特許 7503080 光電子デバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-11

(45)【発行日】2024-06-19

(54)【発明の名称】光電子デバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/44 20100101AFI20240612BHJP

   H01L 33/30 20100101ALI20240612BHJP

   H01S 5/028 20060101ALI20240612BHJP

   H01S 5/183 20060101ALI20240612BHJP

   H01L 31/10 20060101ALI20240612BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240612BHJP

   H01S 5/343 20060101ALI20240612BHJP

   H01S 5/42 20060101ALI20240612BHJP

   H01S 5/22 20060101ALI20240612BHJP

【ＦＩ】

H01L33/44

H01L33/30

H01S5/028

H01S5/183

H01L31/10 A

H01L33/32

H01S5/343

H01S5/343 610

H01S5/42

H01S5/22 610

【請求項の数】 17

(21)【出願番号】P 2021570242

(86)(22)【出願日】2020-05-29

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2022-08-26

(86)【国際出願番号】 EP2020065068

(87)【国際公開番号】W WO2020254093

(87)【国際公開日】2020-12-24

【審査請求日】2023-04-03

(31)【優先権主張番号】20195541

(32)【優先日】2019-06-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(31)【優先権主張番号】20195617

(32)【優先日】2019-07-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】FI

(73)【特許権者】

【識別番号】521513384

【氏名又は名称】コンプテック ソリューションズ オーユー

【氏名又は名称原語表記】ＣＯＭＰＴＥＫ ＳＯＬＵＴＩＯＮＳ ＯＹ

【住所又は居所原語表記】Ｖｏｉｍａｋａｔｕ １４ ２０５２０ Ｔｕｒｋｕ Ｆｉｎｌａｎｄ

(74)【代理人】

【識別番号】100127188

【弁理士】

【氏名又は名称】川守田 光紀

(72)【発明者】

【氏名】ローン ヨウコ

(72)【発明者】

【氏名】トゥオミネン マルユッカ

(72)【発明者】

【氏名】ダール ジョニー

(72)【発明者】

【氏名】アロンソ ビセンテ

【審査官】下村 一石

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１１１２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２１１１５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１８２２７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２０－１５０１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５０５５６７（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の表面平面と、前記第１の表面平面に対して反対でありかつ平行である第２の表面平面と、を有する基板層と、
前記基板層の前記第１の表面平面上に配置されたメサ構造であって、
・ ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、
・ 前記基板層の前記第１の表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された第１の表面と、
を備える、メサ構造と、
前記メサ構造の前記第１の表面上に配置された第１のタイプの第１の終端酸化物層であって、前記メサ構造の前記第１の表面は、第１のタイプの前記第１の終端酸化物層を上に配置する前に、前記メサ構造の前記第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって洗浄されている、第１の終端酸化物層と、
を備え、前記第１の終端酸化物層の表面は長距離秩序を示す、光電子デバイス。

【請求項2】

前記第１の終端酸化物層の全体の酸化物化合物の少なくとも５０％は、ＩＩＩ族酸化物である、請求項１に記載の光電子デバイス。

【請求項3】

前記第１の終端酸化物層の厚さは１０ｎｍ未満である、請求項１又は２に記載の光電子デバイス。

【請求項4】

前記メサ構造は、前記基板層の前記第１の表面平面に対して平行である第２の表面と、前記メサ構造の前記第２の表面上に配置された第２のタイプの第２の終端酸化物層とを更に備える、請求項１から３のいずれかに記載の光電子デバイス。

【請求項5】

前記第２の終端酸化物層の全体の酸化物化合物の少なくとも５０％は、ＩＩＩ族酸化物である、請求項４に記載の光電子デバイス。

【請求項6】

前記第２の終端酸化物層は、結晶性終端酸化物層である、請求項４又は５に記載の光電子デバイス。

【請求項7】

多数のメサ構造を備え、
前記角度αは、０°よりも大きく１８０°よりも小さく、２つの隣接するメサ構造の中心間の距離は、２～５００μｍである、請求項１から６のいずれかに記載の光電子デバイス。

【請求項8】

第３のタイプの第３の終端酸化物層は、２つの隣接するメサ構造間の表面上に配置されている、請求項７に記載の光電子デバイス。

【請求項9】

最も外側の終端酸化物層上にオーバーコーティングを更に備える、請求項１から８のいずれかに記載の光電子デバイス。

【請求項10】

前記角度αは、３０～９０°である、請求項１から９のいずれかに記載の光電子デバイス。

【請求項11】

マイクロ発光ダイオードである、請求項１から１０のいずれかに記載の光電子デバイスあって、
前記基板層上の前記メサ構造の設置面積は、１～２５００００μｍ^２である、
光電子デバイス。

【請求項12】

光検出器ある、請求項１から１０のいずれかに記載の光電子デバイスであって、
前記基板上の前記メサ構造の設置面積は、１μｍ^２～１００ｍｍ^２である、
光電子デバイス。

【請求項13】

垂直共振器型面発光レーザーである、請求項１から１０のいずれかに記載の光電子デバイスあって、
前記基板上の前記メサ構造の設置面積は、１～２５００００μｍ^２である、
光電子デバイス。

【請求項14】

光電子デバイスを製造するための方法であって、
・ 基板層の第１の表面平面上に配置されたメサ構造を得ることと、
・ 前記メサ構造の第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記メサ構造の前記第１の表面を洗浄することと、
・ 前記メサ構造の前記第１の表面上に第１のタイプの第１の終端酸化物層を形成することと、
を含み、
前記メサ構造は、
・ ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、
・ 前記基板層の前記表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された前記第１の表面と、
を備え、
前記第１の終端酸化物層の表面は長距離秩序を示す、
方法。

【請求項15】

前記メサ構造は、前記基板層の前記第１の表面平面に対して平行である第２の表面を備え、
前記方法は、前記メサ構造の前記第２の表面上に第２のタイプの第２の終端酸化物層を形成することを更に含む、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記第１の終端酸化物層及びオプションで第２の終端酸化物層を形成した後、前記基板層を除去することを更に含む、請求項１４又は１５に記載の方法。

【請求項17】

前記終端酸化物層上にオーバーコーティングを堆積させることを更に含む、請求項１５又は１６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、概して、光電子デバイス及び光電子デバイスを製造するための方法に関する。光電子デバイスは、メサ構造を備える。

【背景】

【0002】

レーザー、発光ダイオード、検出器、及び光起電力デバイスなどの光電子デバイスは、典型的には、量子井戸構造を含むエピタキシャル成長半導体ヘテロ構造、より正確には、化合物半導体材料ベースの構造で構成されている。化合物半導体材料の一例は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体であり、これは、ＩＩＩ族元素（実質的に、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）をＶ族元素（実質的に、Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ）と結合させることによって得られる。光電子デバイスでは、所与の半導体材料は、別の所与の半導体材料の上で層としてエピタキシャル成長し、それによってヘテロ構造を生成する。更に、エピタキシャル成長製造技術を使用することによって、ＩＩＩ－Ｖ族半導体は、例えば、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）構造を実装するために、量子井戸及び同様の積層構造に製造され得る。更に、量子井戸は、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などの材料を、より広いバンドギャップを有する材料、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）の２つの層の間で挟むことによって半導体内に形成される。他の可能性のある材料の結合の例には、より高いアルミニウム濃度を有するリン化インジウムガリウムアルミニウムの２つの層の間で挟まれたリン化インジウムガリウムアルミニウム（ＩｎＧａＡｌＰ）の層などが含まれ得る。これらの構造は、分子線エピタキシー法（Molecular Beam Epitaxy：ＭＢＥ）又は有機金属化学気相成長法（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：ＭＯＣＶＤ）のようなプロセスによって成長し得る。更に、エピタキシャル成長ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体構造は、半導体層を垂直にエッチングすることによって、当該技術で一般に既知であるリソグラフィ技術を使用することによって、メサ構造に形成され得る。メサ構造は、表面平面及び斜めの（又は傾斜した）側面を有する基板層の上に形成された多層半導体構造である。

【0003】

光電子デバイスの一例として、発光デバイスでの光子生成は、バンド不連続性によって引き起こされるポテンシャルエネルギー障壁間で閉じ込められる電荷キャリアが再結合して光子を生成するときの動作で生じる。光子は、量子井戸の対応する伝導帯最小値と価電子帯最大値との間のエネルギー差、すなわち、バンドギャップエネルギーに依存する波長を有する。同様に、光子検出は、活性領域でバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを有する光子が、デバイス内で印加される電圧差で、後で収集される電子正孔対を生成して吸収されるときの動作で、光検出器デバイスで生じる。

【0004】

一般に、光電子デバイスでは、特に、発光デバイスでは、光電子デバイスの活性量子井戸領域内への効率的な電流注入の要件がある。マイクロＬＥＤデバイスの特定の例では、例えばマイクロＬＥＤベースのディスプレイを駆動するために要求される低注入電流レベルでデバイス効率が乏しい。一般に、できる限り高い割合の注入された電流がデバイスの活性領域で光生成に移され、したがって、できる限り多くの注入される電子が正孔と再結合し光子を生成すべきことが望まれる。これは、ＬＥＤの内部量子効率（Internal Quantum Efficiency：ＩＱＥ）と定義される。

【0005】

効率が乏しくなるメカニズムは、（ｉ）電子／正孔のショックレーリードホール（Shockley-Read-Hall：ＳＲＨ）再結合、（ｉｉ）オージェ再結合、及び（ｉｉｉ）量子井戸からの電子オーバーフローといった因子によってもたらされると考えられる。特に、デバイスの低電流密度動作で、ＩＱＥ低下に対する主な要因は、欠陥状態での非輻射ショックレーリードホール再結合によってもたらされ、それによって、光生成及び出力を低減する。更に、この再結合プロセスは、所与の光電子デバイスの動作寿命を低減する過剰な熱を生成する。

【0006】

マイクロＬＥＤデバイスの特定の例では、寸法が減少するにつれてＬＥＤの表面積対体積比が増加し、したがって、材料表面品質は、最終的なデバイス性能を定める際に寄与する。すなわち、マイクロＬＥＤメサ構造がエッチング及びリソグラフィ技術を使用して処理されるため、ＬＥＤのメサ側壁は、欠陥状態ならびに非輻射ＳＲＨ再結合及び漏れ電流の源である高密度の原子レベル欠陥及び構造不規則性を特徴とする。特に、マイクロＬＥＤベースのディスプレイデバイスの例では、電荷キャリア拡散長がマイクロＬＥＤサイズ及びピクセルピッチに匹敵し得るため、欠陥のある側壁の影響は、大きい距離にわたって、及びチップの全体の体積の性能に影響を及ぼし得る。

【0007】

典型的な化合物半導体ベースの光電子デバイスでの高密度の欠陥の本来の源は、ＩＩＩ－Ｖ族材料の制御されていない酸化である。化合物半導体の酸化物は、原子レベル結合不規則性、壊された結合（ダングリングボンド）、ならびに混合されたＩＩＩ族及びＶ族酸化物を特徴とする。このナノメートル厚さの酸化物層は、半導体材料バンドギャップで高密度の電気活性欠陥状態を生成しやすい。特に、Ｖ族酸化物は、高欠陥状態密度に寄与しやすい。当該好ましくない酸化物の形成は、光電子デバイスの処理の間に生じやすい。マイクロＬＥＤデバイスメサ製造の特定の例では、リソグラフィ及びエッチング技術でのメサ構造形成の後、メサ表面は酸化される。

【0008】

現代の既知の半導体生産設備は、いくつかの既知の技術を採用することによって、光電子デバイスを製造における前述の問題に対処する。一当該技術は、メサ側壁表面の化学洗浄及び不動態化が採用される光電子デバイスを製造することである。当該化学的不動態化は、例えば、硫化アンモニウムベースの不動態化又はＳＵ－８ベースの不動態化であり得る。当該不動態化での既知の問題は、それらが安定でなく、容易に酸化し得ることである。別の当該アプローチは、原子層堆積（Atomic Layer Deposition：ＡＬＤ）、スパッタリング、又はプラズマ化学気相堆積（Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition：ＰＥＣＶＤ）などの技術を使用して、メサ側壁上に金属酸化物オーバーコーティング（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２）を堆積させることである。光電子デバイスを製造するためのこれらのアプローチは、オーバーコーティング材料が酸素を含み、化学洗浄が多くの場合、特に、アルミニウム含有化合物半導体材料での酸化物の除去で不十分であるため、品質の乏しい界面酸化物の層及びこれに伴う欠陥を生成しやすい。

【0009】

したがって、前述の説明に照らして、従来の半導体デバイス及び従来の製造技術に伴う前述の欠点を克服する必要がある。

【0010】

したがって、本開示は、自然酸化物層を有する品質の乏しい光電子デバイスメサ表面、及び関連の非輻射再結合及び漏れ電流の既存の問題にソリューションを提供することを目的とする。本開示の目的は、従来技術で遭遇する問題を少なくとも部分的に克服するソリューションを提供することであり、経済的で実装しやすく高度な光電子デバイスを提供する。

【摘要】

【0011】

本開示は、光電子デバイスを提供することを目的とする。本開示はまた、光電子デバイスを製造する方法を提供することを目的とする。

【0012】

本開示は、第１の表面平面と、前記第１の表面平面に対して反対でありかつ平行である第２の表面平面と、を有する基板層を備える光電子デバイスを提供する。前記光電子デバイスは、前記基板層の前記第１の表面平面上に配置されたメサ構造を更に備える。前記メサ構造は、ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、前記基板層の前記第１の表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された第１の表面と、を備える。前記デバイスはまた更に、前記メサ構造の前記第１の表面上に配置された第１のタイプの第１の終端酸化物層を備え、前記メサ構造の前記第１の表面は、第１のタイプの前記第１の終端酸化物層を上に配置する前に、前記メサ構造の前記第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって洗浄されている。

【0013】

本開示は、光電子デバイスを製造するための方法を更に提供する。この方法は、
・ 基板層の第１の表面平面上に配置されたメサ構造を得ることと、
・ 前記メサ構造の第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記メサ構造の前記第１の表面を洗浄することと、
・ 前記メサ構造の前記第１の表面上に第１のタイプの第１の終端酸化物層を形成することと、
を含み、
前記メサ構造は、ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、前記基板層の前記表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された前記第１の表面と、を備える。

【図面の簡単な説明】

【0014】

上記摘要及び例示的な実施形態の以下の詳細説明は、添付の図面と共に読むとより十分に理解される。本開示を示す目的で、本開示の例示的な構成が図面で示される。しかしながら、本開示は、本明細書で開示される特定の方法及び装置に限定されない。更に、当業者は、図面が縮尺どおりでないことを理解するであろう。可能な限り、同様の要素は、同一の番号で示されている。

【0015】

ここで、本開示の実施形態は、以下の図面を参照して、例示としてのみ説明される。

【図1A】本開示の第１の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図1B】本開示の第１の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図2A】本開示の更なる実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図2B】本開示の更なる実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図2C】本開示の更なる実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図3A】メサ構造表面上に自然酸化物を有する光電子デバイスの概略図である。

【図3B】自然酸化物の上にオーバーコーティング層を有する光電子デバイスの概略図である。

【図3C】本開示の第３の実施形態に係る、終端酸化物層を有する光電子デバイスの概略図である。

【図3D】本開示の第４の実施形態に係る、終端酸化物層及び誘電オーバーコーティング層を有する光電子デバイスの概略図である。

【図4】本開示の第５の実施形態に係るプロセスフローの概略図である。

【図5】本開示の第６の実施形態に係る処理機器の概略図である。

【図6】自然酸化物を有するマイクロＬＥＤデバイス及び本開示の第７の実施形態に従って処理されたマイクロＬＥＤデバイスから時間相関単一光子計数法を使用して測定されたキャリア寿命減衰曲線を示す。

【図7】不動態化無しで自然酸化物層を有する典型的なマイクロＬＥＤデバイス、従来技術を使用して不動態化されたマイクロＬＥＤデバイス、及び本開示の第８の実施形態に従って処理されたマイクロＬＥＤデバイスを示すフォトルミネッセンススペクトルを示す。

【図8】本開示の第９の実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザーダイオードの概略図である。

【図9A】洗浄されたＩｎＧａＡｌＰ材料の表面からの反射高速電子線回折パターンを示す。

【図9B】本開示の第１０の実施形態に従って不動態化されたＩｎＧａＡｌＰ材料の表面からの反射高速電子線回折パターンを示す。

【図10A】メサ表面上に自然酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからのＧａ２ｐ Ｘ線光電子スペクトルを示す。

【図10B】本開示の第１１の実施形態に係る、終端酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからのＧａ２ｐ Ｘ線光電子スペクトルである。

【図10C】メサ表面上に自然酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからのＰ２Ｐ Ｘ線光電子スペクトルである。

【図10D】本開示の第１２の実施形態に係る、終端酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからのＰ２Ｐ Ｘ線光電子スペクトルである。

【図11】本開示の第１３の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図12】本開示の第１４の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【図13】本開示の第１５の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。

【0016】

添付の図では、下線付き番号は、その番号が上に位置している、又は隣接している部材を表すために採用される。下線無しの番号は、その番号を部材につなぐ線によって識別される部材に関する。

【実施形態の詳細説明】

【0017】

以下の詳細説明は、本開示の実施形態及び実施形態が実装され得る方法を示す。本開示を実行するいくつかのモードが開示されているが、当業者は、本開示を実行又は実施するための他の実施形態もまた可能であることを認識するであろう。

【0018】

本開示は、第１の表面平面と、前記第１の表面平面に対して反対でありかつ平行である第２の表面平面と、を有する基板層を備える光電子デバイスを提供する。前記光電子デバイスは、前記基板層の前記第１の表面平面上に配置されたメサ構造を更に備える。前記メサ構造は、ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、前記基板層の前記第１の表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された第１の表面と、を備える。前記デバイスはまた更に、前記メサ構造の前記第１の表面上に配置された第１のタイプの第１の終端酸化物層を備え、前記メサ構造の前記第１の表面は、第１のタイプの前記第１の終端酸化物層を上に配置する前に、前記メサ構造の前記第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって洗浄されている。

【0019】

本開示は、光電子デバイスを製造するための方法を更に提供する。この方法は、
・ 基板層の第１の表面平面上に配置されたメサ構造を得ることと、
・ 前記メサ構造の第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記メサ構造の前記第１の表面を洗浄することと、
・ 前記メサ構造の前記第１の表面上に第１のタイプの第１の終端酸化物層を形成することと、を含み、
前記メサ構造は、ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層と、前記基板層の前記表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置された前記第１の表面と、を備える。

【0020】

したがって、本開示は、前記光電子デバイスの前記メサ構造の表面上に終端酸化物層を生成することによって、光電子半導体デバイスを不動態化する新しい方法を提供する。当該終端酸化物層は、従来の既知の方法によって形成又は堆積される自然酸化物又は他の酸化物層と比較して、向上した物理的及び電気的特性を示す。これらの理由で、当該終端酸化物層は、後の誘電オーバーコーティング堆積のために品質が向上した界面によって、メサ構造表面で前記非輻射再結合を抑制する有益な不動態化挙動を提供する。したがって、当該終端酸化物層は、メサ構造として形成された複数の半導体層の積層構成内へのキャリア閉じ込めを向上させるために前記光電子デバイスについてのエネルギー障壁の増加を提供する。

【0021】

前記光電子デバイスでは、前記メサ構造の前記第１の表面は、第１のタイプの前記第１の終端酸化物層を上に配置する前に、その上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって洗浄されている。自然酸化物は、望ましくない低い電気的特性を有し、したがって、その存在によって光電子デバイスの品質が落ちる。更に、最終製品で自然酸化物が前記終端酸化物層の形成の前に少なくとも主に除去されていることを示すことができる。実際、前記終端酸化物層の構造が並べられており、したがって、前記メサ構造の前記第１の表面及び前記第１の終端酸化物層の界面で、前記終端酸化物層の前記酸化物の順序は、前記メサ構造の前記第１の表面が、前記第１の終端酸化物層を上に形成する前に少なくとも主に洗浄されていることを示す。この構造は、例えば、透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：ＴＥＭ）又はＸ線光電子分光法（X-ray Photoelectron Spectroscopy：ＸＰＳ）を使用することによって分析できる。最終製品での洗浄されていない表面と洗浄された表面との差は、以下でより詳細に説明するように図３にも示される。

【0022】

典型的には、前記第１の終端酸化物層の変換又は形成の割合は、完全に１００％ではない。すなわち、前記自然酸化物の少なくとも７５％が除去されていたとしても、前記自然酸化物が除去された場所のすべてが必ずしも終端酸化物層によって覆われているわけではないことにも留意されたい。変換の割合は、例えば、５０％であり得る。変換の割合は、意図的に又は非意図的に影響され得る。意図的により低い変換割合とする例としては、自然酸化物の除去の後であり、終端酸化物層の形成の前に、特定のエリアを隠すか又は覆って、その下のエリアの更なる変化を防ぐことが挙げられる。非意図的により低い変換割合となる例としては、終端酸化物層の形成を防ぎ得るコンタミネーションの存在が挙げられる。

【0023】

本説明では、「タイプ」という用語は、前記終端酸化物層と関連して使用されている。「タイプ」という用語は、前記終端酸化物層の性質、すなわち、その組成を意味する。使用される様々な終端酸化物層は、以下でより詳細に説明するように同一か又は互いに異なり得る。したがって、前記終端酸化物層のタイプは、その層に存在する酸化物に依存する。

【0024】

光電子デバイスは、光子を発しているか又は光子を検出することができるデバイスを指し得る。当該光電子デバイスの例としては、発光ダイオード（ＬＥＤ）、マイクロＬＥＤ、レーザーダイオード、光起電力太陽電池、及び光検出器が挙げられる。本光電子デバイスはまた、複数のＬＥＤのマトリクス、複数の光検出器のマトリクス、又はマルチ接合太陽電池の一部であり得る。したがって、前記光電子デバイスは、半導体デバイスである。

【0025】

前記光電子デバイスは、表面平面を有する基板層の上に配置されたメサ構造を備える。前記メサ構造は、絶縁された複数の半導体スタックを指し、ＩＩＩ－Ｖ族材料の少なくとも１つの層を備える。各々の絶縁された半導体スタックは、前記光電子デバイスの光電子構成要素として機能する。一例として、レーザー、発光ダイオード、検出器、及び光起電力デバイスなどの光電子デバイスは、量子井戸構造などの活性層を含む半導体ヘテロ構造、より正確には、化合物半導体材料ベースの構造で構成され得る。前記半導体ヘテロ構造は、典型的には、基板層の上でエピタキシャル成長する。基板層の例は、ＧａＡｓウェハである。基板層の別の例は、ウェハ上のエピタキシャルＩＩＩ－Ｖ層である。前記基板層の前記表面平面は、例えば、（ＧａＡｓ又はウェハ上のエピタキシャルＩＩＩ－Ｖ層の場合）（００１）面、又は（ＧａＮの場合）（０００１）面を指す。

【0026】

前記メサ構造（すなわち、前記絶縁された半導体スタック）は、前記基板層の前記第１の表面平面に対して角度αで配置された第１の表面を備える。前記表面平面と前記第１の表面との間の前記角度は、例えば、３０～９０度であり得る。前記第１の表面は、前記メサ構造の側面を取り囲む表面、すなわち、傾斜部分である。実施形態によっては、前記メサ構造はまた、前記基板層の前記第１の表面平面に対して平行である第２の表面を備える。前記第２の表面は、前記基板から最も遠い、前記メサ構造の表面層である。前記表面層は、前記構造の少なくとも第１の原子層を指す。

【0027】

前記第１の表面は、前記基板層の前記第１の表面平面に対して、０°でも１８０°でもない角度αで配置されている。実施形態によっては、前記角度αは、３０～９０度である。したがって、前記角度αは、例えば、５、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、１６０、１６５、又は１７０度から、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、１００、１０５、１１０、１１５、１２０、１２５、１３０、１３５、１４０、１４５、１５０、１５５、１６０、１６５、１７０、又は１７５度までであり得る。

【0028】

実施形態によっては、本光電子デバイスはまた、最も外側の終端酸化物層上にオーバーコーティングを備える。当該オーバーコーティングの機能は、例えば、前記終端酸化物層及び前記デバイスの残りの部分を保護することであり得る。オーバーコーティングはまた、前記デバイスの前記外側の表面の屈折率を変更するか、又は反射防止コーティングもしくは高反射コーティングとして機能するために使用され得る。したがって、前記オーバーコーティングは、場所によって異なる厚さを有し得、例えば、いくつかのピークを含み得る。

【0029】

更に、前記オーバーコーティングは、前記光電子デバイスの一部にのみ配置され得る。実際、使用時には、最も典型的には、必ずしも前記光電子デバイスの残りの部分ではなく前記終端酸化物層を保護するために使用される。したがって、前記オーバーコーティングは、不連続であり得、例えば、パターンに沿って作られ得る。

【0030】

前記光電子デバイスは、前記メサ構造の前記第１の表面上に配置された第１のタイプの第１の終端酸化物層を更に備える。別の実施形態では、第２のタイプの第２の終端酸化物層が、前記メサ構造の前記第２の表面上に配置される。

【0031】

前記第１の終端酸化物層は、前記メサ構造、すなわち、その側面を取り囲むように配置されている。前記第１の終端酸化物層は、第１のタイプである。前記第１のタイプは、好ましくは、ＩＩＩ族酸化物主体である終端酸化物層である。ＩＩＩ族酸化物主体は、表面での全体の酸化物化合物の少なくとも５０％以上がＩＩＩ族酸化物である状況を指す。Ｖ族酸化物及び関連の原子結合は、半導体のバンドギャップで高密度の欠陥状態を生成しやすく、したがって、前記表面酸化物をＩＩＩ族主体酸化物に定めることが意図されることに留意されたい。更に、本開示の前記方法によって形成される前記第１の終端酸化物層は、好ましくは、１０ｎｍよりも小さい厚さを示す。実施形態によっては、前記第１の終端酸化物層の（割合における主体のレベルなどの）組成及び厚さは、メサ側壁、すなわち、前記第１の表面上に存在する材料に依存する。

【0032】

存在する場合、前記第２の終端酸化物層は、前記メサ構造の前記第２の表面を覆うように配置されている。前記第２の終端酸化物層は、第２のタイプである。実施形態によっては、前記第２のタイプは、前記第１のタイプと異なっている。別の実施形態では、前記第２のタイプは、前記第１のタイプと同一である。前記第２の終端酸化物層は、好ましくは、組成及び厚さで均一である。代替的な実施形態では、前記第２の終端酸化物層は、結晶性終端酸化物層である。

【0033】

したがって、実施形態によっては、前記第１の終端酸化物層の全体の酸化物化合物の少なくとも５０％は、ＩＩＩ族酸化物である。別の実施形態によると、前記第２の終端酸化物層の全体の酸化物化合物の少なくとも５０％は、ＩＩＩ族酸化物である。したがって、前記第１及び第２の終端酸化物層の両方、又はそのいずれかは、主に、ＩＩＩ族酸化物で形成され得る。

【0034】

前記メサ構造は、任意の形態であり得る。すなわち、上から（前記基板層の前記第１の表面に対して垂直に）見たとき、前記メサ構造は、正方形、三角形、円形、もしくは楕円形の形態、又は任意の他の好適な形態を有し得る。前記メサ構造は、側方から見たとき、直線形態、非直線形態、前記第１の基板面に対して異なる角度を有する直線形態の組合せ、非直線形態の組合せ、又は直線及び非直線形態の組合せを有し得る。

【0035】

前記光電子デバイスが（２～１０個、１０～５０個、又は５０～１００個のメサ構造などの）多数のメサ構造を備える実施形態では、これらは、好ましくは、規則正しく配置されているか、又は規則的なパターンに従って（例えば、円形であって、前記円形の中心に近いメサ構造が外円でのメサ構造よりも互いに近くに）配置されている。隣接するメサ構造間の距離は、メサ構造の隣接する中心間の距離として示される。２つの隣接するメサ構造の中心間の距離は、例えば、２～５００μｍ（マイクロメートル）であり得る。この距離は、例えば、２、４、６、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１５０、２００、２５０、３００、又は３５０μｍから、１０、１５、２０、２５、３０、３５、４０、４５、５０、６０、７０、８０、９０、１００、１２０、１５０、２００、２５０、３００、３５０、４００、４５０、又は５００μｍまでであり得る。実施形態によっては、前記光電子デバイスは、多数のメサ構造を備え、前記角度αは、０°よりも大きく１８０°よりも小さく、２つの隣接するメサ構造の中心間の距離は、２～５００μｍである。

【0036】

更に別の実施形態によると、前記光電子デバイスが多数のメサ構造を備えるとき、第３のタイプの第３の終端酸化物層は、２つの隣接するメサ構造間の表面上に配置される。前記第３のタイプの終端酸化物層は、前記第１の終端酸化物層もしくはオプションの第２の終端酸化物層のいずれかと同一であり得るか、これらと同じであり得るか、又はこれらの両方と異なり得る。第１及び第３の終端酸化物層のみが存在し、第２の終端酸化物層がないことも可能である。前記第３のタイプの終端酸化物層はまた、全体の酸化物化合物の少なくとも５０％がＩＩＩ族酸化物であり得る。この場合、前記表面はまた、好ましくは、前記第３の終端酸化物層が形成される前記表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記第３の終端酸化物層を形成する前に洗浄される。

【0037】

したがって、前記第１の終端酸化物層、オプションの第２の終端酸化物層、及びオプションの第３の終端酸化物層でのＩＩＩ族酸化物の量は、好ましくは、少なくとも５０％であるが、（複数存在するとき）各終端酸化物層について独立して選択される。実施形態によっては、ＩＩＩ族酸化物の量は、少なくとも５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、又は９５％である。

【0038】

更に別の実施形態によると、前記第１の終端酸化物層、オプションの第２の終端酸化物層、及びオプションの第３の終端酸化物層は、互いに独立して、酸化物の全体の量の最大２０％などの、ある分量のＶ族酸化物を更に備え得る。例えば、Ｖ族酸化物の量は、０％よりも多いが、その検出限界（典型的には、０．１％又は１％）よりも低い。したがって、Ｖ族酸化物の量は、最大０．１、０．５、１、１．５、２、５、１０、１５、又は２０％であり得る。Ｖ族酸化物の量が最大５０％であることも可能である。

【0039】

したがって、実施形態によっては、前記第１の終端酸化物層、オプションの第２の終端酸化物層、及びオプションの第３の終端酸化物層は、互いに独立して、少なくとも５０％のＩＩＩ族の酸化物と、０％よりも多いＶ族の酸化物とを備える。

【0040】

実施形態によっては、前記光電子デバイスは、マイクロＬＥＤデバイスであり得る。実際、前記光電子デバイスは、マイクロ発光ダイオードであり得、ベース層上の前記メサ構造の設置面積は、１～２５００００μｍ^２である。この設置面積は、例えば、１、１０、１００、５００、１０００、１５００、２０００、５０００、１００００、１０５００、１５０００、２００００、５００００、１０００００、又は１５００００μｍ^２から、５００、１０００、１５００、２０００、５０００、１００００、１０５００、１５０００、２００００、５００００、１０００００、１５００００、２０００００、又は２５００００μｍ^２までであり得る。

【0041】

前記ベース層上の前記メサ構造の前記設置面積は、前記基板層の前記第１の表面平面上への前記メサ構造の（すなわち単一のメサ構造の）平行投影と定義される。この説明での前記ベース層は、前記メサ構造によって覆われていない前記デバイスの一部を表す。

【0042】

ここで使用される「マイクロ」という用語は、前記デバイスの記述的サイズを指し、ある実施形態では、１μｍから５００μｍまでの範囲の個々の構成要素の横の寸法を指し得る。典型的なマイクロＬＥＤデバイスのメサ構造での側壁は、低い全体効率を有して前記マイクロＬＥＤデバイスを取り囲む光学的デッドエリアを生成する注入された電荷キャリアについての欠陥及びこれに伴う非輻射再結合中心を特徴とする。この問題は、前記終端酸化物層の特性により、本出願で回避される。

【0043】

実際、前記マイクロＬＥＤデバイス構造は、側壁表面を含む前記マイクロＬＥＤメサ表面を、メサ表面で低減された量の欠陥ならびに低減された非輻射再結合及びキャリア漏れの特性を有する終端酸化物層に変換するプロセスを使用して不動態化される。

【0044】

更に別の実施形態では、前記光電子デバイスは、垂直共振器型面発光レーザー（Vertical Cavity Surface Emitting Laser：ＶＣＳＥＬ）であり、例えば最小の横の寸法は１μｍである。実際、前記光電子デバイスは、垂直共振器型面発光レーザーであり得、ベース層上の前記メサ構造の前記設置面積は、１～２５００００μｍ^２である。この設置面積は、例えば、１、１０、１００、５００、１０００、１５００、２０００、５０００、１００００、１０５００、１５０００、２００００、５００００、１０００００、又は１５００００μｍ^２から、５００、１０００、１５００、２０００、５０００、１００００、１０５００、１５０００、２００００、５００００、１０００００、１５００００、２０００００、又は２５００００μｍ^２までであり得る。ＶＣＳＥＬデバイスは、ＡｌＧａＡｓ層及びＡｌＡｓ層のような複数のアルミニウム含有ＩＩＩ－Ｖ族層を有するメサ構造を備え得る。このアルミニウム含有層は、１つ以上の表面不動態化層、すなわち、終端酸化物層を含み得る上表面によって垂直方向に環境から保護され得る。既知のＶＣＳＥＬデバイスのアルミニウム含有層は、典型的には、特に、ウェハが個々のダイにカットされた後、前記メサ構造の側表面で環境に曝される。これらの材料で生じる自然酸化は制御されておらず、自然酸化物層の厚さは、アルミニウム含有層の縁内部から増加し、最終的に、ＶＣＳＥＬ活性層にさえ達し、それによって、性能を低下させるか、更には動作を妨げる。ＶＣＳＥＬデバイスは、一般に、比較的高価で比較的かさばり得る密閉パッケージで取り付けられている。これらの問題は、前記第１の終端酸化物層により、実施形態によっては更に第２の終端酸化物層により、本デバイスで回避される。

【0045】

別の実施形態では、前記光電子デバイスは、光検出器である。実際、前記光電子デバイスは、光検出器であり得、ベース層上の１つのメサ構造の前記設置面積は、１μｍ^２～１００ｍｍ^２である。前記設置面積は、例えば、１、５、５０、１００、２５０、５００、７００、１０００μｍ^２、０．０１、０．１、１、１０、１５、２０、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、又は７０ｍｍ^２から、５０、１００、２５０、５００、７００、１０００μｍ^２、０．０１、０．１、１、１０、１５、２０、３０、３５、４０、４５、５０、５５、６０、６５、７０、７５、８０、８５、９０、９５、又は１００ｍｍ^２までであり得る。

【0046】

前記光検出器は、典型的には、任意の組合せでＩｎＰ、ＩｎＧａＡｓ、ＩｎＧａＡｓＰ、及びＧａＡｓなどの半導体材料の多層スタックを備える。前記光検出器は、典型的には、ｐ－ｎ接合間で電圧を印加することによって収集され得る電流に光子を変換するｐ－ｎ接合を少なくとも有するか、又は更に、光子吸収によりｐ－ｎ接合間で電圧差が生成される。吸収された光子は、空乏領域で電子正孔対を作る。フォトダイオード及びフォトトランジスタは、光検出器の例である。

【0047】

更に、本開示は、メサ構造表面を覆う終端酸化物層を有する、垂直にエッチングされた光電子デバイスの新しい構造に関する。

【0048】

本開示の別の態様では、光電子デバイスを製造するための方法が提供される。メサ構造は、基板層の上に予め製造されている（配置されている）。前記基板層の上に配置された提供された前記メサ構造は、前記メサ構造の前記第１の表面上に前記第１のタイプの前記第１の終端酸化物層を形成し、実施形態によっては更に、前記メサ構造の前記第２の表面上に前記第２のタイプの前記第２の終端酸化物層を形成することによって更に処理される。

【0049】

前記方法は、３つのメインステップである、ステップＳ１（準備）、ステップＳ２（第１の終端酸化物層の形成及びオプションで第２の終端酸化物層の形成）、及びオプションのステップＳ３（オーバーコーティング）に分けられ得る。これらは以下でより詳細に論じる。

【0050】

前記製造方法では、前記第１の表面及びオプションで第２の表面で曝される前記層の材料は、自然酸化物層を形成しやすい。この酸化は、好ましくは、当業者が十分に既知であるメカニズムによって、前記自然酸化物層によりもたらされる暗電流及び電流漏れの出現により、前記光電子デバイスの効率減少を回避するために防がれる。

【0051】

前記方法は、前記メサ構造の前記第１の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記メサ構造の前記第１の表面を洗浄することを更に含む。これは、典型的には、前記第１の終端酸化物層を形成する前に少なくとも１つの洗浄ステップで実行される。様々な可能な洗浄ステップは、ステップＳ１と関連して以下でより詳細に説明する。

【0052】

実施形態によっては、前記メサ構造は、前記基板層の前記第１の表面平面に対して平行である第２の表面を備え、前記方法は、前記メサ構造の前記第２の表面上に第２のタイプの第２の終端酸化物層を形成することを更に含む。この場合、前記第２の表面はまた、好ましくは、前記メサ構造の前記第２の表面上の自然酸化物の少なくとも７５％を除去することによって、前記第２の終端酸化物層を形成する前に洗浄される。

【0053】

前記方法はまた、前記第１の終端酸化物層及び前記オプションの第２の終端酸化物層（ならびにオプションの第３の終端酸化物層）を形成した後、前記基板層を除去することを含み得る。当該ステップが使用されるとき、得られた前記光電子デバイスは、もはや前記基板層を備えない。それは、実施形態によっては別の基板層上に配置され得、前記角度αが９０°とは異なっていた場合、前記新しい基板層と前記メサ構造の前記第１の表面（すなわち、前記第１の終端酸化物層を備える前記第１の表面）との間の角度βは、必然的に９０°－αである。あるベース層から別のベース層への前記メサ構造の移動は、当該技術で既知の手段で行われ得る。したがって、前記メサ構造の新しい表面は、（前記基板層の除去によって）曝され得、また（他の終端酸化物層のうちの１つと同じか、又は異なるものであり得る）終端酸化物層を備えるように処理され得る。

【0054】

更に、前記メサ構造が形成され得る（既製で得られるのではない）。前記メサ構造の形成は、当該技術で既知の方法、例えば、反応性イオンエッチング（Reactive Ion Etching：ＲＩＥ）で作られ得る。メサ構造を分離するためのエッチング深さは、事前に選択される。一例では、前記材料は、前記基板までずっとエッチングされ得る。別の例では、エッチングでは、前記メサ構造間で前記基板上に材料を残す。

【0055】

〔ステップＳ１〕
ステップＳ１で、コンタミナント、炭素、及び自然酸化物が、前記メサ構造（複数可）から除去される。第１の終端酸化物層を形成するとき、及び実施形態によっては第２の終端酸化物層を形成するときにそれらが好ましくないため、この除去が必要とされる。前記基板がコンタミナント及び炭素を全く有しない場合があるが、自然酸化物が存在する場合、その少なくとも７５％が除去される。実施形態によっては、前記自然酸化物の少なくとも８０％、８５％、９０％、９５％、９６％、９７％、９８％、９９％以上が除去される。洗浄後に前記自然酸化物の数パーミルしか残らない場合さえある。

【0056】

実施形態によっては、前記プロセスは、基板上に形成されたメサ構造を有する基板を得ること又は提供することで始まる。前記ステップＳ１の間、一連の処理は、前記メサ構造を備える前記基板からコンタミネーション、炭素、及び自然酸化物を除去するために行われる。実施形態では、前記コンタミネーション除去は、アセトンメタノールイソプロピルアルコール処理などの湿式化学処理で構成されている。別の実施形態では、前記コンタミネーション除去は、超音波振動下で実行され得る。

【0057】

実施形態によっては、炭素関連原子種は、湿式化学処理を使用するプロセスステップで前記メサ構造の表面から除去される。当該プロセスは、アセトンメタノールイソプロピルアルコール処理又は更にはＲＣＡ洗浄であり得る。ＲＣＡ洗浄の詳細は、当該技術で十分に既知である。前記処理は、超音波振動下で行われ得る。別の実施形態では、前記炭素除去ステップは、酸素プラズマプロセスなどの乾式洗浄プロセスであり得る。例えば、下流のリモートプラズマ構成で生成される酸素プラズマは、プラズマチャンバ構成で使用される真空ポンプで容易に除去される揮発性炭素関連種を生成する際に効率的である。

【0058】

実施形態によっては、前記炭素除去ステップの後、自然酸化物が除去される。ＩＩＩ－Ｖ族半導体の自然酸化物は、乏しい特性を示し、半導体エネルギーバンドギャップで高密度の欠陥及びこれに伴う電子状態を含むことに留意されたい。前記自然酸化物は、ＩＩＩ族及びＶ族関連酸化物、ダングリングボンド、ならびにダイマーボンドの混合物を備える。典型的には、Ｖ族関連酸化物及びこれに伴う電子状態は、前記光電子デバイスの前記性能に有害であると考えられる。これらの酸化物の効果は、図１０と関連して以下に示す。

【0059】

前記自然酸化物除去の実施形態によっては、湿式化学処理が使用され得る。一例として、自然酸化物は、フッ化水素酸ベースの溶液、クエン酸ベースの溶液、又は硫酸ベースの溶液などの化学物質を使用して異なる材料から除去され得る。例えば、ＩｎＧａＡｌＰ、ＧａＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＰ、ＧａＮ、ＩｎＧａＮのような材料を含むメサ構造を洗浄するために、塩酸溶液が使用され得る。前記溶液のモル濃度は、材料によって０．１Ｍから１２Ｍまで変わり得、溶媒は、脱イオン水、イソプロピルアルコール、又はメタノールであり得る。エッチング時間は、前記溶液の選択されたモル濃度及び前記メサ構造での材料組成によって１秒から５分まで変わり得る。当該化学作用を行った後のメサ表面の再酸化を回避するために、エッチングプロセスが不活性ガス雰囲気で行われ得るが、この環境での酸素の部分的含有量は、少なくとも１０００ｐｐｍ（parts-per-million）よりも低い。使用される場合もある他の湿式エッチングレシピは、フッ化水素酸溶液である。前記フッ化水素酸溶液は、脱イオン水を使用して希釈され、フッ化アンモニウムなどの緩衝剤を使用して緩衝され得る。前記湿式化学エッチング技術では、化学配合は、処理される材料によって変わり得ることに留意されたい。

【0060】

前記自然酸化物除去ステップの別の実施形態では、乾式洗浄プロセスが使用され得る。実施形態によっては、前記メサ構造の表面についての前記乾式自然酸化物除去プロセスは、例えば、真空条件で原子水素フラックスを使用して定められる。前記原子水素フラックスは、例えば、リモート電子サイクロトロン共鳴プラズマソースを使用して、又は水素サーマルクラッカーを使用することによって生成され得る。サーマルクラッカーは、分子水素を原子水素に分離し得る。更に別の乾式自然酸化物洗浄プロセスは、希ガスを使用したイオンスパッタリングである。

【0061】

代替的な実施形態によると、前記メサ構造の表面から前記自然酸化物除去を実行するための乾式プロセスは、ヘリウム、アルゴン、ネオン、又はキセノンなどの希ガス原子種を利用したスパッタリングなどのイオン衝撃を使用して実行される。この例では、イオンソースは、十分に低いイオンエネルギー（＜２００ｅＶ）であるが、前記メサ構造へのスパッタリングダメージ及びイオン注入を最小化するが自然酸化物のゆるやかな除去を可能にする高い電流密度を有する、エンドホールタイプグリッドレスイオンソースであり得る。更に別の例では、前記基板は、イオンエネルギーを増加させるためのイオン衝撃の間に負電圧にバイアスされ得る。

【0062】

実施形態によっては、（コンタミナント、自然酸化物、及び炭素を除去するための）上述のような前記洗浄の後、前記メサ構造は、ステップＳ２のための超高真空チャンバ条件に導入される。ここで、超高真空（Ultra-High-Vacuum：ＵＨＶ）は、ベース圧力条件が１×１０^－７から１×１０^－１１ｍｂａｒまでの範囲内である真空を意味する。

【0063】

〔ステップＳ２〕
Ｓ２の第１のサブステップでは、前記光電子デバイスは、超高真空条件での脱ガスステップで高温に加熱されて、前の洗浄ステップから前記メサ構造の表面に残された揮発性化合物を実質的に蒸発させる。前記脱ガスステップの実施形態によっては、脱ガス温度は、前記メサ構造での材料によって、２００℃から６００℃まで変わり得る。正しい温度及び脱ガス時間が、洗浄されたメサ構造表面からの揮発種の除去を促進するために要求されることが理解されるであろう。実施形態によっては、温度は、ヒ素及びリンなどのＶ族原子が軽く除去されて、前記メサ構造の前記第１の表面での前記第１の原子層がＩＩＩ族元素リッチになるように選択され得る。

【0064】

前記脱ガスステップが行われた後、前記メサ構造は、前記第１の終端酸化物層を形成するように処理される。前記メサ構造は、前記メサ構造の表面上に１つ以上の終端酸化物層を形成するように制御可能に酸化される。

【0065】

酸素ドーズ及び表面温度が正しく選択されると、酸素が表面に吸収され、良好な品質の終端酸化物層への表面構造の変換をもたらす。

【0066】

実際、実施形態によっては、酸化条件は、プロセスが、高温で表面から容易に除去される揮発性Ｖ族酸化物の生成を促進し、したがって、Ｖ族原子が不足した前記メサ構造の表面で第１の原子層を作り、前記表面を良好な品質のＩＩＩ族関連酸化物に変換するように選択される。Ｖ族種の除去の効果は、例えば、反射高速電子線回折（Reflection High Energy Electron Diffraction：ＲＨＥＥＤ）、Ｘ線光電子分光法（ＸＰＳ）を使用して、又は前記脱ガス処置の間に質量分析法による監視により監視され得る。当該処置の効果は、図９と関連して以下でより詳細に説明する。

【0067】

実施形態によっては、金属堆積ステップは、前記終端酸化物層形成の前に、例えば、０．２～１０モノレイヤ（Monolayer：ＭＬ）のＩｎ、Ｇａ、又はＳｎ金属を前記メサ構造の表面上に蒸着させて、ＩＩＩ族又はＩＶ族リッチ表面層となることによって行われる。当該金属堆積を行うことによって、結果として得られる表面は、Ｖ族不足終端酸化物層をより形成しやすい。

【0068】

実施形態によっては、前記第１の終端酸化物層は、第１のタイプである。前記第１のタイプは、ＩＩＩ族酸化物リッチで１０ｎｍ未満の厚さを有する化合物半導体酸化物層である。より詳細は、図９及び図１０と関連して以下で説明される。

【0069】

前記オプションの第２の終端酸化物層は、第２のタイプである。前記第２のタイプは、前記処理条件及び外形に依存する。前記第２のタイプは、ＩＩＩ族酸化物リッチで１０ｎｍ未満の厚さを有する化合物半導体酸化物層である。更に、前記構造の平面表面が（００１）の結晶方位を有する場合、前記第２の終端酸化物層は、結晶性終端酸化物層であり得る。

【0070】

一例として、前記終端酸化物層は、真空条件で酸素フラックスを採用することによって製造され得る。前記第１の終端酸化物層及びオプションで第２の終端酸化物層は、（気体形態としての、Ｏ_２もしくはＯ_３としての、又は例えば、Ｈ_２Ｏ_２が存在している）酸素をメサ構造の加熱表面に施すことによって製造され得る。更に、この施された酸素は、高反応性原子酸素を生成するプラズマソースで生成され得る。当該プラズマソースは、処理されるサンプルから離れて取り付けられた電子サイクロトロン共鳴プラズマソースであり得る。酸素ドーズ及び表面温度が正しく選択されると、酸素が表面に吸収され、良好な品質の終端酸化物層への表面構造の変換をもたらす。実施形態によっては、酸化条件は、プロセスが、高揮発性で、高温で表面から容易に除去されるＶ族酸化物の生成を促進し、したがって、Ｖ族原子が不足した前記メサ構造の表面で一番上の原子層を作り、前記表面を良好な品質のＩＩＩ族関連酸化物に変換するように選択される。複数の元素反応の使用を典型的に含み、新しい酸化物材料が表面上で成長する（既存の表面を変換するのではなく）より従来の酸化物層形成プロセスと比較して、典型的には、酸素のみが反応物として使用される。

【0071】

更なる例として、前記メサ構造の外表面は、酸化プロセスをサポートするために、少なくとも２００℃で最大７５０℃の温度に加熱される。この温度は、外表面の材料組成によって選択される。この反応は、典型的には、真空条件で行われ、チャンババックグラウンド圧力は、典型的には、１×１０^－１１から１×１０^－７ｍｂａｒまでの範囲である。続いて、前記メサ構造の外表面は、前記選択された温度で、酸素原子、分子、オゾン、又はＨ_２Ｏ_２などの別の酸化剤のフラックスに曝される。前記酸化プロセスの間の酸素の部分的圧力は、処理された前記メサ構造の材料組成によって、５×１０^－８から５×１０^－３ｍｂａｒまで変わり得る。更に、酸化時間は、５秒～６０分で変わり得る。更に別の実施形態では、前記終端酸化物層は、真空条件下のＵＶ光照射下で、酸化プロセスで形成される。ＵＶ照射は、前記酸化プロセスの間に、酸素分子についてのより高反応性一重項酸素量子状態の形成を促進し得る。更に、短い波長でのＵＶ照射は、表面原子結合を壊し、したがって、表面反応を促進する効果を有する。表面反応促進波長の例は、１７２ｎｍである。

【0072】

追加の実施形態又は代替的な実施形態では、インジウム原子が、表面を終端酸化物層に変換する前に前記メサ表面上に堆積される。あるいは、スズ原子が、表面を終端酸化物層に変換する前に前記メサ表面上に堆積され得る。更に別の例では、ガリウム原子が、表面を終端酸化物層に変換する前に前記メサ表面上に堆積される。洗浄されたメサ表面への金属原子の前記堆積は、前記メサ構造の表面で薄いＶ族不足層を生成して、前記終端酸化物層形成の間にＩＩＩ族又は更にはＩＶ族（Ｓｎ）関連酸化物の形成を促進する効果を有する。当該実施形態では、金属の堆積量は、０．２ＭＬ～１０ＭＬ（モノレイヤ）である。当該金属層の堆積のために、エフュージョンセルなどのサーマルエバポレータ又は更には電子ビーム蒸着が使用され得る。

【0073】

前記終端酸化物層の生成のためのプロセス条件は、ＵＨＶ条件下で生じ得、したがって、前記プロセスは、分子の平均自由行程が、それが行われるチャンバのサイズよりも大きい自由分子流領域下で生じ得る。分子は、チャンバ内の任意の表面で容易に衝突し得る。この特性は、前記プロセスが３Ｄ表面に十分に適合することを可能にする。

【0074】

前記終端酸化物層形成ステップの後、前記メサ構造は、好ましくは、冷却ステップにおいてＵＨＶ条件で１００℃よりも低くまで冷却される。

【0075】

〔ステップＳ３〕
オプションのステップとして、前記終端酸化物層（複数可）の生成の後、前記光電子デバイスは、オーバーコーティングの堆積のために移動され得る。オーバーコーティングの堆積は、例えば、化学気相成長法（Chemical Vapour Deposition：ＣＶＤ）、ＡＬＤ、もしくはＰＥＣＶＤを使用することによって、又はスパッタリング堆積によって行われ得る。オーバーコーティング層の例は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＨｆＯ_２、ＳｉＮ_ｘ、又はＳｉＯ_２である。好ましいプロセスは、前記コンタミネーション吸収を最小化するために真空移動ラインを介した移動を行うことであるが、空気による移動もまた、良好な結果を提供することが示されている。前記移動はまた、ＵＨＶ条件下もしくは高真空条件下で生じ得るか、又は空気を介してもしくは不活性ガス環境下で移動され得る。

【0076】

製造の間の洗浄の効果はまた、前記終端酸化物層が十分に並べられているため、前記オーバーコーティング層が、前記オーバーコーティング層とその下の半導体との間で乱れた界面を生成することなく作られ得ることである。

【0077】

実施形態によっては、前記真空移動はまた、脱ガスステップを含む。前記オーバーコーティングの堆積の後、急速熱アニーリング（Rapid-Thermal-Annealing：ＲＴＡ）などのポストアニーリング処理が、層品質を向上させるために行われ得る。

【0078】

したがって、実施形態によっては、前記方法は、前記終端酸化物層上にオーバーコーティングを堆積させることを更に含む。ここで、前記終端酸化物層は、前記メサ構造上に存在する任意の終端酸化物層を意味する。

【0079】

当該追加の実施形態では、更なる酸素曝露に耐え、少量の原子レベル欠陥に特徴がある、メサ表面上の構造（前記メサ構造の斜めの側表面）を含む、酸素の生成の利益が提供される。前記実施形態は、例えば、メサ構造として形成された量子井戸（Quantum Well：ＱＷ）半導体材料構造を備える光電子及び光起電力の用途に好適である。前記半導体デバイスは、典型的には、複数の半導体層の積層構成を備え、前記複数の半導体層は、電荷キャリアを収容するように動作可能である。

【0080】

前記終端酸化物層（複数可）の有益な効果及びその不動態効果は、前記デバイスの少数キャリア寿命を評価することによって測定され得る。この測定は、例えば、時間相関単一光子計数法を使用して、したがって、前記デバイスの時間分解フォトルミネッセンス特性に対処して行われ得る。キャリア寿命は、少数キャリアが再結合するのにかかる平均時間と定義される。高密度の欠陥を有する材料システムでの典型的な場合、少数キャリア寿命は、非輻射再結合によるキャリア損失により短い。終端酸化物層の効果は、図６と関連して以下で示す。

【0081】

更に、前記終端酸化物層の効果はまた、フォトルミネッセンス（Photoluminescence：ＰＬ）分光法と特徴とし得る。この技術では、マイクロＬＥＤ表面は、半導体材料バンドギャップよりも大きいエネルギーに対応する波長を有する外部レーザーによって励起される。励起の後、生成された電荷キャリアは再結合し、輻射再結合の場合、半導体材料が発光する。フォトルミネッセンスの強度は、とりわけ、例えば品質の乏しい酸化物によって生成される表面状態欠陥の量によって影響を受ける。高密度の欠陥の場合、ＳＲＨ再結合が主体であり、材料によって発せられるフォトルミネッセンス強度は、一般に、低密度の欠陥を有する材料と比較して低い。一例を図７で、以下で示す。終端酸化物層を有するデバイスで得られる放出レベルは、既知の不動態化技術で不動態化された同じマイクロＬＥＤデバイスよりも数倍高い。

【0082】

前記製造プロセスでは、ステップＳ１、Ｓ２、及びＳ３は、典型的には、別々のチャンバで行われる。これらのチャンバ及び他のチャンバは、ゲートバルブで互いに分離され得、それは、開位置のとき、それを介した材料の移動を可能にし得る。更に、使用する機器は、圧力及び温度ゲージ、ヒーター、真空ポンプ、プラズマソース、プラズマガン、スパッタリングヘッド、ガスライン、リークバルブなどの、プロセスＳ１、Ｓ２、及びＳ３の異なるステップを監視及び生成するための異なる構成要素を有する。

【0083】

本開示によれば、メサ構造を形成するように処理される複数の半導体層の積層構成を備える半導体デバイスを不動態化する方法が提供される。前記複数の半導体層は、電荷キャリアを収容するように動作可能である。前記方法は、曝された表面から炭素及びコンタミナントをまず洗浄し、次に、（悪い電気的特性を保持する）前記自然酸化物を除去し、その後、３Ｄ形状に適合可能であるプロセスで、ＵＨＶ条件、基板温度、時間、ガスの部分的圧力などの制御された条件でのプロセスによって前記終端酸化物層を形成することによって、前記メサ構造を処理することで構成されている。

【0084】

実施形態では、ＩｎＡｓを含む前記メサ構造の前記第１の表面を有するメサ構造を含んだ基板が提供された。前記メサ構造の表面は、溶媒でコンタミネーション及び炭素を洗浄された。使用された溶媒は、アセトン、メタノール、及びイソプロピルアルコールであった。サンプルが、１分間、各溶媒に浸けられた。続いて、前記メサ構造は、アルゴンイオンスパッタリングで自然酸化物を洗浄された。イオンガンフィラメント電流は１５ｍＡ、イオンガン電圧は２ｋＶ、アルゴン部分的圧力は３×１０^－６ｍｂａｒ、スパッタリング時間は１５分であった。次いで、前記メサ構造は、バックグラウンド圧力１×１０^－９ｍｂａｒを有するＵＨＶチャンバに導入された。前記メサ構造は、３０分間４５０℃にアニーリングしてＵＨＶ条件で脱ガス化された。酸化の準備ができている得られた表面は、低速電子線回折測定下で（４×２）再構築を示した。分子酸素ガスは、酸化のための反応物として使用された。酸素ガス部分的圧力は３×１０^－６ｍｂａｒで、酸化時間は１５分であった。結果は、９０％のＩＩＩ族酸化物及び１０％のＶ族酸化物を含む第１の終端酸化物層であった。

【0085】

本開示の追加の態様、利点、特徴、及び目的は、添付の請求項と共に解釈される例示的な実施形態の図面及び詳細説明から明確にされるであろう。本開示の特徴は、添付の請求項によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、様々な組合せで組み合わされることが理解されるであろう。

【図面の説明】

【0086】

図１Ａは、実施形態に係る、上から見た光電子デバイス１００の概略図である。図１Ｂは、光電子デバイス１００の断面Ａ－Ａの図である。図１Ａの光電子デバイス１００は、９個のメサ構造１２０を備える。各メサ構造は、基板層１１０の上、すなわち、その第１の表面平面上に配置されている。基板層１１０の第１の表面平面１１２は、図１Ｂに示されている。第１のタイプの第１の終端酸化物層１３０は、メサ構造１２０の第１の表面上に配置されている。図１Ａに示すように、第１の終端酸化物層１３０は、すべての側面方向からメサ構造を取り囲んでいる。第２の終端酸化物層１３２は、メサ構造１２０の第２の表面上に配置されている。第２の酸化物層１３２は、基板層１１０の表面平面１１２に対して平行である。更に、第３の終端酸化物層１３４は、メサ構造の間で基板層の上に形成されている。

【0087】

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、更なる実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。図２Ａでは、光電子デバイス２００は、基板２１０の上、すなわち、その第１の表面平面上に配置されたメサ構造２２０を含む。第１の表面平面２１２は、第２の表面平面２１４に対して反対でありかつ平行である。メサ構造２２０は、基板の上でエピタキシャル成長した第１の層２０２（光電子デバイスがＬＥＤ又はマイクロＬＥＤである場合、バッファ層）と、第１の層の上で成長した第２の層２０４と、第２の層の上で成長した活性領域２０６と、活性領域の上で成長した第３の層２０８と、を備える。第１のタイプの第１の終端酸化物層２３０は、メサ構造２２０の第１の表面上に配置されている。第２のタイプの第２の終端酸化物層２３２は、メサ構造２２０の第２の表面上に配置されている。第１の表面の例示的な拡大図もまた図２Ａで提供されている。第１の終端酸化物層２３０の厚さが、メサ構造の層の材料によって変化していることが分かる。例示的な拡大図で分かるように、層２０６は、その側面で終端酸化物層の一部２４０を備え、その厚さは、エピタキシャル層２０４上に配置された一部２４２の厚さと異なっている。層２０８は、その側面で終端酸化物層の一部２４４を備え、その厚さは、一部２４０の厚さと同様である。更に、接点２２２が第３の層２０８の上に形成されており、第３の終端酸化物層２３４が基板層の表面上に配置されている。

【0088】

図２Ｂは、別の実施形態に係る別の光電子デバイス２５０を示す。この実施形態では、メサ構造２２０は、基板２１０上に形成されているが、その第１の表面のみが、終端酸化物層２３０を備えるように処理されている。図２Ｃでは、更に別の光電子デバイス２６０が示されており、メサ構造２２０と、第１の終端酸化物層２３０と、第２の終端酸化物層２３２と、第３の終端酸化物層２３４と、を備える。この実施形態では、メサ構造は、第１の層２０２が基板層２１０上に残される、すなわち、エッチングされないように製造されている。

【0089】

図３Ａは、メサ構造表面上に自然酸化物を有する光電子デバイス３００の概略図である。メサ構造３２０は、基板３１０の上に配置されている。メサ構造３２０は、例えば、メサ構造３２０の上でリソグラフィ技術を使用して製造された接触層３２２と、メサ構造３２０の結晶性半導体材料３６０の表面上の自然酸化物層３７０と、を備える。自然酸化物層３７０もまた図３Ａの部分拡大図で示されている。

【0090】

図３Ｂは、自然酸化物の上にオーバーコーティング層を有する光電子デバイス３００の概略図である。メサ構造３２０は、基板３１０の上に配置されている。メサ構造３２０は、メサ構造３２０の結晶性半導体材料３６０の表面上の自然酸化物層３７０と、自然酸化物層３７０の上に配置された誘電体層３９０と、を備える。誘電体層３９０もまた図３Ｂの部分拡大図で示されている。したがって、図３Ｂは、既知の方法に従って製造された光電子デバイスを示し、図３Ｂの拡大図により、界面で酸化物が並んでいないことが分かる。

【0091】

図３Ｃは、本開示の第３の実施形態に係る、終端酸化物層を有する光電子デバイス３００の概略図である。メサ構造３２０は、基板３１０の上に配置されている。メサ構造３２０は、例えば、メサ構造３２０の上でリソグラフィ技術を使用して製造された接触層３２２を備える。更に、第１のタイプの第１の終端酸化物層３３０及び第２のタイプの第２の終端酸化物層３３２が、メサ構造３２０の結晶性半導体材料３６０の表面上に配置されており、第３の終端酸化物層３３４が、基板層３１０の表面上に配置されている。第１の終端酸化物層３３０もまた図３Ｃの部分拡大図で示されており、拡大図は、酸化物がどれくらい十分に界面上に並べられているかを示す。これは、どのように、最終製品で自然酸化物が終端酸化物層の形成の前に少なくとも主に除去されていることを示すことができるかを概略的に示す。

【0092】

図３Ｄは、本開示の第４の実施形態に係る、終端酸化物層及び誘電オーバーコーティング層を有する光電子デバイス３００の概略図である。メサ構造３２０は、基板３１０の上に配置されている。メサ構造３２０は、例えば、メサ構造３２０の上でリソグラフィ技術を使用して製造された接触層３２２と、メサ構造３２０の結晶性半導体材料３６０の表面上に配置された、第１のタイプの第１の終端酸化物層３３０及び第２のタイプの第２の終端酸化物層３３２と、を備える。第３の終端酸化物層３３４が、基板層３１０の表面上に配置されている。この図では、誘電オーバーコーティング３４０が、終端酸化物層３３０、３３２、及び３３４の上に配置されている。これらもまた図３Ｄの部分拡大図で示されている。

【0093】

図４は、本開示の実施形態に係るプロセスフローの図である。プロセスフローは、メインプロセスステップＳ１（準備）、Ｓ２（終端酸化物層の形成）、及びＳ３（オーバーコーティング）を記載している。プロセスは、基板上に形成されたパターンメサ構造を有する基板を提供すること４００で始まる。ステップＳ１の間、一連の処理４０２、４０４、及び４０６は、コンタミネーション、炭素、及び自然酸化物を除去するために行われる。この実施形態では、コンタミネーション除去４０２は、アセトンメタノールＩＰＡ処理などの湿式化学処理で構成されている。炭素除去プロセス４０４の実施形態によっては、アセトンメタノールイソプロピルアルコール処理又は更にはＲＣＡ洗浄などの湿式化学処理が使用される。別の実施形態では、炭素除去ステップ４０４は、酸素プラズマプロセスなどの乾式洗浄プロセスを使用して行われる。炭素除去ステップ４０４の後、自然酸化物がステップ４０６で除去される。自然酸化物除去４０６の実施形態によっては、塩酸又はフッ化水素酸ベースの処理などの湿式化学処理４１０が使用される。自然酸化物除去ステップ４０６の別の実施形態では、原子状水素処理又は希ガスを使用したイオンスパッタリングなどの乾式洗浄プロセス４０８が使用される。自然酸化物除去ステップ４０６の後、メサ構造を有する洗浄されたパターン基板は、Ｓ１のステップ４１２で超高真空チャンバに導入される。次いで、洗浄されたメサ構造の脱ガスステップ４１４が、２００℃～６００℃でメサ構造をアニーリングすることによって制御された方法で行われる。脱ガスステップ４１４の後、実施形態によっては、金属堆積ステップ４１６が、０．２～１０ＭＬのＩｎ、Ｇａ、又はＳｎ金属をメサ構造の表面上に蒸着させて、ＩＩＩ族又はＩＶ族リッチ表面層となることによって行われる。終端酸化物層は、脱ガスステップ４１４の後、又は金属堆積ステップ４１６の後にステップ４１８で配置される。実施形態によっては、終端酸化物層は、（気体形態としての、Ｏ_２もしくはＯ_３としての、又は例えば、Ｈ_２Ｏ_２が存在している）酸素をメサ構造の加熱表面に施すことによって、ステップ４１８で配置される。実施形態によっては、終端酸化物層形成ステップ４１８の後、メサ構造は、酸化物形成後の高温アニールステップ４２０を受け得る。更に、メサ構造は、ＵＶ活性化ステップ４２２を受け得る。ステップ４２４で、メサ構造は、超高真空条件で１００℃よりも低くまで冷却される。ステップ４２４でのメサ構造の冷却の後、オーバーコーティング機器への移動が、Ｓ３のステップ４２６で行われる。移動は、ステップ４２８で超高真空条件下もしくは高真空条件下で生じ得るか、又は空気を介してもしくは不活性ガス環境下で移動され得る。実施形態によっては、ＵＨＶ移動はまた、４２８で脱ガスステップを含む。続いて、誘電オーバーコーティングが、例えば、原子層堆積、プラズマ化学気相堆積を使用して、又はスパッタリング堆積によって、ステップ４３０で堆積される。誘電オーバーコーティング堆積の後、ポストアニーリング処理が、ステップ４３２で行われ得る。

【0094】

図５は、本開示の実施形態に係る処理機器の概略図である。処理機器は、グローブボックス５１０を備え、ここで、湿式準備プロセスが、不活性制御雰囲気、すなわち、１００ｐｐｍ未満の酸素濃度の窒素雰囲気下で行われ得る。グローブボックス５１０は、移動チャンバ５２０に接続されており、ここで、グローブボックスから機器の異なる部分にデバイスを移動させるための移動機構、例えば、ロボット又は別の例では、線形移動ロッドシステムが取り付けられている。移動チャンバは、チャンバ間の要求される真空レベルでサンプルが移動することを可能にする。移動チャンバは、移動チャンバ５２０及び酸化チャンバ５４０を接続するバッファチャンバ５３０に接続されており、それにより、終端酸化物層形成チャンバ５４０へのサンプルの移動のために、必要な高真空レベルを達成することが可能になる。バッファチャンバの理由は、異なるステップに要求される異なる圧力レベルを補償するためであり、例えば、酸化チャンバ５４０での圧力は、１０^－１０ｍｂａｒのレベルであり得るが、移動ライン５２０では、例えば、１０^－６ｍｂａｒであり得る。他のチャンバよりも非常に小さい体積であるバッファチャンバ５３０で圧力を適用することによって、処理時間は短縮される。移動チャンバ５２０はまた、オーバーコーティング堆積チャンバ５５０に接続されており、ここで、誘電材料の堆積が行われ得る。オーバーコーティングチャンバ５５０は、例えば、原子層堆積チャンバ又はプラズマ化学気相堆積チャンバであり得る。

【0095】

図６は、マイクロＬＥＤメサ構造表面で自然酸化物層を有する標準的なマイクロＬＥＤデバイスから時間相関単一光子計数法を使用して測定された電荷キャリア寿命減衰曲線、及びマイクロＬＥＤメサ構造表面で終端酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからの寿命減衰曲線の図である。両方のデバイスは、５μｍよりも小さいサイズのＩｎＧａＡｌＰベースのマイクロＬＥＤアレイに基づいている。キャリア寿命は、少数キャリアが再結合するのにかかる平均時間と定義される。高密度の欠陥を有する材料システムでの典型的な場合、少数キャリア寿命は、非輻射再結合によるキャリア損失により短い。図６では、終端酸化物層を有するデバイスは、キャリア寿命が実質的に向上していることを示す。図では、（ｎｓでの）寿命が横座標上に示されており、（絶対単位での）計数が縦座標上に示されている。三角形は、標準的なマイクロＬＥＤについての結果（＜τ＞約２．８ｎｓ）を示しており、円形は、本発明に係る終端酸化物層を備えるマイクロＬＥＤについての結果（＜τ＞約３．５ｎｓ）を示している。

【0096】

図７は、マイクロＬＥＤメサ構造表面で自然酸化物層を有する標準的なマイクロＬＥＤデバイスからのフォトルミネッセンススペクトル（最も低い曲線）、マイクロＬＥＤメサ構造表面が従来技術を使用して不動態化されたマイクロＬＥＤデバイスからのフォトルミネッセンススペクトル（中間の曲線）、及び本開示の実施形態に係るマイクロＬＥＤメサ構造表面で終端酸化物層を有するマイクロＬＥＤデバイスからのフォトルミネッセンススペクトル（最も上の曲線）の図である。（ｎｍでの）波長は、横座標上に示されており、（計数での）フォトルミネッセンス強度は、縦座標上に示されている。デバイスは、１０μｍのサイズである、ＩｎＧａＡｌＰ材料に基づくマイクロＬＥＤであり、最も低い曲線、中間の曲線、及び最も上の曲線についての参照は、グラフの中央部で見られる。

【0097】

図８は、実施形態に係る垂直共振器型面発光レーザー（ＶＣＳＥＬ）構造８００の図である。複数の半導体層８１２及び８１４は、基板８１０の上に配置されている。この例では、半導体層８１２は、底部の分布ブラッグ反射器（Distributed Bragg Reflector：ＤＢＲ）に備わる層であり、層８１４は、ｎ接触層である。メサ構造は、ｎ接触層８１４の上に配置されている。この例では、メサ構造は、ｎタイプＤＢＲ８２６、光マイクロキャビティ８２４、酸化物開口層８１６、ｐタイプＤＢＲ８２２、及び上部のｐタイプ接触層８１８を構成する複数の層を備える。この例では、上部の誘電ＤＢＲ８２８は、誘電材料の複数の層によって形成されている。第１のタイプの第１の終端酸化物層８３０は、メサ構造８２０の第１の表面上に配置されている。第２のタイプの第２の終端酸化物層８３２は、メサ構造の第２の表面上に配置されている。第３の終端酸化物層８４０は、ｎ接触層８１４の上に配置されている。

【0098】

当該終端酸化物層によって、メサ構造として形成された複数の半導体層の積層構成内へのキャリア閉じ込めを向上させるために半導体デバイスについてのエネルギー障壁が増加される。終端酸化物層は、不動態化効果を提供して、８２２、８２６、８１６、８１８、及び８２４に存在する表面の制御されていない酸化を防ぐ。これらは、密閉パッケージに当該デバイスを囲う必要性をなくし得る。

【0099】

図９Ａは、上記で説明したように洗浄されたきれいなＩｎＧａＡｌＰ（００１）材料表面からの反射高速電子線回折パターンの図である。回折パターンは、（２×４）表面対称（別の方位は示されていない）の表面の長距離秩序（Long Range Order, LRO）を示し、表面が自然酸化物及び他のコンタミナントをうまく洗浄されており、表面が一例としてきれいな（２×４）表面対称を形成するように再構築されていることを示す。

【0100】

図９Ｂは、本開示に係る、結晶性の終端酸化物層を有するＩｎＧａＡｌＰ（００１）材料表面からの反射高速電子線回折パターンの図である。回折パターンは、平面（００１）表面で（３×１）表面対称（別の方位は図示せず）の表面の長距離秩序を示し、すなわち、終端酸化物層は、結晶性である。

【0101】

図１０Ａは、自然酸化物層を有するＩｎＧａＡｌＰ材料ベースのメサ構造からのＧａ２ｐ Ｘ線光電子（ＸＰＳ）スペクトル放出スペクトルの図である。逆畳み込み放出スペクトルは、Ｇａ－Ｏ結合の成分１０１０特性を示す。更に、成分１０１２は、ホスト半導体スタックでのＧａの結合環境に特有である。

【0102】

図１０Ｂは、本開示の実施形態に係る、終端酸化物層を有するＩｎＧａＡｌＰ材料ベースのメサ構造からのＧａ２ｐ Ｘ線光電子放出スペクトルの図である。逆畳み込み放出スペクトルは、自然酸化物層の場合と比較してはるかに小さいＧａ－Ｏ結合に特有の成分１０２０を示す。更に、成分１０２２は、ホスト半導体スタックでのＧａの結合環境に特有である。

【0103】

図１０Ｃは、自然酸化物層を有するＩｎＧａＡｌＰ材料ベースのメサ構造からのＰ２ｐ Ｘ線光電子放出スペクトルの図である。逆畳み込み放出スペクトルは、ホスト半導体材料内のＰ結合に特有の弱い成分１０３０、及び酸化されたリンを示す強い成分１０３２を示す。

【0104】

図１０Ｄは、一実施形態に係る、終端酸化物層を有するＩｎＧａＡｌＰ材料ベースのメサ構造からのＰ２ｐ Ｘ線光電子放出スペクトルの図である。逆畳み込み放出スペクトルは、ホスト半導体材料内のＰ結合に特有の明確な成分１０４０を示す。リン酸化物に特有の成分１０４２は、ＸＰＳ機器の検出限界よりも下である。

【0105】

図１１は、一実施形態に係る、図１Ａ及び図１Ｂに示すものと同様の光電子デバイスの側面図の概略図である。同図は、メサ構造１０３の第１の表面１０１と基板層１０７の第１の表面平面１０５との間の角度αを示す。参照番号１０９の線は、２つの隣接するメサ構造の中心間の距離を示す。

【0106】

図１２は、本開示の第１４の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。この実施形態では、メサ構造１２３の第１の表面は、２つの部分、すなわち、互いに対してある角度で配置された１２１ａ及び１２１ｂにある。角度αは、同図に示すように、すなわち、メサ構造の活性領域１２５に沿って測定される。

【0107】

図１３は、本開示の第１５の実施形態に係る光電子デバイスの概略図である。この実施形態では、メサ構造１３３の第１の表面１３１は、部分的に球形であり、角度αは、同図に示すように、すなわち、メサ構造の活性領域１３５に沿って測定される。

【0108】

添付の請求項によって定義される本開示の範囲から逸脱することなく、前述の本開示の実施形態に対する修正が可能である。本開示を説明及び請求するために使用される、「含む」、「備える」、「組み込む」、「有する」、「である」などの表現は、非排他的な方式で解釈されることが意図され、すなわち、明示的に説明されていない、部材、構成要素、又は要素が存在することも可能である。単数での言及は、その複数のものに関すると解釈されるものとする。

【図1A】

【図1B】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9A】

【図9B】

【図10A】

【図10B】

【図10C】

【図10D】

【図11】

【図12】

【図13】