(57)【要約】パターニングされた基板上に改良された品質の窒化物の薄い薄膜を成長させる方法が開示され、窒化物薄膜は大気圧で成長する。パターニングされた基板と、パターニングされた基板からの１つ以上の窒化物層直接成長とを備え、横方向のエピタキシャルの成長のない領域、および、表面への発光デバイス品質の窒化物層の後の堆積に十分であるほど滑らかである実質的に合体した表面を備えている、窒化物テンプレートが開示される。窒化物薄膜を備えている発光ダイードもまた開示される。
2010524267.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物薄膜を用いて、改良された光抽出効率および改良された結晶質を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を成長させる方法であって、
３００トルを超えるリアクター圧力で、パターニングされた基板に窒化物薄膜を成長させることを包含する、方法。
【請求項２】
前記窒化物薄膜は、１気圧のリアクター圧力で成長する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記窒化物薄膜は、様々なまたは傾斜組成を有する複数の層を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記窒化物薄膜は、異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の層を含むヘテロ構造を備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒化物薄膜は、鉄（Ｆｅ）、シリコン（Ｓｉ）、またはマグネシウム（Ｍｇ）によってドープされる、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記窒化物薄膜は、異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の１つ以上の層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記窒化物薄膜は、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）による成長などの後の成長のための基板として用いられる、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記窒化物薄膜は、従来のｃ面配向窒化物半導体結晶上、または無極性面、もしくは任意の半極性面上などにおいて、任意の結晶学的窒化物方向に成長する、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
請求項１に記載の方法を用いて製造されたデバイス。
【請求項１０】
（ａ）パターニングされた基板と、
（ｂ）該パターニングされた基板からの窒化物層直接成長であって、
横方向のエピタキシャル成長のない領域と、
実質的に合体された表面であって、該表面へのデバイス品質の窒化物層の後の堆積に十分であるほど滑らかである、合体された表面を備えている、窒化物層直接成長と
を備えている、パターニングされた基板上の窒化物テンプレート。
【請求項１１】
前記窒化物層直接成長は、窒化物の横方向のエピタキシャル成長の結晶質および表面の粗さと同等の結晶質および表面の粗さを有する、請求項１０に記載の窒化物テンプレート。
【請求項１２】
前記窒化物層直接成長は、核生成層またはバッファ層としての働きをするに十分に薄い薄膜である、請求項１０に記載の窒化物テンプレート。
【請求項１３】
前記窒化物層直接成長は、単一の成長方向を有する、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１４】
前記窒化物層直接成長は、顕微鏡的大きさ以上の大きさの穴がない、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１５】
前記窒化物層直接成長は、前記デバイスの性能にとって有害な穴を有しない、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１６】
前記窒化物層直接成長は、結晶質と、パターニングされていない基板からの窒化物層の直接成長の結晶質と同等の結晶質を有する、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１７】
前記窒化物層直接成長は、３００トルを超えるリアクター圧力においてである、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１８】
前記窒化物層直接成長は、光電子デバイス用の基板を提供する、請求項１０に記載の窒化物直接成長。
【請求項１９】
（ａ）光干渉の抑制によってＬＥＤの活性領域から発光を抽出するためのパターニングされた基板と、
（ｂ）該パターニングされた基板からの窒化物層直接成長であって、該窒化物層直接成長は、
（１）横方向のエピタキシャル成長のない領域と、
（２）ｎ型層上のｐ型層またはｐ型層上のｎ型層と、
（３）発光デバイス結晶質と、残りの窒化物層が上方に成長するのに十分な表面滑らかさとを有する各窒化物層と
を備えている、窒化物層直接成長と
を備えている、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって、２００７年４月１２日に出願された「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ  ＯＦ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ」という名称の代理人整理番号３０７９４．２１９−ＵＳ−Ｐ１（２００７−３３８−１）の同時係属中で同一人に譲渡された米国仮特許出願第６０／９１１，３２３号の３５Ｕ．Ｓ．Ｃ．Ｓｅｃｔｉｏｎ  １１９（ｅ）の下における利益を主張し、該出願は、本明細書に参考として引用される。
【０００２】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、大気圧において窒化物薄膜を成長させることによって、パターニングされた基板に品質の改良された窒化物薄膜を成長させる方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（２．関連技術の説明）
（注：本明細書は、括弧内の１つ以上の参照番号、例えば［ｘ］によって、明細書全体を通して示されるように多数の異なる刊行物を参照する。これらの参照番号に従って指示されるこれらの異なる刊行物のリストは、「参考文献」という名称の下記の欄に見つけられ得る。これらの刊行物の各々は、本明細書に参考として引用される）。
【０００４】
窒化ガリウム（ＧａＮ）ならびにアルミニウムおよびインジウムを含む窒化ガリウムの三元化合物および四元化合物（ＡｌＧａＮ，ＩｎＧａＮ，ＡｌＩｎＧａＮ）の有用性は、可視光および紫外線の光電子デバイスおよび高出力電子デバイスの製造用に十分に確立されている。これらのデバイスは、典型的には、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）と、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）と、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）とを含む成長技術を用いて、エピタキシャルに成長させられる。
【０００５】
窒化物ベースの光電子デバイスは、高品質のＧａＮの堆積の前に、薄い核生成層を使用することの出現と共に商業化への急速な進歩を始めた。この技術は、ＧａＮ成長に利用可能な天然の基質の不足により用いられる。マグネシウムドーピングそれに続く高温焼きなましによるｐ型ＧａＮの開発などの後の技術もまた、不可欠であることが判明した。しかしながら、短波長デバイスのための活性層としてＩｎＧａＮを用いることの開発は、窒化物ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）が他の多くの研究事業をしのぐことを可能にし、今や、可視光半導体用途に用いられる支配的な材料システムとなった。
【０００６】
ＬＥＤの外部量子効率すなわち総効率（ηＬ）は、次の等式によって定義され得る：
ηＬ＝ηｉｎｔηｉｎｊηｅｘｔ
ここで、抽出効率ηｅｘｔは抽出された光子の量として定義され、注入効率ηｉｎｊはデバイスの活性領域に注入されたキャリアの量として定義され、内部量子効率ηｉｎｔは、デバイスの活性領域において生成される光子の量として定義される。デバイスの内部量子効率は、きずおよび不純物などの非発光中心（ｎｏｎ−ｒａｄｉａｔｉｖｅ  ｃｅｎｔｅｒ）の数を減らすことによって最大にされ得る。青の窒化物ベースのＬＥＤの内部量子効率および注入効率は、デバイス層の堆積条件を最適化することによって既に高レベルに改良された。従って、デバイスの外部効率のさらなる改良は、抽出効率における改良を必要とする。
【０００７】
サファイアにおいて成長する窒化物ベースのデバイスの抽出効率は、窒化物薄膜とサファイアとの屈折率の相違によって妨げられる。この屈折率の相違は今度は、活性領域において生成された光を「トラップ」し得る内部反射を引き起こす。従って、生成された光のほとんどは、窒化物薄膜を通して伝達し、有用な光として用いられ得ない。
【０００８】
窒化物デバイスからの光抽出を改良する１つのアプローチは、デバイスが後に成長する、パターニングされた基板を用いることである。パターニングされた基板は、ストライプ、半円、角錐、種々の形状のメーサなどを含むが、これらに限定されない表面の特徴を生成するように処理された任意の基板として定義される。基板のパターンは、光干渉の抑制によってデバイスの活性領域から発光を抽出することを助ける。Ｔａｄａｔｏｍｏらによる、パターニングされたサファイアウェーハの成長の初期の作業は、種々の結晶成長方向に沿って、パターニングされたグローブ（ｇｒｏｖｅ）またはストライプ上に成長することによって、窒化物薄膜の転位密度を減らすことを試みるために、初期に用いられた［１］。
【０００９】
これは、一般的に、横方向のエピタキシャル成長（Ｌａｔｅｒａｌ  Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）（ＬＥＯ）と呼ばれる２ステップの成長手順を避けるために行なわれ、ＬＥＯは、ストライプの上部に成長した窒化物薄膜の転位密度を減らすために、成長した窒化物薄膜上に堆積させられた、パターニングされたＳｉＯ２ストライプを用いる。ＬＥＯプロセスは、ＳｉＯ２ストライプを堆積し、次いでパターニングされた窒化物薄膜上に窒化物薄膜の再成長のためのリアクターの中に再導入されるために、ウェーハはリアクターから取り外されなければならないという事実により、厄介である。従ってパターニングされた基板における成長の利点は、成長がＬＥＯプロセスのステップと比較して１つの堆積ステップで実行され得ることである。
【００１０】
パターニングされた基板上に成長するＬＥＤデバイスのさらなる改良は、様々なタイプのパターン設計を用いることによる高められた光抽出を示した［２］。これらのデバイスは、パターニングされない基板上に成長するＬＥＤデバイスと比較して、出力および視感度効率の増加を示した。しかしながら、パターニングされた基板の使用を最大にするために、パターニングされた基板上の窒化物の堆積に関係する重要な問題に対処するしっかりした成長技術を確立することが必要である。これらの問題は、非合体の穴のある（ｐｉｔｔｅｄ）薄膜と、あらい薄膜表面と、不十分なプロセス再現性とを含むが、これらに限定されない。本発明は、大気圧で成長する窒化物薄膜を使用することによってこれらの問題に対処する。窒化物の成長に用いられる現在の技術は、１００トル以下のリアクター圧力において成長する窒化物層を用いる。堆積化学種の表面モビリティを高めるために、この圧力範囲が用いられ、それによって、窒化物薄膜の横方向の成長を高める。しかしながら、この技術は、不十分な薄膜合体および再現性による、生成された窒化物薄膜における穴（ｐｉｔ）および空所の形成という結果になる［１、３］。
【００１１】
本発明は、窒化物薄膜の表面および薄膜品質を改良するためにパターニングされた基板において大気圧で成長する窒化物薄膜を使用することによって、上記の方法とは区別される。この改良された薄膜は、さらなるデバイス成長のためのテンプレートとしてさらに用いられ得る。その結果、大気圧で成長する窒化物薄膜の成長ための改良された方法に対するニーズがあり、該方法において、薄膜は、窒化物デバイスが後に堆積され得る、穴のない滑らかな表面を示す。本発明は、このニーズを満たす。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の概要）
本発明は、パターニングされた基板上に大気圧で成長した窒化物薄膜を含む改良された品質の窒化物薄膜を成長させる方法を説明する。窒化物薄膜は、パターニングされた基板上に１００トルを超える圧力で堆積され得る。パターニングされた基板は、任意のパターン形状または設計から成り得る。方法は、大気圧で成長した窒化物薄膜の上に成長した任意のデバイスまたは構造をさらに含み得る。例えば、本発明は、窒化物薄膜を有し、改良された光抽出効率および改良された結晶質を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を成長させる方法を説明し、該方法は、３００トルを超えるリアクター圧力で、または１気圧を超えるリアクター温度で、パターニングされた基板上に窒化物薄膜を成長させることを包含する。
【００１３】
大気圧で成長した窒化物薄膜は、様々なまたは傾斜組成を有する複数の層、異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の層を含むヘテロ構造、または異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の１つ以上の層を含み得る。大気圧で成長する窒化物薄膜は、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を含む堆積方法を用いて成長し得る。窒化物薄膜は、例えばＦｅ、Ｓｉ、およびＭｇなどの元素によってドープされ得る。
【００１４】
方法は、従来のｃ面に配向された窒化物半導体結晶、またはａ面もしくはｍ面などの無極性面、または任意の半極性面上などにおいて、任意の結晶学的窒化物方向に成長し、大気圧で成長した窒化物薄膜をさらに包含し得る。
【００１５】
本発明はまた、本方法を用いる質の高められた特性を有する薄膜と、該方法を用いて製造されたデバイスとを開示する。
【００１６】
本発明は、パターニングされた基板と、パターニングされた基板からの１つ以上の窒化物層直接成長とを備え、横方向のエピタキシャルの成長のない領域と、表面への発光デバイス品質の窒化物層の後の堆積に十分であるほど滑らかである実質的に合体した表面とを備えている、パターニングした基板上に窒化物テンプレートをさらに開示する。
【００１７】
窒化物層直接成長は、窒化物の横方向のエピタキシャル成長の結晶質および表面の粗さと同等の結晶質および表面粗さを有し得る。窒化物層直接成長は、核生成層またはバッファ層として働きをするに十分に薄い薄膜であり得る。窒化物層直接成長は、単一の成長方向を有し得る。窒化物直接成長は、顕微鏡的大きさ以上の大きさの穴がなく、デバイスの性能に有害な穴を有せず、パターニングされない基板からの窒化物層の直接成長の結晶質と同等の結晶質を有し得る。窒化物層直接成長は、１００トルを超えるリアクター圧力であり得る。
【００１８】
窒化物直接成長は、光電子発光デバイスのための基板であり得る。営業的に１度のテンプレートが製造され得、各テンプレートは実質的に同一の結晶質を有する。
【００１９】
本発明は、光干渉の抑制によってＬＥＤの活性領域から発光を抽出するためのパターニングされた基板と、パターニングされた基板からの１つ以上の窒化物層直接成長とを備えている発光ダイオード（ＬＥＤ）構造をさらに開示し、窒化物層直接成長は、横方向のエピタキシャル成長のない領域と、ｎ型層上のｐ型層またはｐ型層上のｎ型層とを備え、各窒素化層は、発光デバイス結晶質と、残りの窒化物層がその上に成長するのに十分滑らかな成長表面とを有する。ＬＥＤ構造はデバイスウェーハであり得る。
【００２０】
ここで図面を参照すると、図面において、同様な参照番号は、全体を通して対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態に従って、パターニングされた基板上に大気圧で堆積された窒化物薄膜の成長のためのステップを例示するフローチャートである。
【図２】図２（ａ）および図２（ｂ）は、パターニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）上で成長する５μｍの厚さのＧａＮ薄膜の写真であり、図２（ａ）における試料に関して、第１の２．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜が大気圧で成長し、後者の２．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜が７６トルで成長する一方、図２（ｂ）に示される試料に関して、全体の５μｍの厚さのＧａＮ薄膜が大気圧で成長した。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、５μｍ×５μｍの面積の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）画像であり、図３（ａ）は、図２（ｂ）におけるパターニングされた基板上で成長する試料に関する画像を示し、図３（ｂ）は、パターニングしないサファイア基板上で成長する５μｍの厚さのＧａＮを示す。
【図４】図４は、本発明に従うデバイスの断面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
（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、添付の図面に参照がなされ、該図面は本明細書の一部を形成し、該図面において本発明が実施され得る特定の実施形態が例示として示される。他の実施形態が利用され得、本発明の範囲から逸脱することなく構造上の変更がなされ得ることは理解されるべきである。
【００２３】
(概観）
本発明は、ＭＯＣＶＤによって、パターニングされた基板に、改良された品質の窒化物薄膜を成長させる方法を説明する。大気圧で堆積された、パターニングされた基板の窒化物層の成長は、ＩＩＩ窒化物構造における薄膜特性を改良する手段を提供する。用語「ＩＩＩ族窒化物」、「ＩＩＩ窒化物」または単に「窒化物」は、式ＧａｎＡｌｘＩｎｙＢｚＮを有する（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ半導体の任意の合金組成をいう。ここで、
０≦ｎ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、およびｎ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１
である。
【００２４】
パターニングされた基板上に成長する現在の窒化物薄膜は、１００トル以下の圧力で成長する薄膜から成る。パターニングされた基板のこれらの低圧力（ＬＰ）成長の窒化物薄膜は、薄膜合体、表面穴、および不十分なプロセス再現性において激烈な劣化を示す。パターニングされた基板に大気圧で窒化物薄膜を成長させることは、表面穴を大幅に減少させ、薄膜合体およびプロセス再現性を改良することによって、（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜品質を高める手段を提供する。本発明は、パターニングされた基板上に成長する（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ薄膜を高める手段を提供する。
【００２５】
（技術的説明）
本発明の薄膜は、市販のＭＯＣＶＤシステムを用いて成長させられた。大気圧で堆積された、パターニングされた基板の窒化物層に関する一般的な成長パラメータは、１００トルより大きい圧力および５００℃より高い温度を含む。エピタキシャルの関係および条件は、用いられるリアクターのタイプに関わらず有効である。しかしながら、大気圧で堆積された、パターニングされた基板上に成長する窒化物層に関するリアクターの条件は、個々のリアクターおよび成長方法（例えば、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤおよびＭＢＥ）によって変化する。
【００２６】
この方法を用いて、窒化物薄膜は、表面穴の数の減少および薄膜合体の実質的な品質の向上によって、薄膜品質の改良を示す。窒化物薄膜の表面品質の改良は、デバイスの性能または特性を劣化することなく、薄膜上のその後の成長を可能にする。
【００２７】
本発明に従って窒化物薄膜を成長させる方法は、概して次のステップを包含する。
（１）ＭＯＣＶＤリアクターに基板を装填すること。
（２）リアクターのためのヒータの電源を入れ、リアクターの温度を設定点温度に上げることであって、窒素および／または水素ならびに／またはアンモニアが大気圧で基板の上を流れる、こと。
（３）ある時間後、設定点温度を下げ、トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）およびアンモニアをリアクターの中に導入し、ＧａＮ核生成またはバッファ層の成長を開始させること。
（４）ＧａＮ核生成層が所望の厚さに達した後に、ＴＭＧａの流れを止め、リアクター温度を設定点に上げること。
（５）リアクター設定点温度が達成された後に、故意でなくドープされたＧａＮの成長のためにＴＭＧａの流れを起こすこと。
（６）ＧａＮ薄膜が所望の厚さに達した後に、温度およびＴＭＧａの流れを増加させること。
（７）所望のＧａＮの厚さが達成された後に、ＧａＮ薄膜を保存するためにアンモニアを流し続けながら、ＴＭＧａの流れを止めること。
【００２８】
本発明は、これらのステップを用いて製造されたデバイスを含むことを意図される。
【００２９】
（プロセスステップ）
図１は、本発明の好ましい実施形態に従って、パターニングされた基板における大気圧で堆積される窒化物薄膜の成長に関するステップを例示するフローチャートである。
【００３０】
ブロック１００は、ＭＯＣＶＤリアクターの中に基板を装填するステップを表し、基板はパターニングされたサファイア（０００１）基板であり得る。
【００３１】
ブロック１０２は、水素および／または窒素ならびに／またはアンモニアの流れによって基板を加熱するステップを表す。このステップ中、リアクターのヒータの電源が入れられ、１１００℃の設定点温度に上げられる。概して、水素および／または窒素ならびに／またはアンモニアは、大気圧で基板上を流れる。
【００３２】
ブロック１０４は、基板に核生成層を堆積するステップを表す。このステップ中、ブロック１０２の設定点温度に上がった後２０分して、リアクターの設定点温度が５７０℃に下げられ、３ｓｃｃｍのＴＭＧａがリアクターの中に導入され、ＧａＮ核生成またはバッファ層成長を開始する。１００秒後、ＧａＮ核生成またはバッファ層は、所望の厚さに達する。この時点でＴＭＧａの流れは止められ、リアクターの温度は１２０５℃に上げられる。
【００３３】
ブロック１０６は、核生成層において大気圧で窒化物半導体薄膜を堆積するステップを表す。このステップ中、一旦ブロック１０４の設定点温度が達成されると（例えば、１２０５℃）、７ｓｃｃｍのＴＭＧａがリアクターの中に導入され、１２０分間ＧａＮ成長を開始し得る。一旦所望のＧａＮ厚さが達成されると、１３ｓｃｃｍのＴＭＧａが最大１５分間リアクターの中に導入され、リアクター設定温度が１２３５℃に上げられる。一旦大気圧で成長した所望のＧａＮ薄膜が達成されると、ＧａＮ薄膜を保存するためにアンモニアを流しながら、リアクターは冷却される。
【００３４】
ブロック１０８は、パターニングされた基板に大気圧で成長したデバイス品質窒化物薄膜を含む、方法の最終結果を表す。
【００３５】
（利点および改良）
図２（ａ）および図２（ｂ）は、パターニングされたサファイア基板（ＰＳＳ）上に成長した５μｍの厚さのＧａＮ薄膜の光学顕微鏡写真を示す。図２（ａ）に示される試料に関して、第１の２．５μの厚さのＧａＮ薄膜は大気圧で成長し、後者の２．５μｍの厚さのＧａＮ薄膜は７６トルで成長した。図２（ｂ）に示される試料に関して、全体が５μｍの厚さのＧａＮ薄膜が大気圧で成長した。全体が大気圧で成長した薄膜が質の高められた薄膜合体を示すことは、顕微鏡写真から明らかである。これに対して、７６トルの圧力で成長した薄膜は、一部に合体の小さなスポットを有する、大部分合体していない薄膜を示す。
【００３６】
パターニングした基板上のほとんどの成長は、ＬＰにおいて成長した窒化物薄膜を用いる［３、４］。しかしながら、大気圧で成長した窒化物薄膜を使用することは、ＬＰで成長した薄膜よりはるかに優れていることは本研究から明らかである。
【００３７】
図２（ｂ）における試料の５μｍ×５μｍの面積のＡＦＭ画像が、図３（ａ）に示される。この画像は、平方自乗平均（ＲＭＳ）の表面粗さ０．９４ｎｍを有する薄膜を明示する。この値は、典型的な値０．４ｎｍを有する、パターニングしていない基板上の最新技術のＧａＮの値よりわずかに高いが、不利な影響の発生がなく後のデバイス成長に十分に使用可能な範囲内である。これらの薄膜がデバイス性能に有害であり得る、肉眼で見える表面穴も顕微鏡的大きさの表面穴も示さないこともまた、重要である。
【００３８】
（起り得る修正および変化）
上記に説明される方法は、本発明のほんの１つの実施形態である。本発明の最も一般的な実施形態は、１００トルを超える圧力で、パターニングされた基板上において１つ以上の窒化物層の成長を伴う。
【００３９】
（本発明のテンプレートまたは基板の実施形態）
図１および図４は、本発明が、パターニングされた基板１００、４０２と、パターニングされた基板１００、４０２からの１つ以上の窒化物層直接成長１０６、４０４（すなわち、１つ以上の窒化物層の直接成長）とを備えている、窒化物テンプレートまたは基板１０８、４００（例えば、エピタキシャル層または結晶層）を開示する方法を示し、直接成長１０６、４０４は、横方向のエピタキシャルの成長領域がなく、実質的に合体した表面（図２（ｂ）、４０６）であって、表面４０６（例えば、発光デバイスのための十分な結晶質）へのデバイス品質の窒化物層４０８、４１０、４１２の後の堆積に十分であるほど滑らかである(図３（ａ）、４０６）、合体した表面を備えている。窒化物成長４０４は、顕微鏡的大きさ以上の大きさがないこと、および／またはデバイス４１４の性能に有害な穴を有しないことがあり得る（窒化物層成長１０６、４０４内かまたは成長４０４の表面４０６上のいずれかにおいて）。１つ以上の窒化物層４０４の表面４０６および直接成長は、パターニングされない基板上に成長した１つ以上の窒化物層の直接成長の結晶質と同等の結晶質を有し、該１つ以上の窒化物層は、ＡＦＭによって測定されるように、５μｍ×５μｍの面積に対して典型的な（ＲＭＳ）表面粗さ＜２ｎｍを有し、どんな肉眼で見える表面穴も顕微鏡的大きさの表面穴も含まない。
【００４０】
１つ以上の窒化物層直接成長１０６、４０４は、単一の成長方向４１６を有し得、例えば、パターニングされた基板４０２のパターニングされた表面特徴４２０の底部４１８からの成長は、垂直と横方向の少なくとも２つの成長方向を有する横方向のエピタキシャル成長に対して、パターニングされた表面特徴４２０の上部４２２からの成長と同じ方向４１６を有し得る。しかしながら、窒化物層直接成長１０６、４０４は、窒化物の横方向のエピタキシャル成長の結晶質および表面の粗さと同等の結晶質および表面粗さとを有し得る。窒化物薄膜１０６、４０４は、従来のｃ面配向の窒化物半導体結晶上、またはａ面もしくはｍ面などの無極性面、または任意の半極性面上などにおいて、任意の結晶学的窒化物方向に成長し得る。
【００４１】
窒化物層直接成長１０６、４０４は、１つ以上の窒化物層によって形成される窒化物薄膜であり得る。薄膜４０４、１０６は、後の窒化物成長４０８、４１０、４１２のための核生成層またはバッファ層としての働きをするに十分に厚くあり得るかもしくは薄くあり得、または単に薄膜１０６が実質的に合体するのに十分に薄くあり得る。典型的な薄膜厚さは、０．２μｍ〜１０μｍである。但し、本発明は、これらの典型的な厚さ範囲に限定されない。
【００４２】
窒化物テンプレート１０８、４００、または窒化物層４０４は、後の成長、例えば、テンプレート４００の表面４０６上もしくは直接成長４０４の光電子発光デバイス構造（ＬＥＤ層４０８〜４１２など）、またはトランジスタの成長のための基板であり得る。後の成長４０８〜４１２は、水素化気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）および／または分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によるものであり得る。
【００４３】
営業的状況において、大量生産に対する営業的生産許容差を満足させる実質的に同一の結晶質を各々有する例えば数百の大量の基板４００またはウェーハを再現可能に製造することが望ましい。バッチの各ウェーハまたは基板４００は、例えば、実質的に同一の成長条件または実質的に同一の方法で動作する実質的に同一の成長リアクターから作り出され得る。本発明の方法は、複数のテンプレート１０８、４００が再現可能に成長することを可能にし、各窒化物薄膜４０４、１０６が別個のパターニングされた基板４０２、１００上で成長し、実質的に類似の結晶質を有し得る。これは、本発明以前には可能ではなかった。
【００４４】
(本発明のデバイスの実施形態）
図４は、本発明が光干渉の抑制によってＬＥＤ４１４の活性領域から発光を抽出するためのパターニングされた基板と、パターニングされた基板４０２からの１つ以上の窒化物層直接成長１０６、４０４、４０８、４１０、４１２とを備えている、ＬＥＤなどのデバイス構造４１４を開示する方法もまた示し、窒化物層直接成長１０６、４０４は、横方向のエピタキシャルの成長領域がなく、ｎ型層４０８上のｐ型層４１２（または図示されていないｐ型層上のｎ型層）と、ｐ型層４１２とｎ型層４０８との間の活性層４１０と、ＬＥＤまたは他のデバイスを製造するために用いられる当該分野において公知の他の層とを備え得る。各窒素化層４０４、４０８、４１０、４１２は、発光デバイス結晶質と、残りの窒化物層が上方に成長するに十分滑らかな成長表面４０６、４１８とを有し得る。ＬＥＤ構造４１４はウェーハであり得、ウェーハからＬＥＤデバイスは分離され得る。
【００４５】
従って、窒化物薄膜１０６は、様々なまたは傾斜組成（ｇｒａｄｅｄ  ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有する複数の層を備え得る。窒化物薄膜１０６は、異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の１つ以上の層を含み得るか、または窒化物薄膜１０６は、異なる（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ組成の層を含むヘテロ構造であり得る。窒化物薄膜１０６は、例えばＦｅ、Ｓｉ、およびＭｇなどの元素によってドープされ得る。このようにして、窒化物薄膜は、発光デバイスまたはトランジスタの製造のために１つ以上のデバイス層を備え得る。
【００４６】
従って、本発明は、窒化物薄膜１０６を有し、改良された光抽出効率および改良された結晶質を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）構造４１４を成長させる方法を開示し、該方法は、３００トルを超えるリアクター圧力で、または１気圧を超えるリアクター温度でさえ、パターニングされた基板１００上に窒化物薄膜１０６を成長させることを包含する。パターン化された基板１００、４０２は、横方向のエピタキシャル成長を含まない基板を含むがこれに限定されない、窒化物成長に適した任意の基板であり得る。
【００４７】
（参考文献）
次の参考文献は、本明細書に参考として援用される。
【００４８】
［１］Ｋ．Ｔａｄａｍｏｔｏ、Ｈ．Ｏｋａｇａｗａ、Ｙ．Ｏｈｕｃｈｉ、Ｔ．Ｔｓｕｎｅｋａｗａ、Ｔ．Ｊｏｙｕｉｃｈｉ、Ｙ．Ｉｍａｄａ、Ｍ．Ｋａｔｏ、Ｈ．Ｋｕｄｏ、およびＴ．Ｔａｇｕｃｈｉ、Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔ．Ｓｏｌ．（ａ）１８８、Ｎｏ．１、１２１〜１２５ページ（２００１）。
【００４９】
［２］Ｍｏｔｏｋａｚｕ  Ｙａｍａｄａ、Ｔｏｍｏｔｓｕｇｕ  Ｍｉｔａｎｉ、Ｙｕｋｉｏ  Ｎａｒｕｋａｗａ、Ｓｈｕｊｉ  Ｓｈｉｏｊｉ、Ｉｓａｍｕ  Ｎｉｋｉ、Ｓｈｉｎｎｙａ  Ｓｏｎｏｂｅ、Ｋｏｕｉｃｈｉｒｏ  Ｄｅｇｕｃｈｉ、Ｍａｓａｈｉｋｏ  ＳａｎｏおよびＴａｋａｓｈｉ  Ｍｕｋａｉ、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｖｏｌ．４１、Ｐａｒｔ２、Ｎｏ．１２Ｂ、Ｌ  １４３１〜Ｌ  １４３３ページ、２００２年１２月１５日。
【００５０】
［３］Ｗｏｅｉ−Ｋａｉ  Ｗａｎｇ、Ｄｏｎｇ−Ｓｉｎｇ  Ｗｕｕ、Ｓｈｕ−Ｈｅｉ  Ｌｉｎ、Ｐｉｎ  Ｈａｎ、Ｒａｙ−Ｈｕａ  Ｈｏｒｎｇ、Ｔａ−Ｃｈｅｎｇ  Ｈｓｕ、Ｄｏｎａｌｄ  Ｔａｉ−Ｃｈａｎ  Ｈｕｏ、Ｍｉｎｇ−Ｊｉｕｎｎ  Ｊｏｕ、Ｙｕａｎ−Ｈｓｉｎ  Ｙｕ、およびＡｉｋｅｙ  Ｌｉｎ、ＩＥＥＥ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ、Ｖｏｌ．４１、Ｎｏ．１１、２００５年１１月。
【００５１】
［４］Ｃｈａｎｇ−Ｓｏｏ  Ｋｉｍ、Ｊｉ−Ｈｙｕｎ  Ｍｏｏｎ、Ｓａｎｇ−Ｊｕｎ  Ｌｅｅ、Ｓａｍ−Ｋｙｕ  Ｎｏｈ、Ｊｅ  Ｗｏｎ  Ｋｉｍ、Ｋｙｕｎａｎ  Ｌｅｅ，Ｙｏｎｇ  Ｄａｅ  Ｃｈｏｉ、およびＪａｙ  Ｐ．Ｓｏｎｇ、Ｍａｔｅｒ．Ｒｅｓ．Ｓｏｃ．Ｓｙｍｐ．Ｐｒｏｃ．Ｖｏｌ．８６４（著作権）２００５  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｓｏｃｉｅｔｙ。
【００５２】
(結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を終える。本発明の１つ以上の実施形態の前述の説明は、例示および説明の目的のために提示された。網羅的であること、または開示された正確な形態に本発明を限定することは意図されない。上記の教示を考慮して、多くの修正および変更が可能である。本発明の範囲はこの詳細な説明によって限定されないで、むしろ本明細書に添付される特許請求の範囲によって限定されることが意図される。
【図１】
2010524267.tif 000003
【図２（ａ）−２（ｂ）】
2010524267.tif 000004
【図３（ａ）】
2010524267.tif 000005
【図３（ｂ）】
2010524267.tif 000006
【図４】
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【国際調査報告】
2010524267.tif 000008