(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
テクスチャ形成された基板と、
前記基板のテクスチャ形成された表面上に配置され、テクスチャ形成された前記表面の凹部内に実質的に間隙が無い第１のＩＩＩ族窒化物領域であって、欠陥低減層と結合層とを備え、前記結合層の表面が前記欠陥低減層の表面よりも滑らかである、前記第１のＩＩＩ族窒化物領域と、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域上に配置された、前記第１のＩＩＩ族窒化物領域よりも小さな平均欠陥密度を有する第２のＩＩＩ族窒化物領域と、
前記第２のＩＩＩ族窒化物領域の上に重なる、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光領域と、
を含む構造体。
【請求項２】
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域が、１０9ｃｍ-2よりも大きな欠陥密度を有する請求項１に記載の構造体。
【請求項３】
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域が、０．５ミクロンと１０ミクロンの間の厚みを有する請求項１に記載の構造体。
【請求項４】
前記欠陥低減層が０．１ミクロンと１５ミクロンの間の厚みを有し、
前記結合層が０．４ミクロンと２０ミクロンの間の厚みを有する請求項１に記載の構造体。
【請求項５】
前記欠陥低減層が０．５ミクロンと１ミクロンの間の厚みを有し、前記結合層が０．５ミクロンと１．５ミクロンの間の厚みを有する請求項４に記載の構造体。
【請求項６】
前記第２のＩＩＩ族窒化物領域が、シリコン注入領域を含む請求項１に記載の構造体。
【請求項７】
前記シリコン注入領域が、０．１ミクロンと１ミクロンの間の厚みを有するＧａＮ層と、０．１単分子層と３単分子層の間の厚みを有するシリコン層とを含む請求項６に記載の構造体。
【請求項８】
前記第２のＩＩＩ族窒化物領域が、
０．１ミクロンと１５ミクロンの間の厚みを有する欠陥低減層と、
０．４ミクロンと２０ミクロンの間の厚みを有する結合層と、
を含み、
前記結合層の表面が前記欠陥低減層の表面よりも滑らかである請求項１に記載の構造体。
【請求項９】
前記欠陥低減層が０．５ミクロンと１ミクロンの間の厚みを有し、前記結合層が０．５ミクロンと１．５ミクロンの間の厚みを有する請求項８に記載の構造体。
【請求項１０】
前記ｎ型領域に電気的に接続されたｎ接点と、
前記ｐ型領域に電気的に接続されたｐ接点と、
を更に含む請求項１に記載の構造体。
【請求項１１】
前記ｎ接点及びｐ接点に電気的に接続されたリード部と、
前記発光領域を覆って配置されたカバーと
を更に含む請求項１０に記載の構造体。
【請求項１２】
前記基板上のテクスチャが繰り返しの特徴部のパターンを含み、
前記特徴部が少なくとも１ミクロンの長さを有し、
前記特徴部が０．１ミクロンと１ミクロンの間の高さを有する、
請求項１に記載の構造体。
【請求項１３】
前記パターンが、山と谷とを含む断面を有する請求項１２に記載の構造体。
【請求項１４】
前記特徴部が少なくとも1ミクロンの間隔を置いて配置されている請求項１２に記載の構造体。
【請求項１５】
テクスチャ形成された基板と、
テクスチャ形成された前記基板の表面上に配置され、テキスチャ形成された前記表面の凹部内に実質的に間隙が無く、前記基板に隣接する第１の部分とＲＭＳ粗さが前記第１の部分よりも小さい第２の部分とを含み、前記第１の部分が欠陥低減層であり、前記第２の部分が結合層であり、前記結合層の表面が前記欠陥低減層の表面よりも滑らかである第１のＩＩＩ族窒化物領域と、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域上に配置され、該第１のＩＩＩ族窒化物領域に隣接する第１の部分とＲＭＳ粗さが前記第１の部分よりも小さい第２の部分とを含む第２のＩＩＩ族窒化物領域と、
前記第２のＩＩＩ族窒化物領域に重なる、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置された発光領域と、
を含む構造体。
【請求項１６】
前記第１の領域の第１の部分が、５０ｎｍと１７５ｎｍとの間のＲＭＳ粗さを有し、
前記第１の領域の第２の部分が、２０ｎｍより小さいＲＭＳ粗さを有する請求項１５に記載の構造体。
【請求項１７】
前記第２の領域の第１の部分が、５０ｎｍと１７５ｎｍとの間のＲＭＳ粗さを有し、
前記第２の領域の第２の部分が、２０ｎｍより小さいＲＭＳ粗さを有する請求項１５に記載の構造体。
【請求項１８】
前記第２の領域の第１の部分が、シリコン注入領域を含む請求項１５に記載の構造体。
【請求項１９】
前記シリコン注入領域が、０．１ミクロンと１ミクロンの間の厚みを有するＧａＮ層と、０．１単分子層と３単分子層の間の厚みを有するシリコン層とを含む請求項１８に記載の構造体。
【請求項２０】
前記欠陥低減層が０．１ミクロンと１５ミクロンの間の厚みを有し、
前記結合層が０．４ミクロンと２０ミクロンの間の厚みを有する請求項１５に記載の構造体。
【請求項２１】
前記欠陥低減層が０．５ミクロンと１ミクロンの間の厚みを有し、前記結合層が０．５ミクロンと１．５ミクロンの間の厚みを有する請求項２０に記載の構造体。
【請求項２２】
前記ｎ型領域に電気的に接続されたｎ接点と、
前記ｐ型領域に電気的に接続されたｐ接点と、
を更に含む請求項１５に記載の構造体。
【請求項２３】
前記ｎ接点及びｐ接点に電気的に接続されたリード部と、
前記発光領域を覆って配置されたカバーと
を更に含む請求項２２に記載の構造体。
【請求項２４】
前記基板上のテクスチャが繰り返しの特徴部のパターンを含み、
前記特徴部が少なくとも１ミクロンの長さを有し、
前記特徴部が０．１ミクロンと１ミクロンの間の高さを有する、
請求項１５に記載の構造体。
【請求項２５】
半導体発光素子を製造する方法であって、
テクスチャ形成された成長基板を準備する段階と、
前記テクスチャ形成された成長基板上の特徴部を充填し第１のＩＩＩ族窒化物領域に実質的に間隙が無いように成長条件を選択して、前記成長基板の上に前記第１のＩＩＩ族窒化物領域を成長させる段階と、を含み、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域は、欠陥低減層と結合層とを備え、前記結合層の表面が前記欠陥低減層の表面よりも滑らかであり、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域に隣接する第１の部分と第２の部分とを含む、前記第１のＩＩＩ族窒化物領域を覆う第２のＩＩＩ族窒化物領域を成長させる段階を更に含み、
Ｖ族供給源の分圧は、前記第１の領域の第１の部分の成長中よりも前記第１の領域の第２の部分の成長中の方が大きいことを特徴とする方法。
【請求項２６】
Ｖ族供給源の分圧は、前記第２の領域の第１の部分の成長中よりも前記第２の領域の第２の部分の成長中の方が大きいことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第２のＩＩＩ族窒化物領域の第１の部分を成長させる段階が、
第１のＧａＮ層を成長させる段階と、
前記第１のＧａＮ層の表面をＳｉ供給源に曝露する段階と、
を含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記第１のＧａＮ層の表面をＳｉ供給源に曝露する段階が、前記第１のＧａＮ層の表面上でＳｉの０．１から３単分子層を堆積させる段階を含む請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
半導体発光素子を製造する方法であって、
テクスチャ成長した基板を準備する段階と、
前記テクスチャ形成された成長基板上の特徴部を充填し第１のＩＩＩ族窒化物領域に実質的に間隙が無いように成長条件を選択して、前記成長基板の上に前記第１のＩＩＩ族窒化物領域を成長させる段階を含み、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域は、欠陥低減層と結合層とを備え、前記結合層の表面が前記欠陥低減層の表面よりも滑らかであり、
前記第１のＩＩＩ族窒化物領域に隣接する第１の部分と第２の部分とを含む、前記第１のＩＩＩ族窒化物領域を覆う第２のＩＩＩ族窒化物領域を成長させる段階を更に含み、
成長温度が、前記第１の領域の第１の部分の成長中よりも前記第１の領域の第２の部分の成長中の方がより高いことを特徴とする方法。
【請求項３０】
成長温度が、前記第２の領域の第１の部分の成長中よりも前記第２の領域の第２の部分の成長中の方がより高いことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物発光素子の成長に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、とりわけ現在利用可能な最も効率的な光源である。可視スペクトルにわたって動作可能な高輝度ＬＥＤの製造において現在関心のある材料系には、ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体、特に、ＩＩＩ族窒化物材料とも呼ばれるガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金が含まれる。通常このような素子は、ｐ−ドープ領域とｎ−ドープ領域との間に挟まれた発光又は活性領域を有する。活性領域は、単一の発光層、又はバリア層によって隔てられた複数の量子井戸層とすることができる。ＩＩＩ族窒化物素子は、金属誘起化学気相成長法（ＭＯＶＣＶＤ）、電子ビームエピタキシ（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシ法によってサファイア、シリコンカーバイド、又はＩＩＩ族窒化物基板上にエピタキシ成長する場合が多い。導電性基板上に成長した素子は、多くの場合、基板の反対側に形成された接点を有する。或いは、不良導電性基板上に成長する素子において、又は光学的もしくは電気的原因により、該基板の同じ側にｎ型及びｐ型領域の両方の部分を露出させるよう素子をエッチングすることができる。次いで、露出された領域上に接点が形成される。この接点が反射性であり且つ接点の反対側にある素子の側面から光が取り出される場合には、該素子はフリップチップと呼ばれる。ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの構造は、サファイア基板上に成長される場合が多いが、これはサファイアが高温で安定性があり且つ比較的製造が容易であることによる。
【０００３】
サファイア基板の使用は、半導体層と基板間の境界面における屈折率の差が大きいことに起因して、取り出し効率が低くなる可能性がある。２つの材料間の境界面に光が入射するときのこの屈折率の差によって、境界面における光の反射量及び光の透過量が決まる。屈折率の差が大きいと、より多くの光が反射する。サファイアの屈折率（１．８）は、サファイア基板上で成長するＩＩＩ族窒化物素子層の屈折率（２．４）に比べて小さい。従って、ＩＩＩ族窒化物素子層で発生した光の大部分は、光が半導体層とサファイア層の間の境界面に到達したときに反射される。反射された光は導波され、取り出される前に素子全体にわたり多くの経路を形成する。これらの多くの経路は、ＩＩＩ族窒化物素子層のいずれかの内部で接点での光学的損失、自由キャリア吸収、及びバンド間吸収によりかなりの光吸収を生じる結果となる。
【０００４】
【特許文献１】米国特許第６，２６５，２８９号公報
【特許文献２】米国特許第６，６３０，６９２号公報
【非特許文献１】Ｍ．Ｉｗａｙａ他のＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３７，３１６（１９９８年）
【非特許文献２】Ｓ．Ｔａｎａｋａ他のＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３９，Ｌ８３１（２０００年）
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物発光素子はテクスチャ形成された基板上で成長し、基板とＩＩＩ族窒化物層との間の境界面における内部全反射量を低減するようにする。幾つかの実施形態において、該素子は、実質的に間隙の無い第１の成長領域と、第１及び第２の領域を覆って高品質の層を成長させることができるように材料品質を改善する第２の領域とを含む。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
サファイア又は他の好適な基板とＩＩＩ族窒化物素子層との間の境界面での内部全反射は、基板のテクスチャ形成又はパターン形成によって低減することができる。本明細書で使用される「テクスチャ形成」とは、基板上の表面を不規則に粗くすること、又は基板上の繰り返す特徴部のパターンを形成することによって、平滑ではない基板表面を意味する。用語を簡潔にするために、以下の実施例の多くは、パターン形成された基板表面を意味する。この同じ原理は、不規則な粗い基板表面を有する素子に適用可能であることは理解すべきである。パターン形成された基板は、一般に、パターンに応じて変化する厚みを有する。本明細書で使用される、パターン形成された基板上の「特徴部」とは、最小基板厚みよりも厚い基板のパターン部分を意味する。例えば、図３Ａに示すように、基板上のパターンが、より薄い三角形領域が介在して基板の厚い三角形領域を含む場合には、「特徴部」は、この厚い三角形領域のことである。
【０００７】
パターン形成された基板上での高品質なＩＩＩ族窒化物素子層の成長は、困難である可能性がある。パターン形成された基板上で高品質なＩＩＩ族窒化物素子層、又はパターン形成されたバッファ層を成長させる１つの手法は、エピタキシャル横方向成長法であり、これは、例えば、Ｚｈｅｌｅｖａ他に付与された、名称が「側壁からトレンチへの横方向成長により窒化ガリウム半導体層を製造する方法及びこれにより製造した窒化ガリウム半導体構造体」の米国特許第６，２６５，２８９号で記載されている。エピタキシャル横方向成長法は、基板上又は成長した基板を覆って形成されたＩＩＩ族窒化物バッファ層上で形成されるパターン形成領域から横方向にＩＩＩ族窒化物層を成長させる。パターン形成領域は通常、主にその上部で横方向の成長が生じるエッチングされたメサであり、或いは、主にその内部に成長が生じるマスク層を介してエッチングされたウィンドウである。エピタキシャル横方向成長法は高品質の材料をもたらすことができるが、主な欠点は、横方向成長状態によって、空気で満たされた間隙を横方向に成長した材料の下にあるトレンチ内に生じる場合が多い点である。空気は、ＩＩＩ族窒化物材料及びサファイア双方と比べ屈折率が小さいので、この間隙は内部全反射を引き起こす可能性があり、潜在的に素子から取り出される光の量を低減する。加えて、エピタキシャル横方向成長を促進するために使用される、メサ又はマスク層を介してエッチングされたウィンドウのいずれかであるパターンは、一般に、素子からの光の取り出しを改善するように最適化されていない。
【０００８】
ＩＩＩ族窒化物層が、パターン形成された基板上で特徴部を埋めるのに有利な条件下で成長するときには、結果として得られるＩＩＩ族窒化物層は、パターン形成された基板の様々な特徴部上で生じる粒子の衝突に起因して、起伏が粗く、粒度が小さく、及び／又は欠陥密度が高い可能性がある。半導体発光素子の層における表面粗さ、粒度の小さいこと、及び欠陥の存在は、素子の内部光発生効率を低下させ、パターン形成された基板によりもたらされるどのような利点も損なわれる可能性がある。また欠陥は、一般に、不均一に分布し、パターン形成された特徴部のエッジ近傍又は隣接する特徴部からの成長が衝突する箇所に集中しており、これは、発光ダイオードなどの大面積デバイスにおいて電気漏洩問題を引き起こす恐れがある。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、テクスチャ形成又はパターン形成された基板上でのＩＩＩ族窒化物結晶成長は複数の相において生じる。第１の相では、成長条件は、間隙の無い基板に共形で、且つ平坦で滑らかな表面を有する層を形成するのに有利である。第２の相において、第１の相から結果として生じる成長における欠陥が妨げられ、材料品質が改善される。次に、半導体発光素子における電気的及び光学的活性層に好適な品質を有する材料の形成に有利な成長条件下で、追加の層が成長する。基板上のパターンは、該パターンの間隙の無い充填を促進するよう、及び光の取り出しを改善するように選択される。以下の実施例では２つの成長相を説明しているが、幾つかの実施形態においては、所要の材料品質を得るために、以下で説明する第１及び第２の成長相に類似する追加の成長相を第１及び第２の成長相に続くようにすることができる。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態による素子を示している。第１の成長領域４１は、テクスチャ形成又はパターン形成された基板４０の上に成長している。好適な基板には、例えば、サファイア及びシリコンカーバイド（Ｓｉｃ）がある。第２の成長領域４７が、第１の成長領域４１の上に成長する。次いで、ｎ型領域４２、活性領域４３、及びｐ型領域４４を含む素子の層が、第２の成長領域４７の上に成長する。ｐ型領域４４及び活性領域４３の一部がエッチングにより除去されて、ｎ型領域４２の一部を露出する。ｎ型接点４６が、ｎ型領域４２の露出部分の上に形成され、ｐ型接点４５がｐ型領域４４の残存する部分上に形成される。接点４５、４６は、反射性である場合が多い。素子は、下側に接点を備えたサブマウント又は他の構造体上に実装され、光が該素子から基板４０を通って取り出されるようにされる。
【００１１】
図２は、図１に示す素子を形成する方法を示している。段階２０で、テクスチャ形成又はパターン形成された基板が準備される。基板４０に対するテクスチャ形成は不規則であってもよいが、一般的にはテクスチャ形成は繰り返しのパターンである。図３Ａは、好適なパターンの実施例を示している。図３Ａに示すパターンにおいて、三角隆起領域１は、三角陥凹領域２によって隔てられる。図３Ａに示すグリッドは、１ミクロンに相当する。パターンは、例えば、ウェット又はドライエッチング或いはイオンエッチングなどの通常のマスキング及びエッチング段階により形成することができる。図３Ｂは、図３Ａに示す基板のような好適な基板の一部の断面を示している。パターンの特徴部は、約５ミクロンの長さ１を有する場合が多く、約１ミクロンと１０ミクロンの間の長さを有することができる。特徴部は、少なくとも１ミクロンの間隔２を有することが多い。特徴部は、約０．４ミクロンの高さ３を有することが多く、約０．１ミクロンと約１ミクロンの間の高さを有することができる。
【００１２】
段階２２で、第１の成長領域４１が、成長基板上にパターンで特徴部を充填するのに有利な条件下で成長して滑らかな層を形成する。第１の成長領域４１は、一般に、成長基板上でパターンを充填する粗い成長領域（例えば、断面で山と谷を有する粒子の３次元成長）を含み、この後に滑らかな成長（例えば、２次元成長）の領域が続く。例えば、第１の成長領域４１は、５０から１７５ｎｍのＲＭＳ粗さを備えた０．１と１ミクロンの間の粗い成長領域を含むことができる。この粗い成長領域の通常の厚さは、約０．７ミクロンで、約１００ｎｍのＲＭＳ粗さを有する。粗い成長領域の後に、ＲＭＳ粗さが２０ｎｍよりも小さい滑らかな領域が続く。この滑らかな領域の通常のＲＭＳ粗さは、約５ｎｍである。第１の成長領域４１は、滑らかな間隙の無い層を形成するために、比較的高温高圧で、且つ高いＨ2：ＮＨ3比で形成することができる。第１の成長領域４１は、例えば、約１０9ｃｍ-2と１０10ｃｍ-2の間の高密度欠陥を有する可能性がある。幾つかの実施形態において、第２の成長領域又は後続の層の成長は、第１の成長領域の成長中に存在した欠陥を除去し、その結果、第１の成長領域４１には、素子の他の領域よりも高密度の欠陥が実質的に存在しないようになる。第１の成長領域４１の最小厚みは、基板４０上のパターン特徴部の高さか、又は約０．５ミクロンのいずれか高い方である。第１の成長領域４１は、約１．５ミクロンの厚さを有する場合が多い。滑らかな成長領域が後に続く粗い成長領域を含む第１の成長領域の好適な実施例は、引用により本明細書に組み込まれる米国特許第６，６３０，６９２号に記載され、且つ下記で説明されるような、任意選択的な結合層を備える場合がある欠陥低減層と、任意選択的な結合層を備える場合がある核形成層とを含む。
【００１３】
第１の成長領域４１の後で、該第１の成長領域４１における欠陥を低減又は除去し、又は少なくとも部分的に第１の成長領域４１の欠陥が素子領域４２，４３、及び４４に伝播するのを防ぐ第２の成長領域４７によって、材料品質が改善される。第２の成長領域４７は、第１の成長領域４１よりも少ない欠陥密度を有することができる。第１の成長領域４１と同様に、第２の成長領域４７は、素子の材料品質を改善する粗い成長領域を含むことができ、この後に滑らかな成長の領域が続いて、素子の後続の層の成長に好適な表面を形成する。例えば、第１の成長領域４１と同様に、第２の成長領域４７は、５０から１７５のＲＭＳ粗さを備えた０．１と１ミクロンの間の粗い成長領域を含むことができる。粗い成長領域の通常の厚さは、約０．７ミクロンで、約１００ｎｍのＲＭＳ粗さを有する。粗い成長領域の後に、ＲＭＳ粗さが２０ｎｍよりも小さい滑らかな領域が続く。この滑らかな領域の通常のＲＭＳ粗さは、約５ｎｍである。第２の成長領域４７の品質を改善する好適な材料の実施例には、米国特許第６，６３０，６９２号に記載されるような、Ｓｉ注入層、任意選択的な結合層を備える場合がある欠陥低減層、及び任意選択的な結合層の有無に関わらず核形成層がある。
【００１４】
第２の成長領域４７の後で、ｎ型領域４２、活性領域４３、及びｐ型領域４４が成長する。メサがエッチングされ、接点４５、４６が形成される。
【００１５】
本明細書で説明される実施形態の半導体層は、ガリウム源としてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）又はトリエチルガリウム（ＴＥＧ）、アルミニウム源としてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、インジウム源としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、窒素源としてアンモニア（ＮＨ3）、シリコン源としてシラン（ＳｉＨ4）、及びキャリアガスとして水素（Ｈ2）又は窒素（Ｎ2）を用いて、従来の単方向流ＭＯＣＶＤ反応器において、ＭＯＣＶＤによって成長することができる。他のＭＯＣＶＤ反応器、他の原料ガス及びキャリアガス、並びに例えば分子線エピタキシ（ＭＢＥ）又は水素化物気相成長（ＨＶＰＥ）などの他の成長方法もまた用いることができる。
【００１６】
幾つかの実施形態において、１つ又はそれ以上の低温ＧａＮ核形成層が基板４０上で成長して、該基板４０上のパターンをコートする。低温核形成層は、例えば、約２０ｎｍから約５０ｎｍ、通常約２５ｎｍまで成長し、更に温度が約５００℃から約６００℃、通常は約５５０℃で成長する。この実施形態においては、低温核形成層はＧａＮであるが、他の実施においては、他のＩＩＩ族材料を用いてもよい。このような核形成層は、Ｍ．Ｉｗａｙａ他のＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３７，３１６（１９９８年）で記載されており、これは引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【００１７】
幾つかの実施形態において、第１の成長領域４１は、欠陥低減層を含む。欠陥低減層は、一般に３次元の粗い成長で基板４０上のパターンを充填する。欠陥低減層は、基板４０上に約９００℃から約１１７５℃、通常約１１２５℃の温度で成長する。欠陥低減層が成長する間の分圧比ＮＨ3／ＴＭＧ及びＮＨ3／Ｈ2（より一般的には、Ｖ／ＩＩＩ及びＶ／Ｈ2、ここでＶ及びＩＩＩは周期表のＶ及びＩＩＩ族からの元素を表す）は、素子層４２、４３、及び４４におけるように、滑らかに成長する表面形態を維持するのに必要なものと比べて小さい。ＧａＮ欠陥低減層が成長する間のこれらの分圧比の範囲及び通常の値は、以下の表１の横列（ａ）に示されている。欠陥低減層は、これらの条件下で、約０．１μｍから約１５μｍ、通常約０．５から１μｍの厚みまで成長する。次いで、ＴＭＧの流れは停止することができ、欠陥低減層を連続する水素及びアンモニア流に約１秒から約１０００秒、通常は約１分間曝露することができる。Ｈ2及びＮＨ3雰囲気は、欠陥低減層２０の表面をエッチングする。これらの成長及びエッチング条件は、通常約０．１μｍから約１μｍの直径を有する個々の独立したＧａＮ粒子又はアイランドを含む粗い表面の形成を促進する。
【００１８】
粗い欠陥低減層が成長した後、ＩＩＩ族窒化物材料が滑らかな層に結合するのが望ましい。幾つかの実施形態において、欠陥低減層は、粗い成長の後に自然結合作用を示す。幾つかの実施形態においては、任意選択のＧａＮ結合は、欠陥低減層上に温度約９５０℃から約１２００℃、通常は約１１６０℃で成長することができる。成長温度及び分圧比ＮＨ3／ＴＭＧ及びＮＨ3／Ｈ2は、急激な横方向（基板表面に平行）の成長を促進し、ＧａＮ粒子の結合及び滑らかなエピタキシャル成長表面の形成をもたらすように選択される。ＧａＮ結合層の成長中のこれらの分圧比の範囲及び通常値は、下記の表１の横列（ｂ）に示されている。結合層は、例えば、約０．５μｍから約２０μｍ、通常は約０．５から１．５μｍまでの厚みを有する。結合層は、例えば、約１０18ｃｍ-3の濃度にシリコンでドープすることができる。
【００１９】
任意選択の高温（標準）ＧａＮ層は、存在する場合には結合層上に、又は欠陥低減層上に成長することができる。標準ＧａＮ層は、温度が約９５９℃から約１２００℃まで、通常は約１１２５℃で成長する。標準ＧａＮ層が成長している間の分圧比ＮＨ3／ＴＭＧ及びＮＨ3／Ｈ2の範囲及び通常値は、下記の表１の横列（ｃ）に示されている。これらの成長条件は、滑らかな成長表面形態及び高い成長速度を促進するよう選択される。標準ＧａＮ層は、例えば、約０．１μｍから約１０μｍ、通常約２μｍの厚みを有する。標準ＧａＮ層は、非ドープであるか、或いは、例えば約１０18ｃｍ-3以上の濃度にシリコンでｎ型ドープすることができる。
【００２０】
欠陥低減層、任意選択の結合層、及び任意選択の高温ＧａＮ層のシーケンスを複数回繰り返し、素子層４２、４３、及び４４における欠陥密度を更に低減することができる。
【００２１】
表１：成長用分圧比
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*遅い成長速度による実用上の限界
【００２２】
幾つかの実施形態において、第２の成長領域４７は、第１の成長領域４１に関連して上記で説明された欠陥低減層に類似する欠陥低減層を含む。第２の成長領域４７の欠陥低減層は、材料品質を改善し、更に、任意選択の結合層及び任意選択の標準ＩＩＩ族窒化物層と共に使用する場合もある。第２の成長領域４７並びに任意選択の結合層及び任意選択の標準ＧａＮ層の欠陥低減層が成長する間の分圧比ＮＨ3／ＴＭＧ及びＮＨ3／Ｈ2の範囲及び通常値は、上記の表１の横列（ａ）〜（ｃ）に示されている。
【００２３】
幾つかの実施形態において、第２の成長領域４７は、材料品質を改善するためにＳｉドープ層を含む。Ｓｉドープ層は、第１の領域４１上に温度約９５０℃から約１２００℃、通常１１６０℃で成長する高温ＧａＮ層とすることができる。このようなＳｉドープのＧａＮ層が成長中の分圧比ＮＨ3／ＴＭＧ及びＮＨ3／Ｈ2の範囲及び通常値は、上記の表１の横列（ｂ）及び（ｃ）で示されている標準ＧａＮ層又は結合層のものと実質的に同じとすることができる。これらの成長条件は、滑らかな成長表面形態を促進するよう選択される。Ｓｉドープ層は、例えば、約１０18ｃｍ-3以上の濃度にシリコンでｎ型ドープすることができる。
【００２４】
Ｓｉドープ層は、以下のように形成することができる。最初に、ＧａＮ層が、例えば、約０．１μｍから約１０μｍ、通常約１μｍの厚みまで成長する。次に、ＴＭＧの流れが停止され、ＧａＮ層がＳｉＨ4又はＳｉ2Ｈ6に曝露され、層の表面上にシリコンが約０．１単分子層から約３単分子層まで、通常約１単分子層堆積する。堆積したシリコンは、層２８の窒素と反応して層の表面の一部を覆うマイクロマスク（アイランド）を形成することができる。引き続いて、ＩＩＩ族窒化物成長がその表面上で再度開始されると、ＩＩＩ族窒化物材料は、表面の覆われていない部分上で核形成して垂直に成長し、次いでマスクにわたって横方向に成長して低い欠陥低減層を形成する。幾つかの実施形態において、与えられたある成長条件及びシリコン量ではマイクロマスクを生成しないが、第１の領域４１の欠陥低減層と類似の粗い成長を生じるには十分である。
【００２５】
任意選択の結合層は、上述のものと実質的に類似の条件下でＳｉドープマスクの上に成長することができる。ＳｉドープＧａＮ層及び任意選択の結合層を含むシーケンスを第１の成長領域４１上で複数回繰り返し、素子層４２、４３、及び４４における欠陥密度を更に低減することができる。
【００２６】
上記実施例において、第２の成長領域４７の層はＧａＮから形成されるが、他の実施においては、これらの層は、例えば、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮＡｓ、ＡｌＩｎＧａＮＰ、又はこれらの組み合わせなどといった、他のＩＩＩ族材料から形成することができる。上述の実施例と類似の欠陥低減構造体は、Ｓ．Ｔａｎａｋａ他のＪａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ３９，Ｌ８３１（２０００年）で記載されており、これは引用によりその全体が本明細書に組み込まれる。上記の実施形態において使用されたようなマイクロマスク法は、当該技術分野で「シリコン注入」又はアンチサーファクタント法と呼ぶことができる。
【００２７】
幾つかの実施形態において、第２の成長領域４７は、材料品質を改善するために核形成層を含む。第２の成長領域４７に好適な核形成層は、第１の成長領域４１に関して上記で説明されている。
【００２８】
図４は、大接合デバイス（すなわち、１平方ミリ以上の面積）の平面図である。図５は、軸７０に沿って見た、図４のデバイスの断面図である。図４及び図５は、図１〜３及び添付文書で図示して説明したエピタキシャル構造体のいずれかと共に使用することができる接点配列を示している。エピタキシャル構造体５９は、図１の領域４１、４７、４２、４３、及び４４を含む。エピタキシャル構造体５９の活性領域は、ｎ接点４６が形成された３つのトレンチによって隔てられた４つの領域に分離されている。各領域は、ｐ接点４５上に形成された４つのｐ−サブマウント接続部５４によりサブマウントに接続されている。ｎ接点４６は、４つの活性領域を囲む。ｎ接点４６は、６つのｎ−サブマウント接続部５３によりサブマウントに接続されている。ｎ−接点及びｐ−接点は、絶縁層５２により電気的に絶縁されている。
【００２９】
図６は、パッケージされた発光素子の分解図である。ヒートシンクスラグ１００が、インサート成形リードフレーム１０６に配置されている。インサート成形リードフレーム１０６は、例えば、電気経路を形成する金属フレーム周りに成形された充填プラスチック材料である。スラグ１００は、任意選択の反射カップ１０２を含むことができる。発光デバイスダイ１０４は、上述の素子のいずれかとすることができるが、スラグ１００に直接、或いは熱伝導サブマウント１０３を介して間接的にスラグ１００に装着される。光学レンズとすることができるカバー１０８を付加してもよい。
【００３０】
本発明を詳細に説明してきたが、当業者には理解されるように、本開示により、本明細書に記載されている本発明の概念の精神から逸脱することなく本発明に修正を行うことができる。従って、本発明の範囲は、図示され説明された特定の実施形態に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるＩＩＩ族発光素子。
【図２】図１の素子を形成する方法を示す図である。
【図３Ａ】図１の基板４０表面上に形成されるパターンの実施例である。
【図３Ｂ】基板４０の一部の断面図である。
【図４】図１に示す接点配列の平面図である。
【図５】図１に示す接点配列の断面図である。
【図６】パッケージされた発光素子の分解図である。
【符号の説明】
【００３２】
４０  基板
４１  第１の成長領域
４２  ｎ型領域
４３  活性領域
４４  ｐ型領域
４５、４６  接点
４７  第２の成長領域
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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