JP2012104832A

JP2012104832A - エッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）及びその製造方法

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Publication number: JP2012104832A
Application number: JP2011246541A
Authority: JP
Inventors: Hsu Kung-Hsieh; シューコンシェ; Wang Yaokwuo; ワンヤオクオ; Liu Wen-Huang; リウウェンファン; Ann Tran Chuang; アントランチュアン
Original assignee: SemiLEDs Optoelectronics Co Ltd
Current assignee: SemiLEDs Optoelectronics Co Ltd
Priority date: 2010-11-12
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2012-05-31
Also published as: KR20120089783A; TW201220528A; KR101256755B1; TWI466322B; TR201111229A2; US20120119184A1; CN102468388A

Abstract

【課題】垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの逆バイアス状態のモレ電流を低減する。
【解決手段】垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａは、ｐ型閉じ込め層１２Ａと、光を放射するように構成されたｐ型閉じ込め層上の活性層１４Ａと、活性層を保護するように構成された少なくとも１つのエッチング停止層２２Ａを有するｎ型閉じ込め構造１６Ａとを含む。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法は、キャリア基板２４Ａを提供するステップと、少なくとも１つのエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造をキャリア基板に形成するステップと、ｎ型閉じ込め構造に活性層を形成するステップと、活性層にｐ型閉じ込め層を形成するステップと、キャリア基板を除去するステップとを含む。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般的に光電要素に関し、より具体的には、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ及び当該垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの製造方法に関する。

垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイとして知られる発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイの１種は、キャリア基板上に形成されたＧａＮ、ＡｌＮ又はＩｎＮのような化合物半導体物質から形成されるエピタキシャル構造を含む。製造プロセスの後、エピタキシャル構造がキャリア基板から分離される。エピタキシャル構造は、ｐ型閉じ込め（ｃｏｎｆｉｎｅｍｅｎｔ）層、ｎ型閉じ込め層、及び、光を放射するように構成された閉じ込め層間の活性層（多重量子井戸（ＭＱＷ）層）を含みうる。エピタキシャル構造では、ｎ型閉じ込め層が複数のｎ型層を含むことができ、また、転位密度を減少させるためのＳｉＮ層のような１又は複数のバッファ（緩衝）層をも含むこともできる。

垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイからの光抽出を増加させる１つの方法は、光電化学酸化及びエッチングのような処理を使用して、ｎ型閉じ込め層の表面を粗面加工及びテクスチャ加工することである。例えば、ｎ型閉じ込め層を粗面加工するためのプロセスは、ＳｅｍｉＬＥＤ社（台湾、ＩＤ及びミャオリーカウンティ、ボイズに所在する）に譲渡された米国特許第７，１８６，５８０Ｂ２号、第７，５２４，６８６Ｂ２号、第７，５６３，６２５Ｂ２号及び第７，６２９，１９５Ｂ２号に開示されている。

先行技術の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイのエピタキシャル構造が図１１Ａに示されている。エピタキシャル構造は、ｐ型閉じ込め層１１２、光を放射するように構成された活性層（多重量子井戸（ＭＱＷ）層）１１４、及び、エッチング処理を仕様して形成されたテクスチャ表面１１８を有するｎ型閉じ込め層１１６を含む。エッチング処理の間に起こる１つの問題は、活性層１１４、特にはｐ−ｎジャンクションが、エッチング処理の間に使用される化学溶液でダメージを受けることである。例えば、図１１Ａでは、活性層１１４が、エッチングでダメージを受ける領域１２０を含む。これらのダメージ領域１２０が、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの逆バイアス状態の漏れ電流のための導路を形成する。図１１Ｂに示すとおり、赤外線放射顕微鏡（ＥＭＭＩ）を使用して逆バイアス状態の漏れ電流を輝点として観測可能である。また、輝点に加えて、ダメージがｐｎジャンクションバリアをバイパスする電流路を提供するため、ダメージ領域１２０は低バイアス電流で低い順電圧を形成する。

本開示は、活性層を保護するエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイに関する。また、本開示は、エッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法に関する。

垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイは、少なくとも１つのｐ型半導体層を有するｐ型閉じ込め層を備えるエピタキシャル構造と、ｐ型閉じ込め層上の光を放射するように構成された多重量子井戸（ＭＱＷ）として構成された活性層と、少なくとも１つのｎ型半導体層及び活性層を保護するように構成された半導体物質を含む少なくとも１つのエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造と、を備える。ｎ型閉じ込め構造は、活性層に近接する内方層、及び、テクスチャ表面を有する外方層のような複数のｎ型半導体層を含むことができ、エッチング停止層がこれら層の間に配置されうる。別の形態として、ｎ型閉じ込め構造は、複数のｎ型半導体層によって分離された１又は複数のバッファ層に組み合わされた１又は複数のエッチング停止層を含むことができる。

垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法は、キャリア基板を提供するステップと、少なくとも１つのｎ型半導体層及び半導体材物質を含む少なくとも１つのエッチング停止層を備えるｎ型閉じ込め構造をキャリア基板に形成するステップと、ｎ型閉じ込め構造に活性層を形成するステップと、少なくとも１つのｐ型半導体層を備えるｐ型閉じ込め層を活性層に形成するステップと、キャリア基板を除去するステップとを含む。また、この方法は、エッチング停止層によって制限されるエッチングプロセスを使用してｎ型閉じ込め構造の外面をテクスチャするステップを含みうる。

例示の実施形態が図面に開示される。実施形態及び図面は限定するためではなく説明のためにここに開示される。

エッチング停止層及びバッファ層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。複数のエッチング停止層及び複数のバッファ層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。エッチング停止層及びバッファ層を示す図２の部分拡大図。１つのエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。複数のエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。エッチング停止層及びバッファ層を示す図４の部分拡大図。複数のエッチング停止層及び複数のバッファ層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。エッチング停止層及びバッファ層を示す図５の部分拡大図。１つのエッチング停止層及び複数のバッファ層を有するｎ型閉じ込め構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの断面概略図。エッチング停止層及びバッファ層を示す図６の部分拡大図。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイで構築された垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）パッケージの断面概略図。図７Ａの垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）パッケージの放射特性を示す放射顕微鏡（ＥＭＭＩ）グラフ。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法におけるステップを表す断面概略図。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法におけるステップを表す断面概略図。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法におけるステップを表す断面概略図。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法におけるステップを表す断面概略図。ｎ型閉じ込め構造の表面粗加工プロセス後の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイのエピタキシャル構造の拡大断面概略図。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイのｎ型閉じ込め構造のテクスチャ表面のＳＥＭグラフ。先行技術（標準）のダイに対する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの逆電圧−５Ｖでの漏れ電流を示すグラフ。先行技術（標準）のダイに対する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの低い順電流１０μＡでの順電圧を示すグラフ。先行技術（標準）のダイに対する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの低い順電流１μＡでの順電圧を示すグラフ。先行技術のテクスチャ表面を有するｎ型閉じ込め構造を含むエピタキシャル構造を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの拡大断面概略図。先行技術の逆バイアス状態における漏れ電流からの輝点を示す垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイの放射顕微鏡（ＥＭＭＩ）グラフ。

図面では、同じ符番が同じ層又は部位を示す。符番の添え字Ａ〜Ｆが異なる実施形態を示し、符番の添え字１〜３が層の数を示す。

図１に示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａは、ｐ型閉じ込め層１２Ａ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ａ上の活性層１４Ａ、及び、当該活性層１４Ａ上のｎ型閉じ込め構造１６Ａを含むエピタキシャル構造を備える。さらに説明するとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａは、低い逆バイアス漏れ電流、及び、低バイアス電流での高い順電圧によって特徴付けられる。

ｎ型閉じ込め構造１６Ａは、外方ｎ型層１８Ａ１、バッファ層２０Ａ、中央ｎ型層１８Ａ２、エッチング停止層２２Ａ及び内方ｎ型層１８Ａ３を含んでいる。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａがキャリア基板２４Ａ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。キャリア基板２４Ａに適切な物質は、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）を含む。

好ましくは、ｐ型閉じ込め層１２Ａ（図１）はｐ−ＧａＮを含む。ｐ型閉じ込め層１２Ａに適切な他の物質は、ｐ−ＡｌＧａＮ、ｐ−ＩｎＧａＮ、ｐ−ＡｌＩｎＧａＮ、ｐ−ＡｌＩｎＮ及びｐ−ＡｌＮを含む。好ましくは、活性層１４Ａ（図１）は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びＡｌＮの１又は複数の層を備える１又は複数の量子井戸を含む。好ましくは、ｎ型層（１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３）はｎ−ＧａＮを含む。ｎ型層（１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３）に適切な他の物質は、ｎ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、ｎ−ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＮ及びｎ−ＡｌＮを含む。バッファ層２０Ａは、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａの特定機能を実行するように構成される。例えば、バッファ層２０Ａは窒化ガリウム（ＧａＮ）を含みうる。別例として、バッファ層２０Ａは、活性層１４Ａにおける転位密度及び組成ゆらぎを減少させるように構成された窒化シリコン（ＳｉＮ）を含みうる。

エッチング停止層２２Ａ（図１）は、ｎ型層（１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３）の物質よりもエッチング処理に対してより反応性が低い物質を含む。言い換えれば、エッチング停止層２２Ａのエッチング速度が、ｎ型層（１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３）のエッチング速度よりも遅い。さらに、エッチング停止層２２ＡはＡｌを含むが追加の元素をも含みうる。例えば、ｎ−ＧａＮを含むｎ型層（１８Ａ１、１８Ａ２、１８Ａ３）で、エッチング停止層２２Ａが、Ａｌ又はＩｎ、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ若しくはＰのような別元素でドープされた又は非ドープのＧａＮを組成又はドーパントの形で含みうる。例として、ＡｌＩｎＧａＮを含むエッチング停止層２２Ａで、代表的なＡｌ含有量を１％から１００％（すなわち１００％のＡｌＮ）とすることができる。エッチング停止層２２Ａに適切な他の物質は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＮを含み、ドープされた又は非ドープの形態である。また、ＡｌＧａＮの場合、エッチング停止層２２Ａは、組成又はドーパントの形でＩｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｓｅ又はＴｅを含みうる。ＡｌＮの場合、組成又はドーパントの形でＧａ、Ｉｎ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｐ、Ｃ、Ｓｅ又はＴｅを含みうる。エッチング停止層２２Ａの代表的な厚みを１Åから１μｍとすることができる。

以下に説明する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｂ〜１０Ｆの各々を、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａで説明したものと同じ物質で形成可能である。さらに、以下に説明する垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｂ〜１０Ｆの各々は、低い逆バイアス漏れ電流及び低いバイアス電流での高い順電圧によって特徴付けられる。

図２及び２Ａに示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｂは、ｐ型閉じ込め層１２Ｂ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ｂ上の活性層１４Ｂ、及び、当該活性層１４Ｂ上のｎ型閉じ込め構造１６Ｂを含むエピタキシャル構造を備える。ｎ型閉じ込め構造１６Ｂは、外方ｎ型層１８Ｂ１と、バッファ層２０Ｂと、中央ｎ型層１８Ｂ２と、複数のエッチング停止層２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３と、内方ｎ型層１８Ｂ３とを含んでいる。図２Ａに示すとおり、エッチング停止層２２Ｂ１、２２Ｂ２、２２Ｂ３がｎ型分離層２６Ｂ１、２６Ｂ２によって分離されている。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｂがキャリア基板２４Ｂ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。

図３に示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｃは、ｐ型閉じ込め層１２Ｃ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ｃ上の活性層１４Ｃ、及び、当該活性層１４Ｃ上のｎ型閉じ込め構造１６Ｃを含むエピタキシャル構造を備える。ｎ型閉じ込め構造１６Ｃは、外方ｎ型層１８Ｃ１と、エッチング停止層２２Ｃと、内方ｎ型層１８Ｃ２とを含んでいる。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｃがキャリア基板２４Ｃ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。

図４及び４Ａに示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｄは、ｐ型閉じ込め層１２Ｄ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ｄ上の活性層１４Ｄ、及び、当該活性層１４Ｄ上のｎ型閉じ込め構造１６Ｄを含むエピタキシャル構造を備える。ｎ型閉じ込め構造１６Ｄは、外方ｎ型層１８Ｄ１と、複数のエッチング停止層２２Ｄ１、２２Ｄ２、２２Ｄ３と、内方ｎ型層１８Ｄ２とを含んでいる。図４Ａに示すとおり、エッチング停止層２２Ｄ１、２２Ｄ２、２２Ｄ３がｎ型分離層２６Ｄ１、２６Ｄ２によって分離されている。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｄがキャリア基板２４Ｄ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。

図５及び５Ａに示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｅは、ｐ型閉じ込め層１２Ｅ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ｅ上の活性層１４Ｅ、及び、当該活性層１４Ｅ上のｎ型閉じ込め構造１６Ｅを含むエピタキシャル構造を備える。ｎ型閉じ込め構造１６Ｅは、外方ｎ型層１８Ｅ１と、ｎ型分離層２６Ｅ１、２６Ｅ２によって分離された複数の外方バッファ層２０Ｅ１、２０Ｅ２、２０Ｅ３と、中央ｎ型層１８Ｅ２と、ｎ型分離層２６Ｅ３、２６Ｅ４によって分離された複数のエッチング停止層２２Ｅ１、２２Ｅ２、２２Ｅ３と、内方ｎ型層１８Ｅ３とを含んでいる。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｅがキャリア基板２４Ｅ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。

図６及び６Ａに示すとおり、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｆは、ｐ型閉じ込め層１２Ｆ、光を放射するように構成された、当該ｐ型閉じ込め層１２Ｆ上の活性層１４Ｆ、及び、当該活性層１４Ｆ上のｎ型閉じ込め構造１６Ｆを含むエピタキシャル構造を備える。ｎ型閉じ込め構造１６Ｆは、外方ｎ型層１８Ｆ１と、ｎ型分離層２６Ｆ１、２６Ｆ２によって分離された複数のバッファ層２０Ｆ１、２０Ｆ２と、中央ｎ型層１８Ｆ２と、エッチング停止層２２Ｆと、内方ｎ型層１８Ｆ３とを含んでいる。最初に垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ｆがキャリア基板２４Ｆ上に構築され、点線で示唆されるように、続いてそれが除去される。

図７Ａを参照して、上記垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆのいずれかを使用して構築された垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）パッケージ３０を説明する。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）パッケージ３０は、基板３２と、当該基板３２に搭載された少なくとも１つの垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆと、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆ及び基板３２に結合されたワイヤ３４と、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆを封入するレンズとして構成された透明ドーム３６とを含む。さらに、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆのｎ型閉じ込め構造１６Ａ〜１６Ｆの表面３８を、光抽出を改善するようにテクスチャ加工することが可能である。垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆが、逆バイアス方向への低い漏れ電流、及び、低いバイアス電流でのより高い順電圧を有するように、各エッチング停止層２２Ａ〜２２Ｆが活性層１４Ａ〜１４Ｆを製造中に保護する。さらに、図７Ｂの放射顕微鏡（ＥＭＭＩ）グラフに示すとおり、漏れ電流の結果生じる輝点が実質的に除去される。

垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）パッケージ３０（図７Ａ）の基板３２（図７Ａ）は搭載基板として機能し、また、発光ダイオード（ＬＥＤ）パッケージ３０を外部に電気接続するための導電体（図示せず）、電極（図示せず）及び電気回路（図示せず）を提供する。基板３２（図７Ａ）は、示されるようなフラット形状又は凹面形状若しくは凸面形状を有することができる。さらに、基板３２（図７Ａ）は、光抽出を改善するように反射層（図示せず）を含みうる。基板３２（図７Ａ）は、シリコン、又は、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、ＧａＰ、ＧａＮ若しくはＡｌＮのような別の半導体物質を含みうる。あるいは、基板３２（図７Ａ）は、セラミック物質、サファイア、ガラス、プリント基板（ＰＣＢ）物質、メタルコアプリント基板（ＭＣＰＣＢ）、ＦＲ−４プリント基板（ＰＣＢ）、金属マトリクス複合材料、金属リードフレーム、有機リードフレーム、シリコンサブマウント基板又は当該技術分野で使用される任意のパッケージング基板を含みうる。さらに、基板３２（図７Ａ）は、Ｓｉ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＡｌＳｉＣ、ダイアモンド、ＭＭＣ、グラファイト、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｍｏ、ＣｕＷ、ＣｕＭｏ、酸化銅、サファイア、ガラス、セラミック、金属又は合金のような、金属若しくは合金層の単相又は複層を含みうる。いずれの場合でも、好ましくは、基板３２（図７Ａ）は約６０℃から３５０℃までの動作温度範囲を有する。

図８Ａ〜８Ｄを参照して、前述した垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜Ｆの製造方法におけるステップを説明する。最初に、図８Ａに示すとおり、キャリア基板２４Ａ〜Ｆを提供する。キャリア基板２４Ａ〜Ｆは、サファイア、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）及びガリウム砒素（ＧａＡｓ）のような適切な物質から構成されるウエハの形態とすることができる。後に続く例では、キャリア基板２４Ａ〜Ｆはサファイアを含む。

図８Ａに示すとおり、多層エピタキシャル構造４０がキャリア基板２４Ａ〜Ｆ上に形成される。エピタキシャル構造４０は、ｐ型閉じ込め層１２Ａ〜Ｆと、光を放出するように構成された、ｐ型閉じ込め層１２Ａ〜Ｆ上の活性層１４Ａ〜１４Ｆ（図８Ａ〜ＤではＭＱＷと示される）と、活性層１４Ａ〜１４Ｆ上のｎ型閉じ込め層１６Ａ〜Ｆとを含む。図９Ａに示すとおり、エッチング停止層２２Ａ〜Ｆ、バッファ層２０Ａ〜Ｆ及びｎ型層１８Ａ〜Ｆのようなｎ型閉じ込め層１６Ａ〜Ｆの分離層を含むこれら全ての層を、気相エピタキシー（ＶＰＥ）、金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）又は液相エピタキシー（ＬＰＥ）のような適切な堆積プロセスを使用して製造可能である。説明した実施形態では、ｐ型閉じ込め層１２Ａ〜Ｆがｐ−ＧａＮを含み、ｎ型層１８Ａ〜Ｆがｎ−ＧａＮを含む。ＧａＮ以外に、ｐ型閉じ込め層１２Ａ〜Ｆ及びｎ型閉じ込め層１８Ａ〜Ｆは、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮのような様々な他の化合物半導体物質を含みうる。活性層１４Ａ〜Ｆは、ＧａＮのような広いバンドギャップを有する物質の２層間に挟まれたＩｎＧａＮ層のような適切な物質で形成可能である。

次に図８Ｂに示すとおり、基板２４Ａ〜Ｆ上の端点とすることが可能である、あるいは、基板２４Ａ〜Ｆ内に短距離延びることが可能である、エピタキシャル構造４０を通るトレンチ（溝）４２を形成するのに適切なプロセスを使用可能である。さらに、トレンチを形成する前に反射層（図示せず）及びベース（図示せず）のような他の要素を必要に応じて形成可能である。従来の半導体製造プロセスでは、複数の所定のダイ１０Ａ−１０Ｆが形成されるように、トレンチ４２をダイ間の道路に類似する十字パターンに形成可能である。トレンチ４２を形成するための適切なプロセスは、ハードマスクを通したドライエッチングを含む。他の適切なプロセスは、レーザーカッティング、ソーカッティング、ダイアモンドカッティング、ウェットエッチング、ドライエッチング及びウォーターエッチングを含む。

次に図８Ｃに示すとおり、パルスレーザー照射プロセス、エッチング、化学機械平坦化（ＣＭＰ）のような適切なプロセスを使用して、キャリア基板２４Ａ〜Ｆをｎ型閉じ込め構造１６Ａ〜Ｆから取り外し可能である。

次に図８Ｄに示すとおり、粗加工（又はテクスチャ）プロセスを使用してテクスチャ面３８をｎ型閉じ込め構造１６Ａ〜Ｆの外面に形成可能である。ｎ型閉じ込め構造１６Ａ〜Ｆの外面を粗面加工する１つのプロセスは光電気化学酸化及びエッチングを組み合わせる。このプロセスは、米国特許第７，１８６，５８０Ｂ２号、第７，４７３，９３６Ｂ２号、第７，５２４，６８６Ｂ２号、７，５６３，６２５Ｂ２号及び第７，６２９，１９５号に説明されており、本文にその内容を援用する。テクスチャ面３８を図９Ａ及び図９ＢのＳＥＭ画像に示す。エッチングプロセスの間、エッチング停止層２２Ａ〜Ｆが、活性層１４Ａ〜Ｆを保護するようにエッチング停止を提供する。

図１０Ａ及び１０Ｂを参照して、垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ１０Ａ〜１０Ｆの電気特性を説明する。図１０Ａに示すとおり、ｎ−ＡｌＧａＮから形成されたエッチング停止層を有するダイ（下側のプロット線）の逆電圧−５ボルトでの漏れ電流の方が標準（従来）の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ（上側のプロット線）のものよりも小さい。図１０Ｂに示すとおり、ｎ−ＡｌＧａＮから形成されたエッチング停止層を有するダイ（下側のプロット線）の低い順電流１０μＡでの順電圧の方が標準（従来）の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ（上側のプロット線）のものよりも大きい。図１０Ｃに示すとおり、ｎ−ＡｌＧａＮから形成されたエッチング停止層を有するダイ（下側のプロット線）の低い順電流１μＡでの順電圧の方が標準（従来）の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ（上側のプロット線）のものよりも大きい。

このようにして、少なくとも１つのエッチング停止層を有するｎ型閉じ込め構造を備える改善した垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ、及び、当該垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法を開示した。複数の実施例及び実施形態を説明したが、当該技術分野の当業者が任意の改変、置換、付加、及びこれらの組み合わせを実施可能であることは明らかである。すなわち、添付した特許請求の範囲は、全てのこのような改変、置換、付加及びこれらの組み合わせをその技術的範囲内に含むことを意図している。

Claims

少なくとも１つのｐ型半導体層を備えるｐ型閉じ込め層と、
光を放射するように構成された多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む、前記ｐ型閉じ込め層上の活性層と、
少なくとも１つのｎ型半導体層、及び、前記活性層を保護するように構成された半導体物質を含む少なくとも１つのエッチング停止層を備えるｎ型閉じ込め構造と、
を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め層が、前記活性層上に内方ｎ型半導体層、前記ｎ型半導体層上に前記エッチング停止層、及び、前記エッチング停止層上にテクスチャ表面を有する外方ｎ型半導体層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記半導体物質がＡｌを含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｐ型半導体物質がｐ−ＧａＮを含み、前記ｎ型半導体物質がｎ−ＧａＮを含み、且つ、前記半導体物質がＧａＮ及びＡｌを含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記半導体物質がＧａＮ及びＡｌ並びにＩｎ、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＰからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記半導体物質がＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＮからなる群から選択される物質を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記半導体物質がＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＮからなる群から選択される物質、並びに、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＰからなる群から選択される元素を含むことを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造が、複数のｎ型分離層によって分離された複数のエッチング停止層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造が少なくとも１つのバッファ層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｐ型半導体物質がｐ−ＧａＮを含み、前記ｎ型半導体物質がｎ−ＧａＮを含み、前記半導体物質がＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＮからなる群から選択される物質を含み、尚且つ、前記バッファ層がＧａＮ又はＳｉＮを含むことを特徴とする請求項９に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造が、複数のｎ型分離層によって分離された複数のバッファ層及び複数のエッチング停止層を備えることを特徴とする請求項１に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
少なくとも１つのｐ型半導体層を備えるｐ型閉じ込め層と、
光を放射するように構成された多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む、前記ｐ型閉じ込め層上の活性層と、
前記活性層上の内方ｎ型半導体層、前記ｎ型半導体層のエッチング速度よりも遅いエッチング速度を有する半導体物質を含む、前記ｎ型半導体層上のエッチング停止層、前記エッチング停止層上の中央ｎ型半導体層、及び、前記ｎ型半導体層上のテクスチャ表面を有する外方ｎ型半導体層を備えるｎ型閉じ込め構造と、
を備える垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｐ型半導体物質がｐ−ＧａＮを含み、前記ｎ型半導体物質がｎ−ＧａＮを含み、尚且つ、前記半導体物質がＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＮからなる群から選択される物質を含むことを特徴とする請求項１２に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記半導体物質がＳｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｅ、Ｔｅ及びＰからなる群から選択される元素を組成の形で又はドーピングされた形で含むことを特徴とする請求項１３に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造は、ＧａＮ又はＳｉＮを含む少なくとも１つのバッファ層をさらに備えることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造は、複数のｎ型分離層によって分離された複数のエッチング停止層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造は、複数のｎ型分離層によって分離された複数のバッファ層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
前記ｎ型閉じ込め構造は、複数のｎ型分離層によって分離された複数のエッチング停止層及び複数のバッファ層を備えることを特徴とする請求項１２に記載の垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイ。
垂直型発光ダイオード（ＶＬＥＤ）ダイを製造する方法であって、
キャリア基板を提供するステップと、
少なくとも１つのｎ型半導体層、及び、半導体物質を含む少なくとも１つのエッチング停止層を備えるｎ型閉じ込め構造を前記キャリア基板に形成するステップと、
光を放射するように構成された多重量子井戸（ＭＱＷ）を含む活性層を前記ｎ型閉じ込め構造に形成するステップと、
少なくとも１つのｐ型半導体層を備えるｐ型閉じ込め層を前記活性層に形成するステップと、
前記キャリア基板を除去するステップと、を含む方法。
前記エッチング停止層によって制限されるエッチングプロセスを使用して、前記ｎ型閉じ込め層の外面をテクスチャするステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
前記ｐ型半導体物質がｐ−ＧａＮを含み、前記ｎ型半導体物質がｎ−ＧａＮを含み、尚且つ、前記半導体物質がＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＮ及びＡｌＩｎＮからなる群から選択される物質を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
前記ｎ型閉じ込め構造に少なくとも１つのＳｉＮバッファ層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
複数のｎ型分離層によって分離された複数のエッチング停止層を前記ｎ型閉じ込め構造に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
複数のｎ型分離層によって分離された複数のバッファ層を前記ｎ型閉じ込め構造に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
複数のｎ型分離層によって分離された複数のエッチング停止層及び複数のバッファ層を前記ｎ型閉じ込め構造に形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
前記キャリア基板がサファイア、ＳｉＣ、Ｓｉ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＧａＡｓからなる群から選択される物質を含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。