(57)【要約】      （修正有）【課題】ＵＶ  ＬＥＤ、特にＡ１Ｎ基板に製造されるＵＶ  ＬＥＤの接触冶金学と性能改良がこの種の装置の特性を改善するために必要である。【解決手段】滑らかなｐ―ＧａＮ（または、ｘ＜０．３の、ｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）層は、単結晶Ａ１Ｎ基板またはｘ＞０．６である単結晶ＡｌｘＧａ１−ｘＮ基板上の電子または光電式装置のアクティブ領域（例えば仮像のアクティブ領域）に生成される。この滑らかなｐ―ＧａＮまたはｘ＜０．３のｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮは、エッチングして一様に金属被覆するのが困難である凸凹の表面を最小化するかまたは実質的に除去するので、ｐコンタクトを利用するいかなる仮像の電子または光電式装置の製造の改良にも非常に望ましい。【選択図】図２
2018110235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外線（ＵＶ）発光装置に対するコンタクトを形成する方法であって、前記方法は、
ｙ≧０．４であるＡｌｙＧａ１−ｙＮ上面を有する基板を提供すること、
前記基板の上に、それぞれＡｌｘＧａ１−ｘＮを有する複数の層を含むアクティブ発光装置構造を形成すること、
前記アクティブ発光装置構造の上に、ドープされていないＡｌ１−ｚＧａｚＮの傾斜組成を有する傾斜組成層を形成するときに、前記傾斜組成層の組成をＧａ濃度ｚが前記発光層構造から離れる方向にそって増加するように形成すること、
前記傾斜組成層の上に、Ｇａ濃度ｗ≧０．８を有するｐ型ドープされたＡｌ1−wＧａｗＮキャップ層を形成すること、
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗が１．０ｍΩ−ｃｍ２未満を有し、少なくとも１つの金属を含む金属コンタクトを前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層の上に形成すること、
を含む、方法。
【請求項２】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層を形成することは、８５０℃と９００℃の間の温度および成長圧力５０Ｔｏｒｒ未満でエピタキシャル成長すること、を含む請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記成長圧力は２０Ｔｏｒｒである、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層は、Ｍｇでドープされている請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層は、少なくとも部分的に緩和されている請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記発光装置は２５％を超える光子抽出効率を有する請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記傾斜組成層および前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層は、前記発光装置構造により生成される３４０ｎｍ未満の波長を有するＵＶ光子の８０％未満を集合的に吸収する請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記金属コンタクトの少なくとも１つの金属はＮｉ／ＡｕまたはＰｄを含む請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記金属コンタクトは、前記発光装置構造により生成された光に対する６０％未満の反射率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属コンタクトは、前記発光装置構造により生成される光に対する３０％未満の反射率を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記金属コンタクトは、前記少なくとも１つの金属の複数の分離した線および／または画素として形成され、前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層の一部は前記金属コンタクトで覆われていない、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記金属コンタクトと前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層の前記金属コンタクトで覆われていない部分の上に反射板を形成することをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記反射板はＵＶ光に対して９０％を超える反射率と４．５ｅＶ未満の仕事関数を有する金属を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記反射板は５ｍΩ−ｃｍ２を超える前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記反射板は１０ｍΩ−ｃｍ２を超える前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記反射板はＡｌを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
前記発光装置は発光ダイオードを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１８】
前記アクティブ装置構造に最も近い前記傾斜組成層の底部は、直下のＧａ濃度とほぼ等しいＧａ濃度ｚを有し、前記傾斜組成層の前記底部と反対側の前記傾斜組成層の上面部はＧａ濃度ｚが１である、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層を形成することは、０．５ｎｍ／分と５ｎｍ／分の間の成長速度でエピタキシャル成長することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
前記傾斜組成層を形成することと前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層を形成することの間において、Ｇａ前駆体に露出することなく、前記キャップ層の前記ｐ型ドープ剤の前駆体に対して前記傾斜組成層の表面を露出させることをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記キャップ層の前記ｐ型ドープ剤はＭｇを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板は、ドープされているか、またはドープされていないＡｌＮを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層は２ｎｍと３０ｎｍの間の厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層は５０ｎｍ未満の厚みを有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２５】
紫外線（ＵＶ）発光装置であって、
ｙ≧０．４であるＡｌｙＧａ１−ｙＮ上面を有する基板と、
それぞれＡｌｘＧａ１−ｘＮを有する複数の層を含む、前記基板の上に配置される発光装置構造と、
前記装置構造の上に配置されるドープされていないＡｌ１−ｚＧａｚＮの傾斜組成を有する傾斜組成層であって、前記傾斜組成層の組成はＧａ濃度ｚが前記発光層構造から離れる方向にそって増加する、傾斜組成層と、
前記傾斜組成層上に配置されるｐ型Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層であって、Ｇａ濃度ｗ≧０．８を有する、ｐ型ドープされたＡｌ1−wＧａｗＮキャップ層と、
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層上に配置され、少なくとも１つの金属を含み、前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する１．０ｍΩ−ｃｍ２未満の接触抵抗を有する金属コンタクトと
とを含む、発光装置。
【請求項２６】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層はＭｇでドープされている請求項２５に記載の発光装置。
【請求項２７】
前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層は少なくとも部分的に緩和されている請求項２５に記載の発光装置。
【請求項２８】
前記発光装置は２５％を超える光子抽出効率を有する請求項２５に記載の発光装置。
【請求項２９】
前記傾斜組成層と前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層は、前記発光装置構造により生成される３４０ｎｍ未満の波長を有するＵＶ光子の８０％未満を集合的に吸収する請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３０】
前記金属コンタクトの前記少なくとも１つの金属はＮｉ／ＡｕまたはＰｄを含む請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３１】
前記金属コンタクトは、前記発光装置構造によって生成される光に対する反射率が６０％未満を有する、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３２】
前記金属コンタクトは、前記発光装置構造によって生成される光に対する反射率が３０％未満を有する、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３３】
前記金属コンタクトは、前記少なくとも１つの金属の複数の分離した線および／または画素の形を有し、前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層の一部は前記金属コンタクトで覆われていない、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項３４】
前記金属コンタクトと前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層の前記金属コンタクトで覆われていない部分の上に反射板をさらに有する、請求項３３に記載の発光装置。
【請求項３５】
前記反射板はＵＶ光に対して９０％を超える反射率と４．５ｅＶ未満の仕事関数を有する金属を含む、請求項３４に記載の発光装置。
【請求項３６】
前記反射板は５ｍΩ−ｃｍ２を超える前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗を有する、請求項３４に記載の発光装置。
【請求項３７】
前記反射板は１０ｍΩ−ｃｍ２を超える前記Ａｌ1−wＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗を有する、請求項３４に記載の発光装置。
【請求項３８】
前記反射板はＡｌを含む、請求項３４に記載の発光装置。
【請求項３９】
前記発光装置は発光ダイオードを含む、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項４０】
前記アクティブ装置構造に最も近い前記傾斜組成層の底部は、直下のＧａ濃度とほぼ等しいＧａ濃度ｚを有し、前記傾斜組成層の前記底部と反対側の前記傾斜組成層の上面部はＧａ濃度ｚが１である、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項４１】
前記基板は、ドープされているか、またはドープされていないＡｌＮを含む、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項４２】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層は２ｎｍと３０ｎｍの間の厚みを有する、請求項２５に記載の発光装置。
【請求項４３】
前記ＡｌｘＧａ１−ｘＮキャップ層は５０ｎｍ未満の厚みを有する、請求項２５に記載の発光装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）  
この出願は２０１３年３月１５日に出願の米国の仮特許出願第６１／７８８，１４１号の利益および優先権を主張する。この出願の全ての開示は引用により本願明細書に組み込まれたものとする。
【０００２】
（政府サポート）
本発明は、米国陸軍との契Ｗ９１１ＮＦ―０９―２―００６８の下で、米国政府サポートによってなされたものであり、米国政府は、本発明の特定の権利がある。
【０００３】
各種実施形態において、本発明は、高アルミニウム含有電子および光電式装置へのキャリア注入効率（例えば正孔注入効率）を改善することに関する。本発明の実施形態は、また、窒化物系基板上に組み立てられる紫外線光電子装置の改良、特に、該装置からの光抽出の改良に関するものである。
【背景技術】
【０００４】
短波長紫外線発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）すなわち窒化物半導体システムに基づいて３５０ｎｍ未満の波長の光を発するＬＥＤは、アクティブ領域における高い欠陥レベルのため限界に達したままである。これらの限界は、特に２８０ｎｍ未満の波長の光を発するように設計された装置において問題（顕著な）を有する。特にサファイヤのような異物の基板の上に形成される装置の場合、欠陥密度はそれらを減らす重要な努力にもかかわらず高いままである。これらの高い欠陥密度はこの種の基板上で成長する装置の効率性と信頼性を制限する。
【０００５】
最近の低欠陥の導入により、結晶性の窒化アルミニウム（Ａ１Ｎ）基板は、これらの装置のアクティブ領域に少ない欠陥を有するという利点による窒化物ベースの光電式半導体装置（特に高いアルミニウム集中を有するそれら）を劇的に改良する可能性を有する。例えば、ＡＩＮ基板上に仮像形態的に大きくなるＵＶ  ＬＥＤは、他の基板の上に形成される類似の装置と比較してより高い効率、より高い力およびより長い寿命を有することが示された。通常、これらの仮像のＵＶ  ＬＥＤは「フリップチップ」構造中に包装されるために載置される。ここで、装置のアクティブ領域において発生する光はＡＩＮ基板を通過して発光される。その一方で、ＬＥＤ型は電気および熱ＬＥＤチップと接触するために用いるパターン化されたサブマウントに接着されるそれらの前表面（すなわちエピタキシャル成長の間の装置の上面および接着することより前の最初のデバイス製造）を有する。良好なサブマウント材料は、ＡＩＮチップを有することによる比較的良好な熱膨張マッチのため、そして、この材料の高い熱伝導率のため、多結晶（セラミック）ＡＩＮである。この種の装置の活性デバイス領域において達成可能である高い結晶完全のため、６０％より大きい内部効率が示された。
【０００６】
残念なことに、光子―抽出効率はこれらの装置にしばしばまだ非常に乏しく、表層パターニング技術を使用して４％から約１５％の範囲が成し遂げられる、―多くの可視光（または「可視」）ＬＥＤによって呈されるものよりずっと低い。このように、短波長ＵＶ  ＬＥＤの電流生成はわずか２、３パーセントの低い埋め込みコンセント効率（ＷＰＥｓ）を有する。ここで、ＷＰＥは装置に供給される電力に対するダイオードから到達される使用可能な光電力（この場合、紫外線を発した）の比率として定義される。ＬＥＤのＷＰＥは、電気効率（ηβι）、光子抽出効率（ηεχ）および内部効率（ＩＥ）の製品をとることによって算出されることができる。すなわち、ＷＰＥ＝ηｅｌ× ηｅｘ×ＩＥである。ＩＥそのものは、電流の注入効率（ηｉｍｊ）および内部量子効率（ＩＱＥ）の積である。すなわち、ＩＥ＝ηｉｍｊ×ＩＱＥである。このように、ＩＥが、例えば、装置のためのプラットフォームとして上記で示されるＡＩＮ基板の使用によって可能にされる内部結晶欠陥の減少を経て改善された後でさえ、低いηβχはＷＰＥに有害な影響を与える。
【０００７】
低い光子―抽出効率のいくつかの可能な誘因がある。例えば、現在入手可能なＡＩＮ基板はＡＩＮ（約２１０ｎｍ）のバンド端より長い波長でさえ、一般にＵＶ波長範囲のいくらかの吸収を有する。この吸収は基板に吸収されている装置のアクティブ領域において発生する紫外線の一部に結果としてなる傾向がある、それゆえに、基体表面から発される光の量を減弱させる。しかしながら、この損失メカニズムは、米国特許第８，０８０，８３３号（「８３３特許」その全体の開示は、本願明細書において引用により組み込まれたものとする）および／または米国特許第８，０１２，２５７号（それの全ての開示は、本願明細書において引用したものとする）にて説明したように、ＡＩＮ基板の吸収を減らすことによってＡＩＮを希釈化することによって緩和されることができる。加えて、生成された光子の約５０％がｐコンタクトの方向を目指すので、ＵＶ  ＬＥＤは概して被害を被る。そして、それは概して光子吸収ｐ―ＧａＮを含む。光子がＡＩＮ面の方向を目指すときでも、わずか９．４％は概してＡＩＮの高屈折率のため未処置の表面から逃げ、小さい脱出円錐となる。これらの損失は倍数的に増加し、平均光子抽出効率はかなり低くてもよい。
【０００８】
Ｇｒａｎｄｕｓｋｙ等によって（ＪａｍｅｓＲ．Ｇｒａｎｄｕｓｋｙ等、２０１３応用物理学エキスプレス、第６巻、Ｎｏ．３、以下「Ｇｒａｎｄｕｓｋｙ  ２０１３」（本開示の全てが引用により本明細書に組み込まれる）と呼ぶ）最近の刊行において示されるように、無機（通常、堅い）レンズの付着を経てＬＥＤダイＡｌＮ基板中にカプセル材の（例えば有機、ＵＶ耐性カプセル化合物）の薄い層を経て直接ＬＥＤまで成長した仮像ＵＶ  ＬＥＤにおける光抽出効率を１５％に増加させることは可能である。このカプセル化方法は、２０１２年７月１９日に出願の米国特許出願番号第１３／５５３，０９３号にも開示されるが（「’０９３出願」その開示の全体が引用により本願明細書に組み込まれる）は半導体ダイの上面による全反射の臨界角を増加させ、ＵＶ  ＬＥＤのための光子―抽出効率を大幅に向上させる。加えて、そして、上記したように、’８３３特許に記載されるように、光子抽出効率はＡＩＮ基板を薄くすることによって、そして、ＡＩＮ基体表面の表層を粗くすることによって増加することができる。
【０００９】
残念なことに、これらの努力はいずれもこれらの装置に対するｐ―コンタクトのために利用されるｐ―ＧａＮの吸収による光子の主要な損失を解決しない。Ｇｒａｎｄｕｓｋｙ  ２０１３によって記載される仮像のＵＶ装置の類型においては、装置のｐ側に比較的低い抵抗接触ができるので、ｐ―ＧａＮはＬＥＤにｐ―コンタクトを作るために使用される。しかしながら、ＧａＮのバンド・ギャップ・エネルギーはわずか３．４ｅＶであり、したがって３６５ｎｍより短い波長を有する光子を十分に吸収する。柱状発生する光子の５０％がｐコンタクトに向かうので、これらの光子はｐ―ＧａＮ中への吸収のため通常直ちに失われる。加えて、ダイオードの放出表面に向けられる光子にさえ通常一回の逃げる機会があるだけであるが、それらがダイオードの中へと戻るならば、それらは多分にｐ―ＧａＮ吸収される。ｘが０．３より大きいｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮと低抵抗で接触することは非常に困難であるので、従来ｐ―ＧａＮが利用されている。加えて、ｐ型窒化物半導体に低抵抗力でコンタクト可能な金属は、通常反射性が劣る。多くの通常の金属がその領域で強く吸収し始めるので、ＬＥＤの所望の波長から３４０ｎｍ未満のときに、この反射率の問題は特に悪化する。
【００１０】
また、正孔電流がｐ―金属コンタクトから、及びその下で十分に広がるように、従来の研究は厚いｐ―ＧａＮ層（またはｘ＜０．２を有するｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層）を使用することを示唆した。この方法は、より短波長におけるｐ―ＧａＮまたはｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ材料の高い吸収のために、３００ｎｍより短い波長の光を発行装置には一般に機能しない。
【００１１】
あるいは、上述した欠点は、ＬＥＤのｐ―側上の非吸収ｐ型半導体の使用およびＵＶ光子を反射するｐ―接触冶金学の使用によって克服されるかもしれない。しかしながら、これらの方法はｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層が３００ｎｍより短い波長で紫外線を光学的に透過するのに十分薄いｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮの複数の層を使用するため、従来の方法は仮像のＵＶ  ＬＥＤに不相応である。この種の多層構造は仮像のデバイス構造体（下側基板がｘ＞０．６を有するＡ１ＮかＡｌｘＧａ１−ｘＮである）に発達させるのが非常に困難である。その理由は、大量の歪（格子の不整合性のため）が細いＧａＮ（または低いアルミニウム含有量のＡｌｘＧａ１−ｘＮ）を島状に生じさせ、非常に粗くなるからである。Ｇｒａｎｄｕｓｋｙ  ２０１３紙において、粗い接触は、ｐ型ＧａＮ層を十分に厚くすることによって解決される。しかしながら、この種の層は、上記のように、ＵＶ光子を吸収して、ＵＶ  ＬＥＤ装置効率を減弱させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従って、前述のように、ＵＶ  ＬＥＤ、特にＡ１Ｎ基板に製造されるＵＶ  ＬＥＤの接触冶金学と性能改良がこの種の装置の特性、例えばＷＰＥを改善するために必要である。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の各種実施形態において、滑らかなｐ―ＧａＮ（または、ｘ＜０．３の、ｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）層は、単結晶Ａ１Ｎ基板またはｘ＞０．６である単結晶ＡｌｘＧａ１−ｘＮ基板上の電子または光電式装置のアクティブ領域（例えば仮像のアクティブ領域）に生成される。この滑らかなｐ―ＧａＮまたはｘ＜０．３のｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮは、今後、ＳＰＧ層と省略される。ＳＰＧ層は、エッチングして一様に金属被覆するのが困難である凸凹の表面を最小化するかまたは実質的に除去するので、ｐコンタクトを利用するいかなる仮像の電子または光電式装置の製造の改良にも非常に望ましい。本発明の各種実施形態において、ＳＰＧ層は、３４０ｎｍより短い波長を有する紫外線を透過するために十分に薄くされることもできる。薄い、ＵＶ透過性のＳＰＧ層はＳＰＧ層に反射する金属コンタクトと結合されることができ、この二分子層構造は効率的にＵＶ光電式デバイスに正孔を注入して、ｐコンタクトからＵＶ光子を反射するために用いることができる。本発明の各種実施形態において、適切に設計されたＵＶ反射する接触と結合されるときに、薄い、ＵＶ透明なＳＰＧ層によって仮像のＵＶ  ＬＥＤが２５％より大きい光子抽出効率を有するＡ１Ｎ（またはｘ＞０．６を有するＡｌｘＧａ１−ｘＮ）基板を製造することができる。仮像のＵＶ  ＬＥＤ上の薄いＳＰＧ層は、３０Ａ／ｃｍ２を超える電流密度で２７５ｎｍより短い波長で１０％より大きいＷＰＥを達成するために、反射板金属コンタクトと結合されることができる。
【００１４】
本発明の更なる実施例において、ＳＰＧ層と低抵抗接触することができる第１の金属層はＳＰＧ層上に配置されてパターン化される。第１の金属層の結果として生じる隙間は、ＵＶ光子の効率的なリフレクタである第２の金属層の堆積によって埋められることができる。このように、２つの金属構造は低い接触抵抗および高い反射率の二重効果を提供する。そして、その両方はＵＶ  ＬＥＤの性能を高める。
【００１５】
一実施形態において、Ａｌは２６５ｎｍの波長を有する光に対する９０％を超える反射率を有するので、反射板金属として用いられることができる。しかしながら、Ａｌは、その低い仕事関数（４．２６ｅＶ）のため、ｐ型ＧａＮまたはｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮに対して低い接触抵抗を得るためには全く劣っている。Ａｌ／窒化物境界の高い抵抗力は、低い抵抗力のコンタクト金属の領域によって解決される。しかしながら、コンタクト金属によるＵＶ光子の吸収を防止するために、本発明の好ましい実施形態においては、コンタクト金属および半導体表面のほぼ全域を覆っているコンタクト金属―半導体接触領域より下にある半導体の間の限られた接触領域だけを利用する。例えば、いくつかの実施形態において、（i）半導体表面の１０％を超える面積のコンタクト金属によって覆われる、しかし、（ii）半導体表面の７０％未満、６０％未満、５０％未満または４０％未満さえコンタクト金属によって覆われるが、半導体表面の残りの部分は紫外線の有害な吸収を最小化するために反射板金属によって覆われる。
【００１６】
本発明の一実施形態は、ＵＶ発光デバイスにコンタクトを形成する方法を特徴とする。ｙ≧０．４（および≦１．０）のＡｌｙＧａ１−ｙＮの上面を有する基板が提供される。基板は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ材料（例えばΑｌΝ）から、ほぼ全部からなることができる。または、基板は、例えば、エピタキシャル成長によってその上にＡｌｙＧａ１−ｙＮが形成された異なる材料（例えば炭化ケイ素、シリコンおよび／またはサファイヤ）を含むかまたは基本的に成ることができる。この種の材料は、ほぼ完全に、緩和される格子でもよく、例えば、少なくとも１μｍの厚みを有することができる。活性の発光デバイス構造体は基板上に形成され、デバイス構造体は各々ＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むかまたは基本的に成る複数の層を含むかまたは基本的に成る。ドープされていない傾斜Ａｌ１−ｚＧａｚＮ層は、Ｇａ濃度ｚが発光デバイス構造体から離れる方向において増加するように、傾斜組成層の濃度はＧａ濃度ｚが傾斜的に形成される（例えば、Ｇａ濃度ｚは、傾斜組成層の最上位でデバイス構造体をすぐ近くの約０．１５の構成から、約１の構成に増やすことができる。）ｐドープされたＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層は、（i）２ｎｍと約３０ｎｍ間の厚みを有するキャップ層、（ii）２００のμｍ  ×  ３００μｍのサンプル・サイズを超える６ｎｍ未満の表層粗さ、および（iii）Ｇａ濃度＞０．８、により形成される。少なくとも一つの金属を有する金属コンタクトは、Ａｌｘ―ｗＧａｗＮキャップ層を覆って形成され、金属コンタクトは、１．０ｍΩ−ｃｍ２未満のＡｌ１―ｗＧａｗＮキャップ層に対する接触抵抗力を有する。
【００１７】
本発明の実施形態は、以下の一つ以上を様々な組合せのいずれかに含むことができる。Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の形成は、５０Ｔｏｒｒ未満、例えば１０Ｔｏｒｒと３０Ｔｏｒｒの間、例えば２０Ｔｏｒｒの成長圧力で、８５０°Ｃと９００°Ｃの間の温度におけるエピタキシャル成長を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層は、マグネシウムによって不純物を添加されることができ、および／または少なくとも部分的に緩和することができる。発光デバイスは、２５％を超える光子抽出効率を有することができる。傾斜組成層およびＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層は、発光デバイス構造体によって発生して、３４０ｎｍ未満の波長を有している８０％未満のＵＶ光子を集合的に吸収することができる。金属コンタクトの少なくとも一つの金属は、Ｎｉ／Ａｕおよび／またはＰｄを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。金属コンタクトは、約６０％以下または約３０％以下のさえ発光デバイス構造体によって発生する光に、反射率を有することができる。金属コンタクトは少なくとも一つの金属の複数の区別された線および／または画素として形成されることがで、Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の部分が金属コンタクトによって覆われない。反射板は、金属コンタクトおよびＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の覆いのない部分上に形成される。反射板は、６０％を超えるまたは９０％を超える紫外線に対する反射率と４．５ｅＶを未満の仕事関数を有する金属を含むかまたは基本的に成ることができる。反射板は、５ｍΩ―ｃｍ２を超えるかまたは１０ｍＱ―ｃｍ２をも超えるＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層に、接触抵抗力を有することができる。反射板は、Ａｌを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。
【００１８】
発光装置は、発光ダイオードまたはレーザーを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。作動中の装置構造のすぐ近くの傾斜組成層の底部は、その直下層のＧａ濃度にほぼ等しいＧａ濃度を有することができ、および／または傾斜組成層の底部の反対側の傾斜組成層の上部は、約１のＧａ濃度ｚを有することができる。Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の形成は、０．５ｎｍ／分および５ｎｍ／分との間に成長率でエピタキシャル成長を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。傾斜組成層の形成とＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の形成との間に、段階的な層の表面は、Ｇａ前駆体への暴露のないキャップ層のｐ型ドーパントの前駆体にさらされることができる。キャップ層のｐ型ドーパントは、マグネシウムを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。基板は、基本的にドーピングされるか、されていないＡ１Ｎから成ることができる。
【００１９】
別の側面において、本発明の実施形態は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ上面（ｙ≧０．４および≦１．０）を有する基板を含んでいるかまたは基本的に成っているＵＶ発光デバイスであって、発光デバイス構造体が基板上に配置され、デバイス構造体は、各々デバイス構造体上に配置されているドープされていない傾斜Ａｌ１−ｚＧａｚＮ、層を含んでいるかまたは基本的に成っている複数の層を含んでいるかまたは基本的に成り、傾斜組成層の組成はＧ濃度ｚが発光装置構造から離れる方向で増加し、（i）２ｎｍと３０ｎｍの間の厚みを有するｐドープされたＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層、（ii）２００のμｍ  ×  ３００μｍのサンプル・サイズを超える６ｎｍ未満の表層粗さ、および（iii）Ｇａ濃度ｗ＞０．８を有するｐドープＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層、Ａｌ１−ｗＧａｗＮ上に配置され、少なくとも１つの金属を含むか基本的に成る金属コンタクトであって、Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層への接触抵抗が１．０ｍΩ−ｃｍ２未満を有する金属コンタクトを有する。基板は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ材料（例えばΑｌΝ）から実質的に完全に成ることができ、または、基板は、材料が例えばその上にエピタキシャル成長によって形成されるＡｌｙＧａ１−ｙＮを有する異なる材料（例えば炭化ケイ素、シリコンおよび／またはサファイヤ）を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。この種の材料は緩和されたほぼ完全な格子でもよく、例えば、少なくとも１μｍの厚みを有することができる。
【００２０】
本発明の実施形態は、以下の一つ以上を様々な組合せのいずれかに含むことができる。Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層は、マグネシウムによりドープされることができおよび／または少なくとも部分的に緩和することができる。発光デバイスは、２５％を超える光子抽出効率を有することができる。傾斜組成層およびＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層は、発光デバイス構造体によって発生し３４０ｎｍ未満の波長を有しているＵＶ光子を８０％未満集中的に吸収することができる。金属コンタクトの少なくとも一つの金属は、Ｎｉ／Ａｕおよび／またはＰｄを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。金属コンタクトは発光デバイス構造体によって発生する光に対して約６０％未満または約３０％未満の反射率を有することができる。
【００２１】
金属コンタクトは少なくとも一つの金属の複数の区別された線の形および／または画素の形態を有し、Ａｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の一部が金属コンタクトによって覆われていない。反射板は、金属コンタクトおよびＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層の覆いのない部分の上に配置されることができる。反射板は、６０％を超えるまたは９０％を超える紫外線に対する反射率および４．５ｅＶ未満の仕事関数を有するさえ金属含むかまたは基本的に成ることができる。反射板は、５ｍΩ―ｃｍ２または１０ｍΩを―ｃｍ２をも超えるＡｌ１−ｗＧａｗＮキャップ層に接触抵抗力を有することができる。反射板は、Ａｌを含むかまたは基本的に成ることができる。発光デバイスは、発光ダイオードまたはレーザーを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。すぐ近くの段階的な層の中で最後の部分、作動中のデバイス構造体は直接その下で層のＧａ濃度に実質的に等しいＧａ濃度ｚを有することができ、および／または段階的な層の底の部分の反対側の段階的な層の上部部分は、約１のＧａ濃度ｚを有することができる。基板は、基本的にドーピングしたか投与されていないＡ１Ｎから成ることができる。
【００２２】
これらの、そしてまた他の、目的は、開示されることの本願明細書において本発明効果および特徴とともに、以下の説明、添付の図面および請求項の参照によってより明らかになる。さらにまた、本願明細書において記載されている各種実施形態の特徴が排他的でなくて、さまざまな組合せおよび順列の中に存在することができることを理解すべきである。
ここで使用しているように、用語は、「実質的に」±１０％および実施例によっては±５％を意味する。期間、「さもなければ本願明細書において定められない限り、基本的に、機能するために貢献する他の材料を除外している手段から成る。にもかかわらず、他の材料は、集合的に、または、個々に、結果的に総計に存在してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
図面において、同じ参照符号は、異なる図の全体にわたって同じパーツを参照する。また、図面は必ずしも一定の比率であるわけではなく、むしろ強調が一般に、本発明の原則を例示することに置かれる。以下の説明では、本発明の各種実施形態は、以下の図面に関して記載されている。
【図１】図１は、ＬＥＤ装置のための従来のコンタクト層の光学プロフィロメトリ表層粗さスキャンである。
【図２】図２は、本発明の各種実施形態の発光デバイスのためのコンタクト層の光学プロフィロメトリ表層粗さスキャンである。
【図３Ａ】図３Ａは、本発明の各種実施形態の発光デバイスの模式的な断面図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、本発明の各種実施形態の発光デバイスの模式的な断面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、本発明の各種実施形態の発光デバイスのためのおおっている層の原子力顕微鏡検査スキャンである。
【図４Ｂ】図４Ｂは、発光デバイスのための従来のキャップ層の原子力顕微鏡検査スキャンである。
【図５】図５は、本発明の各種実施形態の発光デバイス一部の模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
本発明の実施形態は、ｙ≧０．４（および≦１．０）のＡｌｙＧａ１−ｙＮ上面を有する基板上の仮像のＡｌｘＧａ１−ｘＮ電子回路および発光デバイスを含む。基板は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ材料（例えばΑｌΝ）から、実質的に完全に成ることができ、または、基板は、材料が例えばそれを越えて、生じたＡｌｙＧａ１−ｙＮによって異なる材料（例えば炭化ケイ素、シリコンおよび／またはサファイヤ）を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。この種の材料は、実質的に完全に、緩和される格子でもよく、例えば、少なくとも１μｍの厚みを有することができる。
本発明の好ましい実施形態の発光デバイスは紫外線の放射のために構成されるにもかかわらず、基板は紫外線（例えばシリコン）を透過する必要はない。これは、次のことの故である。それはデバイス製造の間、部分的に、または、実質的に取り除かれることができる。）本発明の実施例による装置も、滑らかである（すなわち、約６ｎｍを下回る平方二乗平均（Ｒｑ）面粗さを有しているか、約１ｎｍを下回るさえ）細いｐ―ＧａＮまたはｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮコンタクト層を有する。粗さは約２００μｍ×約３００μｍ、例えば、約２３３μｍ×約３０６．５μｍのサンプル・サイズ上の光学的プロフィロメトリによって特徴づけることができる。図１は、３３ｎｍのＲｑ値を有する従来の凸凹のコンタクト層面のプロフィロメトリ走査を表す。対照的に、図２は、わずか約６ｎｍのＲｑ値を有する本発明の実施形態のなめらかな接触面を表す。
【００２５】
本発明の好ましい実施形態において、装置のアクティブ領域のらせん転位密度（ＴＤＤ）は、１０５ｃｍ−２未満である。さらに、他の好ましい実施形態では、薄いｐ―ＧａＮまたはｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（ＳＰＧ）最終層は、３４０ｎｍより短い波長を有する光が最小の吸収は、すなわち８０％、５０％以下または４０％以下よりさえ少しも大きくない単一のパスの吸収によって送信されることができるために、十分に薄い。ＳＰＧ層の、または、ＳＰＧ層のための所与の厚みのＡｌの濃度を上昇させることによる厚みを減少させることによって、３４０ｎｍより短い波長のＵＶ吸収は、５０％まで、２５％まで、１０％まで、または、５％以下までさえ減少することができる。例えば、２６５ｎｍで作動するように設計されたＵＶ  ＬＥＤのために、ｐ―ＧａＮ層のこの放射線の吸収係数は、１．８×ｌ０５ｃｍ−１である。表１は、さまざまなＡｌ内容ｘのＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のためのさまざまな厚み―吸収関係および様々な放出波長のための厚みを例示する。表１において、４０％のＡｌの層２６５ｎｍまで発光波長の吸収値が示されるが、このように、この種の層はより大きい波長において実質的に透明になる。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
光子抽出効率を改善して、ｐ型材料に向けられる光子の抽出を可能にするために、それらが装置から引き抜かれることができるように、ＵＶ反射板は送信された光子を反射して、Ａ１Ｎ基板にそれらを向けるためにデバイス構造体にもたらされることができる。可視ＬＥＤにおいて、銀は可視ＬＥＤ構造にオームの接触を形成して、可視光子に反射するので、これは銀のｐコンタクトを用いてしばしば達成される。また、可視ＬＥＤを形成する層は、通常、量子ウェルにおいて発生している光子を透過する。しかしながら、銀の反射率は、ＵＶ範囲において急速に低下する。Ａｌを除いて大部分の通常の金属の反射率は、波長が低下してＵＶ範囲になるにつれて低下する。残念なことに、ｐ型ＧａＮまたはＡｌｘＧａ１−ｘＮに良好なオーム接触を形成しない。
このように、良好なオーム接触を成し遂げると共に、光子を反射するために、ほぼ無反射性（少なくともＵＶ光子に）接触冶金学（例えばＮｉ／ＡｕまたはＰｄ）が、コンタクト層上に形成されるが、半導体の上の接触の表層「足跡」を減らすためにパターン化されることができる。このように、ＵＶ光子に無反射であるデバイス層の上の表面積は最小化され、半導体に対する良好なオーム接触は成し遂げられる。少なくとも一部のＵＶ光子を反射するために、Ａｌのような反射する金属は、無反射コンタクト面積との間の半導体上に直接設けることができる。反射する金属は無反射金属とのオーム接触を作り、無反射金属によって形成される優れた金属―半導体コンタクトを利用して、ＬＥＤに電気接触を可能にする。
【００２８】
このような実施形態では、ＧＰＳ層は、ｘ＜０．３のｐ―ＧａＮまたはｐ―ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。ＳＰＧ層とその下のＡｌＮ基板の間に格子不整合歪（これはＳＰＧ層を粗くする）が低下するにつれて、通常、Ｇａ含有量が減少するのでより厚いＳＰＧ層が利用される。しかしながら、ＳＰＧ層のＧａ含有量は、高くドープされた低抵抗層を可能にするために、好ましくは７０％以上に維持される。
【００２９】
マグネシウムがドープされるｐ型ＡｌｘＧａ１−ｘＮ層のために、Ａｌモル分率（ｘ）が増加するにつれて、マグネシウム不純物の活性化エネルギーは増加する。これはマグネシウム低活性化をもたらし、Ａｌモル分率が増加するにつれて、低い正孔濃度に結果としてなる。これの１つの解決法は分極化によって誘発されたドーピングを利用することであり、堆積されるときに高いｘから低いｘにＡｌｘＧａ１−ｘＮ層の傾斜組成によって達成される。これは、従来の不純物ドーピングによって成し遂げられることができるより非常に高い正孔濃度を成し遂げるために用いることができる。加えて、この技術は、不純物散乱の不足のため改良されたキャリア移動度に結果としてなり、正孔濃度の温度依存を減らした。高い正孔濃度は、不純物ドーピングがない場合または不純物ドーピングに加えて成し遂げられることができる。本発明の好ましい実施形態は、仮像形態傾斜組成層における低転位密度を特徴とし、薄い透明層から高い導電性と改良された電流広がりを可能とする。これらの高い正孔濃度は、低い抵抗力とのｐコンタクトを成し遂げることを可能にする。特に、１０ｍΩ―ｃｍ２未満の抵抗力は、本発明の実施形態によって成し遂げられることができる。他の好ましい実施形態では、５ｍΩ―ｃｍ２未満の抵抗力は、ＵＶ  ＬＥＤにおいて成し遂げられ、利用される。１０ｍΩ―ｃｍ２の抵抗力との接触のために、装置は、反射金属に対するコンタクト金属の比を１：３として３０Ａ／ｃｍ２で作動されることができ（詳細は上記）、０．００３３のｃｍ２の装置領域を有する１．２Ｖ未満のｐコンタクトに渡って電圧低下を成し遂げる。ｐコンタクト面積の７５％を良好な反射金属で覆って、８０％未満の吸収を有するＳＰＧ層を使用することによって、特に上記の効率的な光子抽出技術と結合されるときに、光子抽出効率を２５％より大きいＵＶ  ＬＥＤにおいて成し遂げることは可能である。２５％を超える高い光子抽出効率が上記の低抵抗力接触と結合されるときに、本発明の実施形態は３０のＡ／ｃｍ２を上回っている操作の電流密度で１０％より大きい壁プラグ効率を呈する。
【００３０】
図３Ａは、本発明の実施形態の仮像の紫外線発光ダイオード（「ＰＵＶＬＥＤ」）構造３００を表す。半導体基板３０５は、例えば、ｙ≧０．４（および≦１．０のＡｌｙＧａ１−ｙＮ上面を有する基板が設けられている。基板は、ＡｌｙＧａ１−ｙＮ材料（例えばΑｌΝ）から、ほぼ完全に成ることができ、または、基板は、材料が例えばそれを越えて、生じたＡｌｙＧａ１−ｙＮによって異なる材料、例えば炭化ケイ素、シリコンおよび／またはサファイヤを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。この種の材料は、実質的に完全に、緩和される格子でもよくて、例えば、少なくとも１μｍの厚みを有することができる。上記したように、デバイス製造の間、部分的にまたは実質的に取り除くことができるため、基板３０５は紫外線（例えばシリコン）を透過する必要はない。半導体基板３０５はそのｃ軸およびそのサーフェス法線の間の角度が約０°と約４°の間になるように、半導体基板３０５はミスカットされることができる。例えば、好ましい実施形態、半導体基板３０５がミスカットされないためには半導体基板の表面の誤った方向付けは約０．３°未満である。他の実施形態において、半導体基板３０５の表面の誤った方向付けは、故意に、そして、制御可能にミスカットされる半導体基板３０５のためには、例えば、約０．３°より大きい。好ましい実施形態において、ミスカットの方向は、ａ軸向きである。半導体基板３０５の表面は、グループ―Ｉｌｌ（例えば、Ａ１）両極性またはＮ―両極性を有することができて、例えば、化学的・機械的研磨によって平坦化されることができる。半導体基板のＲＭＳ面粗さは好ましくは１０μｍ×１０μｍ面積で０．５ｎｍ未満である。いくつかの実施形態では、原子間力顕微鏡で調査されるときに、原子レベルの段差は表面に検出可能である。半導体基板３０５のらせん転移密度は、例えば、４５０℃で５分間のＫＯＨ―ＮａＯＨ共晶エッチングの後のエッチピット密度を使用して測定されることができる。いくつかの実施形態において、基板３０５は、さらにより低いらせん転移密度を有する。半導体基板３０５は、例えばＡ１Ｎの半導体基板３００に存在する同じ半導体材料を含むかまたは基本的に成るホモエピタキシャル層（図示せず）で上面をおおわれてもよい。
【００３１】
実施形態において、任意の傾斜組成バッファ層３１０は、半導体基板３０５の上に形成される。傾斜組成バッファ層３１０は、一つ以上の半導体材料（例えばＡｌｘＧａ１−ｘＮ）を含むことができるかまたは基本的に成ることができる。好ましい実施形態において、傾斜組成バッファ層３１０は、二次元の成長を促進し、有害な島（このような島は望ましくない弾性歪の除去および／または傾斜組成バッファー層３１０およびその後に成長した層の表面粗さをもたらす）を避けるために、境界面において半導体基板３０５とほぼ同じ組成を有する。後に成長した層（下記に説明）との境界面における傾斜組成バッファ層の組成はデバイスの望ましいアクティブ領域（（例えばＰＵＶＬＥＤからの所望の波長発光をもたらすＡｌｘＧａ１−ｘＮ濃度）の組成と近似（例えば、ほぼ等しい）に選ばれる。実施形態において、傾斜組成バッファ層３１０は、約１００％のＡｌ濃度ｘから約６０％のＡｌ濃度ｘまで傾斜されるＡｌｘＧａ１−ｘＮを含む。
【００３２】
下部コンタクト層３２０は、基板３０５および任意の傾斜組成層３１０の上にその後形成され、少なくとも一つの不純物（例えばＳｉ）がドープされるＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むことができるかまたは基本的に成る。一実施形態において、底部コンタクト層３２０のＡｌ濃度ｘは、傾斜組成層３１０（すなわち、装置の所望のアクティブ領域（後述する）のそれにほぼ等しい）の最終的なＡｌ濃度ｘにほぼ等しい。底部コンタクト層３２０は、デバイス製造（後述するように）の後、群がっている電流を防止しておよび／または接触を作るためにエッチングの間、に止まるのに十分な厚みを有することができる。例えば、底部コンタクト層３２０の厚さは、２００ｎｍ未満でもよい。この種の厚みの底部コンタクト層３２０を利用するときに、最終的なＰＵＶＬＥＤは後方接触によって製造されることができる。多くの実施例において、層が仮像のときに、底のコンタクト層３２０は維持される低い欠陥密度のため小厚みを有するさえ高い電気伝導度を有する。本願明細書において利用されるように、仮像のフィルムは境界面との圧力類似が基板のそれにマッチするためにフィルムの格子を歪めるために非常に必要であるものである。このように、仮像のフィルムにおける平行の圧力は、境界面に平行な歪の無い基板と境界面に平行な歪の無いエピタキシャル層との格子乗数の相違に類似するかほぼ等しい。
【００３３】
複数の量子ウェル（「ＭＱＷ」）層３３０は、底部コンタクト層３２０の上に作られる。ＭＱＷ層３３０はＰＵＶＬＥＤ構造３００の「アクティブ領域」に対応し、複数の量子ウェルを含み、それぞれはＡｌＧａＮを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。実施形態において、ＭＱＷ層３３０の各期間は、ｘはｙと異なるＡｌｘＧａ１−ｘＮ量子ウェルおよびＡｌｙＧａ１−ｙＮバリアを含む。ここで、好ましい実施形態において、ｘおよびｙの違いは電子の良好な制限およびアクティブ領域の穴を得るのに十分大きい。このように、非放射組換えに放射再結合の高い比率を可能にする。一実施形態において、ｘとｙの相違は０．０５であり、例えば、ｘは０．３５で、ｙは０．４である。しかしながら、例えば、ｘおよびｙの違いが大きい場合、ＭＱＷ層３３０の形成の間、有害な島状化が発生する可能性がある。ＭＱＷ層３３０は、複数のこの種の期間を含むことができ、５０ｎｍ未満の総厚みを有することができる。上記ＭＱＷ層３３０は選択的な薄い電子遮断（またはｎ型コンタクトが装置の上面に配置されるときは正孔遮断層）層３４０を形成することができ、１以上の不純物、例えばＭｇがドープされたＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むか、基本的に成ることができる。電子遮断層３４０は１０ｎｍと５０ｎｍの間の範囲の厚みを有する。上部コンタクト層３５０は、上記電子遮断層上に形成され、１以上の半導体、例えば、少なくとも１つの不純物、例えばＭｇでドープされたＡｌｘＧａ１−ｘＮを含むか、基本的に成ることができる。上部コンタクト層３５０はｎ型またはｐ型のいずれかにドープされているが、底部コンタクト層３１０の反対側に導電性を有している。上部コンタクト層３５０の厚さは、例えば、５０ｎｍと１００ｎｍの間である。上部コンタクト層３５０は上面コンタクト層３５０と同じ導電率を有するキャップ層３６０によりキャップされている。一実施形態において、キャップ層３６０はＭｇによりドープされたＧａＮを含み、１０ｎｍと２００ｎｍ、好ましくは５０ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態において、高品質オームコンタクトは上面コンタクト層３５０に直接的に形成され、キャップ層３５０は省かれる。他の実施形態において、上面コンタクト層３５０および／または電子遮断層３４０は省かれ、上面コンタクトはキャップ層３６０上に直接的に形成される（このような形態において、キャップ層３６０は「上面コンタクト層」とみなされる）。層３１０〜３４０のそれぞれは仮像形態であり、それぞれの層は個々に予想される臨界的な厚さより大きな厚さを有することができる。さらに、層３１０〜３５０を含む集合的層構造は集合的と見なされる層の予測される臨界的厚さより大きい厚み総計を有することができる（すなわち、複数層構造においては、それぞれの層が独立と見なされる予測された臨界厚さより小さくても、全体の構造は予測された臨界厚さを有する）。
【００３４】
多くの実施形態において、ＰＵＶＬＥＤ構造３００の層３１０〜３４０は仮像であり、キャップ層３６０は意図的に緩和されている。図３Ｂに示されるように、層３１０〜３４０は図３Ａを参照して、上記のように形成される。キャップ層３６０は組成および／または堆積条件の適切な選択により部分的にまたは実質的に歪緩和状態で続いて形成される。例えば、キャップ層３６０と基板３０５および／またはＭＱＷ層３３９の間の格子不整合は１％より大きく、２％より大きく、さらに３％より大きくてよい。好ましい実施形態において、キャップ層３６０はドープされるかされないＧａＮを含むか基本的に成り、基板３０５はＡｌＮを含むか基本的に成り、ＭＱＷ層は、Ａｌ０．７５Ｇａ０．２５Ｎ障壁層をはさんだＡｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎ多重量子井戸型を含むか、基本的に成り、キャップ層は２，４％の格子不整合がある。キャップ層３６０は実質的に緩和され、すなわち、理論的な歪なし格子定数にほぼ等しい格子定数を有する。示されるように、部分的にまたは実質的に緩和されたキャップ層３６０はキャップ層３６０の表面にねじ込まれる部分を有する歪除去転位３７０を有してもよい（このような転位を「らせん転移」という用語を使用する）。緩和されたキャップ層３６０ぼらせん転位密度は、基板３０５および／または層３１０の転位密度より１、２または３桁またはそれ以上大きい。このような島状化はキャップ層３６０の表面粗さに悪影響を与えるので、キャップ層３６０は、一連の合体したまたは合体しない島としては形成されない。
【００３５】
傾斜組成層は層３１０とキャップ層の間に形成されることができ、層３４０、３６０と境界面の組成はこれら層の組成にほぼ一致する。この傾斜組成層は、好ましくは仮像的に歪んでおり、厚みは、約１０ｎｍおよび約５０ｎｍの間で変動することができる。いくつかの実施形態では、エピタキシャル成長は、傾斜組成層とキャップ層３６０との間で停止される。
【００３６】
ある具体例では、Ａｌ０．８Ｇａ０．２ＮまたはＡｌ０．８５Ｇａ０．１５を含んでいるかまたは基本的に成っている電子―障壁３４０は、ＭＱＷ層３３０を通じて形成される。ＧａＮを含んでいるかまたは基本的に成っているキャップ層３６０の形成の前に、傾斜組成層は、電子遮断層３４０上に形成される。傾斜組成層は、例えば、Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５Ｎから約３０ｎｍの厚さ以上のＧａＮに構成において等級分けされることができる。例えば、傾斜組成層はＭＯＣＶＤによって形成されることができ、この実施形態は電子遮断層３４０を形成するために利用される状況から毎分標準０立方センチメートル（思われる）までＴＭＡおよびＴＭＧ（それらのそれぞれの飲用噴水による水素の流れに傾斜をつけることによって）の流れに傾斜をつけることによって形成される、そして、６．４は、それぞれ、約２４分の期間が治ったようである。このように、Ａｌ０．８５Ｇａ０．１５ＮからＧａＮ（他の成長状況の全ては、実質的に固定する）まで単調な等級に結果としてなる。この例示的実施形態の傾斜組成層の厚みは約３０ｎｍであり、ＳｉＬＥＮＳｅソフトウェアを使用したモデル化されように、約３×１０１９のｃｍ―３の正孔濃度は不純物ドーピングなしで（例えば、ドーピング不純物さえ実質的に含まない）分極化ドーピングによって成し遂げられる。一般に、分極化ドーピングは、金属原子と窒素原子の間に電気陰性の違いに起因する窒化物材の分極化によって可能にされる。これは、ウルツ鉱結晶構造の非対称の方向に沿った分極場をもたらす。加えて、層の圧力は、付加的な圧電性の分極場およびこのように付加的な分極化ドーピングに結果としてなることができる。これらの分野は急激な境界面（例えば二次元シート）または傾斜組成層（例えば三次元体積）で固定された電荷を生み、反対の符号の移動電荷となる。総電荷の大きさは、傾斜組成層内におけるＡｌ組成の違い、すなわち最初の組成と最終組成の違いによって定義される。電荷の濃度は、傾斜組成層の層厚によって分けられる総電荷によって定義される。非常に高い電荷濃度は小さい厚み以上の高い組成変化によって成し遂げられる。一方、低い組成変化化またはより大きい傾斜厚は通常より小さい電荷濃度をもたらす。しかしながら、任意の組成変化においては、電荷の総数は、通常、一定である。
【００３７】
上記のように、本発明の好ましい実施形態は、その中のＵＶ光子の吸収を最小化するために、非常に薄いＳＰＧ層を利用する。この種のＳＰＧ層は、５０ｎｍ未満の厚さ、例えば、１０ｎｍと３０ｎｍとの間の厚さを有する。実施形態において、滑らかな（２５―５０ｎｍ）ｐ―ＧａＮ層はＭＯＣＶＤにより、トリメチル・ガリウム（ＴＭＧａ）およびＮＨ３をＧａおよびＮ前駆体として用いて、典型的な仮像のＬＥＤ構造（ＡＩＮ／ｎ―ＡｌＧａＮ／ＭＱＷ／電子―遮断層／ｐ―ＧａＮ）が成長した。いくつかの従来のｐ―ＧａＮ層は１０００°Ｃ、１００Ｔｏｒｒの圧力で成長するが、しばしばこれらの層は粗く、島状またはピラミッド状の形態を呈する。この種の方法は技術の常識によって促され、それが層の横方向の成長および合併を促進するためにＧ吸着原子の可動性を強化しなければならないことを示す。このように、従来の常識は、コンタクト層成長は増加したＶ／ＩＩＩ比率およびより高い温度を使用しなければならないことを教示する。しかしながら、この種の技術は、仮像の層上の表面を本発明の実施形態において利用される厚み範囲の滑らかな表面に達成することはできなかった。特に、仮像の層の大きい圧力は、島構造および増加した表層粗さを強化する。予想外に、本発明の実施形態によって、表面粗さを抑制するためには、ＳＰＧ層の成長には８５０℃〜９００℃の成長温度が利用され、２０Ｔｏｒｒの成長圧力がこの下の成長温度で吸着原子の移動性を強化するために利用される。滑らかなｐ―ＧａＮの成長率は、わずか約５ｎｍ／分である。結果として生じるＳＰＧ層の形態的なおよび基本的な特性は、原子力顕微鏡検査（ＡＦＭ）および第２のイオン質量分光（ＳＩＭＳ）を使用して調査された。図４Ａに示すように、ＡＦＭは、図４Ｂに示される従来のより荒い形態のｐ―ＧａＮ（７．２ｎｍのＲｑ値）と比較して、より滑らかなｐ―ＧａＮ層を示す（０．８５ｎｍのＲｑ値）。ここで、実際の島の高さは５０ｎｍ以上であり、これらのより厚い島はより高い吸収をもたらし、これらの正孔がコンタクト金属かによって覆われていない領域に生じるときコンタクト金属化によりわずかなｐコンタクトをもたらすｐ−ＧａＮにより覆われていない領域を残す。ＳＩＭＳ分析は従来のｐ−ＧａＮに比較して滑らかなｐ−ＧａＮ中に（２つのファクターによって）より高いドーピング濃度を示す。しかしながら、濃度は一定ではなく、ｐ−ＧａＮの〜ｎｍの成長まで並行に至らず、２５ｎｍより薄い層にオーム接触することは困難となる。この問題を解決するために、浸漬、すなわち途切れずに続いているドーパント（例えばマグネシウム）源、（すなわちＧａ源でない）だけを有する蒸着室の中での露出（１―１０分（例えば５分）の中で、例えば）は、成長開始の前に表面を飽和させるために利用されることができる。例えば、ＭＯＣＶＤが層成長のために利用されるときに、ビスシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）は浸漬マグネシウム源に利用されることができる。前駆体は気泡器内に配置されることができ、窒素または水素のようなキャリアガスはドーパント前駆体で飽和するガス溶液を形成するために気泡器中に流入されることができる。これは、より高いドーパンと濃度と���ｎｍと同程度薄い層に、より高いドーパント濃度および５ｎｍの厚さの良好なオーム接触形成を可能にする。要すると、ドーピング濃度は入力前駆体フローを調整することによって最適化されることができると共に、非常に薄いｐ―ＧａＮ層（＜１０ｎｍ）はより遅い成長率および共系の形態のためにこの容易に実現されることができる。
【００３８】
ある具体例では、分極化ドーピングおよび薄いＳＰＧ層は、ＵＶ  ＬＥＤ装置５００の一部を表す図５に示すようにパターン化された反射板と結合される。装置５００において、領域５１０は、上記および図３Ａに示されるように、Ａ１Ｎ基板および装置のアクティブ領域を含むかまたは基本的に成る。領域５１０は、非常に薄い層を高いＵＶ透明度を有するように滑らかに保たれたＳＰＧ層５２０で上面をおおわれる。ＳＰＧ層５２０の上に形成されるコンタクト層５３０は、通常、実質的にはＵＶ反射性ではないが、ＳＰＧ層５２０に良好なオーム接触を形成する。ある具体例では、コンタクト層５３０は、Ｎｉ／Ａｕを含むかまたは基本的に成る。図示されるように、コンタクト層は、好ましい実施形態において、ＳＰＧ層５２０の表面上へパターン化される。例えば、コンタクト層５３０の個々の部分間の間隔は、従来のフォトリソグラフィによって規定されることができる。パターンは、図５に示すように単離された「画素」（または「島」）の線またはパターンの形であることができる。線は、例えば、１μｍ〜５０μｍ、例えば５μｍの幅を有することができ、それらの間隔は、１μｍ〜５０μｍ、例えば５μｍを有することができる。画素は、例えば、実質的に立方であるか矩形の固体でもよいかまたは実質的に半球状でさえあってもよく、画素は５０μｍ、例えば５つのμｍに１つのμｍの幅、長さまたは直径のような寸法を、例えば、有することができる。接触面積および間隔は、装置の埋め込みコンセント効率を最適化するために通常規定される。
【００３９】
図５に示すように、コンタクト層５３０は、コンタクト層５３０（またはその上の分離された部分）より上に、そして、コンタクト層５３０（すなわち、その上のＳＰＧ層５２０と直接接触して）の部分との間に形成される反射板５４０でおおわれることができる。反射板５４０は、通常紫外線を非常に反射するがＳＰＧ層５２０に良好なオーム接触を形成しない金属（または合金）を含むかまたは基本的に成る。例えば、反射板５４０は、Ａｌを含むことができるかまたは基本的に成ることができる。コンタクト層５３０の接触面積は、通常、少なくとも一つには、複合コンタクト層５３０および反射板５４０の有効な接触抵抗を決定する。例えば、その面積の１０％がコンタクト層５３０によって覆われる場合、有効な接触抵抗はしばしば１０の要因によって増加する。しかしながら、同時に、反射板面積（すなわち、反射板５４０によって直接おおわれるＳＰＧ層５２０の面積であって、その間にあるコンタクト層５３０のない部分）は、増加する。ある具体例では、コンタクト層５３０の接触抵抗は、１．０ｍΩ―ｃｍ２を下回るか、０．５ｍΩ―ｃｍ２さえも下回る。反射板５４０の面積に対するコンタクト５３０面積の比率１：１０を使用することにより、有効な接触抵抗は５ｍΩに増加し、有効な（すべての面積の平均値）反射板は１０％減少する（例えば、反射板５４０の９０％の反射率は、８１％に効果的に減少する）。また、個々の金属コンタクト画素から広がっている電流が発生するように、コンタクト層５３０の個々の金属コンタクト・ピクセルの寸法はできるだけ少なく好ましくは保たれる。これは、生成された光子がコンタクト層５３０（電流がコンタクト層５３０のコンタクト金属画素からまっすぐに下に進む場合、それは、概して発生するだろう）のコンタクト画素よりむしろ反射板５４０にぶつかるという確率を上昇させる分極ドーピングされたＡｌＧａＮは薄いＳＰＧ層であっても透明度を維持すると共に、分極化ドープＡｌＧａＮは電流の拡がりを可能にする。これは、高いＡｌ含有量のＡｌｘＧａ１−ｘＮのｐ型ドーピングが高い抵抗を有し電流の広がりを許さない従来の方法と直接的に対照的である。
【００４０】
本発明の実施形態は、’０９３出願に記載される光子―抽出技術を利用することができる。この種の技術は、表層処理（例えば、粗くすること、テクスチャリングおよび／またはパターニング）基板希薄化、基板除去および／または薄い中間のカプセルの材料層を有する堅いレンズの使用を含む。基板除去技術の例としては「新規なＴｈｉｎ  ＧａＮＴＭ−Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙを使用する通常の発光用途のための光輝ＬＥＤ」Ｖ．Ｈａｅｒｌｅ等、Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ａ）２０１、２７３６（２００４）に記載されるレーザーリフト・オフが挙げられるが、その全ての開示は引用によって本願明細書において組み込まれる。
【００４１】
デバイス基板が薄くなるかまたは除去される実施形態において、基板の背面は、例えば、６００〜１８００のグリットホイールで磨かれることができる。この工程の除去率は、その上の基板またはデバイス層に損害を与えることを回避するために、低レベル（約０．３〜０．４のμｍ）に維持されることができる。任意の研磨工程の後、背面は研磨スラリー、例えば、希薄溶液の等価部溶液および市販のＫＯＨおよび水の緩衝された溶液中の二酸化ケイ素のコロイド懸濁液で研磨されることができる。この工程の除去率は約１０μｍ／分／と約１５μｍ／分の間で変化することができる。基板は約２００μｍ〜約２５０のμｍの厚み、または約２０μｍ〜約５０μｍの厚さにさえ薄くすることができるが、本発明の範囲はこの範囲に限定されない。他の実施態様において、基板は、約２０μｍに薄くなるかまたはより、または、実質的に完全にさえ除去されない。薄膜化工程の後には、ウェーハ洗浄、例えば、１以上の有機溶媒が続く。本発明の一実施形態において、洗浄工程は基板の浸入を約１０分間の沸騰しているアセトンに含む。そして、約１０分間のメタノールを沸騰させる際の浸入が続く。
【００４２】
本発明の各種実施形態の上記技術を利用することによって製造された構造は、０％、５１％および約６０％の３つの異なる反射板金属面積によって製造される。約５１％の反射板金属面積では１００ｍＡにおいてわずか０．１Ｖの増加にすぎず（６０％の反射板金属面積では０．４Ｖの増加が見られた）実質的な電圧増加は観察されなかった。反射板面積約５１％を有する厚い吸収Ａ１Ｎ基板を通して発光する装置において、２４％の抽出効率の改良が測定された。しかしながら、薄膜化、粗面化、およびカプセル化が組合されるとき、０％の反射面積を有する装置に比較して５１％の反射金属面積を有する装置において〜１００％の総合電圧利得が達成された。６０％の反射面積からの結果は５１％より改善されなかったが、コンタクト金属の間隔および反射面積の最適化により全体の効率の更なる向上をもたらすことができる。
【００４３】
本願明細書において使用される条件および式が説明の、そして、限定でないことの条件として用いられる、そして、この種の条件および式の使用において、いかなる図と共に記載される特徴またはその部分相当も除外する意図がない、しかし、さまざまな変更態様が請求される本発明の範囲内で可能であると認識される。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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