(57)【要約】半導体発光ダイオード、およびその製造方法であって、テキスチャリングされた表面上に、インジウム（Ｉｎ）含有発光層が、続いて、デバイス層が堆積される。その結果得られるデバイスは、蛍光体不要の白色光源である。該インジウム含有層および該デバイス層の堆積は、（１）基板上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の核形成層を堆積するステップと、（２）該核形成層上に、非意図的にドープされた（ＵＩＤ）ＧａＮテンプレート層を堆積するステップと、（３）該テンプレート層上に、ｎ型導電性ＧａＮ層を堆積するステップと、（４）該堆積されたＧａＮ層をエッチングして、該テキスチャリングされた表面を生成するステップと、（５）該テキスチャリングされた表面上の該ｎ型導電性ＧａＮ層を再成長するステップと、（６）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、該インジウム含有発光層を堆積するステップとによって行われる。
2008537633.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
テキスチャリングされた表面上に、インジウム（Ｉｎ）含有発光層を、次いで、デバイス層を堆積するステップを包含する、半導体発光デバイスを製造する方法。
【請求項２】
前記堆積するステップは、
（１）基板上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の核形成層を堆積するステップと、
（２）該核形成層上に、非意図的にドープされた（ＵＩＤ）ＧａＮテンプレート層を堆積するステップと、
（３）該テンプレート層上に、ｎ型導電性ＧａＮ層を堆積するステップと、
（４）該堆積されたＧａＮ層をエッチングして、前記テキスチャリングされた表面を形成するステップと、
（５）該テキスチャリングされた表面上の該ｎ型導電性ＧａＮ層を再成長させるステップと、
（６）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、前記インジウム含有発光層を堆積するステップと
を包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、前記インジウム含有発光層を堆積する前記ステップ（６）は、
（ｉ）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層を堆積するステップと、
（ｉｉ）該（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層上に、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎのバリア層を堆積するステップと
をさらに包含する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
複数の量子井戸層およびバリア層を得るために、前記堆積するステップ（ｉ）および前記堆積するステップ（ｉｉ）を繰り返すステップをさらに包含する、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記テキスチャリングされた表面上の位置に依存して、インジウムの割合の変動が、前記（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ層の中に組み入れられる、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記表面を選択的にテキスチャリングするステップをさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記テキスチャリングされた表面は、部分的にテキスチャリングされた表面である、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記表面のテキスチャリングされていないエリアに対する該表面のテキスチャリングされたエリアの比率を制御するステップをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記テキスチャリングされた表面のパターンを制御するステップをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
前記テキスチャリングされた表面の寸法を制御するステップをさらに包含する、請求項６に記載の方法。
【請求項１１】
前記テキスチャリングされた表面の種々のパターンおよび深さは、種々の発光結果を生成する、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
前記デバイスは、蛍光体不要の白色光源を備える、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
請求項１に記載の方法によって製造されるデバイス。
【請求項１４】
テキスチャリングされた表面上に、堆積されたインジウム（Ｉｎ）含有発光層と、次いで堆積されたデバイス層とを備える、半導体発光デバイス。
【請求項１５】
（１）基板上に堆積された窒化ガリウム（ＧａＮ）の核形成層と、
（２）該核形成層上に堆積された、非意図的にドープされた（ＵＩＤ）ＧａＮテンプレート層と、
（３）該テンプレート層上に堆積されたｎ型導電性ＧａＮ層と、
（４）該堆積されたＧａＮ層をエッチングして形成された前記テキスチャリングされた表面と、
（５）該テキスチャリングされた表面上で再成長された該ｎ型導電性ＧａＮ層と、
（６）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に堆積された前記インジウム含有発光層と
をさらに備える、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に堆積された前記インジウム含有発光層は、
（ｉ）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に堆積された（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層と、
（ｉｉ）該（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層上に堆積された（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎのバリア層と
をさらに備える、請求項１５に記載のデバイス。
【請求項１７】
複数の量子井戸層およびバリア層をさらに備える、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１８】
前記テキスチャリングされた表面上の位置に依存して、インジウムの割合の変動が、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ層の中に組み入れられる、請求項１６に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記表面は、選択的にテキスチャリングされる、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記テキスチャリングされた表面は、部分的にテキスチャリングされた表面である、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記表面のテキスチャリングされていないエリアに対する該表面のテキスチャリングされたエリアの比率は、制御される、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２２】
テキスチャリングされた表面のパターンは、制御される、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２３】
前記テキスチャリングされた表面の寸法は、制御される、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２４】
前記テキスチャリングされた表面の種々のパターンおよび深さは、種々の発光結果を生成する、請求項１９に記載のデバイス。
【請求項２５】
前記デバイスは、蛍光体不要の白色光源を備える、請求項１４に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、同時係属出願で、同一出願人による以下の出願：
２００４年９月１０日に、Ｃａｒｏｌｅ  Ｓｃｈｗａｃｈ、Ｃｌａｕｄｅ  Ｃ．Ａ．Ｗｅｉｓｂｕｃｈ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｈｅｎｒｉ  Ｂｅｎｉｓｔｙ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって出願された米国実用特許出願第１０／９３８，７０４号（発明の名称「ＷＨＩＴＥ，ＳＩＮＧＬＥ  ＯＲ  ＭＵＬＴＩ−ＣＯＬＯＲ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＢＹ  ＲＥＣＹＣＬＩＮＧ  ＧＵＩＤＥＤ  ＭＯＤＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．１１５−ＵＳ−０１（２００４−０６４−１））、および
２００３年１２月９日に、Ｔｅｔｓｕｏ  Ｆｕｊｉｉ、Ｙａｎ  Ｇａｏ、Ｅｖｅｌｙｎ  Ｌ．Ｈｕ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって出願された特許協力条約国際出願第ＵＳ０３／３９２１１号（発明の名称「ＨＩＧＨＬＹ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＴ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＶＩＡ  ＳＵＲＦＡＣＥ  ＲＯＵＧＨＥＮＩＮＧ」、代理人整理番号３０７９４．１０８−ＷＯ−Ｕ１（２００４−０６３−１））
に関連し、これらの出願は、本明細書に参考として、援用される。
【０００２】
（委託研究開発に関する宣誓）
本発明は、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ大学Ｓａｎｔａ  Ｂａｒｂａｒａ校Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｌｉｇｈｔｉｎｇ  ａｎｄ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｅｎｔｅｒのメンバー企業（スタンレー電気株式会社、三菱化学株式会社、ローム株式会社、Ｃｒｅｅ，Ｉｎｃ．、松下電工株式会社、松下電器産業株式会社、およびＳｅｏｕｌ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏ．，Ｌｔｄ．を含む）からの支援の下になされた。
【０００３】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、半導体発光デバイスに関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
典型的な白熱電源は、非常にエネルギ効率が悪いが、望ましい特徴的な広い発光スペクトルおよび高い演色指数を有する。窒化ガリウム（ＧａＮ）ベースのデバイスで、これらの後者の属性を真似るために、典型的な現在の最先端の設計は、そのスペクトルの青い領域に、近紫外線（ＵＶ）の光を発する「能動」層を含むインジウム（Ｉｎ）を用いる。そのスペクトルの青い領域は、次いで、所望の広いスペクトル発光を生成する蛍光体層を励起するために用いられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このアプローチは、幾つかの不利な点を有する。下方変換のプロセスは、ストークスシフト（材料の欠陥、一般的には、部分的な非放射性遅延から生じる発光スペクトルおよび吸収スペクトルの遷移エネルギの差）および乏しい変換効率のために、本質的に非効率である。発光スペクトルおよび強度は、蛍光体の組成および厚さにおける空間的な変動に非常に敏感であり、発光方向によって、大きく変動し得る。最終的に、ダイオード自身、長い寿命を有し得る一方で、典型的に、蛍光体は時間とともに劣化し、結果として、時間とともに発光スペクトルが変動する。
【０００６】
インジウムを含む窒化物ベースの合金は、スペクトルのＵＶ部から赤外部までの波長範囲内の特徴的な発光を示し得る。したがって、理論的には、インジウム含有合金は、この広いスペクトル範囲わたって、発光する光源を生成するために、蛍光体による補助なしで、単独で使用され得る。
【０００７】
しかしながら、インジウム含有合金を使用すると、長い波長発光（青から赤外）を得るためには、その合金自身の問題を有する。これらの問題の中でも、特に、高いインジウム含有量を有する層の堆積は、材料品質を著しく劣化させる原因となり、このことは、デバイスの機能性および性能にとって、悪影響を及ぼす。したがって、現在のところ、非常に効率的な窒化物ベースの緑色、黄色、または赤色の発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザは、製造可能でない。さらに、蛍光体による補助なしで、「白色」光を得る方法を提案する現在の設計は、典型的には、材料品質を悪化させることになる条件下で、堆積されたインジウム含有量の高い層に、典型的に依存している。
【０００８】
本明細書に記載される本発明は、上述された２つの広範な問題に対処しようとするものである。第一に、表面のテキスチャリング（ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）によって、特定の波長で発光するインジウム含有層が、改善された材料品質と、より高い効率とを促進する条件下で堆積されることを可能にする。第二に、テキスチャリングされたエリアと、テキスチャリングされていないエリアとの比率のようなパラメータを適切に選択することと、テキスチャのパターンおよび寸法を制御することと、エピタキシャル成長条件を適切に選択することとによって、本発明は、同じデバイスの異なるエリアから、２つ以上のピーク波長で強い発光を得るために使用され得る。表面の選択的なテキスチャリングは、したがって、蛍光体不要な「白色」光源を製造するために使用され得る。ここで、インジウム含有発光層は、材料品質を妥協させることのない条件下で堆積される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（発明の概要）
本発明は、テキスチャリングされた表面上に、インジウム含有発光層と、次いで、デバイス層とが堆積される半導体発光デバイス、およびその製造方法を開示する。この結果得られるデバイスは、蛍光体不要な白色光源である。具体的には、複数波長の発光が、テキスチャリングされた半導体構造から得られる。
【００１０】
本発明は、テキスチャリングされた半導体層の上に、同一の材料組成の半導体材料層を堆積するか、あるいは再成長させる。具体的には、この製造方法は、（１）基板上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）の核形成層を堆積するステップと、（２）該核形成層上に、非意図的にドープされた（ＵＩＤ）ＧａＮ（ＧＡＮ：ＵＩＤ）テンプレート層を堆積するステップと、（３）該ＧＡＮ：ＵＩＤテンプレート層上に、ｎ型導電性ＧａＮ層を堆積するステップと、（４）該堆積されたＧａＮ層をエッチングして、上記テキスチャリングされた表面を生成するステップと、（５）該テキスチャリングされた表面上の該ｎ型導電性ＧａＮ層を再成長させるステップと、（６）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、上記インジウム含有発光層を堆積するステップとを含む。
【００１１】
上記再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、上記インジウム含有発光層を堆積する上記ステップは、（ｉ）該再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層を堆積するステップと、（ｉｉ）該（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの量子井戸層上に、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎのバリア層を堆積するステップとをさらに包含する。これらの堆積するステップ（ｉ）および（ｉｉ）は、複数の量子井戸およびバリア層を得るために、繰り返される。さらに、上記テキスチャリングされた表面上の位置に依存して、インジウムの割合の変動が、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ層の中に組み入れられる。
【００１２】
上記堆積されたＧａＮ層をエッチングして、上記テキスチャリングされた表面を形成する上記ステップは、上記表面を選択的にテキスチャリングすることを表わす。その結果、該テキスチャリングされた表面は、部分的にテキスチャリングされた表面であり得、テキスチャリングされたエリアとテキスチャリングされていないエリアとを含み得る。上記製造方法は、該表面のテキスチャリングされていないエリアに対する該表面のテキスチャリングされたエリアの比率を制御するステップと、該テキスチャリングされた表面のパターンを制御するステップと、該テキスチャリングされた表面の寸法を制御するステップとをさらに含む。該テキスチャリングされた表面の種々のパターンおよび深さは、種々の発光結果を生成する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
ここで、図面を参照する。図面において、同様の参照番号は、全体を通して、対応するパーツを示す。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
以下の好ましい実施形態の説明において、本明細書の一部をなす添付図面に参照がなされる。これらの添付図面において、本発明が実施され得る特定の実施形態が図によって示される。本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用され得ること、および構造的な変更がなされ得ることは、理解されるべきである。
【００１５】
（概説）
ＧａＮベースの発光ダイオードは、その効率が高く、多方面に用途があることから、照明産業に革命をもたらすことを約束している。同様に、ＧａＮベースのレーザダイオードは、高密度データストレージに、既に、著しいインパクトを有してきた。現在の最先端のＧａＮベースの半導体発光デバイスは、青または近ＵＶの光を放つ単一の量子井戸または複数の量子井戸の構造を有する「能動」領域を典型的に備える。この光は、蛍光体または蛍光体の組み合わせを励起して、「白色」発光ダイオードのように、カラースペクトルの緑／赤／黄の範囲の二次発光を生成するために、使用され得る。あるいは、デバイス構造の適切な設計を介して、レーザ発光は、これらのデバイスから取得され得る。
【００１６】
本発明の目的は、スペクトルのＵＶ部から赤外部まで発光する効率的な発光デバイスであって、テキスチャリングされた表面上に堆積されたインジウム含有発光層を組み込んだものを開発することである。この方法によって発光層を堆積すると、テキスチャリングされたエリア内で、ピーク発光波長は（テキスチャリングされていないエリアからの発光に比べて）、より長い波長にシフトし、また発光スペクトルを広くする。この効果は、以下に記載されるように、より高い材料品質および改善された性能を有するデバイスを製造するために使用され得る。テキスチャリングされた表面上に堆積されたこのようなインジウム含有層は、「能動」層（すなわち、電気的に能動的であり、キャリア注入によって、光を放つ層）として、あるいは１つ以上の（蛍光体層と同様に）「受動」層として、使用され得る。さらに、この結果は、以下にまた記載されるように、「白色」光源を生成するために、テーラーメードされ得る。
【００１７】
本発明は、エピタキシャル成長と、それに引き続くナノ作成法によって、半導体発光デバイスを製造する方法を記載する。ここで、インジウム含有発光層および引き続くデバイス層は、部分的にテキスチャリングされた表面上に堆積される。テキスチャリングされていないエリアからの発光に比べると、テキスチャリングされたエリアでは、（より長い波長に向かう）ピーク発光波長の著しいシフトが、観察される（二次的な効果は、テキスチャリングされたエリア内での発光スペクトルが拡がることである）。この効果は、スペクトルのＵＶ部から赤外部まで（すなわち、スペクトルの可視部全体に及ぶ）発光する高輝度発光体を実現するために使用され得る。さらに、テキスチャのパターンおよび深さを適切に設計することと、デバイスエリアにわたって、テキスチャリングされていないエリアに対するテキスチャリングされたエリアの比率を制御することとによって、発光は、単一のデバイスから２つ以上の波長で生成され得る。これによって、蛍光体を使用することなく、「白色」光を生成することが可能になる。これは、材料品質を妥協させることなく達成されるので、オーミックコンタクトが実現可能であり、そのコンタクトは、テキスチャリングされた表面のテキスチャリングされていないエリアに置かれ得る。二次的な利点は、テキスチャリングされた表面は、デバイスから光をより多く抽出し、これによって、抽出効率が向上するのに役立つことである。
【００１８】
（技術的な説明）
本発明は、インジウム含有合金を組み込んだ半導体発光デバイスを製造する方法を記載する。ここで、インジウム含有発光層と、続いてデバイス層とが、テキスチャリングされた表面上に堆積される。このエピタキシャル層は、（０００１）サファイア基板上に、典型的に堆積される。しかしながら、他の基板材料または結晶方位も、これらの結果を達成するために使用され得る。本明細書に記載されるエピタキシャル成長は、金属有機化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）の技術を用いて実行される。分子線エピタキシ（ＭＢＥ）のような他のエピタキシャル成長技術もまた、同じ目的を達成するために使用され得る。乾式エッチング技術は、発光層の再成長前に、成長表面の一部分に、所望のテキスチャリングを生成するために使用される。さらに、他の技術も、所望の表面テキスチャを生成するために使用され得る。特定のテキスチャのパターンおよび深さは、以下に、好ましい実施形態で記載される。しかしながら、これらのパラメータに対して、幅のある値が、使用され得る。
【００１９】
図１は、表面テキスチャリングが実行された後の代表的なデバイスの表面エリアの平面図を示し、この表面エリアは、デバイスエリア１０、テキスチャリングされたエリア１２、および表面フィーチャ１４を含む。図２は、同じエリアの断面を示す。ここで、種々の層が詳細にされ、この断面は、サファイア基板１６、ＧａＮ層１８、パターニングまたはテキスチャリングされたｎ型ＧａＮ層２０、およびｎ型ＧａＮ表面フィーチャ２２を含む。図３（ａ）〜図３（ｄ）は、本明細書に記載される結果を得るために含まれるステップのシーケンスを模式的に示す。ここで、図３（ａ）は、サファイア基板１６およびＧａＮ層１８を示し、図３（ｂ）は、サファイア基板１６、ＧａＮ層１８、およびｎ型ＧａＮ層２０を示し、図３（ｃ）は、サファイア基板１６、ＧａＮ層１８、テキスチャリングされたｎ型ＧａＮ層２０、およびｎ型ＧａＮ表面２２を示し、図３（ｄ）は、サファイア基板１６、ＧａＮ層１８、テキスチャリングされたｎ型ＧａＮ層２０、ｎ型ＧａＮ表面２２、および再成長層２４を示す。図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１に示されるテキスチャリングされたエリア１２の代わりに適用され得るテキスチャリングされたエリア１２に対する幾つかの他の可能なパターンを示す。図５（ａ）および図５（ｂ）は、デバイスエリア１０およびテキスチャリングされたエリア１２に対する幾つかの他の可能なバリエーションを示す。本発明のクリティカルな要素は、テキスチャリングされた表面上の発光層の堆積である。
【００２０】
（プロセスステップ）
図６は、本発明の好ましい実施形態に従う発光デバイスを作成する典型的な成長および製造シーケンスを示す流れ図である。温度、ガス流速、およびステップ回数は、使用されるリアクタに特有であり、そのリアクタが提供されるとしたら、また提供されると、参照として役立つことを単に意味されるだけであることに、留意すべきである。他の温度、ガス流速、およびステップ回数は、本発明の範囲から逸脱することなく使用され得る。
【００２１】
１．ブロック２６で、ｃ面サファイア基板が、ＭＯＣＶＤリアクタの中に、アンテチャンバ（ａｎｔｅｃｈａｍｂｅｒ）を介して、ロードされる。このアンテチャンバは、リアクタチャンバに酸素が入るのを防止するために、真空引きされ、窒素ガスで充満される。
【００２２】
２．ブロック２８で、水素（Ｈ２）ガスと窒素（Ｎ２）ガスとの混合物が、リアクタチャンバを介して流れ、ヒータ温度は、約１０７５℃の推定ウェハ表面温度（９２５℃の熱電対測定温度）まで上げられ、サファイア基板を「前処理」するために、約１０分間の継続期間にわたって保持される。
【００２３】
３．ブロック３０で、温度は、約５７０℃の推定ウェハ表面温度（４７０℃の熱電対測定温度）まで下げられ、水素ガスおよび窒素ガスに加えて、アンモニア（ＮＨ３）ガスが、リアクタチャンバに導入される。一度、温度が安定になると、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）の小さな流れが、リアクタチャンバの中に注入され、薄くて、ほとんどアモルファスなＧａＮの「核生成」層が、基板上に堆積される。
【００２４】
４．ブロック３２で、ＴＭＧの流れが停止され、温度は、制御された速度で、約１０５０℃の推定ウェハ表面温度（９００℃の熱電対測定温度）まで上げられる。一度、温度が安定化すると、ＴＭＧの流れは、再開される。ＧａＮ：ＵＩＤテンプレート層の成長は、こうして開始し、約１．５μｍのＧａＮが、基板上に堆積されるまで続けられる。
【００２５】
５．ブロック３４におけるこの点で、シランガス（ＳｉＨ４）の小さな流れが、リアクタチャンバの中に注入されたガスストリームの中に導入され、ｎ型導電性ＧａＮを得る。１μｍ厚のｎ型導電性ＧａＮ層が、このテンプレート層上に堆積されるまで、この成長は続けられる。
【００２６】
６．ブロック３６で、ＴＭＧおよびＳｉＨ４の流れが、堆積を停止するために、終了され、温度は、室温まで下げられる。ＮＨ３の流れは、堆積されたＧａＮ膜（ｆｉｌｍ）の劣化を防止するために、冷却の間、継続される。サンプルは、次いで、リアクタから取り出される。
【００２７】
７．ブロック３８で、適正な表面準備後に、適切なフォトレジストが、サンプルの上にスピンされ、次いで、所望のパターンが、適切なフォトリソグラフィツールを用いて、この特定の目的のために設計されたマスクを用いて、フォトレジストの上に、転写される。適切な現像液が、次いで、フォトレジストを現像するために使用され得、これに続いて、ハードベークが行われる。サンプルは、次いで、酸素プラズマを用いて、「デスカム（ｄｅｓｃｕｍ）」される。
【００２８】
８．ブロック４０で、サンプルは、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）ツールの中に導入される。塩素ガスが、エッチャントとして使用される。フォトレジストマスクによって保護されない堆積されたＧａＮ層のエリアは、テキスチャリングされた表面を生成するために、これらの条件下でエッチングされる。フォトレジストによって保護されるエリアにおいて、フォトレジストは、比較的遅い速度でエッチングされる。このエッチングは、約５００ｎｍのエッチング深さが、ＧａＮ膜の中に得られるように、適切な継続時間にわたって行われる。以前に確立されたエッチング速度が、この継続時間を決定するために使用される。
【００２９】
結果として、このブロックは、選択的に表面をテキスチャリングすることを示す。ここで、選択的にテキスチャリングされた表面は、結果として、蛍光体不要の白色光源となる。テキスチャリングされた表面は、部分的にテキスチャリングされた表面であり得、このブロックは、ブロック３８と関連して、表面のテキスチャリングされていないエリアに対する表面のテキスチャリングされたエリアの比率を制御すること、テキスチャリングされた表面のパターンを制御すること、およびテキスチャリングされた表面の寸法を制御することを必然的に伴い得ることに、留意されたい。
【００３０】
９．ブロック４２で、サンプルは、ＲＩＥツールから取り出され、適切な溶媒が、残留しているフォトレジストを除去するために使用される。得られたＧａＮ膜のエッチングプロファイルが、所望のようになっていることを確認するために、プロファイル測定器が使用される。サンプルは、次いで、溶媒を用いて洗浄され、ＭＯＣＶＤリアクタの中に再び導入するために準備される。
【００３１】
１０．ブロック４４で、サンプルは、次いで、ＭＯＣＶＤリアクタの中に再導入される。温度は、約１０５０℃の推定ウェハ表面温度まで上げられ、その間、ＮＨ３ガス、Ｎ２ガス、およびＨ２ガスの混合物が流される。温度が安定化するとき、適正な体積のＴＭＧおよびＳｉＨ４がガスストリームの中に導入され、約１００ｎｍのｎ型導電性ＧａＮ層が、テキスチャリングされた表面上に再成長される。
【００３２】
１１．ブロック４６で、ＴＭＧ、ＳｉＨ４およびＨ２の流れは、次いで、停止され、温度は、約８００℃の推定ウェハ表面温度（６７５℃の熱電対測定温度）まで下げられる。インジウム含有発光層は、次いで、この温度で、再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に堆積される。まず、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの４ｎｍ厚の「量子井戸」層が、再成長されたｎ型導電性ＧａＮ層上に堆積され、次いで、その量子井戸層上に、８ｎｍ厚のＧａＮの「バリア」層が堆積される。これらの２つの堆積ステップは、複数（例えば、５つ）の量子井戸層およびバリア層を得るために、（例えば、さらに４回）繰り返される。（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎの井戸層の堆積の間は、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の適切な流れが流される一方で、ＧａＮ層の堆積の間は、ＴＥＧのみが流される。
【００３３】
パターニングされた基板上の位置に依存して、インジウムの割合の変動が、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ層の中に組み込まれる。例えば、ピラーの頂上にインジウムの高い組み込みを、ピラー間の谷にインジウムの低い組み込みを見ることが期待され得る。中程度の度合いの組み込みは、ピラーの側壁上に堆積された膜に対して期待され得る。（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ膜の中へのインジウムの組み込みにおけるこの空間的変動は、本発明の成功への鍵である。さらに、種々のテキスチャパターンおよび深さは、種々の発光結果（ピーク発光波長における異なるシフト、および異なる発光強度を含む）を生成するように期待され得る。
【００３４】
１２．ブロック４８で、全ての金属有機物の流れが、次いで、停止され、サンプルは、室温まで戻される。その間、堆積された膜の劣化を防ぐために、ＮＨ３ガスを流し続ける。
【００３５】
光ルミネセンス測定は、適切に小さな（直径で約５０μｍのオーダー）ビームスポットサイズを生成する設定を用いて、実行された。その測定は、テキスチャリングされたエリアで、次いで、隣接するテキスチャリングされていないエリアで実行された。発光は、適切に広いスペクトル範囲（例えば、３５０ｎｍ〜７００ｎｍ）で測定された。これらのエリアのそれぞれからのサンプルスペクトルは、図７に示され、本発明の中心的な前提（すなわち、適切にテキスチャリングされた成長表面上に、発光層を再成長させることによって、光ルミネセンススペクトルによって明らかなように、発光強度を妥協することなく、ピーク発光波長において、適切に小さな空間スケール上で、より長い波長へと大きなシフトが、生成され得ること）を有効にする。図８は、テキスチャリングされたエリア５０と、参照のために、隣接するテキスチャリングされていないエリア５２とを示す光学顕微鏡による平面図である。
【００３６】
（考えられる改変およびバリエーション）
本発明の本質的な要素を組み込んだ幾つかの改変およびバリエーションが、以下に記載される。さらに、幾つかの代替的な材料、成長条件、および技術は、以下に列挙されるように、本発明を実施する上で使用され得る。
【００３７】
１．テキスチャリングされた表面上に堆積されたインジウム含有発光層は、半導体デバイスの中の「能動」素子または１つ以上の「受動」素子のいずれかとして組み込まれ得る。「能動」層によって、電気的に能動であり、キャリア注入の結果として、光を放つ層が意味される。「受動」層によって、電気的に受動であり、能動層からの光によって励起された結果として、蛍光体と同じような方法で、光を放つ層が意味される。
【００３８】
２．本発明の本質的な要素を、窒化物ベースの発光ダイオードまたはレーザダイオードに組み込むことも、プロセスの中で、各それぞれのデバイスに対して必要な層を組み込むことによって可能であり得る。例えば、ｐ型層は、発光ダイオードを得るために、組み込まれ得、追加として、クラッディング（ｃｌａｄｄｉｎｇ）層は、レーザダイオードを得るために、組み込まれ得る。
【００３９】
３．テキスチャリングされた表面上の単一の「フィーチャ」は、幅広い範囲の寸法を有し得る。フィーチャの高さは、０．１μｍ〜２μｍまで変動し得るが、これらの値には限定されない。「フィーチャ」の側面寸法は、大きく変動し得、側面寸法の少なくとも１つは、０．１μｍ〜５０μｍの範囲に収まるが、この範囲に限定されない。
【００４０】
４．２つ以上のピーク波長で発光し、その双方のピーク発光波長がインジウム含有発光層から主として生成されるように適切にテキスチャリングされたエリアを有するデバイスを企図することも可能である。例えば、デバイスは、適切にテキスチャリングされないエリアおよび適切にテキスチャリングされるエリアを有し得、図５（ａ）に示されるように、テキスチャのパターンおよび深さは、その全てのテキスチャリングされたエリアで、同一である。これは、テキスチャリングされたエリアおよびテキスチャリングされなかったエリアのそれぞれから１つで、２つのピーク発光波長を生成することが期待され得る。この考え方は、テキスチャリングされたエリアが２つのタイプからなり得るデバイスで、もう一つのステップを進めて実行され得る。このデバイスにおいて、図５（ｂ）に示されるように、テキスチャのパターンおよび深さが、各タイプのテキスチャリングされたエリアで異なり得る。これは、テキスチャリングされていないエリアから１つ、２つのテキスチャリングされたエリアのそれぞれから１つの３つのピーク発光波長を生成することを期待され得る。同様の考え方で、３つ以上のタイプのテキスチャリングされたエリアを有し、これに対応する数のピーク発光波長を有するデバイスが、企図され得る。したがって、主としてインジウム含有層から生じる複数のピーク発光波長を有する広範な様々な光源が、企図され得る。
【００４１】
５．ｒ面サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、ｃ面シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、ａ面ＳｉＣ、無極性ａ面ＧａＮ、サファイア上ＥＬＯＧ  ＧａＮ、ＡｌＮ、およびＳｉＣを含む代替的な基板材料が、使用され得るが、これらに限定されない。
【００４２】
６．好ましい実施形態は、テキスチャリングされた半導体層の上に、同一の材料組成の半導体材料層を堆積するか、あるいは再成長させる（すなわち、テキスチャリングされた「界面」での同材料（ｈｏｍｏ−ｍａｔｅｒｉａｌ）の堆積）が、代替的な実施形態は、テキスチャリングされた表面上に、異なる材料組成を堆積することを含み得る。
【００４３】
７．様々な材料層は、例えば、ＧａＮ、（Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ、または（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎと称されるが、本発明は、材料層のこれらの特定的な組成に限定されない。その代わりに、本発明は、パターニングされた半導体層上での発光能動層または発光受動層の成長に関する。したがって、材料層は、様々な当業者によって使用される発光ダイオードを製造するための他の組成、技術、および方法も含み得る。
【００４４】
例えば、好ましい実施形態と具体的には異なるが、本発明の範囲に全体的には収まる他の元素の追加も包括するために、発光層は、インジウム含有層とみなされる。
【００４５】
同様に、好ましい実施形態において、発光ＩｎＧａＮ「量子井戸」層は、ＧａＮ「バリア」層によって分離され得る。しかしながら、ＩｎＧａＮまたはＡｌＧａＮを含む他の組成も、バリア層に使用され得る。したがって、可能な場合、非能動材料層は、窒化物ベースの半導体合金、すなわち、より具体的には（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎとみなされる。
【００４６】
８．分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を含む代替的なエピタキシャル成長技術が使用され得るが、これに限定されない。追加として、様々な異なる成長条件（前駆源（ｐｒｅｃｕｒｓｏｒ  ｓｏｕｒｃｅ）、ガス、圧力など）が、所与の成長技術に対して用いられ得る。
【００４７】
９．誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）および光電気化学（ＰＥＣ）湿式エッチングを含む代替的な技術が、表面のテキスチャリングを実行するために使用され得るが、これらに限定されない。
【００４８】
１０．上述のように、本発明の好ましい実施形態で使用される堆積の順番は、以下のように、
（１）ｃ面サファイア基板上へのＧａＮ核形成層の堆積、
（２）（１）核形成層上へのＧＡＮ：ＵＩＤテンプレート層の堆積、
（３）（２）のＧＡＮ：ＵＩＤテンプレート層上へのＳｉドープされたｎ型導電性ＧａＮ層の堆積、および
（４）ＧａＮ層のパターニングと、引き続き、本発明を完成するための追加の堆積
である。
【００４９】
これらのステップの目的は、高品質で導電性のベースを作成し、そのベースの上に、本発明を堆積して、製造することである。堆積の他の方法、材料、層、または順番は、この要求を満たすために使用され得、次いで、本発明を実現し得る。
【００５０】
上記の項目７、８、および９において、幾つかの網羅的ではない代替的な材料、基板、および堆積技術が列挙されている。材料、基板、および／または堆積技術の各選択に対して、幾つかの方法および層の組成が、これらのステップの要求を満たすために選択され得る。
【００５１】
１１．テキスチャリングは、ＧａＮ層の厚さまでの異なる深さまで実行され得、その結果として、異なった結果が得られ得る。
【００５２】
１２．円、正方形、他の多角形、およびこれらの組み合わせの様々なアレイまたはタイルによる配置を含む多様性に富んだテキスチャパターンが、成長表面をテキスチャ化するために使用され得るが、これらのパターンに限定されない。少数の可能なテキスチャパターンは、図４に示される。
【００５３】
１３．デバイスエリアにわたって、テキスチャリングされていないエリアに対するテキスチャリングされたエリアの比率は、図４および図５に示されるように、広範な範囲が適用され得、こうして、異なる結果を与え得る。
【００５４】
（利点および改善点）
既存の実施（ｐｒａｃｔｉｃｅ）に対する本発明の利点および改善点、ならびに新規であると考えられる特徴は、以下を含む。
【００５５】
１．これは、半導体デバイス内の発光層がテキスチャリングされた表面上に堆積されるべきであると喚起する初めての発明であると考えられる。
【００５６】
２．本発明によって、特定の割合のインジウムを含むインジウム含有発光層が、より高い材料品質および改善された効率を可能にする条件下で、堆積されることが可能になる。したがって、従来方法によって現在達成されるＵＶから赤外まで発光するデバイスよりも、より高品質なデバイスを達成することが期待される。
【００５７】
３．表面テキスチャリングの二次的な効果は、光抽出効率における改善である。
【００５８】
４．デバイス構造にインジウム含有層を適切に配置することによって、このインジウム含有層は、「能動」（すなわち、電気的に能動）層または１つ以上の「受動」（すなわち、電気的に受動）層のいずれかとして使用され得る。
【００５９】
５．２つ以上のタイプのテキスチャパターンを有するエリアを含むようにテキスチャパターンを適切に設計することによって、あるいはパターニングされていないエリアを含むことによって、２つ以上のピーク波長で光を放つデバイスが、たとえ、その発光層が、１回のステップで堆積されるとしても、作成され得る。
【００６０】
（参考文献）
以下の参考文献は、本明細書に参考として援用される。
【００６１】
１．米国特許第５，７７９，９２４号明細書（Ｋｒａｍｅｓらに、１９９８年７月１４日に付与、発明の名称「Ｏｒｄｅｒｅｄ  ｉｎｔｅｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ  ｆｏｒ  ａ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ」）
２．米国特許第６，６０８，３３０号明細書（Ｙａｍａｄａらに、２００３年８月１９日に付与、発明の名称「Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ」）
３．米国特許出願公開第２００３／００５７４４４号明細書（Ｎｉｋｉ，Ｉｓａｍｕらによる、２００３年３月２７日に公開、発明の名称「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ」）
４．米国特許第６，３０３，４０４号明細書（Ｍｏｏｎらに、２００１年１０月１６日に付与、発明の名称「Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｆａｂｒｉｃａｔｉｎｇ  ｗｈｉｔｅ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｕｓｉｎｇ  ＩｎＧａＮ  ｐｈａｓｅ  ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ」）
５．米国特許第６，６２０，２３８号明細書（Ｔｓｕｄａらに、２００３年９月１６日に付与、発明の名称「Ｎｉｔｒｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，  ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ  ａ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，  ａｎｄ  ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ」）
６．米国特許第６，６２０，６４３号明細書（Ｋｏｉｋｅに、２００３年９月１６日に付与、発明の名称「Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｅｖｉｃｅ  ｕｓｉｎｇ  ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  ｎｉｔｒｉｄｅ  ｃｏｍｐｏｕｎｄ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ」）
７．米国特許第６，６３０，６９１号明細書（Ｍｕｅｌｌｅｒ−Ｍａｃｈらに、２００３年１０月７日に付与、発明の名称「Ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ  ｄｅｖｉｃｅ  ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ  ａ  ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｔ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｔｈａｔ  ｐｅｒｆｏｒｍｓ  ｐｈｏｓｐｈｏｒ  ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ」）
（結論）
これは、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付けるものである。本発明の１つ以上の実施形態に関する以上の記述は、例示と説明の目的のために提示されてきた。網羅的に記載することも、本発明をここに開示した厳密な形式に限定することも意図していない。上述の教示を考慮すると、多数の変更やバリエーションも可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるものではなく、むしろ、本明細書に添付された請求項によって限定されることを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】図１は、表面のテキスチャリングが実行された後の代表的なデバイス表面エリアの平面図を示す。
【図２】図２は、図１のエリアの断面を示す。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｄ）は、デバイス表面エリアのテキスチャリングを得るために含まれるステップのシーケンスを模式的に示す。
【図４】図４（ａ）〜図４（ｃ）は、図１に示されるテキスチャパターンの代わりに適用され得る幾つかの他の可能なテキスチャパターンを示す。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、テキスチャリングされたエリアおよびテキスチャリングされていないエリアに対する幾つかの他の可能なバリエーションを示す。
【図６】図６は、本発明の好ましい実施形態による発光デバイスを作成する典型的な成長および製造シーケンスを示す流れ図である。
【図７】図７は、テキスチャリングされたエリア上で、次いで、隣接するテキスチャリングされていないエリアで実行された光ルミネセンス測定の結果を示すグラフである。
【図８】図８は、テキスチャリングされたエリアと、参照のために、隣接するテキスチャリングされていないエリアとを示す光学顕微鏡による平面図である。
【図１】
2008537633.tif 000003
【図２】
2008537633.tif 000004
【図３（ａ）】
2008537633.tif 000005
【図３（ｂ）】
2008537633.tif 000006
【図３（ｃ）】
2008537633.tif 000007
【図３（ｄ）】
2008537633.tif 000008
【図４（ａ）】
2008537633.tif 000009
【図４（ｂ）】
2008537633.tif 000010
【図４（ｃ）】
2008537633.tif 000011
【図５（ａ）】
2008537633.tif 000012
【図５（ｂ）】
2008537633.tif 000013
【図６】
2008537633.tif 000014
【図７】
2008537633.tif 000015
【図８】
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