルの金層が、金−ゲルマニウム−ニッケル電極層の上に堆積される。フォトリソグラフィの後に、約８０ミクロンの直径を持つ電極が形成される。ウエハが２００ミクロン×２００ミクロンのチップにダイスカットされ、ワイヤボンディングおよびパッケージングの後に、本発明の一実施形態による発光装置が得られる。

Claims

前面および背面を有するように構成された伝導性基板であって、該伝導性基板は、伝導性シリコン（１００）基板を含み、該伝導性シリコン（１００）基板の両面には、白金層、金層、および金−インジウム合金層を備えるオーム接点層スタックが堆積されている、伝導性基板と、
該伝導性基板の該前面の上に置かれた金属結合層と、
該金属結合層の上に置かれた光反射層と、
該光反射層の上に置かれたＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造であって、該Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造は少なくとも１つのｐ型層および１つのｎ型層を備え、該ｐ型層は、該光反射層と結合されている、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造と、
２つの電極であって、その１つの電極は該Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造の上に置かれ、他の電極は該伝導性基板の該背面の上にある、電極と
を備える、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造は、前記伝導性基板により接近して置かれた前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造の側がＧａ面を呈し、該伝導性基板からより遠くに置かれた該ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造の側がＮ面を呈するように構成される、請求項１に記載のＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
前記光反射層は少なくとも１つの白金層を備える、請求項１に記載のＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
前記ＩｎＧａＡｌＮ半導体多層構造の上のオーム性電極は、金−ゲルマニウム−ニッケル合金を備える、請求項１に記載のＩｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）発光装置。
（ａ）シリコン（１１１）成長基板上に少なくとも１つのｎ型層および１つのｐ型層を備える、Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造を作製することであって、
該Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１）半導体多層構造は、Ａ１Ｎ緩衝層と、ｎ型ＧａＮ層と、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ多重量子井戸層と、ｐ型ＧａＮ層とを含み、
最外層は該ｐ型層であり、
該Ａ１Ｎ緩衝層と該ｎ型ＧａＮ層との間に、ドープされていないＧａＮ層があり、
該Ａ１Ｎ緩衝層はドープされていてもドープされていなくてもよい、
ことと、
（ｂ）該Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造の表面上に、まず光反射層を、続いて金属結合層を形成することと、
（ｃ）伝導性基板の主面を該金属結合層と結合することであって、該伝導性基板は伝導性シリコン（１００）基板を含み、該伝導性シリコン（１００）基板の両面には、白金層、金層、および金−インジウム合金層を備えるオーム接点層スタックが堆積されている、ことと、
（ｄ）該ｎ型を露出させるために、該シリコン（１１１）成長基板と、Ａ１Ｎ緩衝層と、ドープされていないＧａＮ層とを除去することと、
（ｅ）該ｎ型層の上および該伝導性基板の背面の上に、それぞれ電極を形成することと
を包含する、発光装置を製造する方法。
前記Ｉｎ_ｘＧａ_ｙＡｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ半導体多層構造を作製する前に、溝およびメサを上に形成することによって前記シリコン（１１１）成長基板をパターニングすることをさらに包含する、請求項５に記載の方法。
前記伝導性基板を前記金属結合層と結合する前に、該伝導性基板の前記主面の上にオーム接点層および金属結合層を形成することをさらに包含する、請求項５に記載の方法。
前記シリコン（１１１）成長基板は、硝酸、フッ化水素酸、および酢酸を備えるエッチング液を使用して除去され、
前記Ａ１Ｎ緩衝層とドープされていないＧａＮ層とを除去することは、反応性イオンエッチングおよびＩＣＰエッチング等のドライエッチング手法、あるいは濃リン酸またはアルカリを使用するウエットエッチング手法、を使用することを包含する、
請求項５に記載の方法。