(57)【要約】  本発明の特徴は、方法と装置を提供する。１つの実施形態において、本発明は、ダイオード、ＬＥＤ及びトランジスタのような、多数の半導体装置に適用可能な窒化物半導体の成長に関する。本発明の方法によれば、窒化物半導体ナノピラミッドは、ＣＶＤベースの選択領域成長技術を利用し成長される。ナノピラミッドは、直接又はコア−シェル構造のように成長される。
2015532014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持体及び前記支持体の上に配列された複数のナノピラミッドを含む半導体発光装置であって、前記複数のナノピラミッドのそれぞれは、
第１導電型半導体コア、又は、第１導電型半導体コアシードと、
前記第１導電型半導体の前記コア又は前記第１導電型半導体の前記コアシードを取り囲む第１導電型半導体シェルと、
前記第１導電型半導体の前記シェルの上の第２導電型半導体の第１層と、を含み、
前記第１導電型半導体シェルと第２導電型半導体の前記第１層とは、動作時に光の生成のための活性領域を提供するｐｎ又はｐｉｎ接合を形成するように構成されることを特徴とする半導体発光装置。
【請求項２】
前記ナノピラミッドが、第２導電型半導体の前記第１層の上の前記第２導電型半導体の第２層を更に含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項３】
前記第１導電型半導体コアが、ｎ−ＧａＮを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項４】
前記第１導電型半導体シェルが、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、及び、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮのうち少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項５】
第２導電型半導体の前記第１層がｐ−ＡｌＧａＮ又はｐ−ＩｎＡｌＮを含み、第２導電型半導体の前記第２層がｐ−ＧａＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項６】
前記第１導電型半導体コアが、前記支持体のバッファ層と電気的に接していることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項７】
前記第１導電型半導体シェルが、マスク層によって前記バッファ層から絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項８】
前記第１導電型がｎ型を含み、前記第２導電型がｐ型を含むことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項９】
前記ナノピラミッドが、複数の開口部を含む誘電体成長マスクの上に配されることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光装置。
【請求項１０】
前記第１導電型半導体コア又は前記第１導電型半導体コアシードが、前記複数の開口部のうち１つから突出する前記コアを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【請求項１１】
前記第１導電型半導体コア又は前記第１導電型半導体コアシードが、前記複数の開口部のうち１つに配される前記コアシードを含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【請求項１２】
前記活性領域が、前記第１導電型半導体シェルと前記第２導電型半導体の前記第１層との間に配される少なくとも１つの量子井戸を更に含むことを特徴とする請求項９に記載の半導体発光装置。
【請求項１３】
前記半導体発光装置が、前記ナノピラミッドの先端でリーク電流を低減する又はリーク電流を排除する少なくとも１つの特徴を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの特徴が、絶縁材料先端マスク、前記ナノピラミッドの半導体側壁よりも高い抵抗率を有する水素注入半導体先端領域、前記ナノピラミッドの半導体側壁よりも高い抵抗率を有するプラズマ損傷先端領域、切頂ピラミッド形状ナノピラミッドの平坦化された先端、及び、切頂ピラミッド形状を有する前記第１導電型半導体シェルのうち少なくとも１つから選択されることを特徴とする請求項１３に記載の半導体発光装置。
【請求項１５】
前記半導体発光装置が、前記ナノピラミッドの基部でリーク電流を低減する又はリーク電流を排除する少なくとも１つの特徴を更に含むことを特徴とする請求項２に記載の半導体発光装置。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの特徴が、第２導電型半導体の前記第２層と接する電極の下で延びる、前記第１導電型半導体と第２導電型半導体の第１層とのうちの少なくとも１つの半導体足部の部分であることを特徴とする請求項１５に記載の半導体発光装置。
【請求項１７】
前記半導体足部の部分は、５％よりも多いアルミニウムを有し、複数の開口部を含む誘電体成長マスクの上に配されるＡｌＧａＮの足部の部分を含むことを特徴とする請求項１６に記載の半導体発光装置。
【請求項１８】
ナノピラミッドを形成する方法であって、
第１温度、第１圧力、及び、第１ＩＩＩ−Ｖ族比で、ＣＶＤを用いて第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コア、又は、第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コアシードを形成する工程と、
第２温度、第２圧力、及び、第２ＩＩＩ−Ｖ族比で、ＣＶＤを用いて前記第１導電型半導体の前記コア又は前記第１導電型半導体の前記コアシードを取り囲む第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体シェルを形成する工程と、
前記ナノピラミッドを形成するために、前記第１導電型半導体の前記シェルの上に第２導電型半導体の第１層を形成する工程と、を含み、
前記第１温度、前記第１圧力、及び、前記第１Ｖ−ＩＩＩ族比のうち少なくとも１つが、前記第２温度、前記第２圧力、及び、前記第２Ｖ−ＩＩＩ族比のうち少なくとも１つと異なることを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記第１温度が、前記第２温度よりも高く、
前記第１圧力が、前記第２圧力よりも低く、
前記第１Ｖ−ＩＩＩ族比が、前記第２Ｖ−ＩＩＩ族比よりも低いことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コア、又は、前記第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コアシードを形成する工程が、交互の成長ステップ及び窒化ステップを含む休止ＣＶＤを用いて前記コアを形成する工程を含み、
休止ＣＶＤ中の前記成長ステップの間の前記第１Ｖ−ＩＩＩ族比が、前記第２Ｖ−ＩＩＩ族比よりも低く、
前記窒化ステップの間、前駆体を含む窒素の流れが増加している間に有機金属前駆体の流れが休止される
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記ナノピラミッドが、開口部を含む誘電体成長マスクの上に配されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記第１導電型半導体コア、又は、前記第１導電型半導体コアシードが、前記コアが前記開口部から突出するように、前記開口部に露出された半導体バッファ層の上にエピタキシャル成長された前記コアを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第１導電型半導体コア、又は、前記第１導電型半導体コアシードが、前記コアシードが前記開口部に配されるように、前記開口部に露出された半導体バッファ層の上に核形成された前記コアシードを含むことを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２４】
前記第１導電型半導体コアが、ｎ−ＧａＮを含み、
前記第１導電型半導体シェルが、ｎ−ＧａＮ、ｎ−ＡｌＧａＮ、ｎ−ＩｎＧａＮ、及び、ｎ−ＩｎＡｌＧａＮのうち少なくとも１つを含み、
第２導電型半導体の前記第１層が、ｐ−ＡｌＧａＮ、又は、ｐ−ＩｎＡｌＮを含み、
前記第２導電型半導体の前記第１層の上に形成される第２導電型半導体の第２層がｐ−ＧａＮを含み、
前記第１温度が１０００から１２００℃であり、前記第２温度が８００から１０００℃であり、
前記第１圧力が５０から１００ｔｏｒｒであり、前記第２圧力が１００から５００ｔｏｒｒであり、
前記第１Ｖ−ＩＩＩ族比が５から１０であり、前記第２Ｖ−ＩＩＩ族比が１０，０００から１５，０００である
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２５】
前記第２導電型半導体の前記第１層の上に前記第２導電型半導体の第２層を形成する工程と、前記第２導電型の前記第２層の上に電極を形成する工程とを更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２６】
前記ナノピラミッドの先端でリーク電流を低減する、又は、リーク電を排除する少なくとも１つの特徴を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの特徴が、絶縁材料先端マスク、前記ナノピラミッドの半導体側壁よりも高い抵抗率を有する水素注入半導体先端領域、前記ナノピラミッドの半導体側壁よりも高い抵抗率を有するプラズマ損傷先端領域、切頂ピラミッド形状ナノピラミッドの平坦化された先端、及び、切頂ピラミッド形状を有する前記第１導電型半導体シェルのうち少なくとも１つから選択されることを特徴とする請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
前記ナノピラミッドの基部でリーク電流を低減する、又は、リーク電を排除する少なくとも１つの特徴を形成する工程を更に含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの特徴が、第２導電型半導体の前記第２層と接する電極の下で延びる、前記第１導電型半導体と第２導電型半導体の第１層とのうちの少なくとも１つの半導体足部の部分であることを特徴とする請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記半導体足部の部分は、５％よりも多いアルミニウムを有し、複数の開口部を含む誘電体成長マスクの上に配されるＡｌＧａＮの足部の部分を含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる２０１２年９月１８日に出願された米国非仮出願番号６１／７０２，６５８の利益を主張する。
【０００２】
本発明は、半導体ナノピラミッドに基づく半導体装置及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノ構造は、電子及び光電子半導体装置のためのビルディングブロックに望まれている。ナノ構造の３次元形状は、装置設計に課題を有しうる。異なる結晶面は、異なる成長速度、異なる材料構成、及び、異なるドーピングを与えうる。
【発明の概要】
【０００４】
１つの実施形態は、第１温度、第１圧力、及び、第１ＩＩＩ−Ｖ族比でＣＶＤを用いて第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コア、又は、第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体コアシードを形成する工程と、第２温度、第２圧力、及び、第２ＩＩＩ−Ｖ族比でＣＶＤを用いて第１導電型半導体のコア又は第１導電型半導体のコアシードを取り囲む第１導電型ＩＩＩ−Ｖ族半導体シェルを形成する工程と、第１導電型半導体のシェルの上に第２導電型半導体の第１層を形成しナノピラミッドを形成する工程と、を含むナノピラミッドを形成する方法を提供する。第１温度、第１圧力、及び、第１Ｖ−ＩＩＩ族比のうち少なくとも１つが、第２温度、第２圧力、及び、第２Ｖ−ＩＩＩ族比のうち少なくとも１つと異なる。
【０００５】
別の実施形態は、支持体及び支持体の上に配列された複数のナノピラミッドを含み、複数のナノピラミッドのそれぞれは、第１導電型半導体コア、又は、第１導電型半導体コアシードと、第１導電型半導体のコア又は第１導電型半導体のコアシードを取り囲む第１導電型半導体シェルと、第１導電型半導体のシェルの上の第２導電型半導体の第１層と、を含む半導体発光装置を提供する。第１導電型半導体シェルと第２導電型半導体の第１層とは、動作時に光の生成のための活性領域を提供するｐｎ又はｐｉｎ接合を形成するように構成される。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るナノピラミッドＬＥＤの垂直断面図を概略で示す。
【図２ａ】、
【図２ｂ】、
【図２ｃ】図２ａ、２ｂ及び２ｃは、本発明の別の実施形態に係る別の形状のコアを有するナノピラミッドＬＥＤの垂直断面図を概略で示す。
【図３ａ】、
【図３ｂ】、
【図３ｃ】、
【図３ｄ】、
【図３ｅ】、
【図３ｆ】図３ａ〜３ｆは、本発明の実施形態に係るナノピラミッドの顕微鏡写真である。
【図４ａ】、
【図４ｂ】、
【図４ｃ】図４ａ、４ｂ及び４ｃは、本発明の実施形態に係るエッチバックされた先端マスクを有するナノピラミッドＬＥＤを形成する方法のステップの垂直断面図を概略で示す。
【図４ｄ】図４ｄは、本発明の他の実施形態に係る先端マスク形成のための傾斜した堆積を用いてナノピラミッドＬＥＤを形成する方法を概略で示す。
【図４ｅ】図４ｅは、本発明の実施形態に係る図４ｄに示す方法によって形成された先端マスクを有するナノピラミッドＬＥＤの垂直断面図を概略で示す。
【図５ａ】、
【図５ｂ】図５ａ及び５ｂは、本発明の実施形態に係る変更された先端を有するナノピラミッドを形成する方法の垂直断面図を概略で示す。
【図６ａ】、
【図６ｂ】、
【図６ｃ】図６ａ、６ｂ及び６ｃは、本発明の実施形態に係る除去された先端を有するナノピラミッドＬＥＤを形成する方法のステップの垂直断面図を概略で示す。
【図７ａ】、
【図７ｂ】、
【図７ｃ】図７ａ、７ｂ及び７ｃは、本発明の実施形態に係る除去された先端を有するナノピラミッドＬＥＤを形成する別の方法のステップの垂直断面図を概略で示す。
【図７ｄ】図７ｄは、図７ｃに示したものとは別のナノピラミッドＬＥＤを示す。
【図８ａ】、
【図８ｂ】、
【図８ｃ】図８ａ、８ｂ及び８ｃは、本発明の実施形態に係る足部の部分を有するシェルを含むナノピラミッドＬＥＤの垂直断面図を概略で示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明に係る半導体装置及びその製造方法は、少なくとも１つの窒化物半導体ナノピラミッド、例えばＧａＮナノピラミッドを含む。
【０００８】
本発明の１つの実施形態は、この文脈では基本的に約１１００ｎｍの基部幅又は基部直径、及び、約１０００ｎｍの高さの範囲を有するピラミッド形状の構造体である窒化物半導体ナノピラミッドである。いくつかの実施形態において、基部直径（又は非円形基部の幅及び長さ）は、約１００ｎｍから約１５００ｎｍ、ナノピラミッドの高さは、約９０ｎｍから１３００ｎｍである。別の実施形態では、基部幅は、１００ｎｍから数（例えば５）μｍ、例えば１００ｎｍから１ミクロン未満の範囲にあり、高さは、数１００ｎｍから数（例えば１０）μｍの範囲にある。ナノピラミッドは、その基部が１つ以上のエピタキシャル層、例えばナノピラミッドに最も近いＧａＮの層を含む支持体にエピタキシャルに接続され、基板の上に配置される。ナノピラミッドの頂上は基部よりも小さい幅を有する、鋭い点、又は、メサでありうる。ナノピラミッドコアは、例えばＳｉＮｘの成長マスクの開口部を通って突出する。本発明に係る半導体装置は、典型的には、複数のナノピラミッドを含む。本発明のナノピラミッドは、好ましくは六角形又は立方体の基部を有する。好ましくは、ナノピラミッドコアが半導体シェルによって覆われ、このシェルは、コアの導電性と導電性が一致され、シェルはピラミッド形状の構造体である。シェルは、好ましくは、量子井戸を有する活性層と、コアとは異なる導電性の半導体層のような１つ以上の半導体層とによって覆われる。
【０００９】
本発明の１つの実施形態において、半導体ナノピラミッドのアレイは、ＬＥＤ装置を形成するために使用される。ナノピラミッドＬＥＤは、典型的には、１つ以上のｐｎ又はｐ−ｉ−ｎ接合に基づいている。ｐｎ接合とｐ−ｉ−ｎ接合との違いは、後者が、より広い活性領域を有することである。より広い活性領域は、ｉ領域における再結合のより高い確率を可能にする。各ナノピラミッドは、第１導電型（例えばｎ型）ナノピラミッドコア、第１導電型（例えばｎ型）シェル、及び、動作時に光の生成のための活性領域を提供するｐｎ又はｐｉｎ接合を形成するための、取り囲む第２導電型（例えばｐ型）層を含む。コアの第１導電型がｎ型の半導体コアとして本明細書に記載され、第２導電型層がｐ型半導体層として本明細書に記載されているが、これらの導電型は、逆にしてもよいことが理解されるべきである。
【００１０】
図１は、本発明のいくつかの実施形態に従うナノピラミッドＬＥＤ構造のための基礎を概略で示している。原理的に、ナノピラミッドＬＥＤを形成するために単一のナノピラミッドで十分であるが、小さなサイズに起因して、ナノピラミッドは、好ましくは、ＬＥＤ構造を形成するために数百、数千、数万以上のナノピラミッドを並んで含むアレイ状に配置される。例示の目的のために、個々のナノピラミッドＬＥＤ装置は、ｎ型コア２、ｎ型シェル３、及び少なくとも部分的にナノピラミッドシェル３と中間活性領域４とを取り囲む、複数のｐ型層５、５’のような、少なくとも１つのｐ型層５を有するナノピラミッド１から作られるものとして本明細書中に記載される。いくつかの実施形態において、ナノピラミッドコア２、ナノピラミッドシェル３、活性領域４、及びｐ型層５、５’は、多数の層又はセグメントから作られてもよい。成長条件を制御することによってｎ型コア２の最終形状は、細長から細い“柱状構造”の範囲でありうる。いくつかの実施形態において、ｎ型シェルは、１つのｐ型層に取り囲まれる。
【００１１】
別の実施形態において、シェル３は１ミクロンよりも上の幅又は直径を有してもよいが、コア２だけは１ミクロンよりも下の幅又は直径を有することによって、ナノ構造を含んでもよい。
【００１２】
図２ａ〜２ｃは、コア２の異なる形状を有するナノピラミッドの３つの実施形態を示す。図２ａは、従来の（例えば半導体ナノワイヤ）コアを有するナノピラミッド、図２ｂは休止コア（すなわち休止成膜で形成されたコア）を有するナノピラミッド、図２ｃは、コアを有さないナノピラミッド、すなわちピラミッドが成長マスク７層の上と、基板（例えば支持基板８の上のバッファ層６）を露出する成長マスク７の開口部に配されたコアシード２Ａの上と、に直接成長される。明確にするために、図２ａ〜２ｃにおいて、薄い活性層４は示されず、ｐ型層５、５’は、単一層５として示される。
【００１３】
ＩＩＩ−Ｖ族ナノピラミッド製造のようなナノピラミッド製造について、ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、高いスピード及び低電力の電子機器を容易にするそれらの特性に起因して、特に興味深い。ナノピラミッドは任意の半導体材料を含むことができ、ナノピラミッドに適した材料は、ＧａＡｓ（ｐ）、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ：Ｓｉ、ＩｎＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉを含むが、それだけに限定されるものではない。例えばＧａＰのための、可能性のあるドナードーパントは、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓなどであり、同じ材料のためのアクセプタドーパントは、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄなどである。ナノピラミッドの技術は、従来の技術によって容易に到達しない波長領域の光を発光するＬＥＤの作製を容易にするＧａＮ、ＩｎＮ及びＡｌＮのような窒化物を使用することを可能にすることに留意すべきである。特定の商業的に興味深い他の組み合わせは、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＰシステムを含むが、それだけに限定されるものではない。典型的なドーピングレベルは、１０１８から１０２０の範囲である。当業者は、これら及び他の材料に詳しくもあり、他の材料及び材料の組み合わせが可能であることを理解する。
【００１４】
ナノピラミッドＬＥＤのための好ましい材料は、ＩＩＩ族窒化物半導体（例えばＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなど）又は他の半導体（例えばＩｎＰ、ＧａＡｓ）のような、ＩＩＩ−Ｖ族半導体である。
【００１５】
好ましい実施形態において、ナノピラミッドは、ｎ−ＧａＮバッファ層６の上に、ｎ−ＧａＮコア２、ｎ型ＧａＮ／ＩｎＧａＮシェル３、量子井戸を有するＩｎＧａＮの活性層４、ｐ−ＡｌＧａＮ５の層、及びｐ−ＧａＮ５’の層で成長される。シェル３は、コア２と物理的に接触するＧａＮサブシェル及びＧａＮサブシェル上のＩｎＧａＮサブシェルのような、１つ以上のサブシェルを含んでもよい。あるいは、ｎ型コア２及び／又はｎ型シェル３はｎ−ＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮに加えて又はこれの代わりに、ＡｌＧａＮ又はＩｎＡｌＧａＮを含んでもよい。ｐ型半導体層（すなわち外側シェル）５及び／又は５’も、ｐ−ＡｌＧａＮ及び／又はｐ−ＧａＮに加えて又はこれの代わりに、ｐ−ＡｌＩｎＮ又はｐ−ＩｎＡｌＮを含んでもよい。好ましくは、量子井戸を有するＩｎＧａＮの活性領域４は、約３〜２０ｎｍの厚さである。ｐ−ＧａＮ５’の層は、その全体が本明細書に組み込まれる米国特許出願番号１３／２４５，４０５に記載されているように、合体されたｐ−ＧａＮ層にボイドを有していようがいまいが、合体されてよい。
【００１６】
ＬＥＤとして機能するために、各ナノピラミッド１のｎ側とｐ側とは、接触される必要がある。
【００１７】
上述したように、第１電極は、例えば窒化ガリウム又は窒化アルミニウムガリウムを含むバッファ層、例えばバッファ層６であるｎ電極層を含んでもよく、このバッファ層からナノピラミッドコアがナノピラミッドのアレイの製造中に成長される。第２電極は、例えば酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）である透明導電性酸化物層のようなｐ型層に電気的に接続されたｐ電極層を含んでもよい。第２電極は、任意の適切な方法によって形成されてよい。
【００１８】
参照により本明細書に組み込まれるサイフェルトらの米国特許第７，８２９，４４３号に記載の製造方法は本明細書に記載のナノピラミッドの成長のために適しているであろうが、しかしながら本発明は、これに限定されないことに留意すべきである。１つの実施形態において、本発明は、コア−シェルナノピラミッドを形成するために、コア上に半導体シェル層を成長させるナノピラミッドコアである。例えば、別の実施形態において、必要に応じてシェルが典型的なナノピラミッドシェルよりも大きい寸法を有してもよいが、コアだけがナノ構造（例えば、ナノピラミッド）を構成してもよい。更に、装置は、多くの面を含む形状にでき、異なる面のタイプの間で表面積比を制御されてもよい。
【００１９】
連続的な（例えば、シェル）層の使用は、装置の長軸に直交する立方体又は六角形又は他の多角形断面を有するピラミッド形状（すなわち、頂上又は先端の方で狭く、基部の方で広い）を有する最終の個々の装置（例えば、ｐｎ装置又はｐｉｎ装置）を生じてよい。従って、完成されたシェルを有する個々の装置は、様々なサイズを有してもよい。例えば、大きさは、基部の幅が１００ｎｍから数（例えば、５）μｍ、１００ｎｍから１ミクロン未満の範囲にあり、高さが数１００ｎｍから数（例えば、１０）μｍの範囲にあるように様々であってよい。
【００２０】
図１は、ナノピラミッドのための支持体を提供する例示的な構造を示す。必要に応じて成長マスク、すなわち位置を定義し、ナノピラミッド１の底の界面領域を決定するための誘電体マスキング層７（シリコン窒化誘電体マスキング層のような、例えば窒化層）を用いて成長基板８上にナノピラミッド１を成長させることによって、少なくともプロセス中に、基板８は基板８から突出するナノピラミッド１のためのキャリアとして機能する。ナノピラミッドの底の界面領域は、誘電体マスキング層７の各開口部内にコア２の領域を含む。基板８は、その全体が参照により本明細書に組み込まれるスウェーデン特許出願ＳＥ１０５０７００−２（グロ  アーベーに譲渡された）で説明したように、ＩＩＩ−Ｖ族半導体又はＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、石英、ガラスなどのような、異なる材料を含んでもよい。他の基板に適した材料として、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、それだけに限定されるものではない。一つの実施形態において、ナノピラミッド１は、成長基板８上に直接、成長される。
【００２１】
例えばその全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，８２９，４４３号に記載されているように、誘電体マスキング（成長マスク）層７が使用される実施形態において、成長マスク７は、ナノピラミッドの成長のための開口部を定義するためにフォトリソグラフィによって形成してもよい。１つの実施形態において、ナノピラミッドは、ｎ−パッド領域、非活性領域、ＬＥＤ領域（すなわち、光を放出する領域）及びｐ−パッド領域に分類される。しかしながら、本発明の実施形態は、これに限定されるものではない。その全体が参照により本明細書に組み込まれるコンセックらによる２０１０年２月４日に公開された国際公開第２０１０／０１４０３２  Ａ１号に記載されているように、例えば、ｐ−パッド領域はナノピラミッドＬＥＤ構造の発光部を形成するナノピラミッドの頂上に配されてもよく、それによって、ｐ−パッド領域とＬＥＤ領域とが一致する。
【００２２】
好ましくは、基板８は、各ナノピラミッド１のｎ側に接続する電流輸送層として機能するようにも構成される。これは、Ｓｉ又はＡｌ２Ｏ３基板８上のＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮバッファ層６のような、一例としてＩＩＩ族窒化物層によって、図１に示されるように、ナノピラミッド１に対向する基板８の表面に配置されたバッファ層６を含む基板８を有することによって達成することができる。バッファ層６は、通常、所望のナノピラミッド材料と適合し、それ故に、製造プロセスにおいて成長テンプレートとして機能する。ｎ型コア２のために、バッファ層６も、好ましくはｎ型にドープされる。バッファ層６は、単層（例えば、ＧａＮ）、いくつかの副層（例えば、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ）、又はＡｌ高含有ＡｌＧａＮからＡｌ低含有ＡｌＧａＮ又はＧａＮに向けて傾斜した傾斜層を含んでもよい。ナノピラミッドは、任意の半導体材料を含むことができるが、ナノピラミッドＬＥＤのために、ＩＩＩ族窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＧａＮなど）又は、他の半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ）のようなＩＩＩ−Ｖ族半導体が、通常好ましい。ナノピラミッドの成長は、その全体が参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，３９６，６９６号、第７，３３５，９０８号、第７，８２９，４４３号、国際公開第２０１０／１４０３２号、第２００８／０４８７０４号、第２００７／１０２７８１号に記載された方法を利用することによって達することができる。
【００２３】
ナノピラミッド１は、いくつかの異なる材料（例えば、ＧａＮコア、ＩｎＧａＮ活性層、及び活性層とは異なるＩｎ対Ｇａ比を有するＩｎＧａＮシェル）を含んでもよいことに留意すべきである。一般に基板８及び／又はバッファ層６は、本明細書でナノピラミッドのための支持体又は支持層と呼ばれる。特定の実施形態において、基板８及び／又はバッファ層６の代わりに又はこれ加えて、導電層（例えば、ミラー又は透明コンタクト）が支持体として使用されてもよい。従って、“支持層”又は“支持体”の用語は、これらの要素の任意の１つ以上を含んでもよい。バッファ層６は、ナノピラミッド１のｎ側に接触するための構造を提供する。
【００２４】
上記の記述は、ＬＥＤ構造の例示的な実施形態である。しかしながら、当業者には明らかなように、任意の適切なナノピラミッドＬＥＤ構造または他の適切なナノピラミッド構造は、本発明から逸脱することなく、必要な変更を加えて、方法および組成物において使用され得ることが理解されるであろう。
【００２５】
本発明の実施形態に係る窒化物半導体ナノピラミッドの成長の方法は、好ましくはＣＶＤベースの選択領域成長技術を利用する。窒素ソースと有機金属ソースとは、ナノピラミッドの成長工程の間存在し、少なくとも窒素ソースの流量は、ナノピラミッドの成長工程の間、連続している。
【００２６】
１つの実施形態において、本発明のナノピラミッドは、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）プロセスを用いて成長される。他のＣＶＤ及び修正されたハイドライド気相成長に基づくプロセスも適している。
【００２７】
方法の１つの実施形態は、以下の工程を含む。ａ）支持体上に成長マスクを準備する。支持体は、例えばＧａＮ（例えば、支持基板８の上のｎ型ＧａＮバッファ層６）であり、成長マスク７は、ＳｉＮｘ又はＳｉＯｘのような誘電体であり、ｂ）成長マスクの開口部の製造。開口部は、好ましくは、それらの直径及びそれらの相対的な位置の両方に関して、十分に制御される。当該手順のために、電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）、ナノインプリントリソグラフィ、光リソグラフィ、及び、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）又は湿式化学エッチングを含む当該技術分野で公知のいくつかの技術が使用されることができるが、それだけに限定されるものではない。好ましくは、開口部は、直径約１００ｎｍから約２００ｎｍであり、約０．５から約５μｍ離れて配される。開口部は、製造されるナノピラミッドの位置と直径とを定義する。ｃ）前駆体ソース流が連続していることを特徴とするＣＶＤに基づくプロセスによって、ナノピラミッドの成長を行う。前駆体ソースの流量は、成長ゾーンで低い過飽和度を実現するように調整される。
【００２８】
本発明に係る方法で製造されたナノピラミッドは、図３ａ〜ｆのＳＥＭ画像に示される。開始基板上にＳｉＮｘの層（厚さ約３０〜１００ｎｍ）がＰＥＣＶＤによって堆積された。次の工程で、ＧａＮ開口部のドットパターンのアレイ（直径約１００ｎｍ）が、電子ビームリソグラフィ、ＥＢＬ、及び、反応性イオンエッチング、ＲＩＥ、によって形成された。開口部間のピッチは約０．５〜３．２μｍに分布し、ナノピラミッドの基部の大きさと位置との両方を定義する成長マスクを与える。その後、このように処理されたサンプルは、ＧａＮナノピラミッドを成長させる水平のＭＯＣＶＤチャンバに挿入される。図３ａ〜ｆは、３つのタイプのコアで形成された異なるタイプのナノピラミッドを示す。図３ａと３ｂとは、従来のコアを有するナノピラミッドのそれぞれ低倍率及び高倍率顕微鏡写真であり、図３ｃと図３ｄとは、休止コアを有するナノピラミッドのそれぞれ低倍率及び高倍率顕微鏡写真であり、図３ｅと３ｆとは、コアを有しない、すなわちピラミッドが基板を通して成長マスク上に直接成長されたナノピラミッドのそれぞれ低倍率及び高倍率顕微鏡写真である。
【００２９】
１つの実施形態において、従来のコアは、高温、低圧、及び、きわめて低いＶ／ＩＩＩ比−約５から約１０で成長される。ＩＩＩ族前駆体とＶ族前駆体との両方が成長中に供給されたとき、この成長は、継続される。望ましい高さに達した時点で、成長条件は、より低い温度、より高い圧力、及び、より非常に高いＶ／ＩＩＩ比（約１０，０００から約１５，０００）に切り替えられる。好ましい成長条件は、表１に描かれる。
【００３０】
【表１】
2015532014.tif 000003
【００３１】
休止（例えば、中断された）コアは、複数の工程で成長される。成長条件は、従来のコアを成長させるために使用される条件と同様であるが、有機金属前駆体（ＴＭＧ、ＴＥＧなどのような、例えばＩＩＩ族の有機金属前駆体）が、ＣＶＤ成長チャンバ内に、もはや流れ込まない休止があり、しかし窒素を含む前駆体（例えば、アンモニア）の流れは、増加される（少なくとも桁が大きい）。核生成及び最初の工程は、従来のコアのための成長条件と同様である。コアが核生成され、テンプレートの穴が満たされた時点で、成長は中断され、窒化工程が高いアンモニア流量で実施される。窒化の後、コアの成長が従来のコアの成長のための条件を用いて再開される。休止コアを成長させるための方法のこの実施形態において、成長の中断中にアンモニアの流量が大幅に増加し、高いアンモニア流量でのアニールが適用される。このような複数の交互の成長及び窒化（時間、約６０から約１８０秒）のステップが、コアの望ましい高さに達するまで実行される。好ましい成長条件は、表２に描かれる。
【００３２】
【表２】
2015532014.tif 000004
【００３３】
直接成長コアは、より低い温度、より高い圧力、コア核生成（例えば、コア核が成長マスクの開口部に存在する）直後のより高いＶ／ＩＩＩ比の成長条件下で達成される。これは、ＩｎＧａＮピラミッドの低温成長のための方法の好ましい実施形態である。これは、ピラミッド構造を通して均一なＩｎ含有量を提供する一定のトリメチルインジウム流において、高いＩｎを有するＩｎＧａＮピラミッドの成長を可能にする。別のアプローチにおいて、ピラミッドはＧａＮとして核形成された後、Ｉｎ組成が徐々にＩｎ／Ｉｎ＋Ｇａ比で０から〜０．６に増加した場合、傾斜したＩｎ組成が適用される。ＧａＮピラミッドが成長された時点で、下地として、ＩｎＧａＮもまた適用できる。
【００３４】
図４から７に示した別の実施形態において、ナノピラミッド構造は、ナノピラミッドの先端でのリーク電流の量が低下するように変更されている。これらの実施形態において、ＬＥＤ装置の先端でのリーク電流を低減する又は排除する少なくとも１つの特徴（例えば、追加の構成要素、又は構造的な変更）が、ナノピラミッド装置に追加される。
【００３５】
図４ａ〜４ｃに示される１つの例示的な実施形態において、絶縁先端マスクが、ナノピラミッド１の先端を選択的に絶縁するために作成される。絶縁層４１が、ナノピラミッド構造の上に（例えば、ｐ−ＧａＮ層５’の上に）堆積される。絶縁層は、ＳｉＯｘ（酸化シリコン、例えばＳｉＯ２）又は、当技術分野で知られているような、Ａｌ２Ｏ３、真性ＺｎＯ、ＳｉＮｘ（例えば、Ｓｉ３Ｎ４）、ＨｆＯ２、などのような他の適切な絶縁材料であってよい。真性ＩＩＩ族窒化物半導体材料（例えば、ｉ−ＧａＮ、ｉ−ＡｌＧａＮなど）のような、他の高抵抗率材料もまた層４１として使用してもよい。図４ａに示されるように、ＳｉＯ２のような例えばＳｉＯｘの絶縁層４１は、スパッタ堆積のような任意の適切な方法によって、ピラミッド構造の上に堆積される。ナノピラミッドの高いアスペクト比のために、より多くの絶縁材料は、側壁（例えば層５’の側壁）の下部よりも、ナノピラミッドの先端（すなわち頂上）に堆積される。
【００３６】
絶縁層４１はその後、図４ｂに示されるように、側壁５’上の薄い方の絶縁層が除去され、ｐ−ＧａＮ層５’が先端よりも下で再暴露されるものの、厚い方の絶縁層の残存部分４７（すなわち、先端マスク）で先端がなおも覆われているように絶縁層を除去することを可能にするような任意の適切な方法、例えば絶縁層を選択的に除去するための異方性（無指向性）エッチのような任意の適切なエッチング方法および例えばエッチング時間が制御された条件によって処理されうる。当技術分野で知られているように、所定の方法及びナノピラミッド構造のために、最適な結果を生むエッチの時間は、例えば計算又は経験的観察のいずれか、又は両方、によって決定してもよい。結果は、側壁５’の下部に絶縁体を有しないか又はより小さい厚さの絶縁体を有し、ナノピラミッドの頂上部、すなわち先端上にＳｉＯ２のような例えばＳｉＯｘの絶縁層４７である。
【００３７】
ｐ側電極４９は、その後、先端マスク４７とｐ−ＧａＮ層５’の下部の露出された部分との上に形成される。電極は、任意の適切な導電性材料、ＩＴＯのような例えば透明導電性酸化物を含んでよい。電極４９は、ｐ−ＧａＮ層５’の下部と電気的に接触するが、電極４９は、先端マスク４７によってｐ−ＧａＮ層５’の先端から電気的に絶縁される。
【００３８】
図４ｄ及び４ｅに示される別の実施形態において、先端マスクは、上述した堆積及びエッチバックによるのではなく、傾斜した堆積によって、ナノピラミッドの先端に選択的に形成される。平面の支持体上のナノピラミッドのアレイを含むＬＥＤ構造の処理のための傾斜した堆積方法は、ソースで絶縁先端マスク材料を供給し、それを線に沿ってアレイへ移動させることを含み、（ｉ）支持体の中心から測定した場合、材料から続く線と支持体の面との間の角度が９０°未満であり、（ｉｉ）材料は、材料によって処理される前と比較して、ナノピラミッドの先端部分を非導電性、又はより小さい導電性の状態にする能力がある。ＬＥＤ構造は、典型的に１つの軸又は複数の軸の周りで回転され、ソースで生成された材料に、構造の異なる部分を露出し、これらの場合、支持体の中心は、回転の軸と支持体との交点であると考えられる。
【００３９】
これらの特定の実施形態において、材料は絶縁体であり、材料が先端部分を覆うことによって、ナノピラミッドの先端部分を非導電性又はより小さい導電性の状態にする。絶縁体として使用するために適切な誘電体材料は、Ａｌ２Ｏ３、ｉ−ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＴｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＨｆＯ２を含む。特定の実施形態において、材料は、Ａｌ２Ｏ３である。
【００４０】
これらの特定の実施形態において、材料は、先端部分を非導電性又はより小さい導電性の状態にするためにナノピラミッドの先端部分と反応する。例えば、特定の実施形態において、材料は注入されたＨ２＋、又は希ガスと酸素プラズマとの少なくとも１つを含む。
【００４１】
図４ｄは、ナノピラミッドＬＥＤ構造上の絶縁材料の傾斜した堆積のための一般的な配置を示す。Ａｌ２Ｏ３が、絶縁体として示されるが、ｉ−ＺｎＯ、ＳｉＯ２、ＳｉＮｘ、ＨｆＯ２、ＴｉＯ２などのような誘電体材料のような、任意の適切な絶縁体を使用してもよい。図のように支持体が平面上にあり、ナノピラミッド１がこの平面に直交する方向を向くように、ナノピラミッドのＬＥＤ構造が所定の位置に保持される。ナノピラミッドＬＥＤ構造は外側ナノピラミッドと内側ナノピラミッドとを有し、外側ナノピラミッドがナノピラミッドＬＥＤ構造のナノピラミッドの最後の行であると考えることができる。例えばＡｌ２Ｏ３の絶縁体材料のソース９は、ソースがナノピラミッドＬＥＤ構造の平面からの角度がαとなるように配置され、αは、絶縁体材料のソースの中心からＬＥＤ構造の中心までの線と、ナノピラミッドＬＥＤ構造の平面との間の角度として計測される。ＬＥＤ構造の形状が不規則な場合、中心は、回転の軸がＬＥＤ構造の平面と交差する点であると考えられる。回転の軸は、基板８の中心と一致してもよいし、一致しなくてもよい。回転の軸が複数あってもよい。例えば電子ビーム蒸着、又は他の適切な技術、例えばスパッタ堆積によって、材料の分子又は部分が気相に入るように、エネルギが絶縁材料のソースに供給される。分子又は絶縁材料の他の個々のユニットは、ソースの材料から移動し、ナノピラミッドＬＥＤ構造と交差するものが、ナノピラミッド１の先端及び側壁に堆積される。交点１０でＬＥＤ構造と交差する軸で堆積が起こるように、ナノピラミッドＬＥＤ構造がその中心の周りで回転される。外側ナノピラミッドの側壁は、完全に覆われてもよいが、内側ナノピラミッドは、堆積から遮断され、内側ナノピラミッドの側壁は部分的に覆われ、覆われたナノピラミッドの部分は角度αによって決定され、一般に、αが小さいほど、内側ナノピラミッドの側壁のうち覆われる部分が少ない。ナノピラミッドＬＥＤ構造は、開放空間又は孤立したナノピラミッドを含んでもよく、これらの場合、開放空間又は孤立したナノピラミッドの端のナノピラミッドは、開放空間の大きさ又は隔離の程度、及び角度αに応じて、側壁の一部又は全体が覆われてもよい。
【００４２】
例示的な最終結果が、図４ｅに示される。この場合、層５’の側壁の下部を露出されたままにしつつ、絶縁層（例えば、Ａｌ２Ｏ３）の傾斜した堆積は、内部のナノピラミッドの先端に先端マスク４７Ａを選択的に形成する。
【００４３】
ＩＴＯ層４９のような透明導電性酸化物（ＴＣＯ）層は、その後、先端マスク４７Ａの絶縁材料で覆われていない、ナノピラミッドのｐ−ＧａＮ層５’の露出された側壁と電気的な接触を形成するために、任意の適切な方法、例えばスパッタ堆積によって構造の上に堆積される。これはｐ側電極４９を形成する。
【００４４】
その後、レーザ除去又は、パターニング及びエッチングが、特定の領域にｎ−ＧａＮバッファ層６を露出させるために行われる。ｎ側コンタクト導電層は、バッファ層６を経由してナノピラミッドのｎ型領域２、３と電気的に接触するｎ側コンタクト４３を提供するために、露出されたバッファ６層に形成される。ｐ側コンタクト４５は、その後、ｐ側電極４９の上に形成される。ナノピラミッドの先端に傾斜した堆積によって選択的に形成された絶縁先端マスク４７Ａは、ナノピラミッドの先端を通るリーク電流を防止又は大きく減少するように作用し、その結果、電流は側壁の露出された領域に向けられる。
【００４５】
図５Ａ及び５Ｂに示される他の実施形態において、２Ｈ＋注入が、ナノピラミッドＬＥＤ構造のナノピラミッド１の先端部を変更するために使用される。この実施形態において、層５’の先端の上ではなく中に高い抵抗率の先端マスク４７Ｂを形成するために、注入はｐ−ＧａＮ層５’の先端を変更する。
【００４６】
図５Ａに示されるように、先端マスク４７Ｂは、矢印５２Ａで概略的に示される傾斜したＨ２＋注入によって形成される。原理は、上述した絶縁材料４７Ａの堆積の場合と同じだが、水素の注入の場合、Ｈ２＋イオンが、基板に向けられる。水素原子または分子は、ナノピラミッド１の層５’の先端に浅い深さで注入される。深さは、注入のエネルギ及びイオン種が表面に衝突する角度によって制御されてよい。水素は、半導体（例えばｐ−ＧａＮ５’）の活性なアクセプタ及び又はドナードーパントを不活性化し、従ってより小さい導電性又は非導電性の状態にする。絶縁材料の傾斜した堆積のように、水素注入に露出する、内部のナノピラミッドの側壁の部分は、角度αに依存し、外側ナノピラミッドの側壁は、完全に露出してもよい。
【００４７】
図５Ｃに示される別の実施形態において、傾斜した注入を用いるのではなく、そのかわりに、矢印５２Ｂによって概略的に示される水素イオンの直線注入が、先端マスク４７Ｂを形成するために使用されてもよい。この実施形態において、犠牲保護層５４が、側壁の下部を覆うもののナノピラミッドの先端を露出するようにナノピラミッド１の間に形成されてもよい。犠牲保護層５４は、スピンオンガラスのようなスピンオン誘電体層、又は、フォトレジスト又は他のポリマー材料のような他の適切な材料を含んでよく、ナノピラミッド１の間に選択的に形成されるが、ナノピラミッド１の頂上の上には形成されない。犠牲保護層５４は、注入５２Ｂが完了した後、選択的エッチング又は他の適切な方法（例えば、層５４がフォトレジストの場合、アッシング）によって、除去されてもよい。
【００４８】
別の実施形態において、先端を損傷するためにプラズマが使用される。プラズマは、Ａｒ（又は他の希ガス）又はＯ２のような、様々の適切なイオン種であることができる。ナノピラミッドの下部が、フォトレジストのような保護層５４によって覆われている間、プラズマ５２Ｂが、ナノピラミッド１の先端の上に向けられる。ナノピラミッドの先端は、プラズマで損傷されるため、電流は、優先的に側壁の下部を通過する。
【００４９】
１つの実施形態において、Ａｒ＋がｐ型ＧａＮの抵抗率とコンタクト抵抗との増加のための処理に使用される。高エネルギのＡｒ＋イオンにｐ型ＧａＮを曝すことによって、ＧａＮのシート抵抗が増加する。ｐ−ＧａＮ５’へのＩＴＯ４９のコンタクト抵抗も、Ａｒ＋で処理されたｐ−ＧａＮの表面で、処理されていないものと比較して増加する。ｐ−ＧａＮのシート抵抗及び／又はコンタクト抵抗の増加は、ｐ−ＧａＮに由来するリーク電流を低減するのに十分である。ナノピラミッド１を含む基板は、１００ｍＴｏｒｒの圧力のアルゴンを含むチャンバに設置され、プラズマが１００ワットのパワーで打たれ、Ａｒイオンがナノピラミッド１の露出した先端に衝突する。一般に、水素注入及び／又はプラズマ損傷は、ナノピラミッドの半導体側壁５’よりも高い抵抗率を有する高い抵抗率のＩＩＩ族窒化物（例えば、ｐ−ＧａＮ）の水素注入領域又はプラズマ損傷先端領域を形成する。
【００５０】
図６ａ〜６ｃに示される本発明の別の実施形態において、ナノピラミッドのｐ−ＧａＮ層の先端は除去される。好ましい実施形態において、ナノピラミッドの先端は、層５’の下部が影響を受けないようにして選択的に除去される。先端の除去のこの手法は、堆積された先端マスク４７（例えば、Ａｌ２Ｏ３膜）と組み合わせて、及び／又は、上述したようにｐ−ＧａＮ層５’先端の先端マスク４７Ａ又は４７Ｂを形成することによるｐ−ＧａＮのコンタクト抵抗と抵抗率とを増加することによって、使用することができる。
【００５１】
図６ａに示されるように、上述した犠牲保護層５４は、側壁５’の下部が犠牲保護層５４によって覆われる一方、ナノピラミッドの先端６５が保護層５４から露出されるように、ナノピラミッドの間に形成される。その後、図６ｂに示されるように、ナノピラミッドの露出された先端６５は除去される。先端６５は、保護層５４の材料より優先的に先端をエッチングする選択エッチングによって、又は、ナノピラミッドの頂上の表面が保護層５４の頂上の表面に対して平坦になるような化学機械研磨によって除去されてもよい。これは、切頂ナノピラミッド１Ａ（すなわち、台形形状を有するナノピラミッド、例えば、１組の平行な側面を有する凸状の四辺形）を形成する。
【００５２】
その後、図６ｃに示されるように、犠牲保護層５４は除去され、ｐ側電極４９がナノピラミッド１ａのｐ−ＧａＮ５’の露出した側壁に接して形成される。電極４９は、ナノピラミッド１ａの上と間とにＴＣＯ層を堆積し、続いてナノピラミッド１ａの上面を露出させる化学機械研磨又はエッチバックによってＴＣＯ層を平坦化することによって、形成されてもよい。絶縁層６８は、その後、電極４９とナノピラミッド１ａとの上に形成されてもよい。
【００５３】
別の実施形態において、ｐ側電極４９が、図６ａにおいて犠牲保護層５４に代えて形成されてもよく、ｐ側電極４９が、図６ｂにおいて先端６５の除去の間、ナノピラミッドの下側の側壁５’を保護するために使用されてもよい。電極４９はその後、図６ｃに示されるように装置に残る。
【００５４】
図７に示される別の実施形態において、完成したナノピラミッドの先端６５（例えば、ｐ型層５及び／又は５’の先端）を除去するのではなく、ナノピラミッド１のｎ型シェル３の先端７５が、活性領域４及びｐ型領域５及び／又は５’の形成の前に除去される。図７ａに示されるように、ピラミッド形状のｎ型シェル３は、図２ａ、２ｂ又は２ｃに関連して上述したように形成される。その後、シェル３の先端７５は、エッチング又は化学機械研磨によって除去される。所望の場合、図６ａ及び６ｂに関連して上述した犠牲保護層５４が先端７５除去の間、使用されてもよい。これは、図７ｂに示されるように、平坦な上面を有する切頂ピラミッド（すなわち、台形形状を有するピラミッド）形状のｎ型シェル３を形成する。
【００５５】
その後、図７ｃに示されるように、上述した活性領域４ａと１つ以上のｐ型シェル５ａがコンフォーマルにｎ型シェル３ａ上に形成される。ｐ側電極４９は、その後、装置の上に形成される。これは、切頂ナノピラミッド１ｂ形状ＬＥＤ装置を形成する。
【００５６】
図７ｄに示される別の実施形態において、活性領域４ａは、切頂ピラミッド形状ｎ型シェル３ａの上にコンフォーマルに形成される。その後、１つ以上のｐ型シェル５ｂが活性領域の上に形成される。本実施形態において、ｐ型シェル５ｂは、コンフォーマルに堆積されず、比較的鋭い先端のピラミッド形状を有する。ｐ側電極４９は、その後、装置の上に形成される。これは、ピラミッド形状を有するが、切頂ピラミッド形状を有する内部ｎ型シェル３ａ及び好ましくは活性領域４ａを含むナノピラミッドＬＥＤ装置１ｃを形成する。活性領域は、従ってｃ面の上面を有する。
【００５７】
別の実施形態において、ＬＥＤ装置の基部でリーク電流を低減する又は排除する少なくとも１つの特徴（例えば、追加の構成要素、又は構造的な変更）が、ナノピラミッド装置に追加される。
【００５８】
ＬＥＤの放射（例えば、可視光、ＵＶ又はＩＲ）の発光は、ダイオードでの電流の意図しないリークによって、減少されうる。図８ａに示されるように、リークの１つのソースは、ナノピラミッドＬＥＤの“足部”又は基部領域８０における物理的な位置で確認された。足部又は基部領域８０は、ｐ型層又はシェル５、５’とｎ型内部シェル３／ナノピラミッドコア２との間のマスク７の上に配される。この基部のリークは、ダイオードの“オン”の下で、比較的高い電流となって現れる。
【００５９】
本発明の１つの実施形態は、ＩＩＩ族窒化物半導体層成長の間、マスキング層７の汚染を減少させることによって、このリーク電流を低減するための構造及び方法を提供する。
【００６０】
特定の理論に縛られることを望まないが、窒化シリコンマスク層７の分解は、（Ａｌ）（Ｉｎ）ＧａＮ層（すなわち、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及び／又はＩｎＡｌＧａＮの活性層及び／又はシェル層）のような、２成分、３成分又は４成分のＩＩＩ族窒化半導体層の高温（例えば、少なくとも８５０℃の温度）での成長の間、発生する可能性があると考えられる。（Ａｌ）（Ｉｎ）ＧａＮは、高温でシリコン窒化マスキング層７の表面から容易に脱離するため、マスキング層７は、（Ａｌ）（Ｉｎ）ＧａＮ層の成長の間、連続的に露出される。ＩＩＩ族窒化半導体の成長でのシリコン窒化マスキング層の汚染は、装置のリーク電流を潜在的に作り出す、又は、悪化させる可能性がある。
【００６１】
１つの実施形態において、基部のリークは、図８ａに示されるように、ナノピラミッド１の間で露出したマスク７の表面の上に、シェルから離れて延びるＡｌＧａＮのｐ型層又はシェル５の半導体の足部１３の部分の形成によって減少させてもよい。足部１３は、他のＩＩＩ族窒化物層（例えば５’）の成長の間、汚染からマスキング層７を保護し、従ってリーク電流を低減させうる。
【００６２】
ナノピラミッドコア２と内側シェル３とが、ｎ型ＧａＮのようなｎ型ＩＩＩ族窒化物半導体を含む場合、シェル副層５、５’は、異なる組成を有するｐ型ＩＩＩ族窒化物半導体副層を含んでもよい。例えば、内側シェル５がｐ−ＡｌＧａＮを含んでよく、外側シェル５’がｐ−ＧａＮを含んでもよい。
【００６３】
実施形態において、シェル又は層５の多結晶ｐ−ＡｌＧａＮの足部１３の部分は、シェル５の成長の間、内側シェル３と外側シェル５’との間のシリコン窒化物マスク７の露出した部分の上に形成されてもよい。足部１３の部分は、例えば、結果として多結晶ｐ−ＡｌＧａＮの足部１３の部分の形成される成長温度（例えば、８５０℃よりも低い成長温度）及び／又はＣＶＤ前駆体ガス流量比（例えばアンモニアガスに対するＡｌを含有するガスの比、及び／又は、アンモニアに対する窒素の比）を選択することによって、形成されてよい。他の成長条件又はパラメータもまた使用されてもよい。
【００６４】
ＡｌＧａＮ層の抵抗率は、Ａｌの濃度の増加によって増加する。従って、少なくとも５原子パーセントのアルミニウムを含むＡｌＧａＮの足部１３の部分は、リーク電流を低減するために、比較的高い抵抗率を有する。足部１３の部分は、装置のプロセスの間、マスキング層７を保護するための化学耐性層もまた提供し、Ａｌとの強力な酸素の原子結合に起因する酸素不純物に対するゲッターのようにもまた作用してもよい。
【００６５】
具体的には、ＡｌＧａＮの足部１３の部分は、シリコン窒化物マスキング層７の上に直接堆積されてもよい。足部１３の部分を含むシェルの組み合わせは、足部ブロッキング層としても言及されうる。
【００６６】
ＡｌＧａＮ層は、装置の成長の間、任意のときに堆積することができる。例えば、ＡｌＧａＮ層は、図８ａに示されるように、マスキング層７の上での成長の間、足部１３の部分を形成する内側ｐ型シェル５を含んでもよい。
【００６７】
別の実施形態において、足部１３の部分は、活性領域４の形成の前に形成される。この実施形態において、ＡｌＧａＮの足部１３の部分は、活性領域４の下に配された内側ｎ型シェルの１つの部分を含んでもよい。例えば、図８ｂに示されるように、ｎ型シェル３は、足部１３の部分を有する外側ｎ−ＡｌＧａＮ副シェルと内側ｎ−ＧａＮ又はＩｎＧａＮ副シェルとを含んでもよい。１つの実施形態において、ｎ−ＡｌＧａＮシェル３は、５原子％のＡｌよりも多い、例えば少なくとも１０原子％のＡｌを含有してもよい。
【００６８】
図８ｃに示される他の実施形態において、５原子％超のＡｌを有するオプションのｎ−ＡｌＧａＮシェル８３（例えば、Ｓｉドープｎ−ＡｌＧａＮ）が、ナノピラミッドコア２の周囲に形成されてもよい。ＡｌＧａＮシェル８３の成長工程もまた、マスキング層７の上にｎ−ＡｌＧａＮの足部１３の部分を形成する。ｎ型シェル３、活性領域４（例えば、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ量子井戸）及び外側シェル（ｐ−ＡｌＧａＮシェル５及びｐ−ＧａＮシェル５’を含んでもよい）は、その後、足部１３の領域の上に形成される。
【００６９】
別の実施形態において、２つの足部の部分が誘電体マスキング層７の上に配置されてもよい。例えば、シェル５とシェル３又はシェル８３の１つとが、互いに重ねられる別個の足部１３の部分を含んでもよい。要約すれば、足部１３の部分は、図８ｂ又は８ｃに示されるように、活性領域４を形成する前に形成されてもよいし、及び／又は、足部１３の部分は、図８ａに示されるように、活性領域４を形成した後に形成されてもよい。あるいは、ＬＥＤ装置は、活性領域の形成の前、及び／又は、後に形成される、同じ又は反対の導電型を有する複数の足部ブロッキング層を含んでもよい。
【００７０】
足部ブロッキング層は、好ましくは、ｎ型及びｐ型のドーパントとしてＳｉ及び／又はＭｇの加えられたＩＩＩ族窒化物半導体のように、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｎの１つ以上を含む。１つの実施形態において、足部ブロッキング層は、ＡｌＧａＮを含み、誘電体マスキング層８の上に形成された領域１３中で多結晶構造を有する。単結晶層、コア又はシェルの上に形成された領域（例えば、シェル３、５、８３）は、単結晶構造を有してもよい。足部ブロッキング層は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、プラズマ化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、プラズマ援用分子線エピタキシ（ＰＡＭＢＥ）、又は反応性スパッタ堆積などのような、いくつかの方法の任意の１つによって堆積されてもよい。他の方法が同様に使用されてもよい。好ましい実施形態において、足部ブロッキング層は、ＭＯＣＶＤによって形成された誘電体マスキング層７上の多結晶ＡｌＧａＮの足部１３の部分及びＡｌＧａＮシェル３、シェル５又はシェル８３を含む。
【００７１】
シリコン窒化物マスキング層７上のＡｌＧａＮの足部１３の部分の厚さは、好ましくは、良好な表面被覆を可能にするために１０ｎｍよりも大きく、しかし外側シェル５’の成長を妨げないために１００ｎｍよりも小さい。例えば、ＡｌＧａＮの足部１３の部分は、２０〜８０ｎｍの厚さであってよく、１０〜１５原子パーセントのような、少なくとも１０原子パーセントのＡｌを含んでよい。しかしながら、他の厚さを使用してもよい。
【００７２】
内側シェル３はｎ型であると上述され、外側シェル５、５’はｐ型であると記述されるが、それらの導電型は、内側シェルがｐ型であり外側シェルがｎ型であるように、反転されてもよいことが理解されるべきである。この場合、バッファ層６は、好ましくはｐ型である。本発明の実施形態によるＩＩＩ族窒化物（例えば、ＧａＮ、ＧａＡｌＮ、ＩｎＧａＮ，ＩｎＧａＡｌＮなどのナノピラミッドのようなナノピラミッドは、他の多くの応用に使用することができる。特に興味深い応用は、ダイオード、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード、トランジスタ、フォトニック結晶及び検出器を含むがそれだけに限定されない電子装置、光学装置及び電子光学装置を含む。ナノピラミッドは、例えばＧａＮの合体する連続層の形成に使用される構造上のビルディングブロックとして使用されることもできる。ＬＥＤ装置は、非限定的な例として上述で使用される。技術の当業者によって理解されるように、トランジスタ及び他の電子装置は同様の方法で製造することができる。
【００７３】
互いに個々の刊行物又は特許が具体的及び個別に参照によって組み込まれることが示された場合、及び、互いに個々の刊行物又は特許が、刊行物が引用されることと関連して方法及び／又は材料を開示、記載するために参照によって本明細書に組み込まれる場合のように、本明細書で引用した全ての刊行物および特許は、参照によって本明細書に組み込まれる。任意の刊行物の引用は、出願日より前のその開示のためであり、本発明が先行発明によるこのような刊行物に先行する権利がないという承認として解釈されるべきではない。更に、提供された刊行物の日付は、独立して確認される必要があってよく、実際の公開日と異なっていてもよい。
【００７４】
前述の方法の記述は、ただ説明に役立つ実例のように提供され、様々な実施形態のステップは提示された順序で実行されなければならないことを必要とする又は暗示することを意図するものではない。当業者によって理解されるように、前述の実施形態におけるステップの順序は、任意の順序で実行されてもよい。“その後、”“次に、”“次、”などのような単語は、必ずしもステップの順序を制限するものではない。これらの単語は、方法の記述を通して読者を案内するために使用されてよい。更に、例えば“ａ”“ａｎ”又は“ｔｈｅ”の冠詞を用いて単数形の要素を特徴づける言及は、単数の要素を限定するように解釈されるべきではない。
【００７５】
更に、本明細書に記載された任意の実施形態の任意の工程又は構成要素は、他の実施形態で使用することができる。
【００７６】
開示された態様の先の説明は、本発明を作成又は使用することを当業者に可能にするために提供される。これらの態様に対する様々な変更は、当業者には容易に明らかとなり、ここに定義された一般的な原理は、本発明の範囲から逸脱することなく他の態様に適用されてもよい。従って、本発明は、ここに示された態様に限定されることを意図するものではなく、本明細書に開示された原理及び新しい特徴と一致する最も広い範囲を与えられるべきである。
【図１】
2015532014.tif 000005
【図２ａ】
2015532014.tif 000006
【図２ｂ】
2015532014.tif 000007
【図２ｃ】
2015532014.tif 000008
【図３ａ】
2015532014.tif 000009
【図３ｂ】
2015532014.tif 000010
【図３ｃ】
2015532014.tif 000011
【図３ｄ】
2015532014.tif 000012
【図３ｅ】
2015532014.tif 000013
【図３ｆ】
2015532014.tif 000014
【図４ａ】
2015532014.tif 000015
【図４ｂ】
2015532014.tif 000016
【図４ｃ】
2015532014.tif 000017
【図４ｄ】
2015532014.tif 000018
【図４ｅ】
2015532014.tif 000019
【図５ａ】
2015532014.tif 000020
【図５ｂ】
2015532014.tif 000021
【図６ａ】
2015532014.tif 000022
【図６ｂ】
2015532014.tif 000023
【図６ｃ】
2015532014.tif 000024
【図７ａ】
2015532014.tif 000025
【図７ｂ】
2015532014.tif 000026
【図７ｃ】
2015532014.tif 000027
【図７ｄ】
2015532014.tif 000028
【図８ａ】
2015532014.tif 000029
【図８ｂ】
2015532014.tif 000030
【図８ｃ】
2015532014.tif 000031
【国際調査報告】
2015532014.tif 000032
2015532014.tif 000033
2015532014.tif 000034