(57)【要約】  多様な実施形態は、ナノワイヤＬＥＤ等の半導体デバイスであって、基台上に位置する第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアと、各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルと、前記ナノワイヤコアおよび前記シェルの少なくとも一方の表面の少なくとも一部の上に位置し、約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する高屈折材料の層とを備える半導体デバイスを含む。光抽出効率は向上しうる。
2016519421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台上に位置する第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアと、
各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルと、
前記ナノワイヤコアおよび前記シェルの少なくとも一方の表面の少なくとも一部の上に位置し、約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する高屈折材料の層と、を備える
ことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
ナノワイヤＬＥＤをさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
前記第１導電型の半導体ナノワイヤコアおよび前記第２導電型の半導体シェルは、動作時に光を発生するための活性領域を提供するｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成するように構成されている
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記ナノワイヤＬＥＤは、可視領域、紫外領域および赤外領域の少なくとも１つの発光波長の光を発生するように構成され、
前記高屈折材料は、該少なくとも１つの発光波長において約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記少なくとも１つの発光波長は、３５０ｎｍから６５０ｎｍの範囲内である
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記高屈折材料は、前記少なくとも１つの発光波長について約２．０から２．５の範囲内の屈折率を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記高屈折材料の前記層は、前記少なくとも１つの発光波長について約８５％より大きい透過率を有する
ことを特徴とする請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記高屈折材料は誘電材料を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記高屈折材料は、酸化物および窒化物の少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記高屈折材料は、ＴｉＯ２を含む
ことを特徴とする請求項９に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記高屈折材料は、Ｓｉ３Ｎ４及びＳｉＯｘＮｙの少なくとも一方を含む
ことを特徴とする請求項１０に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記第２導電型の半導体シェルの前記表面の少なくとも一部の上に位置する透明かつ導電性の材料をさらに備え、
前記高屈折材料の層は前記透明かつ導電性の材料の上に位置している
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
前記透明かつ導電性の材料は、前記デバイスの透明導電膜電極を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
各ナノワイヤコアおよび各シェルは、構造であって、前記基台に最も近いベースと、前記ベースから前記構造の先端まで延在する少なくとも１つの側壁とを有する構造を形成しており、
前記高屈折材料の層は、前記構造の前記先端の少なくとも１つおよび前記少なくとも１つの側壁の上に配されている
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記構造の前記先端は、実質的に平らな表面を含み、
前記高屈折材料の層は、前記先端の前記実質的に平らな表面の上に、前記構造の側壁に少なくとも部分的に沿って配されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
前記側壁の上に位置し且つ前記構造の前記先端の上には位置しない透明かつ導電性の材料をさらに備え、
前記高屈折材料の層は、前記側壁の少なくとも一部の上の前記透明かつ導電性の材料の上に位置している
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
前記構造の前記先端は、実質的に円錐型の先端を含み、
前記高屈折材料の層は、前記実質的に円錐型の先端の上に、前記構造の側壁に少なくとも部分的に沿って配されている
ことを特徴とする請求項１４に記載の半導体デバイス。
【請求項１８】
前記ナノワイヤＬＥＤは、ＧａＮ系ナノワイヤＬＥＤを含む
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項１９】
高屈折材料層を有する前記ナノワイヤＬＥＤのデバイスの外部量子効率は、高屈折材料層を有しない前記ナノワイヤＬＥＤのデバイスの外部量子効率に比べて、１．１から３．０倍大きい
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項２０】
前記基台上に高屈折材料層を有する前記ナノワイヤＬＥＤの少なくとも約７５％は、２０ｍＡで、３．０％より大きい外部量子効率を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項２１】
基台上に位置する第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアを形成する工程と、
各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルを形成する工程と、
前記ナノワイヤコアおよび前記シェルの少なくとも一方の表面の少なくとも一部の上に位置し、約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する高屈折材料の層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項２２】
前記高屈折材料の層は、物理気相成長法（ＰＶＤ）によって形成される
ことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項２３】
前記高屈折材料の層は、蒸着法によって形成される
ことを特徴とする請求項２２に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項２４】
前記高屈折材料の層は、化学気相成長法（ＣＶＤ）によって形成される
ことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項２５】
請求項１から請求項２０のいずれか１項に記載の半導体デバイスを製造するのに用いられる
ことを特徴とする請求項２１に記載の半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ナノワイヤＬＥＤの抽出効率を向上させる高誘電体膜に関する。
【背景技術】
【０００２】
＜関連出願＞
本願は、２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／７９１，７３９号に基づく優先権の利益を主張し、以下、当該出願の全ての記載内容は援用される。
【０００３】
＜背景＞
ナノワイヤ発光ダイオード（ＬＥＤ）は、プレーナ型ＬＥＤ（平面型ＬＥＤ）に代わる手段として注目を集めている。ナノワイヤＬＥＤは、従来のプレーナ技術で製造されたＬＥＤと比べると、ナノワイヤの３次元性に起因する独特の特性であって、より大きい基板上での処理のための格子整合の制限および機会の低減に起因する材料の組み合わせの柔軟性を向上させる特性を示す。
【０００４】
ナノワイヤＬＥＤの長所にもかかわらず、ナノワイヤＬＥＤの光抽出効率（light extraction efficiency）の向上が求められうる。
【発明の概要】
【０００５】
実施形態は、基台上に位置する第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアと、各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルと、前記ナノワイヤコアおよび前記シェルの少なくとも一方の表面の少なくとも一部の上に位置し、約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する高屈折材料の層とを備える半導体デバイスを含む。
【０００６】
多様な実施形態において、半導体デバイスはナノワイヤＬＥＤであり得、第１導電型の半導体ナノワイヤコアと第２導電型の半導体シェルとは、動作時に光を発生するための活性領域を提供するｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成する。ナノワイヤＬＥＤは、可視領域、紫外領域および赤外領域の少なくとも１つの発光波長の光を発生し、高屈折材料は、該少なくとも１つの発光波長において約１．４から約４．５の範囲内の屈折率を有する。
【０００７】
更なる実施形態は高屈折材料の層を有する半導体デバイスの製造方法を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
以下に組み込まれ且つ本明細書の一部を構成する添付図面は、上述の概要および以下の詳細と共に本発明の実施形態の例を示し、本発明の特徴を説明する。
【図１】表面に高屈折材料の層を有するナノワイヤＬＥＤを側面から描いた概略図である。
【図２】本発明の実施形態にしたがうナノワイヤＬＥＤアレイの土台（basis）を側面から描いた概略図である。
【図３】本発明の実施形態にしたがうバッファ層上のナノワイヤＬＥＤアレイの土台を側面からみた概略図である。
【図４】本発明の実施形態にしたがうナノワイヤＬＥＤアレイであって該アレイ上に高屈折材料の膜を有するナノワイヤＬＥＤアレイを側面から描いた概略図である。
【図５Ａ】本発明の実施形態にしたがうナノワイヤＬＥＤアレイであって、該ナノワイヤの先端が実質的に平らな表面を含み且つ高屈折材料の層が該ナノワイヤの上に配されたナノワイヤＬＥＤアレイを側面から描いた概略図である。
【図５Ｂ】高屈折材料の膜を含まないナノワイヤＬＥＤアレイであって他の面において図５ＡのＬＥＤアレイと一致するナノワイヤＬＥＤアレイの比較を側面から描いた概略図である。
【図６】除去されたＧａＮナノワイヤおよび該ナノワイヤ上のＩＴＯ膜およびＴｉＯ２膜の走査型電子顕微鏡の写真を示す図である。
【図７Ａ】図５Ａに示されたナノワイヤの上の高屈折材料を含むＧａＮナノワイヤＬＥＤの実施形態のデバイスによる発光波長に対する明度のプロットを示す図である。
【図７Ｂ】図５Ｂに示された比較用デバイスによる発光波長に対する明度のプロットを示す図である。
【図８】ＴｉＯ２層の堆積前および後の双方について、２０ｍＡで測定された、ある基台上のナノワイヤＬＥＤの５００ｎｍ以下における外部量子効率（ＥＱＥ）の見込みのプロットを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
多様な実施形態は、添付図面を参照しながら詳細に説明されうる。図面を通して、可能な限り、同一または類似の部位を参照するのに同一の参照番号が用いられる。特定例および実施についての言及は、説明を目的とするためのものであり、本発明または請求項の趣旨を限定することを意図するものではない。
【００１０】
本発明の実施形態は、ナノワイヤＬＥＤのようなナノワイヤ系の半導体デバイス、及び、ナノワイヤＬＥＤの製造方法を含み、これらは光抽出効率を向上させる。ＧａＮナノワイヤＬＥＤのようなナノワイヤＬＥＤは、従来のプレーナ型ＬＥＤに比べて、効率および波長安定性を向上させる見込みがある。しかしながら、このようなデバイスの光抽出効率は、導光および該デバイスの側面からの光のロスが原因で、最適でない可能性がある。
【００１１】
多様な実施形態は、ナノワイヤＬＥＤであって、その表面の少なくとも一部の上に高屈折材料かつ高透光性の層を有するナノワイヤＬＥＤを含む。この層は、透明な膜であり得、また、ＬＥＤの少なくとも１つの発光波長であって可視光、赤外（ＩＲ）光または紫外（ＵＶ）光の波長でありうる発光波長において、約１．４から約４．５の範囲内（例えば２．０〜２．５、例えば２．２〜２．４等）の屈折率ｎを有しうる。ある実施形態において、ナノワイヤＬＥＤの該少なくとも１つの発光波長は、３９０〜７００ｎｍ（例えば４５０〜５５０ｎｍ）の範囲内のような可視光の波長でありうる。透明な高屈折材料の層の追加は、光抽出効率を向上させ得、したがって、ＧａＮナノワイヤＬＥＤデバイスのようなナノワイヤＬＥＤデバイスの外部量子効率を向上させうる。
【００１２】
高屈折材料は、ナノワイヤＬＥＤの先端の少なくとも一部の上、及び／又は、ナノワイヤＬＥＤの側壁（サイドウォール）の少なくとも一部の上に配される電気的に絶縁する材料でありうる。ナノワイヤＬＥＤは、該ナノワイヤＬＥＤの表面の少なくとも一部の上に導電性の接点材料（例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電性酸化物（ＴＣＯ））を有し得、また、高屈折層は、透明な導電性の接点材料の上に配されうる。ナノワイヤＬＥＤは、少なくとも１つの側壁が、支持基板に最も近いベースの端から、実質的に平らな表面を有する先端まで延在するように、柱状または円錐台若しくはピラミッドの形状を有しうる。他の例では、ナノワイヤＬＥＤは、実質的に円錐またはピラミッドの形状の先端を有しうる。これらのケースの何れにおいても、高屈折材料の層は、ナノワイヤの先端の上に配され得、側壁の下まで少なくとも部分的に延在しうる。ＬＥＤ構造は、ナノワイヤＬＥＤアレイを形成するように支持基板上に並んで配された複数のナノワイヤＬＥＤを含み、高屈折材料の層は、該ナノワイヤＬＥＤアレイの全てまたは一部の上に配されうる。
【００１３】
高屈折材料は、典型的には可視光において１．５以上の屈折率かつ約１００Å〜約２００００Åの厚さで、ナノワイヤＬＥＤ上に、物理気相成長法（ＰＶＤ）（例えば、固体ソースからの蒸着法、スパッタリング法等）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）等、いずれの適切なプロセスを用いても形成されうる。高屈折材料は、ナノワイヤＬＥＤの少なくとも１つの発光波長において高い透過率を有し得（例えば、９０％又は９５％より大きい等８５％より大きく、例えば、波長４５０〜５５０ｎｍでは９６〜９９％等９５％より大きく）、光の損失が少ない。高屈折材料は、酸化物または窒化物、例えば、チタン酸化物（例えば、化学量論のＴｉＯ２または非化学量論の多Ｔｉもしくは少Ｔｉのチタン酸化物）、シリコン窒化物（例えば、化学量論のＳｉ３Ｎ４または非化学量論の多シリコンもしくは少シリコンのシリコン窒化物）、及び／又は、シリコン酸窒化物（ＳｉＯｘＮｙ）等でありうる。他の好適な材料は、ＮｉＯ、ＡｌＮ、Ｖ２Ｏ５、ＺｒＯ２、ＣｏＯ、又はＬｉＮｂＯ３を含む。
【００１４】
ナノワイヤのような実質的に垂直な機構（features）の側壁上へのＩＴＯ又はＴｉＯ２等の材料の物理的な堆積は、該側壁上に低密度の膜を形成しうることが知られている。この側壁上の低密度の膜は、ナノワイヤ間の領域のような実質的により平らな領域に堆積されたもの等、同じ材料の高密度の膜に比べて、実効的に低屈折率を有する。例えば、蒸着されたＩＴＯは、ワイヤ間の膜については実効屈折率ｎ＝２．０を有し得、ワイヤの側壁の膜についてはｎ＝１．４を有しうる。蒸着されたＴｉＯ２は、ワイヤ間の膜についてはｎ＝２．４を有し得、ワイヤの側壁の膜についてはｎ＝１．７を有しうる。本願の目的のため、その下地の膜よりも実効的に高い屈折率を有する高屈折膜について考える。そのため、ｎ＝１．７のＴｉＯ２は高屈折材料とは考えないが、ｎ＝１．２のＩＴＯの上に堆積された場合には、高屈折材料である。このことは、単に低密度の膜によってもたらされる。化学気相成長法によって堆積された膜は、一般に、蒸着法により体積された膜に比べて、水平な機構および垂直な機構の双方の上において、より一様な密度および屈折率を有する。
【００１５】
ナノテクノロジ分野において、ナノワイヤは、その縦方向の大きさに制限されずに、通常、ナノスケールまたはナノメートルサイズの横方向の大きさ（例えば、円筒形のナノワイヤにおける径、又は、ピラミッド型若しくは六角形のナノワイヤにおける幅）を有するナノ構造として解釈される。このようなナノ構造は、共通に、ナノウィスカ、１次元ナノ素子、ナノロッド、ナノチューブ等と称される。ナノワイヤは、約２ミクロンまでの径または幅を有しうる。ナノワイヤの小さいサイズは、物理、光学および電子のユニークな特性をもたらす。これらの特性は、例えば、量子力学的効果を利用するデバイス（例えば量子細線を使用する等）を形成するのに、又は、組成的に異なる材料であって大きな格子不整合によって一般に結合され得ない材料のヘテロ構造を形成するのに用いられうる。ナノワイヤという用語が示唆するように、１次元性が細長い形状に関連付けられうる。ナノワイヤは、多様な断面形状を有しうるため、径には、実効的な径が参照されるとよい。実効的な径は、断面構造の長径および短径の平均で示されうる。図中ではナノ要素が柱状に且つナノワイヤコアに基づいて示されているが、該コアは、四角形、五角形、六角形等の多様な多角形のベースを有するピラミッド等、他の形状をも有しうることに留意されたい。よって、ここでは、コアは、２ミクロンより小さい幅又は径を有し且つ１ミクロンより大きい長さを有する如何なる適切な要素をも含み得、また、単構造または多成分構造をとりうる。例えば、コアは、ある導電型の半導体ナノワイヤを含み、又は、該コアは、ある導電型の半導体ナノワイヤであって、同じ導電型の１以上の半導体シェルに取り囲まれ且つ該コアが柱状またはピラミッド型である半導体ナノワイヤを含みうる。簡単にするため、単構造のナノワイヤの柱状のコアが、以下に記載され、図中に示されよう。
【００１６】
上方（upper）、頂部（top）、下方（lower）、下側（downwards）等への全ての言及は、底部に位置する基板および該基板から上方向に向かって延在するナノワイヤを参照するのに用いられる。垂直方向は、基板により形成された平面に対して垂直な方向を示し、水平方向は、基板により形成された平面に平行な方向を示す。この命名は、理解を容易にするために為され、特定の組み立ての方向性等に限定されるべきではない。
【００１７】
実施形態の方法において、透明な高屈折材料の層（例えばｎ＝１．７〜４．５、例えばｎ＝２．２〜２．４を含むｎ＝２．０〜２．５等）は、ナノワイヤＬＥＤの表面の少なくとも一部の上に形成されうる。高屈折層は、ＴｉＯ２及び／又はＳｉ３Ｎ４等の酸化または窒化材料であり得、また、物理気相成長法（ＰＶＤ）（例えば、固体ソースからの蒸着法、スパッタリング法等）若しくは化学気相成長法（ＣＶＤ）等の適切なプロセスを用いてナノワイヤＬＥＤの上に形成されうる。透明な高屈折材料の追加は、抽出効率を向上させ得、したがって、ナノワイヤＬＥＤデバイスの外部量子効率を向上させうる。
【００１８】
よく知られている如何なる好適なナノワイヤＬＥＤ構造も本発明の方法において用いられうる。
【００１９】
図１には、高屈折層を有するナノワイヤＬＥＤの例が示されている。この例では、ナノワイヤＬＥＤ１００は、ｎ−ＧａＮバッファ層１０３に電気的に接触したｎ−ＧａＮ１０１のコアと、ＩｎＧａＮ１０５／ＧａＮ１０７の量子ウェル活性領域（quantum well active region）の中間層またはシェルと、ｐ−ＡｌＧａＮ１０９及びｐ−ＧａＮ１１１の外側シェルとを含み、垂直側壁１１３及び円錐型の先端１１５を伴う。多様な実施形態において、後述するが、円錐型の先端は、該先端の終端において実質的に平らな表面を有するナノワイヤ構造を提供するため、部分的に又は全体的に除去されうる。電気的接点材料（ＩＴＯ）の層１１７は、ｐ−ＧａＮの外側層の上に配され、高屈折材料（ＴｉＯ２）の層１１８は、ＩＴＯ層１１７の上に配される。
【００２０】
ナノワイヤＬＥＤは、典型的には、１以上のｐｎ接合またはｐｉｎ接合に基づく。ｐｎ接合とｐｉｎ接合との違いは、後者の方が広い活性領域を有することである。該広い活性領域は、ｉ領域（i-region）での再結合の可能性を高くする。各ナノワイヤは、第１導電型（例えばｎ型）のナノワイヤコアと、それを覆う第２導電型（例えばｐ型）のシェルであって動作時に光を発生するための活性領域を提供するｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成するシェルとを有する。第１導電型のコアは、ここではｎ型半導体コアとして描かれ、第２導電型のシェルは、ここではｐ型半導体シェルとして描かれているが、これらの導電型は逆でもよい。
【００２１】
図２は、本発明のいくつかの実施形態に従って用いられうるナノワイヤＬＥＤの概略図である。原則として、ナノワイヤＬＥＤを形成するのに単一のナノワイヤは十分であるが、その小サイズ故、ナノワイヤは、数百、数千、数万又はそれ以上のナノワイヤが並んでＬＥＤ構造を形成するように配列されることが望ましい。図を見やすくするため、ここでは、個々のナノワイヤＬＥＤデバイスは、ｎ型ナノワイヤコア２と、ナノワイヤコア２および中間活性層４を少なくとも部分的に覆うｐ型シェル３とを有する複数のナノワイヤ１を備えるように描かれうる。しかしながら、本発明の実施形態の目的において、ナノワイヤＬＥＤはこれに限られない。例えば、ナノワイヤコア２、活性層４およびｐ型シェル３は、複数の層またはセグメントから成りうる。成長条件を制御することにより、ＬＥＤの最終的な形状は、長細い柱状構造から比較的広いピラミッド構造までの範囲内になりうる。
【００２２】
他の実施形態では、コア２だけが１ミクロン以下の幅または径を有するナノ構造またはナノワイヤを有し得、一方、シェル３は１ミクロン以上の幅または径を有しうる。
【００２３】
III〜Ｖ族の半導体は、ＬＥＤやレーザーのような高速かつ低電力の電子機器および光電気デバイスをもたらすそれらの特性により、特に興味深い。ナノワイヤは、いかなる半導体材料をも含み、ナノワイヤに好適な材料は、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、これらに限られない。例えばＧａＰについて可能なドナードーパントは、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓ等であり、また、同材料についてのアクセプタドーパントは、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄ等である。ナノワイヤ技術は、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮのような窒化物を用いることを可能にし、このことが、従来技術では容易に実現できなかった波長領域のＬＥＤ発光光の製造をもたらしたことに留意されたい。特定の商業的関心のある他の組み合わせは、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＰ系を含むが、これらに限られない。典型的なドーピングレベルの範囲は、１０１８〜１０２０である。当業者は、これら及び他の材料を知っており、他の材料および材料の組み合わせが可能であることが分かる。
【００２４】
ナノワイヤＬＥＤに好適な材料は、III族の窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）、他の半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ等）のようなIII〜Ｖ族の半導体である。ＬＥＤとして機能させるため、各ナノワイヤ１のｎ側およびｐ側は接触しており、本発明は、ＬＥＤ構造におけるナノワイヤのｎ側およびｐ側の接触に関連する方法および組成を提供する。
【００２５】
ナノワイヤの製造方法を示すものとして援用される米国特許第７，８２９，４４３号（Seifert et al.）に例示されているように、以下に好適に例示される製造方法は、ナノワイヤコアを、コア−シェルナノワイヤを形成するように該コアの上に半導体シェル層を成長させるために活用するが、本発明はこれに限られるものではないことに留意されたい。例えば、他の実施形態では、コアだけがナノ構造（例えばナノワイヤ）を構成し、シェルは、付随的に、典型的なナノワイヤシェルよりも大きい径を有しうる。さらに、デバイスは、多数のファセットを含む形状をとり得、異なるタイプのファセット間の領域比率は制御されうる。このことは、“ピラミッド”ファセットおよび垂直な側壁のファセットにより、図中に例示されている。ＬＥＤは、主要なピラミッドファセットまたは側壁ファセットを伴うテンプレートの上に発光層が形成されるように、製造されうる。発光層の形状と独立した接触層についても同様である。
【００２６】
シーケンシャルな（例えばシェル）層の使用は、ピラミッド形状（即ち、頂部または先端では細く、底部では広い）と柱形状（例えば、先端およびベースでの幅が略等しい）との間のいずれの形状をも有する最終的な単一のデバイスであって、その長軸と垂直な方向において円形または六角形もしくは多角形の断面を有するデバイス（例えばｐｎまたはｐｉｎデバイス）をもたらしうる。よって、完成されたシェルを伴う該単一のデバイスは、多様なサイズを有しうる。例えば、該サイズは、例えば１ミクロン以下の１００ｎｍ等、１００ｎｍから数（例えば５）μｍの範囲内のベース幅、及び、数百ｎｍから数（例えば１０）μｍの範囲内の高さで変わりうる。
【００２７】
図３は、ナノワイヤの基台を提供する構造の例を示している。成長基板５上にナノワイヤ１を成長させ、付随的に成長マスクまたは誘電性マスク層６（例えば、窒化シリコンの誘電性マスク層等、図１にも示される窒化層）を使用することにより、基板５は、少なくともプロセスの間においては、基板５から突き出たナノワイヤ１のための担体（carrier）として機能する。ナノワイヤの底部の境界領域は、誘電性マスク層６における各開口の内側にコア２の領域を有する。ここで援用されるスウェーデン特許出願第ＳＥ１０５０７００−２号（グロアーベーに譲渡）において論じられているように、基板５は、III〜Ｖ族またはII〜ＶI族の半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、クオーツ、ガラス等、異なる材料を備えうる。基板についての他の好適な材料は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＳＯＩ（silicon-on-insulator）、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、これらに限られない。ある実施形態では、ナノワイヤ１は、成長基板５の上に直接的に成長される。
【００２８】
誘電性マスク（成長マスク）層が用いられる実施形態では、ここで援用される米国特許第７，８２９，４４３号に例示されるように、成長マスク６は、フォトリソグラフィにより、ナノワイヤ成長のための開口を規定するためパターニングされうる。この実施において、ナノワイヤは、ｎパッド領域、非活性領域、ＬＥＤ領域（即ち、発光する領域）、及び、ｐパッド領域にグループ分けされる。しかしながら、本発明の実施形態はこれに限られない。２０１０年２月４日に公開され且つここで援用されるＰＣＴ国際出願公開ＷＯ２０１０／０１４０３２Ａ１（Konsek, et al.）に記載されているように、例えば、ｐパッド領域は、ナノワイヤＬＥＤ構造の発光部を形成するナノワイヤの頂部の上に配され得、それによって、ｐパッド領域およびＬＥＤ領域が合致する。
【００２９】
好適には、基板５は、各ナノワイヤ１のｎ側に接続する電流輸送層（current transport layer）として機能するようにも適応される。このことは、図３に示されるように、ナノワイヤ１と向かい合う基板５の表面上に配されたバッファ層７であって、Ｓｉ基板５上のＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮバッファ層７等、III族の窒化層を例とするバッファ層７を含む基板５を有することによって、達成されうる。バッファ層７は、ナノワイヤ１のｎ側に接触するための構造を提供する。バッファ層７は、一般に、所望のナノワイヤ材料にマッチし、よって、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について、好適にはバッファ層７もｎ型にドープされる。バッファ層７は、単層（例えばＧａＮ）、複数のサブ層（例えば、ＧａＮ及びＡｌＧａＮ）、又は、高Ａｌ含有のＡｌＧａＮから低Ａｌ含有のＡｌＧａＮ若しくはＧａＮまで段階付けられた傾斜層（graded layer）を含みうる。ナノワイヤは、いかなる半導体材料をも含みうるが、ナノワイヤＬＥＤについては、III族の窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ等）等、III〜Ｖ族の半導体、又は、他の半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ）が一般に好まれる。ここで援用される米国特許第７，３９６，６９６号、第７，３３５，９０８号、第７，８２９，４４３号、並びに、ＷＯ２０１０１４０３２、ＷＯ２００８０４８７０４、及び、ＷＯ２００７１０２７８１に記載された方法を利用することにより、ナノワイヤの成長は達成されうる。ナノワイヤ１は、いくつかの異なる材料（例えば、ＧａＮコア、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ活性層、及び、ＩｎとＧａとの比率が該活性層とは異なるＩｎＧａＮシェル）を備えうることに留意されたい。ここで一般に、基板５及び／又はバッファ層７は、ナノワイヤのための基台または支持層として参照される。ある実施形態では、基板５及び／又はバッファ層７の代わりに又はそれに加えて、導電層（例えば、ミラー又は透明なコンタクト）が基台として用いられうる。よって、「支持層」または「基台」という用語は、これらの要素の１以上のいずれをも含みうる。
【００３０】
上述のＬＥＤ構造の実施形態の例の記載は、本発明の方法およびデバイスの記載のための基礎（basis）を提供するだろう；しかしながら、いかなる好適なナノワイヤＬＥＤ構造または他の好適なナノワイヤ構造もが、当業者にとって自明であろう必要な修正と共に本発明を逸脱しない範囲で、該方法およびデバイスにおいて用いられうることが好まれる。
【００３１】
図４は、ナノワイヤＬＥＤデバイス４００であってナノワイヤＬＥＤの表面の少なくとも一部の上に高屈折材料の層を有するナノワイヤＬＥＤデバイス４００の概略図である。デバイス４００は、上述に図３に示されるように、基台上に配され且つ先細にされたナノワイヤ等、複数のナノワイヤ４０１を含むナノワイヤアレイを含み得、該基台上において、ナノワイヤ４０１は、第１導電型（例えばｎ型）の半導体コア４０２と、動作時に光を発生するための活性領域（例えば、図３に示されるように追加されうる中間活性層４）を提供するｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成する第２導電型（例えばｐ型）のシェル４０３と、を備える。固体の基台（solid support）は、ナノワイヤコア４０２に電気的に接触したバッファ層４０７と、バッファ層４０７からナノワイヤシェル４０３を絶縁する誘電性の（例えばＳｉＮ）マスク層４０６と、を含み得、これらの双方は、底部の基板層（不図示）の上に配されうる。付随的な中間層（不図示）もまた該基台の上に配され得、ナノワイヤにおける結晶欠陥の密度を低減する非ドープＧａＮ層を含みうる。
【００３２】
ＩＴＯ層等の透明導電性酸化物（ＴＣＯ）の層４１１は、ナノワイヤ４０１の外側のシェル４０３に電気的接触をさせてｐ電極を形成するため、ナノワイヤ構造の上に、スパッタ堆積法、蒸着法等、いかなる好適な方法によっても堆積されうる。いくつかの実施形態では、ＴＣＯ層４１１の堆積に先立って、ｐ側コンタクト領域４１３を形成するため、ナノワイヤの一部は、マスクを介したエッチング、レーザー切断等によって除去されうる。ＴＣＯ層４１１は、それから、ナノワイヤ４０１およびｐ側コンタクト領域４１３の上に堆積されうる。いかなる露出され部分的にエッチングされたナノワイヤをも不動態化（passivate）するため、及び、ＴＣＯ層４１１をｎ型バッファ層４０７から電気的に分離するため、誘電性材料４１５（例えばスピンオングラス（ＳＯＧ））がｐ側コンタクト領域４１３の上に配されうる。
【００３３】
図４に示されるように、高屈折材料の層４１７は、ＴＣＯ層４１１の上に形成される。前述のとおり、仮に高屈折材料が蒸着法により堆積されると、側壁の機構（sidewall features）上の膜は、ナノワイヤ間のような実質的に水平な機構の上に堆積された膜よりも低密度になる。低密度である側壁上の膜の実効屈折率は、ワイヤ間のような、より平らな機構の上の材料の実効屈折率よりも低くなりうる。層４１７は、透明な膜であり得、ＬＥＤの少なくとも１つの発光波長であって可視光、赤外（ＩＲ）光または紫外（ＵＶ）光の波長でありうる発光波長において、約１．４〜約４．５間（例えば、２．０〜２．５、２．２〜２．４等）の屈折率ｎを有しうる。ある実施形態では、ナノワイヤＬＥＤの該少なくとも１つの発光波長は、３９０〜７００ｎｍ（例えば４５０〜５５０ｎｍ）の範囲内等、可視光の波長でありうる。
【００３４】
高屈折材料層４１７は、酸化物または窒化物を含む誘電性の材料であって、好適には、ナノワイヤＬＥＤアレイの発光波長において高い透過率および低い損失を示す誘電性の材料でありうる。好適な材料は、４５０〜５５０ｎｍの範囲の波長において約２．２〜２．４の間の屈折率ｎを有するＴｉＯ２、及び、４５０〜５５０ｎｍの範囲の波長において約２．４の屈折率ｎを有しうるＳｉ３Ｎ４を含む。高屈折材料の層４１７は、物理気相成長法（ＰＶＤ）（例えば、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法等）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）等、いずれの適切なプロセスを用いても形成されうる。
【００３５】
ナノワイヤ４０１の第２部分は、ｎ型バッファ層４０７を露出してｎ側コンタクト領域４１９を規定するため、マスクを介したエッチングまたはレーザー切断によって除去されうる。図４に示されるように、ｎ側及びｐ側コンタクト４２１及び４２３は、ｎ側及びｐ側コンタクト領域４１９及び４１３に形成され得、デバイスを形成する。ｎ側及びｐ側コンタクト領域４１９及び４１３を除く全ての機構を覆うマスク（例えばレジスト）を堆積するため、ｎ側及びｐ側コンタクト４２１及び４２３が、標準的なフォトリソグラフィを用いて形成されうる。露出されたｎ側及びｐ側コンタクト領域４１９及び４１３は、ｎ−ＧａＮ層４０７及びＴＣＯ層４１１がそれぞれ露出されるように、ウェットエッチングまたはドライエッチングされうる。金属コンタクトは、それから、ｎ側及びｐ側コンタクト領域４１９及び４１３における該露出されたｎ−ＧａＮ層４０７及びＴＣＯ層４１１の上に形成されうる。典型的な金属コンタクト４２１及び４２３は、Ａｌ／Ｔｉ／ＡｕスタックであってＡｌがｎ−Ｇａｎ（ｎコンタクト）又はＴＣＯ（ｐコンタクト）のいずれかに接触するＡｌ／Ｔｉ／Ａｕスタックを含みうる。それから、フォトレジストマスクは金属と共に、図４のデバイス４００を形成するため、基板から取り除かれうる。
【００３６】
金属コンタクトの一方または双方の形成は、ナノワイヤアレイ上に高屈折材料を形成する前又は形成した後に為されうる。
【００３７】
他の実施形態では、高屈折材料は、２０１２年１０月２６日に出願された米国仮出願第６１／７１８，８８４号及び第６１／７１９，１３３号に記載されたナノワイヤ構造のような、ナノワイヤの先端に実質的に平らな表面を有するナノワイヤ構造の上に配されうる。例えば、図２〜４に示されるようなアレイにおけるナノワイヤの円錐形状の先端の全て又は一部は、実質的に平らな表面を有する先端を形成するため、側壁を無傷かつそのままに維持しながら、選択的に除去されうる。ここで用いられるように、“実質的に平らな”表面を有する先端は、厳密に平らな頂部表面を有する先端を含むが、同様に、（図５Ａに例示されるような）側壁の端から内側に凹状に延在する頂部表面を有する先端の他、側壁の端から外側上方に凸状に延在する頂部表面を有する先端を含み、ここで、凸状に延在する頂部表面の曲率半径は、少なくとも該頂部表面は側壁の端から上方に延在する距離程度である。ナノワイヤは、高屈折部材で覆われうる。図５Ａは、複数のナノワイヤ５０１であってナノワイヤ５０１の先端５０５に実質的に平らな表面５０３を有する複数のナノワイヤ５０１を含むナノワイヤＬＥＤデバイス５００の概略図である。ＩＴＯ層のようなＴＣＯ層５０７は、ナノワイヤ５０１の側壁５０９の上に延在し、しかしながら、ＴＣＯ層５０７がｎ型ナノワイヤコアとショートするのを避けるため、先端５０５の実質的に平らな表面５０３の上には延在していない。ＴｉＯ２等の高屈折材料層５１１は、ナノワイヤ５０１の先端５０５の実質的に平らな表面５０３の上およびナノワイヤ５０１の側壁５０９に沿ったＴＣＯ層５０７の上を含むナノワイヤ５０１の上に、延在している。図５Ａに示されるデバイス５００を形成するためにナノワイヤの先端を除去してナノワイヤを高屈折材料で覆う方法の実施形態は、以下のとおりである：
【００３８】
１．ナノワイヤアレイにおいて、図３に示されるように、ナノワイヤは、レーザー切断またはマスク及びエッチングにより、ｎ側及びｐ側コンタクト領域から除去される。このことは、その後の工程でのｎｐ間のショートを防ぎ、その後のワイヤボンディングのための領域を平らにする。
【００３９】
２．次に、基台上に誘電部材が堆積される。該誘電部材は、スピンオン法、化学気相成長法、物理気相成長法により堆積されうる。好適な方法は、ＳｉＯ２の化学気相成長法である。ある好適な実施形態では、底部の平面の表面から計測して、ナノワイヤは、約２．５μｍの高さであり、誘電部材は、約１０００〜６０００Åの厚さ、より好適には約４０００Åの厚さである。
【００４０】
３．次に、フォトレジストのマスクが、ｎ側及びｐ側コンタクト領域に適用され、誘電部材が、マスクされていない領域において、ウェットエッチングまたはドライエッチングによって除去される。プラズマダメージを避けるため、低濃度のフッ酸（ＨＦ）によるウェットエッチングが望ましい。ナノワイヤの先端および側壁からは誘電材料を除去するのに対して、ナノワイヤのベースに何らかの誘電材料（例えばＳｉＯ２）を残すことが望ましい。他の実施形態では、ＳｉＯ２は、スピン技術（スピンオングラスないしＳＯＧ）により堆積され得、ＳＯＧは、ナノワイヤのベースにおいて厚いＳＯＧを残しながら、ＨＦ酸のエッチングにより薄いところが部分的に除去され得、一方、ワイヤの中間部および上部において露出されたＧａＮナノワイヤをそのままにし、ここで、このことは、Scott Brad Herner、Cynthia Lemay、Carl Patrik Theodor SvenssonおよびLinda Romanoらが出願人である“Nanowire LED Structure With Decreased Leakage and Method of MakingSame”というタイトルの、代理人整理番号９３０８−０１９Ｐ２の２０１３年６月７日に出願された米国特許仮出願第６１／８３２，３５０号に記載されている。他の誘電体膜は、ボロンがドープされたＳｉＯ２（ＢＳＧ）、リンがドープされたＳｉＯ２（ＰＳＧ）、ボロンおよびリンがドープされたＳｉＯ２（ＢＰＳＧ）、Ｓｉ−Ｃ−Ｏ−Ｈのようなlow-k誘電部材、Ａｌ２Ｏ３またはＨｆＯ２のようなhigh-k誘電部材、その他の好適な誘電部材が用いられうる。この工程は、ＳＯＧが追加されないのであれば、省略されうる。
【００４１】
４．次に、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）のような透明導電膜（ＴＣＦ）５０７が堆積される。アルミニウムがドープされた亜鉛酸化物（ＡＺＯ）のような他のＴＣＯ膜もまた用いられうる。或いは、透明導電膜は、個別の堆積法により堆積され得た２つの構成要素から成りうる。これらの構成要素は、異なる組成を有しうる。例えば、第１のＴＣＦが、蒸着法により堆積されたＩＴＯであり得、続いて、ＡＺＯが化学気相成長法により堆積され得、ここで、このことは、Scott Brad Hernerが出願人である“Two Step Transparent Conductive Film Deposition Method and GaNNanowire Devices Made By The Method”というタイトルの、代理人整理番号９３０８−０２１Ｐの２０１３年３月１５日に出願された米国仮出願第６１／７８７，２９９号に記載されている。膜は、蒸着法、スパッタリング法、ＣＶＤ、又はこれらの組み合わせ等、物理的方法により堆積されうる。ＩＴＯ膜は、約１００Åから約１００００Åの厚さであり得、好ましくは、約８０００Åである。ＳｉＯ２のような付随的な誘電体膜は、それから、ＩＴＯの頂部の上に堆積されうる。誘電部材は、スピンオン法、蒸着法、スパッタリング法またはＣＶＤによって堆積されうる。それはスピンオン法によって堆積されることが最も好ましく、その結果、頂部において薄膜になり、ワイヤの平らなベースにおいて厚膜となる。
【００４２】
５．次の工程では、デバイスを、その上にマスクせずに、塩素ガスプラズマ中でドライエッチングする。塩素は、ＳｉＯ２、ＩＴＯ及びＧａＮをエッチングしうる。ＧａＮは、３つの膜のうち最もエッチングレートが早く、その結果、図５Ａに示されるようにナノワイヤ５０１の先端５０５におけるプロファイルを形成する。図６には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像が示され、ここで、ナノワイヤは、ドライエッチングにより除去された先端に起因する平らな頂部を有し、ＩＴＯ及びＴｉＯ２層は側壁の上である。ＳＯＧの層は、ナノワイヤの下部において明らかであり、ＳｉＮ膜の頂部の上である。エッチングの異方性に起因して、先端は、側壁よりも早くエッチングされる。よって、図１〜４に示されるように、ナノワイヤの円錐形状の先端は、図５Ａに示されるように実質的に平らな表面５０３を有するナノワイヤの先端を形成するために除去される。ＩＴＯの接点材料及び／又はナノワイヤ側壁の部分は、図５Ａに示されるように、ナノワイヤ先端において凹形状のプロファイルを形成するように、実質的に平らな表面５０３の上に延在しうる。工程４で堆積された誘電体膜（ＳｉＯ２）は、エッチングの間にナノワイヤの側壁上のＩＴＯを保護する。見やすくするため、この誘電材料（例えばＳｉＯ２）は、図５Ａでは図示されていないが、該材料の少なくともいくらかは、続いて為される上述のエッチング工程であってナノワイヤの先端を除去するエッチング工程で残されうると考えられ、又は、これらは完全に除去されうる。より低いエッチングレート、及び、ナノワイヤのベースにおけるより厚い膜は、ナノワイヤのベースにおける該材料が、エッチングによりナノワイヤ先端が除去された後に残ることを確かにする。
【００４３】
６．高屈折材料の層５１１は、図５Ａに示されるように、ナノワイヤの先端の実質的に平らな表面およびＴＣＯ材料の上を含むナノワイヤの上に形成される。層５１１は、透明な膜であり得、ＬＥＤの少なくとも１つの発光波長であって可視光、赤外（ＩＲ）光または紫外（ＵＶ）光の波長でありうる発光波長において、約１．７５〜約４．５間（例えば、２．０〜２．５、２．２〜２．４等）の屈折率ｎを有しうる。ある実施形態では、ナノワイヤＬＥＤの該少なくとも１つの発光波長は、３９０〜６００ｎｍ（例えば４５０〜５５０ｎｍ）の範囲内等、可視光の波長でありうる。高屈折層は、酸化物または窒化物を含む誘電材料であって、好適には、ナノワイヤＬＥＤアレイの発光波長において高い透過率および低い損失を示す誘電性の材料でありうる。適切な材料は、４５０〜５５０ｎｍの範囲の波長において約２．２〜２．４の間の屈折率ｎを有するＴｉＯ２、及び、４５０〜５５０ｎｍの範囲の波長において約２．４の屈折率ｎを有しうる多ＳｉのＳｉ３Ｎ４を含む。高屈折材料の層は、ＳｉＯｘＮｙをも含みうる。高屈折材料の層は、物理気相成長法（ＰＶＤ）（例えば、蒸着法、スパッタリング法等）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）等、いずれの適切なプロセスを用いても形成されうる。
【００４４】
７．次の工程では、メサパターンをフォトレジストでマスクするため標準的なリソグラフィが用いられ、デバイスを規定し且つ絶縁するため、将来的なｎ側コンタクト領域およびメサエッジの周辺において膜が除去される。
【００４５】
８．ｎ型及びｐ型コンタクト領域を除く全ての機構を覆うマスク（例えばレジスト）を堆積するため標準的なリソグラフィが用いられる。露出されたこれらのｎ型及びｐ型コンタクト領域は、それらから誘電部材を除去するため、それぞれｎＧａＮ及びＴＣＯを露出させながら、ウェットエッチングまたはドライエッチングされる。それから、Ａｌ、Ｔｉ及びＡｕで構成された金属コンタクトのスタックが蒸着法により堆積される。それから、フォトレジストマスクは金属と共に、ｎ型及びｐ型コンタクト領域にコンタクトスタックを残しながら、デバイスから取り除かれうる。
【００４６】
９．最後に、ＳｉＯ２のような透明な誘電体膜またはエポキシ樹脂のような有機材料が、デバイスを不動態化し且つ保護するため、デバイス全体の上に堆積される。
【００４７】
ナノワイヤの先端を除去するための上述の方法は当業者により適切に変更され得、当業者は、いかなる好適な順序で工程を行ってもよいし、特に上述の順序で行わなくてもよい。例えば、金属コンタクトの一方または双方の形成は、高屈折材料がナノワイヤアレイ上に形成される前または形成された後のいずれで為されてもよい。
【００４８】
図５Ｂは、比較用のデバイス５０２であって、高屈折材料５１１の層を有しないことを除いて図５Ａのデバイス５００と一致するデバイス５０２を示している。図７Ａは、図５Ａに示されたナノワイヤの上の高屈折材料を含むＧａＮナノワイヤＬＥＤの実施形態のデバイスによる発光波長に対する明度のプロットを示す。図７Ｂは、図５Ｂに示された比較用デバイス５０２であって、高屈折材料５１１の層を有しないことを除いて実施形態のデバイスと一致する比較用デバイス５０２による発光波長に対する明度のプロットを示す図である。図７Ａは、電流１９ｍＡのときにピーク外部量子効率４．４％を与える実施形態のデバイスについて、５．９×１０−５ｍＷａｔｔの強度ピークを示す。図７Ｂは、電流１９ｍＡのときにピーク外部量子効率２．８％を与える比較用デバイスについて、３．８×１０−５ｍＷａｔｔの強度ピークを示す。よって、ＴｉＯ２膜のような透明な高屈折材料の追加は、抽出効率を向上させ得、したがって、ＧａＮナノワイヤに基づくＬＥＤデバイスの外部量子効率を向上させうる。実施形態において、高屈折材料層を有するナノワイヤＬＥＤデバイスの外部量子効率は、高屈折材料層を有しない同デバイスの外部量子効率と比べて、１．１〜３．０（例えば１．５〜１．６、１．４〜１．７等）倍大きくなりうる。理論により拘束されることを望むものではないが、図５Ａのデバイスで向上した光抽出は、ウエハの平面に垂直に導き“出”された光に起因すると考えられる。
【００４９】
図８は、上述の実施形態でに記載された高屈折ＴｉＯ２層の堆積前および後の双方について、２０ｍＡで測定された、ある基台上のナノワイヤＬＥＤダイであって、ダイはナノワイヤの群のデバイスであるナノワイヤＬＥＤダイの５００ｎｍ以下における外部量子効率（ＥＱＥ）の見込みのプロットを示す。図８に示されるように、高屈折ＴｉＯ２層を有するナノワイヤＬＥＤダイの少なくとも約７５％は、２０ｍＡにおいて、３．０〜４．３％のように３．０％又はそれ以上の外部量子効率（ＥＱＥ）を有する。一方、本質的に、同ダイは、高屈折ＴｉＯ２層の堆積に先立って、２０ｍＡにおいて、３．０％又はそれ以上のＥＱＥを有しない。
【００５０】
本発明はナノワイヤＬＥＤの観点で記載されたが、電界効果トランジスタ、ダイオード、及び、特に、光検出器、太陽電池、レーザー等、光吸収または光発生に関連するデバイス等の半導体デバイスに基づく他のナノワイヤが、いかなるナノワイヤ構造においても実施されうることを理解されたい。
【００５１】
本明細書で引用された全ての文献及び特許は、あたかも個々の文献または特許が具体的に且つ単独に援用されたかのようにここで援用され、関連して文献が引用された方法及び／又は材料を開示し記載するようにここで援用される。いずれの文献の引用も、出願日に先立つその開示を目的とするものであり、先行発明によって本発明がこのような文献に先行する権利がないとの容認と解釈されるべきではない。更に、記載された公開日は、個別に確認される必要がありうる実際の公開日と異なりうる。
【００５２】
前述の方法の記載は、単に説明に役立つ実例として与えられ、多様な実施形態の工程が、記載された順番で行われなければならないことを要求し又は示唆するものではない。当業者によって分かるように、前述の方法の工程の順序はいかなる順番によっても為されうる。「その後（thereafter）」「それから（then）」「次に（next）」等の用語は、必ずしも、工程の順序を制限することを意図するものではない；これらの用語は、方法の記載を通して読み手を導くために用いられうる。更に、請求項の構成要素への単数の如何なる言及も、例えば「１つの／単一の（a, an）」又は「前記／該（the）」の使用も、該構成要素が単数であると解釈されるべきものではない。
【００５３】
開示された側面の先行する記載は、いかなる当業者もが本発明を生産し又は使用することを可能にするために与えられたものである。これらの側面の多様な変更は、当業者には容易に自明であり得、ここで規定された包括的な原理は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、他の側面に適用されうる。よって、本発明は、ここで示された側面に限られるものではないが、ここで開示された原理および新しい特徴と一致する広範な趣旨に従うべきである。
【図１】
2016519421.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図８】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月25日(2015.11.25)
【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】
基台上に位置する第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアと、
前記基台上に位置する絶縁性のマスク層と、
ここで、前記ナノワイヤコアは、前記絶縁性のマスク層の開口によって露出された前記基台の半導体表面の部分からエピタキシャルに延在する半導体ナノワイヤを含み、
各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルと、
前記第２導電型の半導体シェルと接触し、該半導体シェル間のスペースに延在する第１の電極層と、
前記絶縁性のマスク層と、前記半導体シェル間の前記スペースにおける前記第１の電極層との間に位置する絶縁層と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記複数のナノワイヤコアのそれぞれの周囲に活性領域シェルをさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記活性領域シェルは、少なくとも１つの量子ウェルを含み、
前記第２導電型の半導体シェルは、前記少なくとも１つの量子ウェルで取り囲まれた各ナノワイヤコアにおいて発光するｐｉｎ接合を形成するように、前記少なくとも１つの量子ウェルを取り囲んでいる
ことを特徴とする請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記絶縁層は、スピンオン誘電体を含む
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記スピンオン誘電体は、上面が曲率を有するスピンオングラス層を含む
ことを特徴とする請求項５に記載のデバイス。
【請求項７】
前記第１導電型はｎ型を含み、
前記第２導電型はｐ型を含み、
前記第１の電極層はｐ型電極層を含む
ことを特徴とする請求項４に記載のデバイス。
【請求項８】
前記ｎ型のナノワイヤコアと電気的に接続する第２の電極層をさらに備える
ことを特徴とする請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記基台は、基板上のｎ型の半導体バッファ層を含む
ことを特徴とする請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記バッファ層は、ｎ−ＧａＮまたはｎ−ＡｌＧａＮの層を含み、
前記ナノワイヤコアは、ｎ−ＧａＮのナノワイヤを含み、
前記少なくとも１つの量子ウェルは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子ウェルを含み、
前記第１の電極層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む
ことを特徴とする請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
基台上の絶縁性のマスク層の開口によって露出された前記基台の半導体表面の部分から、第１導電型の複数の半導体ナノワイヤコアをエピタキシャル成長させる工程と、
各ナノワイヤコアの上および周囲に延在する第２導電型の複数の半導体シェルを形成する工程と、
前記半導体シェル間のスペースにおける前記絶縁性のマスク層の上に、絶縁層を、前記半導体シェルの先端および側壁の少なくとも上部が該絶縁層で露出するように形成する工程と、
前記露出された前記半導体シェルの先端および側壁の少なくとも上部と接触し且つ前記半導体シェル間の前記スペースにおける前記絶縁層と接触する第１の電極層を形成する工程と、を有する
ことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【請求項１２】
前記絶縁層を形成する工程は、スピンオン誘電層をスピンコーティングする工程を含む
ことを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記スピンオン誘電層の厚さは、前記半導体シェル間の前記スペースにおける前記絶縁性のマスク層の上において、前記半導体シェルの側壁上よりも大きい
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記スピンオン誘電層を部分的にエッチングする工程であって、前記半導体シェルの側壁の前記少なくとも上部から前記スピンオン誘電層を除去し、前記半導体シェル間の前記スペースに前記スピンオン誘電層を残存させながら前記半導体シェルの側壁の前記少なくとも上部を露出させる工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記絶縁層は、スピンオングラス層を含む
ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
前記複数のナノワイヤコアのそれぞれの周囲に活性領域シェルを形成する工程をさらに有し、
前記デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを含む
ことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記第１導電型はｎ型を含み、
前記第２導電型はｐ型を含み、
前記第１の電極層はｐ型電極層を含む
ことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記ｎ型のナノワイヤコアと電気的に接続する第２の電極層を形成する工程をさらに有する
ことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記基台は、基板上のｎ型半導体バッファ層を含み、
前記バッファ層は、ｎ−ＧａＮまたはｎ−ＡｌＧａＮの層を含み、
前記ナノワイヤコアは、ｎ−ＧａＮのナノワイヤを含み、
前記少なくとも活性領域シェルは、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの量子ウェルを含み、
前記第１の電極層は、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む
ことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【国際調査報告】
2016519421.tif 000013
2016519421.tif 000014
2016519421.tif 000015