JP2011513953A - 電流注入／トンネル発光デバイス及び方法 - Google Patents

Abstract

装置及び該装置の製造方法である。いくつかの実施形態は、発光活性領域と、該活性領域と向かい合って隣接したトンネルバリア（ＴＢ）構造体と、該ＴＢ構造体と向かい合って隣接したＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）を有する発光デバイスであって、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は少なくとも一つの金属を含み、前記活性領域と実質的に格子整合された発光デバイスと、前記ＴＢ構造体と対向する活性領域に隣接して対向する導電型のIII属窒化物結晶構造体とを含む。いくつかの実施形態において、活性領域はＭＱＷ構造体を含む。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭは合金組成物を含み、金属電流インジェクターはＭＱＷのサブ帯域最小エネルギーポテンシャルに実質的に等しいフェルミエネルギーポテンシャルを有する。いくつかの実施形態は、さらに、第二のミラー（選択的にＧＥＭＭ）を含み、該第二のミラーとＴＢ−ＧＥＭＭとの間に光学キャビティーを形成する。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭの少なくとも一つは、基板上に成膜され、格子整合される。
【選択図】図２Ｂ

Description

この出願は、２００８年２月２５日に出願された米国仮特許出願第６１／０６６，９６０号の米国特許法第１１９条第（ｅ）項のもとでの利益を請求するものであり、参考までに本明細書にそのまま取り入れた。

前記出願は、２００７年８月３日に出願された、１又は２以上の共振反射器を持つ反射処理されたIII属窒化物発光デバイス及び該デバイス用の反射処理された成長テンプレート並びに方法と題する米国特許出願第１１／８８２，７３０号（弁理士ドケット５０６９．００１ｕｓｌ）と関連付けられており、あらゆる目的のために参考のためにここに取り入れた。

本発明は半導体発光体及びデバイスに関するものであり、さらに詳しくは、III属窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）のデバイス及び製法に関し、そのいくつかの実施形態は垂直構造のＬＥＤを提供するものであり、III属窒化物ＬＥＤ、ＧａＮをベースにしたＬＥＤ及び半導体レーザを選択的に含んでいる。

この発明はIII属窒化物をベースにした発光ダイオード（ＬＥＤ）に関連付けられている。過去１０年に渡って、III属窒化物をベースにした発光デバイスは、紫外、青及び緑光域の波長を有する光を出力するIII属窒化物をベースにしたデバイスの能力により顕著な注目を集めている。III属窒化物をベースにした発光デバイスを開発し、商業化するために費やされる顕著な資源にも拘らず、改善された効率、信頼性及び性能といった特徴を持つIII属窒化物をベースにした発光デバイスを実現するには、なお大きな困難と障壁が存在する。従来の標準的なIII属窒化物ＬＥＤは、後に低いポテンシャルの活性領域に注入する目的で、電子のポテンシャルがｎ型層の最小の導電帯域にあるように、電子が半導体デバイスに注入されることを要求する。初期の電子注入のポテンシャルレベルがＬＥＤを駆動するために要求される電圧を決定する。初めに電子が従来の標準的なＬＥＤ内に注入されると、電子のエネルギーが、ｎ型の最小の半導体導電帯域から、活性領域の最小のサブ帯域のエネルギーポテンシャルに落ち、ついで正のキャリアと結合して光子としてエネルギーを放出する。ｎ型導電帯域の底から活性領域の最小のサブ帯域への電子のエネルギーの初期の落ち込みは熱に変換され、エネルギーを無駄にする。この無駄にされたエネルギーは問題である、なぜならデバイスの信頼性の低下に帰着するので望ましくないからである。したがって電気エネルギーを光に変換するのに効率的であるＬＥＤが好ましい。そのうえ、従来のＬＥＤでは、電子は量子井戸を超えてｐ型の材料へと横移動し、該電子はデバイスの活性領域の外側のホールと再結合する、それゆえｎ型のＧａＮの導電帯域に電子を横移動させるために消費されたエネルギーが無駄になる。先に述べた制限を示す従来のＬＥＤ
の一例が先行技術の図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示されている。

２００３年９月２日にワングらに発行され、「非対称共振トンネルを持つ発光ダイオード」と題する米国特許第６６１４０６０号は、あらゆる目的のために、参考のためにそのままここに取り入れた。ワングらは、電荷非対称トンネルを持つ２つの井戸システムに基づくＬＥＤを記載しており、結合された第１及び第２の井戸を備え、一方が広い井戸であり、他方が活性量子井戸である。当該井戸は、共振トンネルバリアを介して結合され、当該共振トンネルバリアは量子トンネル電子に対し実質的に透過し、ホールに対してブロックする。

イトーらへの「III属窒化加工物半導体装置」と題する米国特許第６４２６５１２号は、あらゆる目的のために、参考のためにここに取り入れた。イトーらは、基板上に形成された金属性の窒化物層を含む下部被覆層を記載している。III属窒化化合物半導体層が当該下部被覆層上に連続的に形成されている。

グルップらへの「電気的接合での半導体のフェルミレベルのデピニング方法及び該接合を組み込んだ装置」と題する米国特許第７１７６４８３号は、あらゆる目的のために、参考のためにここに取り入れた。グルップらは、半導体（例えば、炭素、ゲルマニウム又はシリコンをベースにした半導体）、導電体及びそれらの間に設けられたインターフェース層を含む電気的接合を記載している。当該インターフェース層は、フェルミレベルをデピニングするために充分厚く、さらに、比コンタクト抵抗が約１０００Ω-μｍ²以下、ある場合には最小比コンタクト抵抗での接合をもたらすために充分薄い。

改善された発光ダイオード、とくにIII属窒化物ＬＥＤ、とりわけ共振トンネルバリアを用いるIII属窒化物ＬＥＤに対するニーズがある。

いくつかの実施形態において、本発明は、発光活性領域、前記活性領域と隣接し対向するトンネルバリア（ＴＢ）構造体、ＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を有する発光デバイスを含む装置であって、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が少なくとも１つの金属を含み、かつ前記活性領域である導電型III属窒化物結晶構造体と実質的に格子整合してなる装置を提供する。いくつかの実施形態は、導電型のIII属窒化物構造体と電気的に接続した電流伝導性のコンタクトをさらに含んでいる。前記装置のいくつかの実施形態において、活性領域は、選択的に複数の量子井戸（ＭＱＷ）を含んでいる。該装置のいくつかの実施形態において、活性領域のＭＱＷ構造体は、選択されたサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルを与えるために選択された幅の量子井戸を含み、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は、金属の電流注入部が前記ＭＱＷのサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルと実質的に同じフェルミ・エネルギーポテンシャルをもつような合金組成物を含む。

いくつかの実施形態で、本発明は発光デバイスを製造するための方法を提供している。この方法は、発光活性領域を形成し、トンネルバリア（ＴＢ）構造体を形成して、当該発光デバイスにおいてＴＢ構造体が前記活性領域と隣接し向かい合うようにし、ＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を形成して、当該発光デバイスにおいて該ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記ＴＢ構造体と隣接し向かい合うようにし、前記ＴＢ−ＧＥＭＭが少なくとも１つの金属を含み、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記活性領域と実質的に格子整合されて、導電型のIII属窒化物結晶構造体を形成して、当該発光デバイスにおいて該導電型のIII属窒化物結晶構造体が前記ＴＢ構造体と対向する前記活性領域と隣接し向かい合うようにしていることを含んでいる。いくつかの実施形態は、電流−導電コンタクトを形成して、当該発光デバイスにおいて、該電流−導電コンタクトが前記導電型のIII属窒化物と電気的に接続されることをさらに含んでいる。前記方法のいくつかの実施形態において、前記活性領域の形成は、複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造体を形成することを選択的に含んでいる。前記方法のいくかの実施形態において、前記活性領域のＭＱＷ構造体の形成は、選択されたサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルを与えるために選択された幅の量子井戸を形成することを選択的に含む。前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は、金属の電流注入部が前記ＭＱＷのサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルと実質的に等しいフェルミ・エネルギーポテンシャルをもつような合金組成物を含んでいる。

図１Ａは先行技術の複数量子井戸（ＭＱＷ）デバイス（１０２）又は（１０３）のエネルギーレベルの図（１０１）である。 図１Ｂは絶縁基板を有する先行技術のＭＱＷデバイス（１０２）のブロック図である。 図１Ｃは導電性基板を有する先行技術のＭＱＷデバイス（１０３）のブロック図である。 図２Ａは本発明のいくつかの実施形態によるＭＱＷデバイス（２０２）又は（２０３）のエネルギーレベルの図（２０１）である。 図２Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（２０１）のブロック図である。 図２Ｃは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（２０３）のブロック図である。 図２Ｄは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板と光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（２０４）のブロック図である。 図２Ｅは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（２０５）のブロック図である。 図２Ｆは本発明のいくつかの実施形態による、光が基板を介して発せられ得る絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（２０６）のブロック図である。 図２Ｇは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と薄い上側ＧＥＭＭ構造体をもち、当該ＧＥＭＭ構造体を介して発光せしめ、上側ＧＥＭＭから出射せしめるＭＱＷデバイス（２０７）のブロック図である。 図２Ｈは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板と、光学的キャビティーを形成するための薄い底部側ＧＥＭＭ構造体を有し、該底部側ＧＥＭＭ構造体および基板を介して光が発せられ得るＭＱＷデバイス（２０８）のブロック図である。 図２Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と、光学的キャビティーを形成しそこを介して発光せしめる薄い上側ＧＥＭＭ構造体とを有するＭＱＷデバイス（２０９）のブロック図である。 図３Ａは本発明のいくつかの実施形態による、ＭＱＷデバイス（３０２）又は（３０３）のブロック図（３０１）である。 図３Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（３０２）のブロック図である。 図３Ｃは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（３０３）のブロック図である。 図３Ｄは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板及び光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（３０４）のブロック図である。 図３Ｅは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板及び光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（３０５）のブロック図である。 図３Ｆは本発明のいくつかの実施形態による、光が基板を介して発せられ得る絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（３０６）のブロック図である。 図３Ｇは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と薄い上側ＧＥＭＭ構造体をもち、当該ＧＥＭＭ構造体を介して発光せしめ、上側ＧＥＭＭから出射せしめるＭＱＷデバイス（３０７）のブロック図である。 図３Ｈは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板と、光学的キャビティーを形成するための薄い底部側ＧＥＭＭ構造体を有し、該底部側ＧＥＭＭ構造体および基板を介して光が発せられ得るＭＱＷデバイス（３０８）のブロック図である。 図３Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と、光学的キャビティーを形成しそこを介して発光させることができる薄い上側ＧＥＭＭ構造体とを有するＭＱＷデバイス（２０９）のブロック図である。 図４Ａは本発明のいくつかの実施形態による、ＭＱＷデバイス（４０２）又は（４０３）のブロック図（４０１）である。 図４Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（４０２）のブロック図である。 図４Ｃは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（４０３）のブロック図である。 図４Ｄは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板及び光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（４０４）のブロック図である。 図４Ｅは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板及び光学的キャビティーを有するＭＱＷデバイス（４０５）のブロック図である。 図４Ｆは本発明のいくつかの実施形態による、光が基板を介して発せられ得る絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（４０６）のブロック図である。 図４Ｇは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と薄い上側ＧＥＭＭ構造体をもち、当該ＧＥＭＭ構造体を介して発光せしめ、上側ＧＥＭＭから出射せしめるＭＱＷデバイス（４０７）のブロック図である。 図４Ｈは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板と、光学的キャビティーを形成するための薄い底部側ＧＥＭＭ構造体を有し、該底部側ＧＥＭＭ構造体および基板を介して光が発せられ得るＭＱＷデバイス（４０８）のブロック図である。 図４Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と、光学的キャビティーを形成しそこを介して発光させることができる薄い上側ＧＥＭＭ構造体とを有するＭＱＷデバイス（４０９）のブロック図である。 図５Ａは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（５０２）のブロック図である。 図５Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（５０３）のブロック図である。 図６Ａは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（６０２）のブロック図である。 図６Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（６０３）のブロック図である。 図７Ａは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（７０２）のブロック図である。 図７Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（７０３）のブロック図である。 図８Ａは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（８０２）のブロック図である。 図８Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（８０３）のブロック図である。 図９Ａは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（９０２）のブロック図である。 図９Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（９０３）のブロック図である。 図１０は本発明のいくつかの実施形態による、ＭＱＷ装置のエネルギーレベルの図（１０００）である。 図１１は本発明のいくつかの実施形態による一方法（１１００）のフローチャートである。

好ましい実施形態のつぎの詳細な説明において、図示によって本発明が実施され得る特定の実施形態が示される、当該実施形態の一部を形成する添付図面について言及する。本発明の範囲から逸脱せずに、他の実施形態が使用され得ること、そして構造的な変更がなされ得ることは理解される。

図面において現れる参照符号の先頭の桁は、一般的に、要素が最初に導入される図面の番号に対応し、その結果、全体を通して同一の参照符号が用いられ、複数の図面に現れる同じ要素を引用している。記号及び引出しは同じ参照数字又は符号によって引用され得るのであり、実際の意味は、当該説明の文脈から明らかになるであろう。

エピタキシャル成長した金属の種々の形態を含むデバイスの構造が記載されている。ここで用いられているように、これらの埋め込まれたミラー（乃至はミラーの形態）はエピタキシャル成長した金属ミラー（ＧＥＭＭ）又はＧＥＭＭ層という。いくつかの実施形態において、当該ＧＥＭＭ層は、（例えば、該ＧＥＭＭ層の作用効果をすることによって）複数の量子井戸（ＭＱＷ）内への正孔のトンネル効果を促進するように構成される。

本説明に用いられているとおり、
一方の構造体が主面を有し、該主面の少なくとも一部が他の構造体の主面の一部と向かい合い、当該主面同士が互いに近接するか、又は接するように隣接する場合に、二つの構造体は互いに「向かい合って隣接」をしているのであり、
一方の構造体が縁を有し、該縁の少なくとも一部が他の構造体の縁の一部に近接しているか、または接触している場合に、二つの構造体は互いに「縁の隣接」をしているのであり、
他の構造体と「向かい合って隣接」をしているか又は「縁の隣接」をしているかのいずれかである場合、二つの構造体は互いに「隣接」しているのであり、
一方の構造体が主面を有し、当該一方の構造体の主面の少なくとも一部が他の構造体の主面の一部と向かい合っている場合に、「向かい合う接触」をしているのであり、
一方の構造体が縁を有し、該縁の少なくとも一部が他の構造体の縁の一部と接している場合に、二つの構造体は、互いに「縁接触」をしているのであり、
一方の構造体は、「向かい合って接触」をしているか、または「縁接触」をしているのかのいずれかである場合に、二つの接触体は互いに「接触」をしているのである。

本説明に用いられているとおり、「二重ヘテロ接合（double heterojunction）」との用語は、小さいバンドギャップを有する半導体層が、大きいバンドギャップを有する二つの半導体層の間に介装される半導体材料の構造を言う。

本説明に用いられているとおり、「量子井戸（ＱＷ）」との用語は、小さいバンドギャップを有する半導体層が大きいバンドギャップを有する二つの半導体層の間に介装され、当該小さいバンドギャップ半導体層の厚さが、伝導帯割れと価電子帯割れが当該小さいバンドギャップの半導体層で発生するように厚さである、半導体層材料の構造を言う。

本説明に用いられているとおり、「複数の量子井戸（ＭＱＷ）」との用語は、前記ＱＷが互いに隣接するように設けられた複数の量子井戸を有する構造を言う。いくつかの実施形態で、本発明は、略二つの量子井戸と略四つの量子井戸及びその間、四つの量子井戸と八つの量子井戸及びその間、八つの量子井戸と十二の量子井戸及びその間、又は１２を超える量子井戸を有するＭＱＷを含んでいる。いくつかの実施形態において、当該量子井戸の波動機能（wave function）が重畳するように当該量子井戸が充分に厚い場合、当該量子井戸は「超格子量子井戸構造」と呼ばれる。

本説明に用いられているとおり、「トンネルバリア」との用語は、荷電キャリア（即ち、電子及び正孔）を量子−機械的に通ってトンネル効果せしめるに充分に薄い材料（例えば、半導体、絶縁、導電性など）の薄層を言うが、通常の電流実質的なバリアではない。いくつかの実施形態において、トンネルバリアは約１オングストロームと１５０オングストロームの間の範囲の厚さを有し、いくつかの他の実施形態においてトンネルバリアは約１オングストロームと１０オングストロームの範囲、１０オングストロームと１５オングストロームの間、１５オングストロームと２０オングストロームの間、２０オングストロームと３０オングストロームの間、３０オングストロームと４０オングストロームの間、４０オングストロームと５０オングストロームの間、５０オングストロームと７５オングストロームの間、７５オングストロームと１００オングストロームの間、１００オングストロームと１２５オングストロームの間、又は１２５オングストロームと１５０オングストロームの間の厚さを有し、当該範囲のおのおのは、両端点を含んでいる。いくつかの
実施形態において、トンネルバリアの厚さ及び量子井戸の厚さはエネルギー割れに寄与し、それゆえトンネルバリア／活性領域の複合した構造体のフェルミレベルを調節するために用いられ得る。

本説明において用いられているとおり、「共振トンネルバリア」（ＲＴＢ）との用語はトンネルバリアを言い、当該トンネルバリアの一方の側の材料のエネルギーレベルは当該トンネルバリアの他方の側の材料のエネルギーレベルと同じか、又は略同じである。いくかの実施形態において、前記ＲＴＢの一方の側の金属の仕事関数（work function）に依存して、ＲＴＢが正孔又は電子のいずれかと同調をとり、他とは同調をとらないように構成されるのが好ましい。その場合、ＲＴＢのいずれかの側における二つのエネルギーレベルの共振によりＲＴＢを介して荷電キャリアが同調をとる確率が増大する。

いくつかの実施形態において、本発明は発光用の半導体をベースにしたデバイスを提供し、さらに詳しくは、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＩｎＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮなどを含む発光用のIII属窒化物半導体をベースにした装置を提供するものである。いくつかの実施形態において、本発明は発光デバイスを提供するのであり、すなわち、III属窒化物以外からの半導体、例えばIV属半導体、III−V属半導体、II−VI属半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＰ、ＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＧａＳｂ、ＧａＳｂＡｓ、ＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｌＰ、ＩｎＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＧａＩｎＡｓ、ＡｌＮ、ＺｎＳｅ及びＳｉＣなどを使用する発光デバイスを提供する。いくつかの実施形態において、本発明の発光デバイスは、先に特定された半導体及び当該先に特定された発光デバイスの多層の種々の化学量論的化合物を使用している。いくつかの実施形態において、（量子井戸、量井戸バリア、ブロック層などを含む）本発明において用いられているとおりの半導体層は前述したリストの半導体材料を含んでいる。

いくつかの実施形態において、本発明の発光デバイスは基板又は成長したテンプレートと、当該基板又は成長したテンプレート上でその後成長又は形成したデバイス活性層を用いて形成される。いくつかの実施形態において、本発明に使用される基板又は成長したテンプレートは、例えば、垂直、フリップチップ又は上側コンタクト、上側光出力、基板光出力など）特有のデバイス構造を達成し、特有の光出力を達成し、大容量の製造コストを低減し、或いは性能を最適化するように選択される。いくつかの実施形態において、基板又は成長したテンプレートは、シリコン、サファイア、炭化ケイ素、酸化亜鉛、スピネル、ＧａＡｓ、ＧａＮ、ＩｎＰ、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４、ＡｌＮ、ＧａＰ、ＭｇＯ、ＬｉＧａＯ_２、ＬｉＡｌＯ_２、ＮｄＧａＯ_３、ＳｃＡｌＭｇＯ_４、Ｃａ_８Ｌａ_２（ＰＯ_４）_６Ｏ_２、Ｚｒ、Ｈｆ、ＳｃＮ、ＴｉＮ、ＮｂＮ、Ｚｒ_ｘＨｆ_{（１−ｘ）}Ｂ_２又はＺｒ_ｘＨｆ_{（１−ｘ）}Ｎなどを含み、ｘは０と１を含みその間である。いくつかの実施形態において、レーザーリフトオフ、ウェットエッチング、ドライエッチングなどの種々の技術によって選択的に除去される。

いくつかの実施形態において、バッファー層またはバッファー構造体が、デバイスの質に係る材料の特徴（例えば、表面粗さ、転移密度、格子常数など）を有する材料を供給し、ついで、当該バッファー層またはバッファー構造体の上に活性デバイス層を成長させるために、活性デバイス層を成長させる前に、基板上に形成される。いくかの実施形態において、本発明に使用されるバッファー層は、ドープされた半導体層及びドープされていない半導体層、導電性層、絶縁層または半導体層、導電体層などの一種又は二種以上の組み合わせを含む。いくかの実施形態において、当該バッファー層は、ｐ型のドープされたＧａＮ、ｎ型のドープされたＧａＮ、固有的にドープされたＧａＮ（意図されずにドープされたＧａＮ）、ＳｉＧｅ、ＡｌＮ、ＺｒＮ、Ａｌ、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＧａＯ、組み合わせた層及び多層などを含み得る。いくつかの実施形態において、当該バッファー層は、基板上に成長した２ミクロンの厚さを有する固有的にドープされて成長したＧａＮを含んでおり、いくつかの実施形態において当該バッファー層は、基板上に成長させ、約２ミクロンの厚さを有するシリコンがドープされ、成長したＧａＮ（すなわち、ｎ型のドープされたＧａＮ）層を含んでいる。

いくつかの実施形態において、当該発光デバイスは、基板又は成長テンプレート上、バッファー層上、若しくはデバイスの品質に係る特徴を有するデバイス構造体の他の層上に直接形成され得るエピタキシャル成長した金属ミラー（ＧＥＭＭ）を含んでいる。いくつかの実施形態において当該ＧＥＭＭは、そのバルク材料特性により完全に非透過性又は高い反射性をもって成長され得るか、または単にＧＥＭＭ成長時間、すなわちエピタキシャル成長の間の厚さを調整することによって異なるデバイス構造体の要件適合する半透過性をもって成長され得るのである。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭに使用される材料はIII属の窒化物層の格子常数と密に整合し、かつデバイスに係る品質の特徴を有している。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ層は、分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflectors）（ＤＢＲ）や非エピタキシャルミラーなどの従来の発光デバイス構造体の構成要素に比して多くの利点を有する。例えば、ＧＥＭＭ層は、ＤＢＲのように欠陥や亀裂を引き起こす半導体層の交互多層化をする必要がない。追加的に、ＧＥＭＭ層は、電流注入と電流分布を増大させるために導電層として使用され得る。その上さらに、優れた電流分布が、静電放電の信頼性を増大させ得るのである。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ層の厚さは約１ｎｍ〜約１５０ｎｍの間であり、ＧＥＭＭ層は部分的に伝達性を有している。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ層の厚さは約１５０ｎｍ〜約１ミクロンの間であり、ＧＥＭＭ層は高い反射性を有している。

いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ層は、Ｚｒ、ＨｆといったIV属のホウ素化合物（Ｈｆ_ｘＺｒ_１−ｘ、ここにｘは０と１を含むその間）、ＺｒＢ_２、ＨｆＢ_２、ＹＢ_２および（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＹ_ｚＢ_２、ここにｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘとｙとｚはおのおの０と１を含むその間）といった遷移金属の２価のホウ素化合物耐火性の金属及び／又は金属化合物、並びにＺｒＮ、ＨｆＮ、ＴｉＮ、ＹＺｒＮおよび（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＹ_ｚＮ、ここにｘ＋ｙ＋ｚ＝１、ｘとｙとｚはおのおの０と１を含むその間）といった遷移金属窒化物を含み得る。

いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ用の材料は、発光デバイスに設けられる、充分なデバイスの品質を有する基板又は成長テンプレート若しくはバッファー層又は他の層と密に格子整合されて成長し得る種々の金属及び金属化合物を含んでおり、高い転移密度によって引き起こされる厄介なことや、性能低下を回避する。いくつかの実施形態において、当該ＧＥＭＭの材料は、前記発光デバイスに設けられ、充分なデバイスの品質を有する基板や成長テンプレート、バッファー層若しくは他の層と整合するようにされた熱膨張性を有し、これによって、亀裂や転移密度の可能性を低減させている。いくつかの実施形態において、当該ＧＥＭＭ材料層は、金属−有機化学蒸着法（Metal-Organic Vapor Deposition）（ＭＯＣＶＤ）、パルスレーザー成膜法（Pulsed Laser Deposition）（ＰＬＤ）、スマートシャッタリング金属変調閉ループ分子ビームエピタキシー、有機−金属蒸気相エピタキシー（ＯＭＶＰＥ）、分子ビームピタキシー（ＭＢＥ）、水素化物蒸気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）、物理的蒸気成膜（ＰＶＤ）などを用いて成長させる。

いくつかの実施形態において、デバイス品質に係るＧＥＭＭは、従来のIII属窒化物半導体発光エピタキシャル積層の活性領域を結合しているｐ型III属窒化物層の代わりに使用され得るいくつかの実施形態において、ＧＥＭＭは問題のある静電放電損失を低減し得る。

いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭ材料のバルク導電性は、III属窒化物をベースにした発光構造体に、一般的に取り込まれた適度にドープされたｎ型のIII属窒化物層よりも約５倍〜約３０倍の導電性を有している。当該ＧＥＭＭの高い導電特性は、デバイスを横切る電子キャリアの輸送を改善するために機能し、これによって電流の経路を作り、それゆえ、望まれない静電放電の衝撃を減少する。

いくつかの実施形態において、本発明の発光デバイスは光を発生するためにデバイス構造体に形成された活性領域を含んでおり、当該活性領域は、電気的に励起された電子が正孔によって結合して特定の波長を有する電子を発生する一又は二以上の半導体材料を含んでいる。いくつかの実施形態において、発光デバイスの活性領域はダブル・ヘテロ接合又は量子井戸（ＱＷ）構造体若しくは複数量子井戸（ＭＱＷ）構造体を含み得る。いくつかの実施形態において、当該ダブル・ヘテロ接合の活性領域は、約２００オングストロームと約５ミクロンの間の厚さを有し、約２オングストロームと約２５オングストロームの間の厚さを有する共振トンネルバリア（ＲＴＢ）と、約２００ｎｍと約５ミクロンの間の厚さを有するｐ型ＧａＮ（すなわち、マグネシウムがドープされたＧａＮ）層との間に介装されたＩｎＧａＮの層を含んでいる。いくつかの実施形態において、ＱＷ活性領域構造体は、約５オングストロームと２００オングストロームの間の厚さを有し、約２オングストロームと約１００オングストロームの間の厚さを有する共振トンネルバリア（ＲＴＢ）と、約２００ｎｍと約５ミクロンの間の厚さを有するｐ型ＧａＮ（すなわち、マグネシウムがドープされたＧａＮ）層との間に介装されたＩｎＧａＮの層を含んでいる。いくつかの実施形態において、ＭＱＷ活性領域構造体は、３つのＱＷを有し、
おのおのが、約５オングストロームと２００オングストロームの間の厚さを有し、
約２オングストロームと約５０オングストロームの間の厚さを有する共振トンネルバリア（ＲＴＢ）と、約２５オングストロームと約１５０オングストロームの間の厚さを有するｉ−ＧａＮ層との間に介装された第一のＩｎＧａＮと、
おのおのが約２５オングストロームと約１５０オングストロームの間の厚さを有する二つのｉ−ＧａＮ層の間に介装された第二の（すなわち、中間）ＩｎＧａＮ層と、
約２５オングストロームと約１５０オングストロームの間の厚さを有するｉ−ＩｎＧａＮと、
約２００ｎｍと約５ミクロンの厚さを有するｐ型のＧａＮ（すなわち、マグネシウムがドープされたＧａＮ）層との間に介装された第三のＩｎＧａＮ層
とからなるＩｎＧａＮの複数の層を含んでいる。

いくつかの実施形態において、本発明は、ＧＥＭＭ層と向かい合う活性領域側に設けられる第二のミラーを提供している。いくつかの実施形態において、当該第二のミラーは、当該装置からの光の出力を促進するために、活性領域によって発せられた光を反射し、及び／又はＧＥＭＭ層と第二のミラーの間の距離によって規定される光学キャビティー長を有する光学キャビティーを形成するために用いられる。いくつかの実施形態において、第二のミラーは、つぎの、高反射性のミラー、部分的に反射し部分的に伝達するミラー、ＧＥＭＭ、分布ブラッグ反射器、透過性を有する伝導ミラー（例えば、インジウム・チン・オキサイド（ＩＴＯ））、界面ミラー、金属ミラー、半導体と空気などとの間の界面のうちの少なくとも一つを含んでいる。いくつかの実施形態において、第二のミラーは、他のいずれにも適合し得るミラー構造体である。

本説明に用いられているとおり、「トンネルバリアＧＥＭＭ」（「ＴＢ−ＧＥＭＭ」）（「活性領域ＧＥＭＭ」（「ＡＲ−ＧＥＭＭ」）とも言う）という用語は、トンネルバリア又はＲＴＢの隣に設けられるＧＥＭＭ層のことを言い、トンネルバリア又はＲＴＢを通ってトンネル効果を起こす荷電キャリアを供給するために使用される。本説明に用いられているとおり、「光学キャビティーＧＥＭＭ（「ＯＣ−ＧＥＭＭ」）」という用語は、トンネルバリア又は第二のミラーとして用いられるのであり、ＲＴＢを通ってトンネル効果を起こす荷電キャリアを供給するために使用されない。いくつかの実施形態において、第一のＧＥＭＭはＡＲ−ＧＥＭＭであり、第二のミラーは光学キャビティーを形成するために構成されるＯＣ−ＧＥＭＭであり、活性領域が該ＡＲ−ＧＥＭＭとＯＣ−ＧＥＭＭの間に設けられている。

いくつかの実施形態において、本発明は、半導体トンネルバリア又は半導体ＲＴＢのフェルミレベルを解放して、ＡＲ−ＧＥＭＭの界面でぶらさがっているボンド及び半導体トンネルバリアがなくなり、半導体のフェルミレベルでの金属に誘起される間隙の状態（ＭＩＧＳ）が低減するために、ＡＲ−ＧＥＭＭと半導体トンネルバリアとの間、又はＡＲ−ＧＥＭＭと半導体ＲＴＢとの間に位置づけられた界面絶縁層を提供するものである。半導体トンネルバリアフェルミレベルが解放されると、ついでＡＲ−ＧＥＭＭの動作関数が調整されて、ＡＲ−ＧＥＭＭのフェルミレベルがＱＷ又はＭＱＷ構造体の活性領域の導電帯域の第一サブ帯域と整列し、共振トンネル効果を促進するか、又はＡＲ−ＧＥＭＭのフェルミレベルがダブル・ヘテロ接合の活性領域の小さい帯域ギャップの半導体の導電帯域と整列して共振トンネル効果を促進する。いくつかの実施形態において、トンネルバリア層は前記界面絶縁層の機能も与えている。すなわち、トンネルバリア層は、活性領域のフェルミレベルを解放し、選択された荷電キャリアが量子井戸のサブ帯域・ポテンシャルまで通ってトンネル効果を起こすトンネルバリアを設ける。いくつかの実施形態において、前記界面層は、例えば、窒化物、フッ化物、酸化物、窒素酸化物、水素化物及び／又は半導体のヒ化物といった保護材料（passivation material）を含み、場合によっては分離層をも含む。他の実施形態においては、他の絶縁材料が保護のために用いられる。いくつかの実施形態において、保護材料は本質的に保護材料の単層からなるか、又はＧＥＭＭのフェルミレベルを半導体の導電帯域、半導体の価電子帯域、活性領域のサブ帯域と整列させる厚さを有するか、又は半導体のフェルミレベルから独立してもよい。いくつかの実施形態において、前記界面層又はトンネルバリアは、界面層として機能する場合、（トンネルバリア、量子井戸層、量子井戸ブロック層などを含む）ＧＥＭＭ層と半導体層とのあいだの界面で非輻射再結合を低減するか実質的になくするために用いられる。

いくつかの実施形態において、本発明はダブルＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体を含む発光デバイスを提供するものである。すなわち、いくつかの実施形態において、発光ダイオードの活性領域が当該活性領域のおのおのの面上にＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体を含んでおり、その結果、当該活性領域の第一の面上の第一のＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体が、電子を前記第一のＴＢ−ＧＥＭＭから前記第一のトンネルバリアを経由して前記活性領域の電子ポテンシャルレベル内にトンネル効果を生ぜしめ、当該活性領域上の対向する第二の面上の第二のＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体が、正孔を前記第二のＴＢ−ＧＥＭＭから前記第二のトンネルバリアを経由して前記活性領域の正孔ポテンシャルレベル内にトンネル効果を生ぜしめるものである。いくつかの実施形態において、当該ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体のうちの一または二つともが充分に薄く製造されて、当該活性領域の正孔及び電子の組み合わせによって生じた光を発するのである。いくつかの実施形態において、第一のＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体は、前記活性領域から第一のＴＢ−ＧＥＭＭまで正孔がトンネル効果を起こすことを防止するバリアを設けながら、電子が第一のトンネルバリアを通って前記活性領域までトンネル効果を生ぜしめるように構成されている。いくつかの実施形態において、前記第二のＴＢ−ＧＥＭＭ／トンネルバリア構造体は、前記活性領域から前記第二のＴＢ−ＧＥＭＭまで電子がトンネル効果を起こすことを防止するバリアを設けながら、正孔が前記第二のトンネルバリアを経由して前記活性層までトンネル効果を生ぜしめるように構成されている。それゆえ、当該層は「トンネルバリア層」と呼ばれている。

いくつかの実施形態において、本発明は、当該発光デバイスの光出力又は抽出効率を改善又は促進する発光抽出構造体を提供し、凹凸のある光面（roughened light surface）、光子結晶などを含むものである。光抽出構造体のいずれの組み合わせもＧＥＭＭと結合され得るのであり、活性領域の一方の側又は両方の側での複数の光抽出構造体の組み合わせなどの複数の変形が採用され得る。

いくつかの実施形態において、本発明は、促進された光抽出のために光学キャビティー効果を利用するデバイス構造体を提供するものであり、当該光抽出は、光抽出特徴及び種々の構成に関して、最適化された厚さと配置とをもつ活性領域を含んでいる。いくつかの実施形態において、促進された光抽出をもつデバイス構造体は、共振キャビティー発光デバイス（ＲＣＬＥＤ）又はマイクロキャビティー発光デバイス（ＭＣＬＥＤ）を含んでいる。いくつかの実施形態において、定常波が、前記活性領域によって発せられた光とＧＥＭＭによって反射した光との間の干渉、及び／又は前記活性領域によって発せられた光と当該ＧＥＭＭと対向して設けられた第二のミラーによって反射した光との間の干渉、及び／又はＧＥＭＭによって反射した光と当該ＧＥＭＭと対向して設けられた第二のミラーによって反射した光との間の干渉によって発生する。いくつかの実施形態において、当該発光デバイスの活性領域は、発光デバイスの抽出効率が改善されるように、上で特定した方法で発生した定常波の腹に位置づけられる。これによって光はいくつかのモード（又は単一のモード）に向けられて、ＬＥＤから伝搬する光の量を増大させる。光学キャビティーデバイスによって発生した光は、標準的な発光デバイスに比して多方向性であり、スペクトル的にきれいである。

いくつかの実施形態において、基板側から離れたデバイス構造体の上部から伝播する。他の実施形態において、光は、「フリップチップ」の形態で、当該デバイス構造体の底部の透明基板から伝播する。いくつかの実施形態において、光は複数の方向に出る。

本説明で使用されているとおりの「成長テンプレート」という用語は、結晶性界面又は基板であって、当該界面又は基板上でエピタキシャル材料が成長する。

本説明で使用されているとおりの「共振キャビティー」という用語は、固体発光デバイスにおける光出力を促進するためにもちいられる共振光学キャビティーを言う。例えば、いくつかの実施形態において、共振キャビティーは、ＭＱＷ活性領域と反射器との間の反射光が、他のエネルギー消耗性の機構に比して好ましい光学モードを形成するように、ＭＱＷ活性領域と僅かに離間した反射器との間で共振キャビティーが形成される。いくつかの実施形態において、ＭＱＷの一方の側から離間した第一のミラーと当該ＭＱＷとの間、ＭＱＷの他方の側から離間した第二のミラーと当該ＭＱＷとの間、又は当該第一及び第二のミラーの間に形成される。

本説明で使用されているとおりの「マイクロキャビティー」という用語は、固体発光デバイスの光出力を促進するために用いられる非常に小さい共振光学キャビティーのことを言う。例えば、いくつかの実施形態において、マイクロキャビティーはＭＱＷ活性領域と僅かに離間した反射器との間に形成され、その結果、ＭＱＷ活性領域と反射器との間で反射する光が、他のエネルギー消耗機構に比して好ましい光学モードを形成する。いくつかの実施形態において、マイクロキャビティーはＭＱＷの一方の側から離間した第一のミラーと当該ＭＱＷとの間、ＭＱＷの一方の側から離間した第二のミラーと当該ＭＱＷとの間、又は当該第一のミラーと第二のミラーとの間に形成される。

いくつかの実施形態において、本発明の発光デバイス構造体は、光学キャビティーがＴＢ−ＧＥＭＭ層と第二のミラー層との間に形成されており、レーザー光を出力する半導体レーザーを形成するために使用される。

本説明で使用されているとおりの「光子結晶支援型発光体」という用語は、一次元（Ｄ）、二次元（２Ｄ）、又は三次元（３Ｄ）の固体構造体であって、周知の光子結晶の原理（例えば、ジョン ディー．ジョアノプロスら著、ホトニック クリスタルズ：モールディング ザ フロー オブ ライト（第二巻）、２００８年２月１１日、プリンストンユニバーシティー・プレス刊、ＩＳＢＮ番号１３：９７８−０６９１１２４５６８参照）に従って形成される。

本発明のいくつかの実施形態は改善されたＬＥＤを含んでおり、「１または２以上の共振反射器をもつIII属窒化物発光デバイス、該装置用の反射的に加工された成長テンプレート並びに方法（特許弁護士ドケット５０６９．００１ｕｓ１）」と題するアメリカ特許出願第１１／８８２，７３０号に記載されているが、この出願に限定されることはないものの、あらゆる目的のために、すべて参考までに本明細書に取り入れた。装置のいくつかの実施形態において使用された一つの材料と構造体はエピタキシャル成長金属ミラー（本説明においてＧＥＭＭという）は電極として使用される。いくつかの実施形態において、ＧＥＭＭはその後の層のための成長テンプレートとしても用いられ、反射ミラーはマイクロキャビティー発光デバイス、共振キャビティー発光体、又は光子結晶支援型発光体など若しくはこれらのすべての組み合わせとして使用される。いくつかの実施形態において、このＧＥＭＭ層は、１つのバリアーまたはいくつかのバリアーを介して、従来のＬＥＤの注入電子ポテンシャルに比して低減された電子注入で活性領域中に荷電キャリアを注入するために用いられ、発光ダイオードを駆動するのに要する電圧を低減し、デバイスの活性領域内の電子と正孔の組み合わせの効率的なプロセスを支援する。

図１Ａは従来の複数量子井戸（ＭＱＷ）装置（１０２）又は（１０３）のエネルギーレベル図（１０１）である。この図において、以下の参照符号は、
９８＝正の荷電キャリア「正孔」
９９＝電子
１１２＝絶縁基板との格子整合を促進するために使用されるバッファー層
１１３＝ｎ型ＧａＮ
１１４＝全体として活性領域であり、（１１４Ａ）〜（１１４Ｅ）を含む
１１４Ａ、１１４Ｃ、１１４Ｅ＝第一量子井戸、選択的な第二量子井戸、追加の第三量子井戸
１１４Ｂ、１１４Ｄ＝第一量子井戸バリア、選択的に追加の第二量子井戸
１１５＝電流ブロック層
１１６＝ｐ型ＧａＮ
１１７＝前記ｐ型ＧａＮと接触する上側電子
１２２＝導電性基板との格子整合を促進するために使用されるバッファー層
１２７＝ＴＢ−ＧＥＭＭと接触させるための上側電子コンタクト
１２８＝底側電子コンタクト
１２９＝いくつかの実施形態で使用される絶縁基板
を言う。

図１Ｂは、絶縁基板（１２９）を有する先行技術のＭＱＷデバイス（１０２）のブロック図である。デバイス（１０２）は基板（１２９）上にバッファー層（１１２）を成膜することによって形成される。ｎ型ＧａＮ（１１３）の格子構造が基板バッファー（１１２）の格子構造と整合し、ｎ型ＧａＮ（１１３）が良好に処理された結晶テンプレートを形成し、当該結晶テンプレート上に高品質の活性領域（１１４）が成長され得るようにするために、ｎ型ＧａＮ（１１３）の層を基板バッファー（１１２）上に成長させる。ｐ型ＡｌＧａＮ層（１１５）は活性層（１１４）上に成長され、ｐ型ＧａＮ層（１１６）はｐ型ＡｌＧａＮ層（１１５）上に成長され、そしてｐ型コンタクト構造体（１１７）がｐ型ＧａＮ層（１１６）上に形成されて、発光ＭＱＷデバイス（１０２）用に適合し得る電気的コンタクトを設けている。

図２Ｃは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（１０３）のブロック図である。デバイス（１０３）は、デバイス（１０３）の導電性基板（１２８）がデバイス（１０２）の基板（１２９）と置き換わっていることを除いて、図１Ａのデバイス（１０２）と実質的に同じである。

図２Ａは、本発明のいくつかの実施形態によるＭＱＷデバイス（２０２）（図２Ｂに示されるとおりである）（２０１）、又は（２０３）（図２Ｃに示されるとおりである）、又は（２０４）（図２Ｄに示されるとおりである）、又は（２０５）（図２Ｅに示されるとおりである）、又は（２０６）（図２Ｆに示されるとおりである）、又は（２０７）（図２Ｇに示されるとおりである）、又は（２０８）（図２Ｈに示されるとおりである）、又は（２０９）（図２Ｉに示されるとおりである）のエネルギーレベル図である。図２Ａ〜２Ｉにおいて（本件の他のすべての図も同様）、以下の参照符号は、
９８＝「正孔」−正の荷電キャリア
９９＝電子−負の荷電キャリア
２１１＝いくつかの実施形態に使用される導電性基板
２１２＝絶縁基板に対する格子整合を促進するために使用されるバッファー層
２１４＝活性領域であって、ＳＱＷ、ＭＱＷ又はヘテロ接合が設けられる
２１４Ａ、２１４Ｃ、２１４Ｅ＝トンネルバリア間、又はダブルヘテロ接合層間の第一の量子井戸、選択的な第二の量子井戸、追加の量子井戸
２１４Ａ、２１４Ｄ＝第一の量子井戸バリア、選択的に追加の量子井戸バリアが、選択的に１または２以上の追加の量子井戸２１４Ｃ、２１４Ｅを形成する追加のトンネル層／ｉ−ＧａＮ層を形成する
２１６＝上側ｐ型ＧａＮ（他の実施形態ではｎ型ＧａＮであってもよい）
２１７＝前記ｐ型ＧａＮと接触する上側電気的コンタクト
２２０＝底側のトンネルバリア・エピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）
２２１＝トンネルバリア層（これがドープされている実施例があれば、本質的にドープしている実施例もある）
２２２＝導電性基板に対する格子整合を促進するために使用されるバッファー層
２２５＝金属ミラーがエピタキシャル成長した上側の光学キャビティー（ＯＣ−ＧＥＭＭ）
２２６＝前記ＯＣ−ＧＥＭＭと接触させるための上側の電気的コンタクト
２２７＝前記ＴＢ−ＧＥＭＭと接触させるための上側の電気的コンタクト
２２８＝底側の電気的コンタクト
２２９＝いくつかの実施形態において使用される絶縁基板
２５０＝上側のＴＢ−ＧＥＭＭ（薄いか又は厚いバージョン）
２５５＝底側のＯＣ−ＧＥＭＭ
２５６＝絶縁基板用の底側のｐ型ＧａＮ（代替的にｎ型ＧａＮ）
２６０＝上側のＴＢ−ＧＥＭＭ（薄いバージョン）
２６１＝ｐ型ＧａＮにおける導電サブ帯域（２７２）とフェルミエネルギーレベル（２７０）との間のエネルギー差として規定された電圧（「Ｖ」）
２６２＝発せられた光子であって、導電サブ帯域レベル（２７２）と原子価サブ帯域のエネルギーレベル（２７１）との間のエネルギー差である
２６６＝導電性基板（代替的にｎ型ＧａＮ）のための底側ｐ型ＧａＮ
２７０＝当該ｐ型ＧａＮにおけるフェルミレベルエネルギー
２７１＝活性領域中の第一原子価サブ帯域
２７２＝活性領域中の第一導電サブ帯域

いくつかの実施形態において、電子（９９）は、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）の金属組成物のフェルミ・エネルギーレベルで（トンネルバリア構造体（２２１）の他方の側と同じエネルギーレベルで残りつつ電子がトンネル効果を起こすために、サブ帯域エネルギー（２７２）において、または略サブ帯域エネルギーレベルで）、（図２Ａのエネルギーレベル図（２０１）に対して右方に、又は図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ若しくは図２Ｅのそれぞれデバイス（２０２）、（２０３）、（２０４）若しくは（２０５）に対して上方に、又は図２Ｆ、図２Ｇ、図２Ｈ若しくは図２Ｉのそれぞれデバイス（２０６）、（２０７）、（２０８）若しくは（２０９）に対して下方に）流れる。量子井戸へのエネルギーの落下する（例えば、図１ＡのＱＷ（１１４Ａ）、（１１４Ｃ）及び（１１４Ｅ）内に電子（９９）が落下する）よりは、図２Ａの電子（９９）はトンネルバリア層（２２１）（当該トンネルバリア層は量子のトンネル効果を許すが、通常の電子の流れに対してはバリアである）を通って量子井戸（２１４Ａ）にトンネル効果を起こす（および追加の量子井戸を有するデバイスではＱＷ（２１４Ｃ）、（２１４Ｅ）など（いくつかの実施形態では、なおさらに量子井戸がＱＷ（２１４Ｅ）の右に製造される）に、当該電子も追加のトンネルバリア層（２１４Ｂ）、（２１４Ｄ）などを通ってトンネル効果を起こす）。エネルギーレベル（２７２）におけるＱＷ（２１４Ａ）、（２１４Ｃ）及び（２１４Ｅ）の電子は、ついで、（図２Ａのエネルギーレベル図（２０１）に対し左方に、または図２Ｂ、図２Ｃ、図２Ｄ又は図２Ｅの、それぞれ、デバイス（２０６）、（２０７）、（２０８）又は（２０９）に対し下方に）流れていた正孔（９８）と結合し（電子はサブ帯域エネルギーレベル（２７２）からサブ帯域エネルギーレベル（２７１）まで落下する）、正孔と結合した各電子が光子を発する（発せられた光子は、サブ帯域エネルギーレベル（２７２）とサブ帯域エネルギーレベル（２７１）との間の差異に等しいエネルギー（２６２）（＝ｈν）を有する。

図２Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板（２２９）を有するＭＱＷデバイス（２０２）のブロック図である。いくつかの実施形態において、デバイス（２０２）は基板（２２９）上にバッファー層（２１２）を成膜することによって形成され、基板構造体（２３１）を得る。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）が良好に加工された結晶テンプレートを形成し、当該結晶テンプレート上に高品質のトンネルバリア構造体（２２１）及び活性層（２１４）が成長され得るために、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）の格子構造が基板構造体（２３１）の格子構造と整合するように、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）が基板構造体（２３１）上に成長される。いくつかの実施形態において、導電型のIII属窒化物層（２１６）（例えば、いくつかの実施形態において、ｐ型ＧａＮ半導体）が活性層（２１４）上に成長され（その代わりに、いくつかの実施形態は他のｐ型のIII属窒化物材料を使用している）、他の実施形態においては、異なる型のデバイス（導電型を逆にしている）が製造され、ｎ型III属窒化物層（２１６）が置き換えられるように、導電型が「ｎ」である）、ｐ−コンタクト構造体（２１７）がIII属窒化物層（２１６）上に形成されて、発光ＭＱＷデバイス（２０２）のために適合し得る電気的コンタクトを設けている。図２Ｂに示されるなど、いくつかの実施形態において、発光ＭＱＷデバイス（２０２）用の他の電気的コンタクト（２２７）がＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２２０）上部表面の棚上に成膜される。いくつかの実施形態において、デバイス（２０２）は、（電気的コンタクト（２２７）が形成されたＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２２０）上に棚を露出するために、例えば、周知の反応性のイオンエッチング（ＲＩＥ）技術、又は電磁結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチング技術、又は電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）エッチング技術、又は他の適切な技術を用いて）エッチング処理がなされなければならない。いくつかの実施形態では、活性領域（２１４）の露出した領域を最小にして、当該領域から光が発せられるようにするために、低電気抵抗のコンタクト（２２７）を設けながら、棚及びコンタクト（２２７）ができるだけ小さく作製される。同様に、いくつかの実施形態において、活性領域（２１４）の露出した領域を最小にして、当該領域から光が発せられるようにするために、低電気抵抗のコンタクト（２２７）を設けながら、できるだけ小さく作製される（及び／又はインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）などの薄く及び／又は透明な材料から作製される）。図２Ａのエネルギーレベル図における線２Ａ及び線２Ａ´が、図２Ｂにおける線２Ａ及び線２Ｂ´と対応することに注意されたい。デバイス（２０２）のいくつかの実施形態において、活性領域（２１４）からの光は、種々の層を経てＰ型ＧａＮ層（２１６）の上部から外に発せられる（そして、もしそのように構成された場合、電気的コンタクト（２１７）の少なくとも一部を通る）ことに注意されたい。

図２Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有するＭＱＷデバイス（２０３）のブロック図である。デバイス（２０３）の基板構造体（２３２）がデバイス（２０２）の基板構造体（２３１）と置き換わっていることを除いて、デバイス（２０３）は図２Ａのデバイス（２０２）と実質的に同じである。いくつかの実施形態において、電気的に伝導性の基板（２３２）は電気的に伝導性の基板（２１１）上に成長された電気的に伝導性のバッファー層（２２２）と、処理中のいくつかのカ所で電気的コンタクト層（２２８）とを含み、当該電気的コンタクト層が基板（２１１）の主要な面の反対側に形成される。この電気的伝導性の基板構造体（２３２）は、いくつかの実施形態において、高及び低抵抗の電気的コンタクトを提供するが、底部側電気的コンタクト（２２８）よりむしろ上部側電気的コンタクト（２２７）を用いた場合に生じる発光領域の損失を要しない。デバイス（２０３）の他の特徴はデバイス（２０２）の対応する特徴と同じである。図２Ａにおけるエネルギーレベルを示す線２Ａと２Ａ´との間の領域が図２Ｃにおける線２Ａと２Ａ´との間の物理的領域と対応する。

図２Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板と光学キャビティーを有するＭＱＷデバイス（２０４）のブロック図である。いくつかの実施形態において、デバイス（２０４）は、層（２１６）の上部で光学キャビティーＧＥＭＭ（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体（２２５）が追加され、ＯＣ−ＧＥＭＭ（２２５）上に適合し得る電気的コンタクト（２２６）が形成され、両者が図２Ｂの上部側のｐ−コンタクトと置き換わっている。いくつかの実施形態において、ｐ型III属窒化物層（２１６）は、活性領域（２１４）が当該ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）（鏡）の第一の面から離間して位置づけられるように選択され、その結果、少なくとも一つの抽出モードを形成するために、当該ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）によって反射した光と当該活性領域（２１４）から発せられた光の干渉によって生成された第一の定常光学波の腹に、又は実質的に腹に活性領域（２１４）が位置づけられる。種々の実施形態において、活性領域（２１４）、ｐ型ＧａＮ領域（２１６）およびＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）が、「１または２以上の共振反射器を備えたIII属窒化物発光デバイス及び当該装置用の反射性の加工がなされた成長テンプレート並びに方法」と題する、２００７年８月３日付で出願された同時係属中の米国特許出願第１１／８８２，７３０号（弁理士ドケット５０６９．００１ｕｓ１）に詳細に記載された方法で構成されるが、参考までに本説明に組み込んだ。デバイス（２０４）の他の特徴はデバイス（２０２）の対応する特徴と同じである。

図２Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と光学キャビティーとを有するＭＱＷデバイス（２０５）のブロック図である。いくつかの実施形態において、デバイス（２０５）は、ｐ型ＧａＮ層（２１６）の上部に光学キャビティーＧＥＭＭ（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体（２２５）が追加され、ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）上に適合し得る電気的コンタクト（２２６）が形成され、両者が図２Ｃの上部側ｐ型コンタクト構造体（２１７）と置き換わっていることを除いて、図２Ｃのデバイス（２０３）と実質的に同じである。いくつかの実施形態において、ｐ型III属窒化物層（２１６）の厚さは、活性領域（２１４）が当該ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）（鏡）の第一の面から離間して位置づけられるように選択され、その結果、少なくとも一つの抽出モードを形成するために、当該ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２２５）によって反射した光と当該活性領域（２１４）から発せられた光の干渉によって生成された第一の定常光学波の腹に、又は実質的に腹に活性領域（２１４）が位置づけられる。デバイス（２０５）の他の特徴は、上述したデバイス（２０３）及び（２０４）の対応する特徴と同じである。

図２Ｆは絶縁基板を有するＭＱＷデバイス（２０６）のブロック図であり、いくつかの実施形態において、光は基板を通って発せられる。いくつかの実施形態において、デバイス（２０６）は、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２５０）、トンネルバリア（２２１）、活性領域（２１４）及び底部側ｐ型ＧａＮ層（２５６）が、上述のデバイス（２０２）において上部側ｐ型ＧａＮ層（２１６）、活性層（２１４）、トンネルバリア（２２１）およびＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２２０）が成膜された順序とは逆に成膜される。いくつかの実施形態において、底部側のｐ型ＧａＮ層（２５６）は、底部側ｐ型ＧａＮ層（２５６）が良好に加工された結晶テンプレートを形成し、当該結晶テンプレート上に高品質の活性領域（２１４）とトンネルバリア構造体（２２１）とが成長されるために、底部側のｐ型ＧａＮ層（２５６）の格子構造が基板構造体（２３１）の格子構造と整合するように、基板構造体（２３１）上に成長される。いくつかの実施形態において、導電型のIII属窒化物層（２５６）がバッファー層（２１２）上に成長される（例えば、いくつかの実施形態において、層（２５６）がｐ型ＧａＮ半導体であり（その代わりに、いくつかの実施形態は他のIII属の窒化物材料のいくつかを使用する）、他の実施形態において異なる型の（導電性の型を逆にした）デバイスが製造され、ｎ型III属窒化物層（２５６）が置き換えられるように、導電型が「ｎ」である）。いくつかの実施形態においては、つぎに活性層（２１４）が形成され、ついでトンネルバリア（２２１）とＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２５０）を成長させ、その上にコンタクト（２２７）が成膜されて発光ＭＱＷデバイス（２０６）のために適合し得る電気的コンタクトを設けている。図２Ｆに示されるなど、いくつかの実施形態において、発光ＭＱＷデバイス（２０６）用の他の電気的コンタクト（２１７）がｐ型ＧａＮ構造体（２５６）の上部表面の棚に成膜される。いくつかの実施形態において、デバイス（２０６）がエッチング処理されてｐ型ＧａＮ構造体（２５６）の棚を露出させ、当該棚上に電気的コンタクト（２１７）が形成される。いくつかの実施形態において、活性領域（２１４）の露出された領域を最小にし、当該領域から光が発せられるようにするために、低電気抵抗コンタクトを設けながら、棚及びコンタクト（２１７）ができるだけ小さく作製される。デバイス（２０６）の底部から外に光を発するいくつかの実施形態においては、低電気抵抗コンタクトを設けながらコンタクト（２１７）をできるだけ小さく作製する必要がない。なぜなら、活性領域（２１４）が光をデバイス（２０６）の外に発するからである。デバイス（２０６）のいくつかの実施形態において、活性領域（２１４）からの光は、種々の層を通って、基板（２２９）の底部から外に発せられることに注意されたい。デバイス（２０６）の他の特徴はデバイス（２０２）の対応する特徴と同じである。図２Ａのエネルギーレベル図での線２Ａと線２Ａ´との間の領域が図２Ｆの線２Ａと線２Ａ´との間の物理領域に対応することに注意されたい。

図２Ｇは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と、薄い上部側ＧＥＭＭ構造体（２６０）とを有するＭＱＷデバイス（２０７）のブロック図（２０７）であって、当該上部側ＧＥＭＭ構造体を通って発光せしめて、デバイス（２０７）の外に発せしめている。いくつかの実施形態において、デバイス（２０７）は、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２６０）、トンネルバリア（２２１）、活性領域（２１４）および底部側ｐ型ＧａＮ層（２６６）が、上述のデバイス（２０３）において、上部側ｐ型ＧａＮ層（２１６）、活性層（２１４）、トンネルバリア（２２１）およびＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２２０）が成膜された順序とは逆に成膜されることを除いて、図２Ｃのデバイス（２０３）と実質的に同じである。いくつかの実施形態において、底部側ｐ型ＧａＮ層（２６６）が良好に加工された結晶テンプレートを形成し、該結晶テンプレート上に高品質の活性領域（２１４）とトンネルバリア構造体（２２１）が成長され得るために、底部側のｐ型ＧａＮ層（２６６）の格子構造が基板構造体（２３２）の格子構造と整合するように基板構造体（２３２）上に成長される。いくかの実施形態において、導電型のIII属窒化物層（２６６）（例えば、いくつかの実施形態では、ｐ型ＧａＮ半導体）がバッファー層（２６６）上に成長される。いくつかの実施形態においては、つぎに活性領域（２１４）が形成され、ついで、トンネルバリア（２２１）とＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２６０）を成長し、該ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体上にコンタクト（２２７）が成膜されて、発光ＭＱＷデバイス（２０７）用に適合し得る電気的コンタクトを設ける。図２Ｇに示されるなどの、いくつかの実施形態において、基板構造体（２３２）の底部表面上に、発光ＭＱＷデバイス（２０７）用の他の電気的コンタクト（２２８）が成膜される。いくつかの実施形態において、コンタクト（２２７）は、活性領域（２１４）の露出した領域を最小にし、該領域から光が発せられ得るために、低電気抵抗のコンタクトを設けながら、できるだけ小さく製造される。デバイス（２０７）のいくつかの実施形態において、活性領域（２１４）からの光は、種々の層を通って、薄い上部側ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２６０）から外に発せられることに注意されたい。他の実施形態では、適切な基板（例えば、ドープされた炭化ケイ素）が基板（２１１）のために用いられるときに、光が底部から外に発せられる。デバイス（２０７）の他の特徴はデバイス（２０３）の対応する特徴と同じである。図２Ａのエネルギーレベル図における線２Ａと線２Ａ´との間の領域が図２Ｇのエネルギーレベル図における線２Ａと線２Ａ´との間の物理的領域と対応することに注意されたい。

図２Ｈは本発明のいくつかの実施形態による、絶縁基板（２３１）と、光学キャビティーを形成する薄い底部側ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）とを有するＭＱＷデバイス（２０８）のブロック図であって、いくつかの実施形態において、底部側ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）と基板構造体（２３１）とを通って光が発せられる。よって、いくつかの実施形態において、デバイス（２０８）は図２Ｆの上部側ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と図２ＤのＯＣ−ＧＥＭＭとを結び付けている。いくつかの実施形態において、上部側ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２５０）は、光をデバイス（２０８）の上部から外に発するために、適切に薄く製造される。他の実施形態において、底部側ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）は、光をデバイス（２０８）の上部から外に発するために、適切に薄く製造される。他の実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２５０）及びＯＣ−ＧＥＭＭ（２５５）は共に薄く製造されて、デバイス（２０８）の上部及び下部の両方から光を外に発する。デバイス（２０８）の他の特徴は、デバイス（２０２）、（２０４）又は（２０６）の対応する特徴と同じである。

図２Ｉは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板（２３２）と、上部側ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２６０）とともに光学キャビティーを形成するための薄い底部側ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）とを有するＭＱＷデバイス（２０９）のブロック図であり、いくつかの実施形態において、底部側のＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）と基板構造体（２３２）とを通って光が発せられる。よって、いくつかの実施形態において、デバイス（２０９）は図２Ｇの上部側ＴＢ−ＧＥＭＭと図２ＥのＯＣ−ＧＥＭＭとを組み合わせている。いくつかの実施形態で、デバイス（２０９）の底部から外に光を発するために上部側ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体（２６０）が適切に薄く製造される。他の実施形態において、デバイス（２０９）の底部から外に光を発するために、底部側ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体（２５５）が適切に薄く製造される。デバイス（２０９）の他の実施形態は、デバイス（２０３）、（２０５）又は（２０７）の対応する特徴と同じである。

いくつかの実施形態において、本発明は電子又は正孔の活性領域（２１４）内への注入を、電子又はホールのポテンシャル若しくは活性領域のサブ帯域エネルギーで、活性領域の電子又は正孔ポテンシャル若しくはサブ帯域エネルギーで、トンネルバリアを通ってトンネル効果を起こすことによって可能にし、これによって、要求される動作電圧を低減し、（図１Ｂの層（１１５）などの）電流ブロックの要件を緩和する。（例えば、図１Ａ、１Ｂ及び１Ｃに示されるとおりに）当該電流ブロック層は従来のＬＥＤのｐ型側で広く用いられている。いくつかの実施形態において、低いＬＥＤ動作電圧は低減されたエネルギー消費の利点のために有利である。そのうえ、ＬＥＤ製造プロセスの複雑さをより小さくすることが望まれており、いくつかの実施形態において、ｐ型電流ブロック層（すなわち、図１Ａのｐ型ＡｌＧａＮ層（１１５））に対する要件をなくすることによって達成される。

従来のIII属窒化物ＬＥＤは、電子が半導体装置に注入され、電子が図１Ａに示されるとおり、電子がｎ型層（９９）の導電帯域最小レベルで、このレベルがＬＥＤを動作するたに要求される印加電圧を決定するのである。本発明のいくつかの実施形態において、電子は活性領域の電子のポテンシャル（例えば、サブ帯域エネルギー）で、量子力学的なトンネルを通って直接活性領域に注入されるので、ＬＥＤを動作するために要求される電圧は、従来のＬＥＤを動作するために要求される電圧よりも実質的に低くなり得る。いくつかの実施形態において、注入された電子は量子井戸を超えてｐ型材料に到達しない傾向があり、これによって、エネルギーが熱発生の形で失われるｐ型材料中へ意図せずして注入される電子の数をなくするか、または低減する。

いくつかの実施形態において、本発明は、活性領域の電子ポテンシャル（例えば、サブ帯域エネルギーレベル（２７２））で直接電子を注入し、ＬＥＤを駆動又は動作するために要求される電圧を低減することによって、デバイス性能を改善し、かつエネルギー消費を低減する。活性領域（２１４）の電子のポテンシャルは、ｐ型層（２１６）の導電帯域の最小のレベルよりも低い。ＬＥＤ（２０２）、（２０３）５２０ｎｍの波長で発光するいくつかの実施形態において、ＬＥＤの動作電圧は約1ボルト低減するか、又は従来のＬＥＤ動作電圧の約７０％低減する。いくつかの実施形態において、活性領域の電子のポテンシャルでの直接注入は、１又は２以上のバリア（２２１、２１４Ｄ、２１４Ｅ）を通る活性領域の量子井戸（２１４Ａ、２１４Ｂ、２１４Ｃ）内への電子トンネルを引き起こし、動作電圧は標準的な従来のＬＥＤに比して低減し、ｐ型電子ブロック層（例えば、図１Ａ、１Ｂ及びいＣのｐ型ＡｌＧaＮ層（１１５））に対する要件が除かれるか、又は緩和される。

いくつかの実施形態において、本発明のエピタキシャル／デバイス構造体によって達成された低い動作電圧が、より小さい熱の発生を引き起こし、好ましくは現存する従来のIII属窒化物ＬＥＤを超える。なぜなら、熱がデバイス効率とＬＥＤの動作の寿命において有している負の効果により低い熱発生が望まれるからである。

従来のＬＥＤにおいて、ｐ型の電流ブロック層（例えば、図１Ａのｐ型ＡｌＧａＮ（１１５））は、いくつかの理由（例えば、時間、材料のコスト、エピタキシャル室の洗浄、プロセス進行中のデバイス最適化など）のために、エピタキシャルプロセス中に成長させるのが厄介である。いくつかの実施形態において、電荷キャリア（すなわち、電子又は正孔）が、活性領域を通過せず、かつ活性領域の外側に位置づけられる半導体材料（例えば、ｐ型又はｎ型半導体材料）において余り消費されないという事実から、本発明はこの電流ブロック層の要件を緩和又は除去する。

いくつかの実施形態で、本発明は、金属電流注入部（例えば、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０））に基づくＬＥＤ構造体と、電荷キャリア共振トンネルバリア（２２１）によって分離された活性領域（２１４）とを提供する。いくつかの実施形態において、電荷キャリア共振トンネルバリア（２２１）は量子トンネル電子に対して実質的に透過性があり、かつ正孔をブロックしている（したがって、「トンネルバリア」構造体という名前である）。他の実施形態において、電荷キャリア共振トンネルバリア（２２１）は量子トンネル正孔に対して透過性があり、かつ電子をブロックする。いくつかの実施形態において、活性領域（２１４）は単一の量子井戸（ＳＱＷ）構造体か、又は複数量子井戸（ＭＱＷ）構造体若しくはダブルヘテロ接合を含む。

いくつかの実施形態において、金属電流インジェクタ（例えば、ＴＢ−ＧＥＭＭ）と活性領域（２１４）との間の共振トンネル効果は、金属電流インジェクタ（２２０）フェルミエネルギーポテンシャルが活性領域（２１４）のサブ帯域の最小のエネルギーポテンシャルに等しいか、又は実質的に等しいときに生じる。いくつかの実施形態において、活性領域の合金組成物と、活性領域における適切なＱＷ幅とを共に選択し、金属電流インジェクタ（２２０）組成物を選択及び／又は調節することによって達成され、それゆえ、材料の関連する仕事関数を変更する。いくつかの実施形態において、トンネルバリア（２２１）のフェルミレベルを解放するために、界面層が金属電流インジェクタ（２２０）とトンネルバリア（２２１）との間に設けられる。

いくつかの実施形態では、熱的に活性化された正孔が金属電流インジェクタ（２２０）内にトンネル効果を起こさないことが重要である。いくつかの実施形態において、これは、電荷キャリアの共振トンネルバリア（２２１）の厚さを適切に調節することにより防止されるか、又は実質的に減少する。

いくつかの実施形態において、発明である−改善されたＬＥＤ−はトンネルバリア（２２１）を通ってトンネル効果を起こすことによって低エネルギーで、電子を活性領域（２１４）内に注入する。いくつかの実施形態で、ＧａＮに接続された層−ＧａＮ層（２２１）への電子のソース−はエピタキシャル成長した金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）（２２０）である。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ層（２２０）が加工されて、特定の性能要件又は機能を達成して、それ故、種々の厚さと光学特性をもつことができる。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）は電気的に伝導性があり、量子井戸導電帯域又はサブ帯域へ電子を注入するために適切な仕事関数をもっている。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）は、Ｈｆ、Ｚｒ、ＨｆＢ_２、ＺｒＢ_２又はＨｆＮ_ｘ、ＺｒＮ_ｘなど若しくはこれらの材料の結合された化合物、組成物又は組み合わせを含む１又は２以上の材料である。いくつかの実施形態において、電気的に伝導性があるいかなる材料及び上述の適切な仕事関数をもつ金属はＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）層のために使用される。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）の材料は、ＬＥＤデバイスのエピタキシャル構造と格子整合される。いくつかの実施形態において、トンネルバリア層（２２１）は量子井戸導電帯域又はサブ帯域への電子の注入を許す適切なドーピング・レベル（ｎ又はＰ）を有し、かつ前記活性領域（２１４）から金属層（２２０）への横移動からの電荷キャリアのブロックを助ける。そのような一つの形態が図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに示されている。図１Ａ及び２ＡはＬＥＤを駆動するために要求されたポテンシャル（Ｖ１（１６１）及びＶ２（２６１））を比較するために使用され得る（すなわち、図１ＡのＶ１（１６１）は図２ＡのＶ２（２６１）よりも大きい）。

いくつかの実施形態において、図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃに記載されたとおりのＬＥＤの構造体により、ブロック層（例えば、図１Ａに示されたとおりのｐ型ＡｌＧａＮ層（１１５））が量子井戸領域内の電子をブロックするために選択的に含まれている。なぜなら、より少ない電子がＱＷを通過して横移動するからである。いくつかの実施形態において、図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃのｐ型層（２１６）は、ｐ型ＧａＮ、ｐ型ＡｌＧａＮ、ｐ型ＩｎＧａＮ、ｐ型ＩｎＧａＡｌＮ、ｐ型ＨｆＧａＮ、ｐ型ＺｒＧａＮ及び／又はＳｃＡｌＧａＮなど又はここで述べた複数の層のいかなる適切な変形を含む。

いくつかの実施形態において、図２Ａ、２Ｂ及び２ＣはＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＨｆＧａＮ、ＺｒＧａＮ及び／又はＳｃＡｌＧａＮなど又はここで述べた複数の層のいかなる変形を含み、いくつかの実施形態において、活性層（２１４）がシリコン又はマグネシウムなどによってドープされる。

いくつかの実施形態において、トンネルバリア層（２２１）及び／又は図２Ａにおける追加のバリア層（２１４Ｂ及び２１４Ｄ）は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＧａＡｌＮ、ＨｆＧａＮ、ＺｒＧａＮ又はＳｃＡｌＧａＮおよび／などの、若しくはここで述べた複数の層のいかなる変形を含み、いくつかの実施形態において、トンネルバリア層（２２１）はシリコン又はマグネシウムなどでドープされる。

いくつかの実施形態において、図２Ｂ〜２Ｉにおける層（２１４Ａ）、（２１４Ｃ）、（２１４Ｅ）は、金属層（ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０））から活性領域量子井戸（２１４Ａ、２１４Ｃ、２１４Ｅなど）への電子のトンネル効果を助けるための量子井戸や低電子ポテンシャル層のいすれかとして用いられる。いくつかの実施形態において、ｐ型材料にもっとも近い量子井戸（２１４Ｅ）は一、般的に電子及び正孔の組み合わせの最大の数を有し、金属層（２２０）に関しての位置及びデバイスの光励起表面に関しての位置は、米国特許出願第１１／８８２，７３０号に記載されているとおり、デバイス設計のいくつかの実施形態に必須である。いくつかの実施形態において、米国特許出願第１１／８８２，７３０号に記載されているとおり、適切ないかなる数のトンネルバリア（２１４Ｂ、２１４Ｄ）及び低電子ポテンシャル層／量子井戸（２１４Ａ、２１４Ｃ、２１４Ｅ）は、光抽出を改善するために適切な距離で金属層（ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０））から主活性領域（例えば、最後の量子井戸２１４Ｅ）を分離するために用いられるものであり、参考までに本説明に組み込んだ。

いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ層（２２０）がシリコン（Ｓｉ）、サファイア（単結晶Ａｌ_２Ｏ_３）、ＧａＮ／サファイア、ＳｉＣ、又はＺｎＯ若しくは他の適切な格子整合された基板上に成長される。ＧＥＭＭ層（２２０）が、非格子整合基板及び／又はガラス上に成長される。いくつかの実施形態において、本発明はマイクロキャビティー効果を利用しているが、マイクロキャビティーは米国特許出願第１１／８８２，７３０号に記載されているとおり、ＧＥＭＭと活性領域との間の距離に依存しており、参考までに本説明に組み込んだ。

図３Ａは本発明のいくつかの実施形態による、ＭＱＷデバイス（３０２）又は（３０３）のエネルギーレベル図（３０１）である。図３Ａ〜３Ｉにおいて、参照符号の大方は図２Ａ〜２Ｉについての前述したものと同じであり、つぎの追加の参照符号は３２３は絶縁界面層である。

図３Ａにおいて、エネルギーレベル図は、界面絶縁層（３２３）の表示を含んでいる。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）の金属の仕事関数をＭＱＷ（２１４）のサブ帯域エネルギーレベル（２７２）と適切に並ぶようにするために、界面層（３２３）はトンネルバリア（２２１）のフェルミエネルギーレベルを「解放し」（例えば、その表面状態とダングリング（dangling）結合を保護し）、ＭＩＧＳ（上述の金属に誘起された間隙）を減少又はなくするために用いられる。図３Ａ〜３Ｉの他のすべての態様は対応する図２Ａ〜２Ｉについて上述したとおりである。

図３Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０２）のブロック図である。図３Ｂの他のすべての態様は、図２Ｂについて上述したとおりである。

図３Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０３）のブロック図である。図３Ｃの他のすべての態様は、図２Ｃについて上述したとおりである。

図３Ｄは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０４）のブロック図である。図３Ｄの他のすべての態様は、図２Ｄについて上述したとおりである。

図３Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０５）のブロック図である。図３Ｅの他のすべての態様は、図２Ｅについて上述したとおりである。

図３Ｆは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０６）のブロック図である。図３Ｆの他のすべての態様は、図２Ｆについて上述したとおりである。

図３Ｇは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０７）のブロック図である。図３Ｇの他のすべての態様は、図２Ｇについて上述したとおりである。

図３Ｈは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０８）のブロック図である。図３Ｈの他のすべての態様は、図２Ｈについて上述したとおりである。

図３Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、図３Ａについて上述したとおりの、界面絶縁層（３２３）を有するＭＱＷデバイス（３０９）のブロック図である。図３Ｉの他のすべての態様は、図２Ｉについて上述したとおりである。

本説明で記載された他の実施形態のうちのいくつかの実施形態おのおのにおいて、図３Ａについて上述したとおりの界面絶縁層（３２３）は、同様に追加される。

図４Ａは、本発明のいくつかの実施形態によるＭＱＷデバイス（４０２）又は（４０３）のエネルギーレベル図（４０１）であり、ブロック層（４１８）を含んでいる。いくつかの実施形態において、ブロック層（４１８）はｐ型のドープされたＡｌＧａＮ層（または、他の半導体材料が使用される場合、対応するｐ型又はｎ型層）である。いくつかの実施形態において、ブロック層（４１８）は適切に増大されたバンドギャップ・エネルギーを有して、キャリアが量子井戸（２１４Ａ）〜（２１４Ｅ）を超えて横移動する（図４Ａにおいてさらに右に横移動する）ことを防止している。いくつかの実施形態において、これが再結合効率を増加させている。図４Ａ〜４Ｉの他のすべての態様は、対応する図２Ａ〜２Ｉについて上述したとおりである。本説明において記載した他の実施形態うちのいくつかにおいて、図４Ａについて上述したとおりのブロック層（４１８）は同様に追加された。

図４Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０２）のブロック図である。図４Ｂの他のすべての態様は、図２Ｂについて上述したとおりである。

図４Ｃは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０３）のブロック図である。図４Ｃの他のすべての態様は、図２Ｃについて上述したとおりである。

図４Ｄ、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０４）のブロック図である。図４Ｄの他のすべての態様は、図２Ｄについて上述したとおりである。

図４Ｅは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０５）のブロック図である。図４Ｅの他のすべての態様は、図２Ｅについて上述したとおりである。

図４Ｆは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０６）のブロック図である。図４Ｆの他のすべての態様は、図２Ｆについて上述したとおりである。

図４Ｇは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０７）のブロック図である。図４Ｇの他のすべての態様は、図２Ｇについて上述したとおりである。

図４Ｈは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０８）のブロック図である。図４Ｈ他のすべての態様は、図２Ｈについて上述したとおりである。

図４Ｉは、本発明のいくつかの実施形態による、図４Ａについて上述したとおりの、ブロック層（４１８）を有するＭＱＷデバイス（４０９）のブロック図である。図４Ｉの他のすべての態様は、図２Ｉについて上述したとおりである。

図５Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、基板（２２９）上に直接成長されたＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）を有するＭＱＷデバイス（５０２）のブロック図であり、当該基板（２２９）はバッファー層なしに基板構造体（５３１）を形成する）。図５Ａの他のすべての態様は図２Ｂについて上述したとおりである。これが当該実施形態の製造工程を減少させており、高品質のＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）がバッファー層なしに成長され得るのである。本説明に記載された他の実施形態のうちのいくつかにおいて、適切な場合にバッファー層なしにＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）が成長され得る。

図５Ｂ］ｈａ本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板を有し、基板（２１１）上に直接成長された（基板(２１１)とコンタクト（２２８）がバッファー層なしに基板構造体（５３２）を形成する（当該コンタクトがいくつかの実施形態では後の製造工程で形成される））ＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）を有するＭＱＷデバイス（５０３）のブロック図である。図５Ｂの他のすべての態様は図２Ｃについて上述されたとおりである。

図６Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、図２Ｂの対応するｐ型ＧａＮ層（２１６）の変わりにｎ型ＧａＮ層（６７６）を有するＭＱＷデバイス（６０２）のブロック図である。追加的に、いくつかの実施形態において、ｎ−コンタクト（６７７）が用いられｎ型ＧａＮ層（６７６）に対して適切な低抵抗の電気的コンタクトを提供する。図６Ａの他のすべての態様は図２Ｂについて上述したとおりである。当該態様が、かかる実施形態のための代替のダイオード構造体を提供するもので、高濃度でドープされたＧａＮが適切である（なぜなら、高濃度でドープされたｎ型ＧａＮは高濃度でドープされたｐ型ＧａＮよりも容易に達成されるからである）。本説明で記載された他の実施形態のいくつかにおいて、そのようなｎ型ＧａＮ層（６７６）が対応するｐ型ＧａＮ層（２１６）と置き換わっている。

図６Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板構造体（２３２）を有し、図２Ｃの対応するｐ型ＧａＮ層（２１６）の代わりにｎ型ＧａＮ層（６７６）を有するＭＱＷデバイス（６０３）のブロック図である。図６Ｂの他のすべての態様は図２Ｃについて上述したとおりである。

図７Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、光を反射し、ｐ型ＧａＮ層（２１６）に対して電気的コンタクトを提供する金属ミラー（７６３）を有するＭＱＷ］デバイス（７０２）のブロック図であって、ｐ型ＧａＮ層（２１６）に対する電気的コンタクトを提供し、金属ミラー８７６３）とＴＢ−ＧＥＭＭ（２２０）との間に選択的に光学キャビティー生成している。いくつかのそのような実施形態において、光がデバイス（７０２）の底部側を通って出力される。図７Ａの他のすべての態様は、図２Ｂについて上述したとおりである。本説明に記載された他の実施形態のうちのいくつかの実施形態はかかる金属ミラー（７６３）を使用している。

図７Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板構造体（２３２）を有し、金属ミラー（７６３）を有するＭＱＷデバイス（７０３）のブロック図である。図７Ｂの他のすべての態様は図２Ｃについて上述したとおりである。

図８Ａは、本発明のいくつかの実施形態による、ｐ型ＧａＮに光を伝播し、電気的コンタクトを提供し、（透過性の電気的コンタクト（８６４）とｐ型ＧａＮ層（２１６）との間、又は透過性の電気的コンタクト（８６４）とその上の層との間の界面からの反射により）選択的に光学キャビティーを生成する透過性電気的コンタクト（８６４）を有するＭＱＷ（８０２）のブロック図である。そのようないくつかの実施形態において、デバイス（８０２）の上部側を通って光が出力される。図８Ａの他のすべての態様は図２Ｂについて上述したとおりである。本説明に記載された他の実施形態のいくつかにおいて、かかる透過性の電気的コンタクト（８６４）が使用される。

図８Ｂは本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板と、ｐ型ＧａＮに光を伝播し、電気的コンタクトを提供し、（透過性の電気的コンタクト（８６４）とｐ型ＧａＮ層（２１６）との間、又は透過性の電気的コンタクト（８６４）とその上の層との間の界面から反射により）選択的に光学キャビティーを生成する透過性電気的コンタクト（８６４）を有するＭＱＷ（８０３）のブロック図である。そのようないくつかの実施形態において、デバイス（８０３）の上部側を通って光が出力される。図８Ｂの他のすべての態様は図２Ｃについて上述したとおりである。

図９Ａは本発明のいくつかの実施形態による、光の出力と指向性を促進する光子結晶層（９６５）を有するＭＱＷデバイス（９０２）のブロック図である。いくつかの実施形態において、光子結晶層（９６５）は電気的に伝導性であり、上部電気的コンタクトは示されるとおりである。他の実施形態において、光子結晶層（９６５）の領域が除去され、上部電気的コンタクト（９８７）が上部ｐ型ＧａＮ層（２１６）と直接接続される。いくつかの実施形態において、光子結晶層（９６５）は分離層ではなく、光子結晶層が上部ｐ型ＧａＮ層（２１６）に形成されている。そのようないくつかの実施形態において、デバイス（９０２）の上部側を通って光が出力される。図９Ａの他のすべての態様は、図２Ｂについて上述したとおりである。本説明において記載した他のいくつかの実施形態において、そのような光結晶層（９６５）と上部電気的コンタクト（９８７）が用いられている。

図９Ｂは、本発明のいくつかの実施形態による、導電性基板、光子結晶層（９６５）及び上部電気的コンタクト（９８７）を有するＭＱＷデバイス（９０３）のブロック図である。そのようないくつかの実施形態において、デバイス（９０３）の上部側を通って光が出力される。図９Ｂの他のすべての態様は図２Ｃについて上述したとおりである。

図１０は本発明のいくつかの実施形態による、エネルギーレベル図（１０００）である。いくつかの実施形態において、定常波（１０３１）が、活性層（１０１４）によって発せられた光と、ミラー（１０４１）によって反射した光の構造的な干渉によって形成され、定常波（１０３１）の腹（１０３２）が活性層（１０１４）に、又は実質的に活性層に位置づけられる。この有利な技術は、２００７年８月３日に出願された、１又は２以上の共振反射器を持つ反射処理されたIII属窒化物発光デバイス及び該装置用の反射処理された成長テンプレート並びに方法と題する米国特許出願第１１／８８２，７３０号（弁理士ドケット５０６９．００１ｕｓｌ）に記載されており、参考までに本説明に組み込んだ。

図１１は本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスを製造する方法（１１００）のフローチャートである。いくつかの実施形態で、方法（１１００）は、発光活性領域を
形成すること（１１１０）、トンネルバリア（ＴＢ）構造体を形成し、発光デバイスに当該ＴＢ構造体を活性領域に隣接して向かい合わせて形成すること（１１１２）、ＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を形成し、前記発光デバイス内に該ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体ＴとＴＢ構造体を向かい合わせ、当該ＴＢ構造体が少なくとも一つの金属を含み、当該ＴＢ−構造体が前記活性領域と実質的に格子整合されること（１１１４）、および導電型のIII属窒化物結晶構造体を形成し、発光デバイスにおいて当該導電型のIII属窒化物結晶構造体がＴＢ構造体と対向する活性領域と向かい合うようにすること（１１１８）を含んでいる。いくつかの実施形態は、電流伝導性コンタクトを形成し、前記発光デバイスにおいて電流伝導性コンタクトを導電型のIII属窒化物と接続させること（１１１８）をさらに含んでいる。

いくつかの実施形態において、本発明は、発光活性領域を有する発光デバイス、該活性領域と向かい合って隣接するトンネルバリア（ＴＢ）構造体、該ＴＢ構造体と向かいって隣接するＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を含む装置であって、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が少なくとも一つの金属を含み、前記活性領域と実質的に格子整合し、導電型のIII属窒化物結晶構造体が前記ＴＢ構造体と対向する活性領域と隣接して向かい合っている。いくつかの実施形態は、導電型のIII属窒化物構造体と電気的に接続した電流伝導性のコンタクトを含んでいる。

装置のいくつかの実施形態で、前記活性領域は複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造体を含んでいる。

装置のいくつかの実施形態において、活性領域のＭＱＷ構造体は、選択されたサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルを提供するために選択された量子井戸幅を含んでおり、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は金属電流インジェクタが実質的にＭＱＷのサブ帯域の最小エネルギーポテンシャルに実質的に等しいフェルミエネルギーポテンシャルを有するような合金組成物を含んでいる。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは第二のミラーをさらに含んでおり、当該第二のミラーとＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成するために、当該第二のミラーは、導電型のIII属窒化物構造体と向かい合って隣接し、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と向かい合って、前記活性領域は光学キャビティー内に存在する。とくに、発光デバイスのいくつかの実施形態において、前記第二のミラーは、導電型のIII属窒化物と向かい合って隣接する光学キャビティーエピタキシャル成長金属ミラー（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体を含み、デバイスはＯＣ−ＧＥＭＭ構造体とＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを有し、前記活性領域は当該光学キャビティー内に存在する。そのような実施形態において、活性領域は第二のミラーから第一の距離だけ離間して位置づけられ、前記活性領域は第二のミラーによって反射した光との活性領域から発せられた光の干渉によって生成された第一の定常光学波の腹に、又は実質的に腹に位置付けられて、少なくとも一つの抽出モードを形成する。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは基板構造体をさらに含み、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は前記基板構造体と向かい合って接触し、前記基板構造体の面と実質的に格子整合されている。

ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体を有するいくつかの実施形態において、発光デバイスは基板構造体を含み、当該ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体向が該基板構造体と向かい合って接触し、該基板構造体と実質的に格子整合されている。

装置のいくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体及び／又はＯＣ−ＧＥＭＭ構造体は、（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＴｉ_ｚ）Ｒを含む化合物を含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｘが０と１とを含む間であり、ｙが０と１とを含む間であり、ｚが０と１とを含む間であり、ＲがＮ又はＢ_２である化合物を含む。他の実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体及び／又はＯＣ−ＧＥＭＭ構造体はＨｆだけ、Ｚｒだけ、Ｔｉだけ、又はＨｆ、Ｚｒ及び／又はＴｉのうちの２つ以上の組み合わせを含んでいる。

いくつかの実施形態は、ＴＢ−ＧＥＭＭとＴＢ構造体との間に位置づけられる絶縁界面層をさらに含んでいる。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは界面絶縁層をさらに含む。いくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭの金属の仕事関数を適切にＭＱＷのサブ帯域エネルギーレベルと一列に並ばせるために、トンネルバリアのフェルミエネルギーレベルを解放する（例えば、その表面状態、ダングリング結合を保護し、かつＭＩＧＳ（上述のとおりに金属に誘起された間隙状態）を低減又はなくする）ために、界面絶縁層が用いられる。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスはブロック層をさらに含む。いくつかの実施形態において、ブロック層はｐ型のドープされたＡｌＧａＮ層である。他の実施形態において、ブロック層は、他の半導体材料が使用される場合に対応するｐ型又はｎ型層である。いくつかの実施形態において、ブロック層は適切に増大されたバンドギャップエネルギーを有して、キャリアが量子井戸を超えて横移動するのを防止する。いくつかの実施形態において、これが再結合効率を増大させる。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは基板上に直接成長されるＴＢ−ＧＥＭＭをさらに含む（基板構造体はバッファー層を含まない）。これにより当該実施形態の製造工程を減少させ、高品質のＴＢ−ＧＥＭＭがバッファー層なしに成長され得るのである。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスはバッファー層を含まない基板構造体をさらに含み、高品質のＴＢ−ＧＥＭＭが、バッファー層なしにはかかる結果を提供しない基板上に成長され得る。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは、本発明の他の実施形態の対応するｐ型ＧａＮ層に代わりにｎ型ＧａＮ層をさらに含んでいる。追加的に、いくつかの実施形態において、ｎ型ＧａＮ層との適切な電気的コンタクトを提供するために追加のｎ−コンタクトが使用される。これが当該実施形態のための代替のダイオード構造体を提供するのであり、高濃度でドープされたｎ型ＧａＮが適切である（なぜなら、高濃度でドープされたｎ型ＧａＮは高濃度でドープされたｐ型ＧａＮよりも容易に達成されるからである）。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは、光を反射し、ｐ型ＧａＮ層との電気的コンタクトを提供する金属ミラーを含み、当該金属ミラー及びＴＢ−ＧＥＭＭの間に光学キャビティーを選択的に生成するのである。いくつかの実施形態において、光は発光デバイスの底部側を通って出力される。

装置のいくつかの実施形態において、（透過性の電気的コンタクトとｐ型ＧａＮ層との間、又は透過性の電気的コンタクトとその上の層との間の界面層からの反射により）発光デバイスは、光を伝播し、ｐ型ＧａＮ層との電気的コンタクトを提供する透過性の電気的コンタクトをさらに含み、光学キャビティーを選択的に生成する。いくつかの実施形態において、光は発光デバイスの上部側を通って出力される。

装置のいくつかの実施形態において、発光デバイスは、光の出力と指向性を促進する光子結晶層をさらに含む。いくつかの実施形態において、光子結晶層は電気的に伝導性であり上部の電気的コンタクトが該光子結晶上に追加される。他の実施形態において、光子結晶層の領域が除去されて、上部電気的コンタクトが上部ｐ型ＧａＮ層と直接接続される。いくつかの実施形態において、光子結晶層は分離層ではなく、その代わりに上部ｐ型ＧａＮ層に形成される。いくつかの実施形態において、光は発光デバイスの上部側を通って出力される。

いくつかの実施形態において、本発明は発光デバイスを製造する方法を提供する。この方法は、発光活性領域を形成すること、トンネルバリア（ＴＢ）構造体を形成して、発光デバイスにおいて該ＴＢ構造体を該活性領域と向かい合わせて隣接すること、ＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を形成し、発光デバイスにおいて該ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体を該ＴＢ構造体と向かい合わせて隣接し、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は少なくとも一つの金属を含み、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は前記活性領域層と実質的に格子整合すること、導電型のIII属窒化物結晶構造体を形成し、発光デバイスにおいて、前記導電型のIII属窒化物結晶構造体が前記ＴＢ構造体と対向する活性領域と向かい合って隣接することを含んでいる。いくつかの実施形態において、電流導電性コンタクトを形成することをさらに含み、発光デバイスにおいて該電流導電性コンタクトが前記導電型のIII属窒化物と電気的に接続される。

方法のいくつかの実施形態において、前記活性領域の形成が複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造体を形成することを含む。

方法のいくつかの実施形態において、前記活性領域のＭＱＷ構造体の形成は、選択されたサブ帯域最小エネルギーポテンシャルを提供するために選択された量子井戸幅を形成することを含み、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は合金組成物を含み、金属電流インジェクタが前記サブ帯域最小エネルギーポテンシャルに実質的に等しいフェルミエネルギーポテンシャルを有する。

方法のいくつかの実施形態は、第二のミラーを含み、発光デバイスにおいて該第二のミラーが前記導電型のIII属窒化物構造体と向かい合って隣接し、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と向かい合って、該第二のミラーとＴＢ−ＧＥＭＭとの間に光学キャビティーを形成し、該活性領域が該光学キャビティー内に存在する。

方法のいくつかの実施形態は、光学キャビティーエピタキシャル成長金属ミラー（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体を備える第二のミラーを形成することを含み、その結果、発光デバイスにおいて、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体が前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と向かい合って隣接し、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体とＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成し、前記活性領域が光学キャビティー内に存在する。

方法のいくつかの実施形態において、発光デバイスが形成されて、発光デバイスにおいて、活性領域が前記第二のミラーの第一の面から第一の距離だけ離間して位置づけられて、当該活性領域が、少なくとも一つの抽出モードを形成するために、第二のミラーによって反射された光と前記活性領域から発光した光との干渉によって生成した第一定常光学波の腹又は実質的に腹に位置づけられる。

方法のいくつかの実施形態は、基板構造体を設けること、及び該基板構造体上に、かつ対向して接してＴＢ−ＧＥＭＭ構造体を形成することを含み、該基板構造体の面と実質的に格子整合される。

方法のいくつかの実施形態は、基板構造体を設けること、及び該基板構造体上に、かつ対向して接してＯＣ−ＧＥＭＭ構造体を形成することを含み、該基板構造体の面と実質的に格子整合される。

方法のいくつかの実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＴｉ_ｚ）Ｒを含む化合物を含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｘが０と１とを含む間であり、ｙが０と１とを含む間であり、ｚが０と１とを含む間であり、ＲがＮ又はＢ_２である化合物を含む。他の実施形態において、ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体及び／又はＯＣ−ＧＥＭＭ構造体はＨｆだけ、Ｚｒだけ、Ｔｉだけ、又はＨｆ、Ｚｒ及び／又はＴｉのうちの２つ以上の組み合わせを含んでいる。

方法のいくつかの実施形態は、発光デバイスにおいてＴＢ−ＧＥＭＭ構造体とＴＢ構造体との間に絶縁界面層を位置づけられるように、絶縁界面層を形成することをさらに含んでいる。

上述の記載は図示されるものと意図されたが、限定的ではないことが理解されるべきである。本説明に記載されたとおりの種々の実施形態の多くの特徴及び利点は前述の記載において、種々の実施形態の構成及び作用効果の詳細と共に説明されたが、他の多くの実施形態及び細部の変更は、上述の記載を再検討した当業者には明らかになるであろう。本発明の範囲は、それ故、添付の特許請求の範囲を参照しながら、該特許請求の範囲の権利が及ぶ均等物の全範囲と共に決定されるべきである。添付の特許請求の範囲において、「含む（including）」及び「そこで(in which)」という用語は、それぞれ、「備える（comprising）」及び「(wherein)」の平易な英語上の等価的な用語である。その上、「第一の」、「第二の」及び「第三の」などの用語は単なる表示として用いられたのであって、それらの対象についての数量的な要件を付与することは意図されていない。

Claims (21)

1. 発光活性領域、
   前記活性領域と向かい合って隣接しているトンネルバリア（ＴＢ）構造体、
   前記ＴＢ構造体と向かい合って隣接し、少なくとも一つの金属を含み、前記活性領域と格子整合されているＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体、
   前記ＴＢ構造体と対向している前記活性領域に対して隣接して向かい合っている導電型のIII属窒化物結晶構造体、および
   前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と電気的に接続されてなる電流導電コンタクト
   を含む発光デバイス
   を備えてなる装置。
2. 前記活性領域が複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造体を含んでなる請求項１記載の装置。
3. 前記活性領域の前記ＭＱＷ構造体が、選択されたサブ帯域最小エネルギーポテンシャルを提供するために選択された量子井戸幅を含み、
   前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が、金属電流インジェクターが前記ＭＱＷのサブ帯域最小エネルギーポテンシャルに実質的に等しいフェルミエネルギーポテンシャルを含んでなる請求項１または２記載の装置。
4. 前記発光デバイスが、さらに、前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と向かい合って隣接し、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と向かい合ってなる第二のミラーを備え、前記第二のミラーと前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成して、前記活性領域が前記光学キャビティー内に存在してなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
5. 前記発光デバイスが、さらに、光学キャビティーエピタキシャル成長金属ミラー（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体を備える第二のミラーを備え、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体が、前記導電型のIII属窒化物構造体と向かい合って隣接し、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体と前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成して、前記活性領域が前記光学キャビティー内に存在してなる請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。
6. 前記活性領域が前記第二のミラーの第一の面から第一の距離だけ離間して位置づけられて、前記活性領域が、少なくとも一つの抽出モードを形成するために、前記第二のミラーによって反射された光と前記活性領域から発光した光との干渉によって生成した定常光学波の腹又は実質的に腹に位置づけられる請求項４または５記載の装置。
7. 前記発光デバイスが基板構造体をさらに備え、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記基板構造体に接し、前記基板構造体の面と実質的に格子整合される請求項１〜６のいずれかに記載の装置。
8. 前記発光デバイスが基板構造体をさらに備え、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体が前記基板構造体と対向して接し、前記基板構造体の面と実質的に格子整合される請求項５記載の装置。
9. 前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＴｉ_ｚ）Ｒを含む化合物を含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｘが０と１とを含む間であり、ｙが０と１とを含む間であり、ｚが０と１とを含む間であり、ＲがＮ又はＢ_２である請求項１〜８のいずれかに記載の装置。
10. 前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と前記ＴＢ構造体との間に位置づけられた絶縁界面層をさらに備えてなる請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置。
11. 発光デバイスを製造するための方法であって、
    発光活性領域を形成する工程、
    前記発光デバイスにおいて、前記活性領域と向かい合って隣接するようにトンネルバリア（ＴＢ）構造体を形成する工程、
    前記発光デバイスにおいて、前記ＴＢ構造体と向かい合って隣接し、少なくとも一つの金属を含み、前記活性領域と格子整合されるようにＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を形成する工程、
    前記発光デバイスにおいて、前記ＴＢ構造体と対向している前記活性領域に対して隣接して向かい合うように導電型のIII属窒化物結晶構造体を形成する工程、および
    前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と電気的に接続されるように電流導電コンタクトを形成する工程
    を含んでなる方法。
12. 前記活性領域を形成する工程が、複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造体を形成する工程を含んでなる請求項１１記載の方法。
13. 前記活性領域のＭＱＷ構造体を形成する前記工程が、選択されたサブ帯域最小エネルギーポテンシャルを提供するために選択された量子井戸幅を形成する工程を含み、
    前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が、金属電流インジェクターが前記ＭＱＷのサブ帯域最小エネルギーポテンシャルに実質的に等しいフェルミエネルギーポテンシャルを有するような合金組成物を含んでなる請求項１１または１２記載の方法。
14. 前記発光デバイスにおいて、前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と向かい合って隣接し、前記第二のミラーと前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成するために前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体と向かい合わせるように第二のミラーを形成する工程をさらに含み、
    前記活性領域が前記光学キャビティー内に存在してなる請求項１１〜１３のいずれかに記載の方法。
15. 前記発光デバイスにおいて、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体が、前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と向かい合って隣接し、前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体と前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体との間に光学キャビティーを形成するように光学キャビティーエピタキシャル成長金属ミラー（ＯＣ−ＧＥＭＭ）構造体を備える第二のミラーを形成する工程をさらに含み、
    前記活性領域が前記光学キャビティー内に存在してなる請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
16. 前記発光デバイスにおいて、前記活性領域が前記第二のミラーの第一の面から第一の距離だけ離間して位置づけられて、前記活性領域が、少なくとも一つの抽出モードを形成するために、前記第二のミラーによって反射された光と前記活性領域から発光した光との干渉によって生成した定常光学波の腹又は実質的に腹に位置づけられるように、前記発光デバイスが形成されてなる請求項１４または１５記載の方法。
17. 基板構造体を設ける工程と、
    前記基板構造体上に、かつ前記基板構造体と向かい合って接して前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体を形成する工程と
    を含み、
    前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記基板構造体の面と実質的に格子整合されてなる請求項１１〜１６のいずれかに記載の方法。
18. 基板構造体を設ける工程と、
    前記基板構造体上に、かつ前記基板構造体と向かい合って接して前記ＯＣＢ−ＧＥＭＭ構造体を形成する工程と
    を含み、
    前記ＯＣ−ＧＥＭＭ構造体が前記基板構造体の面と実質的に格子整合されてなる請求項１５記載の装置。
19. 前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体は（Ｈｆ_ｘＺｒ_ｙＴｉ_ｚ）Ｒを含む化合物を含み、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１であり、ｘが０と１とを含む間であり、ｙが０と１とを含む間であり、ｚが０と１とを含む間であり、ＲがＮ又はＢ_２である化合物を含む請求項１１〜１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記ＴＢ−ＧＥＭＭと前記ＴＢ構造体との間に位置づけられように絶縁界面層を形成することをさらに含んでなる請求項１１〜１９のいずれかに記載の方法。
21. 発光デバイスを製造するための装置であって、
    発光活性領域を形成するための手段、
    前記発光デバイスにおいて、前記活性領域と向かい合って隣接するようにトンネルバリア（ＴＢ）構造体を形成するための手段、
    前記発光デバイスにおいて、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記ＴＢ構造体と向かい合って隣接するように、ＴＢエピタキシャル成長金属ミラー（ＴＢ−ＧＥＭＭ）構造体を形成するための手段であって、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が少なくとも一つの金属を含み、前記ＴＢ−ＧＥＭＭ構造体が前記活性領域と格子整合される手段、
    前記発光デバイスにおいて、前記ＴＢ構造体と対向している前記活性領域に対して隣接して向かい合うように導電型のIII属窒化物結晶構造体を形成するための手段、および
    前記発光デバイスにおいて、前記導電型のIII属窒化物結晶構造体と電気的に接続されるように電流導電コンタクトを形成するための手段
    を備えてなる発光デバイスの製造装置。