(57)【要約】      （修正有）【課題】ＭＯＣＶＤ法によるIII族窒化物ＬＥＤ構造体の成長において、窒素源として使用するアンモニアが解離すると、水素が生成され、水素は、ｐ型ドーパントとして使用されるマグネシウムと錯体（complex）を形成し、マグネシウムのｐ型特性を非活性化させる。【解決手段】成長基板上に発光デバイス構造体を成長させること、および、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して発光デバイス構造上にトンネル接合を成長させることを含む。トンネル接合は、ｐ型領域と直接接触するｐ＋＋層を含み、ｐ＋＋層は、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによって成長する。デバイスを成長させるための別の方法は、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して成長基板上にｐ型領域を成長させること、ｐ型領域上に発光領域およびｎ型領域を成長させることを含む。【選択図】図８
2020184630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型領域、発光領域、およびｐ型領域を含む発光デバイスを成長させるための方法であって、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用して、成長基板上に発光デバイス構造体を成長させるステップと、
リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、前記発光デバイス構造体上にトンネル接合に係る水素フリー層の少なくとも一部分を成長させるステップと、
を含む、方法。
【請求項２】
前記トンネル接合に係る水素フリー層の少なくとも一部分を成長させるステップは
ｐ＋＋層を前記ｐ型領域と直接接触させるステップであり、該ｐ＋＋層は、前記ｐ型領域よりも強くドープされている、ステップと、
ｎ＋＋層を前記ｐ＋＋層と接触させるステップであり、前記トンネル接合に係る前記層の少なくとも一部分は、前記ｐ＋＋層である、ステップと、
を含み、
前記発光デバイス構造体および前記トンネル接合は、ＩＩＩ族窒化物材料でできている、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記発光デバイス構造体を成長させるステップは、さらに、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域の第１部分を成長させるステップと、
前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域の第１部分をアニールするステップと、
前記アニールの後で、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記ｐ型領域の水素フリーの第２部分を成長させるステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記発光デバイス構造体を成長させるステップは、さらに、
ＭＯＣＶＤによって、前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域を成長させるステップと、
前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域をアニールするステップと、を含み、
前記トンネル接合に係る前記層の少なくとも一部分を成長させるステップは、さらに、
前記アニールの後で、前記ｐ型領域上の前記ｐ＋＋層を成長させるステップと、
を含む、請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記方法は、さらに、
前記ｎ型領域と直接接触する第１金属コンタクト、および、ｎ型コンタクト層と直接接触する第２金属コンタクトを形成するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記方法は、さらに、
前記トンネル接合上に別の発光デバイス構造体を成長させるステップ、
を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記トンネル接合は、さらに、
前記ｐ＋＋層と前記ｎ＋＋層との間に配置された追加層を含み、かつ、
該追加層は、前記ｐ＋＋層または前記ｎ＋＋層のいずれかと異なる組成である、
請求項２に記載の方法。
【請求項８】
前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域は、ＩＩＩ族窒化物材料でできている、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
デバイスを成長させるための方法であって、
リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、成長基板上に水素フリーＩＩＩ族窒化物のｐ型領域を成長させるステップと、
前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上にＩＩＩ族窒化物の発光領域を成長させるステップと、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用して、前記発光領域上にＩＩＩ族窒化物のｎ型領域を成長させるステップと、
を含む、
方法。
【請求項１０】
前記方法は、さらに、
前記成長基板の非ＩＩＩ族窒化物材料上にＧａＮフィルムを配置するステップと、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、前記ＧａＮフィルムを成長させるステップと、を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記方法は、さらに、
前記成長基板の非ＩＩＩ族窒化物材料上にＧａＮフィルムを配置するステップと、
ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記ＧａＮフィルムを成長させるステップと、を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上に発光領域を成長させるステップは、
ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記発光領域の水素フリーの第１部分を成長させるステップと、
ＭＯＣＶＤによって、前記発光領域の第２部分を成長させるステップと、
を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上に発光領域を成長させるステップは、
ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記ＩＩＩ族窒化物の発光領域を成長させるステップ、を含む、
請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
デバイスを成長させるための方法であって、
成長基板上にｐ型領域を成長させるステップと、
ＭＯＣＶＤによる前記ｐ型領域の成長の後で、前記ｐ型領域をアニールするステップと、
前記ｐ型領域上に、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上に、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、ｎ型領域を成長させるステップと、
を含む、
方法。
【請求項１５】
前記ｐ型領域、前記発光領域、および前記ｎ型領域は、ＩＩＩ族窒化物材料でできている、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記ｐ型領域、前記発光領域、および前記ｎ型領域は、ＩＩＩ族窒化物材料からできている、
請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
成長基板上の発光構造体と、
トンネル接合と、
前記トンネル接合に係る水素フリー層であり、酸素と炭素のうち少なくとも１つを微量に含む、水素フリー層と、
前記トンネル接合のマグネシウムドープ層と、
を含む、デバイス。
【請求項１８】
前記マグネシウムドープ層は、微量の水素を含む、
請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記水素フリー層および前記マグネシウムドープ層は、同一の層である、
請求項１８に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本特許出願は、発光デバイスに関する。
【０００２】
関連出願への相互参照
本特許出願は、２０１６年５月２０日付の米国仮特許出願第６２／３３９４１２号および２０１６年７月１４日付の欧州特許出願第１６１７９４３４．２号に基づく優先権を主張するものである。これらのコンテンツは、これにより、その全体が明らかにされるかのように、参照により、ここにおいて包含されている。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源のうち１つである。可視スペクトルにわたり動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心の材料系は、III−V族半導体を含んでいる。特には、ガリウム、アルミニウム、インジウム、および窒素の二元、三元、および四元合金を含んでおり、III族窒化物材料としても参照されている。
【０００４】
典型的には、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（metal-organic  chemical  vapor  deposition、ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、または他のエピタキシャル技術によって、サファイア、炭化ケイ素（silicon  carbide）、III族窒化物、または他の適切な基板上に異なる組成およびドーパント濃度の半導体層のスタックをエピタキシャル成長させることによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成されている、例えばＳｉを用いてドープされた１つまたはそれ以上のｎ型層、ｎ型層の上に形成されている活性領域における１つまたはそれ以上の発光層、および、活性領域に上に形成されている、例えばＭｇを用いてドープされた１つまたはそれ以上のｐ型層を含んでいる。電気コンタクトが、ｎ型およびｐ型領域上に形成されている。
【０００５】
市販のIII族窒化物ＬＥＤにおいて、半導体構造体は、典型的にＭＯＣＶＤによって成長させられる。ＭＯＣＶＤの最中に使用される窒素源は、典型的にはアンモニアである。アンモニアが解離すると、水素が生成される。水素は、マグネシウムと錯体（complex）を形成する。ｐ型材料の成長の最中にｐ型ドーパントとして使用されるものである。水素錯体は、マグネシウムのｐ型特性を非活性化させ、ｐ型材料のドーパント濃度を効果的に低下させており、デバイスの効率を低下させる。ｐ型材料の成長の後で、水素を追い出すこと（driving  off）によって水素−マグネシウム錯体を破壊するために構造体がアニールされる。
【発明の概要】
【０００６】
ここにおいて説明されるのは、発光デバイスについて層を成長させるためにリモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）およびスパッタリング堆積を使用するための方法である。方法は、成長基板上に発光デバイス構造体を成長させるステップ、および、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して発光デバイス構造体上にトンネル接合を成長させるステップを含む。発光デバイス構造体は、ｎ型領域、発光領域、およびｐ型領域を含む。トンネル接合は、ｐ型領域と直接接触するｐ＋＋層、および、ｐ＋＋層と直接接触するｎ＋＋層を含む。ここで、ｐ＋＋層は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積の少なくとも１つを使用することによって成長する。デバイスを成長させるための別の方法は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して成長基板上にｐ型領域を成長させるステップ、ｐ型領域上に発光領域を成長させるステップ、および、発光領域上にｎ型領域を成長させるステップを含む。ここで、ｐ型領域、発光領域、およびｎ型領域は、III族窒化物材料から作られている。デバイスを成長させるための別の方法は、成長基板上にｐ型領域を成長させるステップ、ｐ型領域上に発光領域を成長させるステップ、および、発光領域上にｎ型領域を成長させるステップを含む。ここで、発光領域とｎ型領域のうち少なくとも１つは、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによって成長する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
添付の図面と併せて例として与えられる、以下の説明から、より詳細な理解が得られるだろう。
【図１】図１は、窒素源としてアンモニアを使用して、デバイスのための層を成長させるステップについての説明図である。
【図２】図２は、アンモニア環境において、デバイスを成長させるステップについての説明図である。
【図３】図３は、デバイスにおいてアニールされたｐ型層を示している説明図である。
【図４】図４は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、デバイスを成長させるステップについての説明図である。
【図５】図５は、所定の実施形態に従った、一つの例示的な発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【図６】図６は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、図５のＬＥＤを成長させるステップについての例示的なフローチャートである。
【図７】図７は、所定の実施形態に従った、一つの例示的なトンネル接合型ＬＥＤである。
【図８】図８は、所定の実施形態に従った、図７のトンネル接合型ＬＥＤを製造するための一つの例示的な方法である。
【図９】図９は、所定の実施形態に従った、別の例示的なトンネル接合型ＬＥＤである。
【図１０】図１０は、所定の実施形態に従った、図９のトンネル接合型ＬＥＤを製造するための一つの例示的な方法である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
発光デバイスにおいて層（layers）を成長させるために、リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用するための方法についての図および説明は、明確な理解のために適切なエレメントを説明するように簡略化されており、一方で、明確化の目的のために、典型的なデバイス処理において見られる他の多くのエレメントを省略していることが理解されるべきである。当業者であれば、他のエレメント及び／又はステップが、本発明の実施において望ましく、かつ／あるいは、必要であることを認識するだろう。しかしながら、そのようなエレメントおよびステップは、当該技術分野において周知であり、そして、それらは本発明のより良い理解を促進しないので、そうしたエレメントおよびステップの説明は、ここにおいて提供されない。
【０００９】
従来のIII族窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、ｎ型領域が最初に基板上で成長し、活性領域（または発光領域）およびｐ型領域がそれに続く。ここにおいてで使用されるように、領域（region）という用語は、特定された領域の少なくとも１つの層を参照し、例えば、ｎ型領域は１つまたはそれ以上のｎ型層を含むことができる。III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイス（grown  n-side  down  device）の内部電界（internal  field）は、順方向（forward）バイアスを増加させることによって増加する。結果として、デバイスバイアス（電流）が増加すると、内部電界が増加し、正孔（electron-hole）のオーバーラップが減少し、それによって、放射効率が減少している。ｐ型領域を基板上に最初に成長させて、デバイス（例えばＬＥＤ）を逆の順序で成長させることは、内部電界を反転させる。III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスにおいて、内部電界は、ビルトイン（built-in）された分極電界（polarization  field）の反対である。結果として、順方向バイアス（電流）が増加すると、そうしたデバイスの放射効率が増加し得る。
【００１０】
しかしながら、III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスのデザインは、ｐ型層活性化のための水素フリー（hydrogen-free）雰囲気におけるアニールの要求によって制限されている。このことは、図１−図３を参照して説明される。図１は、窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長させたデバイス１００を示しており、ｐ型領域（ｐＧａＮ層として示されている）へのＮおよびＨの取り込み（incorporation）が結果として生じている。図２は、デバイス１００のｐＧａＮ層における水素の存在を示しており、これはマグネシウム（Ｍｇ）ドーパントを活性化するために水素フリー雰囲気のアニーリングプロセスを使用して除去する必要がある。図３は、アニールされたデバイスを示しており、ここでは水素がｐＧａＮ層から外へ拡散している。Ｍｇは、今や、電気的に活性であり、かつ、アクセプタ型（acceptor-type）ドーパントとして機能する。例えば、窒素源ベースの成長プロセスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）であり得る。典型的なＭＯＣＶＤにおいては、窒素源としてアンモニアが使用され、成長温度において、水素ラジカル（hydrogen  radicals）と窒素の活性形（active  forms  of  nitrogen）へと分解する。使用されるキャリアガスが窒素であっても、成長の最中に、アンモニア分解からの水素は、Ｍｇと錯体を形成するだろう。
【００１１】
III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスにおいては、ｐ型領域が最初に基板上に成長し、活性領域、次いで、ｎ型領域が後に続く。その結果として、ｐ型領域が埋め込まれる（buried）。水素はｎ型III族窒化物材料を通って拡散できないこと、および、水素は長距離にわたり横方向には容易に拡散しないことが、実験的に実証されてきている。アニールを効果的にするために、ｐ型層は、あらゆる他の層によってカバーされることはできない。効果的なアニールがなければ、デバイスは、ｐ型層なし、または、極端に低い正孔濃度を有するｐ型層を伴うままであり、役に立たないものにしている。
【００１２】
上記の問題は、また、トンネル接合（tunnel  junction）を含むIII族窒化物デバイスにおいても存在する。トンネル接合は、電子が、逆バイアス（reverse  bias）において、ｐ型層の価電子帯（valence  band）からｎ型層の伝導帯（conduction  band）までトンネル（tunnel）できるようにする構造である。電子がトンネルすると、ｐ型層の後ろに正孔が残り、そうして、両方の層においてキャリア（carriers）が生成される。従って、ダイオードのような電子機器、逆バイアスでわずかな漏れ電流しか流れないもの、においては、逆バイアスでトンネル接合を横切って大きな電流を流すことができる。トンネル接合は、ｐ／ｎトンネル接合において伝導帯と価電子帯との格別な整列（alignment）を必要とし、典型的には、非常に高いドーピングを使用する他の材料系（例えば（Ａｌ）ＧａＡｓ材料系におけるｐ＋＋／ｎ＋＋接合）において達成されてきている。III族窒化物材料は、異なる合金組成間のヘテロ界面（heterointerfaces）において電界を生成する固有の分極化（inherent  polarization）を有している。この分極場は、トンネリングのために要求されるバンド整列を達成するために、利用することができる。
【００１３】
上述のように、トンネル接合により、電流は、逆バイアスされたｐ−ｎ接合を通過することができる。そうでなければ整流している（rectifying）。このことは、ｎ型層を使用する可能性を創出する。ｎ型層は、ＬＥＤの正および負端子の両方に対するコンタクトとして、ｐ型層よりもはるかに良好なシート抵抗、従って、電流拡散を有する。トンネル接合を介してｐ型層からの正孔をｎ型層における電子へと変換することによるものである。それにより、また、２つまたはそれ以上のを互いの上面に成長させ、そして、トンネル接合を介して直列に接続することもできる。このことは、単一のＬＥＤのフットプリントの中に複数のＬＥＤを作成し、単位面積あたりに生成される光束（optical  flux）を劇的に増加させている。
【００１４】
単位面積当たりの高光束を可能にすることに加えて、トンネル接合は、効率の衰え（droop）を克服するために使用することができる。トンネル接合によって接続されたＬＥＤをより低い駆動電流で駆動することによって、各ＬＥＤはそのピーク効率において動作することができる。通常、このことは、光出力における低下を結果として生じるだろう。しかしながら、所与のチップ領域において直列に接続された２つまたはそれ以上のＬＥＤを有することによって、光出力を維持することができ、一方で、効率が劇的に改善される。従って、すべてのマーケットは、トンネル接合型ＬＥＤによって対処することができる。高効率を必要とするもの、および、単位面積当たりの高い光束を必要とするものである。
【００１５】
III族窒化物ＬＥＤにおいてトンネル接合を作成することにおける重要な制限要因は、ｐＧａＮ層の活性化である。トンネル接合型ＬＥＤの場合、全体のデバイス構造体が成長するにつれて、ｐＧａＮ層は、埋め込まれるか、または、他の層によってカバーされる。デザインにより、ｐＧａＮ層の上面にｎ型層が存在し、その間にはトンネル接合を伴っている。ｐＧａＮ層がＭＯＣＶＤによって成長すると、リアクタ（reactor）内の水素がＧａＮ層においてＭｇ（ｐ型ドーパント）との化学錯体を形成し、それがＭｇを電気的に不活性にする。Ｍｇをｐ型ドーパントとして機能させるためには、成長後の活性化アニールが、水素フリー雰囲気（hydrogen-free  ambient）において必要とされ、ここで水素は結晶から外へ拡散する。しかしながら、上述のように、水素は、ｎ型ＧａＮ層を通って拡散することができない。従って、トンネル接合型ＬＥＤが成長し、かつ、ｐＧａＮ層がｎ型ＧａＮ層でカバーされる場合には、水素が結晶から出ることができないので、活性化アニールを進めることができない。このことは、デバイスをｐ型層なし、または、極めて低い活性化を伴うままにして、役に立たないものにしてしまう。このこと、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を使用してｐ型層を成長させることによって以前に克服されている。ＭＢＥは、遅くて高価であり、そして、典型的には商業的なIII族窒化物ＬＥＤ製造においては使用されていない。
【００１６】
従って、トンネル接合を有するデバイス、または、ｎ型層の前にｐ型層を成長させるデバイス、といった埋め込まれたｐ型層を有するデバイスは、窒素源としてアンモニアを用いるＭＯＣＶＤによって、従来的には成長することができない。
【００１７】
ここにおいて説明されるのは、発光デバイスについて層を成長させるために、ＲＰ− ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用するための方法である。一般的に、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積は、成長プロセスの最中に水素またはアンモニアを使用しない。すなわち、層は、水素含有窒素前駆体（hydrogen-bearing  nitrogen  precursor）なしで成長する。特に、ｐＧａＮ層及び／又はトンネル接合材料を成長させるために、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積を使用することができ、水素がｐＧａＮ層に進入するのを防ぎ、かつ、いくつかの実装において成長後のｐＧａＮ層の活性化の必要性を排除することができる。
【００１８】
一般的に、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積は、窒素源（nitrogen  source）として窒素プラズマを使用すること、または、いくつかのスパッタリング堆積のインスタンスにおいてはＧａＮ源ターゲット（GaN  source  target）を使用することによってIII−窒化物を成長させるために、水素フリー雰囲気の使用を可能にする。そして、ｐＧａＮ層は、次いで、後続の活性化ステップを必要としないであろう。トンネル接合および後続のｎＧａＮ層の最初の部分の成長もまた、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実施することができる。ｐＧａＮ層が露出されている間にリアクタの中へ水素が導入されると、水素がｐＧａＮ層の中へ拡散すること、および、Ｍｇと再び錯化すること（complexing）を結果として生じるからである。同様に、ｐ型サイドダウンデバイス（p-type  side  down  device）について、ｐＧａＮ層がＭＯＣＶＤによって最初に成長し、次いで、ＲＰ−ＣＶＤまたはスパッタリング堆積システムにおいてそのままでアニールされ、ｐＧａＮ層、および、活性領域の前にＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長した意図せずにドープされたセットバック層が続く。活性化アニールは、例えば、ＲＰ−ＣＶＤリアクタのリモートプラズマ源を使用して生成した活性窒素の過剰圧力（overpressure）を用いて実施することができる。活性領域は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって、または、ｐＧａＮの中への水素拡散が著しくない場合にはＭＯＣＶＤによって成長させることができる。
【００１９】
図４は、デバイス４００についてIII族窒化物を成長させるために、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用している説明図である。窒素ガス源、Ｎ２、は、結晶からの窒素の脱離（desorption）を、付随する水素を伴わずに、防ぐようにＮ原子の過剰圧力を提供するために使用される。示されるように、ｐＧａＮ層において水素原子は存在していない。
【００２０】
図５は、デバイス５００の例示的な半導体構造体５０５である。ここでは、図６のフロント６００に示されるように、ｐ型領域５１０が、発光領域５１５およびｎ型領域５２０の前に成長する。そうした半導体構造体は、任意の適切な装置の中へ組み込まれてよく、そして、実施形態は図示された装置に限定されない。図示された垂直デバイス（vertical  device）に対する代替物としての適切なデバイスの例は、以下のものを含む。フリップチップデバイス、成長基板が除去されたもの、および、横向きダイ（lateral  die）、成長基板が残り、かつ、金属コンタクトが第１成長ドープ層の上に配置されており、例えばドライエッチング、によって露出されているもの。
【００２１】
デバイス５００は、成長基板（図示なし）上に成長した半導体構造体５０５を含んでいる。半導体構造体５０５は、最初にｐ型領域５１０を成長させ（６０５）、続いて少なくとも１つの発光層を含む活性または発光領域５１５（６１０）、続いてｎ型領域５２０を成長させること（６１５）によって形成される。金属ｐコンタクト５２５がｐ型領域５１０上に配置されており、かつ、金属ｎコンタクト５３０がｎ型領域５２０上に配置されている。ｎ型領域５２０は、異なる組成およびドーパント濃度の複数の層を含んでよく、例えば、効率的に光を放射するために発光領域５１５について望ましい特定の光学的、材料的、または電気的特性のためにデザインされたｎ型層、またはｐ型層さえ含んでいる。発光領域５１５は、単一の厚い又は薄い発光層、もしくは、例えば、障壁層によって分離された複数の薄い又は厚い発光層を含んでいる多重量子井戸（multiple  quantum  well）発光領域を含むことができる。ｐ型領域５１０は、バッファ層または核形成層（nucleation  layer）といった準備層、及び／又は、成長基板の除去を促進するようにデザインされた層、ｐ型、ｎ型、または意図的にドープされていないものであり得るもの、および、異なる組成、厚さ、およびドーパント濃度の複数の層、例えば、ｐ型であり、意図的にドープされていない、またはｎ型の層を含んでいるもの、を含むことができる。
【００２２】
上述のように、図６は、デバイス５００のための半導体構造体５０５を形成する方法を示している。一つの実施形態において、ｐ型領域５１０は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用することによって成長基板上で最初に成長する（６０５）。発光領域５１５が、次いで、ｐ型領域５１０上で成長する（６１０）。一つの実施形態において、発光領域５１５は、少なくとも成長の最初の部分（例えば、少なくとも最初の数ナノメートル、といったところ）において、初期成長（earlier  grown）ｐ型領域５０５が水素に曝されないように、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。半導体構造体５０５を形成するために、ｎ型領域５２０をｐ型領域５１０および発光領域５１５上に成長させる（６１５）。
【００２３】
いくつかの実施形態において、成長基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはサファイアといった非III族窒化物基板および初期（initial）III族窒化物構造体を含んでいる。初期III族窒化物構造体は、例えば、III族窒化物核生成層及び／又はバッファ層、および、その上に半導体構造体５１５を成長させ得る薄いＧａＮ膜を含むことができる。初期III族窒化物構造体は、例えばＭＯＣＶＤによって、非III族窒化物基板上で成長し得る。いくつかの実施形態において、成長基板は、例えば、ＭＯＣＶＤ、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）、アモノサーマル（ammonothermal）、または、あらゆる他の任意の適切な技術によって形成された、事前形成の（pre-formed）ＧａＮテンプレートである。
【００２４】
図５および図６をまとめて参照すると、ｐ型領域５１０は、例えば、ＭＯＣＶＤによって成長し、それに続いて、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバの中で実行される活性化アニールによって成長し得る。一つの実施形態においては、活性化アニールの後で、水素の再導入（reintroduction）を防ぐようにｐ型領域５１０をキャップ（cap）するために、ｎ型領域を用いたＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって後に続く成長が実行される。発光領域５１５およびｎ型領域５２０は、例えば、ＲＰ−ＣＶＤ、スパッタリング堆積、またはＭＯＣＶＤによって成長させることができる。
【００２５】
一つの実施形態において、アニールされたｐ型領域上での初期成長（例えば、材料の最初の２ナノメートル（ｎｍ）から１００ｎｍまで）は、水素の再導入を防ぐようにｐ型領域５１０をキャップするために、ｎ型領域を用いたＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実行される。ｐ型領域５１０がキャップされた後で、成長は、ＭＯＣＶＤまたは他の成長技術へ切り替えられ得る。
【００２６】
一つの実施形態において、ｐ型領域５１０、発光領域５１５、およびｎ型領域５２０は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させ得る。
【００２７】
一般的に、水素フリーのｐ型領域が、ＲＰ−ＣＶＤまたはスパッタリング堆積、あるいは、アニーリングが後に続くＭＯＣＶＤによって一旦形成されると、水素フリーのｐ型領域は、水素の導入または再導入を防ぐために、ＭＯＣＶＤによる成長に先立ってｎ型領域を用いてキャップされなければならない。
【００２８】
上記の成長技術は例示的なものであり、ｐ型領域５１０、発光領域５１５、およびｎ型領域５２０のための上記の成長技術の組み合わせは、明細書および請求項の範囲内にある。成長の後で、半導体構造体は、任意の適切なデバイスへと加工され得る。
【００２９】
図７は、所定の実施形態に従った、一つの例示的なトンネル接合型ＬＥＤ７００である。一般的に、トンネル接合は、ｐ型領域と、ｐ型領域の中へ電流を注入する金属コンタクトとの間に配置されている。コンタクトは、ｎ型領域上に形成されてよく、ｐ型領域と比較して、はるかに良好なシート抵抗、そして、従って、電流拡散を有し得る。トンネル接合型ＬＥＤ７００においては、トンネル接合型ＬＥＤ７００の正および負端子の両方に対するコンタクト層としてｎ型領域が使用される。トンネル接合を介してｐ型領域からの正孔をｎ型コンタクト層における電子へと変換することによるものである。
【００３０】
トンネル接合型ＬＥＤ７００は、成長基板７０５上で成長したｎ型領域７１０と、それに続く発光領域７１５およびｐ型領域７２０とを含むＬＥＤ構造体７０２を有している。ｎ型領域７１０は、異なる組成、ドーパント濃度（意図的でなくドープされたもの、及び／又は、ｐ型を含む）、および厚さの複数の層を含むことができる。発光領域７１５は、例えば、障壁層によって分離された複数の厚い又は量子井戸の発光層を含むことができる。ｐ型領域７２０は、異なる組成、ドーパント濃度（意図的でなくドープされたもの、及び／又は、ｎ型を含む）、および厚さの複数の層を含むことができる。トンネル接合７２５は、ｐ型領域７２０の上に形成されている。
【００３１】
一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ型領域７２０と直接接触する、ｐ＋＋層としても参照される、高ドープｐ型層、および、ｐ＋＋層と直接接触する、ｎ＋＋層としても参照される、高ドープｎ型層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれた、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層とは異なる組成の層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれたＩｎＧａＮ層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれたＡｌＮ層を含んでいる。トンネル接合７２５は、以下に説明するように、ｎ型コンタクト層７３０と直接接触している。
【００３２】
ｐ＋＋層は、例えば、約１０１８ｃｍ−３から約５×１０２０ｃｍ−３の濃度まで、ＭｇまたはＺｎといったアクセプタを用いてドープされた、ＩｎＧａＮまたはＧａＮであり得る。いくつかの実施形態において、ｐ＋＋層は、約２×１０２０ｃｍ−３から約４×１０２０ｃｍ−３の濃度までドープされる。ｎ＋＋層は、例えば、約１０１８ｃｍ−３から約５×１０２０ｃｍ−３の濃度まで、ＳｉまたはＧｅといったアクセプタを用いてドープされたＩｎＧａＮまたはＧａＮであり得る。一つの実施形態において、ｎ＋＋層は、約７×１０１９ｃｍ−３から約９×１０１９ｃｍ−３の濃度までドープされる。トンネル接合７２５は、たいてい、非常に薄い。例えば、トンネル接合７２５は、約２ｎｍから約１００ｎｍの範囲の総厚さを有することができ、そして、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層それぞれは、約１ｎｍから約５０ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一つの実施形態において、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層それぞれは、約２５ｎｍから約３５ｎｍの範囲の厚さを有し得る。ｐ＋＋層とｎ＋＋層は必ずしも同じ厚さであることを要しない。一つの実施形態において、ｐ＋＋層は、１５ｎｍのＭｇドープＩｎＧａＮであり、そして、ｎ＋＋層は、３０ｎｍのＳｉドープＧａＮである。ｐ＋＋層およびｎ＋＋層は、段階的（graded）なドーパント濃度を有することができる。例えば、根底にあるｐ型領域７２０に隣接するｐ＋＋層の一部分は、根底にあるｐ型領域７２０のドーパント濃度からｐ＋＋層における所望のドーパント濃度まで段階的に変化するドーパント濃度を有することができる。同様に、ｎ＋＋層は、ｐ＋＋層に隣接する最大値から、トンネル接合７２５上に形成されたｎ型層７３０に隣接する最小値まで段階的に変化するドーパント濃度を有することができる。トンネル接合７２５は、逆バイアスモードで電流を伝導するときにトンネル接合７２５が低い直列電圧降下を示すように、十分に薄く、かつ、十分にドープされるように製造されている。一つの実施形態において、トンネル接合７２５にかかる電圧降下は約０．１Ｖから約１Ｖである。
【００３３】
ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間にＩｎＧａＮ又はＡｌＮ、もしくは、他の適切な層を含んでいる実施形態は、トンネリング（tunneling）のためにバンドを整列（align）させるのを助けるように、III族窒化物における分極場（polarization  field）を活用することができる。この分極効果は、ｎ＋＋層およびｐ＋＋層におけるドーピング要求を低減し、かつ、必要とされるトンネリング距離（tunneling  distance）を低減することができる（潜在的により高い電流を可能にする）。ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間の層の組成は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層の組成とは異なってよく、かつ／あるいは、III族窒化物材料系において異なる材料間に存在する分極電荷（polarization  charge）によるバンド再整列（band  re-alignment）を生じさせるように選択されてよい。適切なトンネル接合の実施例は、米国特許第８０３９３５２号に記載されており、ここにおいて参照により組み込まれている。
【００３４】
ｎ型コンタクト層７３０は、トンネル接合７２５上に、ｎ＋＋層と直接接触して形成されている。第１金属コンタクト７３５および第２金属コンタクト７４０は、それぞれｎ型コンタクト層７３０上およびｎ型領域７１０上に形成されている。メサ（mesa）が、図７に示されるように、フリップチップデバイスを形成するためにエッチングされてよく、または、あらゆる他の適切なデバイス構造体が使用されてよい。第１金属コンタクト７３５および第２金属コンタクト７４０は、アルミニウム又はあらゆる他の適切な１つまたはそれ以上のコンタクト金属といった、同一または異なる材料であってよい。
【００３５】
一つの実施態様において、トンネル接合７２５のｐ＋＋層は、別個のｐ型領域７２０が必要とされないように、発光層７１５と直接接触してよい。
【００３６】
成長基板７０５は、しばしば、サファイアであるが、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、または複合基板といった、任意の適切な基板であってよい。III族窒化物半導体構造体がその上で成長する成長基板７０５の表面は、成長前にパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ７００からの光抽出を改善することができる。成長表面と反対側の成長基板７０５の表面（すなわち、フリップチップ構成において大部分の光がそこを通じて抽出される表面）は、成長の前または後でパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ７００からの光抽出を改善することができる。一つの実施態様において、薄層化（thinning）によって露出された基板７０５の表面は、光抽出を改善するために、パターン化、テクスチャ化、または粗面化されている。
【００３７】
第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、しばしば、反射性金属（reflective  metal）のエレクトロマイグレーションを防止または低減し得る反射性金属と保護金属といった複数の導電層を含んでいる。反射性金属は、しばしば、銀であるが、任意の適切な材料または複数の材料が使用されてよい。第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、酸化ケイ素（oxide  of  silicon）または他の任意の適切な材料といった誘電体を用いて充填することができるギャップによって互いに電気的に絶縁されている。ｎ型領域７１５の一部分を露出させるための複数のビアが形成され得る。第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、図７に示される配置に限定されるものではない。当技術分野で知られているように、第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、誘電体／金属スタックを伴うボンドパッド（bond  pad）を形成するように、再分配され得る。
【００３８】
トンネル接合ＬＥＤ７００に対する電気接続を形成するために、１つまたはそれ以上のインターコネクト（interconnects）が、第１および第２金属コンタクト７３５および７４０上に形成されるか、または、電気的に接続されている。インターコネクトは、例えば、半田、スタッドバンプ、金（gold）層、または任意の他の適切な構造体であってよい。
【００３９】
図８は、所定の実施態様に従って、図７のトンネル接合型ＬＥＤ７００を製造するための一つの例示的な方法８００である。ＬＥＤ構造体７０２のｎ型領域７１０、発光領域７１５、およびｐ型領域７２０は、成長基板７０５上でＭＯＣＶＤによって成長する（８０５）。ＬＥＤ構造体７０２は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバへ移動され、そこでは、活性窒素の過剰圧力を用いて活性化アニールがインシチュ（in-situ）で行われる（８１０）。一つの実施態様において、活性化アニールは、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動される前に、エクスシチュ（ex-situ）で行われる。トンネル接合７２５が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによってＬＥＤ構造体７０２の上に成長する（８１５）。ｎ型コンタクト領域７３０の全部または一部分が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する（８２０）。構造体は、次いで、残りの構造体を成長させるためにＭＯＣＶＤチャンバに戻されてよく、ここで、残りの構造体は、ｎ型コンタクト領域７３０の一部分を含んでよい（８２５）。トンネル接合によって分離された所望の数のＬＥＤを形成するために、このプロセスを繰り返すことができる（８３０）。
【００４０】
一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、周囲水素（ambient  hydrogen）なしで成長させる必要はない。例えば、ｐ＋＋層と、ｎ＋＋層の第１部分とを周囲水素フリーで成長させ、続いて、残りのｎ＋＋層をＭＯＣＶＤによって成長させることができる。一般的には、上述のように、一旦ｐ＋＋層がキャップされると、成長が水素を用いて発生し得る。
【００４１】
一つの実施形態において、ｎ型領域７１０、発光領域７１５、およびｐ型領域７２０の第１部分は、ＭＯＣＶＤによって成長する。ＭＯＣＶＤによって成長するｐ型領域７２０の第１部分は、例えば、少なくとも１ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、少なくとも５ｎｍかつ１５０ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ２０ｎｍ以下の厚さ、であってよい。構造体は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動され、活性化アニールがその場で（in-situ）で行われる。ｐ型領域７２０の第２部分が、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。第２部分は、いくつかの実施形態においては、例えば、少なくとも５ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ１００ｎｍ以下の厚さ、であってよい。成長プロセスの残りは、上記の通りである。
【００４２】
一つの実施形態において、ｎ型領域７１０、発光領域７１５、ｐ型領域７２０、トンネル接合７２５、およびｎ型コンタクト領域７３０を含む、全てのIII族窒化物層は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させることができる。
【００４３】
一つの実施形態において、トンネル接合型ＬＥＤ７００は、図４、図５、および図６に関して上記に説明したように、成長基板上で成長する。
【００４４】
図９は、所定の実施態様に従った、別の例示的なトンネル接合型ＬＥＤ９００である。特に、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、互いの上で成長し、かつ、トンネル接合を介して直列に接続された、複数のＬＥＤを含んでいる。一般的に、複数のＬＥＤが単一のＬＥＤのフットプリント内に作成されており、単位面積当たりで生成される光束を劇的に増加させることができる。加えて、トンネル接合によって接続されたＬＥＤをより低い駆動電流で駆動することによって、各ＬＥＤは、そのピーク効率において動作することができる。単一のＬＥＤにおいて、このことは、光出力における低下を結果として生じるであろう。しかしながら、所与のチップ領域の中に直列に接続された２つまたはそれ以上のＬＥＤを有することによって、効率を劇的に改善しながら、光出力を維持することができる。従って、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、高い効率を必要とするアプリケーション、及び／又は、単位面積当たりの高い光束を必要とするアプリケーションにおいて使用することができる。
【００４５】
トンネル接合型ＬＥＤ９００は、第１ＬＥＤ構造体９０２を含み、構造体は、成長基板９０５上に成長したｎ型領域９１０と、それに続く、発光領域９１５およびｐ型領域９２０とを含んでいる。トンネル接合９２５が、ｐ型領域９０２上に形成されている。第２ＬＥＤ構造体９２７は、トンネル接合９２５上に形成された、第２ｎ型領域９３０、第２発光領域９３５、および第２ｐ型領域９４０を含んでいる。トンネル接合９２５は、ｐ＋＋層が第１ＬＥＤ構造体９０２のｐ型領域３６と直接接触し、かつ、ｎ＋＋層が第２ＬＥＤ構造９２７のｎ型領域９３０と直接接触するように配向され（oriented）ている。第１金属コンタクト９４５および第２金属コンタクト９５０が、第１ＬＥＤ構造体９０２のｎ型領域９１０上、および、第２ＬＥＤ構造９２７のｐ型領域９４０上に、それぞれに形成されている。メサが、フリップチップデバイスを形成するためにエッチングされてよく、または、あらゆる他の適切なデバイス構造体が使用されてよい。一つの実施形態においては、ｎ型層上に第２金属コンタクト９５０を形成するために、追加のトンネル接合およびｎ型層が、第２ＬＥＤ構造体９２７のｐ型領域９４０上に形成され得る。トンネル接合型ＬＥＤ９００について説明された領域および層は、必要に応じて、トンネル接合型ＬＥＤ７００について上記に説明したものと同じ材料、特性、特徴、及び／又は、特性を有することができる。
【００４６】
図９においては、２つの発光領域または活性領域が示されているが、各発光領域に隣接するｐ型領域が、次の活性領域に隣接するｎ型領域からトンネル接合によって分離されていれば、２つの金属コンタクト間には任意の数の発光領域が含まれてよい。トンネル接合型ＬＥＤ９００は、２つのコンタクトしか有していないので、発光領域９１５および９３５の両方は、同時に光を放射し、そして、個々に、かつ、別々に活性化することはできない。一つの実施形態において、スタックにおける個々のＬＥＤは、追加のコンタクトを形成することによって別々に活性化され得る。一つの実施形態においては、デバイスが、例えば、１１０ボルト、２２０ボルト等、といった典型的な線間電圧で動作することができるように、デバイスは、十分なトンネル接合を有し得る。
【００４７】
一つの実施態様において、発光領域９１５および９３５は、それらが同じ色の光を放射するように同じ組成で製造され、または、それらが異なる色（すなわち、異なるピーク波長）の光を放射するように異なる組成で製造されてよい。例えば、２つのコンタクトを有する３つの発光領域デバイスは、第１発光領域が赤色光を放射し、第２発光領域が青色光を放射し、そして、第３発光領域が緑色光を発するように、製造され得る。活性化されると、デバイスは白色光を生成することができる。発光領域は、それらが同じ領域から光を放射して見えるようにスタックされているので、そうしたデバイスは、スタックされたものではなく、むしろ隣接する発光領域からの赤色、青色、および緑色の光を組み合わせるデバイスにおいて存在する混色（color  mixing）に伴う問題を回避することができる。
【００４８】
異なる波長の光を放射する発光領域を伴うデバイスにおいて、最短波長の光を生成する発光領域は、そこから光が抽出される表面に対して最も近くに配置され得る。一般的には、ＬＥＤにおける、サファイア、ＳｉＣ、またはＧａＮの成長基板である。最短波長の発光領域を出力表面の近くに配置することは、他の発光領域の量子井戸における吸収による損失を最小化することができ、そして、より長波長の発光領域をコンタクトによって形成されるヒートシンクの近くに配置することによって、より敏感であるより長い波長の量子井戸について熱影響（thermal  impact）を低減することができる。量子井戸層は、また、量子井戸層における光の吸収が低くなるように、十分に薄く作られ得る。デバイスから放射される混合光の色は、各色の光を放射する発光領域の数を選択することによってコントロールすることができる。例えば、人間の目は、緑色の光子に対して非常に敏感であり、赤色の光子および青色の光子に対してはそれほど敏感ではない。バランスされた白色光を作成するために、スタック発光領域デバイスは、単一の緑色発光領域と、複数の青色および赤色発光領域とを有し得る。
【００４９】
成長基板９０５は、しばしば、サファイアであるが、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、または複合基板といった、任意の適切な基板であってよい。III族窒化物半導体構造体がその上で成長する成長基板９０５の表面は、成長前にパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ９００からの光抽出を改善することができる。成長表面と反対側の成長基板９０５の表面（すなわち、フリップチップ構成において大部分の光がそこを通じて抽出される表面）は、成長の前または後でパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ９００からの光抽出を改善することができる。一つの実施態様において、薄層化によって露出された基板９０５の表面は、光抽出を改善するために、パターン化、テクスチャ化、または粗面化されている。
【００５０】
第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、しばしば、反射性金属のエレクトロマイグレーションを防止または低減し得る反射性金属と保護金属といった複数の導電層を含んでいる。反射性金属は、しばしば、銀であるが、任意の適切な材料または複数の材料が使用されてよい。第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、酸化ケイ素または他の任意の適切な材料といった誘電体を用いて充填することができるギャップによって互いに電気的に絶縁されている。ｎ型領域９１０の部分を露出させるための複数のビアが形成され得る。第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、図９に示される配置に限定されるものではない。当技術分野で知られているように、第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、誘電体／金属スタックを伴うボンドパッドを形成するように、再分配され得る。
【００５１】
トンネル接合ＬＥＤ９００に対する電気接続を形成するために、１つまたはそれ以上のインターコネクトが、第１および第２金属コンタクト９４５および９５０上に形成されるか、または、電気的に接続されている。インターコネクトは、例えば、半田、スタッドバンプ、金層、または任意の他の適切な構造体であってよい。
【００５２】
図１０は、所定の実施態様に従って、図９のトンネル接合型ＬＥＤ０００を製造するための一つの例示的な方法９００である。第１ＬＥＤ構造体９０２のｎ型領域９１０、発光領域９１５、およびｐ型領域９２０は、成長基板９０５上でＭＯＣＶＤによって成長する（１００５）。ＬＥＤ構造体９０２は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバへ移動され、そこでは、活性窒素の過剰圧力を用いて活性化アニールがその場で行われる（１０１０）。トンネル接合９２５が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによって第１ＬＥＤ構造体９０２の上に成長する（１０１５）。第２ＬＥＤ構造体９２３のｎ型コンタクト領域９３０の全部または一部分が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する（１０２０）。構造体は、次いで、残りの構造体を成長させるためにＭＯＣＶＤチャンバに戻されてよく、ここで、残りの構造体は、第２ＬＥＤ構造体９２３のｎ型コンタクト領域９３０、発光領域９３５、およびｐ型領域９３５の一部分を含んでよい（１０２５）。トンネル接合によって分離された所望の数のＬＥＤを形成するために、このプロセスを繰り返すことができる（１０３０）。
【００５３】
一つの実施形態において、トンネル接合９２５は、周囲水素フリーで成長させる必要はない。例えば、ｐ＋＋層と、ｎ＋＋層の第１部分とを周囲水素フリーで成長させ、続いて、残りのｎ＋＋層をＭＯＣＶＤによって成長させることができる。一般的には、上述のように、一旦ｐ＋＋層がキャップされると、成長が水素を用いて発生し得る。
【００５４】
一つの実施形態において、ｎ型領域９１０、発光領域９１５、およびｐ型領域９２０の第１部分は、ＭＯＣＶＤによって成長する。ＭＯＣＶＤによって成長するｐ型領域９２０の第１部分は、例えば、少なくとも１ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、少なくとも５ｎｍかつ１５０ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ２０ｎｍ以下の厚さ、であってよい。構造体は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動され、活性化アニールがその場で行われる。ｐ型領域９２０の第２部分が、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。第２部分は、いくつかの実施形態において、例えば、少なくとも５ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ１００ｎｍ以下の厚さ、であってよい。成長プロセスの残りは、上記の通りである。
【００５５】
一つの実施形態において、ｎ型領域９１０、発光領域９１５、ｐ型領域９２０、トンネル接合９２５、およびｎ型コンタクト領域９３０を含む、全てのIII族窒化物層は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させることができる。
【００５６】
一つの実施形態において、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、図４、図５、および図６に関して上記に説明したように、成長基板上で成長する。
【００５７】
ここにおいて説明されたデバイスのいずれも、波長変換構造体と組み合わされてよい。波長変換構造体は、１つまたはそれ以上の波長変換材料を含み得る。波長変換構造体は、ＬＥＤに対して直接接続されてよく、ＬＥＤに近接して配置されるがＬＥＤ対して直接接続されなくてよく、または、ＬＥＤから間隔を空けて置かれてよい。波長変換構造体は、任意の適切な構造であってよい。波長変換構造体は、ＬＥＤとは別に形成されてよく、または、ＬＥＤと共にその場で形成されてよい。ＬＥＤとは別に形成される波長変換構造体の実施例は、焼結（sintering）または任意の他の適切なプロセスによって形成され得るセラミック波長変換構造を含み、粉末蛍光体（powder  phosphors）といった波長変換材料であり、圧延され、鋳造され、または、そうでなければシートの中へ形成され、次いで、個々の波長変換構造体へと個片化される、シリコーン（silicone）またはガラスといった透明材料の中に配置されているものを含み、そして、粉末蛍光体といった波長変換材料であり、フレキシブルなシートの中へ形成されるシリコーンといった透明材料において配置され、ＬＥＤの上にラミネートされ、または、そうでなければ配置されるものを含む。
【００５８】
その場で形成される波長変換構造体の実施例は、シリコーン（silicone）といった透明材料と混合され、そして、ＬＥＤの上に分配され、スクリーン印刷され、ステンシル印刷され、モールドされ、または、そうでなければ配置された、粉末蛍光体といった波長変換材料、および、電気泳動、蒸気、または、あらゆる他の適切なタイプの堆積によってＬＥＤ上にコーティングされた波長変換材料を含んでいる。
【００５９】
波長変換構造体の複数の形態が単一のデバイスにおいて使用され得る。例えば、セラミック波長変換部材は、モールド波長変換部材と、セラミックおよびモールド部材における同一または異なる波長変換材料と、組み合わせることができる。
【００６０】
波長変換構造体は、例えば、従来の蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、II-VI族またはIII-V族半導体、II-VI族またはIII-V族半導体量子ドット、もしくは、ナノ結晶、染料（dyes）、ポリマー、または発光する他の材料を含み得る。
【００６１】
波長変換材料は、ＬＥＤによって放射された光を吸収し、そして、１つまたはそれ以上の異なる波長の光を放射する。ＬＥＤによって放射され変換されていない光は、しばしば、そうである必要はないが、構造体から抽出される光の最終スペクトルの一部である。一般的な組み合わせの実施例は、黄色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、緑色および赤色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、青色および黄色発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤ、そして、青色、緑色、および赤色の発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤを含む。構造体から抽出された光のスペクトルを調整するために、他の色の光を放射する波長変換材料が加えてられてよい。
【００６２】
いくつかの実施形態において、ここにおいて説明される方法は、ＭＯＣＶＤチャンバと、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバとの間でウェハを移動するクラスタツールによって実行され得る。そうしたツールにより、スケーラブルな製造工程が可能になる。いくつかの実施形態において、ＲＰ−ＣＶＤ、スパッタリング堆積、およびＭＯＣＶＤツールは、クラスタツールではなく、むしろスタンドアロン（stand-alone）である。いくつかの実施形態においては、単一のリアクタが、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積およびＭＯＣＶＤ成長モードを同じ物理的チャンバの中に一緒に組み込んでよい。ｐ型層におけるｐ型ドーパントを非活性化することなく、または、ｐ型領域の電気的挙動に影響を与えることなく、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実行される成長ステップの最中に、非常に少ない量の水素及び／又はアンモニアが使用され得ることが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、水素は、それがｐ型ＧａＮの非活性化を生じさせないと仮定して、いくつかのバブラ（bubblers）のためのキャリアガスとして使用され得る。
【００６３】
ここにおいて説明される実施形態は、任意の適切な発光デバイスの中へ組み込むことができる。本発明の実施形態は、例えば、図５、図７、および図９の縦型デバイスといった、例示された特定の構造体に限定されない。
【００６４】
上述の実施例および実施形態において、半導体発光デバイスは青色またはＵＶ光を放射するIII族窒化物ＬＥＤであるが、ＬＥＤ以外の半導体発光素子、レーザダイオードといったもの、は本発明の範囲内である。加えて、ここにおいて説明される原理は、III-V族材料、III族リン化物、III族ヒ化物、II-VI族材料、ＺｎＯ、またはＳｉ系材料といった、他の材料系から作られた半導体発光デバイスに対して適用可能であり得る。
【００６５】
発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するためのここにおいて説明される非限定的な方法は、特許請求の精神および範囲内に留まりながらも、様々なアプリケーションおよび使用に対して変更され得る。ここにおいて説明され、かつ／あるいは、図面に示されている実施形態および変形は、実施例としてだけ提示されるものであり、かつ、範囲および精神について限定するものではない。ここにおける説明は、特定の実施態様に関して説明されているが、発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するための方法に係る全ての実施態様について適用可能であり得る。
【００６６】
ここにおいて記載されるように、ここにおいて説明される方法は、任意の特定的な機能を実行する任意の特定的な要素に限定されるものではなく、そして、提示される方法のいくつかのステップは、必ずしも示された順序で生じることを要しない。例えば、いくつかの事例においては、２つまたはそれ以上の方法ステップが、異なる順序で、または、同時に生じてよい。加えて、説明される方法のいくつかのステップは、（たとえオプションであると明示的に述べられていなくても）オプションであってよく、そして、従って、省略されてよい。ここにおいて開示される方法に係るこれらおよび他の変形は、特に、ここにおいて説明される発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するための方法に係る説明の観点で、直ちに明らかになるであろうし、そして、本発明の全範囲内にあるものと考えられる。
【００６７】
いくつかの実施形態のいくつかの特徴は、省略されてよく、または、他の実施形態と共に実施されてよい。ここにおいて説明されるデバイス要素および方法要素は、交換可能であり、ここにおいて説明される任意の実施例または実施形態において使用されるか、または、省略されてよい。
【００６８】
機能および要素は、特定の組み合わせにおいて上記に説明されているが、各特徴または要素は、他の特徴および要素なしに単独で、または、他の特徴および要素を用いて又は用いないで様々な組み合わせにおいて使用され得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【外国語明細書】
2020184630000001.pdf