(57)【要約】  陽極酸化アルミニウム層を含む半導体構造が記述される。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層と他の材料層の間に位置することができる。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層に隣接する層にわたる複数の細孔を含むことができる。材料層は、複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、半導体層と直接接することができる。例示的な実施形態では、材料層は導電性材料であり、陽極酸化アルミニウム層はｐ−型コンタクトに位置する。
2016537804.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の真隣にあり、前記第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層の真隣にあり、前記複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、前記第１の半導体層と直接接する材料層を有する半導体構造。
【請求項２】
前記第１の半導体層はコンタクト層を有し、前記材料層は、前記第１の半導体層とオーミックコンタクトを形成する導電性材料を含む、請求項１の構造。
【請求項３】
前記導電性材料は透明導電酸化物である、請求項２の構造。
【請求項４】
前記細孔同士の特徴的な距離は、電流の広がり長さよりも小さい、請求項２の構造。
【請求項５】
前記導電性材料の真隣の反射材料層をさらに有する、請求項２の構造。
【請求項６】
前記第１の半導体層は、ｐ−型コンタクト層である、請求項２の構造。
【請求項７】
前記第１の半導体層に隣接する前記表面は、前記複数の細孔に対応する複数の溝を有する、請求項１の構造。
【請求項８】
前記第１の半導体層の対向側に真隣りの第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有する、請求項１の構造。
【請求項９】
前記第１の半導体層はｐ−型コンタクト層である、請求項８の構造。
【請求項１０】
前記第１の半導体層はバリア層であり、前記材料層はｎ−型半導体層である、請求項８の構造。
【請求項１１】
透明基板と、
前記透明基板の外側表面上に位置する複数の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有する、請求項１の構造。
【請求項１２】
前記透明基板はサファイアである、請求項１１の構造。
【請求項１３】
活性領域と、
前記活性層の第１の側に位置するｐ−型層と、
前記ｐ−型層上に直接位置し、複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層上に位置するｐ−型コンタクト層を有し、
前記ｐ−型コンタクト層は導電性材料で形成され、前記導電性材料は、少なくとも前記複数の細孔の幾つかを貫通し、直接ｐ−型層と接する、オプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１４】
前記活性領域と前記ｐ−型層の間に位置する電子ブロッキング層と、
前記電子ブロッキング層の上に直接位置する第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、複数の第２の細孔を含み、
前記ｐ−型層は、前記複数の第２の細孔の少なくとも幾つかを貫通する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１５】
前記第１の側に対向する、前記活性領域の第２の側に位置するｎ−型層と、
前記ｎ−型層の露出された部分の上に直接位置し、複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層上に位置するｎ−型コンタクトをさらに有し、
前記ｎ−型コンタクトは導電性材料で形成され、前記導電性材料は前記複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、ｎ−型層と直接接する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１６】
前記活性領域の、前記第１の側に対向する第２の側に位置する透明基板と、
複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記透明基板の外側表面上に位置する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１７】
前記活性領域の、前記第１の側に対向する第２の側に位置するバッファー層と、
複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記バッファー層に直接隣接する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１８】
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記バッファー層と基板の間に位置する、請求項１７のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１９】
第１の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層の真隣りに、前記第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層を形成し、
前記陽極酸化アルミニウム層の真隣りに材料層を形成することを含み、
前記材料層は、少なくとも前記複数の細孔の幾つかを貫通し、前記第１の半導体層と直接接する、半導体構造の作製方法。
【請求項２０】
所望の導電性、所望の反射性、あるいは所望の透明性の少なくとも一つに基づき、前記複数の細孔のためのモルフォロジーを選択することをさらに含む、請求項１９の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は概ね半導体ヘテロ構造に関し、特に、一つ以上の陽極酸化アルミニウム層を含む半導体ヘテロ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）は以前から検討されてきており、数多くの製品に利用されてきた。最近、ナノスケール材料とこれらの優れた性質に対する関心が急速に拡大してきている。ＡＡＯは、分子分離、触媒、エネルギー生成と貯蔵、エレクトロニクスやフォトニクス、センサーやバイオセンサー、ドラッグデリバディー、鋳型合成への様々な応用が可能な、最もポピュラーなナノ材料の一つである。ＡＡＯ材料は、ナノポーラスの自己整合プロセスを伴う電気化学的陽極酸化に基づいて、安価に作製される。ＡＡＯの作製ではリソグラフィーや鋳型が不要であり、ＡＡＯの形成プロセスによって構造の明確な、サイズが制御されたナノポーラスを与える。ナノポーラスの密度とサイズは、形成段階において、ある程度制御可能である。最近のＡＡＯの研究は、イノベーション、特に、調整された、枝分かれした、多層の細孔構造体といった、複雑な構造的特徴を制御、設計することに関するイノベーションが非常に多いことが特徴である。
【０００３】
発光ダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスの効率改善にＡＡＯの技術を利用することに対し、関心が高まっている。特に第ＩＩＩ族窒化物（ＡｌＧＡＮ）系発光ダイオード（ＬＥＤｓ）は、固体照明中のコンポーネントとして非常に大きな注目を集めている。しかし、紫外領域で発光する発光ダイオードを、水銀系発光体などのＵＶ発光ランプと置き換えるためには、このようなデバイス全体の効率と同様、光取り出し効率の改善が必要である。オプトエレクトロニクスデバイスにおいては、例えば、エピタキシャル成長の準備段階において基板や半導体層をパターニングするためのマスクとしてＡＡＯの技術が利用されている。例えば一つのアプローチとして、サファイア基板上に成長した窒化アルミニウム（ＡｌＮ）バッファー層の上にＡＡＯマスクが形成されている。このＡＡＯマスクは、最初に数ミクロンの厚さのアルミニウム層を（反応性スパッタリングを用いて事前に成膜された）ＡｌＮ層上に成膜することで生成される。引き続き二段階酸化を行うことで、ナノポーラスアルミナ層が得られる。このナノポーラスＡＡＯの鋳型をマスクとして用い、すべてのＡＡＯマスクがエッチオフされるまで基板をアルゴン（Ａｒ）プラズマでエッチングすることで、ナノポーラスＡｌＮ層が得られる。ナノポーラスＡｌＮ層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）系半導体ヘテロ構造を成長させるために用いられ、この半導体ヘテロ構造は発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製するために用いられる。
【０００４】
他のアプローチとして、ＬＥＤの取り出し効率の増大のため、第ＩＩＩ族窒化物系ＬＥＤの表面にナノホールをエッチングする際のマスクとしてＡＡＯが用いられている。同様のパターニング技術は、大表面積のＧＡＮ−系ＬＥＤチップ上でナノパターニングを行って光取り出し効率を改善するために応用されている。この場合、細孔間隔を１００ｎｍから４００ｎｍに調整し、最適化されたパフォーマンスが達成されている。２０ミリアンペア（ｍＡ）で動作させた時、同じウエハー上に形成された従来のＬＥＤと比較し、ｐ−側表面をナノパターニングしたＬＥＤから、４２％の光出力パワーの増大が達成されている。このアプローチは、大面積、速いプロセス、低コストという利点を有し、ＧａＮ−系ＬＥＤ上にナノ構造を形成するための実用可能性の高い技術が提唱されるものである。
【０００５】
さらに、ＡＡＯフィルムをドライエッチングのマスクとして用い、サファイア基板上にナノポーラスパターンを移すことが他のアプローチによって提案されている。引き続き、サファイア基板上に半導体ヘテロ構造を成長させ、発光ダイオードが形成されている。パターニングされた基板上でエピタキシャル成長を行うことにより、半導体膜中での貫通転移を低減させることができる。さらに、パターニングプロセスと引続く成長で生じる気泡によって、ＬＥＤの上部に向ってフォトンを下方向に反射させることができ、これによりＬＥＤの総取り出し効率を増大させることができる。
【０００６】
ＡＡＯの他の用途も検討されている。一つのアプローチでは、ＬＥＤの形成時、半導体層の成膜／成長の前にｎ−型半導体層をエッチするためのシャドーマスクとして、ＡＡＯが用いられている。このプロセスは利点のあるプロセスではあるが、技術的に最も優れ、コスト的に最も効果のあるプロセスではない。これは、このプロセスは、ＡＡＯの陽極酸化とエッチングの間に少なくとも２回の有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）ステップを必要とするからである。ＭＯＣＶＤを二つの分離したステップに分けるのは非効果的であり、エッチングは技術的に非効率的なステップである。さらに、エッチングは下の膜に対して多くの欠陥を与えかねず、ダメージ効果をもたらす可能性がある。他のアプローチでは、基板をパターニングするため、ＡＡＯ陽極酸化とエッチングが行われている。このプロセスは技術的にはより優しいが、エッチングを経て基板をパターニングするのは、やはり比較的複雑なステップである。
【発明の概要】
【０００７】
上述した事項を考慮し、発明者らは、従来のアプローチの技術的観点に基づき、より実用的なパターニングプロセスを提案する。一つの実施形態では、陽極酸化アルミニウム層を組み入れることで、ｎ−型コンタクトをパターニングする。陽極酸化アルミニウム層は、パターニングするために、ヘテロ構造の境界上、および／またはヘテロ構造内の様々な場所に組み入れることができる。パターニングは、対応する界面における一つ以上の所望の特質、例えば導電性、反射性、透明性、応力緩和などに基づいて設定することができる。
【０００８】
本発明の態様は、陽極酸化アルミニウム層を含む半導体構造を提供する。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層と他の材料層の間に設けることができる。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含むことができる。材料層は複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、半導体層に直接接することができる。例示的な実施形態では、材料層は導電性材料であり、陽極酸化アルミニウムはｐ−型コンタクトに位置する。
【０００９】
本発明の第１の態様は、第１の半導体層と、第１の半導体層の真隣にあり、第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、陽極酸化アルミニウム層の真隣にあり、複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、第１の半導体層と直接接する材料層を有する、半導体構造を提供する。
【００１０】
本発明の第２の態様は、活性領域と、活性領域の第１の側の上に位置するｐ−型層と、ｐ−型層の上に直接位置し、複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、陽極酸化アルミニウム層の上に位置するｐ−型コンタクトを有し、ｐ−型コンタクトは導電性材料で形成され、導電性材料は複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、ｐ−型層と直接接する、オプトエレクトロニクスデバイスを提供する。
【００１１】
本発明の第三の態様は、半導体構造を作製する方法を提供し、その方法は、第１の半導体層を形成し、第１の半導体層の真隣に位置し、第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層を形成し、陽極酸化アルミニウム層の真隣にあり、複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、第１の半導体層と直接接する材料層を形成することを含む。
【００１２】
例示される本発明の態様は、ここで記述される課題の一つ以上を解決するよう、および／または、記述されない課題の一つ以上を解決するように意図される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示のこれらの特徴、およびその他の特徴は、本発明の種々の態様を描いた添付図面と共に、本発明の種々の態様に関する以下の詳細な説明によってより容易に理解されるであろう。
【００１４】
【図１】図１は、一つの実施形態に係る例示的なオプトエレクトロニクスデバイスの模式的な構造を示す。
【図２Ａ】図２Ａは、一つの実施形態に係るＡＡＯ層マスクを用いるｐ−型コンタクトデザインのさらなる詳細を示す。
【図２Ｂ】図２Ｂは、一つの実施形態に係るＡＡＯ層マスクを用いるｐ−型コンタクトデザインのさらなる詳細を示す。
【図３】図３は、一つの実施形態に係るＡＡＯ層の上に成長するバッファー層の例示的な模式構造を示す。
【図４】図４は、一つの実施形態に係る、ＡＡＯ層がバッファー層の両側に位置する、例示的な模式構造を示す。
【図５Ａ】図５Ａは、一つの実施形態に係る、例示的な細孔の分布とＡＡＯ層のモルフォロジーを示す。
【図５Ｂ】図５Ｂは、実施形態に係る、例示的な細孔の分布とＡＡＯ層のモルフォロジーを示す。
【図５Ｃ】図５Ｃは、実施形態に係る、例示的な細孔の分布とＡＡＯ層のモルフォロジーを示す。
【図６Ａ】図６Ａは、実施形態に係る、アルミニウムの成膜と陽極酸化の多段階によって形成される例示的構造を示す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、実施形態に係る、アルミニウムの成膜と陽極酸化の多段階によって形成される例示的構造を示す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、実施形態に係る、アルミニウムの成膜と陽極酸化の多段階によって形成される例示的構造を示す。
【図７】図７は、一つの実施形態に係る、交替する半導体層とＡＡＯ層の四つの対によって形成される例示的構造を示す。
【図８】図８は、一つの実施形態に係る、多層のＡＡＯ層と共に半導体と金属層を含む例示的構造を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、実施形態に係る、例示的なオプトエレクトロデバイスを示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、実施形態に係る、例示的なオプトエレクトロデバイスを示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、実施形態に係る、例示的なオプトエレクトロデバイスを示す。
【図１０Ａ】図１０Ａは、一つの実施形態に係るＡＡＯ層の全体像を示す。
【図１０Ｂ】図１０Ｂは、一つの実施形態に係るＡＡＯ層の拡大像を示す。
【図１１Ａ】図１１Ａは、一つの実施形態に係る、他のＡＡＯ層の全体像を示す。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、一つの実施形態に係る、他のＡＡＯ層の拡大像を示す。
【図１２Ａ】図１２Ａは、一つの実施形態に係る、さらに他のＡＡＯ層の全体像を示す。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、一つの実施形態に係る、さらに他のＡＡＯ層の拡大像を示す。
【図１３】図１３は、一つの実施形態に係る回路の作製のための、例示的なフローダイアグラムを示す。
【００１５】
なお、図面はスケールを表してはいない。図面は、単に本発明の典型的な態様を示すことを意図しているに過ぎず、したがって、本発明の範囲を限定するものと解すべきではない。図面において、図面間で類似する番号は類似する要素を表している。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述したように、本発明の態様は、陽極酸化アルミニウム層を含む半導体構造を提供する。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層と他の材料層の間に位置することができる。陽極酸化アルミニウム層は、半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含むことができる。材料層は、複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、半導体層に直接接することができる。例示的な実施形態では、材料層は導電性材料であり、陽極酸化アルミニウム層はｐ−型コンタクトに位置する。
【００１７】
ここで用いられるように、特筆しない限り、用語「セット」とは、一つ以上（すなわち、少なくとも一つ）を意味し、フレーズ「いかなる方法」とは、知られている、あるいはのちに開発される、いかなる方法も意味する。ここでさらに用いられるように、目的とする波長を有する照射光をある層の界面に垂直に入射した時、照射光の少なくとも１０パーセントをその層が透過させる場合、その層は透明層である。さらに、ここで用いられるように、目的とする波長を有する照射光をある層の界面に垂直に入射した時、照射光の少なくとも１０パーセントをその層が反射する場合、その層は反射層である。一つの実施形態では、照射光の目的とする波長は、デバイス駆動時にオプトエレクトロニクスデバイスの活性層によって発せられる、あるいは感知される照射光の波長（例えば、ピーク波長の±５ナノメートル）に対応する。作成された膜の場合、波長は、そこで考慮している材料中で測定することができ、材料の屈折率に依存する可能性がある。さらに、ここで用いられるように、ある接触が、関係する電流／電圧範囲において直線に近い電流−電圧挙動を示し、直線的依存性を適用することで、関係する電流／電圧範囲において所望の精度で（例えば、±一パーセント）、接触領域を介する電流−電圧関係を近似することができる場合、その接触は「オーミック」であるものとする。
【００１８】
本発明の態様は、従来のまたは高輝度発光ダイオード、発光レーザ、レーザダイオード、光センサ、受光素子、フォトダイオード、アバランシェダイオードなどのオプトエレクトロニクスデバイスに組み込むことが可能なヘテロ構造を提供する。図面を参照すると、図１は、一つの実施形態に係る、例示的なオプトエレクトロニクスデバイス１０の模式構造を示す。より特定の実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイス１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）などの発光デバイスとして動作するように構成される。いずれの場合でも、オプトエレクトロニクスデバイス１０の動作時、バンドギャップに匹敵するバイアスを印加することで、オプトエレクトロニクスデバイス１０の活性領域１８からの電磁放射が放たれる。オプトエレクトロニクスデバイス１０によって放たれる（あるいは感知される）電磁放射は、可視光、紫外光、深紫外光、赤外光などを含む任意の波長領域内において、ピーク波長を有することができる。一つの実施形態においては、デバイス１０は、紫外領域波長内に主な波長を有する照射光を放つ（あるいは感知する）ように構成される。より具体的な実施形態では、主な波長は約２１０から約３５０ナノメートルの間の波長領域内である。
【００１９】
オプトエレクトロニクスデバイス１０は、基板１２、基板１２に隣接するバッファー層１４、バッファー層１４に隣接するｎ−型層１６（例えば、クラッド層、電子供給層、コンタクト層など）、およびｎ−型層１６に隣接するｎ−型サイドを有する活性領域１８を有するヘテロ構造１１を含む。さらに、オプトエレクトロニクスデバイス１０のヘテロ構造１１は、活性領域１８のｐ−型サイドに隣接する第１のｐ−型層２０（例えば、電子ブロッキング層、クラッド層、ホール供給層など）と、第１のｐ−型層２０に隣接する第２のｐ−型層２２（例えば、クラッド層、ホール供給層、コンタクト層など）を有する。
【００２０】
より特定の例示的実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイス１０は第ＩＩＩ-Ｖ族材料系デバイスであり、種々の層のうち幾つか、あるいはすべてが第ＩＩＩ-IＶ族材料系から選択される元素で形成される。さらにより特定の例示的実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイス１０の種々の層は、第ＩＩＩ族窒化物系材料で形成される。第ＩＩＩ族窒化物材料は、ＢｗＡｌｘＧＡＹＩｎＺＮのような、一つ以上の第ＩＩＩ族元素（例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａl）、ガリウム（Ｇａ）、およびインジウム（Ｉｎ））と窒素（Ｎ）を有し、ここで、０≦Ｗ，Ｙ，Ｚ，≦１、Ｗ＋Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１である。例示的な第ＩＩＩ族窒化物材料は、第ＩＩＩ族元素を任意のモル分率で持つ、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＩｎＢＮ、およびＡｌＧａＩｎＢＮのような二元系、三元系、四元系合金である。
【００２１】
第ＩＩＩ族窒化物系オプトエレクトロニクスデバイス１０の例示的な実施形態は、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ、ＧａｚＩｎｙＡｌｘＢ１−ｘ−ｙ−ｚＮ、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ半導体合金などで構成される活性領域１８（例えば、一連の交替する量子井戸と障壁）を含む。同様に、ｎ−型層１６、第１のｐ−型層２０、および第２のｐ−型層２２は、ＩｎｙＡｌｘＧａ１−ｘ−ｙＮ、ＧａｚＩｎｙＡｌｘＢ１−ｘ−ｙ−ｚＮ合金、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ合金などで構成することができる。x、y、およびzで与えられるモル分率は種々の層１６、１８、２０、２２の間で異ってもよい。基板１２はサファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＯＮ、ＬｉＧａＯ２、あるいは他の適切な材料でよく、バッファー層１４はＡｌＮ、ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ超格子などで構成してもよい。
【００２２】
オプトエレクトロニクスデバイス１０はさらに、第２のｐ−型層２２とオーミックコンタクトが形成可能なｐ−型コンタクト２４を有することができ、ｐ−型電極２６をｐ−型コンタクト２４に据え付けることができる。同様に、オプトエレクトロニクスデバイス１０は、ｎ−型層１６とオーミックコンタクトが形成可能なｎ−型コンタクト２８を有することができ、ｎ−型電極３０をｎ−型コンタクト２８に据え付けることができる。ｐ−型コンタクト２４とｎ−型コンタクト２８は対応する層２２、１６とそれぞれオーミックコンタクトを形成することができる。
【００２３】
一つの実施形態では、ｐ−型コンタクト２４とｎ−型コンタクト２８は、幾つかの導電性の反射金属層を有し、これに対し、ｎ−型電極３０とｐ−型電極２６は高導電性金属を有する。一つの実施形態では、第２のｐ−型層２２、および／またはｐ−型電極２６は、活性領域１８で生成する電磁放射に対して透明であることができる。例えば、第２のｐ−型層２２、および／またはｐ−型電極２６は、少なくとも部分的に透明な、マグネシウム（Ｍｇ）がドープされたＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ短周期超格子構造（ＳＰＳＬ）などの短周期超格子構造を有することができる。さらに、ｐ−型電極２６、および／またはｎ−型電極３０は、活性領域１８で生成する電磁放射に対して反射性を有していてもよい。他の実施形態では、ｎ−型層１６、および／またはｎ−型電極３０は、ＡｌＧＡＮ  ＳＰＳＬのような、活性領域１８で生成する電磁放射に対して透明な短周期超格子で形成することができる。
【００２４】
オプトエレクトロニクスデバイス１０に関してさらに示すように、デバイス１０は、コンタクト２６、３０を介し、フリップチップ形状でサブマウント３６上に搭載することができる。この場合、基板１２はオプトエレクトロニクスデバイス１０の上部に位置する。この点に関し、ｐ−型電極２６とｎ−型電極３０の両者は、それぞれコンタクトパッド３２、３４を介してサブマウント３６に据え付けられる。サブマウント３６は窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）などで形成することができる。
【００２５】
オプトエレクトロニクスデバイス１０は、種々の陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）層４０Ａ-４０Ｆを含むように示される。６つのＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆが示されているが、オプトエレクトロニクスデバイス１０の実施形態は、一つ以上の任意の数のＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆを含むことが理解される。この点では、オプトエレクトロニクスデバイスは一つ以上のＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆの任意の組み合わせを含むことができる。同様に、一つ以上のＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆの任意の組み合わせが、オプトエレクトロニクスデバイスに含まれなくてもよい。一つの実施形態では、オプトエレクトロニクスデバイスは、ＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｃのように、ヘテロ構造１１の様々な界面に、一つ以上のＡＡＯ層だけを有する。同様に、オプトエレクトロニクスデバイスの一つの実施形態は、ＡＡＯ層４０Ｄ−４０Ｆのように、ヘテロ構造１１内に位置する一つ以上のＡＡＯ層を有する。
【００２６】
オプトエレクトロニクスデバイス１０の種々の層のいずれも、実質的に均一な組成を有していてもよく、勾配を持つ組成を有していてもよい。例えば、ある層は、他の層とのヘテロ界面で勾配を持つ組成を有していてもよい。一つの実施形態では、第１のｐ−型層２０は、勾配を持つ組成を有するｐ−型電子ブロッキング層を有していてもよい。例えば応力を緩和する、キャリア注入を改善するなどのために、勾配を持つ組成を含有させることができる。同様に、ある層は複数の周期を含む超格子を有することができ、超格子は、応力を緩和するなどのために構成されていても良い。この場合、各周期の組成、および／または幅は、周期から周期の間において、周期的に、あるいは非周期的に変化しても良い。
【００２７】
ここで説明するオプトエレクトロニクスデバイス１０の層構成はあくまで例示的であることが理解される。この点に関し、オプトエレクトロニクスデバイスのヘテロ構造は、他の層構成や、一つ以上のさらなる層などを含むことができる。その結果、様々な層が互いに真隣にあるように（例えば、互いに接するように）示されているものの、オプトエレクトロニクスデバイスのヘテロ構造に一つ以上の中間層が存在できることが理解される。例えば、オプトエレクトロニクスデバイスの例示的なヘテロ構造は、活性層１８と第２のｐ−型層２２とｐ−型電極２６のうちの一つとの間、あるいは活性層１８と第２のｐ−型層２２とｐ−型電極２６の両者の間に、ドープされていない層を含むことができる。
【００２８】
さらに、オプトエレクトロニクスデバイスのヘテロ構造は、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）構造を含むことができ、ＤＢＲ構造は活性層１８から射出される波長のような特定の波長の光を反射するように構成されてもよく、これにより、デバイス／ヘテロ構造の出力パワーを増大させることができる。例えば、ＤＢＲ構造は、第２のｐ−型層２２と活性層１８の間に設けることができる。ＤＢＲ構造、および／または第１のｐ−型層２０は、デバイスによって生成される所望の光の波長に基づいて選択される任意の組成を有することができる。一つの実施形態では、ＤＢＲ構造はＭｇ、Ｍｎ、Ｂｅ、あるいはＭｇ＋Ｓｉがドープされたｐ−型組成を有することができる。第１のｐ−型層２０は、ｐ−型ＡｌＧａＮやＡｌＩｎＧａＮなどで形成することができる。オプトエレクトロニクスデバイスのヘテロ構造は、ＤＢＲ構造と（ＤＢＲ構造と第２のｐ−型層２２の間に設けることができる）第１のｐ−型層２０の両者を含有できることが理解され、あるいはＤＢＲ構造と第１のｐ−型層２０のうち一方のみを含有できることが理解されるであろう。一つの実施形態では、電子ブロッキング層の替わりに、第１のｐ−型層２０をデバイス／ヘテロ構造内に含むことができる。他の実施形態では、第２のｐ−型層２２と、活性領域１８に隣接する電子ブロッキング層の間に、第１のｐ−型層２０を含むことができる。
【００２９】
いずれにせよ、デバイス１０の作製は、いかなる方法を用いて行ってもよい。例えば、ヘテロ構造１１の種々の層は、隣接する層の上に、任意の方法を用い、エピタキシャル成長させる（例えば、堆積させる）ことができる。各ＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆは、いかなる方法でも形成することができ、例えば、実質的にアルミニウムからなる薄い層を成膜し、そのアルミニウム層に対して陽極酸化処理する（例えば、アルミニウム層を酸化させる）ことなどによって形成できる。ヘテロ構造１１が、ＡＡＯ層４０Ｄ−４０Ｆなどの一つ以上のＡＡＯ層をヘテロ構造１１内に有する場合、成膜プロセス（例えば、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ））と陽極酸化プロセスを組み合わせてヘテロ構造１１を作成してもよい。
【００３０】
さらに、ＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆの形成は、陽極酸化処理時にＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆ内に複数の細孔を形成することを含んでもよい。一つの実施形態では、少なくとも幾つかの細孔がＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆにわたって広がる。より特定の実施形態では、実質的にすべての細孔がＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆにわたって広がる。細孔の特性、例えば細孔の特徴的なサイズ（例えば平均直径）、細孔の最大の深さ、細孔の密度などの特性は、利用される特定の陽極酸化プロセスによって変化させることができる。例えば、ＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆはアルミニウム膜を電解質（例えば、シュウ酸、リン酸、硫酸、マロン酸など）内に浸すことで形成することができ、目的とする細孔のサイズによって酸の濃度を選択することができる。引き続き、ＡＡＯ層４０Ａ−４０Ｆの形成は、約３５ボルトから約４５ボルトの範囲の電圧電位を数時間の範囲の時間で印加することを含むことができる。
【００３１】
陽極酸化プロセス後に陽極酸化された酸化アルミニウムをエッチングしてもよい。例えば、このようなエッチングは、６５−８０℃の温度範囲でクロム酸とリン酸中でのエッチングを含む化学エッチングを含むことができる。リン酸は６ｗｔ％から７ｗｔ％の範囲、クロム酸は２ｗｔ％から３ｗｔ％の範囲とすることができる。
【００３２】
さらに、第１の陽極酸化と実質的に同様の、あるいは同一のプロセスを繰り返すことで第２の陽極酸化を行ってもよい。この場合、一方の端部が下地の半導体層によってブロックされた、六角形に配列したナノポーラス構造を形成することができる。第２の陽極酸化のプロセス時間は、目的とする膜厚に基づいて選択することができ、例えば、所望の膜厚（例えば、ＡＡＯ細孔の所望の深さ）次第で、一時間から四十八時間の範囲にすることができる。
【００３３】
陽極酸化に先立ち、下地層上に成膜されたアルミニウム、あるいはアルミニウム基板を電解研磨してもよい。電解研磨は、過塩素酸とエタノールの混合物中にアルミニウムを浸すことを含んでもよく、この時、各薬品の体積比は１：３から１：５の範囲、エタノールの純度は９９％−９９．９％の範囲、過塩素酸の純度は６９−７２％の範囲である。その後、目的とする表面荒さに従って、約十ボルトから約二十ボルトの範囲の電圧電位を１０℃未満の温度で３から１０分印加することができる。
【００３４】
一つの実施形態では、細孔を含むＡＡＯ層４０Ａ上にｐ−型コンタクト２４を成膜し、少なくともｐ−型コンタクト２４の一部がＡＡＯ層４０Ａ内に存在する細孔を貫通するようにしてもよい。ｐ−型コンタクト２４をアニールし、第２のｐ−型層２２とオーミックコンタクトを形成させてもよい。同様に、細孔を含むＡＡＯ層４０Ｂ上にｎ−型コンタクト層２８を成膜し、少なくともｎ−型コンタクト２８の一部がＡＡＯ層４０Ｂ内に存在する細孔を貫通させるようにしてもよい。ｎ−型コンタクト２８をアニールし、ｎ−型層１６とオーミックコンタクトを形成させてもよい。ヘテロ構造１１と金属的コンタクト２４、２８の間の界面に関するさらなる詳細は、ｐ−型コンタクトに関連して述べる。しかし、類似するコンタクト設計をｎ−型コンタクトにおいて利用可能であることが理解される。
【００３５】
図２Ａ、２Ｂは、一つの実施形態に係る、図１のＡＡＯ層４０ＡなどのＡＡＯ層マスクを用いるｐ−型コンタクトの設計のさらなる詳細を示す。すでに分かったように、基板１２上の一連の半導体層を含むヘテロ構造の形成に、ＭＯＣＶＤのようなエピタキシャル成長プロセスを用いることができる。典型的には、ｎ−型層１６を形成し、その後活性領域１８を形成し、ｐ−型層２２を形成する。明瞭に示すため、単一のｎ−型層とｐ−型層２２のみを示すが、ヘテロ構造は、種々のｎ−型、ｐ−型層、バッファー層、ＤＢＲ層などの任意の組み合わせを含むことができることが理解される。一つの実施形態では、ヘテロ構造の様々な半導体層を連続ＭＯＣＶＤ成長プロセスを用いて形成することで、ＭＯＣＶＤ成長プロセスを停止、開始することに伴う余分なコストが発生しないようにすることができる。さらに、連続ＭＯＣＶＤ成膜プロセスによって、半導体ヘテロ構造の再現性を増大させることができる。
【００３６】
ｐ−型層２２の形成後、複数の細孔を有するＡＡＯ層４０Ａを任意の方法で形成することができる。例えば、アルミニウム層をｐ−型層２２の上に直接成膜し、陽極酸化することができる。陽極酸化プロセスは、陽極酸化プロセスの種々のパラメータ、例えば陽極酸化印加電圧や電解質、陽極酸化時間などに基づき、ＡＡＯ層４０Ａ全体に所定の密度で分布し、所定の特徴的サイズ（例えば、平均直径）を有する細孔４２を生成するように調整することができる。陽極酸化プロセスは、少なくとも細孔の一部がＡＡＯ層４０Ａの全体を貫通するに十分な、所定の時間行うことができ、これによって規則的な細孔のアレイを形成することができる。さらに、ＡＡＯ層４０Ａをマスクとして用い、ｐ−型層２２などの下地の半導体層へ細孔をエッチングすることができ、これにより、ＡＡＯ層４０Ａにわたり、そして下地の半導体層へ突き出る細孔を得ることができる。
【００３７】
一つの実施形態では、細孔４２の特徴的サイズと密度は、ｐ−型コンタクト２４の電流の広がり長さ４４に基づいて選択される。例えば、特徴的サイズと密度は、多数の細孔４２が電流の広がり長さ４４内に存在するよう、選択することができる。一つの実施形態では、細孔４２間の特徴的な（例えば、細孔４２の中心間で測定した）距離は、ｐ−型コンタクト２４の近似した電流の広がり長さ４４よりも小さくなるように選択される。この点に関し、電流の広がり長さ４４、lは、以下のように近似される：
2016537804.tif 000003
【００３８】
引き続き、ｐ−型コンタクト２４をＡＡＯ層４０Ａ上に成膜することができる。ｐ−型コンタクト２４は、コンタクト２４がその上に形成される半導体層（例えばｐ−型層２２）との良いオーミックコンタクトを形成する、任意の材料で形成することができる。ｐ−型オーミックコンタクトには、ニッケル（Ｎｉ）やパラジウム（Ｐｄ）などの（例えば、約五エレクトロンボルトより大きい）高い仕事関数を有する材料が典型的に用いられる。一つの実施形態では、ｐ−型コンタクト２４は、二つ以上のサブレーヤー２４Ａ、２４Ｂで形成されるオーミック層を含み、サブレーヤー２４Ａ、２４Ｂは急峻な界面を有することができる。一つの実施形態では、ｐ−型コンタクト２４のサブレーヤー２４Ａ、２４Ｂは部分的に合金化している。一つ以上の金属は、例えば、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、鉄（Ｆｅ）、および白金（Ｐｔ）とすることができる。さらに、一つ以上の金属は、Ｐｄ、ロジウム（Ｒｈ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）、トリウム（Ｔｈ）、およびホウ素（Ｂ）とすることができ、これらは、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ベリリウム（Ｂｅ）、マンガン（Ｍｎ）、あるいはスズ（Ｓｎ）を約１０２１ｃｍ−３以下の最大濃度で組み入れることができる。あるいは、サブレーヤー２４Ａ、２４Ｂの一つ以上は非金属を有していても良い。例えば、一つの実施形態では、サブレーヤー２４Ａはスズがドープされた酸化ガリウム（Ｇａ２Ｏ３）、スズがドープされた酸化インジウム（ＩＴＯ）などの透明導電酸化物で形成される。
【００３９】
さらにｐ−型コンタクト２４は、それぞれ個別の目的のために設けられる複数の層を含むことができる。例示的な多層コンタクトが、「深紫外反射コンタクト」と題され、２０１２年１２月１２日に出願された米国特許出願番号１３／７１１，６７５に教示、説明され、これをここに参照として組み入れる。例えば、図２Ｂに示すように、ｐ−型コンタクト２４は、薄いニッケル層などのオーミック層２４Ｃ、ロジウムのようなオーミック保護／増幅層２４Ｄ、アルミニウムなどの反射層２４Ｅ、および反射保護層２４Ｆを含む積層を含有することができる。保護層２４Ｄ、２４Ｆは任意の材料を有することができ、その上の層の形成時に、下の層へ拡散が防げる厚さを最低膜厚として持つことができる。反射層２４Ｅは、目的とする波長、例えば活性領域１８で生成される光の波長に対応する波長を有する光を反射できる任意の材料で形成することができる。
【００４０】
いずれにせよ、成膜する際、ｐ−型コンタクト２４のオーミック層は、少なくとも幾つかのＡＡＯ細孔４２を貫通し、ｐ−型層２２と接することができる。図２Ａでは、すべてのＡＡＯ細孔４２がｐ−型コンタクト２４に貫通された状態が示されているが、すべてのＡＡＯ細孔が充填される必要はない。この点に関し、幾つかのＡＡＯ細孔が空の状態を維持している実施形態が図２Ｂに示されている。一つの実施形態では、ｐ−型コンタクト２４の材料で充填された細孔の相対的な数は、ｐ−型コンタクト２４とｐ−型層２２の間で形成される総コンタクト抵抗が、デバイスの全抵抗のせいぜい数パーセント（例えば、十パーセント未満）であれば十分である。
【００４１】
ｐ−型層２２と空のＡＡＯ細孔４２Ａ内に存在するガスとの間の界面における全反射に起因し、空の細孔４２Ａによって、ＡＡＯ層４０Ａからの照射光の反射を増大させることができる。一つの実施形態では、空の細孔と充填された細孔の分布は、目的とする分散に対応するように調整することができる。例えば、ｐ−型コンタクト２４のオーミック層２４Ｃは、ＡＡＯ層４０Ａの上の様々な位置に島形状に成膜することができ、これにより、大部分が充填された充填ＡＡＯ細孔４２の領域と、大部分が空のＡＡＯ細孔４２Ａの領域を与えることができる。
【００４２】
ｐ−型コンタクト２４を成膜したのち、構造体をアニールすることができる。アニールは、ｐ−型層２２を貫通するｐ−型コンタクト２４を生成し、改善されたオーミックコンタクトが形成されるよう、調整することができる。オーミックコンタクトの形成は、周囲の温度が４５０-８００℃で、窒素、アルゴン、酸素などの中で加熱することを含むことができる。アニールは高速熱アニール（例えば、構造を６００℃で加熱し、引き続き毎秒約八℃の速度で構造体を冷却する）を含むことができる。図２Ｂの拡大断面に図示するように、ｐ−型コンタクト２４はｐ−型層２２において、鋭利な先端で終端されていてもよく、これにより、頂点において高い電界増幅が得られ、さらに導電性が増大する。ｐ−型コンタクト２４がオーミックコンタクトとして主に説明したが、ｐ−型コンタクト２４はセミオーミックコンタクトを形成することができ、例えば、直線的な挙動は示さないが、ショットキー障壁が十分に低く、ｐ−型コンタクト２４とｐ−型層２２間で形成される全抵抗がデバイスの全抵抗のせいぜい数パーセント（例えば、十パーセント未満）となるようなショットキー接触でも良い。
【００４３】
一つの実施形態では、オーミックコンタクトの形成は、任意の方法を用いてｐ−型層２２の表面をエッチングすることで、さらに容易にすることができる。例えば、ＡＡＯ層４０Ａを形成する前に、ｐ−型層２２をエッチングすることができる。一つの実施形態では、ｐ−型コンタクト２４の形成前に、ＡＡＯ層４０Ａとｐ−型層２２の露出した表面を部分的にエッチングすることにより、ｐ−型層２２の表面をエッチングする。このようなエッチングは、ＡＡＯ細孔４２によって露出するｐ−型層２２の領域に溝を形成することを誘起し、および／または、下地のｐ−型層２２を修飾するために行うことができる。エッチング後、より良い導電特性を有するオーミックコンタクトを形成するため、少なくとも幾つかのＡＡＯ細孔４２を介して残りのＡＡＯ層４０Ａ上に、そしてｐ−型層２２の表面に形成される溝の中に、ｐ−型コンタクト２４を成膜することができる。
【００４４】
図１に戻ると、基板１２のエピタキシャル成長表面の反対の表面上にＡＡＯ層４０Ｃを形成することができる。ＡＡＯ層４０Ｃは、オプトエレクトロニクスデバイス１０の上面の透過特性を改善するように構成することができ、これにより、例えば、発光デバイスからの光取り出しを改善することができる。例えば、ＡＡＯ層４０Ｃは、ナノ粗さ領域や制御された平均屈折率を有する領域などを与えるように構成された細孔を含むことができる。平均屈折率は、ＡＡＯの屈折率とガスの屈折率（例えば、想定されるガスの屈折率）を平均することで計算することができる。平均屈折率は、ＡＡＯ層の各々の高さに関し、以下のように計算することができる：（ｎＡＡＯ×Ａ１＋ｎｇａｓ×Ａ２）、ここで、ｎＡＡＯはＡＡＯの屈折率、ｎｇａｓはガスの屈折率、Ａ1はＡＡＯを含む（層のある高さで求められる）横方向の領域の割合、Ａ２はガスを含む横領域の割合（層のある高さで求められる、細孔によって占められる横方向の面積の割合）である。もしＡＡＯ細孔のサイズ（そしてその結果、細孔によって占められる領域Ａ２の割合）が層の厚さ全体を通して変化する場合、平均屈折率は層の厚さにわたって変化する量となりえる。例えば、陽極酸化プロセス中に印加する電圧を変えることで、細孔のサイズをこのように変化させることができる。
【００４５】
一つの実施形態では、一つ以上のＡＡＯ層４０Ｄ−４０ＦのようなＡＡＯ層をヘテロ構造１１内に組み込むため、ヘテロ構造１１の半導体層のエピタキシャル成長の間、成長プロセス（例えば、ＭＯＣＶＤ）を一回以上停止することができる。ＡＡＯ層４０Ｄ−４０Ｆの形成後、成長プロセスを再開し、さらに半導体層を形成することができる。ここではＡＡＯ層４０Ｄ−４０Ｆの位置が例示的に三つ教示、説明されているが、これらの位置は、単にヘテロ構造１１内でＡＡＯ層を組みこむことができる様々な場所の例に過ぎないことが理解される。
【００４６】
いずれにせよ、ＡＡＯ層４０Ｄは、第２のｐ−型層２２の成長前にヘテロ構造１１に組み込むことができる。例えば、第１のｐ−型層２０（例えば、電子ブロッキング層）の成長が完了するまで、ヘテロ構造１１内で半導体層のエピタキシャル成長を続けることができる。その後、細孔を含むＡＡＯ層４０Ｄが形成される。この場合、第２のｐ−型層２２の成長はＡＡＯ層４０Ｄの細孔４２内で生じ（図２Ａ）、その後、ＡＡＯ層４０Ｄの上面の上で横方向への過成長が生じる可能性がある。第２のｐ−型層２２は、アルミニウム成分が低い、あるいはアルミニウム成分を持たない材料、例えば窒化ガリウムで形成することができる。このような材料は横方向の過成長に寛容であり、ＡＡＯ層４０Ｄがない場合に形成されると考えられる点転移欠陥や貫通転位欠陥のフラクションを有する第２のｐ−型層２２を与えることができる。その結果、このアプローチはオプトエレクトロニクスデバイス１０の信頼性と安定性の向上に寄与する。
【００４７】
ＡＡＯ層４０Ｅは、ヘテロ構造１１の半導体層のエピタキシャル成長を開始する前に、基板１２の上に形成することができる。この点に関し、図３は、一つの実施形態に係るＡＡＯ層４０Ｅ上に成長したバッファー層１４の例示的な模式構造を示す。一つの例示的な実施形態では、基板１２はサファイアであり、ＡＡＯ層Ｅと同じ化学組成を有する。いずれにせよ、図示したように、ＡＡＯ層４０Ｅは、バッファー層１４が成長する表面にパターンを付与することができ、これにより、バッファー層１４の形成時に応力を緩和することができる。さらにＡＡＯ層Ｅは、ここで述べるように導波路を与えるように構成することができる。その後、エピタキシャル成長プロセスを続け、バッファー層１４上にｎ−型層１６を形成することができる。
【００４８】
同様に、例えば応力を緩和する、および／または導波路を与えるため、ｎ−型層１６の成長前に、バッファー層１４上にＡＡＯ層を形成することができる。この点に関し、一つの実施形態に係る、バッファー層１４の両側にＡＡＯ層４０Ｅ、４０Ｆが設けられた例示的な模式的構造を図４に示す。二つのＡＡＯ層４０Ｅ、４０Ｆが示されているが、一つの実施形態はＡＡＯ層４０Ｆのみを含むことが理解される。いずれにせよ、この場合、バッファー層１４のエピタキシャル成長ののちに、ＡＡＯ層４０Ｆをその上に成膜することができる。その後、エピタキシャル成長を再開し、ｎ−型層１６を成長させ、その後活性領域１８を成長させることができる。ＡＡＯ層４０Ｅ、４０Ｆ内の開口部が実質的に同じサイズを有し、実質的に配列ように描かれているが、このような場合だけに限られず、ＡＡＯ層４０Ｅ、４０Ｆは任意の配置と配列を持つ開口部を有することができる。
【００４９】
ＡＡＯ層の細孔の配置サイズとモルフォロジーは、目的とするＡＡＯ層の基準に基づいて選択することができる。例えば、図１に示すＡＡＯ層４０Ａ、４０Ｂについて考えると、目的とする基準は、対応するコンタクト２４、２８のそれぞれ所望する導電性、所望する反射性、所望する透明性などが含まれる可能性がある。例えば、所望するＡＡＯ層の屈折率に従って、細孔は大きな、あるいは小さな直径を持つことができ、低い、あるいは高い密度を有することができる。
【００５０】
図５Ａ−５Ｃは、実施形態に係る細孔の分布とモルフォロジーを示す。図５ＡはＡＡＯ層４０の上面図を示し、ここでは細孔４２Ｂ、４２Ｃには異なる材料を充填することができる。例えば、細孔４２Ｂには第１の材料５０を充填し、一方残りの細孔４２Ｃには第１の材料５０とは異なる第２の材料を充填することができる。図示したように、第一の材料５０は、第２の材料で形成されるドメインによって分離されるドメイン構造、あるいは大きな島を形成することができる。一つの例示的な実施形態では、図１に示すＡＡＯ層４０Ａ、４０Ｂのように、第１の材料５０は金属材料を有し、一方第２の材料は異なる金属の媒体、異なる透明導電性酸化物の媒体、誘電体の媒体、ガス、これらの材料の二つ以上の組み合わせなどである。
【００５１】
一つの実施形態では、細孔４２Ｂ、４２Ｃには二つの異なる導電性媒体が充填される。例えば、第１の材料５０は性質の第１のセット（例えば、導電性、反射性、透明性など）を有し、一方、他の材料は性質の第２のセットを有することができる。より特定の実施形態では、性質のセットの一つを高い透明性／反射性とすることができ、一方、性質の他方のセットは、オーミックコンタクトの形成に寄与する。さらにより特定の実施形態では、第１の材料５０は、アルミニウムのような、比較的低い導電特性を有する高反射性金属コンタクトを有することができ、一方、他方の材料はニッケル、パラジウムなどを含み、低反射性ではあるものの、より良いオーミックコンタクトを形成する。一つの実施形態では、第1と第２の材料と細孔は、横方向の領域の少なくとも十パーセントが透明であるように構成される。
【００５２】
ＡＡＯ層の細孔が、概ね、実質的に四角形の断面を有するように示してきたが、これは単に細孔の可能性のある断面の例に過ぎないことが理解される。この点に関し、図５Ｂでは、ＡＡＯ層４０が不規則な断面を有する細孔４０Ｄを含むように示されており、一方図５Ｃでは、ＡＡＯ層４０が樹木のような構造を形成する細孔４２Ｅを含むように示されている。細孔４２Ｄ、４２Ｅの異なる断面は、例えば、陽極酸化プロセスの際、電圧を変更することで形成することができる。例えば、陽極酸化電位を段階的に減少させることができる。この点に関し、最初の陽極酸化電位を４０Ｖとし、次に３０Ｖで約５００秒、次に２５Ｖで約１０００秒、そして１８Ｖで約１５００秒とすることができる。上述した時間配分はあくまで代表例であり、この時間配分を変えることで、樹木の枝分かれを変化させることができる。
【００５３】
一つの実施形態では、デバイス１０内に設けられる一つ以上のＡＡＯ層を、複合構造に組み込むことができる（図１）。互い違いの細孔配列や、制御された平均屈折率を有するなど、様々な複雑な構造を達成することができる。この点に関し、実施形態に係る、アルミニウムの成膜と陽極酸化の多段階を用いて形成される例示的な構造５２Ａ−５２Ｃを、図６Ａ−６Ｃにそれぞれ示す。図６Ａ、６Ｂでは、構造５２Ａ、５２Ｂは、互いにスタックした多数のＡＡＯサブレーヤー５４（図６Ａでは６個、図６Ｂでは３個が示される）で形成される。この場合、各ＡＡＯサブレーヤー５４は、アルミニウムを成膜し、次のＡＡＯサブレーヤー５４の形成を開始する前に、サブレーヤー５４を陽極酸化することで形成することができる。構造５２Ａでは、（ブランクの領域で示した）サブレーヤー５４の細孔は、互い違いの配列を有しており、一方構造５２Ｂの構造内では、サブレーヤー５４の細孔はフォトニック結晶を形成する。
【００５４】
図６Ｃに、三つの領域５６Ａ-５６Ｃを含む例示的構造５２Ｃを示す。領域５６Ａ、５６Ｃは比較的大きい細孔密度を有し、多数のＡＡＯサブレーヤーから形成されており、一方、中間領域５６Ｂは、領域５６Ａ、５６Ｃと比較して小さい細孔密度を有するＡＡＯ層が単一で形成されている。領域５６Ａ、５６Ｃの屈折率は中間領域５６Ｂよりも小さくすることができ、これにより、導波路構造を形成することができる。このような導波路構造５２Ｃは、例えば端面発光レーザの構造の端部へ発光を導波するために、半導体構造に組み込むことができる（例えば、第２の層２２の上（図１））。
【００５５】
さらに他の実施形態では、ＡＡＯ層と半導体層の交替によって複雑な構造を形成することができる。例えば図７は、一つの実施形態に係る、半導体層６２Ａ−６２ＤとＡＡＯ層６４Ａ−６４Ｄが交替する４つの対で形成された、例示的な構造６０を示す。このような構造は、例えば半導体層内で導波路として、また、応力を緩和するために用いることができる。この構造は半導体ヘテロ構造のバッファー層に組み入れることができ、あるいは、バッファー層とｎ−型クラッド層の間の遷移層としても用いることができる。あるいは、このような構造はｐ−型コンタクト構造へ組み入れることもできる。
【００５６】
同様に、複雑な構造の形成は、金属の成膜を含むことができる。例えば、図８は、一つの実施に係る、多数のＡＡＯ層と同様に半導体層と金属層を含む、例示的な構造６６を示す。特に、構造６６の形成は、第1の半導体層６８Ａの成長と、第１のＡＡＯ層７０Ａの形成と、（ＡＡＯ層７０Ａの細孔を貫通する）金属層７２の成膜と、第２のＡＡＯ層７０Ｂの形成と、（ＡＡＯ層７０Ｂの細孔を貫通する）第２の半導体層６８Ｂの形成を含む。これは単に例示的な実施形態だが、この実施形態は、ここで記述するＡＡＯ層が半導体構造と金属層を接続するために利用することができるという点において、フレキシビリティーを示している。このような構造は、デバイスのための複雑なコンタクト層の形成に用いることができる。
【００５７】
図６Ａ−図８に関連して述べる構造は、オプトエレクトロニクスデバイスの様々な位置のいずれにも組み込むことができる。この点に関し、図９Ａ−９Ｃに実施形態に係るオプトエレクトロニクスデバイス１０Ａ−１０Ｃを示す。図９Ａにおいて、オプトエレクトロニクスデバイス１０Ａは、ｐ−型コンタクト２４に隣接して位置するＡＡＯ構造７４Ａ、ｎ−型コンタクト２８に隣接して位置するＡＡＯ構造７４Ｂ、および基板１２の底面上に位置するＡＡＯ構造７４Ｃを含むように示されている。オプトエレクトロニクスデバイス１０Ａはフリップチップデザインを有することができ、この場合、照射光は主に構造７４Ｃから放出される。この場合、構造７４Ａ、７４Ｂは、反射性を有するように構成することができ、一方構造７４Ｃは、例えば導波路やフォトニック結晶などを通して、デバイス１０Ａからの照射光の放出を改善するように構成することができる。
【００５８】
図９Ｂにおいて、縦型のデザインを有するオプトエレクトロニクスデバイス１０Ｂ（例えば、縦方向の発光ダイオード）が示されている。この場合、照射光は主に第２のｐ−型層２２から放出することができる。その結果、ｐ−型コンタクト２４は、第２のｐ−型層２２の一部だけを覆い隠すように構成することができる。オプトエレクトロニクスデバイス１０Ｂは、ｎ−型コンタクト２８に隣接して位置するＡＡＯ構造７４Ｄを含むように示されている。ＡＡＯ構造７４Ｄは反射性を有するように構成することができる。一つの実施形態では、ＡＡＯ構造７４Ｄは、ｐ−型コンタクトに関してここで述べたように、細孔の少なくとも一部内に位置するｎ−型コンタクト２８からのメタルを有するＡＡＯ層を有している。
【００５９】
図９Ｃにおいて、オプトエレクトロニクスデバイス１０Ｃは、それぞれｐ−型コンタクト２４とｎ−型コンタクト２８に隣接して位置するＡＡＯ構造７４Ｅと７４Ｆを含んでいる。一つの実施形態では、ＡＡＯ構造７４Ｅ、７４Ｆは、活性領域１８によって放出される照射光の少なくとも一部を透過できる透明な構造を有している。さらなる実施形態では、ＡＡＯ構造７４Ｅ、７４Ｆの一方、あるいは両方が、活性領域１８によって放出される照射光をデバイス１０Ｃの端部へ導く導波路構造を有している（例えば、端面発光レーザのために）。
【００６０】
オプトエレクトロニクスデバイスは、調整可能な局在表面プラズモン（ＬＳＰ）によってさらに発光を増大させるように構成された一つ以上のＡＡＯ膜を含むことができる。例えば、ＡＡＯ膜の細孔を介して金属層を成膜することで形成される金属コンタクトアイランドと相互作用する時に調整可能なＬＳＰが生じ、これにより、金属アイランドが形成される。このような金属アイランドは、半導体ヘテロ構造によって吸収、あるいは放出される照射光の共鳴条件へ調整することができる。ＬＳＰを励起できる例示的な金属コンタクトは白金、アルミニウムなどで形成することができる。調整は、例えば細孔のサイズを選択し、ＬＳＰを作り出す共鳴条件に適合するように導電性金属を選択することによって行うことができる。
【００６１】
図１０Ａ−１２Ｂは、実施形態に係る、異なるモルフォロジーで形成された例示的ＡＡＯ層の全体像と拡大像を示す。特に、図１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、サイズが比較的小さく、細孔間のスペースが比較的大きい細孔（暗領域）を有するＡＡＯ層の全体像と拡大像を示す。対照的に、図１１Ａ、１１Ｂはそれぞれ、サイズが図１０Ａ、１０Ｂに示したＡＡＯ層のそれに匹敵するが、非常に狭い間隔を有する細孔（暗領域）を有する他のＡＡＯ層の全体像と拡大像を示す。図１２Ａと１２Ｂはそれぞれ、サイズが図１０Ａ−１１Ｂに示したＡＡＯ層のそれよりも非常に大きく、図１１Ａ、１１Ｂに示したＡＡＯ層の細孔と同程度に分離された細孔（暗領域）を有するＡＡＯ層の全体像と拡大像を示す。ここで用いられるように、細孔間の間隔が比較的大きいということは、隣接する細孔の中心間の特徴的な距離が、少なくとも細孔の特徴的なサイズの２倍であることに対応する。異なる細孔モルフォロジーは、ＡＡＯ層の目的とする特性（例えば、透明性、反射性、導電性など）と対応する構造に基づいて選択することができる。例えば、比較的大きく、かつ、近接した細孔を含むモルフォロジーは、導波路クラッド層として利用可能な低屈折率層に用いることができる。これらのモルフォロジーはまた、金属で充填されると、良好な導電性オーミックコンタクトを形成することができる。サイズが小さく、互いに比較的離れた細孔を含むモルフォロジーは、その透明性が高いという特徴を利用することができる。
【００６２】
一つの実施形態では、ここで述べたＡＡＯ層内の細孔の密度、および／またはサイズは、横方向において変化させることができる。この場合、ＡＡＯ層は、例えばＡＡＯ層にわたって横方向に変化する実効屈折率を与えることができる。このように屈折率が変化することで、例えば、放射に対してレンズ効果を与えることが可能な媒体を形成することができる。横方向の変化は、例えば、陽極酸化プロセス時の電解質溶液の酸の濃度を変えることで実現することができる。
【００６３】
本発明の例示的な態様は、ここでは主にオプトエレクトロニクスデバイスのためのヘテロ構造、並びにこのようなヘテロ構造、および／またはデバイスの作成方法に関連付けて示し、説明を行ってきたが、本発明の態様はさらに、様々な異なる他の実施形態を提供することが理解される。
【００６４】
一つの実施形態では、本発明は、ここで述べたように設計、作製される一つ以上のデバイスを含む回路を設計、および／または作製する方法を提供する。この点に関し、図１３に一つの実施形態に係る回路１２６を作製するための例示的なフローダイアグラムを示す。最初に、ユーザはデバイス設計システム１１０を利用し、ここで述べたような半導体デバイスのためのデバイス設計１１２を生成することができる。デバイス設計１１２はプログラムコードを含むことができ、プログラムコードはデバイス作製システム１１４によって用いられ、デバイス設計１１２によって定義される特徴に従って物理デバイス１１６のセットを生成することができる。同様に、デバイス設計１１２を、ユーザが回路設計１２２を（例えば、回路に含まれる種々のデバイスに一つ以上の入力と出力を接続することによって）生成するために利用可能な回路設計システム１２０（例えば、回路内で用いるための利用可能なコンポーネントとして）に提供することができる。回路設計１２２は、ここで述べたように設計されたデバイスを含むプログラムコードを有することができる。いずれにせよ、回路設計１２２、および／または一つ以上の物理デバイス１１６を、回路設計１２２に従って物理回路１２６を生成することができる回路作製システム１２４に提供することができる。物理回路１２６は、ここで述べたように設計された一つ以上のデバイス１１６を含むことができる。
【００６５】
他の実施形態では、本発明は、ここで述べたような半導体デバイス１１６を設計するためのデバイス設計システム１１０、および／または、作製するためのデバイス作製システム１１４を提供する。この場合、システム１１０と１１４は、ここで述べたような半導体デバイス１１６を設計、および／または作製する方法を実行するようにプログラムされた汎用コンピューティングデバイスを有することができる。同様に、本発明の一つの実施形態は、ここで述べたように設計、および／または作製される少なくとも一つのデバイス１１６を含む回路１２６を設計するための回路設計システム１２０、および／または、作製するための回路作製システム１２４を提供する。この場合、システム１２０と１２４は、ここで述べたような半導体デバイス１１６を少なくとも一つ含む回路１２６を設計、および／または作製する方法を実行するようにプログラムされた汎用コンピューティングデバイスを有することができる。
【００６６】
さらに他の実施形態では、本発明は、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体に固定され、実行されると、ここで述べた半導体デバイスを設計、および／または作製する方法をコンピュータシステムに実行させるコンピュータプログラムを提供する。例えば、コンピュータプログラムは、ここで述べたデバイス設計１１２をデバイス設計システム１１０に生成させることができる。この点に関し、コンピュータ可読媒体は、コンピュータシステムによって実行されると、ここで述べたプロセスの一部、あるいは全てを実行するプログラムコードを含む。用語「コンピュータ可読媒体」とは、表現に係る有形媒体の一つ以上の任意の形式であり、すでに知られたもの、あるいは今後開発されるものであり、ここからプログラムコードが保存されたコピーを理解することができ、再生することができ、あるいはコンユ―ティングデバイスによって伝えることができるものであると理解される。
【００６７】
他の実施形態では、本発明は、コンピュータシステムによって実行されると、ここで述べたプロセスの幾つか、あるいは全てを実行するためのプログラムコードのコピーを与える方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、プログラムコードのコピーを処理することができ、第２の異なる場所で受信するために、一連のデータ信号において、プログラムコードのコピーをエンドードするように設定、および／または変化された一つ以上の特徴を有する一連のデータ信号を生成し、送信する。同様に、本発明の一つの実施形態は、ここで述べたプロセスの一部、あるいは全てを実行するプログラムコードのコピーを獲得するための方法を提供し、その方法は、ここで述べた一連のデータ信号を受信し、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体に固定されるコンピュータプログラムのコピーへ翻訳することを含む。いずれのケースでも、一連のデータ信号は、任意のタイプの通信リンクを用いて送受信することができる。
【００６８】
さらに別の実施形態では、本発明は、ここで述べた半導体デバイスを設計するためのデバイス設計システム１１０、および／または、作製するためのデバイス作製システム１１４を生成する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムを獲得し（例えば、新たに作られる、維持される、利用可能になる、など）、ここで述べたプロセスを行うための一つ以上のコンポーネントを獲得し（例えば、新たに作られる、購入する、使用する、変更する、など）、コンピュータシステムへ配置・展開させることができる。この点に関し、配置・展開は、一つ以上の、（１）コンピューティングデバイスにプログラムコードをインストールすること、（２）一つ以上のコンピューティングデバイス、および／または、Ｉ／Ｏデバイスをコンピュータシステムに加えること、（３）コンピュータシステムを組み込む、および／または、変更し、ここで述べたプロセスを実行可能にすること、などを含むことができる。
【００６９】
前述した本発明の種々の態様は、、例示・説明することを目的として記載されたものであり、網羅的であったり、あるいは開示された形態どおりに発明を限定するものではなく、多くの修飾や変更が可能であることが明らかである。当業者にとって自明なこのような修飾や変更は、添付のクレームによって定義される発明の範囲に含まれる。
【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図１３】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年4月14日(2016.4.14)
【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】
第１の半導体層と、
前記第１の半導体層の真隣にあり、前記第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層の真隣にあり、前記複数の細孔を覆い、前記複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、前記第１の半導体層と直接接する材料層を有し、
前記複数の細孔のうちの複数は、前記材料層の電流の広がり長さ内に存在し、
前記複数の細孔は、前記材料層に貫通されていない空の細孔のセットを有する、半導体構造。
【請求項２】
前記第１の半導体層はコンタクト層を有し、前記材料層は、前記第１の半導体層とオーミックコンタクトを形成する導電性材料を含む、請求項１の構造。
【請求項３】
前記導電性材料は透明導電酸化物である、請求項２の構造。
【請求項４】
前記複数の細孔は、大部分が充填された細孔の領域のセットと、大部分が空の細孔の領域のセットを有する、請求項２の構造。
【請求項５】
前記導電性材料の真隣の反射材料層をさらに有する、請求項２の構造。
【請求項６】
前記第１の半導体層は、ｐ−型コンタクト層である、請求項２の構造。
【請求項７】
前記第１の半導体層に隣接する前記表面は、前記複数の細孔に対応する複数の溝を有する、請求項１の構造。
【請求項８】
前記第１の半導体層の対向側に真隣りの第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有する、請求項１の構造。
【請求項９】
前記第１の半導体層はｐ−型コンタクト層である、請求項８の構造。
【請求項１０】
前記第１の半導体層はバリア層であり、前記材料層はｎ−型半導体層である、請求項８の構造。
【請求項１１】
透明基板と、
前記透明基板の外側表面上に位置する複数の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有する、請求項１の構造。
【請求項１２】
前記透明基板はサファイアである、請求項１１の構造。
【請求項１３】
活性領域と、
前記活性層の第１の側に位置するｐ−型層と、
前記ｐ−型層上に直接位置し、前記ｐ−型層の隣接表面へわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層上に位置するｐ−型コンタクト層を有し、
前記ｐ−型コンタクト層は導電性材料で形成され、前記導電性材料は前記複数の細孔を覆い、少なくとも前記複数の細孔の幾つかを貫通し、直接ｐ−型層と接し、
前記複数の細孔のうちの複数は、前記導電性材料の電流の広がり長さ内に存在し、
前記複数の細孔は、前記導電性材料に貫通されていない空の細孔のセットを有する、オプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１４】
前記活性領域と前記ｐ−型層の間に位置する電子ブロッキング層と、
前記電子ブロッキング層の上に直接位置する第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、複数の第２の細孔を含み、
前記ｐ−型層は、前記複数の第２の細孔の少なくとも幾つかを貫通する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１５】
前記第１の側に対向する、前記活性領域の第２の側に位置するｎ−型層と、
前記ｎ−型層の露出された部分の上に直接位置し、複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層と、
前記陽極酸化アルミニウム層上に位置するｎ−型コンタクトをさらに有し、
前記ｎ−型コンタクトは導電性材料で形成され、前記導電性材料は前記複数の細孔の少なくとも幾つかを貫通し、ｎ−型層と直接接する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１６】
前記活性領域の、前記第１の側に対向する第２の側に位置する透明基板と、
複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記透明基板の外側表面上に位置する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１７】
前記活性領域の、前記第１の側に対向する第２の側に位置するバッファー層と、
複数の第２の細孔を含む第２の陽極酸化アルミニウム層をさらに有し、
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記バッファー層に直接隣接する、請求項１３のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１８】
前記第２の陽極酸化アルミニウム層は、前記バッファー層と基板の間に位置する、請求項１７のオプトエレクトロニクスデバイス。
【請求項１９】
第１の半導体層を形成し、
前記第１の半導体層の真隣りに、前記第１の半導体層に隣接する表面にわたる複数の細孔を含む陽極酸化アルミニウム層を形成し、
前記陽極酸化アルミニウム層の真隣りに材料層を形成することを含み、
前記材料層は、前記複数の細孔を覆い、少なくとも前記複数の細孔の幾つかを貫通し、前記第１の半導体層と直接接し、
前記複数の細孔のうちの複数は、前記材料層の電流の広がり長さ内に存在し、
前記材料層の形成は、大部分が充填された細孔の領域のセットと、大部分が空の細孔の領域のセットを含む前記複数の細孔を与える、半導体構造の作製方法。
【請求項２０】
所望の導電性、所望の反射性、あるいは所望の透明性の少なくとも一つに基づき、前記複数の細孔のためのモルフォロジーを選択することをさらに含む、請求項１９の方法。
【国際調査報告】
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