(57)【要約】本発明は、３族窒化物からなる構造体及びｎタイプ３族窒化物とｐタイプ３族窒化物の間のジャンクションからなり、構造体が角錐形状又はくさび形状を有する装置である。
2009543372.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
３族窒化物からなる構造体及びｎタイプ３族窒化物とｐタイプ３族窒化物の間のジャンクションからなり、該構造体が角錐形状又はくさび形状を有する装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、該ジャンクションが３族窒化物を有する量子ウェルを含む装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、該量子ウェルが量子ウェル層及びバリア層を有し、該量子ウェル層が該バリア層間に挟まれ、該量子ウェル層が一の３族窒化物からなり、該バリア層が他の３族窒化物からなる装置。
【請求項４】
請求項３の装置において、該量子ウェル層の該一の３族窒化物がガリウムとインジウムの合金又はガリウムとアルミニウムの合金からなり、該バリア層の該他の３族窒化物が窒化ガリウムからなる装置。
【請求項５】
請求項１の装置において、該構造体がくさび形状である装置。
【請求項６】
請求項１の装置において、該構造体が角錐形状である装置。
【請求項７】
装置であって、
基板上の発光結晶構造体からなり、該構造体がｎタイプ及びｐタイプバリア領域及びその間のジャンクションを有し、該ジャンクションが、該基板の平坦面に対して傾斜したｎタイプ及びｐタイプバリア領域の１以上の面に位置している装置。
【請求項８】
請求項７の装置において、該傾斜面が該基板の平坦面に対して５５°以上６５°以下の範囲の角度をなしている装置。
【請求項９】
装置を製造する方法であって、
発光結晶構造体を形成するステップからなり、該ステップが、
第１のバリア領域を基板上に形成するステップであって、該第１のバリア領域が該基板の平坦面に対する１以上の傾斜面を有している、ステップ、及び
該傾斜面にジャンクションを形成するために、第２のバリア領域を該第１のバリア領域上に形成するステップであって、該第１のバリア領域がｎタイプ半導体結晶又はｐタイプ半導体結晶の一方からなり、該第２のバリア領域がｎタイプ半導体結晶又はｐタイプ半導体結晶の他方からなっている、ステップ
を含む方法。
【請求項１０】
請求項９の方法において、該第１のバリア領域が、該基板上のＡＩＮ層からなるバリア核層上に位置するＭ極性面、及びサファイアからなる該基板上に位置するＮ極性面からなり、該傾斜面が該第１のバリア領域のＮ極性面をウエットエッチングすることによって形成される方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
米国政府は本発明の支払済み実施権を有し、米国陸軍ＡＲＤ（ピカティニ・アーセナル）によって与えられたＤＡＡＥ３０−０３−Ｄ−１０１３の期間によって規定される合理的な期間に、限られた状況において特許権者が他人に実施権を設定することを要求する権利を有する。
本発明は３族窒化物を有する構造体からなる発光ダイオードを有する装置、及びその装置を作製する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のような発光結晶構造体の効率を改善することが望ましい。これによって商業上のアプリケーションにおける使用範囲を拡大することになるからである。効率は２つの方法で改善することができる。外部効率を上げるか、内部効率を上げるか、である。
【０００３】
外部効率における改善は構造体からより多くの光を取り出すことによって達成される。当業者にはよく知られるように、発光結晶構造体は特定の結晶角を有し、その角度を超えて反射された光が内部で反射されて構造体を出ないようにする。例えば、従来のプレーナＬＥＤでは発生された光の約５％しかＬＥＤから出ず、残りは内部で反射される。より多くの光を取り出そうとする対策として、内部で反射される光の量を減らすようにプレーナＬＥＤをテクスチャリングすること等がある。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
一実施例は、３族窒化物及びｎタイプ３族窒化物とｐタイプ３族窒化物の間のジャンクションからなる構造体を備えた装置であり、その構造体は角錐形状又はくさび形状を有する。
【０００５】
他の実施例は基板上の発光結晶構造体からなる装置である。その構造体はｎタイプ及びｐタイプのバリア領域並びにその間のジャンクションを有する。ジャンクションは基板の平らな表面に対して傾斜しているｎタイプバリア領域及びｐタイプのバリア領域の１以上の面に位置する。
【０００６】
他の実施例は装置を製造する方法である。その方法は第１のバリア領域を基板上に形成することを含む発光結晶構造体を形成するステップからなり、第１のバリア領域は基板の平らな表面に対して傾斜した１以上の面を有する。構造体を形成するステップはまた、その傾斜面にジャンクションを形成するために第２のバリア領域を第１のバリア領域上に形成することを含む。第１のバリア領域はｎタイプ又はｐタイプ半導体結晶の一方からなり、第２のバリア領域はｎタイプ又はｐタイプ半導体結晶の他方からなる。
【０００７】
本発明は添付図面とともに以下の詳細な説明から理解される。種々の構成は寸法通りではなく、説明を明確にするためにサイズを任意に増減できる。添付図面を考慮して以下の説明が参照される。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は例示の装置の鳥瞰図である。
【図２】図２は代替例の装置の鳥瞰図である。
【図３】図１に示す例示の装置の一部分の断面図である。
【図４】図４は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図５】図５は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図６】図６は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図７】図７は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図８】図８は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図９】図９は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図１０】図１０は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図１１】図１１は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図１２】図１２は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図１３】図１３は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【図１４】図１４は例示の製造方法における選択されたステップでの例示の装置の断面図及び上面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明は、傾斜面を有する発光結晶構造体を形成することによって内部及び外部効率が改善されるという認識から利益を享受する。内部効率の改善は結晶材料自体のプロパティを変更することによって達成できる。しかし、特定の結晶はある結晶軸に対して反転対称性を有さず、これによって結晶が内部電界を持つことになる。内部電界は内部効率を不利に低減させ、そのような構造体から発せられた光の波長をシフトさせてしまう。傾斜面上に構造体の発光部材を形成することによって構造体が準極性又は非極性結晶となり、これによって構造体の内部電界を減少又は消滅させる。さらに、傾斜面上の構造体を形成することによって、内部的に反射される光の量を減殺し、これによって外部効率を改善する。
【００１０】
本発明の一実施例は装置である。図１に、ＬＥＤ又はＬＥＤからなる他の照明装置のような例示の装置１００の鳥瞰図を示す。装置１００はｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５を有する発光結晶構造体１０５からなる。ｎタイプバリア領域１１０とｐタイプバリア領域１１５の間にジャンクション１２０がある。図１では、内部のｐタイプバリア領域１１５及びジャンクション１２０の一部分が切り取り図で示されている。ジャンクション１２０はｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５の一方の傾斜面１２５に位置する。表面１２５の傾斜は基板１３０の平坦面１２７に対するものである。当業者にはよく分かるように、ジャンクション１２０は、電圧（Ｖ）がｎタイプバリア領域１１０とｐタイプバリア領域１１５間に印加されるときに光を発するアクティブ領域からなる。
【００１１】
傾斜面１２５は、構造体１０５が乗っている基板１３０の水平な平坦面１２７から逸れるｎタイプバリア領域１１０とｐタイプバリア領域１１５の一方を成長又はウエットエッチングで露出させた面である。例えば、３族窒化物からなるｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５について、平坦面１２７は基板１３０（例えばサファイアのような絶縁基板）の（０００１）面又は（０００１￣）面に対応し、傾斜面１２５は｛１１￣０１￣｝面のファミリーの１つに対応する。（「１￣」は１の上にバーを表す。以下同じ。）
【００１２】
ここで用いる用語３族窒化物とは金属窒化物又は金属合金窒化物を意味し、その金属は周期律表の第３族の１以上の原子からなる。例として窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウム、又はその組合せ等がある。場合によっては、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５はｎタイプ及びｐタイプ材料を形成するためのドーパントを含む。適切なｎタイプドーパント及びｐタイプドーパントの例として、それぞれシリコン及びマグネシウム等がある。
【００１３】
以降の例は、３族窒化物からなる六方晶(Wurtzite)構造体を特徴とする。しかし、当業者であれば、本発明が非反転対称性を有するあらゆる発光結晶構造体に適用できることが分かるはずである。非反転対称性を有する他の発光結晶構造体の例として、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム亜鉛（ＭｇＺｎＯ）、酸化カドミウム亜鉛（ＣｄＺｎＯ）及びこれらの組合せのような２−６族化合物が挙げられる。
【００１４】
図１に示すように、傾斜面１２５は基板１３０の水平平坦面１２７から逸れている。好適な実施例では、傾斜面１２５は、ｎタイプバリア領域１１０又はｐタイプバリア領域１１５の内部電界の減少又は消滅を導く角度１３５を形成するように構成される。例えば、３族窒化物からなるｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５について、角度１３５を５５度以上６５度以下の範囲とし、場合によっては５５度以上６０度以下とし、これによってジャンクション１２０における圧電極性及び自然極性の合計が互いに相殺し、ほぼゼロの電界となる。
【００１５】
所望の角度１３５を有する１以上の傾斜面１２５を与える構造体１０５を形成するのは有利である。いくつかの好ましい実施例では、装置１００は、３族窒化物からなる構造体１０５及びｎタイプ３族窒化物１１０とｐタイプの３族窒化物１１５の間のジャンクション１２０からなり、構造体１０５は角錐形状又はくさび形状を有する。
【００１６】
図１に示すような実施例では、構造体１０５は角錐形であり、より具体的には６角錐である。この場合、傾斜面１２５は基板１３０上に位置する角錐構造体１０５の６個の小面１４０に相当する。角錐構造体１０５は後述するウエットエッチングプロセスを用いて形成できる。
【００１７】
他の実施例では、図２に（図１と同じ符号を用いて）示すように、構造体１０５はくさび形である。この場合、傾斜面１２５は基板１３０上に位置するくさび形構造体１０５の２個の小面２１０に相当する。傾斜面１２５は｛１１２￣２｝面の一ファミリーに対応する。くさび形構造体１０５は、その全体がここに参照として取り込まれるSrinivasan他、Applied Physics Letters 87:131911（２００５年）に記載されるような、化学蒸着（ＣＶＤ）によって形成できる。
【００１８】
構造体１０５が複数の傾斜面１２５を有するのが望ましい。なぜなら、これによって構造体１０５の外部効率が上昇するからである。例えば、６角錐構造体１０５（図１）の６個の小面１４０に対応する複数の傾斜面１２５を有することは、くさび形構造体１０５（図２）の２個の小面２１０に対応する複数の傾斜面１２５を有する構造体１０５よりも好ましい。角錐構造体１０５の小面１４０の数が多いほど、光が結晶構造体１０５の臨界角以下の角度で反射しないようにより多くの面を与え、従って、構造体１０５からのより多くの数の逃げ道を与える。
【００１９】
図３は、図１に示す角錐形構造体１０５について示した小面１４０の１つを切る線３−３に沿った断面図を示す。一方、図３に示す断面図はまた、図２に示すように、くさび形構造体１０５の小面２１０に垂直な面を切る線３−３にも対応する。
【００２０】
さらに図３に示すように、構造体１０５からの発光量を向上するために、ジャンクション１２０が量子ウェル３０５を含むことが望ましい。量子ウェル３０５のいくつかの実施例は３族窒化物からなる。
【００２１】
構造体１０５が角錐形状のときは、ｎタイプバリア領域１１０、ｐタイプバリア領域１１５及び量子ウェル３０５の３つ全てが角錐形状となる。あるいは、構造体１０５がくさび形状のときは、ｎタイプバリア領域１１０、ｐタイプバリア領域１１５及び量子ウェル３０５の３つ全てがくさび形状となる。そのような構成をとることによって、構造体１０５の内部電界を低減するのに必要な傾斜面１２５を与えられるので、内部発光効率が有利にも改善する。これらの構成によって、構造体１０５の外部発光効率も有利に改善される。即ち、同様の組成であっても平坦面に位置する量子ウェルからの光と比べて、傾斜面１２５上に位置する量子ウェル３０５からの内部反射光が少なくなる。
【００２２】
量子ウェル３０５の３族窒化物の組成はｎタイプ及びｐタイプバリア領域１１０及び１１５の３族窒化物の組成とは異なる。量子ウェル３０５並びにｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５の組成を、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５が量子ウェル３０５よりも大きいバンドギャップを有するように選択するのが重要である。アルミニウムを有する３族窒化物（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）によってこれらの材料がより広いバンドギャップを有することになる一方、インジウムを有する３族窒化物（例えば、ＩｎｙＧａ１−ｙＮ）によってこれらの材料がより狭いバンドギャップを有することになる。
【００２３】
例えば、好ましい実施例では、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５は窒化ガリウムである一方、量子ウェル３０５はインジウムとガリウムの合金（例えば、窒化インジウムガリウム）からなる。他の実施例では、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５はアルミニウムガリウム合金（例えば、窒化アルミニウムガリウム）からなり、量子ウェル３０５は窒化ガリウムからなる。さらに他の実施例では、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５はアルミニウムを多く含むアルミニウムガリウム合金（例えば、Ａｌ：Ｇａ：Ｎの比が８０：２０：１００であるＡｌＧａＮ）からなり、量子ウェル３０５はアルミニウムを少なく含む窒化アルミニウムガリウム（例えば、Ａｌ：Ｇａ：Ｎの比が約６０：４０：１００であるＡｌＧａＮ）からなる。さらに他の場合、ｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５は窒化アルミニウム又は窒化インジウムガリウムアルミニウムからなり、量子ウェル３０５は窒化インジウムガリウムからなる。当業者であれば他の組合せの３族窒化物合金も使用できることが分かるはずである。
【００２４】
図３にさらに示すように、量子ウェル３０５は１以上の量子ウェル層３１０及び１以上のバリア層３１５を有していてもよい。量子ウェル層３１０及びバリア層３１５の例はＣｈｏ氏他による米国特許第６８９１１８７号に開示され、その全体がここに参照として取り込まれる。
【００２５】
各量子ウェル層３１０はバリア層３１５の間に挿入されるのが好ましい。２以上の量子ウェル層３１０がある場合、量子ウェル層３１０はバリア層によって量子ウェル層よりも大きいバンドギャップで互いに分離される。好ましい実施例では、各バリア層３１５は約１０〜５０オングストロームの厚さ３２０を有し、各量子ウェル層３１０は約５〜５０オングストロームの厚さ３２５を有する。好ましい実施例では、量子ウェル３０５は１〜８層の量子ウェル層３１０からなる。複数の量子ウェル層３１０を有することによって量子ウェル３０５へのキャリア捕捉の確率が有利に増大する。しかし、量子ウェル層３１０の数が多過ぎると、キャリアが異なる層３１０にわたって均一に分布されなくなる。
【００２６】
量子ウェル領域３１０及びバリア層３１５は、それぞれ量子ウェル３０５並びにｎタイプバリア領域１１０及びｐタイプバリア領域１１５について上述した材料の組合せからなるようにすればよい。量子ウェル領域３１０及びバリア層３１５の組成を、量子ウェル領域３１０が狭いバンドギャップを有し、バリア層３１５が広いバンドギャップを有するように構成することが好ましい。
【００２７】
量子ウェル層３１０があるタイプの３族窒化物からなる一方、バリア層３１５が他のタイプの３族窒化物からなるようにしてもよい。例えば、量子ウェル層３１０はＩｎＧａＮからなる一方、バリア層３１５はＧａＮからなるようにしてもよい。好適な実施例では、量子ウェル層３１０は、Ｉｎ：Ｇａ：Ｎが約１５：８５：１００から２０：８０：１００の範囲、より好ましくは約１７：８３：１００となるような比を有するＩｎＧａＮからなる。この組成は、基板１３０に対して例えば約５５°以上６５°以下の角度１３５を有する傾斜面１２５上に位置するときに量子ウェル層３１０の内部電界が相当に低減されるので有利である。このような角度１３５は、例えば３族窒化物からなる角錐（図１）又はくさび形（図２）構造体１０５の小面１４０、２１０について実現される。
【００２８】
実施例によっては、量子ウェル３０５は約２.５〜５ナノメートルの範囲の厚さ３３０を有する。量子ウェルが複数の量子ウェル層３１０及びバリア層３１５からなる場合に、厚さ３３０はこれらの層３１０及び３１５の厚さの合計を意味する。場合によっては、量子ウェル３０５（又はその構成層３１０、３１５）の厚さ３３０のばらつきが構造体１０５にわたって約±５％以下となるようにすることが望ましい。構造体１０５からの発光の波長範囲を最小化するので、厚さのばらつきが小さいことは好適である。例えば、上記のような小さい厚さばらつきの量子ウェル３０５を作製するのにモルビームエピタキシ（ＭＢＥ）のような薄膜蒸着技術を用いることができる。一方、より広い範囲の発光波長が望まれるような他の場合においては、厚さ３３０が±５％よりも大きくばらつく量子ウェル３０５を生産するのにＣＶＤのような他の技術を用いることができる。例えば、任意の構造体１０５における厚さ３３０は約２.５〜５ナノメートルの範囲となり得る。
【００２９】
図１−３に示す上述の例示において、ｐタイプバリア領域１１５を構造体１０５の外部層３４０として示し、ｎタイプバリア領域１１０を構造体１０５の内部領域３４５として示した。しかし、他の実施例では、ｎタイプバリア領域１１０を構造体１０５の外部層３４０として、ｐタイプバリア領域１１５を構造体１０５の内部領域３４５としてもよい。ジャンクション１２０又は選択的な量子ウェル３０５は内部領域３４５の傾斜面１２５上の中間層３５０となる。
【００３０】
実施例によっては、外部層３４０は５０〜５００ナノメートルの範囲の厚さ３５５を有するｎタイプ又はｐタイプ３族窒化物のどちらか一方からなる。
【００３１】
図３にさらに示すように、内部領域３４５はベース部３６５上に位置する１以上の角錐部３６０からなっていてもよい。ベース部３６５は、構造体１０５が配置される基板１３０の一部となるほぼ平坦なベースであればよい。説明を明確にするために、単一の角錐３６０が図１及び３に図示されている。しかし、他の実施例では、構造体１０５は共通のベース３６５上にある複数の角錐３６０からなる。即ち、角錐３６０はベース３６５を介して相互に接続されている。ベース３６５を介して相互接続された角錐３６０によって、領域１１０と１１５の間に電圧（Ｖ）を印加するように構成された電源１６０に別途結合されたオーミックコンタクト１５０及び１５５への、ｎタイプバリア領域１１０又はｐタイプバリア領域１１５の一方の結合を促進している。
【００３２】
図３に示すように、角錐３６０及びベース３６５はともに量子ウェル３０５の中間層３５０及びｎタイプバリア領域１１０又はｐタイプバリア領域１１５の他方の外部層３４０で覆われる。好適な実施例では、角錐３６０は約１００ナノメートルから２ミクロンの範囲の高さ３７０及び幅３７５を有し、ベース３６５は約５００ナノメートルから１００ミクロンの厚さ３８０を有する。背の高い構造体は、その後に続く処理ステップにおける平坦なフォトレジスト層の形成と干渉してしまうので、角錐３６０の高さ３７０が約２ミクロンを超えないようにすることが望ましい。
【００３３】
角錐３６０はベース３６５の部分的ウエットエッチングによって形成される。ウエットエッチングプロセスは角錐３６０を露出させるために結晶構造の特定の面から材料を除去するように設計されている。そのようなウエットエッチングプロセスの例はChowdhury他による米国特許番号第６９８６６９３号に開示され、その全部が参照としてここに取り込まれる。例えば、３族窒化物結晶の窒素極性（Ｎ極性）面は金属極性（Ｍ極性）面よりもベースウエットエッチングに対して影響を受けやすい。当業者であれば、Ｎ極性面とは、窒素原子から３族金属原子への（４角結合構成において）直線結合を有する３族窒化物六法晶構造体の面を意味することが分かるはずである。Ｍ極性面とは、３族金属原子から窒素原子への直線結合を有する面を意味する。４角錐構造体１０５（図１）を生成するために、３族窒化物結晶（例えばＧａＮ）の｛１１￣０１￣｝平面をベースウエットエッチングによってエッチングする。６角錐構造体１０５は｛１１￣０１￣｝ファミリーの６個の小面１４０を有する。好ましい実施例では、６角錐構造体１０５はベースと小面のなす角１３５が約５８.４度である。
【００３４】
図１及び３にさらに示すように、ｐオーミックコンタクト１５０がｐタイプバリア領域１１５に接触し、ｎオーミックコンタクト１５５がｎタイプバリア領域１１０に接触している。オーミックコンタクト１５０及び１５５は、チタン、アルミニウム、ニッケル、プラチナ、金又はこれらの合金のような導電性材料の１以上の層からなる。電源１６０は、構造体１０５が発光するように電圧（例えば、実施例によって約０.５〜１０Ｖ）をオーミックコンタクト１５０及び１５５に印加するよう構成される。
【００３５】
本発明の他の側面は装置の製造方法である。図４〜２０は装置４００を製造する例示の方法における選択されたステップでの断面図である。図１及び３に図示された実施例の装置はいずれも本方法によって製造できる。
【００３６】
図４〜８は装置４００の発光結晶構造４０５を形成する際の選択されたステップを示す。構造体を形成するステップは、基板上に第１のバリア領域を形成するステップを含み、第１のバリア領域は基板の平坦面に対する１以上の傾斜面を有する。図４〜７は第１のバリア領域を形成する際の選択されたステップを示す。
【００３７】
図４は基板４１０上にバリア領域核層４０７を形成するステップの後の装置４００を示す。基板４１０にはサファイアが適している。なぜなら、それは後に基板４１０上に成長されるＮ極性バリア領域の形成を促進するからである。バリア領域核層４０７を形成するステップは、ＭＢＥを介して、基板４１０上のＡＩＮ核層４１５（約２０ｎｍの厚さ４１７）及びＡＩＮ核層４１５上の３族窒化物（例えばＧａＮ）核層４２０（約５０ｎｍの厚さ４２２）を成長させるステップからなる。ＡＩＮ核層４１５があることが好ましい。なぜなら、それはその後に基板４１０上に成長されるＭ極性バリア領域の成長を促進するからである。３族窒化層４２０は、Ｍ極性バリア領域が形成されるまでＡＩＮ核層４１５を酸化から保護する。図４はまた、フォトレジスト層４２５を例えばスピンコーティング等によって蒸着するステップ、及びフォトレジスト層４２５をパターンにングして１以上の開口部４３０を形成するステップの後の装置４００を示す。開口部４３０は発光結晶構造体４０５が形成される位置を基板４１０上に画定する。
【００３８】
図５は開口部４３０に露出されたバリア領域核層４０７を部分的に除去するステップ、及びフォトレジスト層４２５（図４）を除去するステップの後の装置４００を示す。バリア領域核層４０７の露出部分を除去して開口部４３０を基板４１０まで深めるために、例えばＣｌ及びＡｒからなるプラズマエッチングが用いられる。例えば、ガス組成が３０ｓｃｃｍのＣｌ及び１０ｓｃｃｍのＡｒからなるようにしてもよい。そして、フォトレジスト４２５が、アセトン、その後の１０：１（体積比）のＨ２ＳＯ４：Ｈ２Ｏ２への浸漬のような従来的なプロセスによって除去される。
【００３９】
図６は基板４１０上及び３族窒化物核層４２０上に第１のバリア領域６０５を形成するステップの後の装置を示す。３族窒化物からなり約１〜５ミクロンの範囲の厚さ６０７を有する第１のバリア領域６０５の層を成長させるために、例えばＭＢＥが用いられる。第１のバリア領域６０５の３族窒化物は核層４０７の３族窒化物核層４２０と組成がほぼ同じである。例えば、第１のバリア領域６０５及び３族窒化物核層４２０はともにＧａＮからなる。第１のバリア領域６０５はｎタイプ又はｐタイプ半導体結晶の一方からなり、これにより、ｎタイプバリア領域又はｐタイプバリア領域を形成する。例えば、第１のバリア領域６０５のＭＢＥ成長中に、それぞれシリコン又はマグネシウム等の適切なｎタイプ又はｐタイプドーパントが含まれてもよい。
【００４０】
第１のバリア領域６０５の層の好ましい実施例は成長したＭ極性面６１０及び成長したＮ極性面６１５からなる。即ち、バリア領域核層４０７上に成長した第１のバリア領域６０５の層はＭ極性面６１０を有する一方、開口部４３０から露出する基板４１０上に成長した第１のバリア領域６０５の層はＮ極性面６１５を有する。第１のバリア領域６０５がＭ極性６１０及びＮ極性面６１５を有することは、これによって第１のバリア領域６０５の傾斜面が形成されることになる基板４１０上の位置を予め画定できるので有利である。
【００４１】
例えば、図７に示すように、傾斜面７０５はＮ極性面６１５をウエットエッチングすることによって、例えば上記及び米国特許番号第６９８６６９３号に記載されるようにベースに形成してもよい。図７に示すように、第１のバリア領域６０５のＭ極性面６１０はウエットエッチングにはあまり影響を受けない。第１のバリア領域６０５が３族窒化物（例えばＧａＮ）からなるとき、Ｎ極性面６１５をウエットエッチングすることによって｛１１￣０１￣｝面のファミリーの迅速なエッチングが１以上の６角錐７１０を形成する。傾斜面７０５は角錐７１０の小面７１５からなる。場合によっては、傾斜面７０５は基板４１０の平坦面７２５に対して約５５°以上６５°以下の範囲の角度７２０を形成する。図７に示すように、ウエットエッチングによって複数の相互接続された角錐７１０を第１のバリア領域６０５のベース部７３０上に形成することができる。角錐７１０及びベース部７３０はともに第１のバリア領域６０５と同じ材料からなる。
【００４２】
図８は第２のバリア領域８０５を第１のバリア領域６０５上に形成するステップ、それによってジャンクション８１０を傾斜面７０５に形成するステップの後の装置１００を示す。第２のバリア領域８０５はｎタイプ又はｐタイプ半導体結晶のうちの第１のバリア領域６０５を構成しない方からなる。第２のバリア領域８０５の好ましい実施例は３族窒化物からなる。約５０から５００ナノメートルの範囲の厚さ８１５を有する３族窒化物からなる第２のバリア領域８０５の層を成長させるのにＭＢＥを用いることができる。ＭＢＥは、第２のバリア領域８０５を最小のばらつきの厚さ８１５で形成できるので好適である。場合によっては、第２のバリア領域８０５が、ベース部７３０上に複数の相互接続された角錐７１０にわたって、場合によっては角錐７１０の上に蒸着される。
【００４３】
図８にさらに示すように、量子ウェル８２０が、第２のバリア領域８０５を形成する前に第１のバリア領域６０５上に形成される。このような場合、ジャンクション８１０は量子ウェル８２０からなる。３族窒化物からなる量子ウェル８２０は、例えばベース部７３０上の複数の相互接続された角錐７１０上にＭＢＥを介して形成され、第２のバリア領域８０５は量子ウェル８２０上に形成される。
【００４４】
図９−１３は第１及び第２のバリア領域６０５及び８０５とのコンタクトを形成する際の選択されたステップを示す。図９は開口部４３０を第２のフォトレジスト９０５で充填するステップの後の装置１００を示す。フォトレジスト９０５はそれによって第１のバリア領域６０５、第２のバリア領域８０５及び選択的な量子ウェル８２０の、開口部４３０内部に位置する部分を覆う。
【００４５】
図１０は第１のバリア領域６０５のＭ極性面６１０を露出させるステップの後の装置１００を示す。例えば、第２のバリア領域８０５及び選択的な量子ウェル８２０の、開口部４３０の外部にありフォトレジスト９０５によって覆われていない部分を除去するのにＡｒ及びＣｌからなるプラズマエッチングを用いることができる。フォトレジスト９０５は、開口部４３０内の第１のバリア領域６０５、第２のバリア領域８０５及び選択的な量子ウェル８２０がエッチングされてしまうことから保護する。その後、フォトレジスト９０５は除去される。
【００４６】
図１１は第１のオーミックコンタクト１１０５を第１のバリア領域６０５のＭ極性面６１０上に蒸着するステップの後の装置１００を示す。第１のオーミックコンタクト１１０５は従来の金属リフトオフプロセスによって形成できる。例えば、第３のフォトレジスト１１１０が蒸着及びパターニングされて、発光結晶構造体４０５の周囲にも位置する開口部１１１５をバリア領域６０５に形成する。第１のコンタクト１１０５の材料（例えば、アルミニウム、チタン、金）が、電子ビーム蒸着のような従来の金属蒸着技術を用いて第１のバリア領域６０５のＭ極性面６１０上の開口部１１１５内に蒸着される。好適な実施例では、第１のコンタクト１１０５は、ｎタイプバリア領域として構成された第１のバリア領域６０５上に連続的に蒸着されたチタン、アルミニウム、チタン及び金の４層からなる。
【００４７】
図１２は第２のオーミックコンタクト１２０５を第２のバリア領域８０５上に蒸着するステップの後の装置１００を示す。例えば、第２のバリア領域８０５に第４のフォトレジスト１２１０が蒸着及びパターニングされて、発光結晶構造体４０５内に位置する開口部１２１５を形成する。図示するように、第２のバリア領域８０５は第１のバリア領域６０５のＮ極性面６１５にわたって又はその上に位置し、第２のコンタクト１２０５は第２のバリア領域８０５にわたって又はその上に位置する。実施例によっては、第２のオーミックコンタクト１２０５は第１のコンタクト１１０５とは異なる材料からなる。例えば、好適な実施例として、第２のコンタクト１２０５はｐタイプバリア領域として構成された第２のバリア領域８０５上にニッケル及び金の連続して蒸着された２層からなる。
【００４８】
図１３はフォトレジスト層１２１０（図１２）をリフトオフするステップの後の装置１００を示す。図１４は図１３に示したような装置１００の平面図である。図１３及び１４の実施例に示すように、第１のコンタクト１１０５はＭ極性面６１０の全体を覆う必要はない。これは、第１のバリア領域６０５のＭ極性面６１０を有する部分が第１のバリア領域６０５のＮ極性面６１５を有する部分に電気的に接触するからである。例えば、角錐７１０下部のベース７３０がＭ極性面６１０の下部にある第１のバリア領域６０５に触れている。従って、第１のコンタクト１１０５も構造体４０５の傾斜面７０５及びジャンクション８１０と電気的に接触している。
【００４９】
同様に、第２のコンタクト１２０５は構造体の各傾斜面７９５上に形成された第２のバリア領域８０５全体を覆う必要はない。第２のバリア領域８０５が第１のバリア領域６０５の相互接続された角錐７１０及びベース７３０を覆う均一な被覆を形成するときは、第２のバリア領域８０５上の任意の部分に接触する第２のコンタクト１２０５も構造体４０５の傾斜面７０５及びジャンクション８１０と電気的接触状態にある。構造体４０５を複数の相互接続された角錐７１０上を覆う第２のバリア領域８０５の均一な被覆で構成することによって、好適にも第２のコンタクト１２０５の配置に関して１つ多くの柔軟性をもたらす。これによって、第２のコンタクト１２０５を各角錐７１０上の特定の位置に配列しなければならなくなること（これは角錐７１０がウエットエッチングプロセスによって形成する正確な位置が予測できないので問題となる）を回避できる。
【００５０】
実施例が詳細に記載されたが、当業者であれば、本発明の範囲から離れることなく種々の変更例、代替例及び変形例を構成できるはずである。
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成21年3月27日(2009.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置であって、
ｎタイプ３族窒化物層及びｐタイプ３族窒化物層並びに該ｎタイプ３族窒化物層とｐタイプ３族窒化物層の間のジャンクションからなる構造体であって、該構造体が複数の角錐又はくさび形状を有する、構造体からなり、
該ジャンクションが量子ウェルを含み、
該ｎタイプ３族窒化物層と該ｐタイプ３族窒化物層の一方の連続面が該形状の外表面を形成している装置。
【請求項２】
請求項１の装置において、該ｎタイプ及びｐタイプ３族窒化物間に電圧が印加されるときに、該角錐又はくさび形状から発光するように該構造体が構成された装置。
【請求項３】
請求項２の装置において、該量子ウェルが量子ウェル層及びバリア層を有し、該量子ウェル層が該バリア層間に介在し、該量子ウェル層が一の３族窒化物からなり、該バリア層が他の３族窒化物からなる装置。
【請求項４】
請求項３の装置において、該量子ウェル層の該一の３族窒化物がガリウムとインジウムの合金又はガリウムとアルミニウムの合金からなり、該バリア層の該他の３族窒化物が窒化ガリウムからなる装置。
【請求項５】
請求項１の装置において、該形状が角錐形を有する装置。
【請求項６】
装置であって、
基板上の発光結晶構造体であって、該構造体がｎタイプバリア領域及びｐタイプバリア領域並びにその間のジャンクションを有し、該ジャンクションが、該基板の平坦面に対して傾斜したｎタイプバリア領域及びｐタイプバリア領域の１以上の面に位置する、発光結晶構造体からなり、
ｎタイプバリア領域及びｐタイプバリア領域の一方が、基板上でベース部を介して相互接続された１以上の該傾斜面からなり、ｎタイプバリア領域及びｐタイプバリア領域の他方が該傾斜面を連続的に被覆する外側層からなる装置。
【請求項７】
請求項６の装置において、該傾斜面が該基板の平坦面に対して５５°以上６５°以下の範囲の角度をなしている装置。
【請求項８】
装置を製造する方法であって、
発光結晶構造体を形成するステップからなり、該ステップが、
第１のバリア領域を基板上に形成するステップであって、該第１のバリア領域が該基板の平坦面に対する１以上の傾斜面を有し、該傾斜面が該基板のベース部を介して相互接続されている、ステップ、及び
該傾斜面にジャンクションを形成するために、第２のバリア領域を該第１のバリア領域上に形成するステップであって、該第１のバリア領域がｎタイプ半導体結晶又はｐタイプ半導体結晶の一方からなり、該第２のバリア領域がｎタイプ半導体結晶又はｐタイプ半導体結晶の他方からなり、該第２のバリア領域が該相互接続された傾斜面を連続的に被覆している、ステップ
を含む方法。
【請求項９】
請求項８の方法において、該第１のバリア領域が、該基板上のＡＩＮ層からなるバリア核層上に位置するＭ極性面、及びサファイアからなる該基板上に位置するＮ極性面からなり、該傾斜面が該第１のバリア領域のＮ極性面をウエットエッチングすることによって形成される方法。
【請求項１０】
請求項６の装置において、該ｎタイプ及びｐタイプ３族窒化物間に電圧が印加されるときに、該傾斜面から発光するように該発光結晶構造体が構成された装置。
【国際調査報告】
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2009543372.tif 000018
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