JP2010523006A - デュアル表面粗面化ｎ面高輝度ｌｅｄ - Google Patents
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Abstract
基板と、基板上のバッファ層と、バッファ層上かつｎ型層とｐ型層との間の活性層と、ｐ型層に隣接するトンネル接合と、トンネル接合およびｎ型層へのｎ型接点とを備え、バッファ層、ｎ型層、ｐ型層、活性領域、およびトンネル接合は、窒素面（Ｎ面）配向で成長させられるＩＩＩ族窒化物材料を備える、発光ダイオード。ＩＩＩ族窒化物材料が蒸着される基板表面は、埋め込まれた裏面の粗面化を提供するようにパターン化される。ＩＩＩ族窒化物材料の上面でもあるトンネル接合の上面は粗面化される。
Description
（関連出願の相互参照）
本願は、同時継続かつ譲受人共通のＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒｕｎｄｍａｎｎ、Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓおよびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１９号（２００７年３月２９日出願、名称「ＤＵＡＬ ＳＵＲＦＡＣＥ−ＲＯＵＧＨＥＮＥＤ Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ−ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＬＥＤ」、代理人整理番号 ３０７９４．２１７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７９−１））に基づく米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この出願はその全体が本明細書に参考として援用される。
本願は、同時継続かつ譲受人共通のＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒｕｎｄｍａｎｎ、Ｓｔｅｖｅｎ Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓおよびＳｈｕｊｉ Ｎａｋａｍｕｒａによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１９号（２００７年３月２９日出願、名称「ＤＵＡＬ ＳＵＲＦＡＣＥ−ＲＯＵＧＨＥＮＥＤ Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ−ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ ＬＥＤ」、代理人整理番号 ３０７９４．２１７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７９−１））に基づく米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この出願はその全体が本明細書に参考として援用される。
本願は、下記の同時継続かつ譲受人共通の出願に関連している：
Ｍｉｃｈａｅｌ ＧｒｕｎｄｍａｎｎおよびＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによる米国実用特許出願第１１／７６８、１０５号（２００７年６月２５日出願、名称「ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮＤＵＣＥＤ ＴＵＮＮＥＬ ＪＵＮＣＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−６６８））、この出願は、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒｕｎｄｍａｎｎ ａｎｄ Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによる米国仮特許出願第６０／８１５，９４４号（２００６年６月２３日出願、名称「ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮＤＵＣＥＤ ＴＵＮＮＥＬ ＪＵＮＣＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−６６８））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＮｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍによる米国実用特許出願第１１／８５５，５９１号（名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡＮＤ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬ ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＧ」、２００７年９月１４日出願、代理人整理番号３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１２１））、この出願は、Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＮｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍによる米国実用特許出願第６０／８６６，０３５号（名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡＮＤ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬ ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、２００６年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１２１−１））に基づく米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒによる米国実用特許出願第１１／９４０，８５６号（名称「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＡＮＤ ＬＡＳＥＲ ＤＩＯＤＥ ＵＳＩＮＧ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ａｎｄ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ」、２００７年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０８−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２０４））、この出願は、Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒによる米国実用特許出願第６０／８６６，０１９号（名称「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＡＮＤ ＬＡＳＥＲ ＤＩＯＤＥ ＵＳＩＮＧ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ａｎｄ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ」、２００６年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０８−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２０４−１））に基づく米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｙｉ Ｐｅｉ、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ ＲａｊａｎおよびＭａｎ Ｈｏｉ Ｗｏｎｇによる米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ、ｘｘｘ号（２００８年３月３１日出願、名称「Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＢＵＦＦＥＲ ＬＥＡＫＡＧＥ ＡＮＤ ＬＯＷ ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ」、代理人整理番号３０７９４．２１５−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２６９））、この出願はＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｙｉ Ｐｅｉ、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ ＲａｊａｎおよびＭａｎ Ｈｏｉ Ｗｏｎｇによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１４号（２００７年３月２９日出願、名称「Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＢＵＦＦＥＲ ＬＥＡＫＡＧＥ ＡＮＤ ＬＯＷ ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ」、代理人整理番号３０７９４．２１５−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２６９））に基づく米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｌｅｅ Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ、Ｃｈａｎｇ Ｓｏｏ ＳｕｈおよびＳｉｄｄｈａｒｔｈ Ｒａｊａｎによる米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ、ｘｘｘ号（２００８年３月３１日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥ ＩＩＩ−Ｎ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＯＮ ＴＨＥ Ｎ−ＦＡＣＥ ＯＦ ＬＡＹＥＲＳ ＷＨＩＣＨ ＡＲＥ ＧＲＯＷＮ ＩＮ ＴＨＥ ＩＩＩ−ＦＡＣＥ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＲＥＭＯＶＡＬ」、代理人整理番号３０７９４．２１６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−３３６））、この出願はＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｌｅｅ Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ、Ｃｈａｎｇ Ｓｏｏ ＳｕｈおよびＳｉｄｄｈａｒｔｈ Ｒａｊａｎによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１７号（２００７年３月２９日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥ ＩＩＩ−Ｎ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＯＮ ＴＨＥ Ｎ−ＦＡＣＥ ＯＦ ＬＡＹＥＲＳ ＷＨＩＣＨ ＡＲＥ ＧＲＯＷＮ ＩＮ ＴＨＥ ＩＩＩ−ＦＡＣＥ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＲＥＭＯＶＡＬ」、代理人整理番号３０７９４．２１６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−３３６）に基づく米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
以上の出願のすべては、その全体が本明細書に参考として援用される。
Ｍｉｃｈａｅｌ ＧｒｕｎｄｍａｎｎおよびＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによる米国実用特許出願第１１／７６８、１０５号（２００７年６月２５日出願、名称「ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮＤＵＣＥＤ ＴＵＮＮＥＬ ＪＵＮＣＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−６６８））、この出願は、Ｍｉｃｈａｅｌ Ｇｒｕｎｄｍａｎｎ ａｎｄ Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによる米国仮特許出願第６０／８１５，９４４号（２００６年６月２３日出願、名称「ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ ＩＮＤＵＣＥＤ ＴＵＮＮＥＬ ＪＵＮＣＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−６６８））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＮｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍによる米国実用特許出願第１１／８５５，５９１号（名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡＮＤ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬ ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮＧ」、２００７年９月１４日出願、代理人整理番号３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｕ１（２００７−１２１））、この出願は、Ｓｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＮｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍによる米国実用特許出願第６０／８６６，０３５号（名称「ＭＥＴＨＯＤ ＦＯＲ ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ ＧＲＯＷＴＨ ＯＦ ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ＡＮＤ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ ＢＹ ＭＥＴＡＬ ＯＲＧＡＮＩＣ ＣＨＥＭＩＣＡＬ ＶＡＰＯＲ ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、２００６年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１２１−１））に基づく米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒによる米国実用特許出願第１１／９４０，８５６号（名称「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＡＮＤ ＬＡＳＥＲ ＤＩＯＤＥ ＵＳＩＮＧ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ａｎｄ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ」、２００７年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０８−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２０４））、この出願は、Ｎｉｃｈｏｌａｓ Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ、Ｕｍｅｓｈ Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ Ｋｅｌｌｅｒによる米国実用特許出願第６０／８６６，０１９号（名称「ＬＩＧＨＴ ＥＭＩＴＴＩＮＧ ＤＩＯＤＥ ＡＮＤ ＬＡＳＥＲ ＤＩＯＤＥ ＵＳＩＮＧ Ｎ−ＦＡＣＥ ＧａＮ，ＩｎＮ，ａｎｄ ＡｌＮ ＡＮＤ ＴＨＥＩＲ ＡＬＬＯＹＳ」、２００６年１１月１５日出願、代理人整理番号３０７９４．２０８−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２０４−１））に基づく米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｙｉ Ｐｅｉ、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ ＲａｊａｎおよびＭａｎ Ｈｏｉ Ｗｏｎｇによる米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ、ｘｘｘ号（２００８年３月３１日出願、名称「Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＢＵＦＦＥＲ ＬＥＡＫＡＧＥ ＡＮＤ ＬＯＷ ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ」、代理人整理番号３０７９４．２１５−ＵＳ−Ｕ１（２００７−２６９））、この出願はＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｙｉ Ｐｅｉ、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ ＲａｊａｎおよびＭａｎ Ｈｏｉ Ｗｏｎｇによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１４号（２００７年３月２９日出願、名称「Ｎ−ＦＡＣＥ ＨＩＧＨ ＥＬＥＣＴＲＯＮ ＭＯＢＩＬＩＴＹ ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ ＷＩＴＨ ＬＯＷ ＢＵＦＦＥＲ ＬＥＡＫＡＧＥ ＡＮＤ ＬＯＷ ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ ＲＥＳＩＳＴＡＮＣＥ」、代理人整理番号３０７９４．２１５−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２６９））に基づく米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
Ｕｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｌｅｅ Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ、Ｃｈａｎｇ Ｓｏｏ ＳｕｈおよびＳｉｄｄｈａｒｔｈ Ｒａｊａｎによる米国実用特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ、ｘｘｘ号（２００８年３月３１日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥ ＩＩＩ−Ｎ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＯＮ ＴＨＥ Ｎ−ＦＡＣＥ ＯＦ ＬＡＹＥＲＳ ＷＨＩＣＨ ＡＲＥ ＧＲＯＷＮ ＩＮ ＴＨＥ ＩＩＩ−ＦＡＣＥ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＲＥＭＯＶＡＬ」、代理人整理番号３０７９４．２１６−ＵＳ−Ｕ１（２００７−３３６））、この出願はＵｍｅｓｈ Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｌｅｅ Ｓ．ＭｃＣａｒｔｈｙ、Ｃｈａｎｇ Ｓｏｏ ＳｕｈおよびＳｉｄｄｈａｒｔｈ Ｒａｊａｎによる米国仮特許出願第６０／９０８、９１７号（２００７年３月２９日出願、名称「ＭＥＴＨＯＤ ＴＯ ＦＡＢＲＩＣＡＴＥ ＩＩＩ−Ｎ ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ ＤＥＶＩＣＥＳ ＯＮ ＴＨＥ Ｎ−ＦＡＣＥ ＯＦ ＬＡＹＥＲＳ ＷＨＩＣＨ ＡＲＥ ＧＲＯＷＮ ＩＮ ＴＨＥ ＩＩＩ−ＦＡＣＥ ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ ＵＳＩＮＧ ＷＡＦＥＲ ＢＯＮＤＩＮＧ ＡＮＤ ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ ＲＥＭＯＶＡＬ」、代理人整理番号３０７９４．２１６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−３３６）に基づく米国特許法第１１９条（ｅ）項の利益を主張する；
以上の出願のすべては、その全体が本明細書に参考として援用される。
（政府支援研究開発に関する声明）
本発明は、助成金番号Ｎ０００１４−０５−１−０４１９（ＯＮＲ ＭＩＮＥ ＭＵＲＩ）の下の政府支援によってなされた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
本発明は、助成金番号Ｎ０００１４−０５−１−０４１９（ＯＮＲ ＭＩＮＥ ＭＵＲＩ）の下の政府支援によってなされた。政府は、本発明に特定の権利を有する。
（１．発明の分野）
本発明は、光抽出効率を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を産生するための方法に関する。
本発明は、光抽出効率を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）を産生するための方法に関する。
（２．関連技術の記述）
本発明以前は、高輝度ＬＥＤは、粗面化された裏面を有するフリップチップ構成における厚い反射ｐ型接点を使用し、ウエハからの光抽出を増強させていた。
本発明以前は、高輝度ＬＥＤは、粗面化された裏面を有するフリップチップ構成における厚い反射ｐ型接点を使用し、ウエハからの光抽出を増強させていた。
本発明は、ｎ型層上のｐ型層と、ｐ型層のための第１のｎ型接点と、ｐ型層と第１のｎ型接点との間にデバイスの駆動電流を伝達するための第１のｎ型接点とｐ型層との間の１つ以上の中間層と、ｎ型層のための第２のｎ型接点とを備える、光電子デバイスを開示する。デバイスはすべてｎ型接点を有し、ｐ型接点を有しない。
光電子デバイスは、ＬＥＤであってもよく、粗面化されたｎ型表面は、ＬＥＤを終端し、光抽出を増強させ、ＬＥＤの電力は、第１のｎ型接点および第２のｎ型接点を介して供給される。ＬＥＤは、粗面化された裏面を有してもよく、またはパターン化された基板上に加工され、埋め込まれた裏面の粗面化を提供してもよい。
ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物を基材としてもよく、粗面化されたｎ型表面は、粗面化された窒素面（Ｎ面）であってもよい。ＬＥＤは、Ｎ面配向を有するエピタキシャル成長であってもよい。
中間層は、ｐ型層とｎ型接点との間の効率的トンネル輸送を可能にする、ｐ型層とｎ型接点との間の分極誘電トンネル接合と、分極誘電トンネル接合とｎ型接点との間の１つ以上のｎ型導電層とを備えてもよい。１つ以上のｎ型導電層は、ｎ型電流拡散層であって、粗面化によって生成される最小限の電気接触を補償してもよい。分極誘電トンネル接合は、窒化アルミニウムであって、ｎ型導電層およびｐ型層は、窒化ガリウムであってもよい。
また、本発明は、ｎ型接点をｐ型領域に電気的に接続するための１つ以上の中間層を備え、中間層は、光電子デバイスからの光の放射に電力を供給するために十分な電荷を伝送する、光電子デバイスを開示する。中間層は、ｎ型接点とｐ型領域との間の接合に空乏領域を生成してもよく、空乏領域は、ｎ型接点とｐ型領域との間のトンネル輸送を可能にするために十分に小さい。中間層は、分極誘電トンネル接合上にｎ型層を備えてもよい。
また、本発明は、ｎ型接点のみをデバイスに加工するステップと、ｎ型表面であるデバイスの上面と、デバイスの底面とを粗面化するステップとを備える、光電子デバイスを加工するための方法を開示する。
また、本発明は、粗面化されたＮ面表面と、同様に粗面化される、粗面化されたＮ面表面の反対面とを備え、粗面化された表面は、デバイスからの光抽出を増強させる、ＡｌＩｎＧａＮを基材とする光電子デバイスを開示する。
次に、図面を参照するが、同一参照番号は対応する部品を表す。
図１は、パターン化されたサファイア基板（ＰＳＳ）および表面の粗面化を有する、Ｎ面ＬＥＤの概略図である。
図２は、シミュレートされたエネルギーバンド図と、接点の上部にトンネル接合を有する、Ｎ面ＬＥＤのエピタキシャル構造の略図であって、トンネル接合は、薄い窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層によって形成される。
好ましい実施形態の以下の説明では、本明細書の一部を形成し、本発明が実践され得る特定の実施形態の例示として示される、添付の図面を参照する。他の実施形態も利用可能であって、本発明の範囲から逸脱することなく、構造的変更を加えてもよいことを理解されたい。
（技術説明）
提案される本発明のデバイスは、上面の粗面化と併せて、裏面の粗面化を使用し、光抽出を増強させ、高伝導性接点層を使用して、接点サイズを最小限に低減し、それによって、上面を通した抽出をさらに増進させる（本説明では、上面とは、エピタキシャル成長の終端表面を指し、裏面とは、成長が行なわれる側と反対の基板の裏、すなわち、基板に接合する層の表面を指す）。
提案される本発明のデバイスは、上面の粗面化と併せて、裏面の粗面化を使用し、光抽出を増強させ、高伝導性接点層を使用して、接点サイズを最小限に低減し、それによって、上面を通した抽出をさらに増進させる（本説明では、上面とは、エピタキシャル成長の終端表面を指し、裏面とは、成長が行なわれる側と反対の基板の裏、すなわち、基板に接合する層の表面を指す）。
これらのデバイスは、これらの合金の金属面上の標準的成長とは対照的に表面を終端する窒素によって、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）のＮ面上に成長させられる。Ｎ面窒化ガリウム（ＧａＮ）は、ガリウム面（Ｇａ面）ＧａＮよりも化学的に安定しておらず、したがって、水酸化カリウム（ＫＯＨ）等のウェットエッチングを使用して、ランダム配列のファセットをＮ面ＧａＮ層内にエッチングすることが可能である。これらのファセットは、平面表面よりも表面積を提供し、その粗度は、デバイスの上面からＬＥＤの光を効果的に散乱させる。
裏面の粗面化は、リソグラフィおよびエッチングを使用してパターン転写され、（ＡｌＩｎ）ＧａＮが成長させられる基板である、パターン化されたサファイア基板（ＰＳＳ）を使用することによって達成され得る。また、エピタキシャル膜が配向制御を有する限り、サファイア基板上にファセットを産生する任意のエッチングを使用して達成されてもよい。上面粗面化と同様に、ＰＳＳを有する裏面は、粗面表面を有するが、デバイス内に埋め込まれ（基板が除去されない限り）、光抽出を増進させ、裏面界面を通った内部反射を低減する屈折率コントラストを有する。
粗面表面によって、最小限の接点面積を有し、可能な限り多くの光を抽出することが望ましい。これを促進するためには、接点は、高電導性を有する半導体層上に形成されなければならない。ＩＩＩ族窒化物内のｐ型材料は、低正孔移動度のために抵抗性が高く、拡散層を形成することができず、本材料へのオーム接点は低品質である。一方、ｎ型材料への接点は非常に良好であって、材料は良好な電導性を有し、したがって、ｎ型材料が電流拡散層として使用されてもよい。
本発明では、提案されるデバイス構造は、強度の圧電および／または自発電気分極を呈し、効果的トンネル接合を提供する、薄層（＜１５０ｎｍ）の材料を使用する。窒化物材料システムでは、異なるＡｌＩｎＧａＮ合金間の任意の界面は、層間の正味分極の差異から生じるシート電荷を呈する。これらの層は、分極電荷によって誘電され、接合において他の空間電荷を使用する代わりに、ｐ／ｎ接合に必要とされる双極子モーメントを提供するために使用され得る、固有の電場を有する。加えて、分極電荷によって提供される電場は、イオン化ドナーおよびアクセプタだけによって提供され得るものよりも大きい場合がある。本分極誘電電場を使用することによって、イオン化ドナーおよびアクセプタによって提供される付加的電場の有無にかかわらず、接合の空乏領域は、バンドギャップが大きい半導体システムにおいてであっても、効率的トンネル輸送を可能にするために十分に小さく作製されてもよく、図１および２に示されるように、すべてｎ型接点を有するＬＥＤを加工するために使用されてもよい。
図１は、デバイス１００の概略図であって、ＧａＮ層１０４および１０６によって被覆される、ひずみｃ平面Ｎ面ＡｌＮから成る分極誘電トンネル接合１０２を有する。トンネル接合１０２の下は、ｐ型（Ｍｇドープ）ＧａＮ１０６、ＡｌＧａＮ：Ｍｇ電子遮断層１０８、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性領域１１０、およびｎ型ＧａＮ層（Ｓｉドープ）１１２を有する標準的ＬＥＤ構造であって、すべてＰＳＳ１１６上の非意図的ドープ（ＵＩＤ）Ｎ面ＧａＮバッファ１１４上に成長させられる。
ＰＳＳ１１６は、イオンエッチング（ＰＳＳ１１６のパターン１２０上に成長させられるＧａＮ１１２の裏面粗度１１８をもたらす）によって、ＳｉドープＧａＮ１０４の上面に形成されてもよく、粗度１２２は、ウエハを塩基性溶液内でエッチングすることによって形成可能である。デバイスの加工は、メサエッチング（メサ１２４を形成するため）に続いて、反応性イオンエッチングおよび両ｎ型接点１２６、１２８のための金属蒸着へと続く。上方のｎ型接点１２６は、最大効率を確保するために、微細なメッシュパターンの反射性の焼鈍されていない金属であってもよい。
（デバイス成長構造およびエネルギーバンド図）
図２（ａ）は、トンネル接合２０２を有する、Ｎ面ＬＥＤ２００の成長構造の概略図を示す。ＬＥＤ２００は、ＳｉドープＧａＮ層２０４と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性領域２０６と、ＭｇドープＧａＮ層２０８と、ＡｌＮ層２１０と、ＳｉドープＧａＮ層２１２とを含む。ＡｌＮ層２１０は、ｐ型ＧａＮ層２０８とｎ型ＧａＮ層２１２との間にトンネル接合２０２を形成する。図２（ａ）の矢印２１４は、Ｎ面表面の成長方向および配向を示し、したがって、層２０４の最終成長表面２０４１は、Ｎ面表面であって、層２０６の最終成長表面２０６１は、Ｎ面表面であって、層２０８の最終成長表面２０８１は、Ｎ面表面であって、層２１０の最終成長表面２１０１は、Ｎ面表面であって、層２１２の最終成長表面２１２１は、Ｎ面表面であることを示唆する。その結果、層２０４の第１の成長表面２０４ｆは、Ｇａ面表面であって、層２０６の第１の成長表面２０６ｆは、ＩＩＩ族の原子面表面であって、層２０８の第１の成長表面２０８ｆは、Ｇａ面表面であって、層２１０の第１の成長表面２１０ｆは、ＩＩＩ族の原子面表面であって、層２１２の第１の成長表面２１２ｆは、Ｇａ面表面である。従来のＧａ［０００１］成長では、表面２０４１−２１２１は、ＧａまたはＩＩＩ族の原子面であって、表面２０４ｆ−２１２ｆは、Ｎ面である。
図２（ａ）は、トンネル接合２０２を有する、Ｎ面ＬＥＤ２００の成長構造の概略図を示す。ＬＥＤ２００は、ＳｉドープＧａＮ層２０４と、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性領域２０６と、ＭｇドープＧａＮ層２０８と、ＡｌＮ層２１０と、ＳｉドープＧａＮ層２１２とを含む。ＡｌＮ層２１０は、ｐ型ＧａＮ層２０８とｎ型ＧａＮ層２１２との間にトンネル接合２０２を形成する。図２（ａ）の矢印２１４は、Ｎ面表面の成長方向および配向を示し、したがって、層２０４の最終成長表面２０４１は、Ｎ面表面であって、層２０６の最終成長表面２０６１は、Ｎ面表面であって、層２０８の最終成長表面２０８１は、Ｎ面表面であって、層２１０の最終成長表面２１０１は、Ｎ面表面であって、層２１２の最終成長表面２１２１は、Ｎ面表面であることを示唆する。その結果、層２０４の第１の成長表面２０４ｆは、Ｇａ面表面であって、層２０６の第１の成長表面２０６ｆは、ＩＩＩ族の原子面表面であって、層２０８の第１の成長表面２０８ｆは、Ｇａ面表面であって、層２１０の第１の成長表面２１０ｆは、ＩＩＩ族の原子面表面であって、層２１２の第１の成長表面２１２ｆは、Ｇａ面表面である。従来のＧａ［０００１］成長では、表面２０４１−２１２１は、ＧａまたはＩＩＩ族の原子面であって、表面２０４ｆ−２１２ｆは、Ｎ面である。
図２（ｂ）は、層２０４−２１２を通る深度に応じた、図２（ａ）に示される構造のエネルギーバンド図であって、ここでは、深度＝０は、ｎ型ＧａＮ層２０４の表面２０４ｆである。具体的には、エネルギーバンド図は、伝導バンドエネルギーＥｃおよび価電子バンドエネルギーＥｖを座標で示す。エネルギーバンド図は、ｎ型層２０４、２１２内のＥｃ〜０を示しており、すべてのｎ型接点が、層２０４および２１２を介して、ＬＥＤ２００に向けられ得ることを証明している。すべてのｎ型接点が、分極誘電トンネル接合２０２によって可能であって、そのエネルギーもまた、図２（ｂ）にも示される。活性領域２０６とｐ型層２０８との間の界面２１６におけるＥｃの大勾配は、狭い空乏領域を証明している。最後に、薄いｐ型層２０８におけるＥｖ〜０は、デバイスの直列抵抗の低減を証明している。
（可能な修正例）
以下は、上述の本発明に成される可能な修正例の限定的なリストである。
以下は、上述の本発明に成される可能な修正例の限定的なリストである。
ａ．エッチングされた表面１２２またはパターン化されたサファイア１１６は、平面材料で置換されてもよい。
ｂ．正孔遮断層、例えば、Ａｌ（Ｉｎ）ＧａＮ：Ｓｉは、量子井戸からの正孔の越流を防止するように追加されてもよい。
ｃ．電子遮断層１０８は、除去されてもよい。
ｄ．粗面化された上面１２２は、完全反射ｎ型接点１２６の追加の有無にかかわらず、除去されてもよい。
ｅ．ＡｌＮトンネル接合１０２は、分極場方向の差異を考慮して、ｐ型材料１０６およびｎ型材料１０４の積層順序に修正を加え、標準的トンネル接合よりもトンネル効率を増進する、任意の他の高極性材料から成ってもよい。
ｆ．トンネル接合１０２は、高度ドープｐ／ｎ接合であってもよい。
ｇ．エッチングされた上面１２２は、ドライエッチングまたはウェットエッチングであってもよく、ランダムまたは秩序配列であり得る。
ｈ．基板１１６は、ＧａＮまたは任意のＩＩＩ族窒化物バルク薄膜に対し、必要とされる屈折率コントラストを提供する、任意の基板であってもよい。
ｉ．エピタキシャル層を表面１２２に追加し、ＧａＮと空気またはエポキシ樹脂との間の中間屈折率を提供することによって、光抽出をさらに増強させてもよい。
ｊ．層組成を修正し、トンネル接合１０２と、接点領域を有する活性領域１１０とを提供する、任意のＡｌＩｎＧａＮ合金を含めてもよい。例えば、電子遮断層１０８は、ＧａＮに適合させた格子であるＡｌＩｎＮから成ってもよい。
ｋ．ＬＥＤ１００は、フリップチップ搭載および／または成形ステップを伴い、抽出効率をさらに増進させてもよい。
１．ＬＥＤは、トンネル接合によって接続される複数の活性領域を有してもよい。
ｍ．複数の組成活性領域を使用して、例えば、異なる波長を放射してもよい。
ｎ．バッファ１１４は、例えば、デバイス１００が、粗面化された裏面１１８を有する格子整合した材料上に成長させられる場合、除去されてもよい。この場合、空気は、粗面化を効率的にするために必要とされる屈折率コントラストを提供する。自立性ＧａＮが利用可能である場合、粗面化される層１１８が依然として無傷である限り、バッファ層１１４は、除去可能である。
したがって、本発明は、ｎ型層１１２上のｐ型層１０６（活性領域１１０等、ｐ型層１０６とｎ型層１１２との間の追加層であってもよい）と、ｐ型層１０６のための第１のｎ型接点１２６と、ｐ型層１０６と第１のｎ型接点１２６との間にデバイス１００の駆動電流を伝達（または、太陽電池の場合、光起電装置によって供給される電力を伝送）するための第１のｎ型接点１２６とｐ型層１０６との間の１つ以上の中間層１０４および１０２と、ｎ型層１１２に対する第２のｎ型接点１２８とを備える、ＬＥＤ等の光電子デバイス１００を開示する。このように、１つ以上の中間層１０２は、ｎ型接点１２６をｐ型領域１０６に電気的に接続して、十分な電荷を伝送し、例えば、光電子デバイス１００からの光の放射に電力を供給してもよい。
その結果、光電子デバイス１００は、ｎ型接点１２６、１２８のみを有し、ｐ型接点がなくてもよく、電力は、第１のｎ型接点１２６および第２のｎ型接点１２８を介して供給される。
中間層１０４、１０２は、ｐ型層１０６とｎ型接点１２６との間の効率的トンネル輸送を可能にする、ｐ型層１０６とｎ型接点１２６との間に分極誘電トンネル接合１０２を備えてもよいが、これに限定されない。
中間層１０４、１０２は、分極誘電トンネル接合１０２とｎ型接点１２６との間に１つ以上のｎ型導電層１０４をさらに備えてもよい。１つ以上のｎ型導電層１０４は、ｎ型電流拡散層１０４であって、粗面化１２０によって生成される最小限の電気接触を補償してもよい。
さらに、粗面化されたｎ型表面１２２は、ＬＥＤ１００を終端し、光抽出を増強してもよく、ＬＥＤ１００は、ＬＥＤ１００のパターン化された基板１１６によて形成され、埋め込まれた裏面の粗面化を提供し得る、粗面化された裏面１１８を有してもよい。ＬＥＤ１００は、ＩＩＩ族窒化物を基材としてもよく、粗面化されたｎ型表面１２２は、粗面化されたＮ面であってもよい。
最後に、図１は、デバイス１００にｎ型接点１２６、１２８にみを加工するステップと、デバイス１００のｎ型上面１２２および底面１１８を粗面化するステップとを備える、光電子デバイスを加工するための方法を示す。粗面化は、光抽出を増強させる任意の表面テクスチャリングであってもよく、断続的および非断続的パターンを含むが、それらに限定されない。
（利点および改良点）
本発明のデバイスは、デバイスの２つの表面の粗表面によって、抽出効率が最大化されるという点において、現在の設計よりも優れている。デバイスの両面を粗面化することによって、単一面を粗面化することによって得られる効率が２倍となるはずである。加えて、上表面は、トンネル接合接触ｐ型層のため、その上に金属がほとんどなく、したがって、吸収損失は、理想的ではない反射性を有する半透明の接点または鏡を採用する現在の設計と比較して、最小となる。
本発明のデバイスは、デバイスの２つの表面の粗表面によって、抽出効率が最大化されるという点において、現在の設計よりも優れている。デバイスの両面を粗面化することによって、単一面を粗面化することによって得られる効率が２倍となるはずである。加えて、上表面は、トンネル接合接触ｐ型層のため、その上に金属がほとんどなく、したがって、吸収損失は、理想的ではない反射性を有する半透明の接点または鏡を採用する現在の設計と比較して、最小となる。
トンネル接合の目的は、デバイスに対して、すべてｎ型電気接点とすることを可能にすることである。トンネル接合は、表面の粗面化をより効果的に使用可能とする。上面の粗面化は、ｎ型層がなくても、可能かつ行なわれているが、ｎ型層は、より電導性であるため、接点面積を低減する。
また、本発明を使用して、ＬＥＤ以外のデバイスを加工してもよく、例えば、光起電装置を加工するために使用されてもよい。
（参考文献）
下記の参考文献は本明細書に参考として援用される。
下記の参考文献は本明細書に参考として援用される。
１． ２００５年１月２５日にＧａｒｄｅｒらに発行された米国特許第６，８４７，０５７号明細書（名称「Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅｓ」）。
２． ２００５年４月１２日にＭａｒｋ Ｒ．Ｈｕｅｓｃｈｅｎに発行された米国特許第６，８７８，９７５号明細書（名称「Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ Ｆｉｅｌｄ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｔｕｎｎｅｌ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ」）。
（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を終了する。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、例示および説明の目的として提示されている。包括的であること、または本発明および開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。上述の教示に照らして、本発明の本質から基本的に逸脱することなく、多くの修正例および変形例が可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって、限定されることを意図する。
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を終了する。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、例示および説明の目的として提示されている。包括的であること、または本発明および開示される正確な形態に限定することを意図するものではない。上述の教示に照らして、本発明の本質から基本的に逸脱することなく、多くの修正例および変形例が可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって、限定されることを意図する。
Claims (16)
- 光電子デバイスであって、
（ａ）ｎ型層上のｐ型層と、
（ｂ）該ｐ型層のための第１のｎ型接点と、
（ｃ）該ｐ型層と該第１のｎ型接点との間に該デバイスの駆動電流を伝達するための、該第１のｎ型接点と該ｐ型層との間の１つ以上の中間層と、
（ｄ）該ｎ型層のための第２のｎ型接点と
を備える、デバイス。 - ｎ型接点のみを有し、ｐ型接点を有しない、請求項１に記載の光電子デバイス。
- （１）前記光電子デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
（２）粗面化されたｎ型表面は、光抽出を増強させるために該ＬＥＤを終端させ、
（３）該ＬＥＤの電力は、前記第１のｎ型接点および前記第２のｎ型接点を介して供給される、請求項１に記載の光電子デバイス。 - 前記ＬＥＤは、粗面化された裏面を有する、請求項３に記載の光電子デバイス。
- 前記ＬＥＤは、パターン化された基板上に加工されて、埋め込まれた裏面の粗面化を提供する、請求項３に記載の光電子デバイス。
- 前記ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物を基材とし、前記粗面化されたｎ型表面は、粗面化された窒素面（Ｎ面）である、請求項３に記載の光電子デバイス。
- 前記ＬＥＤは、Ｎ面配向を有するエピタキシャル成長から成る、請求項６に記載の光電子デバイス。
- 前記中間層は、
（１）前記ｐ型層と前記ｎ型接点との間の効率的トンネル輸送を可能にする、該ｐ型層と該ｎ型接点との間の分極誘電トンネル接合と、
（２）該分極誘電トンネル接合と該ｎ型接点との間の１つ以上のｎ型導電層と
を備える、請求項１に記載の光電子デバイス。 - 前記１つ以上のｎ型導電層は、前記粗面化によって生成される最小の電気接触を補償するためのｎ型電流拡散層である、請求項８に記載の光電子デバイス。
- 前記分極誘電トンネル接合は、窒化アルミニウムであり、前記ｎ型導電層およびｐ型層は、窒化ガリウムである、請求項８に記載の光電子デバイス。
- ｎ型接点をｐ型領域に電気的に接続するための１つ以上の中間層を備え、該中間層は、前記光電子デバイスからの光の放射に電力を供給するために十分な電荷を伝送する、光電子デバイス。
- 前記中間層は、前記ｎ型接点と前記ｐ型領域との間の接合に空乏領域を生成し、該空乏領域は、該ｎ型接点と該ｐ型領域との間のトンネル輸送を可能にするのに十分に小さい、請求項１１に記載の光電子デバイス。
- 前記中間層は、分極誘電トンネル接合の上にｎ型層を備える、請求項１１に記載の光電子デバイス。
- 光電子デバイスを加工するための方法であって、
（ａ）ｎ型接点のみを該デバイスに加工することと、
（ｂ）ｎ型表面である該デバイスの上面と、該デバイスの底面とを粗面化することと
を備える、方法。 - 前記光電子デバイスは、ＩＩＩ族窒化物面（Ｎ面）発光ダイオード（ＬＥＤ）である、請求項１４に記載の方法。
- ＡｌＩｎＧａＮを基材とする光電子デバイスであって、
（ａ）粗面化された窒素面（Ｎ面）表面と、
（ｂ）同じく粗面化される、該粗面化されたＮ面表面と反対側の表面とを備え、
（ｃ）該表面は粗面化されて、該デバイスからの光抽出を増強させる、
光電子デバイス。
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