半導体装置及びその製造方法
【課題】高輝度の半導体装置およびその製造方法を提供することにある。【解決手段】絶縁性の成長基板上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層及び前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、を含む半導体装置が提供される。前記第1型の窒化物系クラッド層の下部及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つには、トンネルジャンクション層が形成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、さらに詳細に説明すると、高輝度の半導体装置及びこのような半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオードやレーザーダイオードのような光素子用半導体装置に窒化物系半導体が多く使用される。III族窒化物系半導体(groupIII−nitride−based semiconductor)は、光半導体産業に利用されている最も広いバンドギャップを有する直接遷移型(direct−type)化合物半導体物質である。現在、このような窒化物系半導体を利用して黄色(yellow)から紫外線(ultraviolet)領域の幅広い波長帯域の光を発光する高効率の発光素子が製作されている。しかしながら広範囲な産業分野で、大面積、大容量及び高輝度の発光素子を製作することが数年間試みられているが、下記の基本的な物質及び技術的障害によって失敗に終わっている。
【0003】
第1に、良質の窒化物系半導体を成長させるのに適した導電性基板の調達の難しさである。
【0004】
第2に、インジウム(In)又はアルミニウム(Al)成分を多く有するInGaN層及びAlGaN薄膜の成長の難しさである。
【0005】
第3に、高いホール(hole)キャリア密度を有するP型窒化物系半導体の成長の難しさである。
【0006】
第4に、N型及びP型窒化物系半導体に適した高品質のオーミックコンタクト電極(オ−ミックミックコンタクト層)の形成の難しさである。
【0007】
上記の基本的な物質及び技術に由来する困難さにもかかわらず、1993年末に日本の日亜化学(Nichia chemicals)社で世界最初に窒化物系半導体を利用して青色発光素子を開発した。今日では、蛍光体に結合された高輝度の青/緑色発光素子を含む白色光発光素子が開発されている。そのような白色発光素子は、様々な照明産業分野において実際に使用されている。
【0008】
良質の窒化物系半導体を利用した発光ダイオード(light emitting diode:LED)又はレーザーダイオード(laser diode:LD)などのような高効率、大面積及び大容量の次世代発光素子を実現するためには、低い外部発光効率(extraction quantum efficiency:EQE)及び熱消散が改善されなければならない。
【0009】
窒化物系発光ダイオードは、発光素子の形状と窒化物系活性層から生成された光の放出方向に基づいて、それぞれ2種類に分けられる。発光素子の形状は、基板の電気的特性に関連する。例えば、発光素子の形状に応じて、窒化物系発光ダイオードは、メサ構造の窒化物系発光ダイオード(MESA−structured nitride−based LED)と垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)とに分類される。メサ構造の窒化物系発光ダイオード(MESA−structured nitride−based LED)は,絶縁性基板の上部に窒化物系発光構造体が形成され、N型及びP型オーミック電極層が窒化物系発光構造体に対して平行に配列され、垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)は,垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)がシリコン(Si)及びシリコンカーバイド(SiC)を含む導電性基板の上部に形成される。
【0010】
光の明るさ、熱の除去、及び素子信頼性の観点では、メサ構造の窒化物系発光ダイオードよりは、電気的及び熱的特性に優れた導電性基板の上に形成された垂直構造の窒化物系発光ダイオードのほうが優れている。また、窒化物系発光素子の活性層から生成された光がオ−ミック放出方向に応じて、トップエミット型発光ダイオード(top−emitting type LED)とフリップチップ発光ダイオード(flip−chip type LED)とに分けられる。窒化物系トップエミット型発光ダイオードの場合は、窒化物系活性層から生成された光がP型オーミックコンタクト層を介して外部に放出される。一方、窒化物系フリップチップ型発光ダイオードの場合は、高反射P型オーミックコンタクト層を利用して窒化物系発光構造体のから生成された光が透明な基板(サファイア)を介して外部に放出される。
【0011】
一般に使用されているメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードの場合は、P型窒化物系クラッド層と直接接触しているP型オーミック電極層を介して、窒化物系活性層で生成された光が外部に出射される。したがって、良質のトップエミット型メサ構造の窒化物系発光ダイオードを得るためには、高品質のP型オーミックコンタクト層が必要である。このような高品質のP型オーミックコンタクト層は、90パーセント以上の高い光透過度(light transmittanceion)を有しなくてはならず、同時に可能な限り低い接触オ−ミック抵抗(specific contact ohmic resistance)を有しなければならない。
【0012】
言い換えると、大容量、大面積、高輝度、及び低い接触抵抗及びシート抵抗といった電気的特性を有する次世代の窒化物系トップエミット型LEDを製作するためには、P型電極層の側面方向(lateral direction)における電流拡散(current spreading)と垂直方向(vertical direction)における電流注入(current injecting)とを同時に行うことが必須であり、これにより低いホール(hole)密度濃度によって発生するP型窒化物系クラッド層の高いシート抵抗(sheet resistance)が補償される。また、オ−ミック窒化物系活性層から生成された光がP型オ−ミックミック電極層を介して外部に出射されるときに、吸収される光を最小化するために、高い光透過度及びシート抵抗を有するP型オーミック電極層が提供されなければならない。
【0013】
現在までに知られた窒化物系半導体を利用したメサ構造のトップエミット型発光ダイオードは、P型オ−ミック電極層へP型窒化物系クラッド層の上部に薄いニッケル(Ni)−金(Au)の二重層又は酸化インジウムスズ(ITO)などのような厚い透明導電性層を積層した後に、酸素(O2)又は窒素(N2)雰囲気下でP型窒化物系クラッド層を熱処理して得ることができるP型オーミック電極層を使用している。特に、10−3〜10−4cm2程度の低い接触オ−ミック抵抗値を有する半透明ニッケル−金(Ni−Au)を含むオーミック電極層がオ−ミック500℃程度の温度で熱処理されるとき、P型窒化物系クラッド層とニッケル−金のオーミック電極層との間の境界面でP型半導体酸化物であるニッケル酸化物(NiO)が島(island)状に形成される。また、島状のNiOに高い導電性を有する金(Au)粒子埋め込まれ、これにより微細構造が形成される。
【0014】
このような微細構造は、P型窒化物系クラッド層とニッケル−金オーミック電極層との間に形成されるショットキー障壁(schottky barrier)の高さ及び幅(Schottky barrier height and width:SBH and SBW)を減少させ、N型窒化物系クラッド層へのホールキャリア(hole carrier)の供給し、及び導電性に優れた金(Au)を分布させてもよく、これにより優れた電流拡散を達成する。しかしながら、ニッケル−金(Ni−Au)で形成されるP型オーミック電極層を利用した窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、光透過度を減少させる金(Au)成分を含んでいるため、窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、外部発光効率(EQE)が低く、窒化物系トップエミット型発光ダイオードは大容量、大面積及び高輝度を有する次世代発光ダイオードに適さない。
【0015】
この理由のため、半透明ニッケル−金層を使用することなしにP型オーミックコンタクト層を提供する別の方法が提案されている。この方法によると、P型オーミックコンタクト層は、高透明オーミックコンタクト電極物質として知られるインジウム(In)、錫(Sn)、又は亜鉛(Zn)といった厚い透明導電性物質を含むた透明導電性酸化物(transparent conducting oxide:TCO)層とチタン(Ti)及びタンタル(Ta)などの遷移金属を含む透明導電性窒化物(transitional metal−based transparent conducting nitride:TCN)とを直接P型窒化物系クラッド層の上部に積層することにより得られる。オ−ミックしかしながら、上記の方法を通じて製造されたP型オーミック電極層は、光透過度を改善するが、P型オーミック電極層とP型窒化物系クラッド層との間のオ−ミック境界面特性を悪化させるため、このP型オーミック電極層はメサ(MESA)構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードに適さない。
【0016】
様々な文献(例えば、IEEE PTL,Y.C.Lin,etc.Vol.14,1668 and IEEE PTL,Shyi−Ming Pan,etc.Vol.15,646)は、P型オーミック電極層がニッケル−金(Ni−Au)電極である従来のP型オーミック電極よりも高い光透過度を有するように優れた電気的導電性を有する透明導電性酸化物層とニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)などの金属とを金(Au)及びプラチナ(Pt)といった貴金属を使用することなしに結合することにより得られるP型オーミック電極層を使用することにより電気的及び熱的に安定であり高い外部発光効率を有した窒化物系トップエミット型窒化物系発光ダイオードオ−ミックオ−ミックがを開示している。
最近、P型オーミック電極層としてITO透明薄膜を利用して、従来のニッケル−金オ−ミック電極層構造と比較したとき、より向上した出力を表す窒化物系トップエミット型発光ダイオードを実現したという内容が[Semicond.Sci.Technol.,C S Chang,etc.18(2003),L21]により報告された。しかしながら、上記のとおりに、インジウムスズ酸化物(ITO)及び亜鉛酸化物(ZnO)などのような透明導電性物質のみを利用したP型オ−ミック電極層は、発光ダイオードの一時的な外部発光効率を最大化させることができることに対し、相対的に高い接触抵抗値によって窒化物系発光ダイオードの駆動時に多量の熱を発生させて、大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードへの幅広い応用は、限界点を有している。
さらに、透明導電性酸化物(TCO)又は窒化物(TCN)をP型オ−ミック電極層として使用するときに問題となっている悪い電気的特性を改善するために、米国のルミレッズライティング(LumiLeds Lighting)社は、酸化処理した薄いニッケル−銀(Ni−Au)又はニッケル−銀(Ni−Ag)−インジウムスズ酸化物(ITO)の適用によって向上した光透過度と電気的特性を有する発光ダイオードを製作したと報告している[Michael J.Ludowise etc.,US patent 6,287,947]。しかしながら、これらの発明の結果報告は、複雑なP型オ−ミック電極層の形成工程と金(Au)又は銀(Ag)を使用するため、大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードを実現するのに依然として多くの限界点が存在する。
【0017】
最近になって、韓国の三星電子社では、P型窒化物系クラッド層とITO及びZnOなどの透明導電性酸化物電極層の間のオ−ミック接触抵抗値を下げるために、100nmサイズ以下の第2の新しい透明導電性酸化物を球状のパーティクル(particle)の形態で界面に導入して、良質のP型オ−ミック電極層を開発してメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードに適用して製品化している。
【0018】
高透明導電性薄膜として広く知られたITO、ZnO、In2O3、及びTiNなどを直接的にP型オ−ミック電極層として利用するために脚光を浴びているもう一つの発明技術には、P型窒化物系クラッド層の上部に薄いn+−AlInGaN/AlInGaN及びp+−AlInGaN/AlInGaNなどのスーパー格子(super lattice)構造を繰り返し成長させた後、その上部に上記の高透明導電性薄膜層を形成及び熱処理して良質のP型オ−ミック電極層を形成して、トンネル接合(tunneling junction)を介して良質のメサ構造であるトップエミット型窒化物系発光ダイオードの製作に関する発明技術が台湾をはじめとするいくつかの会社で適用されている。
【0019】
現在、多くの企業において、サファイア成長基板の上部に窒化物系発光構造体を成長させた後に透明なP型オ−ミック電極層を組み合わせて作ったメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードの発明技術は、発光素子の駆動時に活性層及び複数の界面から発生する多量の熱によって、大面積及び大容量の高輝度の次世代光源には適していないものと考えられている。
【0020】
次世代高輝度の光源を開発するためのもう一つの進歩した窒化物系発光素子は、絶縁性であるサファイア成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体を利用した高輝度発光ダイオードの製作は、米国のルミレッズライティング(LumiLeds Lighting)社及び日本の豊田合成(Toyoda Gosei)社をはじめとする多くの会社においてそれぞれ高反射性金属薄膜である銀(Ag)とロジウム(Rh)物質をP型オ−ミック電極層結合させて1mm2サイズ規模の大面積及び大容量のLEDチップであるメサ構造の窒化物系フリップチップ型発光ダイオード(MESA−structured nitride−based flip−chip LED)を作っている。しかしながら、このようなメサ構造の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードは、複雑な工程に起因する低い製品歩留まりと、現在、高反射性物質(銀(Ag)及びロジウム(Rh))を含むP型オーミック層の熱的不安定性および400nm以下の波長帯域の光に対する低い反射率のため、短波長光を放出させる(near)近紫外(near ultraviolet)線発光ダイオードには適していない。
【0021】
現在、大面積及び大容量の高輝度の次世代白色光源の窒化物系発光ダイオードの製作技術として脚光を浴びているものは、垂直構造の窒化物系発光ダイオードである。垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、電気及び熱的に良好な導電性成長基板であるシリコンカーバイド(SiC)の上部に窒化物系発光構造体を積層して製作されるか、あるいは、絶縁性成長基板であるサファイア基板の上部に窒化物系発光構造体を積層した後に、強いエネルギーを用いたレーザービームを利用したサファイア除去技術(laser lift−off:LLO)でサファイア基板を除去したものを、すぐれた熱発散機能を有するヒートシンク(heat sink)および銀(Ag)またはロジウム(Rh)、銅(Cu)及び銅関連合金(Cu−related alloy)などのような高反射性オ−ミック性電極層物質のうえにボンディングすることに製作される。
【0022】
上記の垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、熱的導電性の良いヒートシンクを使用するため、大面積及び大容量の発光ダイオードの駆動時に発生する多量の熱を比較的容易に外部に発散させることができるという長所を有している。
【0023】
しかしながら、上記の垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、依然として熱的に安定なP型高反射性オ−ミック電極層部材、生成された光の内部反射及び吸収によって低い外部発光効率(EQE)及び低い量産歩留まりによって非生産性もしくは高費用の問題を有しているから、今後高輝度白色光源として利用するためには、より進歩した技術が必要となる。特に、シリコンカーバイド(SiC)成長基板の上部に積層製作された発光素子は、熱的発散は良いが、良質のシリコンカーバイド基板自体を生産するための高費用と技術的難しさ、そして高い光吸収率による低い外部発光効率(EQE)がシリコンカーバイド基板を使用した窒化物系発光ダイオードを汎用化するのに決定的な短所となっている。
【0024】
現在、次世代高輝度白色光源として最も注目されているレーザーリフトオフ(LLO)技術を活用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、活性層で生成された光をN型窒化物系クラッド層を介して外部に放出するのか又はP型窒化物系クラッド層を介して外部に放出するのかに応じてそれぞれPサイドダウン(P−side down)又はNサイドダウン(N−side down)垂直構造の窒化物系発光ダイオードに分けられる。
【0025】
一般に、N型窒化物系クラッド層を介して光を放出させるPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードはP型窒化物系クラッド層を介して光を放出させるNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードよりさらに簡単な製造工程と優れた光学的及び電気的特性を表すものと報告されている。
【0026】
このように、PサイドダウンとNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオード間の光学的及び電気的特性における顕著な差は、製造工程で用いられる反射性透明オ−ミック電極層の特性差によって発生するものと知られている。Pサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードの場合には、いろいろな文献で公知されたように、銀(Ag)又はロジウム(Rh)といった高反射性金属をP型オ−ミック電極層として利用し、最上部に面抵抗の極めて低いN型窒化物系クラッド層を配置させるため、別途の高透明N型オ−ミック電極層を必要とせず、N型窒化物系クラッド層を介して光を直接外部に発光させることができるため、より優れた発光ダイオード特性を有するようになるものである。
【0027】
しかしながら、このようなPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、前記した通りに、400nm以下の波長帯域の光を発光させる発光構造体では、高反射性P型オ−ミック電極層の問題によって様々な特性が顕著に低下するという短所を依然として有している。Pサイドダウン垂直構造とは異なり、Nサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードの場合には、銀(Ag)又はロジウム(Rh)金属をN型高反射性オ−ミック電極層物質として使用することができ、かつ400nm以下の短波長領域では、極めて優れた反射率を有するアルミニウム(Al)物質を高反射性N型オ−ミック電極層として使用することができる。しかしながら、最上部に高い面抵抗を有するP型窒化物系クラッド層が存在するため、別途の高透明導電性P型オ−ミック電極層が必須である。しかしながら、上述したように、高透明導電性P型オ−ミック電極層の開発は、P型窒化物系クラッド層の低い電気的特性のため、多くの難しさが存在するのが現状である。
【0028】
ドイツのオスラム(OSRAM)社をはじめとする日本、台湾、及び米国の有名な窒化物系発光素子関連企業は、上記のレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して部分的に大面積及び大容量の高輝度白色光源体である発光ダイオードを製造または販売している。しかしながら、レーザーリフトオフ(LLO)技術を導入した大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードの製作は、50パーセント以下の低い量産歩留まりによって非生産性/高費用という決定的な短所を有している。
【0029】
以上のような半導体装置、例えば低温及び高温の極限状況で使用される大容量及び高周波用トランジスタをはじめとする各種電子素子と発光ダイオード、レーザーダイオード、光感知器、ソーラーセルなどのように窒化ガリウム系半導体(GaN−based semiconductor)を利用する光素子を実現するためには、良質の窒化ガリウム系半導体で構成されたエピタキシャル積層構造を成長させることができる基板を製造する必要がある。
【0030】
このような基板を得るには、結晶格子定数値及び温度に応じる熱膨張係数がほぼ類似した物質を選択しなければならない。このような観点から判断すると、最も理想的なものは、同種物質で製造された基板、すなわちIII族窒化物系で構成された成長用基板の用意が必須である。
【0031】
従来から高性能の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させるために、サファイア(sapphire)、シリコンカーバイド(silicon carbide)、シリコン(silicon)、又はガリウムヒ素(gallium arsenide)などのように異種物質基板(hetero−substrate)が開発されて使用されてきた。
【0032】
しかしながら、上記のそれらの異種物質基板のうち、良質の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させるために、現在、大量で広く使用されているものは、サファイア(Al2O3)及びシリコンカーバイド(SiC)基板物質である。しかしながら、それらは、高性能の窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子を具現するのにおいて決定的に重要な問題点を有している。
【0033】
まず、サファイア基板の上層部に形成される窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造は、基板であるサファイアとの結晶格子定数値及び熱膨張係数差によって、成長後に多くの窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造の内部に電位及び積層欠陥などの高密度に結晶学的欠陥が発生し、窒化ガリウム系電子及び光電子素子の製造または動作を困難にして素子の信頼性に大きな影響を及ぼす。
【0034】
また、サファイアの悪い熱伝導性のため、サファイアの上層部に形成された窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を利用した光電子素子は、駆動時に発生した熱を外部にスムーズに放出させることができないから、短い素子寿命と信頼性に深刻な悪影響を及ぼされる。
【0035】
上記の問題点の他にも、電気的に絶縁性を有するサファイアの特性のため、光電子素子の製造時に、最も理想的な形態と考えられている垂直型の光電子素子ではなく、ドライまたはウェットエッチングと複雑なフォトリソグラフィ工程とが結合されて製作された高費用でしかも低性能のメサ構造形態の素子を製造しなければならないという短所を有している。
【0036】
電気的に絶縁性であるサファイアの上部に形成された窒化ガリウム系半導体光電子素子よりは、基板として多くの長所を有しているシリコンカーバイドも、様々な技術及び経済的観点でいくつかの短所を有している。
【0037】
特に、高性能の窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光電子素子を実現化するために必要な単結晶シリコンカーバイドを製造するのに費用が多くかかり、LEDなどのような発光素子の場合には、活性層で生成された光の相当量をSiC基板層が吸収するため、次世代高効率の発光素子用基板には適していない。
【0038】
上記のように、異種物質基板の使用から引き起こされる技術的及び経済的な観点での上記の短所を克服するために、多くの研究グループでは、HVPE(hydride vapor phase epitaxy)成長法を利用して、窒化ガリウム(GaN)及び窒化アルミニウム(AlN)などのような同種物質基板(homo−substrate)を製作している(phys.stat.sol.(c) No 6,16271650,2003)。
【0039】
また、絶縁性サファイア基板の上部にHVPE成長法を利用して約300μm程度のIII族窒化物系エピタキシャル厚膜層を形成させた後に、強いエネルギー源を有するレーザービームを照射して最初の成長基板であるサファイアを除去(laser lift−off:LLO)し後処理工程を経て、厚いIII族窒化物系エピタキシャル基板が製作された例が報告されている(phys.stat.sol.(c) No 7,1985−1988,2003)。
【0040】
上記の従来の技術の他にも、高品質のIII族窒化物系エピタキシャル厚膜層を形成するために、電気的に絶縁性であるサファイア基板とは異なり、電気的に優れた導電性を有し、かつ結晶格子定数値及び温度に応じる熱膨張係数が似ており、なによりもウェットエッチングによって比較的容易に溶融して除去されうる亜鉛酸化物(zinc oxide:ZnO)を、窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させる時に最初の成長基板として又はサファイア基板の上部に犠牲層として導入して、良質の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させ、それからウェットエッチングによりサファイアが除去される窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を製造するためのIII族窒化物系エピタキシャル基板を製作する技術も報告されている。
【0041】
しかしながら、現在、III族窒化物系エピタキシャル成長基板を製作するための上述した技術及びその他の技術は、技術的難しさのために高費用、低品質、及び低い製品歩留まりによって窒化物系半導体エピタキシャル積層構造を利用した高性能の電子及び光電子素子の今後展望は良くない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0042】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高輝度の半導体装置を提供することにある。
【0043】
また、本発明の他の目的は、上記の半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0044】
本発明の一実施の形態による半導体装置は、絶縁性の成長基板と、前記成長基板上に形成された核生成層と、前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成された非ドープバッファリング窒化物系層と、前記非ドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、前記非ドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層と、を含む。
【0045】
本発明の他の実施の形態による半導体装置は、絶縁性の成長基板と、前記成長基板上に形成された窒化物系半導体薄膜層と、前記窒化物系半導体薄膜層上に形成された支持基板層と、前記支持基板層上に形成された発光構造体と、を含む。
【0046】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された窒化アルミニウム(AlN)系物質層を含んでもよい。
【0047】
又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された金属(metal)、窒化物(nitride)、酸化物(oxide)、ホウ化物(boride)、カーバイド(carbide)、シリサイド(silicide)、酸化窒化物(oxynitride)、及びカーボン窒化物(carbon nitride)系物質層を含んでもよい。
【0048】
又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)系物質層を含んでもよい。又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたSiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)系物質層を含んでもよい。
【0049】
本発明の他の実施の形態による半導体装置は、厚膜層と、前記厚膜層上に形成され、上部面が表面処理された第1エピタキシャル層と、前記第1エピタキシャル層上に形成され、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜を有する第2エピタキシャル層と、を含み、前記第1及び第2エピタキシャル層それぞれは、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成された単結晶単層又は多重層からなる。
【0050】
本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法は、絶縁性の成長基板上に第1エピタキシャル層を形成するステップと、前記第1エピタキシャル層上に30μm以上の厚膜層を形成するステップと、レーザービームを利用して、前記成長基板を除去するステップと、前記成長基板が除去されて露出した前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0051】
上記の実施の形態による半導体装置は、良質の大面積及び大容量の高輝度を有する。また、上記の実施の形態による半導体装置に含まれる薄膜層又は発光構造体は、熱的及び機械的変形もしくは分解が防止される。また、上記の実施の形態による半導体装置は、高性能の半導体エピタキシャル層を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0052】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施の形態を説明する。図1及び図2は、本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作されたPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示す断面図である。
【0053】
図1に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア410aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質(amorphous)状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層420aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約0.3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層430aを形成し、このアンドープ窒化物系層430aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層440aを積層して導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層450a、多重量子井戸窒化物系活性層460a、P型窒化物系クラッド層470aを順次積層させた良質の窒化物系発光構造体を形成しなければならない。
【0054】
上記の窒化物系発光構造は、現在も量産され、広く知られたレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、非ドープ窒化物系層430aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層440aを導入させた構造である。
【0055】
図1で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図2で詳細に説明している。
【0056】
図面に示すように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板410b、ボンディング物質層420b、P型高反射性オ−ミック電極層430b、P型窒化物系クラッド層440b、多重量子井戸窒化物系活性層450b、N型窒化物系クラッド層460b、第1トンネルジャンクション層470b、及びN型電極パッド480bで積層された構造からなっている。
【0057】
絶縁性成長基板であるサファイアからレーザーリフトオフ(LLO)法により薄い窒化物系発光構造体を除去する工程において、発光構造体の保護及び熱発散体であるヒートシンクとして使用される支持基板410bは、従来の一般に使用されているシリコン(Si)基板のかわりに金属間化合物であるシリサイド(silicide)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はその固溶体などをはじめとする電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はその固溶体からなる。このような支持基板は、機械的、電気化学的、又は物理的または化学的蒸着法を利用してもよい。
【0058】
絶縁性サファイア基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入されたレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うものではなく、工程中に窒化物系発光構造体のクラック(crack)の発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持している塩酸(HCl)のような酸性溶液(acid)又は塩基性溶液(basic)に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0059】
上記のボンディング物質層420bは、粘性に優れており、かつ溶融点の低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0060】
P型高反射性オ−ミック電極層430bは、P型窒化物系クラッド層の上部においてアルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はその固溶体を除き、電気的に低い接触抵抗値を有し、高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)もしくはロジウム(Rh)を厚く単独で使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜とを使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属とを順次に適用した構造を用いる。ただし、他の高反射性金属、合金、又はその固溶体を使用することよりは、アルミニウム(Al)金属、合金、又はその固溶体を優先的に適用する。
【0061】
P型窒化物系クラッド層440b、多重量子井戸窒化物系活性層450b、及びN型窒化物系クラッド層460bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層440b及びN型窒化物系クラッド層460bは、該当ドーパントが添加される。
【0062】
また、窒化物系活性層450bは、単層(single layer)又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成される。
【0063】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層460bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層450bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層440bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0064】
本発明の核心部分である第1トンネルジャンクション層470bは、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表現した化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0065】
さらに好ましくは、スーパー格子構造を第1トンネルジャンクション層470bとする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層できる。
【0066】
さらに好ましくは、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶(epitaxy)、多結晶(poly−crystal)、又はアモルファス(amorphous)物質層をいう。
【0067】
さらに他の発明技術として、トンネルジャンクション層470bの下部又は上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nanorod)、ナノ柱(nano−columnar)、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0068】
さらに他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるための方法は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一つ以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0069】
N型電極パッド480bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0070】
図3及び図4は、本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示す断面図である。
【0071】
図3及び図4に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、第1トンネルジャンクション層570bの上部にN型オ−ミック電流拡散層(N−type ohmic current spreading layer)580bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外には、全て第1の実施の形態と完全に同一である。
【0072】
第1トンネルジャンクション層570bの上部にN型オ−ミック電流拡散層580bとして導入された高透明導電性薄膜層は、透明導電性酸化物又は遷移金属系透明導電性窒化物を使用することが好ましく、特に、透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合された透明導電性化合物で形成される。
【0073】
また、上記の遷移金属系透明導電性窒化物(TCN、Transitional metal−based transparent conductive nitride)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合された透明導電性化合物である。
【0074】
さらに好ましくは、N型及びP型窒化物系クラッド層の上部に積層される電流拡散層としては、上記の透明導電性薄膜層とN型及びP型窒化物系クラッド層との窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合させてもよい。
【0075】
N型オ−ミック電流拡散層580bの品質を向上させるために、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)などのプラズマを利用したスパッタリング法と強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー堆積(pulsed laser deposition:PLD)法とを優先的に利用し、その他にもこのビーム又は熱抵抗を利用した蒸着器、原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)をはじめとする化学反応を利用した堆積(CVD)、電気メッキをはじめとする電気化学形成などの方法を使用してもよい。特に、既に商用化されているすべてのレーザーリフトオフ(LLO)を利用した垂直構造の窒化物系発光素子は、N型又はP型反射オ−ミック電極層及びN型又はP型オ−ミック電流拡散層を窒化物系クラッド層の上部に形成するとき、強いエネルギーを有しているイオンが窒化物系クラッド層の表面に悪影響を及ぼすため、これを回避するためにこのビーム又は熱抵抗を利用した蒸着器を使用する。
【0076】
また、N型又はP型反射オ−ミック電極層及びN型又はP型オ−ミック電流拡散層の表面上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0077】
以下、本発明の第3〜第11の実施の形態を説明する。下記の第3〜第11の実施の形態において、一部の構成要素は、前記第1及び第2の実施の形態で説明されたものと同様である。例えば、第1〜第11の実施の形態に対する図1〜図22において概して同一であるか、又は類似の構成要素は、類似の方式で図面符号が選定されている。このような類似し、かつ重複する構成要素に対しては、詳細な説明が省略できるが、前記省略された部分は、第1及び第2の実施の形態で説明された部分をそのまま適用することができる。
【0078】
図5及び図6は、本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0079】
図5に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア610aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層620aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さであるアンドープ窒化物系層630aを形成し、良質の非ドープ窒化物系層630aの上部に薄いN型窒化物系クラッド層640a、多重量子井戸窒化物系活性層650a、P型窒化物系クラッド層660aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層660aの上部に第2トンネルジャンクション層670aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成しなければならない。このような窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、P型窒化物系クラッド層660aの上部に良質の第2トンネルジャンクション層670aを導入させた構造である。
【0080】
図5で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図6で詳細に説明している。
【0081】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板610b、ボンディング物質層620b、P型反射性オ−ミック電極層630b、第2トンネルジャンクション層640b、P型窒化物系クラッド層650b、多重量子井戸窒化物系活性層660b、N型窒化物系クラッド層670b、及びN型電極パッド680bで積層された構造からなっている。
【0082】
本発明の核心部分である第2トンネルジャンクション層640bは、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表わされる化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成される。
【0083】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層640bをスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。さらに好ましくはII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層をいう。
【0084】
P型窒化物系クラッド層650b、多重量子井戸窒化物系活性層660b、及びN型窒化物系クラッド層670bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層650b及びN型窒化物系クラッド層670bは、該当ドーパントが添加される。
【0085】
また、窒化物系活性層660bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成されてもよい。
【0086】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層670bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層660bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層650bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0087】
また、最上層であるN型窒化物系クラッド層670bの上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉計法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0088】
また、他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるための方法としては、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0089】
N型電極パッド680bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0090】
図7及び図8は、本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0091】
図7及び図8に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、N型窒化物系クラッド層770bの上部にN型オ−ミック電流拡散層780bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第3の実施の形態と完全に同様である。また、N型窒化物系クラッド層770bの上部にN型オ−ミック電流拡散層780bとして導入された高透明導電性薄膜層は、第2の実施の形態で説明されたものと同様である。
【0092】
図9及び図10は、本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作されたPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0093】
図9に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア810aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層820aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層830aを形成し、この非ドープ窒化物系層830aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層840aを積層導入した後に薄いN型窒化物系クラッド層850a、多重量子井戸窒化物系活性層860a、P型窒化物系クラッド層870aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層870aの上部に第2トンネルジャンクション層880aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成される。
【0094】
上記の窒化物系発光体構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードの積層構造とは明確に異なり、アンドープ窒化物系層830aの上層部と最上層部であるP型窒化物系クラッド層880aの上層部にそれぞれ第1及び第2良質のトンネルジャンクション層840a、880aを同時に導入させた構造である。
【0095】
図9で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図10で詳細に説明している。
【0096】
図面を示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板810b、ボンディング物質層820b、P型高反射性オ−ミック電極層830b、第2トンネルジャンクション層840b、P型窒化物系クラッド層850b、多重量子井戸窒化物系活性層860b、N型窒化物系クラッド層870b、第1トンネルジャンクション層880a、及びN型電極パッド890bで積層された構造からなっている。
【0097】
P型窒化物系クラッド層850b、多重量子井戸窒化物系活性層860b、及びN型窒化物系クラッド層870bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層850b及びN型窒化物系クラッド層870bは、該当ドーパントが添加される。また、窒化物系活性層860bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など、多様な方式で構成されてもよい。
【0098】
N型電極パッド890bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0099】
図11及び図12は、本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0100】
図11及び図12に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、N型窒化物系クラッド層970bの上部に良質の第1トンネルジャンクション層980bが積層されており、この第1トンネルジャンクション層980bの上部にN型オ−ミック電流拡散層990bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第5の実施の形態と同様である。
【0101】
図13及び図14は、本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作されたNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0102】
図13に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1010aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1020aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3以下の厚さであるアンドープ窒化物系層1030aを形成し、このアンドープ窒化物系層1030aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1040aを積層導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層1050a、多重量子井戸窒化物系活性層1060a、P型窒化物系クラッド層1070aを順次積層させた良質の窒化物系発光構造体を形成する。上記の窒化物系発光構造は、現在まで量産化され、かつ広く知られたレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、アンドープ窒化物系層1030aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1040aを導入させた構造である。
【0103】
図13で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図14で詳細に説明している。
【0104】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1010b、ボンディング物質層1020b、N型反射性オ−ミック電極層1030b、第1トンネルジャンクション層1040b、N型窒化物系クラッド層1050b、多重量子井戸窒化物系活性層1060b、P型窒化物系クラッド層1070b、P型オ−ミック電流拡散層1080b、及びN型電極パッド1090bで積層された構造からなっている。
【0105】
N型反射性オ−ミック電極層1030bは、電気的に低い接触抵抗値を有し高い光反射率を示す高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、又はロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属を母体とする合金(alloy)又はその固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次適用した構造を用いる。
【0106】
N型窒化物系クラッド層1050b、多重量子井戸窒化物系活性層1060b、及びP型窒化物系クラッド層1070bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層1050b及びP型窒化物系クラッド層1070bは、該当ドーパントが添加される。
【0107】
また、窒化物系活性層1060bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成されてもよい。
【0108】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層1050bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層1060bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層1070bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0109】
P型窒化物系クラッド層1070bの上層部にP型オ−ミック電流拡散層1080bとして導入された高透明導電性薄膜層は、第2の実施の形態で説明したN型オ−ミック電流拡散層に対したものが同様に適用される。
【0110】
図15及び図16は、本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を用いて製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0111】
図15に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1110aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1120aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層1130aを形成し、良質のアンドープ窒化物系層1130aの上部に薄いN型窒化物系クラッド層1140a、多重量子井戸窒化物系活性層1150a、P型窒化物系クラッド層1160aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層1160aの上部に第2トンネルジャンクション層1170aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成する。このような窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、P型窒化物系クラッド層1160aの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1170aを導入させた構造である。
【0112】
図15で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図16で詳細に説明している。
【0113】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1110b、ボンディング物質層1120b、N型反射オ−ミック電極層1130b、N型窒化物系クラッド層1140b、多重量子井戸窒化物系活性層1150b、P型窒化物系クラッド層1160b、第2トンネルジャンクション層1170b、及びN型電極パッド1180bで積層された構造からなっている。
【0114】
図17及び図18は、本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を用いて製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0115】
図17及び18に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、P型窒化物系クラッド層1260bの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1270bが積層されており、このような第2トンネルジャンクション層1270bの上部にP型オ−ミック電流拡散層1280bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外にも、全て第8の実施の形態と完全に同一である。
【0116】
図19及び図20は、本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能するアンドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0117】
図19に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1310aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1320aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層1330aを形成し、この非ドープ窒化物系層1330aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1340aを積層して導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層1350a、多重量子井戸窒化物系活性層1360a、P型窒化物系クラッド層1370aを順次積層させ、このP型窒化物系クラッド層1370aの上部に第2トンネルジャンクション層1380aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成する。上記の窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードの積層構造とは明確に異なって、非ドープ窒化物系層1330aの上層部と最上層部であるP型窒化物系クラッド層1380aの上層部にそれぞれ第1及び第2良質のトンネルジャンクション層1340a、1380aを同時に導入させた構造である。
【0118】
図19で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図20で詳細に説明している。
【0119】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1310b、ボンディング物質層1320b、N型反射オ−ミック電極層1330b、第1トンネルジャンクション層1340b、N型窒化物系クラッド層1350b、多重量子井戸窒化物系活性層1360b、P型窒化物系クラッド層1370b、第2トンネルジャンクション層1380a、及びP型電極パッド1390bで積層された構造からなっている。
【0120】
図21及び図22は、本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作されたもう一つのNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0121】
図21及び図22に示したように、絶縁性成長基板の上層部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、P型窒化物系クラッド層1470bの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1480bが積層されており、この第2トンネルジャンクション層1480bの上部にP型オ−ミック電流拡散層1490bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第10の実施の形態と完全に同一である。
【0122】
以下、薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を防止する支持基板層を有する本発明の実施の形態を説明する。前記薄膜層又は発光構造体において、オ−ミック電極層又はトンネルジャンクション層のように上述した実施の形態で言及されたものと重複した名称を使用する構成要素に対しては、特別な説明がない限り、上述の実施の形態で説明された内容をそのまま適用する。
【0123】
図23及び図24は、本発明の第12の実施の形態による、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層の積層からなる窒化物系薄膜層と、上記の窒化物系薄膜層の上部に形成された支持基板層と、を示した断面図である。
【0124】
図23は、最初の成長基板であるサファイア100の上部に700度以下の温度で成長された100nm以下の厚さを有した低温窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された窒化物系犠牲層110と800度以上の温度で成長されて極めて良い表面状態を有した窒化ガリウム(GaN)で構成された窒化物系平坦層120が積層されて形成される。特に、すべてのIII族窒化物系半導体で形成された窒化物系薄膜層又は窒化物系発光構造体の成長は、強いエネルギーを有するレーザービームがサファイアの裏側面を介して照射させると、上記の窒化物系犠牲層110でガリウム(Ga)金属と窒素ガス(N2)又はアルミニウム(Al)金属と窒素ガス(N2)で熱化学分解反応が誘発され、絶縁性サファイア成長基板の分離を助ける機能を果たす。
【0125】
図24は、上記のIII族窒化物系半導体で形成された平坦層120の上部に本発明技術の核心技術である支持基板層130が積層されて形成されている。このような支持基板層130は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して絶縁性成長基板100を除去するとき、最初の成長時に導入された熱的及び機械的変形から誘発される応力を緩和させて上記の支持基板層130の上部に形成された窒化物系薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を阻止する機能を果たす。
【0126】
上記の支持基板層130は、SiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)で形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、優先的に導電性であるSiC、SiCN、又はSiCAlN化学式を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を適用する。
【0127】
また、好ましくは、上記の支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)を利用して、10μm以下の厚さを堆積する。
【0128】
一方、上記の支持基板層130は、積層順序と無関係にAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)とで形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、好ましくは、六方晶系(hexagonal system)であるAl2O3とGa2O3化学式を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を適用する。
【0129】
また、好ましくは、上記の絶縁性支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)を利用して10μm以下の厚さを堆積する。
【0130】
一方、前記支持基板層130は、高融点の支持基板層130にしてもよい。このような高融点支持基板層130は、積層順序と無関係に形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、好ましくは、六方晶系又は正方晶系結晶構造を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を優先的に適用する。
【0131】
さらに好ましくは、上記の高融点支持基板層130は、1000度以上の温度及び多量の水素ガス及びイオン雰囲気下で耐還元性を有する物質が選択され、それらの物質としては、下記のような金属、窒化物、酸化物、ホウ化物、カーバイド、シリサイド、酸化窒化物、及びカーボン窒化物である。
【0132】
具体的に説明すると、前記金属は、Ta、Ti、Zr、Cr、Sc、Si、Ge、W、Mo、Nb、Alから選択される。前記窒化物は、Ti、V、Cr、Be、B、Hf、Mo、Nb、V、Zr、Nb、Ta、Hf、Al、B、Si、In、Ga、Sc及びW並びに希土類金属系窒化物から選択される。前記酸化物は、Ti、Ta、Li、Al、Ga、In、Be、Nb、Zn、Zr、Y、W、V、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系酸化物から選択される。前記ホウ化物は、Ti、Ta、Li、Al、Be、Mo、Hf、W、Ga、In、Zn、Zr、V、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系ホウ化物から選択される。前記カーバイドは、Ti、Ta、Li、B、Hf、Mo、Nb、W、V、Al、Ga、In、Zn、Zr、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系カーバイドから選択される。前記シリサイドは、Cr、Hf、Mo、Nb、Ta、Th、Ti、W、V、Zr及び各種希土類金属系シリサイドから選択される。前記酸化窒化物は、Al−O−Nで、前記カーボン窒化物は、Si−C−Nである。
【0133】
また、好ましくは、上記の高融点支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)等を利用して、10μm以下の厚さを堆積する。
【0134】
図25及び図26は、本発明の第13の実施の形態による、絶縁性成長基板であるサファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層とが形成された形態を示した断面図である。
【0135】
図24で言及したような構造、すなわち最初の成長基板であるサファイア100の上部に窒化物系犠牲層110と平坦層120、そして様々な成分を有する単層、二重層、又は三重層で形成された単結晶、多結晶、又は非晶質の支持基板層130が順次形成された上部に成長基板用であるもう一つの窒化物系薄膜層240と窒化物系発光構造体層250とが成長される。
【0136】
図27〜図30は、本発明の第14の実施の形態による、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図である。
【0137】
特に、図28及び図30は、図27及び図29とは異なり、レーザーリフトオフ(LLO)法を導入して、最初の成長基板であるサファイア100を除去した後にも支持基板層130の下層部に窒化物系平坦層120が継続的に残っている形態を有する。
【0138】
図31〜図34は、本発明の第15の実施の形態による、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図である。
【0139】
図31〜図34に示す窒化物系発光構造体は、優先的に発光ダイオード及びレーザーダイオードのための構造体であって、図31は、発光構造体内に如何なるトンネルジャンクション層も導入されていない最も一般的な構造を有するものである。これに対し、図32〜図34は、少なくともN型窒化物系クラッド層30の下部又はP型窒化物系クラッド層50の上部に一つ以上のトンネルジャンクション層60、70が導入されている発光構造体を示す。
【0140】
図35〜図39は、本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0141】
詳細に説明すると、図35〜図39は、図31に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びP型窒化物系クラッド層50で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてN型及びP型窒化物系クラッド層30、50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150及び高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した5種類の窒化物系発光素子を示している。
【0142】
特に、図35及び図37は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、電気的な導電性がよくないと、図36、図38及び図39の形態に発光素子を製作することが好ましい。
【0143】
図40〜図43は、本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0144】
詳細に説明すると、図40〜図43は、図32に示したように、支持基板層130の上部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、第1トンネルジャンクション層60、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びP型窒化物系クラッド層50で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した4種類の窒化物系発光素子を示している。
【0145】
特に、図40は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでない場合には、図41〜図43の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0146】
図44〜図50は、本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0147】
詳細に説明すると、図44〜図50は、図33に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、P型窒化物系クラッド層50、及び第2トンネルジャンクション層70で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した7種類の窒化物系発光素子を示している。
【0148】
特に、図44及び図45は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでないと、図46〜図50の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0149】
図51〜図56は、本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0150】
詳細に説明すると、図51〜図56は、図34に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、第1トンネルジャンクション層60、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、P型窒化物系クラッド層50、及び第2トンネルジャンクション層70で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した8種類の窒化物系発光素子を示している。
【0151】
特に、図51及び図52は、支持基板層130が電気的に導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでないと、図53〜図56の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0152】
上記のとおりに、本発明によって製作された窒化物系発光素子において共通に用いられた発光構造体の保護及び熱発散体であるヒートシンクとして用いられる支持基板80は、電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はそれのその固溶体を含むことが望ましい。たとえば、従来の一般に使用されているシリコン(Si)基板の代わりに、支持基板80は、金属間化合物であるシリサイド(silicide)アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はそのその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はそのその固溶体などをはじめとする電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はその固溶体が挙げられる。このような支持基板の製造工程は、機械、電気化学、又は物理的化学的堆積法を利用する。
絶縁性サファイア100基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入されたレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うのではなく、工程中に窒化物系発光構造体のクラックの発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持している塩酸(HCl)のような酸性溶液(acid)又は塩基性溶液(basic)に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0153】
上記のボンディング物質層90は、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0154】
P型高反射性オ−ミック電極層140は、P型窒化物系クラッド層の上部においてアルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はそのその固溶体を除き、電気的に低い接触抵抗値を有し、高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)もしくはロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属とを順次適用した構造を利用してもよい。
【0155】
P型窒化物系クラッド層50、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びN型窒化物系クラッド層30までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層50及びN型窒化物系クラッド層30は、該当ドーパントが添加される。
【0156】
また、窒化物系活性層40は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層などの多様な方式で構成されてもよい。
【0157】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層30は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層40は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層50は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0158】
本発明の核心部分である第1トンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層70は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0159】
さらに好ましくは、第1ンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層60はスーパー格子構造とする。
【0160】
一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成される薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0161】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層70は、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含むことが望ましい。
【0162】
また他の発明技術として、トンネルジャンクション層の下部又は上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的
及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させることができる。
【0163】
また他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気及び光学的特性を向上させるための方法では、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間で行うことが好ましい。
【0164】
N型電極パッド170は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0165】
P型電極パッド160は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0166】
図57及び図58は、本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図である。
【0167】
詳細に説明すると、図57は、最初の成長基板であるサファイア10´の上部に800度未満の温度でIII族窒化物系半導体に成長された犠牲層20´と引続いて犠牲層20´の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が積層される。図58は、図57とは少し異なり、犠牲層20´の上部に引続いて窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を積層する前に、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された薄膜層の品質をさらに向上させるために、800度以上の温度においてIII族窒化物系半導体で構成された平坦層40´が導入される。
【0168】
上記の低温で形成された犠牲層20´は、透明なサファイアの後面を介して強いエネルギー源であるレーザービームを照射するとレーザービームを吸収し、このときに発生した多くの熱によってサファイア成長基板が分離されるように促進する。本発明の主要な核心的な層である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、レーザービームによってサファイア基板10´が分離されるとき、支持基板層30´の上部に存在する窒化物系半導体厚膜又は発光構造体薄膜層の熱的及び機械的変形と分解を阻止する機能を担当する。
上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層は、AlxGa1−xN(xは、50パーセント以上)化学式を有し単層又は二重層で形成され、好ましくは、厚い窒化アルミニウム(AlN)単層が良い。
【0169】
一般に、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、金属有機化学蒸気堆積器(metallorganic chemical vapor deposition:MOCVD)及びハイブリッド蒸気相堆積(HVPE)が最も優先して適用することが薄膜品質及び工程において最も好ましいが、原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)、パルスレーザー堆積(pulsed laser deposition:PLD)、強いエネルギー源を有するプラズマを利用したスパッタリング、又は上記の方法以外の物理及び化学的蒸着法により形成する。
【0170】
図59及び図60は、本発明の第21の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図である。
【0171】
詳細に説明すると、図59及び図60は、第20の実施の形態で形成されたテンプレート(template)の窒化アルミニウム(AlN)系支持基板層30´の上部にホモエピタキシャルIII族窒化物系半導体の薄膜成長のための新しい基板用厚膜層50´を製作するために製作考案された構造である。
【0172】
なによりも基板用厚膜層50´は、高品質のレーザーダイオード(LD)及び発光ダイオード(LED)のような光電素子の他にも、各種トランジスタのために絶対的に必要な良質の窒化物系基板を提供することができる。このためには、成長速度が比較的速いHVPE(hybrid vapor phase epitaxy)及びMOCVD法が優先的に適用するが、それらの他にもPLD及びスパッタリング法なども使用してもよい。
【0173】
図61及び図62は、本発明の第22の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いた800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層と、が積層された形態を示した断面図である。
【0174】
詳細に説明すると、上記の図59及び図60と類似の構造であるが、支持基板層30´の上層部にホモエピタキシャルIII族窒化物系半導体薄膜を成長させるための新しい基板用厚膜層50´を成長させる前に、基板用厚膜層50´の品質を向上させるために800度未満の温度で形成させた新しい核生成層60´が導入された構造である。
【0175】
図59〜図62で製作されたテンプレートを強いエネルギー源であるレーザービームを利用して最初絶縁性成長基板であるサファイアを除去した後、窒化物系LD、LED、HBT、HFET、HEMT、MESFET及びMOSFETなどの各種良質の光電子素子を製作できる基板を提供できるという長所を有している。
【0176】
図63及び図64は、本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0177】
詳細に説明すると、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´の上部に形成されたIII族窒化物系半導体で構成された発光ダイオード(LED)の積層構造は、基本的に緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´である4層で構成されている。特に、窒化アルミニウム(AlN)系支持基板層30´とバッファリング窒化物系層70´との間には、800度未満で形成させた核生成層60´は、場合によっては導入させても良く、導入させなくても良い。
【0178】
さらに詳細に説明すると、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´は、該当ドーパントが添加される。
【0179】
また、窒化物系活性層90´は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)又は多重量子点(multi−quantum dots or wires)等、多様な方式で構成されてもよい。
【0180】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層80´は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層90´は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層100´は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0181】
図65及び図66は、本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0182】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系LED構造であるが、緩衝層として機能するアンドープバッファリング窒化物系層70´及びN型窒化物系クラッド層80´の間に第1トンネルジャンクション110a´が導入された点が異なる。N型窒化物系クラッド層80´の下層部に導入された第1トンネルジャンクション層110a´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のN型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110a´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させるように助ける機能を果たす。
【0183】
本発明のさらに他の核心部分である第1トンネルジャンクション層110a´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0184】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´はスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0185】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0186】
図67及び図68は、本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0187】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系発光ダイオード構造であるが、P型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された点が異なる。P型窒化物系クラッド層100´の上部に導入された第2トンネルジャンクション層110b´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のP型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110b´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させることができるようにする機能を果たす。
【0188】
本発明のさらに他の核心部分である第2トンネルジャンクション層110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0189】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層110b´はスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0190】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0191】
図69及び図70は、本発明の第26の実施の形態による、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0192】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系発光ダイオード構造であるが、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´及びN型窒化物系クラッド層80´の間に第1トンネルジャンクション層110a´が導入されP型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された点が異なる。N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ導入された第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のN型及びP型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させることを可能とする機能を果たす。
【0193】
本発明のさらに他の核心部分である第1及び2トンネルジャンクション層110a´、110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択されたいずれか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0194】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´をスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0195】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0196】
図71は、本発明の第27の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を用いて、N型窒化物系クラッド層よりP型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のPサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0197】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´のテンプレート(template)を利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0198】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、表面処理、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を、ドライエッチングを利用してLEO(lateral epitaxial overgrowth:)技法が、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´からP型窒化物系クラッド層100´が積層される前に利用してもよい。良質の窒化物系発光構造体を形成した後、高反射のP型オ−ミック電極層が形成される(工程(2))。
【0199】
上記のP型高反射オ−ミック電極層を形成する前に、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理などを導入してもよい。特に、P型窒化物系クラッド層の上部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性のP型オ−ミック電極層として使用が容易ではなかったアルミニウム(Al)高反射性金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射性のP型オ−ミック電極層を形成した後に、熱発散体であるヒートシンク用厚膜が一般的なボンディングトランスファ(bonding transfer)及び電気メッキ法によって形成される(工程(3))。
【0200】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させて、サファイア基板10の上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームが吸収されるとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(4))。
【0201】
以後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して、準絶縁体又は絶縁体(semi−insulating or insulating)である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層を完全に除去(工程(5))し、高透明N型オ−ミック電極層及びN型電極層パッドを形成する(工程(6))
)。高透明N型オ−ミック電極層を形成する前に、活性層の内部で生成された光を外部に最大限多く放出するために、粗面処理及び表面パターニング技術を導入させてもよい。
【0202】
図72〜図75は、本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品室のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0203】
詳細に説明すると、ボンディングトランスファ工程を使用すると、本発明で上述した熱発散体であるヒートシンクとして使用される板(plate)と窒化物系発光構造体の高反射性P型オ−ミック電極層120´の部分とを接合させるボンディング層130´が必要である。このようなボンディング層130´の物質には、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。しかしながら、電気メッキ工程を利用して熱発散体であるヒートシンクを形成すると、ボンディング層130´を必要としない。本発明では、ボンディングトランスファ工程に比べて、電気化学的な方法である電気メッキ工程を優先的に適用する。図72及び図73は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図74及び図75は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0204】
一般に、N型窒化物系クラッド層は、低い面抵抗値を有しているから、高透明N型オ−ミック電極層を必要としないが、素子の信頼性及びより良好な品質の発光素子を製作するためには、高透明N型オ−ミック電極層が必要である。よって、本発明においては高透明N型オ−ミック電極層を形成することを優先的に適用する。これと同時に、発光素子の外部量子効率(external quantum efficiency)を極大化させるために、粗面処理及びパターニング工程を適用させることも好ましい。
【0205】
図76〜図79は、本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0206】
詳細に説明すると、第28の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の上層部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。図76及び図77は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図78及び図79は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0207】
図80〜図83は、本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0208】
詳細に説明すると、第28の実施の形態と類似しているが、但し、P型窒化物系クラッド層100´の下部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図80及び図81は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図82及び図83は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0209】
図84〜図87は、本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0210】
詳細に説明すると、第31の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の上部とP型窒化物系クラッド層100´の下部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図84及び図85は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図86及び図87は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0211】
図88は、本発明の第32の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0212】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´テンプレートを利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0213】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を用いたLEO法、ドライエッチング、表面処理を、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70からP型窒化物系クラッド層100を積層する前に、利用してもよい。良質の高品質の窒化物系発光構造体を成長させた後に、シリコン(Si)支持基板、ガリウムヒ素(GaAs)支持基板、サファイア(sapphire)支持基板、又は他の一時的な支持基板は、有機物のボンディング材料であるワックス(wax)のような物質をボンディング材料に用いて、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着される。又は、上記工程の前に、粗面処理及びパターニング工程が、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に行われる。加えて、一時的な支持基板は、高透明なP型オ−ミック電極層を形成させた後にP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着されてもよい(工程(2))。
【0214】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させてサファイア基板10´上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームを吸収するとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(3))。
【0215】
LLO法によって絶縁性基板であるサファイアを除去させた後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して準絶縁体又は絶縁体である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を完全に除去(工程(4))し、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部に高反射のN型オ−ミック電極層を形成する。
【0216】
高反射N型オ−ミック電極層を形成する前に、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理工程などを導入してもよい(工程(5))。
【0217】
特に、N型窒化物系クラッド層の上層部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性N型オ−ミック電極層にアルミニウム(Al)高反射金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射N型オ−ミック電極層を形成させた後に一般的なボンディングトランスファと電気メッキ法によって熱発散体であるヒートシンク用厚膜を形成する(工程(6))。
【0218】
高透明性P型オ−ミック電極層及びP型電極層パッドを形成する(工程(7))。高透明P型オ−ミック電極層を形成させる前に、活性層の内部から生成された光を外部に最大限多く放出するために、表面粗さ及び表面パターニング技術を導入させることができる。万一、高透明P型オ−ミック電極層を工程(2)ステップで形成させる場合には、P型電極層パッド180´のみを形成させる。
【0219】
図89及び図90は、本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図89は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図90は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0220】
上記のPサイドダウン発光ダイオード(P−LED)とは異なり、最上部に存在するようになるP型窒化物系クラッド層の面抵抗値が極めて大きいため、必ずP型窒化物系クラッド層の上部に高品位の高透明P型オ−ミック電極層170´、すなわち側面方向への円滑な電流拡散(current spreading)及び垂直方向への容易な電流注入(current injecting)が可能な高い光透過度を有した薄膜層が絶対的に必要である。
【0221】
図91及び図92は、本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0222】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但しN型窒化物系クラッド層80´の下部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。図91は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図92は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0223】
図93〜図96は、本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0224】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但しP型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図93及び図94は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図95及び図96は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0225】
図97〜図100は、本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0226】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図97及び図98は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図99及び図100は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0227】
図101は、本発明の第37の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0228】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´テンプレートを利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0229】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を用いたLEO技法、ドライエッチング、表面処理を、緩衝層として機能するアンドープバッファリング窒化物系層70´からP型窒化物系クラッド層100´を積層する前に、利用してもよい。良質の窒化物系発光構造体を成長させた後に、有機物のボンディング材料であるワックス(wax)のような物質をボンディング材料として使用して、シリコン(Si)支持基板、ガリウムヒ素(GaAs)支持基板、サファイア(sapphire)支持基板、又は他の一時的な支持基板をP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着させる。上記工程の前に、粗面処理およびパターニング工程がP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に行われてもよい。加えて、上記の一時的な支持基板は、高透明P型オ−ミック電極層を形成した後に、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着させてもよい(工程(2))。
【0230】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させて、サファイア基板10´上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームを吸収するとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(3))。
【0231】
LLO法によって絶縁性基板であるサファイアを除去した後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して準絶縁体又は絶縁体である窒化アルミニウム系物質薄膜層を部分的に除去(工程(4))し、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部に高反射性N型オ−ミック電極層を形成する。高反射性N型オ−ミック電極層を形成する前に、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理工程などを導入してもよい(工程(5))。
【0232】
特に、N型窒化物系クラッド層の上部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性N型オ−ミック電極層にアルミニウム(Al)などの高反射性金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射性N型オ−ミック電極層を形成させた後に、一般的なボンディングトランスファと電気メッキ法によって熱発散体であるヒートシンク用厚膜を形成する(工程(6))。
【0233】
高透明性P型オ−ミック電極層及びP型電極層パッドを形成する(工程(7))。高透明P型オ−ミック電極層を形成する前、活性層の内部で生成された光を外部に最大限多く放出するために、粗面処理及び表面パターニング技術を導入させてもよい。万一、高透明性P型オ−ミック電極層を工程(2)で形成する場合には、P型電極層パッド180´のみを形成してもよい。
【0234】
図102〜図105は、本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図102及び図103は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図104及び図105は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0235】
また、図106〜図109は、本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図106及び図107は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図108及び図109は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0236】
上記のPサイドダウン発光ダイオードとは異なり、最上層部に存在するようになるP型窒化物系クラッド層の面抵抗値が極めて大きいため、必ずP型窒化物系クラッド層の上部に高品質の高透明性P型オ−ミック電極層170´、すなわち側面方向への円滑な電流拡散及び垂直方向への容易な電流注入が可能な高い光透過度を有した薄膜層が絶対的に必要である。
【0237】
詳細に説明すると、本発明の第33の実施の形態とは異なり、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が完全に除去されずに依然として一定の間隔を有する形態で窒化物系発光構造体を支持しているため、高品質の窒化物系発光ダイオードは構造的に安定なものとなる。高反射性N型オ−ミック電極物質層120´が窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を介してN型窒化物系クラッド層80´と直接的に接触しているから、高反射性N型オ−ミック電極物質層120´は、良好な電流注入と高反射特性を有する電極層として十分機能する。
【0238】
図110〜図113は、本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図110及び図111は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図112及び図113は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0239】
また、図114〜図117は、本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図114及び図115は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図116及び図117は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0240】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。
【0241】
図118〜図121は、本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図118及び図119は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図120及び図121は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0242】
また、図122〜図125は、本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図122及び図123は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図124及び図125は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0243】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、P型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。
【0244】
図126〜図129は、本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図126及び図127は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図128及び図129は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0245】
また、図130〜図133は、本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図130及び図131は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図132及び図133は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0246】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。
【0247】
本発明の重要部分を再度簡略に要約すると、以下のとおりである。
【0248】
最初の成長基板である絶縁性サファイア10´の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´及び平坦層20´で構成されたIII族窒化物系半導体薄膜の上部に本発明技術の核心的な技術である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が積層され形成される。このような窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して絶縁性成長基板10´を除去するとき、最初の成長時に導入された熱的及び機械的変形により誘発された応力を緩和させて、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´の上部に成長された窒化物系薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を阻止する機能を果たす。上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、積層順序と無関係に形成された単層又は二重層で形成されてもよく、好ましくは、六方晶系又は正方晶系結晶構造を有する単結晶物質層を優先的に適用する。
【0249】
また、上記のIII族窒化物系半導体で形成された平坦層20´の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を積層し成長させる前に、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜がパターニング及びエッチング工程により島状に平坦層20´の上部に形成される場合は、電位密度の低い窒化物系発光構造体が支持基板層30´のうえに形成される。
【0250】
さらに好ましくは、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)、混合蒸気相蒸着(hybrid vapor phase epitaxy:HVPE)、及び原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したイオンガスを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積法(PVD)等を利用して、10μm以下の厚さを形成することが望ましい。
【0251】
上記のとおりに、本発明によって製作された窒化物系発光素子において共通に使用された発光構造体を保護し又熱発散体であるヒートシンク140は、電気的導電性及び熱的伝導性に優れた金属、合金、又はそのその固溶体を含むことが望ましい。より望ましくは、ヒートシンク140は、従来の一般に使用されているシリコン(Si)に代わって、金属間化合物であるシリサイド(silicide)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はそのその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はそのその固溶体、タングステン(W)、又はタングステン系合金又はそのその固溶体、ニッケル(Ni)、又はニッケル系合金又はそのその固溶体などが優先的に選択することが望ましい。その固溶体
絶縁性サファイア10´基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入しているレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うことの他にも、その工程中に窒化物系発光構造体のクラックの発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持して塩酸(HCl)のような酸性溶液又は塩基性溶液に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0252】
上記のボンディング物質層130´は、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0253】
高反射P型オ−ミック電極層120´は、P型窒化物系クラッド層100´又は第2トンネルジャンクション層110b´の上層部で電気的に低い接触抵抗値を有し、アルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はそのその固溶体を除いて高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)とロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と二重層、又は三重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次適用した構造を利用してもよい。
【0254】
緩衝層として機能するアンドープ窒化物系半導体バッファリング層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)で表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´は、該当ドーパントが添加される。
【0255】
また、窒化物系活性層90´は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層の他にも、多重量子点または線(multi−quantum dots/wires)等多様な方式で構成されてもよい。
【0256】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層80´は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層90´は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層100´は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0257】
本発明のさらに他の核心部分である第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)で表された化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成される。
【0258】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´をスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0259】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0260】
最上層部であるN型窒化物系クラッド層の上層部80´及びP型窒化物系クラッド層の上層部100´に積層される高透明性オ−ミック電極層150´、高透明性オ−ミック電極層170´として可能な物質は、透明導電性薄膜層である酸化物又は遷移金属系窒化物で形成され、特に、透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合された酸化物(oxide)で形成される。
【0261】
上記の遷移金属系窒化物は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合された窒化物である。
【0262】
さらに好ましくは、N型窒化物系クラッド層80及びP型窒化物系クラッド層100の上部に積層される高透明性オ−ミック電極層150´、高透明性オ−ミック電極層170´は、窒素又は酸素雰囲気下で熱処理時に上記の透明導電性薄膜層とN型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´との組み合わせで新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分を含むことが望ましい。
【0263】
好ましくは、ボンディング層130´の上部に導入される高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの高反射性金属とそれらを母体とする合金又はそのその固溶体を含んでもよい。特に、本発明では、高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´として、熱的に安定かつ400nm以下の波長帯域の光に対する反射率が優れたアルミニウム(Al)金属、合金、又はその固溶体が優先的に使用される。
【0264】
さらに好ましくは、他の高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´としては、上記の透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は透明導電性遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属との接合でもよい。
【0265】
また、さらに他の核心的な発明技術としてトンネルジャンクション層110a´、トンネルジャンクション層110b´の下部又は上部にそ面処理及びフォトニック結晶効果によって窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0266】
また、さらに他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気及び光学的特性を向上させるための方法としては、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0267】
N型電極層パッド160´及びP型電極層パッド180´は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0268】
以下、上のような半導体装置を製造するために、良質のエピタキシャル層を成長させる本発明の実施の形態を説明する。下記の実施の形態において、上述の実施の形態で言及されたものと重複した名称を使用する構成要素に対しては、特別な説明がない限り、上述の実施の形態で説明された内容がそのまま適用される。
【0269】
図134〜図138は、本発明の第46の実施の形態によって、第1側面に良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図である。
【0270】
図134〜図138に示しているように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に第1エピタキシャル層2が成長されている(図134)。第1エピタキシャル層2は、多重層の積層構造を有してもよい。
【0271】
第1エピタキシャル層2は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質のGaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、SiCNなどの単結晶形態で構成され、少なくとも30nm以上の単層、二重層、又は二重層以上の多層の形態で積層される。
【0272】
成長基板1であるサファイアの上部に形成された第1エピタキシャル層2の積層構造は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)が同時に又は順序に関係なく多層形態で形成される。
【0273】
第1エピタキシャル層2は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じて、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0274】
第1エピタキシャル層2は、MOCVD、HVPE、及びALD(atomic level deposition)等のようなCVD法と強いエネルギー源であるレーザーを利用したPLD、そしてMBE(molecular beam epitaxy)などのようなPVD法を使用する。
【0275】
次の工程は、図134のように、成長基板1の上層部に形成された第1エピタキシャル層2の上部に30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成する工程である(図135)。
【0276】
上記の厚膜層3は、高い堆積速度を有する多様な電気化学的蒸着法である電解電極メッキ及び無電極メッキと、物理及び化学蒸気堆積法であるLPCVD(low pressure CVD)、PECVD(plasma enhanced CVD)、多様な形態のスパッタリング、PLD、スクリーンプリンティング(screen printing)、又は金属ホイル(metal foil)を組み合わせたレーザー溶解接着法(fusion bonding)を利用して、電気的に導電性を帯びた物質を優先的に選択して形成させるものの、場合によっては電気的に絶縁性を帯びた厚膜層でもよい。
【0277】
30μm以上の厚さを有する厚膜層3を構成する物質は、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で酸化及び還元化学反応なしに、電気的及び熱的に優れた導電性を有するものを優先的に選択する。
【0278】
具体的に説明すると、厚膜層3を構成する物質には、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド(Diamond)、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、又はSiCNの中から少なくとも一成分以上に積層されたものが好ましい。
【0279】
また、厚膜層3を形成する物質を利用して、単層、二重層、又は三重層以上を有する単結晶、多結晶、又は非晶質形態の積層構造を有してもよい。
【0280】
30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成するさらに他の物質には、上記の厚膜層3物質を互いに組み合わせた合金又はその固溶体でもよい。
【0281】
次の工程は、図135のように、成長基板1の上部に第1エピタキシャル層2と厚膜層3とを引続いて成長させた後に強いエネルギー源であるKrF及びYAGなどのレーザービームを使用して、電気的に低い導電性及び熱的低い伝導性を有した成長基板1を除去(LLO)する工程である(図136)。
【0282】
強いエネルギー源であるレーザービームを透明な成長基板1であるサファイア基板の後面に照射すると、第1エピタキシャル層2とサファイア界面でレーザービームを強く吸収して、GaN及びAlN物質がそれぞれ金属成分であるガリウム(Ga)又はアルミニウム(Al)と窒素(N)とに熱分解が発生して、サファイア基板が分離される。
【0283】
次の工程では、図136のように、LLO技法を利用して電気的に絶縁性サファイア基板を除去した後に、高性能の窒化ガリウム系電子及び光電子素子を製造するための良質の薄膜を積層するに先立ち、酸性、塩基性、又は多様な塩溶液を使用したウェットエッチングとドライエッチングとを活用して、第1エピタキシャル層2の平坦化のために表面処理を行う(図137)。
【0284】
化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)と表される物質層で構成される第2エピタキシャル層4を形成するに先立ち、好ましくは、厚膜層3及び厚膜層3の上部に形成された第1エピタキシャル層2の熱的安定性を向上させるために、800度以上の酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、真空(vacuum)、空気(air)、水素(H2)、又はアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で少なくとも30秒以上24時間まで熱処理する工程を適用する。
【0285】
特に、図134〜図137までの工程により、高性能の窒化物系電子及び光電子素子用高品位のエピタキシャル基板を低費用及び高効率的にすることができる。
【0286】
次の工程では、図137のように、用意した高品室の窒化ガリウム系エピタキシャル基板の上部にMOCVD、HVP、PLD、ALD、又はMBEなどの方法で高性能の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体多層薄膜、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させる(図138)。
【0287】
上記の第2エピタキシャル層4は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)と表示された物質を同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0288】
また、好ましくは、第2エピタキシャル層4は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じて、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0289】
図139〜図144は、本発明の第47の実施の形態によって、第2側面に良質のエピタキシャル基板の製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図である。
【0290】
図139〜図144に示すように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に多層の積層構造を有する第1エピタキシャル層2が成長される(図139)。第1エピタキシャル層2は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質のGaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、SiCNなどの単結晶形態で構成され、少なくとも30nm以上の単層、二重層、又は二重層以上の多層の形態で積層される。
【0291】
成長基板1であるサファイアの上層部に形成された第1エピタキシャル層2は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)が同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0292】
第1エピタキシャル層2は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じてN型ドーパントでIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0293】
第1エピタキシャル層1は、MOCVD、HVPE、及びALD等のようなCVD法と強いエネルギー源であるレーザーを利用したPLD、そしてMBEなどのようなPVD法を使用する。
【0294】
次の工程は、図139のように、成長基板1であるサファイア基板の上部に形成された第1エピタキシャル層2の上部に30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成する工程である(図140)。
【0295】
上記の厚膜層3は、高い堆積速度を有する多様な電気化学的堆積法である電解電極メッキ及び無電極メッキと物理及び化学蒸気堆積法であるLPCVD、PECVD、多様な形態のスパッタリング、PLD、スクリーンプリンティング、又は金属ホイルを組み合わせたレーザー溶解接着法を利用して、電気的に導電性を帯びた物質を優先的に選択して形成させるものの、場合によっては電気的に絶縁性を帯びた厚膜層でもよい。
【0296】
前記30μm以上の厚さを有する厚膜層3を構成する物質は、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で酸化及び還元化学反応なしに電気的導電性及び熱的伝導性を有するものを優先的に選択する。
【0297】
厚膜層3を構成する物質には、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、又はSiCNの中から少なくとも一成分以上で積層されたものが好ましい。
【0298】
上記の厚膜層3を形成する物質を利用して、単層、二重層、又は三重層以上を有する単結晶、多結晶、又は非晶質形態の積層構造を有する。
【0299】
前記30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成するさらに他の物質には、上記の厚膜層物質を互いに組み合わせた合金又はそのその固溶体でもよい。
【0300】
次の工程では、図140のように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に第1エピタキシャル層2と厚膜層3を引続いて成長させた後に強いエネルギー源であるKrF及びYAGなどのレーザービームを使用して、電気的導電性及び熱的伝導性が低いサファイア基板を除去(LLO)する(図141)。
【0301】
強いエネルギー源であるレーザービームを透明なサファイア基板の後面に照射すると、第1エピタキシャル層2とサファイアの界面でレーザービームを強く吸収して、GaN及びAlN物質がそれぞれ金属成分であるガリウム(Ga)又はアルミニウム(Al)と窒素(N)とに熱分解が発生して、サファイア基板が分離される。
【0302】
次の工程では、図141のように、LLO技法を利用して電気的に絶縁性サファイア基板を除去した後に、高性能の窒化ガリウム系電子及び光電子素子を製造するための良質の薄膜を積層するに先立ち、酸性、塩基性、又は多様な塩溶液を使用したウェットエッチングとドライエッチングを活用して、第1エピタキシャル層2の平坦化のために表面処理を行う(図142)。
【0303】
化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質層で構成される第2エピタキシャル積層構造を形成するに先立ち、好ましくは、厚膜層及び厚膜層の上部に形成された第1エピタキシャル積層構造の熱的安定性を向上させるために、800度以上の酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、真空(vacuum)、空気(air)、水素(H2)、又はアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で少なくとも30秒以上24時間まで熱処理する工程を適用する。
【0304】
次の工程では、図142のように、表面処理により平坦化された第1エピタキシャル層2の上部に高性能の電子及び光電子素子用薄膜層、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させるに先立ち、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質層で構成された良質の薄膜構造、すなわち第2エピタキシャル積層構造を成長させるために、パターニング工程を導入してELOG(epitaxial lateral overgrowth)技法を使用する(図143)。
【0305】
次の工程では、図143のように、パターニングされた高品質の窒化ガリウム系エピタキシャル基板の上部にMOCVD、HVP、PLD、ALD、又はMBEなどの方法で良質の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体多層薄膜、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させる(図144)。
【0306】
上記の第2エピタキシャル層4は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質を同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0307】
また、好ましくは、第2エピタキシャル層4は、製造しようとする素子の種類に応じてN型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0308】
図145は、本発明の第48の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上層部に形成された第1及び2エピタキシャル層構造を順次成長させた断面図である。
【0309】
図145に示すように、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気で化学的及び熱的に安定な厚膜層3を構成する物質、Mo、W、Si、GaN、SiC、AlN、TiNなどを優先的に選択して形成し、1000度以上の高温で成長された非ドープ窒化ガリウム及びSiなどのIV族元素がドーピングされたN型窒化ガリウムで構成された第1エピタキシャル層2、そして窒化ガリウム系半導体で構成された高性能の電子及び光電子素子用第2エピタキシャル層4を順次成長させたものである。
【0310】
図146は、本発明の第49の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1エピタキシャル層及び2エピタキシャル層が順次成長された断面図である。
【0311】
図146に示すように、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気で化学的及び熱的に安定な厚膜層3を構成する物質Mo、W、Si、GaN、SiC、AlN、TiNなどを優先的に選択して形成し、1000度以上の高温で成長されたアンドープ窒化アルミニウム及びアンドープ窒化ガリウムで構成された第1エピタキシャル層2、そして窒化ガリウム系半導体で構成された高性能の電子及び光電子素子用第2エピタキシャル層4を順次成長させたものである。
【産業上の利用可能性】
【0312】
以上説明したように、サファイア成長基板の上部に窒化物系半導体で構成された発光構造体の成長時に緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層とN型窒化物系クラッド層との間に第1トンネルジャンクション層又は最上層であるP型窒化物系クラッド層の上部に第2トンネルジャンクション層を導入して積層し、レーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用して良質の大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作することができる。
【0313】
また、前記N型窒化物系クラッド層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ形成させた高透明性又は高反射性N型オ−ミック電極層及び高透明性又は高反射性P型オ−ミック電極層の電気的及び光学的特性を改善させて、窒化物系発光素子の優れた電流−電圧特性及び光の明るさを画期的に向上させることができ、かつ、外部発光効率を向上させるために導入された粗面処理とフォトニック結晶効果を窒化物系クラッド層及びオ−ミック電極層の上下部に極めて容易に適用して、大面積及び大容量を有する高輝度窒化物系発光素子を製作することによって、次世代白色光源を提供することができる。
【0314】
また、前記サファイア成長基板の上部にレーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用するための窒化物系半導体で構成された良質の窒化物系発光構造体を成長させる前に、窒化物系犠牲層、窒化物系平坦層、及び支持基板層を順次積層し、上記の支持基板層の上部に窒化物系半導体で構成された良質の窒化物系発光構造体を連続的に成長させる。窒化物系発光構造体の成長時に緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層とN型窒化物系クラッド層との間に第1トンネルジャンクション層又は最上層であるP型窒化物系クラッド層の上部に第2トンネルジャンクション層を導入して積層し、レーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用して良質の大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作することができる。
【0315】
これによると、強いエネルギー源であるレーザー照射時に熱的及び機械的変形から引き起こされる窒化物系半導体薄膜の変形又は分解を抑制でき、かつN型及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ形成されるN型及びP型高透明性又は高反射性オ−ミック電極層の電気及び光学的特性を画期的に改善させることによって、窒化物系発光素子の優れた電流−電圧特性及び光の明るさ特性を向上させることができる。
【0316】
一方、良質の窒化物系半導体エピタキシャル層を成長させることによって、エピタキシャル層を使用した電気的、光学的、熱的に優れた半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0317】
【図1】本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上層部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したPダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図3】本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図4】本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図5】本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図6】本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図7】本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図8】本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図9】本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図10】本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図11】本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図12】本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図13】本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図14】本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能するアンドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【図15】本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図16】本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図17】本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図18】本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図19】本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図20】本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図21】本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図22】本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図23】本発明の第12の実施の形態によって、III族窒化物系薄膜層の上に形成されたサファイア基板と、絶縁性成長基板であるサファイアの上部に窒化物系の犠牲層及び平坦層の積層構造を有するIII族窒化物系薄膜層を示した断面図
【図24】本発明の第12の実施の形態によって、III族窒化物系薄膜層の上に形成されたサファイア基板と、絶縁性成長基板であるサファイアの上部に窒化物系の犠牲層及び平坦層の積層構造を有するIII族窒化物系薄膜層を示した断面図
【図25】本発明の第13の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層が形成された形態を示した断面図
【図26】本発明の第13の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層が形成された形態を示した断面図
【図27】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図28】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図29】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図30】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図31】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図32】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図33】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図34】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図35】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図36】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図37】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図38】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図39】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【図40】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図41】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図42】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図43】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図44】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図45】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図46】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図47】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図48】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図49】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図50】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図51】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図52】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図53】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図54】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図55】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図56】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図57】本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図
【図58】本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図
【図59】本発明の第21の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図
【図60】本発明の第21の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図
【図61】本発明の第22の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いて800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層とが積層された形態を示した断面図
【図62】本発明の第22の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いて800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層とが積層された形態を示した断面図
【図63】本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図64】本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図65】本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図66】本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図67】本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図68】本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図69】本発明の第26の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系の犠牲層、又はIII族窒化物系の犠牲層及びIII族窒化物系の平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図70】本発明の第26の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系の犠牲層、又はIII族窒化物系の犠牲層及びIII族窒化物系の平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図71】本発明の第27の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、n型窒化物系クラッド層よりP型窒化物系クラッド層がさらに下層部に存在する高品質のPサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図72】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図73】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図74】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図75】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図76】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図77】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図78】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図79】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図80】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図81】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図82】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図83】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図84】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図85】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図86】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図87】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図88】本発明の第32の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図89】本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図90】本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図91】本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図92】本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図93】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図94】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図95】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図96】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図97】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図98】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図99】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図100】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図101】本発明の第37の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下層部に存在する高品位質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図102】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図103】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図104】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図105】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図106】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図107】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図108】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図109】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図110】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図111】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図112】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図113】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図114】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図115】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図116】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図117】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図118】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図119】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図120】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図121】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図122】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図123】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図124】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図125】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図126】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図127】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図128】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図129】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図130】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図131】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図132】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図133】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図134】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図135】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図136】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図137】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図138】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図139】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図140】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図141】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図142】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図143】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図144】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図145】本発明の第48の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1及び第2エピタキシャル積層構造が順次形成された断面図
【図146】本発明の第49の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1及び第2エピタキシャル積層構造が順次形成された断面図
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体装置に関し、さらに詳細に説明すると、高輝度の半導体装置及びこのような半導体装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオードやレーザーダイオードのような光素子用半導体装置に窒化物系半導体が多く使用される。III族窒化物系半導体(groupIII−nitride−based semiconductor)は、光半導体産業に利用されている最も広いバンドギャップを有する直接遷移型(direct−type)化合物半導体物質である。現在、このような窒化物系半導体を利用して黄色(yellow)から紫外線(ultraviolet)領域の幅広い波長帯域の光を発光する高効率の発光素子が製作されている。しかしながら広範囲な産業分野で、大面積、大容量及び高輝度の発光素子を製作することが数年間試みられているが、下記の基本的な物質及び技術的障害によって失敗に終わっている。
【0003】
第1に、良質の窒化物系半導体を成長させるのに適した導電性基板の調達の難しさである。
【0004】
第2に、インジウム(In)又はアルミニウム(Al)成分を多く有するInGaN層及びAlGaN薄膜の成長の難しさである。
【0005】
第3に、高いホール(hole)キャリア密度を有するP型窒化物系半導体の成長の難しさである。
【0006】
第4に、N型及びP型窒化物系半導体に適した高品質のオーミックコンタクト電極(オ−ミックミックコンタクト層)の形成の難しさである。
【0007】
上記の基本的な物質及び技術に由来する困難さにもかかわらず、1993年末に日本の日亜化学(Nichia chemicals)社で世界最初に窒化物系半導体を利用して青色発光素子を開発した。今日では、蛍光体に結合された高輝度の青/緑色発光素子を含む白色光発光素子が開発されている。そのような白色発光素子は、様々な照明産業分野において実際に使用されている。
【0008】
良質の窒化物系半導体を利用した発光ダイオード(light emitting diode:LED)又はレーザーダイオード(laser diode:LD)などのような高効率、大面積及び大容量の次世代発光素子を実現するためには、低い外部発光効率(extraction quantum efficiency:EQE)及び熱消散が改善されなければならない。
【0009】
窒化物系発光ダイオードは、発光素子の形状と窒化物系活性層から生成された光の放出方向に基づいて、それぞれ2種類に分けられる。発光素子の形状は、基板の電気的特性に関連する。例えば、発光素子の形状に応じて、窒化物系発光ダイオードは、メサ構造の窒化物系発光ダイオード(MESA−structured nitride−based LED)と垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)とに分類される。メサ構造の窒化物系発光ダイオード(MESA−structured nitride−based LED)は,絶縁性基板の上部に窒化物系発光構造体が形成され、N型及びP型オーミック電極層が窒化物系発光構造体に対して平行に配列され、垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)は,垂直構造の窒化物系発光ダイオード(vertical−structured nitride−based LED)がシリコン(Si)及びシリコンカーバイド(SiC)を含む導電性基板の上部に形成される。
【0010】
光の明るさ、熱の除去、及び素子信頼性の観点では、メサ構造の窒化物系発光ダイオードよりは、電気的及び熱的特性に優れた導電性基板の上に形成された垂直構造の窒化物系発光ダイオードのほうが優れている。また、窒化物系発光素子の活性層から生成された光がオ−ミック放出方向に応じて、トップエミット型発光ダイオード(top−emitting type LED)とフリップチップ発光ダイオード(flip−chip type LED)とに分けられる。窒化物系トップエミット型発光ダイオードの場合は、窒化物系活性層から生成された光がP型オーミックコンタクト層を介して外部に放出される。一方、窒化物系フリップチップ型発光ダイオードの場合は、高反射P型オーミックコンタクト層を利用して窒化物系発光構造体のから生成された光が透明な基板(サファイア)を介して外部に放出される。
【0011】
一般に使用されているメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードの場合は、P型窒化物系クラッド層と直接接触しているP型オーミック電極層を介して、窒化物系活性層で生成された光が外部に出射される。したがって、良質のトップエミット型メサ構造の窒化物系発光ダイオードを得るためには、高品質のP型オーミックコンタクト層が必要である。このような高品質のP型オーミックコンタクト層は、90パーセント以上の高い光透過度(light transmittanceion)を有しなくてはならず、同時に可能な限り低い接触オ−ミック抵抗(specific contact ohmic resistance)を有しなければならない。
【0012】
言い換えると、大容量、大面積、高輝度、及び低い接触抵抗及びシート抵抗といった電気的特性を有する次世代の窒化物系トップエミット型LEDを製作するためには、P型電極層の側面方向(lateral direction)における電流拡散(current spreading)と垂直方向(vertical direction)における電流注入(current injecting)とを同時に行うことが必須であり、これにより低いホール(hole)密度濃度によって発生するP型窒化物系クラッド層の高いシート抵抗(sheet resistance)が補償される。また、オ−ミック窒化物系活性層から生成された光がP型オ−ミックミック電極層を介して外部に出射されるときに、吸収される光を最小化するために、高い光透過度及びシート抵抗を有するP型オーミック電極層が提供されなければならない。
【0013】
現在までに知られた窒化物系半導体を利用したメサ構造のトップエミット型発光ダイオードは、P型オ−ミック電極層へP型窒化物系クラッド層の上部に薄いニッケル(Ni)−金(Au)の二重層又は酸化インジウムスズ(ITO)などのような厚い透明導電性層を積層した後に、酸素(O2)又は窒素(N2)雰囲気下でP型窒化物系クラッド層を熱処理して得ることができるP型オーミック電極層を使用している。特に、10−3〜10−4cm2程度の低い接触オ−ミック抵抗値を有する半透明ニッケル−金(Ni−Au)を含むオーミック電極層がオ−ミック500℃程度の温度で熱処理されるとき、P型窒化物系クラッド層とニッケル−金のオーミック電極層との間の境界面でP型半導体酸化物であるニッケル酸化物(NiO)が島(island)状に形成される。また、島状のNiOに高い導電性を有する金(Au)粒子埋め込まれ、これにより微細構造が形成される。
【0014】
このような微細構造は、P型窒化物系クラッド層とニッケル−金オーミック電極層との間に形成されるショットキー障壁(schottky barrier)の高さ及び幅(Schottky barrier height and width:SBH and SBW)を減少させ、N型窒化物系クラッド層へのホールキャリア(hole carrier)の供給し、及び導電性に優れた金(Au)を分布させてもよく、これにより優れた電流拡散を達成する。しかしながら、ニッケル−金(Ni−Au)で形成されるP型オーミック電極層を利用した窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、光透過度を減少させる金(Au)成分を含んでいるため、窒化物系トップエミット型発光ダイオードは、外部発光効率(EQE)が低く、窒化物系トップエミット型発光ダイオードは大容量、大面積及び高輝度を有する次世代発光ダイオードに適さない。
【0015】
この理由のため、半透明ニッケル−金層を使用することなしにP型オーミックコンタクト層を提供する別の方法が提案されている。この方法によると、P型オーミックコンタクト層は、高透明オーミックコンタクト電極物質として知られるインジウム(In)、錫(Sn)、又は亜鉛(Zn)といった厚い透明導電性物質を含むた透明導電性酸化物(transparent conducting oxide:TCO)層とチタン(Ti)及びタンタル(Ta)などの遷移金属を含む透明導電性窒化物(transitional metal−based transparent conducting nitride:TCN)とを直接P型窒化物系クラッド層の上部に積層することにより得られる。オ−ミックしかしながら、上記の方法を通じて製造されたP型オーミック電極層は、光透過度を改善するが、P型オーミック電極層とP型窒化物系クラッド層との間のオ−ミック境界面特性を悪化させるため、このP型オーミック電極層はメサ(MESA)構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードに適さない。
【0016】
様々な文献(例えば、IEEE PTL,Y.C.Lin,etc.Vol.14,1668 and IEEE PTL,Shyi−Ming Pan,etc.Vol.15,646)は、P型オーミック電極層がニッケル−金(Ni−Au)電極である従来のP型オーミック電極よりも高い光透過度を有するように優れた電気的導電性を有する透明導電性酸化物層とニッケル(Ni)及びルテニウム(Ru)などの金属とを金(Au)及びプラチナ(Pt)といった貴金属を使用することなしに結合することにより得られるP型オーミック電極層を使用することにより電気的及び熱的に安定であり高い外部発光効率を有した窒化物系トップエミット型窒化物系発光ダイオードオ−ミックオ−ミックがを開示している。
最近、P型オーミック電極層としてITO透明薄膜を利用して、従来のニッケル−金オ−ミック電極層構造と比較したとき、より向上した出力を表す窒化物系トップエミット型発光ダイオードを実現したという内容が[Semicond.Sci.Technol.,C S Chang,etc.18(2003),L21]により報告された。しかしながら、上記のとおりに、インジウムスズ酸化物(ITO)及び亜鉛酸化物(ZnO)などのような透明導電性物質のみを利用したP型オ−ミック電極層は、発光ダイオードの一時的な外部発光効率を最大化させることができることに対し、相対的に高い接触抵抗値によって窒化物系発光ダイオードの駆動時に多量の熱を発生させて、大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードへの幅広い応用は、限界点を有している。
さらに、透明導電性酸化物(TCO)又は窒化物(TCN)をP型オ−ミック電極層として使用するときに問題となっている悪い電気的特性を改善するために、米国のルミレッズライティング(LumiLeds Lighting)社は、酸化処理した薄いニッケル−銀(Ni−Au)又はニッケル−銀(Ni−Ag)−インジウムスズ酸化物(ITO)の適用によって向上した光透過度と電気的特性を有する発光ダイオードを製作したと報告している[Michael J.Ludowise etc.,US patent 6,287,947]。しかしながら、これらの発明の結果報告は、複雑なP型オ−ミック電極層の形成工程と金(Au)又は銀(Ag)を使用するため、大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードを実現するのに依然として多くの限界点が存在する。
【0017】
最近になって、韓国の三星電子社では、P型窒化物系クラッド層とITO及びZnOなどの透明導電性酸化物電極層の間のオ−ミック接触抵抗値を下げるために、100nmサイズ以下の第2の新しい透明導電性酸化物を球状のパーティクル(particle)の形態で界面に導入して、良質のP型オ−ミック電極層を開発してメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードに適用して製品化している。
【0018】
高透明導電性薄膜として広く知られたITO、ZnO、In2O3、及びTiNなどを直接的にP型オ−ミック電極層として利用するために脚光を浴びているもう一つの発明技術には、P型窒化物系クラッド層の上部に薄いn+−AlInGaN/AlInGaN及びp+−AlInGaN/AlInGaNなどのスーパー格子(super lattice)構造を繰り返し成長させた後、その上部に上記の高透明導電性薄膜層を形成及び熱処理して良質のP型オ−ミック電極層を形成して、トンネル接合(tunneling junction)を介して良質のメサ構造であるトップエミット型窒化物系発光ダイオードの製作に関する発明技術が台湾をはじめとするいくつかの会社で適用されている。
【0019】
現在、多くの企業において、サファイア成長基板の上部に窒化物系発光構造体を成長させた後に透明なP型オ−ミック電極層を組み合わせて作ったメサ構造のトップエミット型窒化物系発光ダイオードの発明技術は、発光素子の駆動時に活性層及び複数の界面から発生する多量の熱によって、大面積及び大容量の高輝度の次世代光源には適していないものと考えられている。
【0020】
次世代高輝度の光源を開発するためのもう一つの進歩した窒化物系発光素子は、絶縁性であるサファイア成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体を利用した高輝度発光ダイオードの製作は、米国のルミレッズライティング(LumiLeds Lighting)社及び日本の豊田合成(Toyoda Gosei)社をはじめとする多くの会社においてそれぞれ高反射性金属薄膜である銀(Ag)とロジウム(Rh)物質をP型オ−ミック電極層結合させて1mm2サイズ規模の大面積及び大容量のLEDチップであるメサ構造の窒化物系フリップチップ型発光ダイオード(MESA−structured nitride−based flip−chip LED)を作っている。しかしながら、このようなメサ構造の窒化物系フリップチップ型発光ダイオードは、複雑な工程に起因する低い製品歩留まりと、現在、高反射性物質(銀(Ag)及びロジウム(Rh))を含むP型オーミック層の熱的不安定性および400nm以下の波長帯域の光に対する低い反射率のため、短波長光を放出させる(near)近紫外(near ultraviolet)線発光ダイオードには適していない。
【0021】
現在、大面積及び大容量の高輝度の次世代白色光源の窒化物系発光ダイオードの製作技術として脚光を浴びているものは、垂直構造の窒化物系発光ダイオードである。垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、電気及び熱的に良好な導電性成長基板であるシリコンカーバイド(SiC)の上部に窒化物系発光構造体を積層して製作されるか、あるいは、絶縁性成長基板であるサファイア基板の上部に窒化物系発光構造体を積層した後に、強いエネルギーを用いたレーザービームを利用したサファイア除去技術(laser lift−off:LLO)でサファイア基板を除去したものを、すぐれた熱発散機能を有するヒートシンク(heat sink)および銀(Ag)またはロジウム(Rh)、銅(Cu)及び銅関連合金(Cu−related alloy)などのような高反射性オ−ミック性電極層物質のうえにボンディングすることに製作される。
【0022】
上記の垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、熱的導電性の良いヒートシンクを使用するため、大面積及び大容量の発光ダイオードの駆動時に発生する多量の熱を比較的容易に外部に発散させることができるという長所を有している。
【0023】
しかしながら、上記の垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、依然として熱的に安定なP型高反射性オ−ミック電極層部材、生成された光の内部反射及び吸収によって低い外部発光効率(EQE)及び低い量産歩留まりによって非生産性もしくは高費用の問題を有しているから、今後高輝度白色光源として利用するためには、より進歩した技術が必要となる。特に、シリコンカーバイド(SiC)成長基板の上部に積層製作された発光素子は、熱的発散は良いが、良質のシリコンカーバイド基板自体を生産するための高費用と技術的難しさ、そして高い光吸収率による低い外部発光効率(EQE)がシリコンカーバイド基板を使用した窒化物系発光ダイオードを汎用化するのに決定的な短所となっている。
【0024】
現在、次世代高輝度白色光源として最も注目されているレーザーリフトオフ(LLO)技術を活用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、活性層で生成された光をN型窒化物系クラッド層を介して外部に放出するのか又はP型窒化物系クラッド層を介して外部に放出するのかに応じてそれぞれPサイドダウン(P−side down)又はNサイドダウン(N−side down)垂直構造の窒化物系発光ダイオードに分けられる。
【0025】
一般に、N型窒化物系クラッド層を介して光を放出させるPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードはP型窒化物系クラッド層を介して光を放出させるNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードよりさらに簡単な製造工程と優れた光学的及び電気的特性を表すものと報告されている。
【0026】
このように、PサイドダウンとNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオード間の光学的及び電気的特性における顕著な差は、製造工程で用いられる反射性透明オ−ミック電極層の特性差によって発生するものと知られている。Pサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードの場合には、いろいろな文献で公知されたように、銀(Ag)又はロジウム(Rh)といった高反射性金属をP型オ−ミック電極層として利用し、最上部に面抵抗の極めて低いN型窒化物系クラッド層を配置させるため、別途の高透明N型オ−ミック電極層を必要とせず、N型窒化物系クラッド層を介して光を直接外部に発光させることができるため、より優れた発光ダイオード特性を有するようになるものである。
【0027】
しかしながら、このようなPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、前記した通りに、400nm以下の波長帯域の光を発光させる発光構造体では、高反射性P型オ−ミック電極層の問題によって様々な特性が顕著に低下するという短所を依然として有している。Pサイドダウン垂直構造とは異なり、Nサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードの場合には、銀(Ag)又はロジウム(Rh)金属をN型高反射性オ−ミック電極層物質として使用することができ、かつ400nm以下の短波長領域では、極めて優れた反射率を有するアルミニウム(Al)物質を高反射性N型オ−ミック電極層として使用することができる。しかしながら、最上部に高い面抵抗を有するP型窒化物系クラッド層が存在するため、別途の高透明導電性P型オ−ミック電極層が必須である。しかしながら、上述したように、高透明導電性P型オ−ミック電極層の開発は、P型窒化物系クラッド層の低い電気的特性のため、多くの難しさが存在するのが現状である。
【0028】
ドイツのオスラム(OSRAM)社をはじめとする日本、台湾、及び米国の有名な窒化物系発光素子関連企業は、上記のレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して部分的に大面積及び大容量の高輝度白色光源体である発光ダイオードを製造または販売している。しかしながら、レーザーリフトオフ(LLO)技術を導入した大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光ダイオードの製作は、50パーセント以下の低い量産歩留まりによって非生産性/高費用という決定的な短所を有している。
【0029】
以上のような半導体装置、例えば低温及び高温の極限状況で使用される大容量及び高周波用トランジスタをはじめとする各種電子素子と発光ダイオード、レーザーダイオード、光感知器、ソーラーセルなどのように窒化ガリウム系半導体(GaN−based semiconductor)を利用する光素子を実現するためには、良質の窒化ガリウム系半導体で構成されたエピタキシャル積層構造を成長させることができる基板を製造する必要がある。
【0030】
このような基板を得るには、結晶格子定数値及び温度に応じる熱膨張係数がほぼ類似した物質を選択しなければならない。このような観点から判断すると、最も理想的なものは、同種物質で製造された基板、すなわちIII族窒化物系で構成された成長用基板の用意が必須である。
【0031】
従来から高性能の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させるために、サファイア(sapphire)、シリコンカーバイド(silicon carbide)、シリコン(silicon)、又はガリウムヒ素(gallium arsenide)などのように異種物質基板(hetero−substrate)が開発されて使用されてきた。
【0032】
しかしながら、上記のそれらの異種物質基板のうち、良質の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させるために、現在、大量で広く使用されているものは、サファイア(Al2O3)及びシリコンカーバイド(SiC)基板物質である。しかしながら、それらは、高性能の窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子を具現するのにおいて決定的に重要な問題点を有している。
【0033】
まず、サファイア基板の上層部に形成される窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造は、基板であるサファイアとの結晶格子定数値及び熱膨張係数差によって、成長後に多くの窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造の内部に電位及び積層欠陥などの高密度に結晶学的欠陥が発生し、窒化ガリウム系電子及び光電子素子の製造または動作を困難にして素子の信頼性に大きな影響を及ぼす。
【0034】
また、サファイアの悪い熱伝導性のため、サファイアの上層部に形成された窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を利用した光電子素子は、駆動時に発生した熱を外部にスムーズに放出させることができないから、短い素子寿命と信頼性に深刻な悪影響を及ぼされる。
【0035】
上記の問題点の他にも、電気的に絶縁性を有するサファイアの特性のため、光電子素子の製造時に、最も理想的な形態と考えられている垂直型の光電子素子ではなく、ドライまたはウェットエッチングと複雑なフォトリソグラフィ工程とが結合されて製作された高費用でしかも低性能のメサ構造形態の素子を製造しなければならないという短所を有している。
【0036】
電気的に絶縁性であるサファイアの上部に形成された窒化ガリウム系半導体光電子素子よりは、基板として多くの長所を有しているシリコンカーバイドも、様々な技術及び経済的観点でいくつかの短所を有している。
【0037】
特に、高性能の窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光電子素子を実現化するために必要な単結晶シリコンカーバイドを製造するのに費用が多くかかり、LEDなどのような発光素子の場合には、活性層で生成された光の相当量をSiC基板層が吸収するため、次世代高効率の発光素子用基板には適していない。
【0038】
上記のように、異種物質基板の使用から引き起こされる技術的及び経済的な観点での上記の短所を克服するために、多くの研究グループでは、HVPE(hydride vapor phase epitaxy)成長法を利用して、窒化ガリウム(GaN)及び窒化アルミニウム(AlN)などのような同種物質基板(homo−substrate)を製作している(phys.stat.sol.(c) No 6,16271650,2003)。
【0039】
また、絶縁性サファイア基板の上部にHVPE成長法を利用して約300μm程度のIII族窒化物系エピタキシャル厚膜層を形成させた後に、強いエネルギー源を有するレーザービームを照射して最初の成長基板であるサファイアを除去(laser lift−off:LLO)し後処理工程を経て、厚いIII族窒化物系エピタキシャル基板が製作された例が報告されている(phys.stat.sol.(c) No 7,1985−1988,2003)。
【0040】
上記の従来の技術の他にも、高品質のIII族窒化物系エピタキシャル厚膜層を形成するために、電気的に絶縁性であるサファイア基板とは異なり、電気的に優れた導電性を有し、かつ結晶格子定数値及び温度に応じる熱膨張係数が似ており、なによりもウェットエッチングによって比較的容易に溶融して除去されうる亜鉛酸化物(zinc oxide:ZnO)を、窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させる時に最初の成長基板として又はサファイア基板の上部に犠牲層として導入して、良質の窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を成長させ、それからウェットエッチングによりサファイアが除去される窒化ガリウム系半導体エピタキシャル積層構造を製造するためのIII族窒化物系エピタキシャル基板を製作する技術も報告されている。
【0041】
しかしながら、現在、III族窒化物系エピタキシャル成長基板を製作するための上述した技術及びその他の技術は、技術的難しさのために高費用、低品質、及び低い製品歩留まりによって窒化物系半導体エピタキシャル積層構造を利用した高性能の電子及び光電子素子の今後展望は良くない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0042】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、高輝度の半導体装置を提供することにある。
【0043】
また、本発明の他の目的は、上記の半導体装置の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0044】
本発明の一実施の形態による半導体装置は、絶縁性の成長基板と、前記成長基板上に形成された核生成層と、前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成された非ドープバッファリング窒化物系層と、前記非ドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、前記非ドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層と、を含む。
【0045】
本発明の他の実施の形態による半導体装置は、絶縁性の成長基板と、前記成長基板上に形成された窒化物系半導体薄膜層と、前記窒化物系半導体薄膜層上に形成された支持基板層と、前記支持基板層上に形成された発光構造体と、を含む。
【0046】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された窒化アルミニウム(AlN)系物質層を含んでもよい。
【0047】
又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された金属(metal)、窒化物(nitride)、酸化物(oxide)、ホウ化物(boride)、カーバイド(carbide)、シリサイド(silicide)、酸化窒化物(oxynitride)、及びカーボン窒化物(carbon nitride)系物質層を含んでもよい。
【0048】
又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)系物質層を含んでもよい。又は、前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたSiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)系物質層を含んでもよい。
【0049】
本発明の他の実施の形態による半導体装置は、厚膜層と、前記厚膜層上に形成され、上部面が表面処理された第1エピタキシャル層と、前記第1エピタキシャル層上に形成され、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜を有する第2エピタキシャル層と、を含み、前記第1及び第2エピタキシャル層それぞれは、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成された単結晶単層又は多重層からなる。
【0050】
本発明の実施の形態による半導体装置の製造方法は、絶縁性の成長基板上に第1エピタキシャル層を形成するステップと、前記第1エピタキシャル層上に30μm以上の厚膜層を形成するステップと、レーザービームを利用して、前記成長基板を除去するステップと、前記成長基板が除去されて露出した前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップと、を含む。
【発明の効果】
【0051】
上記の実施の形態による半導体装置は、良質の大面積及び大容量の高輝度を有する。また、上記の実施の形態による半導体装置に含まれる薄膜層又は発光構造体は、熱的及び機械的変形もしくは分解が防止される。また、上記の実施の形態による半導体装置は、高性能の半導体エピタキシャル層を有することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0052】
以下、図面を参照して本発明の具体的な実施の形態を説明する。図1及び図2は、本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作されたPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示す断面図である。
【0053】
図1に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア410aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質(amorphous)状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層420aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約0.3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層430aを形成し、このアンドープ窒化物系層430aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層440aを積層して導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層450a、多重量子井戸窒化物系活性層460a、P型窒化物系クラッド層470aを順次積層させた良質の窒化物系発光構造体を形成しなければならない。
【0054】
上記の窒化物系発光構造は、現在も量産され、広く知られたレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、非ドープ窒化物系層430aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層440aを導入させた構造である。
【0055】
図1で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図2で詳細に説明している。
【0056】
図面に示すように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板410b、ボンディング物質層420b、P型高反射性オ−ミック電極層430b、P型窒化物系クラッド層440b、多重量子井戸窒化物系活性層450b、N型窒化物系クラッド層460b、第1トンネルジャンクション層470b、及びN型電極パッド480bで積層された構造からなっている。
【0057】
絶縁性成長基板であるサファイアからレーザーリフトオフ(LLO)法により薄い窒化物系発光構造体を除去する工程において、発光構造体の保護及び熱発散体であるヒートシンクとして使用される支持基板410bは、従来の一般に使用されているシリコン(Si)基板のかわりに金属間化合物であるシリサイド(silicide)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はその固溶体などをはじめとする電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はその固溶体からなる。このような支持基板は、機械的、電気化学的、又は物理的または化学的蒸着法を利用してもよい。
【0058】
絶縁性サファイア基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入されたレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うものではなく、工程中に窒化物系発光構造体のクラック(crack)の発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持している塩酸(HCl)のような酸性溶液(acid)又は塩基性溶液(basic)に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0059】
上記のボンディング物質層420bは、粘性に優れており、かつ溶融点の低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0060】
P型高反射性オ−ミック電極層430bは、P型窒化物系クラッド層の上部においてアルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はその固溶体を除き、電気的に低い接触抵抗値を有し、高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)もしくはロジウム(Rh)を厚く単独で使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜とを使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属とを順次に適用した構造を用いる。ただし、他の高反射性金属、合金、又はその固溶体を使用することよりは、アルミニウム(Al)金属、合金、又はその固溶体を優先的に適用する。
【0061】
P型窒化物系クラッド層440b、多重量子井戸窒化物系活性層450b、及びN型窒化物系クラッド層460bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層440b及びN型窒化物系クラッド層460bは、該当ドーパントが添加される。
【0062】
また、窒化物系活性層450bは、単層(single layer)又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成される。
【0063】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層460bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層450bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層440bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0064】
本発明の核心部分である第1トンネルジャンクション層470bは、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表現した化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0065】
さらに好ましくは、スーパー格子構造を第1トンネルジャンクション層470bとする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層できる。
【0066】
さらに好ましくは、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶(epitaxy)、多結晶(poly−crystal)、又はアモルファス(amorphous)物質層をいう。
【0067】
さらに他の発明技術として、トンネルジャンクション層470bの下部又は上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nanorod)、ナノ柱(nano−columnar)、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0068】
さらに他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるための方法は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一つ以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0069】
N型電極パッド480bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0070】
図3及び図4は、本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示す断面図である。
【0071】
図3及び図4に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、第1トンネルジャンクション層570bの上部にN型オ−ミック電流拡散層(N−type ohmic current spreading layer)580bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外には、全て第1の実施の形態と完全に同一である。
【0072】
第1トンネルジャンクション層570bの上部にN型オ−ミック電流拡散層580bとして導入された高透明導電性薄膜層は、透明導電性酸化物又は遷移金属系透明導電性窒化物を使用することが好ましく、特に、透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合された透明導電性化合物で形成される。
【0073】
また、上記の遷移金属系透明導電性窒化物(TCN、Transitional metal−based transparent conductive nitride)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合された透明導電性化合物である。
【0074】
さらに好ましくは、N型及びP型窒化物系クラッド層の上部に積層される電流拡散層としては、上記の透明導電性薄膜層とN型及びP型窒化物系クラッド層との窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合させてもよい。
【0075】
N型オ−ミック電流拡散層580bの品質を向上させるために、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)などのプラズマを利用したスパッタリング法と強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー堆積(pulsed laser deposition:PLD)法とを優先的に利用し、その他にもこのビーム又は熱抵抗を利用した蒸着器、原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)をはじめとする化学反応を利用した堆積(CVD)、電気メッキをはじめとする電気化学形成などの方法を使用してもよい。特に、既に商用化されているすべてのレーザーリフトオフ(LLO)を利用した垂直構造の窒化物系発光素子は、N型又はP型反射オ−ミック電極層及びN型又はP型オ−ミック電流拡散層を窒化物系クラッド層の上部に形成するとき、強いエネルギーを有しているイオンが窒化物系クラッド層の表面に悪影響を及ぼすため、これを回避するためにこのビーム又は熱抵抗を利用した蒸着器を使用する。
【0076】
また、N型又はP型反射オ−ミック電極層及びN型又はP型オ−ミック電流拡散層の表面上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0077】
以下、本発明の第3〜第11の実施の形態を説明する。下記の第3〜第11の実施の形態において、一部の構成要素は、前記第1及び第2の実施の形態で説明されたものと同様である。例えば、第1〜第11の実施の形態に対する図1〜図22において概して同一であるか、又は類似の構成要素は、類似の方式で図面符号が選定されている。このような類似し、かつ重複する構成要素に対しては、詳細な説明が省略できるが、前記省略された部分は、第1及び第2の実施の形態で説明された部分をそのまま適用することができる。
【0078】
図5及び図6は、本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0079】
図5に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア610aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層620aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さであるアンドープ窒化物系層630aを形成し、良質の非ドープ窒化物系層630aの上部に薄いN型窒化物系クラッド層640a、多重量子井戸窒化物系活性層650a、P型窒化物系クラッド層660aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層660aの上部に第2トンネルジャンクション層670aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成しなければならない。このような窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、P型窒化物系クラッド層660aの上部に良質の第2トンネルジャンクション層670aを導入させた構造である。
【0080】
図5で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図6で詳細に説明している。
【0081】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板610b、ボンディング物質層620b、P型反射性オ−ミック電極層630b、第2トンネルジャンクション層640b、P型窒化物系クラッド層650b、多重量子井戸窒化物系活性層660b、N型窒化物系クラッド層670b、及びN型電極パッド680bで積層された構造からなっている。
【0082】
本発明の核心部分である第2トンネルジャンクション層640bは、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表わされる化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成される。
【0083】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層640bをスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。さらに好ましくはII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層をいう。
【0084】
P型窒化物系クラッド層650b、多重量子井戸窒化物系活性層660b、及びN型窒化物系クラッド層670bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層650b及びN型窒化物系クラッド層670bは、該当ドーパントが添加される。
【0085】
また、窒化物系活性層660bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成されてもよい。
【0086】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層670bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層660bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層650bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0087】
また、最上層であるN型窒化物系クラッド層670bの上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉計法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0088】
また、他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるための方法としては、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0089】
N型電極パッド680bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0090】
図7及び図8は、本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0091】
図7及び図8に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、N型窒化物系クラッド層770bの上部にN型オ−ミック電流拡散層780bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第3の実施の形態と完全に同様である。また、N型窒化物系クラッド層770bの上部にN型オ−ミック電流拡散層780bとして導入された高透明導電性薄膜層は、第2の実施の形態で説明されたものと同様である。
【0092】
図9及び図10は、本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作されたPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0093】
図9に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア810aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層820aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層830aを形成し、この非ドープ窒化物系層830aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層840aを積層導入した後に薄いN型窒化物系クラッド層850a、多重量子井戸窒化物系活性層860a、P型窒化物系クラッド層870aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層870aの上部に第2トンネルジャンクション層880aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成される。
【0094】
上記の窒化物系発光体構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードの積層構造とは明確に異なり、アンドープ窒化物系層830aの上層部と最上層部であるP型窒化物系クラッド層880aの上層部にそれぞれ第1及び第2良質のトンネルジャンクション層840a、880aを同時に導入させた構造である。
【0095】
図9で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図10で詳細に説明している。
【0096】
図面を示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板810b、ボンディング物質層820b、P型高反射性オ−ミック電極層830b、第2トンネルジャンクション層840b、P型窒化物系クラッド層850b、多重量子井戸窒化物系活性層860b、N型窒化物系クラッド層870b、第1トンネルジャンクション層880a、及びN型電極パッド890bで積層された構造からなっている。
【0097】
P型窒化物系クラッド層850b、多重量子井戸窒化物系活性層860b、及びN型窒化物系クラッド層870bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層850b及びN型窒化物系クラッド層870bは、該当ドーパントが添加される。また、窒化物系活性層860bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など、多様な方式で構成されてもよい。
【0098】
N型電極パッド890bは、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0099】
図11及び図12は、本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0100】
図11及び図12に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、N型窒化物系クラッド層970bの上部に良質の第1トンネルジャンクション層980bが積層されており、この第1トンネルジャンクション層980bの上部にN型オ−ミック電流拡散層990bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第5の実施の形態と同様である。
【0101】
図13及び図14は、本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作されたNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0102】
図13に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1010aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1020aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3以下の厚さであるアンドープ窒化物系層1030aを形成し、このアンドープ窒化物系層1030aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1040aを積層導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層1050a、多重量子井戸窒化物系活性層1060a、P型窒化物系クラッド層1070aを順次積層させた良質の窒化物系発光構造体を形成する。上記の窒化物系発光構造は、現在まで量産化され、かつ広く知られたレーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、アンドープ窒化物系層1030aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1040aを導入させた構造である。
【0103】
図13で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図14で詳細に説明している。
【0104】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1010b、ボンディング物質層1020b、N型反射性オ−ミック電極層1030b、第1トンネルジャンクション層1040b、N型窒化物系クラッド層1050b、多重量子井戸窒化物系活性層1060b、P型窒化物系クラッド層1070b、P型オ−ミック電流拡散層1080b、及びN型電極パッド1090bで積層された構造からなっている。
【0105】
N型反射性オ−ミック電極層1030bは、電気的に低い接触抵抗値を有し高い光反射率を示す高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、又はロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属を母体とする合金(alloy)又はその固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次適用した構造を用いる。
【0106】
N型窒化物系クラッド層1050b、多重量子井戸窒化物系活性層1060b、及びP型窒化物系クラッド層1070bまでの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層1050b及びP型窒化物系クラッド層1070bは、該当ドーパントが添加される。
【0107】
また、窒化物系活性層1060bは、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層など多様な方式で構成されてもよい。
【0108】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層1050bは、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層1060bは、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層1070bは、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0109】
P型窒化物系クラッド層1070bの上層部にP型オ−ミック電流拡散層1080bとして導入された高透明導電性薄膜層は、第2の実施の形態で説明したN型オ−ミック電流拡散層に対したものが同様に適用される。
【0110】
図15及び図16は、本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を用いて製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0111】
図15に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1110aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1120aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層1130aを形成し、良質のアンドープ窒化物系層1130aの上部に薄いN型窒化物系クラッド層1140a、多重量子井戸窒化物系活性層1150a、P型窒化物系クラッド層1160aを順次積層させた後、このP型窒化物系クラッド層1160aの上部に第2トンネルジャンクション層1170aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成する。このような窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードとは異なり、P型窒化物系クラッド層1160aの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1170aを導入させた構造である。
【0112】
図15で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図16で詳細に説明している。
【0113】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1110b、ボンディング物質層1120b、N型反射オ−ミック電極層1130b、N型窒化物系クラッド層1140b、多重量子井戸窒化物系活性層1150b、P型窒化物系クラッド層1160b、第2トンネルジャンクション層1170b、及びN型電極パッド1180bで積層された構造からなっている。
【0114】
図17及び図18は、本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を用いて製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0115】
図17及び18に示したように、絶縁性成長基板の上部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したNダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、P型窒化物系クラッド層1260bの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1270bが積層されており、このような第2トンネルジャンクション層1270bの上部にP型オ−ミック電流拡散層1280bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外にも、全て第8の実施の形態と完全に同一である。
【0116】
図19及び図20は、本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能するアンドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0117】
図19に示すように、本発明による大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作するためには、まず絶縁性成長基板であるサファイア1310aの上部に600度以下の低温で形成された非晶質状態である窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された核生成層1320aを100nm以下に積層した後に、緩衝層として機能する約3nm以下の厚さである非ドープ窒化物系層1330aを形成し、この非ドープ窒化物系層1330aの上部に良質の第1トンネルジャンクション層1340aを積層して導入した後に、薄いN型窒化物系クラッド層1350a、多重量子井戸窒化物系活性層1360a、P型窒化物系クラッド層1370aを順次積層させ、このP型窒化物系クラッド層1370aの上部に第2トンネルジャンクション層1380aが形成された良質の窒化物系発光構造体を形成する。上記の窒化物系発光構造は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用した垂直構造の窒化物系発光ダイオードの積層構造とは明確に異なって、非ドープ窒化物系層1330aの上層部と最上層部であるP型窒化物系クラッド層1380aの上層部にそれぞれ第1及び第2良質のトンネルジャンクション層1340a、1380aを同時に導入させた構造である。
【0118】
図19で説明した窒化物系発光構造体とレーザーリフトオフ(LLO)技術を適用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、図20で詳細に説明している。
【0119】
図面に示しているように、窒化物系発光ダイオードは、支持基板1310b、ボンディング物質層1320b、N型反射オ−ミック電極層1330b、第1トンネルジャンクション層1340b、N型窒化物系クラッド層1350b、多重量子井戸窒化物系活性層1360b、P型窒化物系クラッド層1370b、第2トンネルジャンクション層1380a、及びP型電極パッド1390bで積層された構造からなっている。
【0120】
図21及び図22は、本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作されたもう一つのNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【0121】
図21及び図22に示したように、絶縁性成長基板の上層部に積層された窒化物系発光構造体及びこれを利用したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光ダイオードは、P型窒化物系クラッド層1470bの上部に良質の第2トンネルジャンクション層1480bが積層されており、この第2トンネルジャンクション層1480bの上部にP型オ−ミック電流拡散層1490bとして高透明導電性薄膜層を導入したこと以外は、全て第10の実施の形態と完全に同一である。
【0122】
以下、薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を防止する支持基板層を有する本発明の実施の形態を説明する。前記薄膜層又は発光構造体において、オ−ミック電極層又はトンネルジャンクション層のように上述した実施の形態で言及されたものと重複した名称を使用する構成要素に対しては、特別な説明がない限り、上述の実施の形態で説明された内容をそのまま適用する。
【0123】
図23及び図24は、本発明の第12の実施の形態による、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層の積層からなる窒化物系薄膜層と、上記の窒化物系薄膜層の上部に形成された支持基板層と、を示した断面図である。
【0124】
図23は、最初の成長基板であるサファイア100の上部に700度以下の温度で成長された100nm以下の厚さを有した低温窒化ガリウム(GaN)又は窒化アルミニウム(AlN)で形成された窒化物系犠牲層110と800度以上の温度で成長されて極めて良い表面状態を有した窒化ガリウム(GaN)で構成された窒化物系平坦層120が積層されて形成される。特に、すべてのIII族窒化物系半導体で形成された窒化物系薄膜層又は窒化物系発光構造体の成長は、強いエネルギーを有するレーザービームがサファイアの裏側面を介して照射させると、上記の窒化物系犠牲層110でガリウム(Ga)金属と窒素ガス(N2)又はアルミニウム(Al)金属と窒素ガス(N2)で熱化学分解反応が誘発され、絶縁性サファイア成長基板の分離を助ける機能を果たす。
【0125】
図24は、上記のIII族窒化物系半導体で形成された平坦層120の上部に本発明技術の核心技術である支持基板層130が積層されて形成されている。このような支持基板層130は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して絶縁性成長基板100を除去するとき、最初の成長時に導入された熱的及び機械的変形から誘発される応力を緩和させて上記の支持基板層130の上部に形成された窒化物系薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を阻止する機能を果たす。
【0126】
上記の支持基板層130は、SiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)で形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、優先的に導電性であるSiC、SiCN、又はSiCAlN化学式を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を適用する。
【0127】
また、好ましくは、上記の支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)を利用して、10μm以下の厚さを堆積する。
【0128】
一方、上記の支持基板層130は、積層順序と無関係にAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)とで形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、好ましくは、六方晶系(hexagonal system)であるAl2O3とGa2O3化学式を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を適用する。
【0129】
また、好ましくは、上記の絶縁性支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)を利用して10μm以下の厚さを堆積する。
【0130】
一方、前記支持基板層130は、高融点の支持基板層130にしてもよい。このような高融点支持基板層130は、積層順序と無関係に形成された単層、二重層、又は三重層で形成され、好ましくは、六方晶系又は正方晶系結晶構造を有する単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を優先的に適用する。
【0131】
さらに好ましくは、上記の高融点支持基板層130は、1000度以上の温度及び多量の水素ガス及びイオン雰囲気下で耐還元性を有する物質が選択され、それらの物質としては、下記のような金属、窒化物、酸化物、ホウ化物、カーバイド、シリサイド、酸化窒化物、及びカーボン窒化物である。
【0132】
具体的に説明すると、前記金属は、Ta、Ti、Zr、Cr、Sc、Si、Ge、W、Mo、Nb、Alから選択される。前記窒化物は、Ti、V、Cr、Be、B、Hf、Mo、Nb、V、Zr、Nb、Ta、Hf、Al、B、Si、In、Ga、Sc及びW並びに希土類金属系窒化物から選択される。前記酸化物は、Ti、Ta、Li、Al、Ga、In、Be、Nb、Zn、Zr、Y、W、V、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系酸化物から選択される。前記ホウ化物は、Ti、Ta、Li、Al、Be、Mo、Hf、W、Ga、In、Zn、Zr、V、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系ホウ化物から選択される。前記カーバイドは、Ti、Ta、Li、B、Hf、Mo、Nb、W、V、Al、Ga、In、Zn、Zr、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系カーバイドから選択される。前記シリサイドは、Cr、Hf、Mo、Nb、Ta、Th、Ti、W、V、Zr及び各種希土類金属系シリサイドから選択される。前記酸化窒化物は、Al−O−Nで、前記カーボン窒化物は、Si−C−Nである。
【0133】
また、好ましくは、上記の高融点支持基板層130は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したガスイオンを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積方法(PVD)等を利用して、10μm以下の厚さを堆積する。
【0134】
図25及び図26は、本発明の第13の実施の形態による、絶縁性成長基板であるサファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層とが形成された形態を示した断面図である。
【0135】
図24で言及したような構造、すなわち最初の成長基板であるサファイア100の上部に窒化物系犠牲層110と平坦層120、そして様々な成分を有する単層、二重層、又は三重層で形成された単結晶、多結晶、又は非晶質の支持基板層130が順次形成された上部に成長基板用であるもう一つの窒化物系薄膜層240と窒化物系発光構造体層250とが成長される。
【0136】
図27〜図30は、本発明の第14の実施の形態による、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図である。
【0137】
特に、図28及び図30は、図27及び図29とは異なり、レーザーリフトオフ(LLO)法を導入して、最初の成長基板であるサファイア100を除去した後にも支持基板層130の下層部に窒化物系平坦層120が継続的に残っている形態を有する。
【0138】
図31〜図34は、本発明の第15の実施の形態による、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図である。
【0139】
図31〜図34に示す窒化物系発光構造体は、優先的に発光ダイオード及びレーザーダイオードのための構造体であって、図31は、発光構造体内に如何なるトンネルジャンクション層も導入されていない最も一般的な構造を有するものである。これに対し、図32〜図34は、少なくともN型窒化物系クラッド層30の下部又はP型窒化物系クラッド層50の上部に一つ以上のトンネルジャンクション層60、70が導入されている発光構造体を示す。
【0140】
図35〜図39は、本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0141】
詳細に説明すると、図35〜図39は、図31に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びP型窒化物系クラッド層50で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてN型及びP型窒化物系クラッド層30、50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150及び高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した5種類の窒化物系発光素子を示している。
【0142】
特に、図35及び図37は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、電気的な導電性がよくないと、図36、図38及び図39の形態に発光素子を製作することが好ましい。
【0143】
図40〜図43は、本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0144】
詳細に説明すると、図40〜図43は、図32に示したように、支持基板層130の上部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、第1トンネルジャンクション層60、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びP型窒化物系クラッド層50で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した4種類の窒化物系発光素子を示している。
【0145】
特に、図40は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでない場合には、図41〜図43の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0146】
図44〜図50は、本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0147】
詳細に説明すると、図44〜図50は、図33に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、P型窒化物系クラッド層50、及び第2トンネルジャンクション層70で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した7種類の窒化物系発光素子を示している。
【0148】
特に、図44及び図45は、支持基板層130の電気的な導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでないと、図46〜図50の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0149】
図51〜図56は、本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【0150】
詳細に説明すると、図51〜図56は、図34に示したように、支持基板層130の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された核生成層10をはじめとして緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層20、第1トンネルジャンクション層60、N型窒化物系クラッド層30、多重量子井戸窒化物系活性層40、P型窒化物系クラッド層50、及び第2トンネルジャンクション層70で構成された窒化物系発光構造体と発光素子の駆動時に発生した熱をスムーズに外部に放出するためのヒートシンク80とボンディング層90、そしてn型窒化物系クラッド層30及びP型窒化物系クラッド層50と直接的に接触しているオ−ミック電流拡散層150並びに高反射性オ−ミック電極層140を結合して製作した8種類の窒化物系発光素子を示している。
【0151】
特に、図51及び図52は、支持基板層130が電気的に導電性が良いと適用できる構造であるが、そうでないと、図53〜図56の形態で発光素子を製作することが好ましい。
【0152】
上記のとおりに、本発明によって製作された窒化物系発光素子において共通に用いられた発光構造体の保護及び熱発散体であるヒートシンクとして用いられる支持基板80は、電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はそれのその固溶体を含むことが望ましい。たとえば、従来の一般に使用されているシリコン(Si)基板の代わりに、支持基板80は、金属間化合物であるシリサイド(silicide)アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はそのその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はそのその固溶体などをはじめとする電気及び熱導電性に優れた金属、合金、又はその固溶体が挙げられる。このような支持基板の製造工程は、機械、電気化学、又は物理的化学的堆積法を利用する。
絶縁性サファイア100基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入されたレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うのではなく、工程中に窒化物系発光構造体のクラックの発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持している塩酸(HCl)のような酸性溶液(acid)又は塩基性溶液(basic)に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0153】
上記のボンディング物質層90は、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0154】
P型高反射性オ−ミック電極層140は、P型窒化物系クラッド層の上部においてアルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はそのその固溶体を除き、電気的に低い接触抵抗値を有し、高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)もしくはロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属との2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属とを順次適用した構造を利用してもよい。
【0155】
P型窒化物系クラッド層50、多重量子井戸窒化物系活性層40、及びN型窒化物系クラッド層30までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表現される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、P型窒化物系クラッド層50及びN型窒化物系クラッド層30は、該当ドーパントが添加される。
【0156】
また、窒化物系活性層40は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層などの多様な方式で構成されてもよい。
【0157】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層30は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層40は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層50は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0158】
本発明の核心部分である第1トンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層70は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0159】
さらに好ましくは、第1ンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層60はスーパー格子構造とする。
【0160】
一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成される薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0161】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層60及び第2トンネルジャンクション層70は、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含むことが望ましい。
【0162】
また他の発明技術として、トンネルジャンクション層の下部又は上部に粗面処理及びフォトニック結晶効果による窒化物系発光素子の電気的
及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させることができる。
【0163】
また他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気及び光学的特性を向上させるための方法では、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間で行うことが好ましい。
【0164】
N型電極パッド170は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0165】
P型電極パッド160は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0166】
図57及び図58は、本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図である。
【0167】
詳細に説明すると、図57は、最初の成長基板であるサファイア10´の上部に800度未満の温度でIII族窒化物系半導体に成長された犠牲層20´と引続いて犠牲層20´の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が積層される。図58は、図57とは少し異なり、犠牲層20´の上部に引続いて窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を積層する前に、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された薄膜層の品質をさらに向上させるために、800度以上の温度においてIII族窒化物系半導体で構成された平坦層40´が導入される。
【0168】
上記の低温で形成された犠牲層20´は、透明なサファイアの後面を介して強いエネルギー源であるレーザービームを照射するとレーザービームを吸収し、このときに発生した多くの熱によってサファイア成長基板が分離されるように促進する。本発明の主要な核心的な層である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、レーザービームによってサファイア基板10´が分離されるとき、支持基板層30´の上部に存在する窒化物系半導体厚膜又は発光構造体薄膜層の熱的及び機械的変形と分解を阻止する機能を担当する。
上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層は、AlxGa1−xN(xは、50パーセント以上)化学式を有し単層又は二重層で形成され、好ましくは、厚い窒化アルミニウム(AlN)単層が良い。
【0169】
一般に、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、金属有機化学蒸気堆積器(metallorganic chemical vapor deposition:MOCVD)及びハイブリッド蒸気相堆積(HVPE)が最も優先して適用することが薄膜品質及び工程において最も好ましいが、原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)、パルスレーザー堆積(pulsed laser deposition:PLD)、強いエネルギー源を有するプラズマを利用したスパッタリング、又は上記の方法以外の物理及び化学的蒸着法により形成する。
【0170】
図59及び図60は、本発明の第21の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図である。
【0171】
詳細に説明すると、図59及び図60は、第20の実施の形態で形成されたテンプレート(template)の窒化アルミニウム(AlN)系支持基板層30´の上部にホモエピタキシャルIII族窒化物系半導体の薄膜成長のための新しい基板用厚膜層50´を製作するために製作考案された構造である。
【0172】
なによりも基板用厚膜層50´は、高品質のレーザーダイオード(LD)及び発光ダイオード(LED)のような光電素子の他にも、各種トランジスタのために絶対的に必要な良質の窒化物系基板を提供することができる。このためには、成長速度が比較的速いHVPE(hybrid vapor phase epitaxy)及びMOCVD法が優先的に適用するが、それらの他にもPLD及びスパッタリング法なども使用してもよい。
【0173】
図61及び図62は、本発明の第22の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いた800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層と、が積層された形態を示した断面図である。
【0174】
詳細に説明すると、上記の図59及び図60と類似の構造であるが、支持基板層30´の上層部にホモエピタキシャルIII族窒化物系半導体薄膜を成長させるための新しい基板用厚膜層50´を成長させる前に、基板用厚膜層50´の品質を向上させるために800度未満の温度で形成させた新しい核生成層60´が導入された構造である。
【0175】
図59〜図62で製作されたテンプレートを強いエネルギー源であるレーザービームを利用して最初絶縁性成長基板であるサファイアを除去した後、窒化物系LD、LED、HBT、HFET、HEMT、MESFET及びMOSFETなどの各種良質の光電子素子を製作できる基板を提供できるという長所を有している。
【0176】
図63及び図64は、本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0177】
詳細に説明すると、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´の上部に形成されたIII族窒化物系半導体で構成された発光ダイオード(LED)の積層構造は、基本的に緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´である4層で構成されている。特に、窒化アルミニウム(AlN)系支持基板層30´とバッファリング窒化物系層70´との間には、800度未満で形成させた核生成層60´は、場合によっては導入させても良く、導入させなくても良い。
【0178】
さらに詳細に説明すると、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´は、該当ドーパントが添加される。
【0179】
また、窒化物系活性層90´は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)又は多重量子点(multi−quantum dots or wires)等、多様な方式で構成されてもよい。
【0180】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層80´は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層90´は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層100´は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0181】
図65及び図66は、本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0182】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系LED構造であるが、緩衝層として機能するアンドープバッファリング窒化物系層70´及びN型窒化物系クラッド層80´の間に第1トンネルジャンクション110a´が導入された点が異なる。N型窒化物系クラッド層80´の下層部に導入された第1トンネルジャンクション層110a´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のN型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110a´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させるように助ける機能を果たす。
【0183】
本発明のさらに他の核心部分である第1トンネルジャンクション層110a´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0184】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´はスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0185】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0186】
図67及び図68は、本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0187】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系発光ダイオード構造であるが、P型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された点が異なる。P型窒化物系クラッド層100´の上部に導入された第2トンネルジャンクション層110b´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のP型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110b´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させることができるようにする機能を果たす。
【0188】
本発明のさらに他の核心部分である第2トンネルジャンクション層110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0189】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層110b´はスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0190】
さらに好ましくは、第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0191】
図69及び図70は、本発明の第26の実施の形態による、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【0192】
詳細に説明すると、本発明の第23の実施の形態と同じ窒化物系発光ダイオード構造であるが、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´及びN型窒化物系クラッド層80´の間に第1トンネルジャンクション層110a´が導入されP型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された点が異なる。N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ導入された第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´は、良質の窒化物系発光素子を作るのに絶対的に必要な高品質のN型及びP型オ−ミック電極層を形成するのに有利である。また、このようなトンネルジャンクション層110´は、窒化物系活性層90´で生成された光を外部に最大限多く放出させることを可能とする機能を果たす。
【0193】
本発明のさらに他の核心部分である第1及び2トンネルジャンクション層110a´、110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表される化合物の中から選択されたいずれか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成されてもよい。
【0194】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´をスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0195】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0196】
図71は、本発明の第27の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を用いて、N型窒化物系クラッド層よりP型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のPサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0197】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´のテンプレート(template)を利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0198】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、表面処理、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を、ドライエッチングを利用してLEO(lateral epitaxial overgrowth:)技法が、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70´からP型窒化物系クラッド層100´が積層される前に利用してもよい。良質の窒化物系発光構造体を形成した後、高反射のP型オ−ミック電極層が形成される(工程(2))。
【0199】
上記のP型高反射オ−ミック電極層を形成する前に、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理などを導入してもよい。特に、P型窒化物系クラッド層の上部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性のP型オ−ミック電極層として使用が容易ではなかったアルミニウム(Al)高反射性金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射性のP型オ−ミック電極層を形成した後に、熱発散体であるヒートシンク用厚膜が一般的なボンディングトランスファ(bonding transfer)及び電気メッキ法によって形成される(工程(3))。
【0200】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させて、サファイア基板10の上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームが吸収されるとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(4))。
【0201】
以後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して、準絶縁体又は絶縁体(semi−insulating or insulating)である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層を完全に除去(工程(5))し、高透明N型オ−ミック電極層及びN型電極層パッドを形成する(工程(6))
)。高透明N型オ−ミック電極層を形成する前に、活性層の内部で生成された光を外部に最大限多く放出するために、粗面処理及び表面パターニング技術を導入させてもよい。
【0202】
図72〜図75は、本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品室のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0203】
詳細に説明すると、ボンディングトランスファ工程を使用すると、本発明で上述した熱発散体であるヒートシンクとして使用される板(plate)と窒化物系発光構造体の高反射性P型オ−ミック電極層120´の部分とを接合させるボンディング層130´が必要である。このようなボンディング層130´の物質には、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。しかしながら、電気メッキ工程を利用して熱発散体であるヒートシンクを形成すると、ボンディング層130´を必要としない。本発明では、ボンディングトランスファ工程に比べて、電気化学的な方法である電気メッキ工程を優先的に適用する。図72及び図73は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図74及び図75は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0204】
一般に、N型窒化物系クラッド層は、低い面抵抗値を有しているから、高透明N型オ−ミック電極層を必要としないが、素子の信頼性及びより良好な品質の発光素子を製作するためには、高透明N型オ−ミック電極層が必要である。よって、本発明においては高透明N型オ−ミック電極層を形成することを優先的に適用する。これと同時に、発光素子の外部量子効率(external quantum efficiency)を極大化させるために、粗面処理及びパターニング工程を適用させることも好ましい。
【0205】
図76〜図79は、本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0206】
詳細に説明すると、第28の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の上層部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。図76及び図77は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図78及び図79は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0207】
図80〜図83は、本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0208】
詳細に説明すると、第28の実施の形態と類似しているが、但し、P型窒化物系クラッド層100´の下部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図80及び図81は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図82及び図83は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0209】
図84〜図87は、本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0210】
詳細に説明すると、第31の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の上部とP型窒化物系クラッド層100´の下部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図84及び図85は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図86及び図87は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0211】
図88は、本発明の第32の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0212】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´テンプレートを利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0213】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を用いたLEO法、ドライエッチング、表面処理を、緩衝層として機能する非ドープバッファリング窒化物系層70からP型窒化物系クラッド層100を積層する前に、利用してもよい。良質の高品質の窒化物系発光構造体を成長させた後に、シリコン(Si)支持基板、ガリウムヒ素(GaAs)支持基板、サファイア(sapphire)支持基板、又は他の一時的な支持基板は、有機物のボンディング材料であるワックス(wax)のような物質をボンディング材料に用いて、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着される。又は、上記工程の前に、粗面処理及びパターニング工程が、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に行われる。加えて、一時的な支持基板は、高透明なP型オ−ミック電極層を形成させた後にP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着されてもよい(工程(2))。
【0214】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させてサファイア基板10´上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームを吸収するとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(3))。
【0215】
LLO法によって絶縁性基板であるサファイアを除去させた後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して準絶縁体又は絶縁体である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を完全に除去(工程(4))し、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部に高反射のN型オ−ミック電極層を形成する。
【0216】
高反射N型オ−ミック電極層を形成する前に、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理工程などを導入してもよい(工程(5))。
【0217】
特に、N型窒化物系クラッド層の上層部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性N型オ−ミック電極層にアルミニウム(Al)高反射金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射N型オ−ミック電極層を形成させた後に一般的なボンディングトランスファと電気メッキ法によって熱発散体であるヒートシンク用厚膜を形成する(工程(6))。
【0218】
高透明性P型オ−ミック電極層及びP型電極層パッドを形成する(工程(7))。高透明P型オ−ミック電極層を形成させる前に、活性層の内部から生成された光を外部に最大限多く放出するために、表面粗さ及び表面パターニング技術を導入させることができる。万一、高透明P型オ−ミック電極層を工程(2)ステップで形成させる場合には、P型電極層パッド180´のみを形成させる。
【0219】
図89及び図90は、本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図89は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図90は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0220】
上記のPサイドダウン発光ダイオード(P−LED)とは異なり、最上部に存在するようになるP型窒化物系クラッド層の面抵抗値が極めて大きいため、必ずP型窒化物系クラッド層の上部に高品位の高透明P型オ−ミック電極層170´、すなわち側面方向への円滑な電流拡散(current spreading)及び垂直方向への容易な電流注入(current injecting)が可能な高い光透過度を有した薄膜層が絶対的に必要である。
【0221】
図91及び図92は、本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0222】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但しN型窒化物系クラッド層80´の下部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。図91は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図92は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0223】
図93〜図96は、本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0224】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但しP型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図93及び図94は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図95及び図96は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0225】
図97〜図100は、本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【0226】
詳細に説明すると、第33の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。図97及び図98は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図99及び図100は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0227】
図101は、本発明の第37の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャートである。
【0228】
詳細に説明すると、本発明の第20〜第22の実施の形態によって窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された支持基板層30´テンプレートを利用して良質の窒化物系発光ダイオードを作る工程として、まず窒化アルミニウム(AlN)系物質層で形成された良質の支持基板層30´を成長した後、良質の窒化物系発光構造体を成長させる(工程(1))。
【0229】
窒化物系発光構造体の成長過程において生じる電位密度の最小化及びクラックを防止するために、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜を用いたLEO技法、ドライエッチング、表面処理を、緩衝層として機能するアンドープバッファリング窒化物系層70´からP型窒化物系クラッド層100´を積層する前に、利用してもよい。良質の窒化物系発光構造体を成長させた後に、有機物のボンディング材料であるワックス(wax)のような物質をボンディング材料として使用して、シリコン(Si)支持基板、ガリウムヒ素(GaAs)支持基板、サファイア(sapphire)支持基板、又は他の一時的な支持基板をP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着させる。上記工程の前に、粗面処理およびパターニング工程がP型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に行われてもよい。加えて、上記の一時的な支持基板は、高透明P型オ−ミック電極層を形成した後に、P型窒化物系クラッド層又は第2トンネルジャンクション層の上部に付着させてもよい(工程(2))。
【0230】
透明なサファイア基板の後面を介して強いエネルギー源を有するレーザービームを照射させて、サファイア基板10´上に形成されたIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´でレーザービームを吸収するとともに、1000度に近い熱が発生して窒化物系半導体物質の熱化学反応分解が発生して、最初の成長基板である絶縁性サファイアを除去する(工程(3))。
【0231】
LLO法によって絶縁性基板であるサファイアを除去した後に、リソグラフィ及びエッチング工程を利用して準絶縁体又は絶縁体である窒化アルミニウム系物質薄膜層を部分的に除去(工程(4))し、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部に高反射性N型オ−ミック電極層を形成する。高反射性N型オ−ミック電極層を形成する前に、N型窒化物系クラッド層又は第1トンネルジャンクション層の上部にリソグラフィ工程、パターニング工程、エッチング工程、及び粗面処理工程などを導入してもよい(工程(5))。
【0232】
特に、N型窒化物系クラッド層の上部にトンネルジャンクション層が積層されると、高反射性N型オ−ミック電極層にアルミニウム(Al)などの高反射性金属を直接的に適用できるという長所を有する。高反射性N型オ−ミック電極層を形成させた後に、一般的なボンディングトランスファと電気メッキ法によって熱発散体であるヒートシンク用厚膜を形成する(工程(6))。
【0233】
高透明性P型オ−ミック電極層及びP型電極層パッドを形成する(工程(7))。高透明P型オ−ミック電極層を形成する前、活性層の内部で生成された光を外部に最大限多く放出するために、粗面処理及び表面パターニング技術を導入させてもよい。万一、高透明性P型オ−ミック電極層を工程(2)で形成する場合には、P型電極層パッド180´のみを形成してもよい。
【0234】
図102〜図105は、本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図102及び図103は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図104及び図105は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0235】
また、図106〜図109は、本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図106及び図107は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図108及び図109は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0236】
上記のPサイドダウン発光ダイオードとは異なり、最上層部に存在するようになるP型窒化物系クラッド層の面抵抗値が極めて大きいため、必ずP型窒化物系クラッド層の上部に高品質の高透明性P型オ−ミック電極層170´、すなわち側面方向への円滑な電流拡散及び垂直方向への容易な電流注入が可能な高い光透過度を有した薄膜層が絶対的に必要である。
【0237】
詳細に説明すると、本発明の第33の実施の形態とは異なり、窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が完全に除去されずに依然として一定の間隔を有する形態で窒化物系発光構造体を支持しているため、高品質の窒化物系発光ダイオードは構造的に安定なものとなる。高反射性N型オ−ミック電極物質層120´が窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を介してN型窒化物系クラッド層80´と直接的に接触しているから、高反射性N型オ−ミック電極物質層120´は、良好な電流注入と高反射特性を有する電極層として十分機能する。
【0238】
図110〜図113は、本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図110及び図111は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図112及び図113は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0239】
また、図114〜図117は、本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図114及び図115は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図116及び図117は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0240】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部に第1トンネルジャンクション層110a´が導入された形態である。
【0241】
図118〜図121は、本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図118及び図119は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図120及び図121は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0242】
また、図122〜図125は、本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図122及び図123は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図124及び図125は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0243】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、P型窒化物系クラッド層100´の上部に第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。
【0244】
図126〜図129は、本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図126及び図127は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図128及び図129は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0245】
また、図130〜図133は、本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。図130及び図131は、ボンディングトランスファ工程が適用された例であり、図132及び図133は、電気メッキ工程が適用された例である。
【0246】
詳細に説明すると、第38、39の実施の形態と類似しているが、但し、N型窒化物系クラッド層80´の下部とP型窒化物系クラッド層100´の上部にそれぞれ第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´が導入された形態である。
【0247】
本発明の重要部分を再度簡略に要約すると、以下のとおりである。
【0248】
最初の成長基板である絶縁性サファイア10´の上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´、又はIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層20´及び平坦層20´で構成されたIII族窒化物系半導体薄膜の上部に本発明技術の核心的な技術である窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´が積層され形成される。このような窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、レーザーリフトオフ(LLO)技術を利用して絶縁性成長基板10´を除去するとき、最初の成長時に導入された熱的及び機械的変形により誘発された応力を緩和させて、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´の上部に成長された窒化物系薄膜層又は発光構造体の熱的及び機械的変形防止と分解を阻止する機能を果たす。上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、積層順序と無関係に形成された単層又は二重層で形成されてもよく、好ましくは、六方晶系又は正方晶系結晶構造を有する単結晶物質層を優先的に適用する。
【0249】
また、上記のIII族窒化物系半導体で形成された平坦層20´の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´を積層し成長させる前に、アモルファスシリコンオキサイド(SiO2)又はアモルファスシリコンナイトライド(SiNx)薄膜がパターニング及びエッチング工程により島状に平坦層20´の上部に形成される場合は、電位密度の低い窒化物系発光構造体が支持基板層30´のうえに形成される。
【0250】
さらに好ましくは、上記の窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層30´は、金属有機化学蒸気堆積(MOCVD)、混合蒸気相蒸着(hybrid vapor phase epitaxy:HVPE)、及び原子層堆積(atomic layer deposition:ALD)などの化学反応による化学的堆積法(CVD)の他にも、高いエネルギーを有したイオンガスを利用したスパッタリング、レーザーエネルギー源を利用したPLDなどの物理的堆積法(PVD)等を利用して、10μm以下の厚さを形成することが望ましい。
【0251】
上記のとおりに、本発明によって製作された窒化物系発光素子において共通に使用された発光構造体を保護し又熱発散体であるヒートシンク140は、電気的導電性及び熱的伝導性に優れた金属、合金、又はそのその固溶体を含むことが望ましい。より望ましくは、ヒートシンク140は、従来の一般に使用されているシリコン(Si)に代わって、金属間化合物であるシリサイド(silicide)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金又はそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金又はそのその固溶体、銀(Ag)、又は銀系合金又はそのその固溶体、タングステン(W)、又はタングステン系合金又はそのその固溶体、ニッケル(Ni)、又はニッケル系合金又はそのその固溶体などが優先的に選択することが望ましい。その固溶体
絶縁性サファイア10´基板から窒化物系発光構造体を除去するために、本発明で導入しているレーザーリフトオフ(LLO)法は、従来のように常温常圧で行うことの他にも、その工程中に窒化物系発光構造体のクラックの発生による低い歩留まり問題を解決するために、40度以上の温度を維持して塩酸(HCl)のような酸性溶液又は塩基性溶液に浸した状態でレーザービームを照射して分離する。
【0252】
上記のボンディング物質層130´は、粘性が良好であり、かつ溶融点が低いインジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの金属、それらの金属を母体とする合金又はその固溶体を使用することが好ましい。
【0253】
高反射P型オ−ミック電極層120´は、P型窒化物系クラッド層100´又は第2トンネルジャンクション層110b´の上層部で電気的に低い接触抵抗値を有し、アルミニウム(Al)及びアルミニウム系合金又はそのその固溶体を除いて高い光反射率を表す高反射性金属であるその固溶体銀(Ag)とロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又はそれらの高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と二重層、又は三重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次適用した構造を利用してもよい。
【0254】
緩衝層として機能するアンドープ窒化物系半導体バッファリング層70´、N型窒化物系クラッド層80´、多重量子井戸窒化物系活性層90´、及びP型窒化物系クラッド層100´までの各層は、III族窒化物系化合物の一般式であるAlxInyGazN(x、y、z:整数)で表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として形成し、N型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´は、該当ドーパントが添加される。
【0255】
また、窒化物系活性層90´は、単層又は多層の多重量子井戸(MQW)層の他にも、多重量子点または線(multi−quantum dots/wires)等多様な方式で構成されてもよい。
【0256】
一例として、窒化ガリウム(GaN)系化合物を適用する場合に、N型窒化物系クラッド層80´は、GaNにN型ドーパントとしてSi、Ge、Se、Teなどが添加されて形成され、窒化物系活性層90´は、InGaN/GaN MQW又はAlGaN/GaN MQWで形成され、P型窒化物系クラッド層100´は、GaNにP型ドーパントとしてMg、Zn、Ca、Sr、Ba、Beなどが添加されて形成される。
【0257】
本発明のさらに他の核心部分である第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)で表された化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層、好ましくは、二重層、三重層、又はそれ以上の積層構造で形成される。
【0258】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´をスーパー格子構造とする。一例として、InGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、又はAlGaAs/InGaAsなどのように、III〜V族元素で形成された薄い積層構造として繰り返し最大30組まで積層してもよい。
【0259】
さらに好ましくは、第1トンネルジャンクション層110a´及び第2トンネルジャンクション層110b´はII族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶、又は非晶質物質層を含んでもよい。
【0260】
最上層部であるN型窒化物系クラッド層の上層部80´及びP型窒化物系クラッド層の上層部100´に積層される高透明性オ−ミック電極層150´、高透明性オ−ミック電極層170´として可能な物質は、透明導電性薄膜層である酸化物又は遷移金属系窒化物で形成され、特に、透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合された酸化物(oxide)で形成される。
【0261】
上記の遷移金属系窒化物は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合された窒化物である。
【0262】
さらに好ましくは、N型窒化物系クラッド層80及びP型窒化物系クラッド層100の上部に積層される高透明性オ−ミック電極層150´、高透明性オ−ミック電極層170´は、窒素又は酸素雰囲気下で熱処理時に上記の透明導電性薄膜層とN型窒化物系クラッド層80´及びP型窒化物系クラッド層100´との組み合わせで新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分を含むことが望ましい。
【0263】
好ましくは、ボンディング層130´の上部に導入される高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´は、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)、ニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの高反射性金属とそれらを母体とする合金又はそのその固溶体を含んでもよい。特に、本発明では、高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´として、熱的に安定かつ400nm以下の波長帯域の光に対する反射率が優れたアルミニウム(Al)金属、合金、又はその固溶体が優先的に使用される。
【0264】
さらに好ましくは、他の高反射性N型及びP型オ−ミック電極層120´としては、上記の透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は透明導電性遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属との接合でもよい。
【0265】
また、さらに他の核心的な発明技術としてトンネルジャンクション層110a´、トンネルジャンクション層110b´の下部又は上部にそ面処理及びフォトニック結晶効果によって窒化物系発光素子の電気的及び光学的特性を向上させるために、レーザービームの干渉現象と光感性ポリマーを利用した干渉分光法とエッチング技術を利用して、10nm以下サイズのドット、ホール、ピラミッド、ナノロッド、ナノ柱、又は多様な形状を導入させてもよい。
【0266】
また、さらに他の粗面処理及びフォトニック結晶効果による発光素子の電気及び光学的特性を向上させるための方法としては、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)雰囲気ガスが少なくとも一成分以上含まれた雰囲気と常温〜800度以内で10秒〜1時間以下の時間の間に行うことが好ましい。
【0267】
N型電極層パッド160´及びP型電極層パッド180´は、チタン(Ti)、アルミニウム(Al)、金(Au)、又はタングステン(W)をはじめとする高融点金属が順次積層された層構造が適用されてもよい。
【0268】
以下、上のような半導体装置を製造するために、良質のエピタキシャル層を成長させる本発明の実施の形態を説明する。下記の実施の形態において、上述の実施の形態で言及されたものと重複した名称を使用する構成要素に対しては、特別な説明がない限り、上述の実施の形態で説明された内容がそのまま適用される。
【0269】
図134〜図138は、本発明の第46の実施の形態によって、第1側面に良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図である。
【0270】
図134〜図138に示しているように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に第1エピタキシャル層2が成長されている(図134)。第1エピタキシャル層2は、多重層の積層構造を有してもよい。
【0271】
第1エピタキシャル層2は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質のGaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、SiCNなどの単結晶形態で構成され、少なくとも30nm以上の単層、二重層、又は二重層以上の多層の形態で積層される。
【0272】
成長基板1であるサファイアの上部に形成された第1エピタキシャル層2の積層構造は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)が同時に又は順序に関係なく多層形態で形成される。
【0273】
第1エピタキシャル層2は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じて、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0274】
第1エピタキシャル層2は、MOCVD、HVPE、及びALD(atomic level deposition)等のようなCVD法と強いエネルギー源であるレーザーを利用したPLD、そしてMBE(molecular beam epitaxy)などのようなPVD法を使用する。
【0275】
次の工程は、図134のように、成長基板1の上層部に形成された第1エピタキシャル層2の上部に30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成する工程である(図135)。
【0276】
上記の厚膜層3は、高い堆積速度を有する多様な電気化学的蒸着法である電解電極メッキ及び無電極メッキと、物理及び化学蒸気堆積法であるLPCVD(low pressure CVD)、PECVD(plasma enhanced CVD)、多様な形態のスパッタリング、PLD、スクリーンプリンティング(screen printing)、又は金属ホイル(metal foil)を組み合わせたレーザー溶解接着法(fusion bonding)を利用して、電気的に導電性を帯びた物質を優先的に選択して形成させるものの、場合によっては電気的に絶縁性を帯びた厚膜層でもよい。
【0277】
30μm以上の厚さを有する厚膜層3を構成する物質は、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で酸化及び還元化学反応なしに、電気的及び熱的に優れた導電性を有するものを優先的に選択する。
【0278】
具体的に説明すると、厚膜層3を構成する物質には、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド(Diamond)、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、又はSiCNの中から少なくとも一成分以上に積層されたものが好ましい。
【0279】
また、厚膜層3を形成する物質を利用して、単層、二重層、又は三重層以上を有する単結晶、多結晶、又は非晶質形態の積層構造を有してもよい。
【0280】
30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成するさらに他の物質には、上記の厚膜層3物質を互いに組み合わせた合金又はその固溶体でもよい。
【0281】
次の工程は、図135のように、成長基板1の上部に第1エピタキシャル層2と厚膜層3とを引続いて成長させた後に強いエネルギー源であるKrF及びYAGなどのレーザービームを使用して、電気的に低い導電性及び熱的低い伝導性を有した成長基板1を除去(LLO)する工程である(図136)。
【0282】
強いエネルギー源であるレーザービームを透明な成長基板1であるサファイア基板の後面に照射すると、第1エピタキシャル層2とサファイア界面でレーザービームを強く吸収して、GaN及びAlN物質がそれぞれ金属成分であるガリウム(Ga)又はアルミニウム(Al)と窒素(N)とに熱分解が発生して、サファイア基板が分離される。
【0283】
次の工程では、図136のように、LLO技法を利用して電気的に絶縁性サファイア基板を除去した後に、高性能の窒化ガリウム系電子及び光電子素子を製造するための良質の薄膜を積層するに先立ち、酸性、塩基性、又は多様な塩溶液を使用したウェットエッチングとドライエッチングとを活用して、第1エピタキシャル層2の平坦化のために表面処理を行う(図137)。
【0284】
化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)と表される物質層で構成される第2エピタキシャル層4を形成するに先立ち、好ましくは、厚膜層3及び厚膜層3の上部に形成された第1エピタキシャル層2の熱的安定性を向上させるために、800度以上の酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、真空(vacuum)、空気(air)、水素(H2)、又はアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で少なくとも30秒以上24時間まで熱処理する工程を適用する。
【0285】
特に、図134〜図137までの工程により、高性能の窒化物系電子及び光電子素子用高品位のエピタキシャル基板を低費用及び高効率的にすることができる。
【0286】
次の工程では、図137のように、用意した高品室の窒化ガリウム系エピタキシャル基板の上部にMOCVD、HVP、PLD、ALD、又はMBEなどの方法で高性能の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体多層薄膜、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させる(図138)。
【0287】
上記の第2エピタキシャル層4は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)と表示された物質を同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0288】
また、好ましくは、第2エピタキシャル層4は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じて、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0289】
図139〜図144は、本発明の第47の実施の形態によって、第2側面に良質のエピタキシャル基板の製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を利用した電子及び光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図である。
【0290】
図139〜図144に示すように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に多層の積層構造を有する第1エピタキシャル層2が成長される(図139)。第1エピタキシャル層2は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質のGaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、SiCNなどの単結晶形態で構成され、少なくとも30nm以上の単層、二重層、又は二重層以上の多層の形態で積層される。
【0291】
成長基板1であるサファイアの上層部に形成された第1エピタキシャル層2は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)が同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0292】
第1エピタキシャル層2は、製造しようとする電子及び光電子素子の種類に応じてN型ドーパントでIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0293】
第1エピタキシャル層1は、MOCVD、HVPE、及びALD等のようなCVD法と強いエネルギー源であるレーザーを利用したPLD、そしてMBEなどのようなPVD法を使用する。
【0294】
次の工程は、図139のように、成長基板1であるサファイア基板の上部に形成された第1エピタキシャル層2の上部に30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成する工程である(図140)。
【0295】
上記の厚膜層3は、高い堆積速度を有する多様な電気化学的堆積法である電解電極メッキ及び無電極メッキと物理及び化学蒸気堆積法であるLPCVD、PECVD、多様な形態のスパッタリング、PLD、スクリーンプリンティング、又は金属ホイルを組み合わせたレーザー溶解接着法を利用して、電気的に導電性を帯びた物質を優先的に選択して形成させるものの、場合によっては電気的に絶縁性を帯びた厚膜層でもよい。
【0296】
前記30μm以上の厚さを有する厚膜層3を構成する物質は、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で酸化及び還元化学反応なしに電気的導電性及び熱的伝導性を有するものを優先的に選択する。
【0297】
厚膜層3を構成する物質には、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、又はSiCNの中から少なくとも一成分以上で積層されたものが好ましい。
【0298】
上記の厚膜層3を形成する物質を利用して、単層、二重層、又は三重層以上を有する単結晶、多結晶、又は非晶質形態の積層構造を有する。
【0299】
前記30μm以上の厚さを有する厚膜層3を形成するさらに他の物質には、上記の厚膜層物質を互いに組み合わせた合金又はそのその固溶体でもよい。
【0300】
次の工程では、図140のように、最初の成長基板1であるサファイアの上部に第1エピタキシャル層2と厚膜層3を引続いて成長させた後に強いエネルギー源であるKrF及びYAGなどのレーザービームを使用して、電気的導電性及び熱的伝導性が低いサファイア基板を除去(LLO)する(図141)。
【0301】
強いエネルギー源であるレーザービームを透明なサファイア基板の後面に照射すると、第1エピタキシャル層2とサファイアの界面でレーザービームを強く吸収して、GaN及びAlN物質がそれぞれ金属成分であるガリウム(Ga)又はアルミニウム(Al)と窒素(N)とに熱分解が発生して、サファイア基板が分離される。
【0302】
次の工程では、図141のように、LLO技法を利用して電気的に絶縁性サファイア基板を除去した後に、高性能の窒化ガリウム系電子及び光電子素子を製造するための良質の薄膜を積層するに先立ち、酸性、塩基性、又は多様な塩溶液を使用したウェットエッチングとドライエッチングを活用して、第1エピタキシャル層2の平坦化のために表面処理を行う(図142)。
【0303】
化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質層で構成される第2エピタキシャル積層構造を形成するに先立ち、好ましくは、厚膜層及び厚膜層の上部に形成された第1エピタキシャル積層構造の熱的安定性を向上させるために、800度以上の酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、真空(vacuum)、空気(air)、水素(H2)、又はアンモニア(NH3)ガス雰囲気下で少なくとも30秒以上24時間まで熱処理する工程を適用する。
【0304】
次の工程では、図142のように、表面処理により平坦化された第1エピタキシャル層2の上部に高性能の電子及び光電子素子用薄膜層、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させるに先立ち、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質層で構成された良質の薄膜構造、すなわち第2エピタキシャル積層構造を成長させるために、パターニング工程を導入してELOG(epitaxial lateral overgrowth)技法を使用する(図143)。
【0305】
次の工程では、図143のように、パターニングされた高品質の窒化ガリウム系エピタキシャル基板の上部にMOCVD、HVP、PLD、ALD、又はMBEなどの方法で良質の電子及び光電子素子用窒化ガリウム系半導体多層薄膜、すなわち第2エピタキシャル層4を成長させる(図144)。
【0306】
上記の第2エピタキシャル層4は、化学式InxAlyGazN(x、y、z:整数)とSixCyNz(x、y、z:整数)で表される物質を同時に又は順序に関係なく、多層形態で形成される。
【0307】
また、好ましくは、第2エピタキシャル層4は、製造しようとする素子の種類に応じてN型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)及びP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)等を添加してもよい。
【0308】
図145は、本発明の第48の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上層部に形成された第1及び2エピタキシャル層構造を順次成長させた断面図である。
【0309】
図145に示すように、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気で化学的及び熱的に安定な厚膜層3を構成する物質、Mo、W、Si、GaN、SiC、AlN、TiNなどを優先的に選択して形成し、1000度以上の高温で成長された非ドープ窒化ガリウム及びSiなどのIV族元素がドーピングされたN型窒化ガリウムで構成された第1エピタキシャル層2、そして窒化ガリウム系半導体で構成された高性能の電子及び光電子素子用第2エピタキシャル層4を順次成長させたものである。
【0310】
図146は、本発明の第49の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1エピタキシャル層及び2エピタキシャル層が順次成長された断面図である。
【0311】
図146に示すように、1000度以上の高温と水素(H2)及びアンモニア(NH3)ガス雰囲気で化学的及び熱的に安定な厚膜層3を構成する物質Mo、W、Si、GaN、SiC、AlN、TiNなどを優先的に選択して形成し、1000度以上の高温で成長されたアンドープ窒化アルミニウム及びアンドープ窒化ガリウムで構成された第1エピタキシャル層2、そして窒化ガリウム系半導体で構成された高性能の電子及び光電子素子用第2エピタキシャル層4を順次成長させたものである。
【産業上の利用可能性】
【0312】
以上説明したように、サファイア成長基板の上部に窒化物系半導体で構成された発光構造体の成長時に緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層とN型窒化物系クラッド層との間に第1トンネルジャンクション層又は最上層であるP型窒化物系クラッド層の上部に第2トンネルジャンクション層を導入して積層し、レーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用して良質の大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作することができる。
【0313】
また、前記N型窒化物系クラッド層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ形成させた高透明性又は高反射性N型オ−ミック電極層及び高透明性又は高反射性P型オ−ミック電極層の電気的及び光学的特性を改善させて、窒化物系発光素子の優れた電流−電圧特性及び光の明るさを画期的に向上させることができ、かつ、外部発光効率を向上させるために導入された粗面処理とフォトニック結晶効果を窒化物系クラッド層及びオ−ミック電極層の上下部に極めて容易に適用して、大面積及び大容量を有する高輝度窒化物系発光素子を製作することによって、次世代白色光源を提供することができる。
【0314】
また、前記サファイア成長基板の上部にレーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用するための窒化物系半導体で構成された良質の窒化物系発光構造体を成長させる前に、窒化物系犠牲層、窒化物系平坦層、及び支持基板層を順次積層し、上記の支持基板層の上部に窒化物系半導体で構成された良質の窒化物系発光構造体を連続的に成長させる。窒化物系発光構造体の成長時に緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層とN型窒化物系クラッド層との間に第1トンネルジャンクション層又は最上層であるP型窒化物系クラッド層の上部に第2トンネルジャンクション層を導入して積層し、レーザービームを利用したサファイア除去技術であるレーザーリフトオフ方法を適用して良質の大面積及び大容量の高輝度窒化物系発光素子を製作することができる。
【0315】
これによると、強いエネルギー源であるレーザー照射時に熱的及び機械的変形から引き起こされる窒化物系半導体薄膜の変形又は分解を抑制でき、かつN型及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ形成されるN型及びP型高透明性又は高反射性オ−ミック電極層の電気及び光学的特性を画期的に改善させることによって、窒化物系発光素子の優れた電流−電圧特性及び光の明るさ特性を向上させることができる。
【0316】
一方、良質の窒化物系半導体エピタキシャル層を成長させることによって、エピタキシャル層を使用した電気的、光学的、熱的に優れた半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0317】
【図1】本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図2】本発明の第1の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上層部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したPダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図3】本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図4】本発明の第2の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図5】本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図6】本発明の第3の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図7】本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図8】本発明の第4の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図9】本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図10】本発明の第5の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図11】本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図12】本発明の第6の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図13】本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図14】本発明の第7の実施の形態による緩衝層として機能するアンドープ窒化物系層の上部に導入された第1トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図である。
【図15】本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図16】本発明の第8の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図17】本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図18】本発明の第9の実施の形態によるP型窒化物系クラッド層の上部に導入された第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図19】本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図20】本発明の第10の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部に同時にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図21】本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図22】本発明の第11の実施の形態による緩衝層として機能する非ドープ窒化物系層及びP型窒化物系クラッド層の上部にそれぞれ導入された第1及び第2トンネルジャンクション層を利用して製作したさらに他のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子を示した断面図
【図23】本発明の第12の実施の形態によって、III族窒化物系薄膜層の上に形成されたサファイア基板と、絶縁性成長基板であるサファイアの上部に窒化物系の犠牲層及び平坦層の積層構造を有するIII族窒化物系薄膜層を示した断面図
【図24】本発明の第12の実施の形態によって、III族窒化物系薄膜層の上に形成されたサファイア基板と、絶縁性成長基板であるサファイアの上部に窒化物系の犠牲層及び平坦層の積層構造を有するIII族窒化物系薄膜層を示した断面図
【図25】本発明の第13の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層が形成された形態を示した断面図
【図26】本発明の第13の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された薄膜層と支持基板層とが順次形成された上部に成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層と窒化物系発光構造体層が形成された形態を示した断面図
【図27】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図28】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図29】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図30】本発明の第14の実施の形態によって、レーザーリフトオフ技術を利用して絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後、支持基板層とその上部に形成された成長基板用のさらに他の窒化物系薄膜層とIII族窒化物系発光構造体層とをそれぞれ示した断面図
【図31】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図32】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図33】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図34】本発明の第15の実施の形態によって、レーザーリフトオフ(LLO)法によって絶縁性成長基板であるサファイアを除去させた後に、支持基板層の上部に形成されているそれぞれ異なる4種類の窒化物系発光構造体を示した断面図
【図35】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図36】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図37】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図38】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図39】本発明の第16の実施の形態による支持基板層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図である。
【図40】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図41】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図42】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図43】本発明の第17の実施の形態による支持基板層及び第1トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された2個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図44】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図45】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図46】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図47】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図48】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図49】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図50】本発明の第18の実施の形態による支持基板層及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と3個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図51】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図52】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図53】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図54】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図55】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図56】本発明の第19の実施の形態による支持基板層、第1トンネルジャンクション層、及び第2トンネルジャンクション層の導入とレーザーリフトオフ(LLO)法を使用して製作された4個のPサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子と2個のNサイドダウン垂直構造の窒化物系発光素子をそれぞれ示した断面図
【図57】本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図
【図58】本発明の第20の実施の形態によって、絶縁性成長基板であるサファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層の上部に窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が積層された断面図
【図59】本発明の第21の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図
【図60】本発明の第21の実施の形態によって、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用として800度以上の高温で形成された窒化物系厚膜層が積層された形態を示した断面図
【図61】本発明の第22の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いて800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層とが積層された形態を示した断面図
【図62】本発明の第22の実施の形態による、III族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層が順次形成された上部に良質の成長基板用厚膜を製作するために、800度未満の温度で形成された薄い窒化物系核生成層と引続いて800度以上の高温で成長された窒化物系厚膜層とが積層された形態を示した断面図
【図63】本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図64】本発明の第23の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上層部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図65】本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図66】本発明の第24の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図67】本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図68】本発明の第25の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系半導体で形成された犠牲層、又は犠牲層及び平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図である。
【図69】本発明の第26の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系の犠牲層、又はIII族窒化物系の犠牲層及びIII族窒化物系の平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図70】本発明の第26の実施の形態によって、最初の成長基板である絶縁性サファイアの上部にIII族窒化物系の犠牲層、又はIII族窒化物系の犠牲層及びIII族窒化物系の平坦層が順次積層された窒化物系薄膜層と窒化アルミニウム(AlN)系物質層で構成された支持基板層とが順次形成された上層部にIII族窒化物系半導体で構成された良質の発光ダイオードの積層構造を示した断面図
【図71】本発明の第27の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、n型窒化物系クラッド層よりP型窒化物系クラッド層がさらに下層部に存在する高品質のPサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図72】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図73】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図74】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図75】本発明の第28の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図76】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図77】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図78】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図79】本発明の第29の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図80】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図81】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図82】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図83】本発明の第30の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図84】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図85】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図86】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図87】本発明の第31の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第27の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のPサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図88】本発明の第32の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下部に存在する高品質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図89】本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図90】本発明の第33の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図91】本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図92】本発明の第34の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図93】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図94】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図95】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図96】本発明の第35の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図97】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図98】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図99】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図100】本発明の第36の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第32の実施の形態で示した工程フローチャートに従って製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図101】本発明の第37の実施の形態によって、本発明の第23〜第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を使用して、P型窒化物系クラッド層よりN型窒化物系クラッド層がさらに下層部に存在する高品位質のNサイドダウン発光ダイオードの製作順序を示した工程フローチャート
【図102】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図103】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図104】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図105】本発明の第38の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ(bonding transfer)法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図106】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図107】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図108】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図109】本発明の第39の実施の形態によって、本発明の第23の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ(electroplating)法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図110】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図111】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図112】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図113】本発明の第40の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図114】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図115】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図116】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図117】本発明の第41の実施の形態によって、本発明の第24の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品位のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図である。
【図118】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図119】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図120】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図121】本発明の第42の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図122】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図123】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図124】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図125】本発明の第43の実施の形態によって、本発明の第25の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図126】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図127】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図128】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図129】本発明の第44の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従ってボンディングトランスファ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図130】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図131】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図132】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図133】本発明の第45の実施の形態によって、本発明の第26の実施の形態で示した発光ダイオードの積層構造を本発明の第37の実施の形態で示した工程フローチャートに従って電気メッキ法によって製作した高品質のNサイドダウン発光ダイオードを示した断面図
【図134】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図135】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図136】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図137】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子及び光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図138】本発明の第46の実施の形態に従って、良質のエピタキシャル基板を提供するために、窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用の基板のうえにエピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図139】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図140】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図141】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図142】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図143】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図144】本発明の第47の実施の形態によって、第2側面による良質のエピタキシャル基板製造と基板の上部に窒化ガリウム系半導体を用いた電子もしくは光素子用エピタキシャル積層構造が形成される過程を説明する断面図
【図145】本発明の第48の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1及び第2エピタキシャル積層構造が順次形成された断面図
【図146】本発明の第49の実施の形態によって、本発明により考案された厚膜層の上部に形成された第1及び第2エピタキシャル積層構造が順次形成された断面図
【特許請求の範囲】
【請求項1】
絶縁性の成長基板と、
前記成長基板上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成された非ドープバッファリング窒化物系層と、
前記非ドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、
前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、
前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、
前記アンドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記成長基板は、レーザービームを利用して除去され、前記成長基板が除去された領域の前記第1型の窒化物系クラッド層の下部に形成された第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層と、
前記第2型の窒化物系クラッド層の上部に保護機能を行うように形成された支持基板と、
前記第2型の窒化物系クラッド層と前記支持基板との間に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1型及び第2型窒化物系クラッド層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層、前記トンネルジャンクション層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層のうち、少なくとも一つの表面に粗面処理及びフォトニック結晶効果のための10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nano−rod)及びナノ柱(nano−columnar)のうち、少なくとも一つの形状が導入されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記トンネルジャンクション層は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)で表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層又は多重層で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記多重層は、スーパー格子構造としてInGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、及びAlGaAs/InGaAsを含む積層構造が繰り返し的に最大30組まで積層され、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶又は非晶質物質層を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記支持基板は、シリコン基板の上層部に金属間化合物であるシリサイド(silicide)が形成されているシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金及びその固溶体、銅(Cu)、銅系合金及びその固溶体、銀(Ag)、銀系合金及びその固溶体を含むグループから選択された少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又は前記高反射性金属を母体とする合金又は固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次組み合わせたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)を使用した透明導電性薄膜層であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合されたものであり、
前記遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合されたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、前記透明導電性薄膜層が前記第1型又は第2型の窒化物系クラッド層と窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合できることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)のプラズマを利用したスパッタリングと強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー蒸着で形成されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の形成と粗面処理及びフォトニック結晶効果を導入するために、反応器内に窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、酸素(O2)、水素(H2)、空気(air)、又は真空(vacuum)のうち、少なくとも一つの条件で常温〜800度以内で10秒〜3時間の間に熱処理が行われたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第1及び第2型のうち、何れか一つはN型で、残りの一つはP型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項14】
絶縁性の成長基板と、
前記成長基板上に形成された窒化物系半導体薄膜層と、
前記窒化物系半導体薄膜層上に形成された支持基板層と、
前記支持基板層上に形成された発光構造体と、を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項15】
前記窒化物系半導体薄膜層は、III族元素窒化物系半導体で構成された犠牲層であるか、又は前記犠牲層と前記犠牲層上に形成された平坦層であることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された窒化アルミニウム(AlN)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された金属(metal)、窒化物(nitride)、酸化物(oxide)、ホウ化物(boride)、カーバイド(carbide)、シリサイド(silicide)、酸化窒化物(oxynitride)、及びカーボン窒化物(carbon nitride)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記金属は、Ta、Ti、Zr、Cr、Sc、Si、Ge、W、Mo、Nb、Alから選択され、
前記窒化物は、Ti、V、Cr、Be、B、Hf、Mo、Nb、V、Zr、Nb、Ta、Hf、Al、B、Si、In、Ga、Sc、W及び希土類金属系窒化物から選択され、
前記酸化物は、Ti、Ta、Li、Al、Ga、In、Be、Nb、Zn、Zr、Y、W、V、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系酸化物から選択され、
前記ホウ化物は、Ti、Ta、Li、Al、Be、Mo、Hf、W、Ga、In、Zn、Zr、V、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系ホウ化物から選択され、
前記カーバイドは、Ti、Ta、Li、B、Hf、Mo、Nb、W、V、Al、Ga、In、Zn、Zr、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系カーバイドから選択され、
前記シリサイドは、Cr、Hf、Mo、Nb、Ta、Th、Ti、W、V、Zr及び各種希土類金属系シリサイドから選択され、
前記酸化窒化物は、Al−O−Nであり、
前記カーボン窒化物は、Si−C−Nであることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたSiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項21】
前記支持基板層は、六方晶系又は正方晶系である単結晶又は多結晶物質層、又は非晶質物質層を含むことを特徴とする請求項16〜20のうち、何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項22】
前記支持基板層は、1000度以上の高温と水素ガス又はイオン雰囲気下で耐還元性を有する熱及び化学的に安定な10μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。
【請求項23】
前記発光構造体は、
前記支持基板層上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成されたアンドープバッファリング窒化物系層と、
前記アンドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、
前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、
前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項24】
前記アンドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
【請求項25】
前記トンネルジャンクション層は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表現した化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層又は多重層で形成されたことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
【請求項26】
前記多重層は、スーパー格子構造としてInGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、及びAlGaAs/InGaAsを含む積層構造が繰り返し的に最大30組まで積層され、グループII族元素(Mg、Be、Zn)又はグループIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶又は非晶質物質層を有することを特徴とする請求項25に記載の半導体装置。
【請求項27】
レーザービームにより前記成長基板が除去されるときに残った前記発光構造体の上部面に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層と、
前記発光構造体の下部面に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と、をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
【請求項28】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の下部面に形成されたヒートシンク用薄膜をさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項29】
前記ヒートシンク用薄膜は、電気メッキ工程又はボンディングトランスファー工程で形成され、前記ボンディングトランスファー工程時に前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と前記ヒートシンク用薄膜との間に介在されるボンディング層をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
【請求項30】
前記熱発散体であるヒートシンク用薄膜は、シリコン基板の上層部に金属間化合物であるシリサイド(silicide)が形成されているシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金及びそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金及びそのその固溶体、銀(Ag)、銀系合金及びそのその固溶体を含むグループから選択された少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
【請求項31】
前記第1型及び第2型窒化物系クラッド層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層、前記トンネルジャンクション層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層のうち、少なくとも一つの表面に粗面処理及びフォトニック結晶効果のための10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nano−rod)及びナノ柱(nano−columnar)のうち、少なくとも一つの形状が導入されたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項32】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又は前記高反射性金属を母体とする合金又はその固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次組み合わせたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項33】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)を使用した透明導電性薄膜層であることを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項34】
前記透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合されたものであり、
前記遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合されたものであることを特徴とする請求項32又は33に記載の半導体装置。
【請求項35】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、前記透明導電性薄膜層が前記第1型又は第2型の窒化物系クラッド層と窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合できることを特徴とする請求項34に記載の半導体装置。
【請求項36】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)のプラズマを利用したスパッタリングと強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー蒸着で形成されたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項37】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の形成と粗面処理及びフォトニック結晶効果を導入するために、反応器内に窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、酸素(O2)、水素(H2、空気(air)、又は真空(vacuum)のうち、少なくとも一条件において常温〜800度以内で10秒〜3時間の間に熱処理が行われたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項38】
前記第1及び第2型のうち、何れか一つはN型であり、残りの一つはP型であることを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
【請求項39】
厚膜層と、
前記厚膜層上に形成され、上部面が表面処理された第1エピタキシャル層と、
前記第1エピタキシャル層上に形成され、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜を有する第2エピタキシャル層と、を含み、
前記第1及び第2エピタキシャル層それぞれは、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成された単結晶単層又は多重層からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項40】
前記厚膜層は、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1−xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、及びSiCNからなるグループから選択された少なくとも一つの化合物、前記グループから二つ以上選択された合金及びその固溶体から形成され、単層又は多重層を有する単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項39に記載の半導体装置。
【請求項41】
絶縁性の成長基板上に第1エピタキシャル層を形成するステップと、
前記第1エピタキシャル層上に30μm以上の厚膜層を蒸着するステップと、
レーザービームを利用して、前記成長基板を除去するステップと、
前記成長基板が除去されて露出した前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項42】
前記第1エピタキシャル層は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成され、少なくとも30nm以上の単結晶単層又は多重層からなることを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項43】
前記化合物は、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、及びSiCNのうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項42に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項44】
前記第1エピタキシャル層は、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)又はP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)を含むことを特徴とする請求項42に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項45】
前記厚膜層は、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1−xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、及びSiCNからなるグループから選択された少なくとも一つの化合物、前記グループから二つ以上選択された合金及びその固溶体から形成され、単層又は多重層を有する単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項46】
前記レーザービームを利用して前記成長基板を除去するステップは、エッチング工程、表面処理及び熱処理工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項47】
前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップは、表面平坦化、パターニング及び熱処理工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項48】
前記第1エピタキシャル層の前記表面処理された面に第2エピタキシャル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41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項49】
前記第2エピタキシャル層は、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜であることを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項50】
前記第2エピタキシャル層は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物を含む単結晶多重層で形成されたことを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項51】
前記第2エピタキシャル層は、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)又はP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)を含むことを特徴とする請求項50に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項52】
前記第2エピタキシャル層を形成するステップは、空気、酸素、窒素、水素、アンモニア、又は真空雰囲気下で200度の温度で30秒〜24時間の間に熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項48に記載の製造方法。
【請求項1】
絶縁性の成長基板と、
前記成長基板上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成された非ドープバッファリング窒化物系層と、
前記非ドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、
前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、
前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、
前記アンドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層と、
を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項2】
前記成長基板は、レーザービームを利用して除去され、前記成長基板が除去された領域の前記第1型の窒化物系クラッド層の下部に形成された第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層と、
前記第2型の窒化物系クラッド層の上部に保護機能を行うように形成された支持基板と、
前記第2型の窒化物系クラッド層と前記支持基板との間に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と、
をさらに含むことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第1型及び第2型窒化物系クラッド層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層、前記トンネルジャンクション層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層のうち、少なくとも一つの表面に粗面処理及びフォトニック結晶効果のための10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nano−rod)及びナノ柱(nano−columnar)のうち、少なくとも一つの形状が導入されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記トンネルジャンクション層は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)で表される化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層又は多重層で形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記多重層は、スーパー格子構造としてInGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、及びAlGaAs/InGaAsを含む積層構造が繰り返し的に最大30組まで積層され、II族元素(Mg、Be、Zn)又はIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶又は非晶質物質層を有することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
【請求項6】
前記支持基板は、シリコン基板の上層部に金属間化合物であるシリサイド(silicide)が形成されているシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金及びその固溶体、銅(Cu)、銅系合金及びその固溶体、銀(Ag)、銀系合金及びその固溶体を含むグループから選択された少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又は前記高反射性金属を母体とする合金又は固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次組み合わせたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)を使用した透明導電性薄膜層であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合されたものであり、
前記遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合されたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、前記透明導電性薄膜層が前記第1型又は第2型の窒化物系クラッド層と窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合できることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。
【請求項11】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)のプラズマを利用したスパッタリングと強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー蒸着で形成されたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項12】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の形成と粗面処理及びフォトニック結晶効果を導入するために、反応器内に窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、酸素(O2)、水素(H2)、空気(air)、又は真空(vacuum)のうち、少なくとも一つの条件で常温〜800度以内で10秒〜3時間の間に熱処理が行われたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項13】
前記第1及び第2型のうち、何れか一つはN型で、残りの一つはP型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項14】
絶縁性の成長基板と、
前記成長基板上に形成された窒化物系半導体薄膜層と、
前記窒化物系半導体薄膜層上に形成された支持基板層と、
前記支持基板層上に形成された発光構造体と、を含むことを特徴とする半導体装置。
【請求項15】
前記窒化物系半導体薄膜層は、III族元素窒化物系半導体で構成された犠牲層であるか、又は前記犠牲層と前記犠牲層上に形成された平坦層であることを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項16】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された窒化アルミニウム(AlN)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項17】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成された金属(metal)、窒化物(nitride)、酸化物(oxide)、ホウ化物(boride)、カーバイド(carbide)、シリサイド(silicide)、酸化窒化物(oxynitride)、及びカーボン窒化物(carbon nitride)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項18】
前記金属は、Ta、Ti、Zr、Cr、Sc、Si、Ge、W、Mo、Nb、Alから選択され、
前記窒化物は、Ti、V、Cr、Be、B、Hf、Mo、Nb、V、Zr、Nb、Ta、Hf、Al、B、Si、In、Ga、Sc、W及び希土類金属系窒化物から選択され、
前記酸化物は、Ti、Ta、Li、Al、Ga、In、Be、Nb、Zn、Zr、Y、W、V、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系酸化物から選択され、
前記ホウ化物は、Ti、Ta、Li、Al、Be、Mo、Hf、W、Ga、In、Zn、Zr、V、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系ホウ化物から選択され、
前記カーバイドは、Ti、Ta、Li、B、Hf、Mo、Nb、W、V、Al、Ga、In、Zn、Zr、Y、Mg、Si、Cr、La及び希土類金属系カーバイドから選択され、
前記シリサイドは、Cr、Hf、Mo、Nb、Ta、Th、Ti、W、V、Zr及び各種希土類金属系シリサイドから選択され、
前記酸化窒化物は、Al−O−Nであり、
前記カーボン窒化物は、Si−C−Nであることを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。
【請求項19】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたAlaObNc(a、b、c;整数)とGaxOy(x、y;整数)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項20】
前記支持基板層は、単層又は多重層で形成されたSiaAlbNcCd(a、b、c、d;整数)系物質層を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項21】
前記支持基板層は、六方晶系又は正方晶系である単結晶又は多結晶物質層、又は非晶質物質層を含むことを特徴とする請求項16〜20のうち、何れか一項に記載の半導体装置。
【請求項22】
前記支持基板層は、1000度以上の高温と水素ガス又はイオン雰囲気下で耐還元性を有する熱及び化学的に安定な10μm以下の厚さを有することを特徴とする請求項21に記載の半導体装置。
【請求項23】
前記発光構造体は、
前記支持基板層上に形成された核生成層と、
前記核生成層上に緩衝層として機能するように形成されたアンドープバッファリング窒化物系層と、
前記アンドープバッファリング窒化物系層上に形成された第1型の窒化物系クラッド層と、
前記第1型の窒化物系クラッド層上に形成された多重量子井戸窒化物系活性層と、
前記多重量子井戸窒化物系活性層上に形成された前記第1型と異なる第2型の窒化物系クラッド層と、を含むことを特徴とする請求項14に記載の半導体装置。
【請求項24】
前記アンドープバッファリング窒化物系層と前記第1型の窒化物系クラッド層との間、及び前記第2型の窒化物系クラッド層の上部のうち、少なくとも一つに形成されたトンネルジャンクション層を含むことを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
【請求項25】
前記トンネルジャンクション層は、III〜V族元素で構成されるAlaInbGacNxPyAsz(a、b、c、x、y、z;整数)と表現した化合物の中から選択された何れか一つの化合物を基本として50nm以下の厚さに形成された単層又は多重層で形成されたことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
【請求項26】
前記多重層は、スーパー格子構造としてInGaN/GaN、AlGaN/GaN、AlInN/GaN、AlGaN/InGaN、AlInN/InGaN、AlN/GaN、及びAlGaAs/InGaAsを含む積層構造が繰り返し的に最大30組まで積層され、グループII族元素(Mg、Be、Zn)又はグループIV族元素(Si、Ge)が添加された単結晶、多結晶又は非晶質物質層を有することを特徴とする請求項25に記載の半導体装置。
【請求項27】
レーザービームにより前記成長基板が除去されるときに残った前記発光構造体の上部面に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層と、
前記発光構造体の下部面に形成された前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と、をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載の半導体装置。
【請求項28】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の下部面に形成されたヒートシンク用薄膜をさらに含むことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項29】
前記ヒートシンク用薄膜は、電気メッキ工程又はボンディングトランスファー工程で形成され、前記ボンディングトランスファー工程時に前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層と前記ヒートシンク用薄膜との間に介在されるボンディング層をさらに含むことを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
【請求項30】
前記熱発散体であるヒートシンク用薄膜は、シリコン基板の上層部に金属間化合物であるシリサイド(silicide)が形成されているシリコン(Si)、アルミニウム(Al)、アルミニウム合金及びそのその固溶体、銅(Cu)、銅系合金及びそのその固溶体、銀(Ag)、銀系合金及びそのその固溶体を含むグループから選択された少なくとも一つで形成されたことを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
【請求項31】
前記第1型及び第2型窒化物系クラッド層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層、前記トンネルジャンクション層、前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層のうち、少なくとも一つの表面に粗面処理及びフォトニック結晶効果のための10nm以下サイズのドット(dot)、ホール(hole)、ピラミッド(pyramid)、ナノロッド(nano−rod)及びナノ柱(nano−columnar)のうち、少なくとも一つの形状が導入されたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項32】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、高反射性金属であるアルミニウム(Al)、銀(Ag)、ロジウム(Rh)を厚く単独に使用するか、又は前記高反射性金属を母体とする合金又はその固溶体、上記の高反射性金属とニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、又は金(Au)金属と2重又は3重層で形成された反射膜を使用するか、又は薄い透明導電性薄膜層である透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)と上記の高反射性金属を順次組み合わせたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項33】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、透明導電性酸化物(TCO)又は遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)を使用した透明導電性薄膜層であることを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項34】
前記透明導電性酸化物(TCO)は、インジウム(In)、錫(Sn)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、カドミウム(Cd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、バナジウム(V)、銅(Cu)、イリジウム(Ir)、ロジウム(Rh)、ルテニウム(Ru)、タングステン(W)、チタニウム(Ti)、タンタル(Ta)、コバルト(Co)、ニッケル(Ni)、マンガン(Mn)、白金(Pt)、パラジウム(Pd)、アルミニウム(Al)、及びランタン(La)元素系の金属のうち、少なくとも一つ以上の成分と酸素(O)とが結合されたものであり、
前記遷移金属系透明導電性窒化物(TCN)は、チタニウム(Ti)、タングステン(W)、タンタル(Ta)、バナジウム(V)、クロム(Cr)、ジルコニウム(Zr)、ニオビウム(Nb)、ハフニウム(Hf)、レニウム(Re)、又はモリブデニウム(Mo)金属と窒素(N)とが結合されたものであることを特徴とする請求項32又は33に記載の半導体装置。
【請求項35】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電流拡散層は、前記透明導電性薄膜層が前記第1型又は第2型の窒化物系クラッド層と窒素(N2)又は酸素(O2)雰囲気下で熱処理時に新しい透明導電性薄膜を形成できる金属成分と結合できることを特徴とする請求項34に記載の半導体装置。
【請求項36】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層は、酸素(O2)、窒素(N2)、アルゴン(Ar)、又は水素(H2)のプラズマを利用したスパッタリングと強いレーザービームをエネルギー源とするレーザー蒸着で形成されたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項37】
前記第1型又は第2型のオ−ミック電極層の形成と粗面処理及びフォトニック結晶効果を導入するために、反応器内に窒素(N2)、アルゴン(Ar)、ヘリウム(He)、酸素(O2)、水素(H2、空気(air)、又は真空(vacuum)のうち、少なくとも一条件において常温〜800度以内で10秒〜3時間の間に熱処理が行われたことを特徴とする請求項27に記載の半導体装置。
【請求項38】
前記第1及び第2型のうち、何れか一つはN型であり、残りの一つはP型であることを特徴とする請求項23に記載の半導体装置。
【請求項39】
厚膜層と、
前記厚膜層上に形成され、上部面が表面処理された第1エピタキシャル層と、
前記第1エピタキシャル層上に形成され、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜を有する第2エピタキシャル層と、を含み、
前記第1及び第2エピタキシャル層それぞれは、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成された単結晶単層又は多重層からなることを特徴とする半導体装置。
【請求項40】
前記厚膜層は、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1−xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、及びSiCNからなるグループから選択された少なくとも一つの化合物、前記グループから二つ以上選択された合金及びその固溶体から形成され、単層又は多重層を有する単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項39に記載の半導体装置。
【請求項41】
絶縁性の成長基板上に第1エピタキシャル層を形成するステップと、
前記第1エピタキシャル層上に30μm以上の厚膜層を蒸着するステップと、
レーザービームを利用して、前記成長基板を除去するステップと、
前記成長基板が除去されて露出した前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップと、を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項42】
前記第1エピタキシャル層は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物で形成され、少なくとも30nm以上の単結晶単層又は多重層からなることを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項43】
前記化合物は、GaN、AlN、InN、AlGaN、InGaN、AlInN、InAlGaN、SiC、及びSiCNのうち、少なくとも一つであることを特徴とする請求項42に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項44】
前記第1エピタキシャル層は、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)又はP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)を含むことを特徴とする請求項42に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項45】
前記厚膜層は、Si、Ge、SiGe、GaAs、GaN、AlN、AlGaN、InGaN、BN、BP、BAs、BSb、AlP、AlAs、Alsb、GaSb、InP、InAs、InSb、GaP、InP、InAs、InSb、In2S3、PbS、CdTe、CdSe、Cd1−xZnxTe、In2Se3、CuInSe2、Hg1−xCdxTe、Cu2S、ZnSe、ZnTe、ZnO、W、Mo、Ni、Nb、Ta、Pt、Cu、Al、Ag、Au、ZrB2、WB、MoB、MoC、WC、ZrC、Pd、Ru、Rh、Ir、Cr、Ti、Co、V、Re、Fe、Mn、RuO、IrO2、BeO、MgO、SiO2、SiN、TiN、ZrN、HfN、VN、NbN、TaN、MoN、ReN、CuI、ダイヤモンド、DLC(diamond like carbon)、SiC、WC、TiW、TiC、CuW、及びSiCNからなるグループから選択された少なくとも一つの化合物、前記グループから二つ以上選択された合金及びその固溶体から形成され、単層又は多重層を有する単結晶、多結晶、又は非晶質であることを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項46】
前記レーザービームを利用して前記成長基板を除去するステップは、エッチング工程、表面処理及び熱処理工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項47】
前記第1エピタキシャル層の表面を処理するステップは、表面平坦化、パターニング及び熱処理工程のうち、少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項48】
前記第1エピタキシャル層の前記表面処理された面に第2エピタキシャル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41に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項49】
前記第2エピタキシャル層は、窒化ガリウム系半導体で構成された電子及び光電子素子用多層薄膜であることを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項50】
前記第2エピタキシャル層は、InxAlyGazN(x、y、z:整数)及びSixCyNz(x、y、z:整数)から選択された少なくとも一つの化合物を含む単結晶多重層で形成されたことを特徴とする請求項48に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項51】
前記第2エピタキシャル層は、N型ドーパントであるIV族元素(Si、Ge、Te、Se)又はP型ドーパントであるIII族元素(Mg、Zn、Be)を含むことを特徴とする請求項50に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項52】
前記第2エピタキシャル層を形成するステップは、空気、酸素、窒素、水素、アンモニア、又は真空雰囲気下で200度の温度で30秒〜24時間の間に熱処理するステップをさらに含むことを特徴とする請求項48に記載の製造方法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】
【図62】
【図63】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図68】
【図69】
【図70】
【図71】
【図72】
【図73】
【図74】
【図75】
【図76】
【図77】
【図78】
【図79】
【図80】
【図81】
【図82】
【図83】
【図84】
【図85】
【図86】
【図87】
【図88】
【図89】
【図90】
【図91】
【図92】
【図93】
【図94】
【図95】
【図96】
【図97】
【図98】
【図99】
【図100】
【図101】
【図102】
【図103】
【図104】
【図105】
【図106】
【図107】
【図108】
【図109】
【図110】
【図111】
【図112】
【図113】
【図114】
【図115】
【図116】
【図117】
【図118】
【図119】
【図120】
【図121】
【図122】
【図123】
【図124】
【図125】
【図126】
【図127】
【図128】
【図129】
【図130】
【図131】
【図132】
【図133】
【図134】
【図135】
【図136】
【図137】
【図138】
【図139】
【図140】
【図141】
【図142】
【図143】
【図144】
【図145】
【図146】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【図40】
【図41】
【図42】
【図43】
【図44】
【図45】
【図46】
【図47】
【図48】
【図49】
【図50】
【図51】
【図52】
【図53】
【図54】
【図55】
【図56】
【図57】
【図58】
【図59】
【図60】
【図61】
【図62】
【図63】
【図64】
【図65】
【図66】
【図67】
【図68】
【図69】
【図70】
【図71】
【図72】
【図73】
【図74】
【図75】
【図76】
【図77】
【図78】
【図79】
【図80】
【図81】
【図82】
【図83】
【図84】
【図85】
【図86】
【図87】
【図88】
【図89】
【図90】
【図91】
【図92】
【図93】
【図94】
【図95】
【図96】
【図97】
【図98】
【図99】
【図100】
【図101】
【図102】
【図103】
【図104】
【図105】
【図106】
【図107】
【図108】
【図109】
【図110】
【図111】
【図112】
【図113】
【図114】
【図115】
【図116】
【図117】
【図118】
【図119】
【図120】
【図121】
【図122】
【図123】
【図124】
【図125】
【図126】
【図127】
【図128】
【図129】
【図130】
【図131】
【図132】
【図133】
【図134】
【図135】
【図136】
【図137】
【図138】
【図139】
【図140】
【図141】
【図142】
【図143】
【図144】
【図145】
【図146】
【公表番号】特表2009−514209(P2009−514209A)
【公表日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2008−537603(P2008−537603)
【出願日】平成18年10月27日(2006.10.27)
【国際出願番号】PCT/KR2006/004425
【国際公開番号】WO2007/049939
【国際公開日】平成19年5月3日(2007.5.3)
【出願人】(503447036)サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド (2,221)
【Fターム(参考)】
【公表日】平成21年4月2日(2009.4.2)
【国際特許分類】
【出願日】平成18年10月27日(2006.10.27)
【国際出願番号】PCT/KR2006/004425
【国際公開番号】WO2007/049939
【国際公開日】平成19年5月3日(2007.5.3)
【出願人】(503447036)サムスン エレクトロニクス カンパニー リミテッド (2,221)
【Fターム(参考)】
[ Back to top ]