(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子デバイスであって、
＜０００１＞方向から主に
【数１】
0005638198.tif 000074
方向に向かってオフカットされた、０．２〜１０度の範囲にあるオフカット表面角度を有するＩＩＩ−Ｖ族窒化物（０００１）表面を有し、
【数２】
0005638198.tif 000075
方向に垂直な劈開面を有する
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板を備え、
前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板は、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板の両面に複数の平行なステップを有し、各ステップは尾根に沿って接触する第１のステップ面と第２のステップ面とを有し、前記尾根は劈開面に対して平行であり、
前記電子デバイスは、さらに、
【数３】
0005638198.tif 000076
方向に平行且つ劈開面に垂直に配向された前記基板上のレーザダイオードキャビティ、及び、
前記基板上の、前記レーザダイオードキャビティに対して垂直に配向されたレーザファセット
を備える電子デバイス。
【請求項２】
＜０００１＞方向から主に
【数４】
0005638198.tif 000077
方向に向かってオフカットされた前記表面が、＜０００１＞方向に対する
【数５】
0005638198.tif 000078
方向からの方位角が±１５度以内であるように配向された傾斜方向を有する請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
＜０００１＞方向から主に
【数６】
0005638198.tif 000079
方向に向かってオフカットされた前記表面が、＜０００１＞方向に対する
【数７】
0005638198.tif 000080
方向からの方位角が±５度以内であるように配向された傾斜方向を有する請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記レーザダイオードキャビティ上にドープされたエピタキシャル膜を備える、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記基板上に成長させたエピタキシャル層を備える、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
レーザダイオードを備える、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板はＧａＮ基板である、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項８】
トップコンタクトをさらに備える、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項９】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板を備える電子デバイスであって、前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板は、＜０００１＞方向から主に
【数８】
0005638198.tif 000081
方向に向かってオフカットされたＩＩＩ−Ｖ族窒化物（０００１）表面を前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板の両面に含み、この表面は、０．２〜１０度の範囲にあるオフカット表面角度を有し、
前記オフカットされた表面は、
【数９】
0005638198.tif 000082
方向に平行な格子ステップを前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板の両面に備え、
前記デバイスは、
キャビティ方向が前記基板の格子表面ステップに垂直な
【数１０】
0005638198.tif 000083
方向に沿って配向されるように、前記カットオフされた基板表面上に形成されたレーザダイオードキャビティを備える電子デバイス。
【請求項１０】
レーザダイオードを備える、請求項９に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板であって、
＜０００１＞方向から主に
【数１１】
0005638198.tif 000084
方向に向かってオフカットされた、０．２〜１０度の範囲にあるオフカット表面角度を有するＩＩＩ−Ｖ族窒化物（０００１）表面を含み、さらに、
【数１２】
0005638198.tif 000085
方向に垂直な劈開面を規定する基板平面を備え、
前記基板平面は、
前記ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板の両面に複数の平行なステップを有し、各ステップは尾根に沿って接触する第１のステップ面と第２のステップ面とを有し、前記尾根は劈開面に対して平行であり、
前記基板平面上に、
【数１３】
0005638198.tif 000086
方向に平行且つ劈開面に垂直に配向される前記基板平面上のレーザダイオードキャビティ、及び、前記レーザダイオードキャビティに対して垂直に配向されるレーザファセット
を形成した構成にされているＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願の対象は、ジョージ  アール．ブランズ（Ｇｅｏｒｅ  Ｒ．Ｂｒａｎｄｅｓ）、ロバート  ピー．ヴァウド（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐ．Ｖａｕｄｏ）およびシェピン・シュ（Ｘｕｅｐｉｎｇ  Ｘｕ）の名で、「ミスカット基板上のレーザダイオード配向（ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ  ＯＲＩＥＮＴＡＴＩＯＮ  ＯＮ  ＭＩＳ−ＣＵＴ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ）」に対して２００５年７月１１日に出願された、米国仮特許出願第６０／６９９，６５９号明細書の開示に関連するとともに包含するものである。このような仮出願の開示はあらゆる点でその全体を本明細書に引用して援用する。
【技術分野】
【０００２】
発明の分野
本発明は一般に半導体デバイスに関し、特定の態様において窒化ガリウムなどのＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料のオフアクシス（ｏｆｆ−ａｘｉｓ）基板上のレーザダイオードの方向配置に関する。
【背景技術】
【０００３】
発明の背景
窒化ガリウム（ＧａＮ）および関連するＩＩＩ−ＩＶ族窒化物合金はバンドギャップの広い半導体材料であり、光電子機器（例えば青色およびＵＶ発光ダイオードならびにレーザダイオードの作製）ならびに高周波、高温および高出力電子機器に用途がある。このような高性能デバイスでは高品質エピタキシャル膜を基板上に成長させなければならない。
【０００４】
窒化ガリウム系電子デバイスは通常、サファイアおよび炭化シリコンなどの異種の（ヘテロエピエピタキシャル）基板上に成長させる。その結果窒化ガリウムデバイス層と異種の基板との間の格子定数および熱膨張係数の不整合により、概して高密度欠陥が窒化ガリウムデバイス層に生じ、それがデバイス性能に悪影響を与える。
【０００５】
窒化ガリウムデバイス層の成長は通常、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）によって行われ、まずバッファ層を異種の基板上に成長させた後、数ミクロンの厚さの窒化ガリウムおよび関連するデバイス層を成長させる。窒化ガリウム層の結晶欠陥を低減するために、サファイアまたは炭化シリコン上でエピタキシャル横方向過成長（ＥＬＯＧ）による成長などの技術を用いてきた。
【０００６】
ヘテロエピタキシャル基板の使用に関連する形態および構造欠陥の点で、自然窒化ガリウム基板は多くの窒化ガリウム系マイクロ電子デバイスにとって理想的である。窒化ガリウム基板は様々な方法により調製することができる。
【０００７】
ポロースキー（Ｐｏｒｏｗｓｋｉ）らの米国特許第５，６３７，５３１号明細書は、高窒素圧での金属ガリウムからのバルク窒化ガリウムの成長を記載しているが、開示の方法はわずか約１０ｍｍ小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）の最大結晶サイズを達成したに過ぎなかった（Ｓ．ポロースキー（Ｐｏｒｏｗｓｋｉ）およびＩ．グジェゴリ（Ｇｒｚｅｇｏｒｙ）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．７８，１７４（１９９７年）、Ｍ．ボコスキー（Ｂｏｃｋｏｗｓｋｉ）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．２４６，１９４（２００２年））。窒化ガリウム結晶小板はｃ面構造であり、小板の一方の面がガリウムで終端するとともに他方の面が窒素で終端している極性面を有している。それぞれの表面の各々は独自の特性を有するとともに、ほとんどの窒化ガリウム系デバイスを好適にはガリウム終端化表面、すなわち（０００１）表面上に成長させる。結晶小板のサイズは小さいが、このような小板の試料上にホモエピタキシャル成長を行った。例えばＭＯＶＰＥホモエピタキシを５ｍｍ未満の横方向寸法を有する窒化ガリウム結晶小板上で行った（Ｆ．Ａ．ポンセ（Ｐｏｎｃｅ）、Ｄ．Ｐ．ブール（Ｂｏｕｒ）、Ｗ．ゲーツ（Ｇｏｅｔｚ）およびＰ．Ｊ．ライト（Ｗｒｉｇｈｔ）、応用物理学会レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）６８（１），５７（１９９６年））。ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造を、分子線エピタキシによって８×８ｍｍ２窒化ガリウム試料上に成長させた（Ｅ．フレイシントン（Ｆｒａｙｓｓｉｎｇｔｏｎ）ら、応用物理学会レター（Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．）７７，２５５１（２０００年））。ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造および二重へテロ構造ＬＥＤを、ＭＯＶＰＥによって約６×８ｍｍ２窒化ガリウム試料上に成長させた（Ｍ．カンプ（Ｋａｍｐ）ら、ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．４Ｓ１，Ｇ．１０．２（１９９９年））。窒素終端化窒化ガリウム
【数１】
0005638198.tif 000002
結晶小板上および
【数２】
0005638198.tif 000003
面から離れるように若干傾斜した表面上のＭＯＶＰＥホモエピタキシャル成長が報告されている（Ａ．Ｒ．Ａ．ツァウナー（Ｚａｕｎｅｒ）ら、日本結晶学会誌（Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ）、２１０，４３５（２０００年））。
【０００８】
光電子および電子デバイスの製造は大面積基板を必要とするため、他の技術によって作製された大面積窒化ガリウム基板上に様々なデバイスを成長させた。１つのこのような技術において、複雑な成長シーケンスにより、窒化ガリウム系レーザダイオードが作製された（Ｓ．ナカムラ（Ｎａｋａｍｕｒａ）ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３７，Ｌ３０９（１９９８年））。まず２ミクロンの厚さのＭＯＶＰＥ窒化ガリウム層をサファイア基板上に成長させた後、２ミクロンの厚さの二酸化シリコン層をストライプのパターンに堆積させた。そして２０ミクロンの厚さの窒化ガリウム層をＥＬＯＧ技術を用いてＭＯＶＰＥによって成長させて、二酸化シリコンパターンを被覆するとともに平坦な窒化ガリウム面を達成した。この後ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）により約１００ミクロンの厚さの窒化ガリウム層を形成した。次に研磨によりサファイア基板を除去して、約８０ミクロンの厚さの窒化ガリウム物品を得た。最後にＭＯＶＰＥによってＩｎＧａＮ  ＭＱＷＬＤ構造を成長させた。
【０００９】
オガワ（Ｏｇａｗａ）らの米国特許第６，４５５，８７７号明細書は、サファイア上にＭＯＶＰＥによって形成されたＥＬＯＧ窒化ガリウム上に、窒化ガリウムのＨＶＰＥ堆積によって形成された窒化ガリウム基板上の発光デバイスの成長を開示しており、ここでサファイアは十分な窒化ガリウム厚さの形成後に研磨除去された。オガワ（Ｏｇａｗａ）らは、窒化ガリウム材料のｃ面から離れるように傾斜した０．１０〜０．２５度の好適な基板配向を記載している。後願の米国特許出願公開第２００１／００３０３２９号明細書、ウエタ（Ｕｅｔａ）らは、窒化ガリウム材料のｃ面から離れるように０．０５〜２度傾斜した基板配向の選択を述べている。これらの様々なデバイス構造において、自然成長（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）ＨＶＰＥ窒化ガリウム表面上の直接ＭＯＶＰＥによりデバイス層を成長させた。
【００１０】
米国特許出願公開第２００５／０１０４１６２号明細書は、（０００１）面から主に
【数３】
0005638198.tif 000004
方向からなる群より選択された方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むＧａＮ基板、およびその作製方法を開示している。意図的に格子ｃ面（０００１）から離れるように傾斜された表面を有するＧａＮ基板、すなわち微傾斜ｃ面表面またはオフカット表面を有するウェハは、表面格子ステップ構造を示す。さらにまたＧａＮ基板の意図的に傾斜された表面は、ＧａＮの高品質平滑ホモエピタキシャル膜を生じるホモエピタキシャル成長の実行を可能にする。
【００１１】
ＬＥＤおよびレーザなどの光デバイスに詳しい人々に知られているように、所与の半導体材料により作製できる電磁放射（すなわち光子）の周波数は、材料のバンドギャップに関係する。小さいバンドギャップは低いエネルギーの長い波長の光子を生じる一方で、幅広いバンドギャップ材料は高いエネルギーの短い波長光子を生じる。例えばレーザに一般的に用いられる１つの半導体は、リン化アルミニウム  インジウム  ガリウム（ＡｌＩｎＧａＰ）である。この材料のバンドギャップ（実際には存在する各要素のモルまたは原子分率に依存するバンドギャップの範囲）のため、ＡｌＩｎＧａＰが生成できる光は可視スペクトルの赤色部分、すなわち約６００〜７００ナノメートル（ｎｍ）に限定される場合がある。スペクトルの青色または紫外部分の波長を有する光子を生成するために、比較的大きいバンドギャップを有する半導体材料を用いてもよい。窒化ガリウム（ＧａＮ）、三元合金窒化インジウム  ガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウム  ガリウム（ＡｌＧａＮ）および窒化アルミニウム  インジウム（ＡｌＩｎＮ）などのＩＩＩ族窒化物材料、ならびに四元合金窒化アルミニウム  ガリウム  インジウム（ＡｌＩｎＧａＮ）は、それらの比較的高いバンドギャップ（ＧａＮの場合室温で３．３６ｅＶ）のため、青色およびＵＶレーザにとって魅力的な候補材料である。そこで、ＩＩＩ族窒化物によるレーザダイオードが３７０〜４２０ｎｍ範囲の光を放出することが実証された。米国特許出願公開第２００４／０１５２２２４号明細書、同第２００４／０１４７０９４号明細書、同第２００４／０１４７０５４号明細書、および同第２００４／０１４９９９７号明細書は、窒化ガリウムによるレーザ素子用の様々な方法および構造を記載している。
【００１２】
以上の特許、特許出願および公開特許出願のすべての内容を、本明細書に完全に記載されるように本明細書に全体的に引用して援用する。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
発明の概要
本発明は一般に半導体デバイスに関し、特定の態様においてオフアクシスまたはオフカット基板上のレーザダイオードの方向配置に関する。
【００１４】
一態様において本発明は、＜０００１＞方向から主に
【数４】
0005638198.tif 000005
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むＧａＮ基板と、
【数５】
0005638198.tif 000006
方向に平行に配向されたＧａＮ基板上のレーザダイオードキャビティとを備える半導体デバイスに関する。
【００１５】
他の態様において本発明は、＜０００１＞方向から主に
【数６】
0005638198.tif 000007
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むとともに、
【数７】
0005638198.tif 000008
方向に垂直な劈開面を規定する基板平面をさらに備えるＧａＮ基板に関する。
【００１６】
さらに他の態様において本発明は、＜０００１＞方向から主に
【数８】
0005638198.tif 000009
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むＧａＮ基板と、
【数９】
0005638198.tif 000010
方向に平行に配向されたＧａＮ基板上のレーザダイオードキャビティとを含むレーザダイオードに関する。
【００１７】
本発明のまたさらなる態様は、＜０００１＞方向から主に
【数１０】
0005638198.tif 000011
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むＧａＮ基板と、
【数１１】
0005638198.tif 000012
方向に垂直な劈開面上に配向されたファセットとを含むマイクロ電子デバイス構造に関する。
【００１８】
他の態様において本発明は、＜０００１＞方向から主に
【数１２】
0005638198.tif 000013
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含むＧａＮ基板と、
【数１３】
0005638198.tif 000014
方向に平行に配向されたＧａＮ基板上のレーザダイオードキャビティと、
【数１４】
0005638198.tif 000015
方向に平行な劈開面上に配向されたレーザファセットとを備える半導体デバイスに関する。
【００１９】
本発明のまたさらなる態様は、＜０００１＞方向から主に
【数１５】
0005638198.tif 000016
方向に向かってオフカットされた（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ（０００１）表面を含むＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板と、
【数１６】
0005638198.tif 000017
方向に平行に配向されたＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板上のレーザダイオードキャビティとを備える半導体デバイスに関する。
【００２０】
本発明の他の態様は、ハイドライド気相成長により基板上に成長させたエピタキシャル層を含む、上記のような半導体デバイスを備えるレーザダイオードに関する。
【００２１】
本発明のさらなる態様は、パターニング、エッチング、堆積およびファセット劈開からなる群より選択された処理ステップを含む作製方法により作製されるような、上記のような半導体デバイスを含むレーザダイオードに関する。
【００２２】
さらに他の態様において本発明は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板が、＜０００１＞方向から主に
【数１７】
0005638198.tif 000018
方向に向かってオフカットされたＩＩＩ−Ｖ族窒化物（０００１）表面を含む、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板上に配向されたマイクロ電子デバイスに関する。
【００２３】
本発明の他の態様は、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板が、＜０００１＞方向から主に
【数１８】
0005638198.tif 000019
方向に向かってオフカットされたＩＩＩ−Ｖ族窒化物（０００１）表面を含む、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板上に配向されたマイクロ電子デバイスに関する。
【００２４】
本発明の他の態様と、特徴と利点とは下記の開示と添付の特許請求の範囲からより十分に明らかになろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
発明の実施形態の詳細な説明
本明細書の以下の検討は主に本発明の適用に対する例示的ＩＩＩ−Ｖ族窒化種としてのＧａＮを対象とするが、本発明が二元化合物および合金を始めとするＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物に広範に適用できることは認識されよう。
【００２６】
本明細書で用いるように用語「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物」とは窒素とＡｌ、ＩｎおよびＧａのうちの少なくとも１つとを含む半導体材料を指す。このようなＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料を記号を用いて（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎとも示す。用語「（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ」はＡｌ、ＩｎおよびＧａのうちの１つ以上を含む窒化物のすべての置換を含むため、代替材料としてＡｌＮ、ＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮを包含し、このような金属のうちの２つまたは３つすべてを含む化合物のＡｌ、ＩｎおよびＧａの化学量論係数は、すべてのこのような全化学量論係数の合計が１であるという条件で、０〜１の任意の適正な値を有してもよい。この点において水素または炭素などの不純物、ドーパント、もしくはボロンなどの歪み変更（ｓｔｒａｉｎ−ａｌｔｅｒｉｎｇ）材料も（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ材料に含有することができるが、全化学量論係数の合計は１±０．１％偏差内である。このような化合物の例には、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、ここで０≦ｘ≦１、と、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ、ここで０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１と、がある。このように以下の検討は例示的材料としてＧａＮを対象とするが、他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料を本発明の基板およびデバイスで同様に用いることができる。
【００２７】
参考までにＧａＮ結晶のｃ面は（０００１）表面と表され、ｃ面の方向はｃ軸［０００１］方向である。（０００１）表面を参照するとガリウム終端化ｃ面を指すが、
【数１９】
0005638198.tif 000020
面は窒素終端化ｃ面を指す。表面または面の方向は表面に垂直な方向として規定される。微傾斜ウェハの表面方向が＜０００１＞および
【数２０】
0005638198.tif 000021
方向により規定される面である場合、この表面は
【数２１】
0005638198.tif 000022
方向に向かってオフカットされた（０００１）表面と称される。ＧａＮ結晶の対称性のため、
【数２２】
0005638198.tif 000023
方向は
【数２３】
0005638198.tif 000024
を含む方向群の一般的表現である。
【数２４】
0005638198.tif 000025
方向は
【数２５】
0005638198.tif 000026
を含む方向群の一般的表現である。本明細書で用いるように、特定の方向例えば
【数２６】
0005638198.tif 000027
方向または
【数２７】
0005638198.tif 000028
方向に関して、用語「に主に向かって」はそのような方向±１５度を意味する。このような参照は、本明細書においては極（オフカット）角度を指すこととは異なり、方位許容角度を指すことに留意されたい。特定の方向に向かう方位変動が±５度であることが好ましく、このような変動が±２度であることが最も好ましい。
【００２８】
本発明は、
【数２８】
0005638198.tif 000029
方向からなる群より選択される方向に主に向かって（０００１）面からオフカットされた表面を有するＧａＮ基板が、基板格子構造の傾斜により基板上に格子表面ステップを示すという発見を反映している。これらのオフカットされた表面上に成長させたエピタキシャル膜は、（０００１）面から離れるようには傾斜していない基板表面よりも平滑な形態を有する。
【００２９】
一つの例示的態様において本発明は、ＧａＮ基板が＜０００１＞方向から主に
【数２９】
0005638198.tif 000030
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含む、ＧａＮ基板上に配向されたレーザダイオードに関する。オフカット角度は０．２から１０度に及び、
【数３０】
0005638198.tif 000031
方向に平行な表面格子ステップを提供することができる。レーザダイオードキャビティは、レーザダイオードキャビティ方向が基板の格子表面ステップに平行な
【数３１】
0005638198.tif 000032
方向に沿って配向されるように、オフカット基板表面上に形成されてもよい。そして好適な劈開面は
【数３２】
0005638198.tif 000033
に垂直であり、基板の表面格子ステップに垂直な劈開レーザファセットを生じる。本発明のさらなる実施形態において、基板平面は劈開面の
【数３３】
0005638198.tif 000034
方向を規定するように位置決めされる。
【００３０】
他の例示的態様において本発明は、ＧａＮ基板が＜０００１＞方向から主に
【数３４】
0005638198.tif 000035
方向に向かってオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含む、ＧａＮ基板上に配向されたレーザダイオードに関する。オフカット角度は０．２から１０度に及び、
【数３５】
0005638198.tif 000036
、より一般的には
【数３６】
0005638198.tif 000037
方向に平行な表面格子ステップを提供することができる。レーザダイオードキャビティは、レーザダイオードキャビティ方向が基板の格子表面ステップに垂直な
【数３７】
0005638198.tif 000038
方向に沿って配向されるように、オフカット基板表面上に形成されてもよい。好適な劈開面は
【数３８】
0005638198.tif 000039
方向に垂直であり、ｃ軸ベクトルを含む劈開レーザファセットを生じる。本発明のさらなる実施形態において、基板平面は劈開面の
【数３９】
0005638198.tif 000040
方向を規定するように位置決めされる。
【００３１】
本発明は多様なマイクロ電子デバイスアセンブリおよび構造に用途がある。好適なデバイス用途は、フローサイトメトリ、印刷、分光および医療システム用途の潜在的有用性における、本発明のレーザダイオードおよびレーザダイオード構造である。
【００３２】
図１は異なるＧａＮ表面、すなわち異なるミスカット（ｍｉｓ−ｃｕｔ）方向およびミスカット角度を有する表面上に成長させた、エピタキシャル層の表面の微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡画像を示す。
【００３３】
ＧａＮ基板をハイドライド気相成長により調製した。ホモエピタキシへの面方位の効果を調査するために、大きな格子湾曲およびウェハの反りを有する３０ｍｍ径ＧａＮウェハを作製した。機械的ラッピングおよび研磨は物理的なウェハの反りを除去したが格子湾曲が残り、ｃ面に対して様々なオフカット度を有する表面になった。
【００３４】
図１は結晶方位がウェハ中心からの距離の関数として平滑に変化する、得られたウェハ上に成長させたＧａＮエピタキシャル層の一連の顕微鏡写真を示しており、ウェハ中心は［０００１］（顕微鏡写真（ａ））であり、顕微鏡写真（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、
【数４０】
0005638198.tif 000041
方向に沿って中心から４ｍｍ、６ｍｍおよび１０ｍｍの距離にあり、顕微鏡写真（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）において、ウェハ中心＋１ｍｍが顕微鏡写真（ｅ）に示されるとともに、顕微鏡写真（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）は
【数４１】
0005638198.tif 000042
方向に沿って中心から５ｍｍ、７ｍｍおよび１０ｍｍの距離にある。
【００３５】
ホモエピタキシャル成長は、トリメチルガリウム、アンモニア前駆体および水素キャリアガスを用いてアイクストロン（Ａｉｘｔｒｏｎ）２００／４ＭＯＶＰＥシステム内で行われた。サセプタの背後に配置された熱電対で監視すると、成長温度は１１７０℃であるとともに、成長圧力は１００ｍｂａｒであった。成長速度は２μｍ／時間であるとともに、Ｖ：ＩＩＩ比は６０００：１で、微傾斜基板のガリウム表面上に３μｍホモエピタキシャルＧａＮ膜を作製した。
【００３６】
このように図１は基板中心、および
【数４２】
0005638198.tif 000043
方向に向かって０．４°、０．６°、および１．０°でミスカットされた表面、および
【数４３】
0005638198.tif 000044
方向に向かって０．１°、０．５°、０．７°、および１．０°でミスカットされた表面の表面画像を示す。ウェハの（公称ｃ面）中心において、表面は顕微鏡写真（ａ）に示すように六角形のヒロック構造を示した。中心から離れると、ヒロックの一方側は顕微鏡写真（ｅ）に示すように徐々に細長くなるとともに、表面はより平滑になった。
【数４４】
0005638198.tif 000045
方向に沿ったおよび
【数４５】
0005638198.tif 000046
方向に沿った形態の発展は若干異なったが、中心から１０ｍｍの距離ではＤＩＣ顕微鏡下で観察された表面形態は特徴がなかった。
【００３７】
図１の顕微鏡写真のエピタキシャル膜の表面形態は、オフカットまたは傾斜角度が１度に近づくにつれて、各方向に次第に平滑になる。平滑な表面エピタキシャル膜は、レーザダイオードなどの様々な半導体デバイスにとって所望の表面である。そこで、基板をこのようなデバイス用途で使用するために、意図的に
【数４６】
0005638198.tif 000047
方向に沿ってオフカットしてもよい。
【００３８】
ＧａＮ基板が
【数４７】
0005638198.tif 000048
方向に向かってオフカットされた本発明の様々な実施形態が、図２Ａ〜２Ｄに概略的に図示されている。図２Ａは
【数４８】
0005638198.tif 000049
方向に向かったオフカット基板２０１の表面の上面図を表す。例示の格子表面ステップ２０２が、
【数４９】
0005638198.tif 000050
方向に向かって傾斜された格子構造の結果として、
【数５０】
0005638198.tif 000051
方向に垂直に示されている。レーザキャビティの長さ方向として規定されるレーザダイオードキャビティ方向２０３は、基板の格子表面ステップ２０２に平行な
【数５１】
0005638198.tif 000052
方向に沿って配向されてもよい。図２Ｂは
【数５２】
0005638198.tif 000053
方向２０１に向かってオフカットされた基板の断面図を表し、この図は
【数５３】
0005638198.tif 000054
方向に沿っている。
【数５４】
0005638198.tif 000055
方向に沿った＜０００１＞方向からの傾斜角度２０４は、０．２〜１０度の範囲にあり得るとともに、格子表面ステップ２０２の方位を決定する。
【００３９】
レーザダイオード用途の場合、出力性能の向上を達成するために、レーザダイオードキャビティに垂直な劈開ファセットを有することが望ましい場合がある。ここで図２Ｃを参照すると、レーザダイオードキャビティ方向２０３は、
【数５５】
0005638198.tif 000056
方向に沿った格子表面ステップ２０２に平行に示されている。レーザダイオードキャビティ方向２０３に垂直な劈開ファセット２０５の場合、好適な劈開面は
【数５６】
0005638198.tif 000057
方向および格子表面ステップ２０２に垂直である。
【００４０】
図２Ｄは
【数５７】
0005638198.tif 000058
結晶方向のレーザダイオードキャビティ方向２０３に配列されたレーザダイオードキャビティ２０７をさらに含む、
【数５８】
0005638198.tif 000059
オフカット基板２０１の側面図を表す。そして劈開ファセット２０５はレーザダイオードキャビティ２０７に垂直である。
【００４１】
ＧａＮ基板が
【数５９】
0005638198.tif 000060
方向に沿ってオフカットされた本発明のさらなる実施形態が、図３Ａ〜３Ｄに概略的に図示されている。図３Ａは
【数６０】
0005638198.tif 000061
方向に沿ったオフカット基板３０１の表面の上面図を表す。格子表面ステップ３０２が、
【数６１】
0005638198.tif 000062
方向に向かって傾斜された格子構造の結果として、オフカット方向
【数６２】
0005638198.tif 000063
に垂直に示されている。レーザダイオードキャビティ方向３０３は、基板の格子表面ステップ３０２に垂直な
【数６３】
0005638198.tif 000064
方向に沿って配向されてもよい。図３Ｂは
【数６４】
0005638198.tif 000065
オフカット基板３０１の断面図を表し、この図は
【数６５】
0005638198.tif 000066
方向に沿っている。
【数６６】
0005638198.tif 000067
方向に沿った＜０００１＞方向からの傾斜角度３０４は、０．２〜１０度の範囲にあってもよく、それとともに、格子表面ステップ３０２の方位を決定する。
【００４２】
ここで図３Ｃを参照すると、レーザダイオードキャビティ方向３０３が、格子表面ステップ３０２に垂直な
【数６７】
0005638198.tif 000068
に沿って示されている。レーザダイオードキャビティ方向３０３に垂直であることが望ましい劈開ファセット３０５の場合、好適な劈開面は
【数６８】
0005638198.tif 000069
に垂直であるとともに格子表面ステップ３０２に平行である。ここでまた図３Ｂを参照すると、好適な劈開面３０７がレーザダイオードキャビティ方向３０３に垂直であり、格子表面ステップ３０２と一致するとともに、レーザダイオードキャビティ方向３０３と比べて角度を有しているかまたは傾斜している。
【００４３】
図３Ｄは
【数６９】
0005638198.tif 000070
結晶方向のレーザダイオードキャビティ方向３０３に配列されたレーザダイオードキャビティ３０７をさらに含む、
【数７０】
0005638198.tif 000071
オフカット基板３０１の側面図を表す。そして劈開ファセット３０５はレーザダイオードキャビティ３０７と比べて傾斜しているかまたは角度を有している。
【００４４】
前述の図面に示すように、基板の劈開面がそのファセットを決定するように、レーザダイオードキャビティを配向することが好ましい。また所望の劈開面を規定するように基板平面を配列することが好ましい。そこで、良好に規定されたレーザファセットの場合、基板平面許容範囲または角度配向は、好適には５度以内、より好適には１度以内、さらに好適には０．１度以内、および最も好適には０．０１度以内であることが知られている。良好に配向された劈開およびウェハ平面の望ましさを考えると、適当な劈開技術を用いてウェハ平面を形成または規定することが望ましい。
【００４５】
両方の配向とも実用的なレーザダイオードを生じるが、図２Ａ〜２Ｄにより図示された第１の実施形態は、微傾斜ウェハ表面による平滑なエピタキシおよびレーザダイオードキャビティに垂直なファセットの両方を可能にする。垂直なファセットが出力性能（効率およびＰｏｕｔ）の向上を達成するために有用であるので、このような構成は本発明の様々な実施形態で好ましい。
【００４６】
様々な実施形態において、オフカット基板上に成長させたエピタキシャル膜は、ＧａＮおよび他のＩＩＩ−Ｖ族窒化膜のドーピングに従来利用されているタイプの適当なドーパントで処理されてもよい。一実施形態においてＧａＮのシリコンドーピングは、ホモエピタキシャル成長プロセス中にシランを添加することにより行われる、平滑且つ特徴のない微傾斜表面上にエピタキシャル膜を作製する。
【００４７】
具体的な例、態様、特徴および実施形態を参照して本明細書に本発明を説明したが、本発明はこのようなものに限定されるのではなく、むしろ本明細書の開示に基づいて当業者に提案するような、様々な代替の形態および実施形態で実施され得る特徴を有することは理解されるだろう。したがって本発明は、以下に記載する特許請求の範囲内でこのような代替の形態および実施形態をすべて網羅するように、広く解釈されるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】結晶方位がウェハ中心からの距離の関数として平滑に変化する、ウェハ上に成長させたＧａＮエピタキシャル層の一連の顕微鏡写真であり、ウェハ中心は［０００１］（顕微鏡写真（ａ））であり、顕微鏡写真（ｂ）、（ｃ）および（ｄ）は、
【数７１】
0005638198.tif 000072
方向に沿って中心から４ｍｍ、６ｍｍおよび１０ｍｍの距離にあり、顕微鏡写真（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）において、ウェハ中心＋１ｍｍが顕微鏡写真（ｅ）に示されるとともに、顕微鏡写真（ｆ）、（ｇ）および（ｈ）は
【数７２】
0005638198.tif 000073
方向に沿って中心から５ｍｍ、７ｍｍおよび１０ｍｍの距離にある。
【図２Ａ】本発明の実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図２Ｄ】本発明の実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図３Ａ】本発明のさらなる実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図３Ｂ】本発明のさらなる実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図３Ｃ】本発明のさらなる実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図３Ｄ】本発明のさらなる実施形態による、微傾斜ＧａＮ基板上のレーザダイオード配向を図示する。
【図１】
0005638198.tif 000087
【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
0005638198.tif 000089
【図２Ｃ】
0005638198.tif 000090
【図２Ｄ】
0005638198.tif 000091
【図３Ａ】
0005638198.tif 000092
【図３Ｂ】
0005638198.tif 000093
【図３Ｃ】
0005638198.tif 000094
【図３Ｄ】
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