(57)【要約】平面酸化亜鉛系エピタキシャル層、付随ヘテロ構造、およびデバイスを形成する方法が提供される。本発明の一実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、ｍ平面または微斜面ｍ平面ウルツ鉱基板を提供するステップと、金属有機化学蒸着を使用して、基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成するステップとを含む。本発明の関連する実施形態によると、本方法は、基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱するステップを含み得る。
2011521477.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法であって、該方法は、
ｍ平面または微斜面ｍ平面ウルツ鉱基板を提供することと、
金属有機化学蒸着を使用して、該基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記基板上に前記酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することは、前記基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、酸化亜鉛系基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
ＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される、少なくとも１つの元素をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、前記ｍ平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する、微斜面基板である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
請求項１に記載の方法に従って生成されるエピタキシャル層を有するデバイス。
【請求項９】
酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法であって、該方法は、
主平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する微斜面ウルツ鉱基板を提供することと、
該基板を加熱することと、
該基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することであって、該酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、ことと
を含む、方法。
【請求項１０】
前記基板上に前記酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することは、金属有機化学蒸着を使用して、該基板上に該酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記基板は、酸化亜鉛系基板である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、ｃ平面微斜面ウルツ鉱基板である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、約６００℃乃至約１０００℃に加熱される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、約８００℃乃至約９５０℃に加熱される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、ｍ平面微斜面ウルツ鉱基板である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は、約４００℃乃至約９００℃に加熱される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
請求項９に記載の方法に従って生成されるエピタキシャル層を有するデバイス。
【請求項２０】
酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法であって、該方法は、
ａ平面または微斜面ａ平面ウルツ鉱基板を提供することと、
該基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱することと、
該基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することであって、該酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、ことと
を含む、方法。
【請求項２１】
前記基板上に前記酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することは、金属有機化学蒸着を使用して、該基板上に該酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記基板は、酸化亜鉛系基板である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
ＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記基板は、前記ａ平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する微斜面ウルツ鉱基板である、請求項２１に記載の方法。
【請求項２５】
前記基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱される、請求項２１に記載の方法。
【請求項２６】
請求項２０に記載の方法に従って生成されるエピタキシャル層を有するデバイス。
【請求項２７】
酸化亜鉛系エピタキシャル層の主平面から約２度乃至約１５度のオフカット角度を有する微斜面平面に沿って配向される、酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み、該酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、デバイス。
【請求項２８】
前記デバイスは、発光デバイス（ＬＥＤ）である、請求項２７に記載のデバイス。
【請求項２９】
前記デバイスは、動作の間、低ドループ現象を呈するＬＥＤである、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項３０】
酸化亜鉛系エピタキシャル層の非極性または微斜面非極性平面に沿って配向される、酸化亜鉛系エピタキシャル層を含むデバイスであって、該酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、デバイス。
【請求項３１】
前記デバイスは、発光デバイス（ＬＥＤ）である、請求項３０に記載のデバイス。
【請求項３２】
前記デバイスは、動作の間、低ドループ現象を呈する、ＬＥＤである、請求項３１に記載のデバイス。
【請求項３３】
酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法であって、該方法は、
主平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する微斜面ｃ平面ウルツ鉱基板を提供することと、
該基板を加熱することと、
該基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することと
を含む、方法。
【請求項３４】
前記基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することは、金属有機化学蒸着を使用して、該基板上に該酸化亜鉛エピタキシャル層を形成することを含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法であって、該方法は、
半極性ウルツ鉱基板を提供することと、
金属有機化学蒸着を使用して、該基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成することと
を含む、方法。
【請求項３６】
前記基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱することをさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記基板は、酸化亜鉛系基板である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
ＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満である、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される少なくとも１つの元素をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
前記基板は、｛１１−２２｝または｛１０−１２｝平面群に属する平面と平行または実質的に平行な堆積表面を有する、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱される、請求項３６に記載の方法。
【請求項４２】
請求項３５に記載の方法に従って生成されるエピタキシャル層を有するデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、米国仮特許出願第６１／０５４８４２号（名称「ＺＩＮＣ−ＯＸＩＤＥ  ＢＡＳＥＤ  ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＬＡＹＥＲＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、２００８年５月２１日出願）および米国仮特許出願第６１／０６０７５４号（名称「ＺＩＮＣ  ＯＸＩＤＥ  ＡＬＬＯＹＳ  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＩＮＣＬＵＤＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ」、２００８年６月１１日出願）の優先権を主張し、これらの出願の開示は、その全体が本明細書に参考として援用される。
【０００２】
（発明の分野）
本発明は、概して、エピタキシャル層と、そのような層を含み、ウルツ鉱結晶構造を有する半導体から形成されるデバイスとに関し、より具体的には、本発明は、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層の成長に関する。
【背景技術】
【０００３】
化学気相成長（ＣＶＤ）は、ウエハ等の基板上で薄膜を形成するために使用される堆積プロセスである。ＣＶＤプロセスにおいて、基板は、反応チャンバ内において、１つ以上の前駆体に曝露される。前駆体が基板に接触した際に基板表面と反応または基板表面上において分解し、所望の薄膜を生成するように、基板は、典型的には、前駆体の分解温度より高い温度まで加熱される。しかしながら、いくつかの基板の結晶性構造は、異なる結晶性軸に沿った優先的成長率のために、薄膜の成長に影響を及ぼし、非平面３次元薄膜を生成し得る。例えば、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、および関連材料等の六方晶ウルツ鉱材料内では、２つの優位軸（ｃ軸およびａ軸）に沿った成長は、主に、これらの２つの軸に沿った成長率における異方性のために、可変である。いくつかの技術は、ｃ軸上における単一の結晶性かつ連続的成長を可能にするように開発されている。例えば、本譲受人によって共同所有される、特許文献１（２００７年１２月１１日出願のＰＣＴ国際出願第ＵＳ２００７／０２５４３２号）「Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」を参照されたい（参照することによって本明細書に組み込まれる）。それでもなお、六方晶結晶性構造を備える基板上のＺｎＯおよびＺｎＯ系合金の平面堆積には、課題が残る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２００８／０７３４６９号
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、ｍ平面または微斜面ｍ平面ウルツ鉱基板を提供するステップと、金属有機化学蒸着を使用して、基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成するステップとを含む。
【０００６】
本発明の関連する実施形態によると、本方法は、基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱するステップを含み得る。基板は、酸化亜鉛系基板を含み得るＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満であり得る。酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、および／またはカリウムをさらに含み得る。基板は、ｍ平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する、微斜面基板であり得る。基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱され得る。実施形態は、本方法に従って生成されるエピタキシャル層を有する、デバイスを含み得る。
【０００７】
本発明の別の実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、主平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する微斜面ウルツ鉱基板を提供するステップと、基板を加熱するステップと、基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成するステップとを含む。酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、および／またはカリウムをさらに含み得る。関連実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金属有機化学蒸着を使用して、形成され得る。基板は、ｃ平面微斜面ウルツ鉱基板であってもよく、約６００℃乃至約１０００℃、好ましくは、約８００℃乃至約９５０℃に加熱され得る。基板は、ｍ平面微斜面ウルツ鉱基板であって、約４８０℃乃至約９００℃、好ましくは、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱され得る。実施形態は、本方法に従って生成されるエピタキシャル層を有するデバイスを含み得る。
【０００８】
本発明の別の実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、ａ平面または微斜面ａ平面ウルツ鉱基板を提供するステップと、基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱するステップと、基板上に、金、銀、および／またはカリウムをさらに含む、酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成するステップとを含む。関連実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金属有機化学蒸着を使用して、形成され得る。基板は、ａ平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する、微斜面ウルツ鉱基板であり得る。基板は、約５５０℃乃至約６５０℃に加熱され得る。実施形態は、本方法に従って生成される、エピタキシャル層を有する、デバイスを含み得る。
【０００９】
本発明の別の実施形態によると、デバイスは、酸化亜鉛系エピタキシャル層の非極性（例えば、ｍ平面またはａ平面）あるいは微斜面非極性平面に沿って配向される、酸化亜鉛系エピタキシャル層を含む。酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀および／またはカリウムをさらに含み得る。本発明の別の実施形態によると、デバイスは、主平面から約２度乃至約１５度のオフカット角度を有する、微斜面平面に沿って配向される、酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み、酸化亜鉛系層は、金、銀、およびカリウムから成る群から選択される、少なくとも１つの元素をさらに含む。関連実施形態では、デバイスは、動作の間、低ドループ現象を呈する、発光デバイスおよび／またはＬＥＤを含み得る。
【００１０】
本発明の別の実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、主平面から約２度乃至約１５度の範囲のオフカット角度を有する、微斜面ｃ平面基板を提供するステップと、基板を加熱するステップと、基板上に酸化亜鉛系層を形成するステップとを含む。
【００１１】
本発明の別の実施形態によると、酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法は、半極性ウルツ鉱基板を提供するステップと、金属有機化学蒸着を使用して、基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成するステップとを含む。本方法は、基板を約４００℃乃至約９００℃に加熱するステップを含み得る。基板は、酸化亜鉛系基板を含み得る。ＶＩ族元素対ＩＩ族元素の金属有機化学蒸着過飽和比は、８０００未満であり得る。酸化亜鉛系エピタキシャル層は、金、銀、および／またはカリウムをさらに含み得る。基板は、｛１１−２２｝または｛１０−１２｝平面群に属する平面と平行または実質的に平行な堆積表面を有し得る。本方法は、基板を約５５０℃乃至約６５０℃に加熱するステップを含み得る。実施形態は、本方法に従って生成される、エピタキシャル層を有する、デバイスを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
上記および本発明の利点は、添付の図面を参照して、以下の本発明のさらなる説明からより完全に理解される。
【図１】図１は、ｍ平面がハイライトされている、六方晶構造を図式的に示す。
【図２】図２は、ａ平面がハイライトされている、六方晶構造を図式的に示す。
【図３】図３は、ｃ平面がハイライトされている、六方晶構造を図式的に示す。
【図４ａ】図４ａ−４ｂは、本発明の実施形態による、金属有機化学蒸着を使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を堆積するためのプロセスを示す。
【図４ｂ】図４ａ−４ｂは、本発明の実施形態による、金属有機化学蒸着を使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を堆積するためのプロセスを示す。
【図５】図５は、結晶ブールを図式的に示す。
【図６】図６は、本発明の実施形態による、ブールから微斜面基板を生成するために、オフカット角度４５を備える、結晶ブールを図式的に示す。
【図７】図７は、半極性平面がハイライトされている、六方晶構造を図式的に示す。
【図８】図８は、本発明の実施形態による、ウルツ鉱半導体から形成される、１つ以上のエピタキシャル半導体層を含み、ウルツ鉱半導体のｃ平面と非ゼロ角度を形成する、発光デバイス等の半導体デバイスの断面図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態による、側方電気接触幾何学形状を有する、発光デバイス等の半導体デバイスの断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本明細書に提供される種々の実施形態は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）を使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を成長させる方法について説明する。本明細書で使用されるように、平面層とは、連続する層を指す。平面層は、任意の表面形態を有し得、例えば、平面層は、平滑またはテクスチャード加工表面を有し得る。本明細書に説明されるエピタキシャル層は、単結晶性であってもよく、転位密度約１０７ｃｍ−２未満（例えば、約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満）および／または積層欠陥密度約１０４ｃｍ−１未満（例えば、約１０３ｃｍ−１未満、約１０２ｃｍ−１未満）等、低欠陥密度を有し得る。
【００１４】
ＭＯＣＶＤは、金属有機前駆体を使用する、ＣＶＤプロセスである。本明細書に説明されるいくつかの実施形態は、ＭＯＣＶＤを使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を基板上に成長させる、基板構成および成長プロセスを提供する。例示的実施形態の詳細は、後述される。物理的堆積プロセスである、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）と異なり、ＭＯＣＶＤは、源ガスの熱分解を伴う、化学堆積プロセスである。したがって、ＭＯＣＶＤの場合、成長プロセスの温度は、源ガスの熱分解と堆積プロセスの表面動態の両方を制御する。したがって、ＭＢＥを使用して容易に達成される材料の堆積は、必ずしも、容易にＭＯＣＶＤに移行されるわけではない。本明細書に説明されるＭＯＣＶＤプロセスは、種々の非ｃ平面ウルツ鉱基板内における平面酸化亜鉛系エピタキシャル層の堆積を可能にする。
【００１５】
図１、２、および３に示されるように、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ）等の六方晶ウルツ鉱材料は、ａ１、ａ２、ａ３、およびｃとして示される結晶性方向を備える、六方晶構造を有する。当業者によって周知のように、六方晶構造内の結晶性平面のいくつかは、図１に陰影として示されるｍ平面（１０−１０）、図２に陰影として示されるａ平面（１１−２０）、および図３に陰影として示されるｃ軸に垂直な＋ｃ平面（０００１）または−ｃ平面（０００−１）であって、例えば、＋ｃ平面は、数字１０、１２、１８、２２、および２６によって画定される平面である。ＺｎＯ系半導体およびＩＩＩ族窒化物半導体等のウルツ鉱結晶材料の場合、ｍ平面およびａ平面は、非極性平面であって、ｃ平面は、極性平面である。
【００１６】
具体的平面が、図１および２にハイライトされているが、当業者は、ｍ平面群が、六方晶構造の６辺のうちのいずれかであってもよく、ａ平面群が、３つのａ軸のうちの１つに垂直な３平面のうちのいずれかであり得ることを認識するであろう。例えば、ｍ平面は、図１に示されるように、数字１０、１２、１４、および１６によって画定される平面（陰影平面）ではなく、数字１２、１６、１８、および２０によって画定される平面であり得る。同様に、ａ平面は、図２に示される、数字１２、１６、２２、および２４（陰影平面）によって画定される平面ではなく、数字１２、１６、２６、および２８によって画定される平面であり得る。
【００１７】
図４ａを参照すると、ＭＯＣＶＤを使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を堆積するためのプロセスが、本発明の一実施形態に従って説明される。プロセスは、ステップ１００から開始し、１つ以上の微斜面基板が、提供される。当業者によって周知のように、微斜面基板は、ウルツ鉱結晶のｃ平面、ｍ平面、またはａ平面等の主要結晶性平面から、基板の表面を偏移させることによって形成され得る。例えば、図５は、六方晶のｍ平面等の表面３０を備える、結晶ブールを図式的に示す。次いで、本実施例では、軸上ｍ平面基板が、表面３０と平行なその両平面を備える、薄片３５に結晶をスライスすることによって調製される。本実施例を継続して参照すると、図６に図式的に示されるように、基板の表面４０およびｍ平面表面３０が、オフカット角度４５を形成するように、軸上ｍ平面表面３０からの偏移角度で薄片をスライスすることによって、ｍ平面微斜面基板が、調製され得る。当業者によって周知のように、オフカット角度４５は、指定平面に対して、任意の角度で形成され得る。例えば、図１を参照すると、微斜面基板表面は、ｍ平面から、＋ｃ平面（例えば、数字１０、１２によって形成される平面の辺が、六角形の中心に向かって移動し得る）、−ｃ平面（例えば、数字１４、１６によって形成される平面の辺が、六角形の中心に向かって移動し得る）、ａ平面（例えば、数字１２、１６によって形成される平面の辺が、六角形の中心に向かって、または数字１０、１４、１８、および２０によって画定されるａ平面に向かって、移動し得る）等に向かって偏移され得る。いくつかの実施形態では、オフカット角度４５は、約２度乃至約２５度の範囲であり得る。いくつかの他の実施形態では、オフカット角度４５は、２度乃至約１５度の範囲であり得る。いくつかの実施形態では、オフカット角度４５は、約０．５度乃至約２５度の範囲であり得る。他の実施形態では、オフカット角度４５は、０．５度乃至約１５度の範囲であり得る。削成後、基板表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を介して、研磨され得る。
【００１８】
いくつかの実施形態では、基板は、ＺｎＯ系半導体（例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、またはそれらの組み合わせ）あるいは関連材料から形成され得る。いくつかの実施形態では、基板は、電気的に伝導性であり得る。他の実施形態では、基板は、絶縁性または半絶縁性であり得る。基板の電気的伝導性または半絶縁性の性質は、適切なドーパント原子による基板ドーピングを介して、達成され得る。
【００１９】
図４ａを参照すると、ステップ１１０において、１つ以上の微斜面基板が、反応チャンバ内で加熱され得る。微斜面基板上の成長プロセスのために利用される温度範囲は、基板の表面の結晶性方向に応じて、可変であり得る。例えば、ｍ平面またはａ平面微斜面基板の場合、基板の温度範囲は、約４００℃乃至約９００℃、好ましくは、４８０℃乃至約９００℃、より好ましくは、約５５０℃乃至約６５０℃、最も好ましくは、約６００℃であり得る。いくつかの実施形態では、基板の温度は、約５００℃未満かつ約４００℃超であり得る。ｃ平面微斜面基板では、基板の温度範囲は、約６００℃乃至約１０００℃、好ましくは、約８００℃乃至約９５０℃、より好ましくは、約９００℃であり得る。
【００２０】
図４ａを参照すると、ステップ１２０では、酸化亜鉛系エピタキシャル層が、ＭＯＣＶＤを使用して、基板上に形成され得る。当業者によって公知のように、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、亜鉛系源からの亜鉛を含む第１のガスと、酸素系源からの酸素を含む第２のガスとを提供することによって、形成され得る。亜鉛系源および酸素系源は、典型的には、ガス相として供給されるが、源は、固体、液体、または半固体相であり得る。第１のガスおよび第２のガスは、反応チャンバ内の１つ以上の基板へと輸送される。プロセスガス組成の制御は、当業者によって周知のように質量流量コントローラ、弁等を使用して達成され得る。成長雰囲気の圧力は、約２０トル乃至約７６トルの範囲に保持され得る。反応ガスおよび／またはその流量を変動させることによって、所望の組成を有する１つ以上の半導体層（例えば、単結晶性半導体層）が、基板上に堆積され得る。反応を制御するステップを使用して、各半導体層の厚さを制御し得る。反応ガスは、Ｚｎに対しては、ジエチル亜鉛またはジメチル亜鉛、Ｏに対しては、酸素ガス（Ｏ２）、二酸化炭素、亜酸化窒素、または二酸化窒素を含み得るが、その他が使用され得る。合金化元素を酸化亜鉛系エピタキシャル層に取り込むために、Ｍｇに対しては、シクロペンタジエチルマグネシウム、Ｃｄに対しては、ジエチルカドミウム、Ｓｅに対しては、ジーターシャリ−ブチルセレニウム、および当業者に公知の他の反応ガス等、他の反応ガスが含まれ得る。含まれ得る他の反応ガスとして、Ｃｌのｎ型ドーパントガスとしての塩化エチル、ｎ型ドーパントガスとしてのＡｌ、ＧａおよびＩｎのトリメチルまたはトリエチル、Ｎのｐ型ドーパントガスとしての窒素ガス（Ｎ２）またはアンモニア、Ｐのｐ型ドーパントガスとしての亜リン酸ジエチル、Ａｓのｐ型ドーパントガスとしてのアルシン、Ｓｂのｐ型ドーパントガスとしてのトリメチルアンチモン、あるいは任意の他の好適なドーパント反応ガスを含み得る。
【００２１】
いくつかの実施形態では、ドーパントは、金、銀、および／またはカリウム等のｐ型ドーパントを含んでもよく、ドーパント源は、固体、液体、半固体、またはガス相として供給され得る。いくつかの実施形態では、少なくとも２つのドーパント（例えば、ｐドーパント）が、エピタキシャル層に取り込まれ得、例えば、金、銀、およびカリウムから成る群からの少なくとも２つのｐドーパントが、エピタキシャル層に取り込まれ得る。源が、凝縮物質形状（例えば、固体、液体、または半固体相）を有する場合、本譲受人によって共同所有される、２００９年４月９日出願の米国特許出願第１２／４２１１３３号「Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ」（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるように、源は、源を室温超まで加熱することによって、ガス相に変換され得る。ドーパント源は、好ましくは、非ハロゲン化かつ非シリル化錯体を含んでもよく、またはハロゲン化またはシリル化錯体を含み得る。
【００２２】
好ましくは、平面ＺｎＯ系エピタキシャル層が成長され得るように、反応チャンバ内では、酸素等のＶＩ族元素の割合は、亜鉛等のＩＩ族元素を上回る。したがって、いくつかの実施形態では、反応チャンバ内における酸素等のＶＩ族元素対亜鉛等のＩＩ族元素の過飽和比は、約８０００未満、好ましくは、約５０乃至約８０００、より好ましくは、約６５０乃至約８０００であり得る。当業者によって周知のように、過飽和比は、モル濃度、蒸気圧、またはガスの流速から導出され得る。堆積プロセスは、前駆体錯体の熱分解が、ガス混合物中または基板表面のいずれかにおいて発生すると、ガス混合物が、加熱された基板表面に接触し、酸化亜鉛系エピタキシャル層が、基板上に形成されることによって生じる。
【００２３】
また、いくつかの実施形態では、例えば、他の有機金属前駆体、反応ガス、不活性搬送ガス等、１つ以上の付加的ガスが、第１および第２のガスと併用され得る。例えば、ドーパントが、ＺｎＯ系エピタキシャル層に取り入れられ、それによって、ｎ型またはｐ型ＺｎＯ系エピタキシャル層を形成させるように、ドーパントは、ＭＯＣＶＤ成長プロセスの際、添加され得る（例えば、エピタキシャル層中において、約１０１５乃至約１０２１ｃｍ−３（または、それ以上）の濃度を有する）。
【００２４】
図４ｂを参照すると、ＭＯＣＶＤを使用して、平面酸化亜鉛系エピタキシャル層を堆積するためにプロセスが、他の実施形態に従って説明される。プロセスは、ステップ２００から開始し、非極性または半極性ウルツ鉱基板、例えば、ｍ平面（１０−１０）基板、ａ平面（１１−２０）基板、あるいは半極性基板が、提供される。図７は、いくつかの半極性結晶平面がハイライトされている、六方晶ウルツ鉱結晶構造を図式的に例示する。半極性結晶平面の実施例として、（１０−１１）、（１０−１−１）、（１０−１２）、（１０−１−２）、（１１−２−１）、（１１−２１）、（１１−２−２）、および（１１−２２）平面を含み得る。いくつかの実施形態では、半極性基板が、提供され得る（例えば、主要結晶平面に対して、結晶を適切な角度で削成し、次いで、基板表面を研磨することによって）。したがって、半極性基板は、｛１１−２２｝または｛１０−１２｝平面群に属する平面等、半極性平面と平行または実質的に平行な堆積表面を有する。同様に、非極性基板は、ｍ平面｛１０−１０｝群またはａ平面｛１１−２０｝群に属する平面と平行または実質的に平行な堆積表面を有し得る。
【００２５】
図４ｂを参照すると、ステップ２１０において、非極性または半極性基板が、反応チャンバ内で加熱され得る。本事例では、基板は、約４００℃乃至約９００℃、好ましくは、約４８０℃乃至約９００℃、より好ましくは、約５５０℃乃至約６５０℃、最も好ましくは、約６００℃に加熱され得る。いくつかの実施形態では、基板の温度は、約５００℃未満かつ約４００℃超であり得る。約４５度未満のｃ平面に対して角度を成す半極性基板は、約６００℃乃至約１０００℃、好ましくは、約８００℃乃至約９５０℃、より好ましくは、約９００℃に加熱され得る。
【００２６】
図４ｂを参照すると、ステップ２２０では、酸化亜鉛系エピタキシャル層が、ＭＯＣＶＤを使用して、基板上に形成され得る。ＶＩ族元素（例えば、酸素）対ＩＩ族元素（例えば、亜鉛）の過飽和比は、約８０００未満、好ましくは、約５０乃至約８０００、より好ましくは、約６５０乃至約８０００であり得る。上述のように、金、銀、および／またはカリウム等のｐ型ドーパントは、ＭＯＣＶＤを使用して、基板上に酸化亜鉛系エピタキシャル層を形成し、それによって、ｐ型ＺｎＯ系エピタキシャル層を形成させるために、ＩＩ族元素（例えば、亜鉛）およびＶＩ族元素（例えば、酸素）と併用され得る。いくつかの実施形態では、少なくとも２つのドーパント（例えば、ｐドーパント）が、エピタキシャル層に取り込まれてもよく、例えば、金、銀、およびカリウムから成る群からの少なくとも２つのｐドーパントが、エピタキシャル層に取り込まれ得る。
【００２７】
種々のＭＯＣＶＤ反応器構成を使用して、本明細書に説明されるエピタキシャル層を堆積し得るが、本明細書に使用されるプロセスパラメータは、当業者に周知の他の反応器構成に伴って、可変であり得る。現在開示されているプロセスパラメータは、垂直ＣＶＤ反応器に適用可能である。
【００２８】
いくつかの実施形態では、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、亜鉛を含有する酸化物であり得る。具体的実施例は、酸化亜鉛、亜鉛とＩＩＡ族元素の酸化物、亜鉛とＩＩＢ族元素の酸化物、または亜鉛とＩＩＡ族およびＩＩＢ族元素の酸化物であり得る。いくつかの実施形態では、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、Ｓ、Ｓｅ、および／またはＴｅ等のＶＩＡ族元素を含み得る。いくつかの実施形態では、酸化亜鉛系エピタキシャル層は、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣａＯ、ＺｎＢｅＯ、ＺｎＳｒＯ、ＺｎＢａＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＳｅＯ、ＺｎＴｅＯ、ＺｎＳＯ、ＺｎＭｇＣｄＯ、ＺｎＣｄＳｅＯ、ＺｎＣｄＴｅＯ、またはそれらの組み合わせを含んでもよく、合金化元素は、任意の所望の割合で取り込まれ得る（例えば、最大で溶解限度まで）。そのようなエピタキシャル層のうちの１つ以上を含む、エピ層構造は、本明細書に説明される成長技術を介して、形成され得る。エピ層構造は、１つ以上の量子井戸を含み得る、二重ヘテロ構造等のヘテロ構造を含み得る。
【００２９】
種々の実施形態は、以下に詳述されるように、酸化亜鉛系エピタキシャル層のうちの１つ以上によって形成される、光電子デバイス、電子デバイス、または光デバイス等の半導体デバイスを含み得る。いくつかの実施形態では、半導体デバイスは、酸化亜鉛系エピタキシャル層の非極性または半極性平面に沿って配向される、１つ以上の酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み得る。いくつかの実施形態では、半導体デバイスは、ｍ平面または微斜面ｍ平面に沿って配向される、１つ以上の酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み得る。いくつかの実施形態では、半導体デバイスは、ａ平面または微斜面ａ平面に沿って配向される、１つ以上の酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み得る。いくつかの実施形態では、半導体デバイスは、酸化亜鉛系エピタキシャル層の主平面からの微斜面平面オフカット（例えば、約２度乃至約１５度のオフカット角度を有する）に沿って配向される、１つ以上の酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み得る。
【００３０】
いくつかの実施形態では、光電子デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード等の発光デバイスを含み得る。そのような発光デバイスは、非極性平面（例えば、ｍ平面またはａ平面）あるいはそれらの微斜面平面に沿って、もしくはそれらの半極性平面または微斜面平面に沿って配向される、１つ以上の酸化亜鉛系エピタキシャル層を含み得る。そのような発光デバイスは、低効率ドループ現象動作を呈し得、壁コンセント効率は、電流密度が増加するにつれて、実質的に一定のままである。例えば、非極性基板（または、その微斜面基板）上に成長される酸化亜鉛系ＬＥＤの効率は、約０．５Ａ／ｍｍ２、少なくとも約１Ａ／ｍｍ２（例えば、少なくとも約２Ａ／ｍｍ２、少なくとも約４Ａ／ｍｍ２）に実質的に匹敵し得る。
【００３１】
図８は、１つ以上のエピタキシャル半導体層を含む、発光デバイス等の半導体デバイスの断面図である。以下は、発光デバイスに照らして説明されるが、そのような構造または類似構造は、他の光電子、光、または電子デバイス（例えば、光ダイオード、太陽電池、励起子デバイス、励起子集積回路、励起子光スイッチ、トランジスタ）等の他の半導体デバイス内で使用され得ることを理解されたい。デバイスの１つ以上のエピタキシャル半導体層は、１つ以上のＺｎＯ系半導体等のウルツ鉱半導体から形成され得る。１つ以上のエピタキシャル半導体層は、上述のように、例えば、非極性平面、半極性平面、または微斜面主平面と平行または実質的に平行なウルツ鉱半導体のｃ平面と、非ゼロ角度（例えば、約２度超）を形成する、結晶平面と平行に配向され得る。
【００３２】
半導体デバイスは、複数の半導体層と、複数の半導体層間に配置される活性層３０８とを含む構造を含有し得る。活性層３０８は、上述のように、例えば、非極性平面または半極性平面と平行または実質的に平行なウルツ鉱半導体のｃ平面と、非ゼロ角度を形成する、結晶平面と平行に配向され得る。複数の半導体層は、第１の伝導性型半導体層３０６（例えば、ｎ型またはｐ型）と、半導体層３０６と反対の伝導性型を有する、第２の伝導性型半導体層３１０（例えば、ｐ型またはｎ型）とを含み得、活性層３０８は、半導体層３０６と半導体層３１０との間に配置され得る。いくつかの実施形態では、半導体層３０６は、第１の伝導性型（例えば、ｎ型またはｐ型）クラッド層３２２と、第１の伝導性型接触層３２４とを含み得る。接触層３２４は、クラッド層３２２と異なる（例えば、より高い）ドーピング濃度を有し得、同一または異なる半導体材料から形成され得る。半導体層３１０は、第２の伝導性型（例えば、ｐ型またはｎ型）クラッド層３２０と、第２の伝導性型接触層３１８とを含み得る。接触層３１８は、クラッド層３２０と異なる（例えば、より高い）ドーピング濃度を有し得、同一または異なる半導体材料から形成され得る。
【００３３】
半導体層３０６、半導体層３１０、および活性層３０８のうちの１つ以上は、１つ以上のＺｎＯ系エピタキシャル層等のＺｎＯ系材料から形成され得る。そのような材料は、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｔｅ、および／またはＳを含む、ＺｎＯおよび／またはＺｎＯ系合金を含み得る。そのような合金は、本譲受人によって共同所有される、２００７年１２月１１日出願の国際公開第ＷＯ２００８／０７３４６９号「Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｍｕｌｔｉ−Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｐｈｏｔｏｖｏｌｔａｉｃ  Ｃｅｌｌｓ  ａｎｄ  Ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。
【００３４】
活性層３０８は、隣接する半導体層と異なるバンドギャップを有し、それによって、二重ヘテロ構造を形成する、１つ以上の層を含有し得る。半導体層３０６および半導体層３１０は、活性層とのバンドギャップ差による、キャリア閉じ込め効果を提供し得る。例えば、半導体層３０６および３１０を形成する、少なくともいくつかの層（例えば、クラッドおよび／または接触層）のバンドギャップは、活性層３０８内の１つ以上の層（例えば、量子井戸および／または障壁層）のバンドギャップを上回り得る。そのような構成によって、層３０６および３１０が、活性層３０８によって放出される光を実質的に吸収しないことを確実にし得る。いくつかの実施形態では、活性層３０８は、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＳｅＯ、ＺｎＴｅＯ、および／またはそれらの組み合わせ等のＺｎＯ系材料から形成される１つ以上の井戸層を含有する。二重ヘテロ構造デバイスの場合、半導体層３０６および／または３１０の一部あるいは全部が、活性層３０８の井戸層を上回るバンドギャップを有する、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、ＺｎＳｅＯ、および／またはＺｎＴｅＯ等のＺｎＯ系半導体から形成され得る。
【００３５】
活性層３０８は、バルク層、単一量子井戸構造、または量子井戸間に障壁層を含有し得る、多重量子井戸構造であり得る。いくつかの実施形態では、活性層３０８の厚さは、約１ｎｍ乃至約５００ｎｍ、好ましくは、約５ｎｍ乃至約５０ｎｍ、より好ましくは、約１０ｎｍ超かつ約３０ｎｍ未満（例えば、約１５ｎｍ）の範囲であり得る。
【００３６】
いくつかの実施形態では、デバイスの半導体部分は、二重ヘテロ構造を形成し、活性層３０８は、厚さ約３ｎｍ超（例えば、約５ｎｍ超、約１０ｎｍ超、約１５ｎｍ超）を有する、井戸層である。非極性または半極性結晶平面と平行または実質的に平行な井戸層を有する、ＬＥＤ等の発光デバイスの場合、そのような厚い井戸層は、高効率と、電流密度の増加に伴う、最小効率低下（すなわち、「低効率ドループ現象」）（低内蔵分極場および／または低オージェ再結合により得る）を可能にする。さらに、本明細書に説明されるデバイスの活性層３０８は、低欠陥密度（例えば、転位密度約１０６ｃｍ−２未満、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満）を有し得るため、発光デバイス効率は、さらに向上させることが可能である（低欠陥媒介非放射再結合速度により得る）。
【００３７】
活性層３０８は、少なくとも部分的に、真性ｎドープおよび／またはｐドープであり得る。例えば、活性層３０８は、１つ以上の量子井戸と、各量子井戸の両側に配置される障壁層とを含み得る。これらの層の一部または全部は、真性層であり得る。例えば、量子井戸および／または障壁層は、真性層であり得る。代替として、障壁層および／または量子井戸は、ドープされ得る（例えば、ｎドープおよび／またはｐドープ）。
【００３８】
半導体層３０６は、ｎ型層であってもよく、半導体層３１０は、ｐ型層であり得る。そのようなデバイスでは、基板３０２は、ｎ型基板であり得る。代替として、半導体層３０６は、ｐ型層であってもよく、半導体層３１０は、ｎ型層であり得る。そのようなデバイスでは、基板３０２は、ｐ型基板であり得る。半導体層３０６および／または半導体層３１０の厚さは、約０．１μｍ乃至約３μｍの範囲であり得るが、しかしながら、また、任意の他の好適な厚さが使用され得る。
【００３９】
半導体層３０６および／または半導体層３１０のドーピングは、半導体材料のための種々の好適なドーパント元素によって達成され得る。例えば、ＺｎＯ系半導体の場合、１つ以上の好適なＩ族（例えば、ＩＡおよび／またはＩＢ）および／またはＫ、Ａｕ、Ａｇ、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ等のＶ族元素、ならびに／あるいは他の適切な元素によるドーピングが使用され、ｐ型伝導性を達成し得る。１つ以上の好適なＩＩＩ族元素（例えば、Ｂ、Ａｌ、Ｇａおよび／またはＩｎ）および／またはＶＩＩ族元素（例えば、Ｆ、Ｃｌ、Ｂｒ、Ｉ）によるドーピングが使用され、ｎ型伝導性を達成し得る。半導体層３０６および／または半導体層３１０の一部または全部のドーピング濃度は、約１０１５ｃｍ−３乃至約１０２１ｃｍ−３、好ましくは、約１０１７ｃｍ−３乃至約１０２０ｃｍ−３（例えば、約１０１９ｃｍ−３）の範囲であり得るが、しかしながら、また、任意の他の好適なドーピング濃度が使用され得る。
【００４０】
複数の半導体層（例えば、層３０６と３１０）および／または活性層３０８は、六方晶構造（例えば、ウルツ鉱結晶構造）を有し得、その実施例として、ＺｎＯ系半導体を含み得る。複数の半導体層（例えば、層３０６と３１０）および活性層３０８は、同様に六方晶構造（例えば、ウルツ鉱結晶構造）を有し得る基板３０２上に、エピタキシャルに堆積され得る。また、いくつかのデバイスでは、基板３０２は、六方晶構造（例えば、ウルツ鉱結晶構造）を有し得る。そのような構造を形成し得る堆積プロセスは、上述の通りである。いくつかの実施形態では、複数の半導体層（例えば、層３０６と３１０）および活性層３０８は、活性層を形成する半導体の非極性平面（例えば、ｍ平面またはａ平面）あるいは半極性平面と平行または実質的に平行に配向される、界面を形成する。
【００４１】
基板３０２は、ＺｎＯ系基板（例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、またはそれらの組み合わせ）、あるいは任意の他の好適な基板であり得る。いくつかの実施形態では、基板は、単一結晶基板であり得る。基板は、電気的に伝導性（例えば、ｎ型またはｐ型）および／または透過性（例えば、活性層によって放出される光の波長に対して）であり得る。
【００４２】
いくつかの実施形態では、活性層３０８、ｎ型半導体層、および／または半導体ｐ型層（例えば、半導体層３０６と３１０）は、例えば、エッチピット密度法を使用して測定されるように、約１０６ｃｍ−２未満（例えば、約１０５ｃｍ−２未満、約１０４ｃｍ−２未満、約１０３ｃｍ−２未満、約１０２ｃｍ−２未満）の転位密度を有する、単結晶性層であり得る。そのような低転位密度は、基板と実質的に格子整合され得る組成を有する、エピタキシャル層の堆積の結果として達成可能であり得る。エピタキシャル層は、約２．５％未満（例えば、約２％未満、約１％未満、約０．５％未満、約０．２５％未満）の基板堆積表面との格子不整合を有し得る。例えば、好適な原子分率を備える、Ｍｇ、Ｃａ、Ｂｅ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｄ、Ｓｅ、Ｔｅ、および／またはＳを含む、ＺｎＯおよび／またはＺｎＯ系合金等のＺｎＯ系エピタキシャル層は、基板との低格子不整合を達成するように、ＺｎＯ系基板（例えば、ＺｎＯ、ＺｎＭｇＯ、ＺｎＣｄＯ、またはそれらの組み合わせ）上に堆積され得る。単一結晶ＺｎＯ系基板は、例えば、エッチピット密度法を使用して測定されるように、約１０２ｃｍ−２未満の転位密度を有し、それによって、低転位密度基準をもたらし得る。
【００４３】
いくつかの実施形態では、透明伝導性層３１２が、半導体層３１０上に配置され得る。透明伝導性層３１２は、半導体層３１０の表面全体または半導体層３１０の一部（例えば、大部分）にわたって延在し得る。電極３１４は、透明伝導性層３１２上に配置され得る。透明伝導性層３１２は、半導体層３１０（例えば、ｎ型半導体またはｐ型半導体）に隣接して配置され得、したがって、電極３１４から半導体層３１０に拡散する電流をもたらし得る。電極３１４は、透明伝導性層３１２との電気接触を提供し得る、任意の好適な金属から形成され得る。電極３１４は、隣接する半導体に対して、オーム電気接触としての役割を果たし得る。電極金属または金属積層の実施例として、ｎ型接触を形成するためのＴｉ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ、Ｔｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｔｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｕ、Ｃｒ／Ａｌ、Ｃｒ／Ａｌ／Ａｕ、Ａｌ／Ａｕ、Ａｌ、Ａｌ／Ｐｔ、Ｉｎ、Ｒｕ等、およびｐ型接触を形成するためのＮｉ／Ａｌ／Ａｕ、Ｎｉ／Ｔｉ／Ａｕ等を含み得る。電極３１４の一部または全部は、電気接触パッド（例えば、接合パッド）としての役割を果たし得、そこにワイヤ接合またはパッケージ金属トレースが着接され（例えば、半田またはバンプ接合を介して）、外部電気接続をもたらし得る。
【００４４】
透明伝導性層３１２は、活性層のバンドギャップを上回る、または活性層内の井戸のバンドギャップを上回る、バンドギャップを有し、それによって、生成される光の吸収を最小にする、１つ以上の材料（例えば、ＺｎＯ系材料）から形成され得る。いくつかの実施形態では、透明伝導性層３１２は、透明伝導性酸化物から形成され得る。透明伝導性酸化物の実施例として、ＺｎＯ系材料、酸化インジウム、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、または任意のそれらの組み合わせを含み得る。一実施形態では、透明伝導性層３１２は、Ｉｎ、Ｇａ、および／またはＡｌを含む、ＺｎＯ系材料を含む。透明伝導性層３１２は、任意の好適な厚さを有し得、典型的厚さは、約０．１μｍ乃至約３μｍの範囲であって、好ましい厚さは、約０．５μｍである。
【００４５】
いくつかの実施形態では、デバイスの上表面３０９（例えば、透明伝導性層３１２の上表面）は、光抽出を促進するために、テクスチャード加工表面を有し得る。テクスチャード加工表面は、約３０ｎｍ超（例えば、約５０ｎｍ超、約１００ｎｍ超）の二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗度を有し得る。いくつかの実施形態では、テクスチャード加工表面は、約３０ｎｍ超（例えば、約５０ｎｍ超、約１００ｎｍ超）かつ約２μｍ未満（例えば、約１μｍ未満、約５００ｎｍ未満）のＲＭＳ粗度を有し得る。テクスチャード加工上表面は、本譲受人によって共同所有される、２００８年９月１８日出願の米国特許出願第６１／０９８０９７号「Ｔｅｘｔｕｒｅｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌｉｇｈｔ−ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｅｖｉｃｅｓ」（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるように、層の堆積中および／または後に形成され得る。堆積中の層のテクスチャード加工は、堆積プロセス中にテクスチャード加工層を生成するように、温度等の適切な堆積条件の使用を伴い得る。非極性（例えば、ｍ平面、ａ平面、またはそれらの微斜面平面）あるいは半極性ＺｎＯ系半導体の場合、堆積される層のためのテクスチャード加工表面形態は、約４００℃乃至約６００℃の範囲の基板温度によって達成され得る。ＣＶＤプロセス（例えば、ＭＯＣＶＤ）を使用して、テクスチャード加工層を堆積し得る。ＺｎＯ堆積の場合、酸素対亜鉛（Ｏ／Ｚｎ）等の反応チャンバ内のＶＩ族対ＩＩ族元素（ＶＩ／ＩＩ）の過飽和比は、約５０乃至約５０００の範囲であり得る。反応性化学物質は、堆積される層の表面形態を判定する際、重要な役割を担い得る。例えば、約２００乃至約４００の範囲のＶＩ／ＩＩ過飽和比を備える、Ｏ２、ＮＯ２、またはＮ２Ｏ酸素源ガスを利用すると、堆積されるＺｎＯ系層は、高テクスチャード加工表面形態を呈した。
【００４６】
堆積後の層のテクスチャード加工は、堆積される層の粗面化（例えば、１つ以上の湿式および／または乾式エッチングを介して）および／またはパターニング（例えば、リソグラフィプロセスを介して）を伴い得る。ＺｎＯ系半導体の場合、テクスチャード加工エッチング剤は、ＨＣｌ、ＨＣｌとＨ３ＰＯ４の混合物、酢酸、またはそれらの混合物を含み得る。いくつかの実施形態では、希釈ＨＣｌ（例えば、脱イオン水中約０．１％乃至約１％ＨＣｌのＨＣｌ濃度）が、テクスチャード加工エッチング剤として、使用され得る。希釈ＨＣｌを使用する場合、エッチング時間は、約５秒乃至約２分の範囲であり得る。好ましくは、約０．５％のＨＣｌ濃度を有する希釈ＨＣｌエッチング剤の場合、エッチング時間は、約２０秒乃至約６０秒の範囲であり得る。エッチング溶液へのＨ３ＰＯ４の添加は、表面テクスチャード加工の向上をもたらし得る（例えば、最高最低深度の増加、ＲＭＳ粗度の増加）。テクスチャード加工表面形態は、ピラミッドおよび／または円錐等の特徴（例えば、六方晶特徴）を含んでもよく、特徴は、材料の結晶構造（例えば、六方晶）によって少なくとも部分的に決定される形状を有し得る。
【００４７】
第１の電極３１４は、透明伝導性層３１２上に配置され得る。基板が電気的に伝導性（例えば、ｎ型またはｐ型）であって、それによって、半導体層３０６に対して伝導路としての役割を果たし得る実施形態の場合、第２の電極３１６は、基板３０２の背面に形成され得る。電極３１６は、１つ以上の金属から形成され得、基板３０２に対して電気接触を提供し得る。加えて、また、電極３１６は、電極３１６に衝突する、活性層３０８によって放出される光を反射し得る、反射層としての役割を果たし得る。いくつかの実施形態では、基板３０２の背面は、基板背面上への電極３１６の形成に先立って、テクスチャード加工（例えば、粗面化および／またはパターニング）され、それによって、テクスチャード加工反射層を形成させ得る。
【００４８】
電極３１６は、隣接する半導体に対して、オーム電気接触としての役割を果たし得る。電極３１６は、基板背面と直接接触し得る、Ａｇおよび／またはＡｌの層等、１つ以上の反射金属層と、反射金属層上に配置され得る、１つ以上の電気接触金属層とを含み得る。電気接触金属層は、ｎ型ＺｎＯ系基板のためのＴｉ／Ａｕ等の任意の好適な金属から形成され得る。
【００４９】
発光デバイスの動作の間、電流は、電極３１４および３１６を介して、活性層３０８に注入され得る。電子および正孔は、活性層３０８において、放射活性的に再結合し、それによって、光を生成し得る。活性層３０８内で生成された光は、デバイスの半導体部分の上表面３０９および／または側壁を介して、抽出され得る。電極３１６の一部を形成し得る、背面反射層は、その上に衝突する光を反射し得る。
【００５０】
図８のデバイスは、基板３０２上に、半導体層３０６、３０８、３１０、および随意にまた、層３１２を堆積することによって、加工され得る。堆積プロセスは、上述のように、ＭＯＣＶＤプロセスを含み得る。好ましい実施形態では、層３０６、３０８、３１０、および随意にまた、層３１２が、単一堆積プロセスにおいて堆積される。代替として、存在する場合、透明導体層３１２が、半導体層３０６、３０８、および３１０の堆積後、別の堆積システムにおいて、別個に堆積され得る。いくつかの実施形態では、基板３０２上に、半導体層３０６、３０８、３１０、および随意にまた、層３１２を形成するために使用される、堆積プロセスは、非ｃ平面（例えば、非極性平面、半極性平面）エピタキシャル層の成長に関して上述されたものであり得る。
【００５１】
デバイスを形成するＺｎＯ系エピタキシャル層は、上述のように堆積され得、ｐドープ、ｎドープ、または非ドープであって、それぞれ、ｐ型、ｎ型、あるいは非ドープ半導体層を形成し得る。２００６年１０月１９日出願の米国特許出願第１１／５５１０５８号「Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ  Ｂａｓｅｄ  ＩＩ−ＶＩ  Ｃｏｍｐｏｕｎｄ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｌａｙｅｒｓ  ｗｉｔｈ  Ｓｈａｌｌｏｗ  Ａｃｃｅｐｔｏｒ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｉｅｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｏｆ  Ｆｏｒｍｉｎｇ  Ｓａｍｅ」（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）は、種々の用途においてＺｎＯ化合物の使用を可能にする、化学蒸着加工技術について開示している。加工技術は、ｐ型ドーパントとして作用する、十分に高濃度の比較的に浅いアクセプタ不純物準位によって、ｐ型ＺｎＯ材料を確実に加工するステップに関連する困難点を克服する。
【００５２】
いくつかの実施形態では、凝縮物質源は、いくつかのドーピング元素（例えば、Ａｇ、Ａｕ、Ｋ）および／または合金化元素のために使用され、従来の金属有機輸送温度および機器を用いたいくつかの揮発性種の可用性の制限を回避し得る。そのような凝縮物質源を使用する場合、本譲受人によって共同所有される、２００９年４月９日出願の米国特許出願第１２／４２１，１３３号「Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｚｉｎｃ  Ｏｘｉｄｅ」（参照することによって全体として本明細書に組み込まれる）に説明されるように、源は、輸送に先立って、ガスに変換可能である。
【００５３】
デバイスの半導体層が堆積されると、半導体デバイスの加工が継続され得る。電極３１６を形成し得る金属層は、基板３０２の背面に堆積（例えば、蒸着および／またはスパッタリング）され得る。電極３１４を形成し得る金属層は、透明伝導性層３１２に配置され、デバイス表面の一部を露出させる、パターニングされたマスク上に堆積（例えば、蒸着および／またはスパッタリング）され得る。リフトオフプロセスを使用して、マスクを選択的に除去することによって、電極を形成し得る。例えば、マスクをエッチングする選択的エッチングを使用して、透明伝導性層３１２の所望の部分を被覆し、マスクを除去し、電極３１４を形成し得る。電極３１４は、約５０μｍ２乃至約４００μｍ２の面積を被覆し得、好ましい面積は、約１００×１００μｍ２である。複数ダイ領域を含むウエハは、図８の横断面に示されるダイを形成するように、ダイスカットされ得る。任意の望ましいダイサイズが選択され得、例えば、ダイ（上表面）サイズは、約１００×１００μｍ２乃至約２×２ｍｍ２の範囲であり得るが、しかしながら、他のサイズも可能である。
【００５４】
上述のプロセスおよびデバイス構造に対して、種々の修正が可能である。例えば、基板３０２は、例えば、ウエハ背面研削を使用して、基板背面上への電極の堆積に先立って、基板の厚さを減少させるように（例えば、約１５０μｍ未満、好ましくは、約１００μｍの最終厚まで）、薄化され、随意に、例えば、ＣＭＰを介して、研磨され得る。基板厚の減少は、電気的伝導性基板を使用する場合、直列抵抗および／または基板自由キャリア光吸収を最小にし得る。
【００５５】
接触幾何学形状に対する任意の修正、例えば、電気的に半絶縁または絶縁基板を使用する場合の接触幾何学形状に対する修正等、他の変形例も可能である。例えば、図８のデバイスに示されるもの等の垂直電気接触幾何学形状を使用する代わりに、側方電気接触幾何学形状が、利用され得る。ｎ電極およびｐ電極が、デバイス活性層の対向側に配置され得る、垂直電気接触幾何学形状とは対照的に、側方電気接触幾何学形状は、デバイス活性層上に配置される、第１の電極（例えば、ｎ電極またはｐ電極）と、活性層が存在しない領域内に配置される、反対極性（例えば、ｐ電極またはｎ電極）の第２の電極とを含み得る。
【００５６】
図９は、側方電気接触幾何学形状を有する、発光デバイス等の半導体デバイスの断面図である。デバイスは、図８のものに類似するが、背面基板電極は存在せず、第１の伝導性型接触層３２５との電気接触は、接触層３２５と直接接触し得る、電極３１５を介して達成される。そのような電気接触幾何学形状の場合、基板３０２は、半絶縁または絶縁であり得る。そのような構成は、パッケージサブマウント上にフリップチップ接合され得、電極３１４および３１５との電気接触は、バンプ接合または任意の他の好適な接触アプローチを介して、達成され得る。フリップチップ接合構成の場合、基板３０２の背面は、光放出表面としての役割を果たし得、したがって、光抽出を向上させるために、テクスチャード加工され得る。
【００５７】
図９の半導体デバイスは、エピタキシャル層堆積プロセス（例えば、ＭＯＣＶＤ）およびマイクロ加工技術を使用して形成され得る。例えば、上述のように、基板３０２上にエピタキシャルデバイス層を蒸着後、図９のデバイスは、基板上の各ダイ（すなわち、チップ）の一部内の接触層３２５を露出させるように、半導体表面のマスクエッチング（例えば、乾式エッチングおよび／または湿式エッチング）を行なうことによって、加工され得る。利用されるエッチングマスクは、フォトレジストマスクであり得る。電極３１５は、上述のように、電極３１４を形成するために使用され得る、プロセスに類似する、金属堆積およびリフトオフプロセスを使用して形成され得る。金属層（例えば、Ａｇ、Ａｌ）等の反射層３１７は、基板３０２の背面に形成され得るが、しかしながら、基板は、電気的に絶縁であり得るため、本層は、必ずしも、電極層としての役割を果たす必要はない。代替として、または加えて、複数の酸化物系層（例えば、ＺｎＯ系層等の金属酸化物層）から形成され得る、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）が、活性層３０８と基板３０２との間に配置され得る。フリップチップ構成の場合、反射層３１７は、存在しなくてもよく、基板３０２の背面が、光放出表面としての役割を果たし得る。
【００５８】
上述の議論は、本発明の種々の例示的実施形態について開示するが、当業者が、本発明の真の範囲から逸脱することなく、本発明の利点のうちのいくつかを達成するであろう種々の修正を成すことが可能であることは、明白であるはずである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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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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【国際調査報告】
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