(57)【要約】【課題】  傾斜誘電体層を提供する。【解決手段】  光電子デバイスは、深さと共に連続的または段階的に変化し、半導体または導体材料に近い第１の屈折率を備えるとともに、封入剤などの周囲材料に隣接する第２の屈折率を備える、傾斜組成を有する誘電体材料のパッシベーション層を含む。その結果得られる傾斜誘電体層が、隣接半導体または導体層と周囲媒体との間の屈折率不整合を低減することによりフレネル損失を低減する。傾斜誘電体層を形成する方法は堆積室に、下降流量または濃度で窒素含有原料ガスを供給する一方で、上昇流量または濃度で酸素含有原料ガスを供給するステップを含む。【選択図】      図１
2008227502.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体材料と、
前記半導体材料を覆ってまたは隣接して配置された誘電体層と、
前記誘電体層に隣接して配置された周囲媒体とを含有し、
前記誘電体層が深さと共に変化する組成を有し、前記半導体材料に近い深さでの第１の値から、前記周囲媒体に近い深さでの前記第１の値とは異なる第２の値へ傾斜している屈折率を備える光電子デバイス。
【請求項２】
前記第１の値が前記第２の値より高い、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
発光ダイオードを含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記周囲媒体が封入剤材料を含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記周囲媒体が空気を含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
前記半導体材料の少なくとも上部が第１の屈折率を有し、前記周囲媒体が第２の屈折率を有し、さらに前記誘電体材料が、前記半導体材料に近いほぼ前記第１の屈折率から前記周囲媒体に近いほぼ前記第２の屈折率に傾斜している屈折率を有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記半導体材料と前記誘電体層との間に配置された導体材料層をさらに含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
前記導体材料層が半透明金属層を含有する、請求項７に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
前記導体材料層が透明導電性酸化物層を含有する、請求項７に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記導体材料が第３の屈折率を有し、前記周囲媒体が第２の屈折率を有し、さらに前記誘電体材料が、前記導体材料に近いほぼ前記第３の屈折率から前記周囲媒体に近いほぼ前記第２の屈折率に傾斜している屈折率を有する、請求項７に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
前記半導体材料がＩＩＩ族砒化物、燐化物、および窒化物材料のいずれかを含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項１２】
前記半導体材料がＩＩＩ族窒化物材料を含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項１３】
前記誘電体層が窒化物材料部分と、酸化物材料部分と、前記窒化物材料部分と前記酸化物材料部分との間に配置された酸窒化物材料部分とを含有するとともに、前記酸化物材料部分が前記周囲媒体に近接して配置されている、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項１４】
前記窒化物材料部分が前記半導体材料上に堆積されている、請求項１３に記載の光電子デバイス。
【請求項１５】
前記窒化物材料部分が、前記半導体材料の上にある導体材料上に堆積されている、請求項１３に記載の光電子デバイス。
【請求項１６】
前記窒化物材料が窒化シリコンを含有し、前記酸化物材料が二酸化シリコンを含有し、さらに前記酸窒化物材料が酸窒化シリコンを含有する、請求項１３に記載の光電子デバイス。
【請求項１７】
前記窒化物材料が約２．５の屈折率を有し、前記周囲媒体が約１〜約１．５の範囲の屈折率を有する、請求項１３に記載の光電子デバイス。
【請求項１８】
前記誘電体層が深さと共に変化する組成を有する酸窒化物材料を含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項１９】
前記誘電体層が酸化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項２０】
前記誘電体層が窒化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項２１】
前記誘電体層が複数の分離した副層を含有し、前記複数の副層の各副層が前記複数の副層の他の副層の組成とは異なる実質的に一定の組成を有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項２２】
前記誘電体層の組成が深さと共に実質的に連続的に変化する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項２３】
前記誘電体層の組成が深さと共に段階的に変化する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項２４】
厚さを有するとともに半導体材料と周囲媒体との間に配置された誘電体層を含有し、前記誘電体層がその厚さに沿って組成が傾斜して、第１の境界に沿った第１の屈折率を備えるとともに、第２の境界に沿った第２の屈折率を備え、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率とは異なる光電子デバイス。
【請求項２５】
前記第１の屈折率が前記第２の屈折率より大きい、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項２６】
前記第１の境界が前記半導体材料に隣接しているとともに、前記第２の境界が前記周囲媒体に隣接している、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項２７】
前記半導体材料の少なくとも一部が前記第１の屈折率とほぼ同じ屈折率を有するとともに、前記周囲媒体の少なくとも一部が前記第２の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する、請求項２６に記載の光電子デバイス。
【請求項２８】
発光ダイオードを含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項２９】
前記周囲媒体が封入剤材料を含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３０】
前記周囲媒体が空気を含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３１】
前記半導体材料と前記誘電体層との間に配置された導体材料層をさらに含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３２】
前記導体材料層が半透明金属層を含有する、請求項３１に記載の光電子デバイス。
【請求項３３】
前記導体材料層が透明導電性酸化物層を含有する、請求項３１に記載の光電子デバイス。
【請求項３４】
前記第１の境界が前記導体材料に隣接しているとともに、前記第２の境界が前記周囲媒体に隣接している、請求項３１に記載の光電子デバイス。
【請求項３５】
前記導体材料の少なくとも一部が前記第１の屈折率とほぼ同じ屈折率を有するとともに、前記周囲媒体の少なくとも一部が前記第２の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する、請求項３４に記載の光電子デバイス。
【請求項３６】
前記半導体材料がＩＩＩ族砒化物、燐化物、および窒化物材料のいずれかを含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３７】
前記半導体材料がＩＩＩ族窒化物材料を含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３８】
前記誘電体層が窒化物材料部分と、酸化物材料部分と、前記窒化物材料部分と前記酸化物材料部分との間に配置された酸窒化物材料部分とを含有するとともに、前記酸化物材料部分が前記周囲媒体に近接して配置されている、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項３９】
前記窒化物材料部分が前記半導体材料上に堆積されている、請求項３８に記載の光電子デバイス。
【請求項４０】
前記窒化物材料部分が、前記半導体材料の上にある導体材料上に堆積されている、請求項３８に記載の光電子デバイス。
【請求項４１】
前記窒化物材料が窒化シリコンを含有し、前記酸化物材料が二酸化シリコンを含有し、さらに前記酸窒化物材料が酸窒化シリコンを含有する、請求項３８に記載の光電子デバイス。
【請求項４２】
前記窒化物材料が約２．５の屈折率を有し、前記周囲媒体が約１〜約１．５の範囲の屈折率を有する、請求項３８に記載の光電子デバイス。
【請求項４３】
前記誘電体層が、深さと共に変化する組成を有する酸窒化物材料を含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４４】
前記誘電体層が酸化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４５】
前記誘電体層が窒化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４６】
前記誘電体層が複数の分離した副層を含有し、前記複数の副層の各副層が、前記複数の副層の他の副層の組成とは異なる実質的に一定の組成を有する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４７】
前記誘電体層の組成が深さと共に実質的に連続的に変化する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４８】
前記誘電体層の組成が深さと共に段階的に変化する、請求項２４に記載の光電子デバイス。
【請求項４９】
誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第１の窒素含有原料ガスの流量および濃度のいずれかを高から低へ傾斜を付けるステップと、
前記誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第２の酸素含有原料ガスの流量および組成のいずれかを低から高へ傾斜を付けるステップと
を含む光電子デバイスの形成方法。
【請求項５０】
前記窒素含有原料ガスの傾斜を付けるステップが、前記酸素含有原料ガスの傾斜を付けるステップと実質的に同時に行われる、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
半導体材料を覆ってＳｉ３Ｎ４材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５２】
前記半導体基板がＩＩＩ族砒化物、燐化物、および窒化物エミッタのいずれかを含有する、請求項５１に記載の方法。
【請求項５３】
前記半導体材料と前記Ｓｉ３Ｎ４材料との間に導体を堆積させるステップをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５４】
前記Ｓｉ３Ｎ４材料の上方にＳｉＯ２材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項５１に記載の方法。
【請求項５５】
前記Ｓｉ３Ｎ４材料と前記ＳｉＯ２材料との間にＳｉＸＯＹＮ材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
前記窒素含有原料ガスが高から低流量に傾斜を付けられるとともに、前記酸素含有原料ガスが低から高流量に傾斜を付けられる、請求項４９に記載の方法。
【請求項５７】
前記窒素含有原料ガスからの窒素原子および前記酸素含有原料ガスからの酸素原子が、プラズマ化学気相成長プロセスで半導体基板上または半導体基板を覆って堆積される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５８】
前記窒素含有原料ガスからの窒素原子および前記酸素含有原料ガスからの酸素原子が、反応性スパッタリングプロセスで半導体基板上または半導体基板を覆って堆積される、請求項４９に記載の方法。
【請求項５９】
前記窒素含有原料ガスおよび前記酸素含有原料ガスのいずれかが希ガスを含有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項６０】
前記窒素含有原料ガスがアンモニアを含有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項６１】
前記酸素含有原料ガスが二原子酸素および亜酸化窒素のいずれかを含有する、請求項４９に記載の方法。
【請求項６２】
深さと共に実質的に連続的に変化する組成を有する誘電体パッシベーション層を形成するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項６３】
深さと共に段階的に変化する組成を有する誘電体パッシベーション層を形成するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項６４】
深さと共に変化する組成を有する酸窒化物材料を含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項６５】
酸化物部分と酸窒化物部分とを含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項６６】
窒化物部分と酸窒化物部分とを含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項４９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の分野
本発明は発光ダイオード（ＬＥＤ）で使用可能な構造体を始めとする光電子デバイス構造体、およびそれを用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
発光ダイオード（ＬＥＤ）は順方向に電気的にバイアスがかけられた時にインコヒーレント狭スペクトル光を放出する半導体を含む光電子デバイスである。この効果は、エレクトロルミネッセンスの形態にある。ＬＥＤは不純物がドープされてｐ−ｎ接合を生成する半導体材料を含む。他のダイオードのように、電流はｐ側（またはアノード）からｎ側（またはカソード）には容易に流れるが反対方向には流れない。電荷キャリア（すなわち電子および電子ホール）は異なる電圧の電極から接合に流入する。電子はホールと出会うと、低エネルギーレベルになるとともに、光子の形状でエネルギーを放出する。
【０００３】
図１を参照するとパッシベーション層を採用している典型的なＬＥＤ素子１０は、基板２０を覆って堆積された１つまたは複数の半導体材料層３０（第１のｎ型またはｐ型半導体材料部分３０Ａと第２のｎ型またはｐ型半導体材料部分３０Ｂとを含有する）と、半導体材料３０を覆って配置された随意の導体材料層３５と、半導体材料３０または導体材料層３５を覆って配置された誘電体パッシベーション層４０と、レンズとして任意に動作するまたは追加レンズ（図示せず）を付随可能な封入剤５０とを含む。通常、誘電体パッシベーション層４０は、構造体の表面を不動態化する均一な薄い膜（例えば酸化物または窒化物材料を含む）である。コンタクト（図示せず）は通常、当業者に認識されるであろう水平または垂直配向で設けられている。
【０００４】
ＬＥＤに付随する共通の問題は内部反射による光損失である。内部反射には２つの理由がある。第１の理由は全反射（ＴＩＲ）を生成可能なスネルの法則により説明される臨界角度損失である。ＴＩＲは誘電体パッシベーション層、封入剤および空気などの、放出された光の経路内の他の材料に対する半導体材料の高い屈折率の結果として発生する。典型的なＩＩＩ族半導体エミッタ材料は２．４〜２．６の屈折率を有し、窒化シリコンなどのパッシベーション材料は通常約２の屈折率を有し、封入剤材料は通常約１．５の屈折率を有し、空気は１．０の屈折率を有する。半導体材料（または随意の導体材料）と誘電体パッシベーション材料との間の界面において、また、各連続材料間の界面において、界面に向かって法線方向からずれた方向に進行する入射光は界面中を通過する際に屈折するとともに、屈折光はより低い屈折率層内に伝播する。光が法線から十分にずれた角度で界面に当たる場合には、界面の平面内で伝播する点に屈折するか、あるいは、さらに悪くは、反射して高い屈折率半導体材料内に戻る恐れがある。このような光源層内へ戻る完全な反射はＴＩＲを構成する。
【０００５】
内部反射の第２の理由はフレネル損失である。フレネル損失の最も単純な例において、スネルの法則では屈折されない半導体表面における通常入射波が、屈折率の差により部分的に反射される。この場合の反射損失は（ｎ高−ｎ低）／（ｎ高＋ｎ低）の二乗として演算され、ここでｎはより高いまたはより低い媒体屈折率である。これから４％という反射損失が、光がガラス−空気界面を通って法線入射で進行するにつれて得られる。ｎ高＞＞ｎ低である場合、フレネル損失はＴＩＲに接近する可能性がある。
【０００６】
ＬＥＤの光出力を向上させるために、内部反射による光損失を低減することが有益であろう。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
発明の概要
本発明は半導体材料と、半導体材料を覆ってまたは隣接して配置された誘電体層と、誘電体層に隣接して配置された周囲媒体とを含有し、誘電体層が深さと共に変化する組成を有し、半導体材料に近い深さでの高い値から周囲媒体に近い深さでの低い値へ傾斜している屈折率を備える光電子デバイスの一態様に関する。
【０００８】
他の態様において本発明は、厚さを有するとともに半導体材料と周囲媒体との間に配置された誘電体層を含有し、誘電体層がその厚さに沿って組成が傾斜して、第１の境界に沿った第１の屈折率を備えるとともに、第２の境界に沿った第２の屈折率を備え、第２の屈折率が第１の屈折率とは異なる光電子デバイスに関する。
【０００９】
他の態様において本発明は、誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第１の窒素含有原料ガスの流量および濃度のいずれかを高から低へ傾斜を付けるステップと、誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第２の酸素含有原料ガスの流量および組成のいずれかを低から高へ傾斜を付けるステップとを含む光電子デバイスの形成方法に関する。
【００１０】
さらなる態様においてさらなる利点を得るために前述の態様のいずれかを組み合わせ得る。
【００１１】
本発明の他の態様と、特徴と実施形態とは、次の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
発明の詳細な説明、およびその好ましい実施形態
本発明は深さに対して組成的に傾斜して、一表面に沿った第１の屈折率と他の表面に沿った第２の屈折率とを生じる誘電体パッシベーション層を有する光電子デバイスに関する。このような傾斜誘電体は（１）半導体層（または上に配置された随意の導体層）と誘電体層との間、および（２）誘電体層と封入剤および／または空気などの周囲媒体との間の屈折率不整合を低減することにより、フレネル損失の低減を可能にする。放出光がそのような誘電体層内を進行するにつれて光は屈折または屈曲し、それによってより広い放出角度を生じるが（このような軸外光は反射体または他の光学補助具で再指向される状態で）、屈折率が誘電体層の上部および下部に沿った材料界面においてほぼ整合する場合には、ＴＩＲは実質的になくなる。誘電体層の一表面の屈折率は下層（例えば半導体または導体）に整合することが好ましいとともに、誘電体層の他の表面の屈折率は封入剤または空気などの上層の周囲媒体に整合することが好ましい。
【００１３】
一実施形態において誘電体パッシベーション層の組成は、（１）半導体層に近い高窒化物低酸化物濃度から（２）周囲媒体に近い高酸化物低窒化物濃度に変化し、それらの間に傾斜した酸窒化物材料が配置される。
【００１４】
半導体層の最外部がｐ型半導体材料（例えばｐ型ＧａＮ）である場合には、およびこのようなｐ型層の導電性を向上させること（すなわちボンディングパッドからｐ−ｎ接合のすべての部分への横方向電流の流れを可能にすること）が望ましい場合には、このような目的のため導体層をｐ型半導体の表面上に堆積してもよい。このような導体層は薄い（例えば＜１００オングストローム厚さ）、プラチナ、金、ニッケルまたはそれらの組み合わせなどの半透明金属を含有し得る。代替的には透明導電性酸化物層を用い得る（例えばインジウムスズ酸化物またはスズ酸化物）。導体層を本発明による傾斜誘電体層と共に用いる場合には、傾斜誘電体層は屈折率がほぼ導体層の屈折率からほぼ周囲媒体（例えば封入剤または空気）の屈折率に傾斜され得る。
【００１５】
このような誘電体パッシベーション層１４０の一例が図２に図示されている。誘電体層１４０は高窒化物濃度を有する第１の表面１４２を含むとともに、高酸化物濃度を有する第２の表面１４４を含む。第１の表面１４２と第２の表面１４４との間で、誘電体層１４０は図２の中心および最も右側の枠に図示するように、徐々に変化する濃度で酸化物および窒化物の両方を含む組成を有することが好ましい。図２の中心枠は誘電体パッシベーション材料１４０の厚さに対する窒化物含有率を示している一方で、図２の最も右側の枠は誘電体パッシベーション材料１４０の厚さに対する酸化物含有率を示している。一実施形態においてこのような窒化物および酸化物材料は、酸窒化シリコン（ＳｉＸＯＹＮＺ）などの中間酸窒化物を間に有した状態の、外側縁（例えばそれぞれ下および上面）における窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）および二酸化シリコン（ＳｉＯ２）を含んでもよい。図２は誘電体材料厚さに対して酸化物および窒化物濃度の直線変化を図示しているが、このような変化が曲線または非直線であってもよいことは理解できよう。
【００１６】
傾斜誘電体層は、フレネル損失による全反射の可能性を最小限に抑えるため、深さに対する急峻な屈折率変化がないことが望ましい。組成が連続傾斜を有する前述の誘電体層１４０は、このような傾斜誘電体層の一実施形態を表す。
【００１７】
他の実施形態において傾斜誘電体層は、副層毎に変化する異なる屈折率を有する複数の分離した誘電体副層を含んでもよい。このような実施形態の一例が図５に図示されており、基板３２０を覆って堆積された半導体材料３３０の１つまたは複数の層（例えば第１のｎ型またはｐ型半導体材料部分３３０Ａと第２のｎ型またはｐ型半導体材料部分３３０Ｂとを含有する）と、半導体材料３３０を覆って配置された任意の導体材料層３３５と、半導体材料３３０および任意の導体材料３３５を覆って配置された誘電体材料３４０と、封入剤３５０とを含むＬＥＤ素子３１０を図示している。図示の実施形態において誘電体材料３４０は３つの副層３４０Ａ〜３４０Ｃを含み、各副層３４０Ａ〜３４０Ｃの組成は実質的に一定であるが、各副層３４０Ａ〜３４０Ｃは他の副層３４０Ａ〜３４０Ｃとは異なる屈折率を有している。第１の副層３４０Ａが下層（例えば半導体３３０または任意の導体３３５）の屈折率に近い屈折率を有し、第３の副層が周囲材料（例えば封入剤３５０または空気）の屈折率に近い屈折率を有し、さらに第２の副層３４０Ｂが第１および第２の副層３４０Ａ、３４０Ｃの屈折率に対して中間である屈折率を有することが好ましい。このような実施形態において、任意の望ましい数の分離した誘電体副層を設けて複合傾斜誘電体層３４０を形成してもよい。集合体においてこのような誘電体副層は、複合傾斜誘電体層の厚さを通して段階的に変化する組成を有するものとされる。
【００１８】
一実施形態において傾斜誘電体層は段階的および連続的傾斜部分の両方を含む。
【００１９】
本明細書に記載するような傾斜誘電体層は、適当なＩＩＩ族砒化物、燐化物および／または窒化物半導体エミッタ材料を覆って堆積され得る。このような材料は通常異約２．４〜約２．６の範囲の屈折率を有する。
【００２０】
個々の誘電体層の組成は下層材料および周囲材料の屈折率に基づいて選択され得る。一実施形態において傾斜誘電体層は、深さと共に連続的または段階的に変化する酸窒化組成を有する酸窒化物（例えば酸窒化シリコン）を含有する。様々な実施形態において傾斜誘電体層は酸化物と酸窒化物部分とを、および／または、窒化物と酸窒化物部分とを含む。
【００２１】
誘電体層は一般にプラズマ化学気相成長（ＰＥＶＣＤ）および反応性スパッタリングなどの堆積プロセスにより形成される。本明細書に記載するような傾斜誘電体層は、前述の堆積プロセスの能力内で様々な厚さを有し得る。一実施形態において傾斜誘電体層は約２ミクロン未満の厚さを有する。他の実施形態において傾斜誘電体層は約０．５〜１ミクロンの厚さを有する。さらに他の実施形態において傾斜誘電体層は約０．５ミクロン未満の厚さを有する。
【００２２】
厚さに対して傾斜組成を有する誘電体パッシベーション層を生成する方法は、プロセス（堆積）室に、最初は高流量および／または濃度であって時間とともに低下する窒素含有原料ガスを供給することを含むことが好ましいとともに、最初は低流量および／または濃度であって時間とともに上昇する酸素含有原料ガスを供給することを含むことが好ましい。これらのステップを説明する模式線グラフが図３に提供されている。アンモニアなどの窒素原料ガスはプロセス室に、最初は高濃度および／または流量で供給されて時間とともに低下する。二原子酸素または亜酸化窒素などの酸素原料ガスはプロセス室に、最初は低濃度および／または流量で供給されて時間とともに上昇する。酸素および窒素源に対して直線勾配が示されているが、所望の傾斜プロファイルはこのような成分の供給に対して非直線および／または段階的プロファイルを要求してもよい。またさらに酸素および／または窒素源供給流量の直線変化は、必ずしもそれにより作製される傾斜誘電体層の屈折率の直線変化を生じないことに留意しなければならない。窒素源流量の変化および／または濃度変化は、酸素源流量および／または濃度の変化と実質的に同時に変えられることが好ましい。さらなるガス源は誘電体層にさらなる元素（例えばシリコン）の原子を供給するように好適に提供される。様々な原料ガスからの原子がプロセス室に供給されると、それらは従来の堆積プロセスにより堆積されて誘電体層を形成する。酸素および窒素供給の変化の制御は、半導体エミッタ材料に隣接する高窒化物および低酸化物濃度から、周囲媒体に隣接する低窒化物および高酸化物濃度に好適に変化する誘電体層を生成する。流量および／または濃度は任意の所望のプロファイルにより変化して、誘電体パッシベーション層の厚さに対する所望の組成変化を生成し得る。
【００２３】
傾斜誘電体層を形成する好適な堆積プロセスは、隣接する半導体エミッタの材料系に依存し得る。また窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）を採用するＰＥＣＶＤシステムはプラズマに水素を導入するため、反応性スパッタリングを窒化物エミッタ材料と共に好適に用い得る。対照的に燐化物および砒化物エミッタ材料は水素露出による有害な影響が少ないため、ＰＥＣＶＤは実際には本発明の燐化物および砒化物エミッタ材料と一緒に用いて傾斜誘電体層を生成するのにより好適である。
【００２４】
傾斜組成誘電体パッシベーション層を生成するように構成されたプロセス制御システム２００が図４に概略的に図示されている。堆積プロセス室２４０は窒素源２１２、酸素源２２２、および少なくとも１つの他の材料源２３２と少なくとも間歇的に流体連通しており、各源２１２、２２２、２３２は好適には気体状で備えられているとともに、制御弁などの関連する流量制御装置（図示せず）を有して流量調節を可能にすることが好ましい。各源２１２、２２２、２３２からの流量は中央コントローラ２０１により制御され得る。代替的または追加的に窒素、酸素または他の材料の濃度を制御することが望ましい場合には、希釈剤（例えばヘリウム、アルゴンまたはキセノンなどの希ガス）源２１１、２２１、２３１および各々コントローラ２０１によって制御可能なミキサ２１３、２２３、２３３を採用してもよい。各ミキサ２１３、２２３、２３３によって希釈剤および酸素または窒素または他の材料の相対流量を調整することにより、プロセス室２４０に供給される酸素、窒素および他の材料の濃度はそれにより時間に対して調整され、上記層の深さ（または誘電体層が上を覆うように適用された下層半導体または導体材料に対する距離）に対して変化する組成を有する誘電体層を得る。このような組成の変化は誘電体層の厚さに対して連続的および／または段階的であり得る。同じプロセス室２４０を、傾斜組成誘電体層が上を覆って堆積された半導体エミッタ層を成長させるために用いる場合もある。
【００２５】
本発明の具体的な態様、特徴および例示的実施形態を参照して本明細書で説明したが、本発明の有用性がそのようなものに限定されることはなく、本明細書の開示に基づいて本発明の技術の当業者に示唆されるように、多数の他の変形例、変更例、および代替実施形態に広がるとともに網羅することは理解されよう。同様に以下に請求される本発明は、その要旨と範囲内にそのようなすべての変形例、変更例および代替実施形態を含むように広く理解および解釈されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】パッシベーション層が発光半導体材料層と封入剤との間に配置された従来のＬＥＤ素子の概略的断面図である。
【図２】（ｉ）左に、誘電体パッシベーション層が下の（例えば半導体または導体）材料層に近い窒化物表面を有するとともに封入剤材料に近い酸化物表面を有する、本発明の一実施形態による傾斜誘電体パッシベーション層の断面図と、（ｉｉ）中央に、誘電体パッシベーション材料の厚さに対して窒化物含有量を示すチャートと、（ｉｉｉ）右に、誘電体パッシベーション材料の厚さに対する酸化物含有量を示すチャートとを図示する複合図である。
【図３】本発明の一実施形態による、窒化物から酸化物まで厚さとともに変化する傾斜組成を有する誘電体パッシベーション層を成長させるように印加される際の、時間に対する酸素および窒素原料ガスの流量および／または濃度を図示する、模式線グラフである。
【図４】本発明の一実施形態による、傾斜組成誘電体パッシベーション層を生成するように構成されたプロセス制御システムの様々な成分間の連係の概略的な図示である。
【図５】発光半導体材料層と封入剤との間に配置された多数の副層を含有するパッシベーション層を有するＬＥＤ素子の概略的断面図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  ＬＥＤ素子
２０  基板
３０  半導体材料
３０Ａ  第１のｎ型またはｐ型半導体材料部分
３０Ｂ  第２のｎ型またはｐ型半導体材料部分
３５  任意の導体材料層
４０  誘電体パッシベーション層
５０  封入剤
１４０  誘電体パッシベーション層
１４２  第１の表面
１４４  第２の表面
２００  プロセス制御システム
２０１  中央コントローラ
２１１  希釈剤源
２１２  窒素源
２１３  ミキサ
２２１  希釈剤源
２２２  酸素源
２２３  ミキサ
２３１  希釈剤源
２３２  他の材料源
２３３  ミキサ
２４０  堆積プロセス室
３１０  ＬＥＤ素子
３２０  基板
３３０  半導体材料
３３０Ａ  第１のｎ型またはｐ型半導体材料部分
３３０Ｂ  第２のｎ型またはｐ型半導体材料部分
３３５  任意の導体材料層
３４０  誘電体材料
３４０Ａ  副層
３４０Ｂ  副層
３４０Ｃ  副層
３５０  封入剤
【図１】
2008227502.tif 000003
【図２】
2008227502.tif 000004
【図３】
2008227502.tif 000005
【図４】
2008227502.tif 000006
【図５】
2008227502.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月15日(2008.7.15)
【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】
半導体材料と、
前記半導体材料を覆ってまたは隣接して配置された誘電体層と、
前記誘電体層に隣接して配置された周囲媒体とを含有し、
前記誘電体層が深さと共に変化する組成を有し、前記半導体材料に近い深さでの第１の値から、前記周囲媒体に近い深さでの前記第１の値とは異なる第２の値へ傾斜している屈折率を備える光電子デバイス。
【請求項２】
前記第１の値が前記第２の値より高い、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記半導体材料の少なくとも上部が第１の屈折率を有し、前記周囲媒体が第２の屈折率を有し、さらに前記誘電体材料が、前記半導体材料に近いほぼ前記第１の屈折率から前記周囲媒体に近いほぼ前記第２の屈折率に傾斜している屈折率を有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記導体材料が第３の屈折率を有し、前記周囲媒体が第２の屈折率を有し、さらに前記誘電体材料が、前記導体材料に近いほぼ前記第３の屈折率から前記周囲媒体に近いほぼ前記第２の屈折率に傾斜している屈折率を有する、請求項３に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
厚さを有するとともに半導体材料と周囲媒体との間に配置された誘電体層を含有し、前記誘電体層がその厚さに沿って組成が傾斜して、第１の境界に沿った第１の屈折率を備えるとともに、第２の境界に沿った第２の屈折率を備え、前記第２の屈折率が前記第１の屈折率とは異なる光電子デバイス。
【請求項６】
前記第１の屈折率が前記第２の屈折率より大きい、請求項５に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記第１の境界が前記半導体材料に隣接しているとともに、前記第２の境界が前記周囲媒体に隣接している、請求項５に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
前記半導体材料の少なくとも一部が前記第１の屈折率とほぼ同じ屈折率を有するとともに、前記周囲媒体の少なくとも一部が前記第２の屈折率とほぼ同じ屈折率を有する、請求項７に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
発光ダイオードを含有する、請求項１〜８のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記周囲媒体が封入剤材料を含有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
前記周囲媒体が空気を含有する、請求項１〜９のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１２】
前記半導体材料と前記誘電体層との間に配置された導体材料層をさらに含有する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１３】
前記導体材料層が半透明金属層を含有する、請求項１２に記載の光電子デバイス。
【請求項１４】
前記導体材料層が透明導電性酸化物層を含有する、請求項１２に記載の光電子デバイス。
【請求項１５】
前記半導体材料がＩＩＩ族砒化物、燐化物、および窒化物材料のいずれかを含有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１６】
前記半導体材料がＩＩＩ族窒化物材料を含有する、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１７】
前記誘電体層が窒化物材料部分と、酸化物材料部分と、前記窒化物材料部分と前記酸化物材料部分との間に配置された酸窒化物材料部分とを含有するとともに、前記酸化物材料部分が前記周囲媒体に近接して配置されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項１８】
前記窒化物材料部分が前記半導体材料上に堆積されている、請求項１７に記載の光電子デバイス。
【請求項１９】
前記窒化物材料部分が、前記半導体材料の上にある導体材料上に堆積されている、請求項１７に記載の光電子デバイス。
【請求項２０】
前記窒化物材料が窒化シリコンを含有し、前記酸化物材料が二酸化シリコンを含有し、さらに前記酸窒化物材料が酸窒化シリコンを含有する、請求項１７に記載の光電子デバイス。
【請求項２１】
前記窒化物材料が約２．５の屈折率を有し、前記周囲媒体が約１〜約１．５の範囲の屈折率を有する、請求項１７に記載の光電子デバイス。
【請求項２２】
前記誘電体層が、深さと共に変化する組成を有する酸窒化物材料を含有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２３】
前記誘電体層が酸化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２４】
前記誘電体層が窒化物部分と酸窒化物部分とを含有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２５】
前記誘電体層が複数の分離した副層を含有し、前記複数の副層の各副層が、前記複数の副層の他の副層の組成とは異なる実質的に一定の組成を有する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２６】
前記誘電体層の組成が深さと共に実質的に連続的に変化する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２７】
前記誘電体層の組成が深さと共に段階的に変化する、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の光電子デバイス。
【請求項２８】
誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第１の窒素含有原料ガスの流量および濃度のいずれかを高から低へ傾斜を付けるステップと、
前記誘電体材料の生成の際に堆積室に供給される第２の酸素含有原料ガスの流量および組成のいずれかを低から高へ傾斜を付けるステップと
を含む光電子デバイスの形成方法。
【請求項２９】
前記窒素含有原料ガスの傾斜を付けるステップが、前記酸素含有原料ガスの傾斜を付けるステップと実質的に同時に行われる、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
半導体材料を覆ってＳｉ３Ｎ４材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項２８又は２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記半導体材料がＩＩＩ族砒化物、燐化物、および窒化物エミッタのいずれかを含有する、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記半導体材料と前記Ｓｉ３Ｎ４材料との間に導体を堆積させるステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記Ｓｉ３Ｎ４材料の上方にＳｉＯ２材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３４】
前記Ｓｉ３Ｎ４材料と前記ＳｉＯ２材料との間にＳｉＸＯＹＮ材料を堆積させるステップをさらに含む、請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記窒素含有原料ガスが高から低流量に傾斜を付けられるとともに、前記酸素含有原料ガスが低から高流量に傾斜を付けられる、請求項２８〜３４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３６】
前記窒素含有原料ガスからの窒素原子および前記酸素含有原料ガスからの酸素原子が、プラズマ化学気相成長プロセスで半導体基板上または半導体基板を覆って堆積される、請求項２８〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３７】
前記窒素含有原料ガスからの窒素原子および前記酸素含有原料ガスからの酸素原子が、反応性スパッタリングプロセスで半導体基板上または半導体基板を覆って堆積される、請求項２８〜３５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３８】
前記窒素含有原料ガスおよび前記酸素含有原料ガスのいずれかが希ガスを含有する、請求項２８〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項３９】
前記窒素含有原料ガスがアンモニアを含有する、請求項２８〜３７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４０】
前記酸素含有原料ガスが二原子酸素および亜酸化窒素のいずれかを含有する、請求項２８〜３９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４１】
深さと共に実質的に連続的に変化する組成を有する誘電体パッシベーション層を形成するステップをさらに含む、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４２】
深さと共に段階的に変化する組成を有する誘電体パッシベーション層を形成するステップをさらに含む、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４３】
深さと共に変化する組成を有する酸窒化物材料を含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４４】
酸化物部分と酸窒化物部分とを含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項４５】
窒化物部分と酸窒化物部分とを含有する誘電体層を形成するステップをさらに含む、請求項２８〜４０のいずれか一項に記載の方法。
【外国語明細書】
2008227502000001.pdf