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特開2015-164206パターン効果を低減したＧａＮＬＥＤのレーザーアニール
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】特開2015-164206(P2015-164206A)
(43)【公開日】2015年9月10日
(54)【発明の名称】パターン効果を低減したＧａＮＬＥＤのレーザーアニール
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20150814BHJP
【ＦＩ】
H01L33/00 186
【審査請求】有
【請求項の数】10
【出願形態】ＯＬ
【全頁数】16
(21)【出願番号】特願2015-79687(P2015-79687)
(22)【出願日】2015年4月9日
(62)【分割の表示】特願2012-249286(P2012-249286)の分割
【原出願日】2012年11月13日
(31)【優先権主張番号】61/567,842
(32)【優先日】2011年12月7日
(33)【優先権主張国】US
(71)【出願人】
【識別番号】502400304
【氏名又は名称】ウルトラテック インク
(74)【代理人】
【識別番号】100136319
【弁理士】
【氏名又は名称】北原 宏修
(74)【代理人】
【識別番号】100147706
【弁理士】
【氏名又は名称】多田 裕司
(74)【代理人】
【識別番号】100148275
【弁理士】
【氏名又は名称】山内 聡
(72)【発明者】
【氏名】ハウリーラック、エム、アンドリュー
(72)【発明者】
【氏名】ワン、ユン
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA03
5F241AA21
5F241CA04
5F241CA40
5F241CA76
5F241CA77
5F241CA88
5F241CA92
5F241CA93
5F241CA98
(57)【要約】 （修正有）
【課題】パターン効果を低減するGaN発光ダイオード(LED)のレーザーアニール方法の提供。【解決手段】長寸および短寸を有し、かつ、離間して実質的に前記長寸方向に配列された複数の細長い導電性構造体のグループをGaN LED構造体のｎ型GaN５０あるいはｐ型GaN層の表面上に、グループ内の各導電性構造体の間隔よりも広い間隔を有して形成する。また、短寸よりも長いアニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービーム１２０を生成し、偏光方向が導電性構造体の長寸と直交するようにアニールレーザービームを導電性構造体に向けて、導電性構造体を介してｐ偏光アニールレーザービームでGaN LED構造体のｎ型GaN層あるいはｐ型GaN層を照射する。
【選択図】図７Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
GaN発光ダイオード(LED)構造体のレーザーアニール方法であって、
前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、
活性層を挟むｐ型GaN層およびｎ型GaN層を有するGaN多層構造体を備え、
前記ｐ型GaN層あるいは前記ｎ型GaN層の上面において長寸および短寸を有するようにそれぞれ細長く形成されているとともにほぼ同じ方向に配列されている複数の導電性構造体を含むグループを形成する工程において、
前記導電性構造体のグループ間の間隔が、該導電性構造体のグループを構成している互いに分割された各導電性構造体間の間隔よりも広くなるように、前記ｐ型GaN層あるいは前記ｎ型GaN層上に前記導電性構造体を形成し、
前記導電性構造体の前記短寸よりも長いアニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービームを生成し、さらに
偏光方向が前記導電性構造体の前記長寸と直交するように前記アニールレーザービームを前記導電性構造体に向けて、前記導電性構造体を介して前記ｐ偏光アニールレーザービームで前記ｎ型GaN層あるいは前記ｐ型GaN層を照射する方法。
前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、
活性層を挟むｐ型GaN層およびｎ型GaN層を有するGaN多層構造体を備え、
前記ｐ型GaN層あるいは前記ｎ型GaN層の上面において長寸および短寸を有するようにそれぞれ細長く形成されているとともにほぼ同じ方向に配列されている複数の導電性構造体を含むグループを形成する工程において、
前記導電性構造体のグループ間の間隔が、該導電性構造体のグループを構成している互いに分割された各導電性構造体間の間隔よりも広くなるように、前記ｐ型GaN層あるいは前記ｎ型GaN層上に前記導電性構造体を形成し、
前記導電性構造体の前記短寸よりも長いアニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービームを生成し、さらに
偏光方向が前記導電性構造体の前記長寸と直交するように前記アニールレーザービームを前記導電性構造体に向けて、前記導電性構造体を介して前記ｐ偏光アニールレーザービームで前記ｎ型GaN層あるいは前記ｐ型GaN層を照射する方法。
【請求項2】
前記導電性構造体は、略長方形状の表面を有している請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記導電性構造体のグループは、互いに平行な２つ以上の前記導電性構造体を含んでいる請求項１または２に記載の方法。
【請求項4】
前記導電性構造体は、電流波及電極を規定する請求項１から３の何れか１項に記載の方法。
【請求項5】
前記短寸は約１０．６ミクロンよりも短い請求項１から４の何れか１項に記載の方法。
【請求項6】
前記導電性構造体は、前記ｐ型GaN層の上面に配設されており、
前記導電性構造体と前記ｐ型GaN層との間に透明導電層を含む
請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
前記導電性構造体と前記ｐ型GaN層との間に透明導電層を含む
請求項１から５の何れか１項に記載の方法。
【請求項7】
前記照射の後、前記電流波及電極に電気的に接触する少なくとも一つの導体パッドを追加する工程をさらに有する請求項４に記載の方法。
【請求項8】
前記アニール波長が約１０．６ミクロンである請求項１から７の何れか１項に記載の方法。
【請求項9】
前記導電性構造体を前記アニールレーザービームで走査する工程をさらに有する請求項１から８の何れか１項に記載の方法。
【請求項10】
前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、プロダクト基板上に形成されており、前記GaN発光ダイオード(LED)構造体からLEDダイを形成するために前記プロダクト基板を切断する工程をさらに有する請求項１から９の何れか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
（関連出願の相互参照）この出願は２００９年１１月６日に提出された米国特許出願（No. 12/590,360）「GaN LEDのレーザースパイクアニール」に関連する。当該米国特許出願は本明細書に組み込まれる。
【0002】
この出願は、２０１２年１２月７日に提出された米国仮出願（No.61/567,842）に基づく優先権を主張するものであり、当該米国仮出願は本明細書に組み込まれる。
【0003】
本発明は主として発光ダイオード(LED)に関連する。より具体的には、悪影響を及ぼすパターン効果を低減あるいは最小化した、GaN LEDレーザーアニールシステムおよびその方法に関連する。
【背景技術】
【0004】
LED（より具体的にはGaN LED)は、様々な照明（例えば、フルカラーディスプレイ、信号機など）への適用が模索されており、また、もしこれらLEDをより効率的に製造することができ、かつ、コスト効率よく製造することができれば、さらに多くの用途（例えば、LCDパネルのバックライト、従来の白熱灯および蛍光灯の代替えとしての半導体照明など）に適用できる可能性を有している。GaN LEDの効率をさらに高めるためには、出力を向上させ、点灯電圧を低下させ、さらに、直列抵抗を低減させる必要がある。GaN LEDの直列抵抗は、ドーパントの活性化効率、電流波及の均一性、およびオーミック接触の形成と密接に関連している。製造のコスト効率を向上させるために、プロセスの均一性を向上させ、さらに、悪影響を及ぼすプロセス効果を低減する製造プロセスの向上が望まれる。
【0005】
GaNにおいて、ｎ型ドーパントは、Siを使用し、さらに活性化濃度を1x1021 cm-3に高めることで容易に得られる。ｐ型GaNは、ドーパントとしてMgを使用することで得られる。しかしながら、熱的な活性化エネルギーの高さが原因となり、Mgドーピングによる効率はきわめて小さい。室温において、導入されたMgの数パーセントだけが自由正孔密度に貢献する。Mgドーピングは、MOCVD成長中においてさらに阻害される。これは、当該成長プロセス中の水素不動態化が原因である。水素不動態化には、Mg-H結合を切断するとともに、ドーパントを活性化させるための熱アニール工程が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】米国特許第6,455,877号明細書
【特許文献2】米国特許第7,259,399号明細書
【特許文献3】米国特許第7,436,001号明細書
【特許文献4】米国特許第6,747,245号明細書
【特許文献5】米国特許第7,154,066号明細書
【特許文献6】米国特許第7,399,945号明細書
【特許文献7】米国特許第8,014,427号明細書
【特許文献8】米国特許出願第11/982,788号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
GaN LEDは、典型的に、当該LEDに給電するための導電性接点および導電性電流波及電極を有している。しかしながら、結果として得られるパターンは、レーザーアニールプロセスを妨げるおそれがあり、悪い意味で「パターン効果」と呼ばれている。GaN LEDの性能を向上させるために、電流波及電極が形成された後にLED構造体のレーザーアニールを実施することが望まれる。このため、伝導性構造体を介したレーザーアニールの際に、不都合なパターン効果を低減させるレーザーアニールを実施するシステムおよび方法が求められている。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明は、GaN発光ダイオード(LED)構造体のレーザーアニール方法に関する。本発明の一側面において、前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、活性層を挟むｐ型GaN層およびｎ型GaN層を有するGaN多層構造体を備える。そして、本発明の一側面に係る当該方法は、前記ｐ型GaN層あるいは前記ｎ型GaN層の上面において長寸および短寸を有するようにそれぞれ細長く形成されているとともにほぼ同じ方向に配列されている複数の導電性構造体を含むグループを形成する工程を有する。この工程では、前記導電性構造体のグループ間の間隔が、該導電性構造体のグループを構成している互いに分割された各導電性構造体間の間隔よりも広くなるように、ｐ型GaN層あるいはｎ型GaN層上に導電性構造体を形成する。この方法は、また、前記導電性構造体の前記短寸よりも長いアニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービームを生成する工程を有している。この方法は、また、前記導電性構造体を介して前記ｐ偏光アニールレーザービームで前記ｎ型GaN層あるいは前記ｐ型GaN層を照射する工程を有している。その際、偏光方向が前記導電性構造体の前記長寸と直交するように前記アニールレーザービームが前記導電性構造体に向けられる。
【0009】
この方法において、前記導電性構造体は、略長方形状の表面を有するのが好適である。
【0010】
この方法において、前記導電性構造体のグループは、互いに平行な２以上の細長い導電性構造体を含むのが好適である。
【0011】
この方法において、前記導電性構造体は、電流波及電極を規定するのが好適である。
【0012】
この方法において、前記短寸を約１０．６ミクロンよりも短くしてもよい。
【0013】
この方法において、前記導電性構造体を、前記ｐ型GaN層の上面に配設してもよい。また、この方法において、前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、前記導電性構造体と前記ｐ型GaN層との間に透明導電層を含むのが好適である。
【0014】
この方法は、さらに、前記照射の後、電流波及電極に電気的に接触する少なくとも一つの導体パッドを追加する工程を有するのが好適である。
【0015】
この方法において、アニール波長を約１０．６ミクロンにすることができる。
【0016】
この方法は、さらに、導電性構造体をアニールレーザービームで走査する工程を有するのが好適である。
【0017】
この方法において、前記GaN発光ダイオード(LED)構造体は、プロダクト基板上に形成されてもよい。また、この方法は、さらに、前記GaN発光ダイオード(LED)構造体からLEDダイを形成するために当該プロダクト基板を切断する工程を有するのが好適である。
【0018】
本発明のさらなる特徴及び利点は、下記の詳細な説明（発明を実施するための形態）に明記されている。また、それらの一部は詳細な説明の記載内容から当業者にとって直ちに明白となるか、下記の詳細な説明、特許請求の範囲、添付図面を含む、ここに記載された発明を実施することによって認識される。
【0019】
上記の背景技術等に関する記載及び下記の詳細な説明に関する記載は、特許請求の範囲に記載されている本発明の本質及び特徴を理解するための概略または枠組みを提供するものであることを理解すべきである。添付図面は、本発明のさらなる理解を提供するために含まれており、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成する。図面は、本発明の様々な実施形態を図示するものであり、本明細書の記載とともに、本発明の原則及び実施を説明するための一助となる。
【0020】
特許請求の範囲の記載は、本明細書に組み込まれるとともに、本明細書の一部を構成する。
【0021】
図面に記載された直交座標系は参考用であり、向きや方向を限定することを意図したものではない。
【図面の簡単な説明】
【0022】
【図1】従来の縦型GaN発光ダイオード(LED)構造体の一例を示す概略断面図である。
【図3】従来の横型GaN LED構造体の一例を示す概略断面図である。
【図5】GaN構造体が表面に形成されたプロダクト基板の一例を示す平面図であり、アニールレーザービームがどのようにしてプロダクトウエハ表面を走査するライン像を形成するかを示している。
【図6】GaN LED構造体の上部を示す概略断面図であり、従来技術を用いたアニールレーザービームでレーザーアニールされたGaN LED構造体を示すとともに、導電性構造体が表面に形成された上側のｎ型GaN層における距離（X)に対する概略温度のグラフを示しており、パターン効果に起因する温度均一性について説明する図である。
【図7A】改良された導電性構造体を有する縦型GaN LED構造体の一例における上部の側面図であり、改良された導電性構造体が表面に形成された上側のｎ型GaN層における距離（X）に対する概略温度のグラフ、および実質的な温度均一性についての説明を含む図面で、本発明によるGaN LED構造体の形成のためのレーザーアニールプロセスの一部としてのアニールレーザービームを示している。
【図9A】図８Ｂと同様の図であり、アノードおよびカソード導体パッド領域（点線で示す領域）にアノード導体パッドおよびカソード導体パッドを形成するのに先立って走査ライン像でレーザーアニールされた、改良された電流波及電極の構成例を示している。
【図10】図５と同様の、プロダクトウエハの一例についての平面図である。機能するGaN LED構造体を形成するレーザーアニールが実施された後の状態を示しており、機能するGaN LED構造体からLEDダイを形成するために、どのようにしてプロダクトウエハを切断するかが示されている。
【図11】一つのLEDダイを用いて形成されたLEDデバイスの一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0023】
添付図面に示された実施例を用いて、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。同一あるいは近似した部位を示すため、図面全体を通じて、可能な限り同一あるいは近似した参照番号および記号が用いられる。「上」および「下」の語は、本明細書の理解を促進するために用いられる相対的な語であり、厳格に限定することを意図するものではない。
【0024】
本発明はGaN LEDに関する。GaN LEDの例は、米国特許第6,455,877、7,259,399および7,436,001号にも記載されており、これら特許は本明細書に組み込まれる。
【0025】
本発明の方法を実施するのに適したレーザーアニールシステムの実施例は、米国特許第6,747,245、7,154,066および7,399,945号に記載されており、これら特許は本明細書に組み込まれる。
【0026】
下側の層と関連する導電性電極とのつながりにおいて本明細書で用いられる「表面の上に」との語は、当該下側の層に隣接していること、あるいは接触していることを必ずしも意味するものではなく、当該導電性電極が下側の層の上方にあって互いに離間しているようなケースも含まれる。
【0027】
また、本明細書で用いられる「GaN LED構造体」の語は、「GaN LED装置」の語と同義である。
【0028】
図１は、従来の縦型GaN発光ダイオード（LED）構造体１０の一例の概略断面図である。図２は、図１のGaN LED構造体１０の平面図である。GaN LED構造体１０は、ｐ型にドーピングされたGaN層（ｐ型GaN層）４０およびｎ型にドーピングされたGaN層（ｎ型GaN層）５０と、表面５２とを有するGaN多層構造体３０を備えている。このｐ型GaN層４０およびｎ型GaN層５０は、活性層６０を挟み込んでおり、ｐ型GaN層が基板２０に隣接するようになっている。活性層６０は、例えば、ドーピングされていないGaInN/GaN超格子のような多重量子井戸（MQW)構造を有している。したがって、GaN多層構造体３０はｐｎ接合を規定する。GaN LED構造体１０は、ｐ型GaN層４０に接合された金属電極２６を有している。
【0029】
GaN LED構造体１０は、ｎ型GaN層の表面５２の上に配設された電流波及電極７０Eを有する導電性構造体７０を備えている。この電流波及電極７０Eはカソードとしての役割を有し、金属電極２６はアノードとしての役割を有する。電流波及電極７０Eは、注入電子を広げる役割を有している。図２において最も見やすく示されているが、導電性構造体７０は、また、複数の導体パッド７０Pを有している。導体パッド７０Pには、電流波及電極７０Eに電気的に接続されたｎ型導体パッド７０PCと、金属電極２６に電気的に接続されたｐ型導体パッド７０PAとがある。
【0030】
図３は、従来技術の横型GaN LED構造体１０の概略断面図であり、図４は、図３のGaN LED構造体の平面図である。図４のGaN LED構造体１０は、サファイア, SiC, GaN Si等といった基板２０を有している。当該基板２０の表面上に前述のGaN多層構造体３０が配設されているが、ｐ型GaN層４０およびｎ型GaN層５０の位置が逆になっている。ｐ型GaN層４０は、表面４２を有している。当該ｐ型GaNの電導度は相対的に低いので、ｐ型GaNを通って電流波及電極７０Eから注入された電流は、非常に非均一になると考えられる。このため、一例において、ｐ型GaN層に入る電流のように電流密度をより均一にするために、表面６８を有する透明導電層（TCL)６６が電流波及電極７０Eとｐ型GaN層４０との間に配置されている。一例のTCL６６は、インジウムスズ酸化物（ITO)を含んでいる。TCL６６は、また、光学的な出力を最適化するための反射防止コーティングとしての役割を果たし得る。ｎ型導体パッド７０PCは、ｎ型GaN層５０における表面５２の一部の上において見られる。
【0031】
図１から４を参照するに、電流波及電極７０Eおよび導体パッド７０Pといった態様の導電性構造体７０は、一般に相対的に大きく、X（幅）およびY（長さ）寸法範囲は、５０から１００ミクロンである。電流波及電極７０EのX方向における短寸（幅）W1は、アニール波長λAよりも実質的に大きい。電流波及電極７０Eは、典型的に、（図中においてY方向に延びる）長寸Lを有する細長い形状となっている。
【0032】
図５は、GaN LED構造体１０が形成されたプロダクト基板６の一例についての平面図である。当該プロダクト基板６の拡大差込図は、表面１２を規定するGaN LED構造体１０の数を示している。このプロダクト基板６は、典型的に、数千のGaN LED構造体１０を支持しており、各GaN LED構造体１０のＸ、Ｙ寸法は、１ｍｍオーダーである。
【0033】
図５には、また、プロダクト基板６の表面１２上にライン像１２４を形成するアニールレーザービーム１２０が示されている。このライン像１２４は、プロダクトウエハ表面１２、すなわちGaN LED構造体１０およびGaN LED構造体のタイプに応じてアニールされた特定のGaN層（つまり、ｐ型GaN層４０あるいはｎ型GaN層５０）上を走査する。表面１２の特定部分上にライン像１２４が位置する滞留時間ｔｄの範囲の一例は、約１０μ秒（μｓ）から１０ミリ秒（ｍｓ）である。一例において、ライン像１２４は、５ｍｍから１００ｍｍの長さを有しており、典型的な長さは、７から２０ｍｍである。ライン像１２４は、また、約２５ミクロンから約５００ミクロンの範囲の幅を有しており、典型的な幅は、５０ミクロンから１００ミクロンである。ライン像１２４の一例は、５０W/mm2から５０００W/mm2の範囲の出力密度（強度）を有しており、実施例の出力密度は約４００W/mm2である。アニールレーザービーム１２０および対応するライン像１２４を形成するシステムおよび方法の例は、米国特許第8,014,427号に記載されており、この特許は本明細書に組み込まれる。
【0034】
レーザーアニールプロセスにおける最大アニール温度の範囲の実施例は、約７００℃から約１，５００℃である。この最大アニール温度は、GaN LED構造体１０における、GaNの解離、格子不整合歪緩和、および転位の量によって決定される。アニールの深さは、滞留時間およびレーザービーム強度に依存する。一例のGaN多層構造体３０は、数μｍから約１０μｍの厚さを有している。また、典型的に、アニールは、１０μｍから１００μｍに達する。つまり、ほぼGaN多層構造体３０を貫通しており、いくつかのケースでは、基板２０あるいは金属電極（導電体）２６に到達している。
【0035】
図６は、GaN LED構造体１０の上部の概略断面図であり、アニールレーザービーム１２０でレーザーアニールされたGaN LED構造体１０を示している。図５もまた、導電性構造体７０が上面に形成された上側ｎ型GaN層における、距離(X)に対する概略温度のグラフを含んでいる。
【0036】
導電性構造体７０はアニール波長λAと比較して非常に大きいことから、これら導電性構造体７０はGaN LED構造体１０をレーザーアニールするのに用いられるアニールレーザービーム１２０の実質的に一部分を反射させる。したがって、図６にて説明するように、アニールレーザービームがGaN LED構造体１０を照射することから、図６の下側における温度グラフが概略的に示すように、導電性構造体７０の下側の領域はこれら構造体が存在しない領域に比べて加熱される度合いが小さい。このことは、図６においてｎ型GaN層５０として示されるように、レーザーアニール中に、「パターン効果」と呼ばれる、アニールされた層における局所的な熱非均一性を生成する原因となる。
【0037】
パターン効果による熱的非均一性に起因して、GaN LED構造体１０に対して少なくとも３つの主たる悪影響が生じる。第１は、アニールされた領域の電導度が相当にばらつくことである。高い熱アニール温度の当該領域は、より高いドーパント活性率（つまり、低いシート抵抗）を有している。第２は、導電性構造体７０の直下にある領域は、より低い温度までしか加熱されないことである。このことは、オーミック接触抵抗が増加するのと同様に局所的なシート抵抗を増加させる。オーミック接触抵抗およびシート抵抗は、LEDデバイスの効率を低下させる。第３は、オーミック接触抵抗を低減するため（あるいはシート抵抗を低減するため）、導体パッドの直下の領域を十分に高い温度まで昇温させるようにレーザーの出力を増加させると、他の領域の構造体あるいは金属導体パッドがダメージを受ける可能性があることである。
【0038】
活性化されたドーパントの総数を増加させて特定のGaN層内のシート抵抗を一様に低減するために、GaN LED構造体１０における特定のGaN層を均一に加熱するのが望ましい。加えて、接触抵抗を低下させるために導電性構造体７０の直下の領域を高温に加熱するのがさらに望ましい。しかしながら、このことは、導電性構造体７０あるいは下側のGaN層にダメージを与えることなく達成する必要がある。導電性構造体７０からの反射性は大きく、今日のGaN LED構造体１０のアニールでは導電性構造体７０の下側の領域を十分な高温にすることができない。換言すれば、今日のGaN LED構造体１０のアニールは、導電性構造体７０を通した特定のGaN層のアニールを試みることによるパターン効果の影響を受けている。
【0039】
アニールレーザービーム１２０がこのような導電性構造体７０（例えば、電流波及電極７０E)の長寸Lに平行な向きに偏光されている場合、アニールレーザービーム１２０の一部は反射される。これは、アニールレーザービーム１２０が導電性構造体７０内で電流を走らせるからである。この電流は、導電性構造体７０の表面における接線方向の電界を最小化するようにしてMaxwellの式を満足する。これにより、図６に示すように、伝達されたアニールレーザービーム１２０の実質的に一部を相殺するとともに、反射されたアニールレーザービーム１２０Rを生成する電界が形成される。
【0040】
本発明の一実施例において、当該アニールレーザービーム１２０は、偏光方向１２２に偏光されている。さらに、導電性構造体７０は、引き延ばした寸法（例えば、図示するY方向に）を有する細長い形状であるが、短寸方向（例えば、図示するX方向に）寸法W２を有するように改良されている。ここで、W2＜W１であり、W２はアニール波長よりも小さい。つまり、W2＜λAである。一例において、各電流波及電極７０Eは、略長方形状の上面７２Eを有している。また、一例において、電流波及電極７０Eは、少なくとも２つの電極が平行となるように配列されている。全ての電極が平行となるようにしてもよい。（例えば、米国特許出願第11/982,788号明細書を参照のこと。この明細書では、CMOSタイプデバイスの製造に用いられるシリコンウエハ上の金属構造体をアニールする場合においてこの効果が記載されている。この明細書の内容は本明細書に組み込まれる。）
【0041】
図７Ａは、縦型GaN LED構造体１０の上部についての側面図であり、GaN LED構造体１０を形成するレーザーアニールプロセスの一部としてのアニールレーザービーム１２０が照射されている。図７Ａは、改良された導電性構造体７０が形成された上部ｎ型GaN層５０の温度を示す、概略温度と距離(X)とのグラフを含んでいる。導電性構造体７０は、λAよりも狭い幅W２を有している。つまり、W2＜λAである。図７Bは、アニールレーザービーム１２０を伴う、図７ＡにおけるGaN LED構造体１０の平面図であり、GaN LED構造体１０上を走査しようとしている当該アニールレーザービーム１２０によって形成されたライン像１２４を示している。このアニールレーザービーム１２０はｐ偏光されている。つまり、矢印１２２で示される偏光方向は、ｎ型GaN層５０の表面５２に直交する平面１３０上にある。図７Ｂにおける小さい矢印は、ライン像１２４の走査方向を示している。
【0042】
図７Ａおよび図７Ｂにおいて、アニールレーザービーム１２０は、偏光（より正確に言えば、ｎ型GaN層５０の表面５２上に投影されたその偏光成分１２２）が電流波及電極７０Eの長手方向に直交するように方向付けられている。このレーザーアニール配列において、実質的に全てのアニールレーザービーム１２０は、電流波及電極７０Eを通過するとともに、下方のGaN層（図７Ａでは、ｎ型GaN層５０としてその実施例が示されている）に入り込む。このことは、電流波及電極が無限大の電導度を有するとしても成立する。なぜならば、電流波及電極７０Eの幅W2は波長よりも短く（つまり、λA＞W2)、また、この寸法が小さすぎてアニールレーザービーム１２０の電界によって実質的な電流が流れることはないからである。このため、アニールレーザービーム１２０の伝達された部分を相殺するとともに図６に示すようにアニールレーザービーム１２０Ｒを反射させ得る電界が導電性構造体７０内に生成されることはない。図７Ａおよび図７Ｂに記載した実施例の構成において、いくつかの電流波及電極７０Eはグループ化されており、また、各グループ内でそれぞれ間隔S（一例において、この間隔SはW2に等しい）をあけて配置されている。
【0043】
したがって、本発明によるGaN LED構造体１０のアニール方法の一例は、ａ）GaN LED構造体１０のｎ型GaN層５０あるいはｐ型GaN層４０の表面上に複数の細長い導電性構造体７０を形成する工程（当該細長い導電性構造体７０は、長寸および短寸を有しており、互いに離れており実質的に長寸L方向に並べられている）、ｂ）短寸よりも長いアニール波長λAを有するｐ偏光されたアニールレーザービーム１２０を生成する工程、およびｃ）当該ｐ偏光されたアニールレーザービーム１２０を用いて、GaN LED構造体１０におけるｎ型GaN層５０あるいはｐ型GaN層４０のいずれかを導電性構造体７０を介して照射する工程を有している。工程ｃ）は、偏光方向１２２が導電性構造体７０の長寸Lに対して直交するように、導電性構造体７０に対するアニールレーザービームの向きを決める工程を含んでいる。
【0044】
一例において、ｐ偏光されたアニールレーザービーム１２０は、アニール波長λA=１０．６ミクロンのCO2レーザーによって生成される。また、一例において、λA＞W２の寸法を有する導電性構造体７０は、最も小さい寸法W1＞λAを有する従来技術の導電性構造体と実質的に同じ表面積を有している。このことは、例えば、幅W1を有する比較的幅広の電流波及電極７０Eを分割し、これらをさらに分割して幅W２を有する多数の追加的な電極にすることによって達成し得る。例えば、幅W１＝５０ミクロンである一つの電流波及電極は、間隔S＝５ミクロンで互いに離間された幅W２の１０個の電流波及電極に分割することができる（図６Ａ参照）。このように、複数の幅狭の電流波及電極の網によって、幅広の電流波及電極の網で伝送するのと同じ量の電流を伝送することが可能であり、これに加えてパターン効果が低減あるいは極小化されるという利点がある。
【0045】
１０個の５ミクロン電流波及電極７０Eを形成する他の手段は、より少ない数の５ミクロン電流波及電極を形成することである。この場合、電流波及電極をより厚く（つまり、Z方向に）形成して、各電流波及電極７０Eがより多くの量の電流を導通可能にする。厚く形成することで各電流波及電極７０Eはより大きな容積を有するからである。一例において、電流波及をより均一化して向上させるために、電流波及電極７０Eは、GaN LED構造体１０の表面上において均等に広がって配置されている。
【0046】
本発明の一側面は、問題となるパターン効果を低減あるいは極小化するために、電流波及電極７０Eおよび導体パッド７０Pの両方を修正する工程を有している。図９Ａは、図８Ｂと同様であって、カソード導体パッド７０PCが形成されるカソード導体パッド領域７０PCR（点線の長方形）に延びる、改良された電流波及電極７０Eを示している。図９Ａは、また、アノード導体パッド７０PAが形成されるアノード導体パッド領域７０PAR（点線の長方形）を示している。
【0047】
アニールレーザービーム１２０を用いたレーザーアニールにおいて、電流波及電極７０Eは、特定のGaN層（例えば、図示するようにｎ型GaN層５０）の下方に低抵抗オーミック接触を形成する。電流波及電極７０Ｅを介したレーザーアニールを実施した後、次の工程において、例えばカソード導体パッド領域７０PCR（電流波及電極の端部を含む）およびアノード導体パッド領域７０PAR（縦型LED配列における金属基板）の両方に金属を堆積（デポジット）することにより、導体パッド７０PCおよび７０PAが形成される。これにより、GaN LED構造体１０に必要な電気的接合が完了する。
【0048】
本明細書に開示されたGaNレーザーアニールシステムおよび方法は、従来技術のGaNレーザーアニールシステムおよび方法を超える多数の長所を有している。第１の長所は、導電性構造体７０を介したレーザーアニールに影響を与える、GaN領域（ｐおよびｎ型の両方）を介したシート抵抗の均一性を向上させるのに資する点である。第２の長所は、導電体−GaN界面におけるオーミック接触抵抗が向上する点である。第３の長所は、LEDデバイスのしきい電圧を低減する点である。しきい電圧を低減することにより、LEDデバイス効率が向上するとともに、デバイスが作動中に発生する熱量が低減する。
【0049】
図１０はレーザーアニール後のプロダクト基板６の平面図である。プロダクト基板６に支持されたGaN LED構造体１０が一度上述したレーザーアニールを受けると、当該GaN LED構造体１０はLED光源として働き得る機能するGaN LED構造体１０Fとなる。したがって、プロダクト基板６は、当該機能するGaN LED構造体１０FからLEDダイ１００を形成するために切断される。LEDダイ１００は、公知の技術を用いて処理される。
【0050】
図１１に示すように、LEDダイ１００は、LEDデバイス２５０を形成するためにLEDデバイス構造に組み込まれる。図１１のLEDデバイス２５０は、エポキシレンズケーシング２５６の内部２５４から延出するアノード２５２Aおよびカソード２５２Cを有している。カソード２５２Cは、LEDダイ１００が配設される反射キャビティ２５８を有している。ワイヤボンド２６０は、アノード２５２Aおよびカソード２５２CをLEDダイ１００に対して電気的に接続する。LED発光波長λEの光２６２を出光させる電力をLEDデバイス２５０に供給するため、電源（図示せず）がアノード２５２Aおよびカソード２５２Cに電気的に接続される。
【0051】
また、本発明の参考となるレーザーアニール方法として、以下のような方法を挙げることができる。
【0052】
当該方法は、パターン効果を低減した、GaN発光ダイオード(LED)構造体のレーザーアニール方法である。この方法は、GaN LED構造体のｎ型GaN層あるいはｐ型GaN層の表面上に、長寸および短寸を有し、かつ、離間して実質的に当該長寸方向に配列された複数の細長い導電性構造体を形成する工程を有している。この方法は、また、当該短寸よりも長いアニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービームを生成する工程を有している。この方法は、また、導電性構造体を介して当該ｐ偏光アニールレーザービームでGaN LEDのｎ型GaN層あるいはｐ型GaN層を照射する工程を有している。その際、偏光方向が導電性構造体の長寸と直交するように当該アニールレーザービームが導電性構造体に向けられる。
【0053】
この方法において、細長い導電性構造体は、略長方形状の表面を有するのが好適である。
【0054】
この方法において、細長い導電性構造体の実質的な配列は、互いに平行な２以上の細長い導電性構造体を含むのが好適である。
【0055】
この方法において、細長い導電性構造体は、電流波及電極を規定するのが好適である。
【0056】
この方法は、さらに、前記照射の後、電流波及電極に電気的に接触する少なくとも一つの導体パッドを追加する工程を有するのが好適である。
【0057】
この方法において、アニール波長を約１０．６ミクロンにすることができる。
【0058】
この方法は、さらに、導電性構造体をアニールレーザービームで走査する工程を有するのが好適である。
【0059】
この方法において、GaN LED構造体は、プロダクト基板上に形成されてもよい。また、この方法は、さらに、GaN LED構造体からLEDダイを形成するために当該プロダクト基板を切断する工程を有するのが好適である。
【0060】
この方法は、さらに、LEDダイをLEDデバイス構造体に組み合わせてLEDデバイスを形成する工程を有するのが好適である。
【0061】
また、本発明の参考となるGaN発光ダイオード装置として、以下のような装置を挙げることができる。
【0062】
当該装置は、アニール波長を有するｐ偏光アニールレーザービームを用いたレーザーアニールに適するGaN発光ダイオード(LED)装置である。当該装置は、活性層を挟むｐ型GaN層およびｎ型GaN層を有するGaN多層構造体、および当該ｐ型GaN層あるいはｎ型GaN層の上面において、長寸および短寸を有するようにそれぞれ細長く形成されているとともにほぼ同じ方向に配列されており、当該短寸がアニール波長よりも短い複数の導電性構造体を有している。
【0063】
この装置において、細長い導電性構造体は、略長方形状の表面を有するのが好適である。
【0064】
この装置において、細長い導電性構造体の実質的な配列には、互いに平行な２つ以上の細長い導電性構造体を含むのが好適である。
【0065】
この装置において、細長い導電性構造体は、電流波及電極を規定するのが好適である。
【0066】
この装置において、前記短寸を約１０．６ミクロンよりも短くしてもよい。
【0067】
この装置において、導電性構造体をｐ型GaN層の上面に配設してもよい。また、この装置は、さらに、導電性構造体とｐ型GaN層との間に透明導電層を有するのが好適である。
【0068】
当業者には明白であるが、本発明の精神及び範囲を逸脱することなく、本発明に対して様々な修正及び変更を加えることができる。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲及びその均等範囲内において本発明の修正及び変更を包含する。