(57)【要約】好適な材料の斜面上においてデバイスの活性層を成長させるステップを含み、斜面はファセット面である、光電子デバイスを加工する方法である。本発明はさらに、ファセット面を加工する方法を開示する。１つの加工プロセスは、好適な材料上におけるエピタキシャル層の成長ステップと、特定の結晶方位を有するファセットを形成するためのマスクによるエピタキシャル層のエッチングステップと、ファセット上における１つ以上の活性層の堆積ステップとを含む。その他の方法は、ファセット面を生成するための横方向拡散技術を用いた材料層の成長ステップと、ファセット面における１つ以上の活性層の堆積ステップとを含む。ファセット面は、典型的には半極性面である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板またはテンプレートの１つ以上の斜面またはファセット面を含む、デバイス。
【請求項２】
前記斜面またはファセット面は、半極性面または非極性面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記斜面またはファセット面は、
【数１】
2009527898.tif 000035
、
【数２】
2009527898.tif 000036
、
【数３】
2009527898.tif 000037
、
【数４】
2009527898.tif 000038
、
【数５】
2009527898.tif 000039
、または
【数６】
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面を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記斜面またはファセット面が、前記基板またはテンプレートの表面に形成され、該斜面またはファセット面が形成される前は、該基板またはテンプレートはｃ面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記斜面またはファセット面は、前記基板またはテンプレートのエッチングされた斜面またはファセット面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記斜面またはファセット面は、側壁であるか、または前記テンプレートまたは基板の表面におけるトレンチ、溝、若しくはピットのファセットである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トレンチ、溝、またはピットは、１０ミクロン以下の最大深度と、３〜１０ミクロンの範囲の間隔とを有する、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記斜面またはファセット面は、前記基板またはテンプレートのエピタキシャル横方向拡散面である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
（ｂ）前記斜面若しくはファセット面の上に、または該斜面若しくはファセット面に形成された１つ以上のエピタキシャル層の上に、エピタキシャルに形成された１つ以上の活性層をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記活性層またはエピタキシャル層は、ホモエピタキシャルまたは再成長層である、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記デバイスは、基板、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）、電気的に注入されたデバイス、活性層が発光性であるその他のデバイス、高電子移動度トランジスタ、または内部分極場の低下あるいは正孔移動度の増大によって恩恵を受けるデバイスである、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１２】
（ｃ）１つ以上のｎ型窒化物層と、
（ｄ）１つ以上のｐ型窒化物層と
をさらに含み、
（ｅ）前記活性層は、発光性および窒化物ベースであり、該ｎ型窒化物層と該ｐ型窒化物層との間に配置される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１３】
（ｃ）ｎ型導波路層と、
（ｄ）ｐ型導波路層と、
（ｅ）該ｎ型導波路層の上または下にある１つ以上のｎ型層と、
（ｆ）該ｎ型導波路層の上または下にある１つ以上のｐ型層と
をさらに含み、
（ｇ）前記活性層は、発光性であり、該ｎ型導波路層と該ｐ型導波路層との間に配置される、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記活性層、基板、テンプレートまたはエピタキシャル層の少なくとも１つは、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎベースの材料を含むか、または（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料の成長に適している、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記活性層は、インジウムを含む多重量子ウェル（ＭＱＷ）層から成る、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記エピタキシャル層若しくはテンプレート、または該エピタキシャル層とテンプレートとの両方は、ｎ型またはｐ型材料を含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記活性層の上に１つ以上のｎ型またはｐ型層をさらに含む、請求項９に記載のデバイス。
【請求項１８】
１つ以上の結晶学上の方位を有する半導体デバイスを加工する方法であって、
（ａ）基板またはテンプレートの１つ以上の斜面または傾斜ファセットを形成することを含む、方法。
【請求項１９】
前記斜面または傾斜ファセットは、半極性または非極性方位に対して形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記テンプレートは、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料を含むか、若しくは窒化物材料の成長に適しているか、前記基板は、バルク窒化アルミニウムまたは窒化ガリウムである、または該基板とテンプレートとの両方は（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料を含むか、若しくは（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料の成長に適している、請求項１８に記載の方法。
【請求項２１】
前記テンプレートまたは基板はｃ面である、請求項１８に記載の方法。
【請求項２２】
前記テンプレートは、欠陥削減のための１つ以上の側方にエピタキシャルな拡散層、デバイスの１つ以上のｎドープ層若しくはｐドープ層、または分布ブラッグ反射器を形成するための変動屈折率を有する１つ以上の層のうちの少なくとも１つを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２３】
前記形成することには、前記テンプレートまたは基板のエッチングが含まれる、請求項１８に記載の方法。
【請求項２４】
前記エッチングは、ドライエッチングであり、前記斜面または傾斜ファセットのより大きな傾斜は、比較的高程度の化学的エッチングおよび比較的低程度の物理的エッチングによって達成される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記エッチングは、前記斜面または傾斜ファセットである側壁を有するピット、トレンチまたは溝を形成するために、前記基板またはテンプレートの面の１つ以上の領域をエッチングすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
（１）前記エッチングすることは、前記斜面の表面領域を決定する１ナノメートルと１０ミクロンとの間の範囲の最大深度に、前記基板またはテンプレートの１つ以上の表面領域をエッチングすることを含み、
（２）該領域は、該斜面または傾斜面の傾斜角を決定する３〜１０ミクロンの間の範囲の幅を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
（１）マスク領域および非マスク領域を作成するために、前記基板またはテンプレート上の領域をマスキングすることと、
（２）該マスク領域を通って該基板またはテンプレートをエッチングすることであって、該マスク領域は、該非マスク領域よりも比較的低速度でエッチングされる、ことをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記マスク領域および非マスク領域は、ナノインプリンティングを用いて形成される、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記マスク領域は、前記斜面または傾斜ファセットの傾斜角度を決定する間隔を有するストライプである、請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
前記間隔は、３〜１０ミクロンの間の範囲である、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
前記形成ステップは、
（１）前記基板またはテンプレートのエピタキシャル横方向拡散を実行することであって、該エピタキシャル横方向拡散は、横方向エピタキシャル拡散（ＬＥＯ）、側壁エピタキシャル横方向拡散（ＳＥＬＯ）、またはカンチレバーエピタキシャル横方向拡散（ＣＥＬＯ）を含む、ことと、
（２）隣接する拡散ストライプが融合する前に、該エピタキシャル横方向拡散を終了させることであって、該エピタキシャル拡散の１つ以上の面には、前記斜面または傾斜ファセットが含まれる、ことと
をさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３２】
前記斜面または傾斜ファセットは、全てが同じ方位を有することはない、請求項１８に記載の方法。
【請求項３３】
前記斜面または傾斜ファセットは、２５〜５０度の範囲の傾斜角度を有して形成される、請求項１８に記載の方法。
【請求項３４】
半極性方位を有する結晶ファセットを作成するために、ステップ（ａ）を形成した後で、前記斜面または傾斜ファセットをアニーリングすることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３５】
（ｂ）ステップ（ａ）で形成された前記斜面または傾斜ファセットの上に１つ以上のエピタキシャル層を堆積させることをさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項３６】
前記堆積ステップ（ｂ）は前記傾斜角度を望ましい傾斜角度まで減少させるので、前記斜面または傾斜ファセットは、前記望ましい角度よりも大きい傾斜角度で形成される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記エピタキシャル層を堆積させるために、有機金属化学気相成長法、分子線エピタキシ、昇華、気相エピタキシ、またはアンモニア熱成長を使用する、請求項３５に記載の方法。
【請求項３８】
少なくとも前記第１のエピタキシャル層が再成長するか、ホモエピタキシャルに堆積される、請求項３５に記載の方法。
【請求項３９】
前記エピタキシャル層は、１つ以上のｎ型層、１つ以上のｐ型層、または１つ以上の（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎ層の少なくとも１つを含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４０】
（１）水素、窒素およびアンモニアの流動下において、約１０５０℃に上昇したウエハ温度で有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて前記斜面または傾斜ファセットの上にｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層を再成長させることと、
（２）該ウエハ温度を約８００℃に低下させ、該再成長したｎ型ＧａＮ層に１つ以上の発光（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ層を堆積させることと、
（３）該発光（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ層の上に１つ以上のさらなるデバイス層を堆積させることと
をさらに含む、請求項３５に記載の方法。
【請求項４１】
前記堆積ステップ（ｂ）によって、ほぼ平面である最終面が形成される、請求項３５に記載の方法。
【請求項４２】
請求項１８に記載の方法を用いて加工された、デバイス。
【請求項４３】
前記デバイスは、基板、発光ダイオード、レーザーダイオード、光電池、高電子移動度トランジスタ、または内部分極場の低下若しくは正孔移動度の増大によって恩恵を受けるデバイスである、請求項４２に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本出願は、同時係属、同一譲受人の米国特許出願：米国仮特許出願第６０／７７４，４６７号（２００６年２月１７日出願、出願人（Ｈｏｎｇ  Ｚｈｏｎｇ、Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ、Ｒａｊａｔ  Ｓｈａｒｍａ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．１７３  −ＵＳ−Ｐｌ（２００６−４２２））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するものであり、その出願内容は、参考として本明細書に援用される。
【０００２】
本出願は、下記の同時係属、共通譲受人の出願に関連する：
米国実用特許出願第１１／０５４，２７１号（２００５年２月９日出願、出願人（Ｒａｊａｔ  Ｓｈａｒｍａ、Ｐａｕｌ  Ｍ．Ｐａｔｔｉｓｏｎ、Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ、ａｎｄ  Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ」、代理人整理番号３０７９４．１１２−ＵＳ−０１（２００４−２０８））;
米国実用特許出願第１１／３７２，９１４号（２００６年３月１０日出願、出願人（Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｐａｕｌ  Ｔ．Ｆｉｎｉ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＰＬＡＮＡＲ  ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ」、代理人整理番号３０７９４．１２８−ＵＳ−Ｕ１（２００５−４７１））であって、米国仮特許出願第６０／６６０，２８３号（２００５年３月１０日出願、出願人（Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｐａｕｌ  Ｔ．Ｆｉｎｉ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＰＬＡＮＡＲ  ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ」、代理人整理番号３０７９４．１２８−ＵＳ−Ｐ１（２００５−４７１））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／４４４，９４６号（２００６年６月１日出願、出願人（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｊｒ．、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｐ．  Ｍｏｒｇａｎ  Ｐａｔｔｉｓｏｎ、Ｒａｊａｔ  Ｓｈａｒｍａ、Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＡＮＤ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ，ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．１４０−ＵＳ−Ｕｌ（２００５−６６８））であって、米国仮特許出願第６０／６８６，２４４号（２００５年６月１日出願、出願人（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，  Ｊｒ．、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｐ．Ｍｏｒｇａｎ  Ｐａｔｔｉｓｏｎ、Ｒａｊａｔ  Ｓｈａｒｍａ、Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＧＲＯＷＴＨ  ＡＮＤ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭＳ，  ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥＳ，  ＡＮＤ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．１４０−ＵＳ−Ｐｌ（２００５−６６８））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／４８６，２２４号（２００６年７月１３日出願、出願人（Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＬＡＴＥＲＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＥＦＥＣＴ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ」、代理人整理番号３０７９４．１４１−ＵＳ−Ｕ１（２００５−６７２））であって、米国仮特許出願第６０／６９８，７４９号（２００５年７月１３日出願、出願人（Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＬＡＴＥＲＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＤＥＦＥＣＴ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ」、代理人整理番号３０７９４．１４１−ＵＳ−Ｐ１（２００５−６７２））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／５１７，７９７号（２００６年９月８日出願、出願人（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＶＩＡ  ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１４４−ＵＳ−Ｕ１（２００５−７７２））であって、米国仮特許出願第６０／７１５，４９１号（２００５年９月９日出願、出願人（Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＶＩＡ  ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１４４−ＵＳ−Ｐ１（２００５−７７２））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／５２３，２８６号（２００６年９月１８日出願、出願人（Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ  Ｒａｊａｎ、Ｃｈａｎｇ  Ｓｏｏ  Ｓｕｈ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）、名称「Ｎ−ＰＯＬＡＲ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ−ＭＯＤＥ  ＦＩＥＬＤ  ＥＦＦＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」、代理人整理番号３０７９４．１４８−ＵＳ−Ｕ１（２００６−１０７））であって、米国仮特許出願第６０／７１７，９９６号（２００５年９月１６日出願、出願人（Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ  Ｒａｊａｎ、Ｃｈａｎｇ  Ｓｏｏ  Ｓｕｈ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）、名称「Ｎ−ＰＯＬＡＲ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ−ＭＯＤＥ  ＦＩＥＬＤ  ＥＦＦＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ」、代理人整理番号３０７９４．１４８−ＵＳ−Ｐ１（２００６−１０７））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／６５５，５７３号（２００７年１月１９日出願、出願人（Ｊｏｈｎ  Ｋａｅｄｉｎｇ、Ｄｏｎｇ−Ｓｅｏｎ  Ｌｅｅ、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，ＩＮ，ＧＡ，Ｂ）Ｎ」、代理人整理番号３０７９４．１５０−ＵＳ−Ｕ１（２００６−１２６））であって、米国仮特許出願第６０／７６０，７３９号（２００６年１月２０日出願、出願人（Ｊｏｈｎ  Ｋａｅｄｉｎｇ，  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．Ｄｅｎｂａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＥＤ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ」、代理人整理番号３０７９４．１５０−ＵＳ−Ｐ１（２００６−１２６））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国実用特許出願第１１／６５５，５７２号（２００７年１月１９日出願、出願人（Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｊｏｈｎ  Ｋａｅｄｉｎｇ、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＶＩＡ  ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１５９−ＵＳ−Ｕ１（２００６−１７８））であって、米国仮特許出願第６０／７６０，６２８号（２００６年１月２０日出願、出願人（Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｊｏｈｎ  Ｋａｅｄｉｎｇ、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｔｒｏｙ  Ｊ．Ｂａｋｅｒ、Ｂｅｎｊａｍｉｎ  Ａ．Ｈａｓｋｅｌｌ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＥＮＨＡＮＣＩＮＧ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＶＩＡ  ＭＥＴＡＬＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．１５９−ＵＳ−Ｐ１（２００６−１７８））の米国特許法１１９条（ｅ）項の利益を主張するもの；
米国仮特許出願第６０／７７２，１８４号（２００６年２月１０日出願、出願人（Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｉｚａ、Ｈｉｒｏｋｕｎｉ  Ａｓａｍｉｚｕ、Ｈｏｎｇ  Ｚｈｏｎｇ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＣＯＮＤＵＣＴＩＶＩＴＹ  ＣＯＮＴＲＯＬ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ」、代理人整理番号３０７９４．１６６−ＵＳ−Ｐ１（２００６−２８５））；
米国仮特許出願第６０／７９８，９３３号（２００６年５月９日出願、出願人（Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｋｗａｎｇ−Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ）、名称「ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＤＥＦＥＣＴ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＩＮ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＡＮＤ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＦＩＬＭＳ  ＵＳＩＮＧ  ＩＮ−ＳＩＴＵ  ＳＩＬＩＣＯＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＮＡＮＯＭＡＳＫＩＮＧ」、代理人整理番号３０７９４．１８０−ＵＳ−Ｐ１（２００６−５３０））；
米国仮特許出願第６０／８０９，７７４号（２００６年５月３１日出願、出願人（Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ、Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｃａｒｌ  Ｊ．Ｎｅｕｆｅｌｄ、およびＳｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒ）、名称「ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＦＯＲＭＥＤ  ＢＹ  ＲＥＧＲＯＷＴＨ  ＯＮ  Ｎ−ＰＯＬＡＲ  ＮＡＮＯＰＩＬＬＡＲ  ＡＮＤ  ＮＡＮＯＳＴＲＩＰＥ  ＡＲＲＡＹＳ」、代理人整理番号３０７９４．１８２−ＵＳ−Ｐ１（２００６−６３８））；
米国仮特許出願第６０／８６６，０３５号（２００６年１１月１５日出願、出願人（Ｓｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒ、Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、およびＮｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ）、名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−  ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，ＩｎＮ，  ａｎｄ  ＡＩＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ  ＢＹ  ＭＥＴＡＬ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」、代理人整理番号３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１２１））；
米国仮特許出願第６０／８６９，５４０号（２００６年１２月１１日出願、出願人（Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｍａｔｈｅｗ  Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｋｗａｎｇ  Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ）、名称「ＮＯＮ−ＰＯＬＡＲ（Ｍ−ＰＬＡＮＥ）  ＡＮＤ  ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．２１３−ＵＳ−Ｐｌ（２００７−３１７））；および
米国仮特許出願第６０／８６９，７０１号（２００６年１２月１２日出願、出願人（Ｋｗａｎｇ  Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ、Ｍａｔｈｅｗ  Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｆｅｎｇ  Ｗｕ、Ａｓａｋｏ  Ｈｉｒａｉ、Ｍｅｌｖｉｎ  Ｂ．ＭｃＬａｕｒｉｎ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ）、名称「ＣＲＹＳＴＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  Ｍ−ＰＬＡＮＥ  ＡＮＤ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＰＬＡＮＥＳ  ＯＦ（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＯＮ  ＶＡＲＩＯＵＳ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、代理人整理番号３０７９４．２１４−ＵＳ−Ｐ１（２００７−３３４））；
これらの出願内容は、参考として本明細書に援用される。
【０００３】
（１．発明の技術分野）
本発明は、半極性（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎの光電子素子の成長方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
（注：本発明は、例えば、［ｘ］などの括弧で囲まれた１つ以上の参照番号によって本明細書中に示されているように、多数の異なる文書および特許を参照する。そのような参照番号によって順に並べられたこれらの異なる文書および特許は、「参考文献」のセクションに以下示されている。これらの文書および特許はそれぞれ、本明細書において参照として援用される。）
光電子素子および高出力電子素子の可視紫外線（ＵＶ）の加工において、窒化ガリウム（ＧａＮ）およびアルミニウムおよび／またはインジウム（ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＡｌＩｎＧａＮ）が組み込まれたその第三および第四化合物の有効性が十分に確立されている。そのような素子は典型的には、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、および水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）を含む成長技術を用いてエピタキシャルに成長する。
【０００５】
ＧａＮおよびその合金は、（ａ軸）に対して１２０°回転した２つの（または３つの）等しい底面軸によって描かれる、六角ウルツ鉱結晶構造で最も安定しており、これら軸の全ては固有のｃ軸に対して垂直である。ＩＩＩ族原子および窒素原子は、結晶のc軸に沿って交互するｃ面を埋めている。ウルツ鉱構造に含まれる対称素子によって、ＩＩＩ族窒化物はこのｃ軸方向のバルク自発分極を有し、ウルツ鉱構造は圧電分極を示すことが決定される。
【０００６】
電子素子および光電子素子の従来の窒化物技術は、極性ｃ方向に沿って成長する窒化物膜を利用する。しかし、ＩＩＩ族窒化物ベースの光電子および電子の素子の従来のｃ面の量子ウェル構造は、強力な圧電且つ自発分極の存在によって望ましくない量子閉制限スターク効果（ＱＣＳＥ）を被っている。ｃ方向に沿った強力な埋め込み電場により電子および孔の空間的隔離が生じており、これがひいてはキャリア再結合効率の制限、振動子強度の低下、および赤方偏移放射を生じさせることになる。
【０００７】
ＧａＮ光電子素子における自発および圧電分極効果を排除する１つのアプローチとして、結晶の非極性面における素子の成長がある。そのような面は等しい数のガリウム（Ｇａ）および窒素（Ｎ）の原子を含み、電荷中立性である。さらに、以降の非極性層は互いに結晶学的に等価であるため、結晶は成長方向に分極されない。ＧａＮにおける対称的に等しい非極性面の２つのそのような族は、集合的にａ面として知られる
【０００８】
【数７】
2009527898.tif 000003
族、および、集合的にｍ面として知られる
【０００９】
【数８】
2009527898.tif 000004
族である。あいにく、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、Ｓａｎｔａ  Ｂａｒｂａｒａの研究者によってなされた進歩にもかかわらず、非極性窒化物の成長には課題が多く、ＩＩＩ族窒化物の業界において広く採用されてはいない。
【００１０】
ＧａＮの光電子素子の分極効果を低減、または可能ならば排除するための別のアプローチとして、結晶の半極性面における素子の成長がある。「半極性面」という用語は、２つの非ゼロｈ、ｋ、ミラー指数のｉ、および非ゼロの１のミラー指数を有する広い範囲の平面を指すために用いることができる。ｃ面ＧａＮのへテロエピタキシにおいて通常見られるいくつかの半極性面の例には、ピットのファセットに見られる
【００１１】
【数９】
2009527898.tif 000005
、
【００１２】
【数１０】
2009527898.tif 000006
、および
【００１３】
【数１１】
2009527898.tif 000007
の平面が含まれる。これらの面はさらに、Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、  Ｓａｎｔａ  Ｂａｒｂａｒａの研究者が平面膜の形態で成長させたものと偶然同じ面になっている。ウルツ鉱結晶構造の半極性面のその他の例には
【００１４】
【数１２】
2009527898.tif 000008
、
【００１５】
【数１３】
2009527898.tif 000009
、および
【００１６】
【数１４】
2009527898.tif 000010
を含むが、これらに限定されない。窒化物結晶の分極ベクトルはそのような面内にはなく、また、そのような面に対して垂直ではないが、この平面の表面垂線に対してある傾斜角度で存在する。例えば、
【００１７】
【数１５】
2009527898.tif 000011
および
【００１８】
【数１６】
2009527898.tif 000012
の面はそれぞれ、ｃ面に対して、５８．４３°および３２．０６°になっている。ある半極性面とｃ面との間の平面間角度を以下の表１に示す。
【００１９】
【表１】
2009527898.tif 000013
自発分極に加え、窒化物に存在する第２の分極の形態は圧電分極である。これは、異種組成（従って、異なる格子定数）の（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎの層が窒化物へテロ構造で成長する場合に生じるように、材料が圧縮または引張ひずみを経験する際に生じる。例えば、ＧａＮテンプレートの薄いＡｌＧａＮ層は面内引張ひずみ、ＧａＮテンプレートの薄いＩｎＧａＮ層は面内圧縮ひずみを有することとなり、これは共にＧａＮと一致する格子によるものである。従って、ＧａＮのＩｎＧａＮの量子ウェルについては、圧電分極はＩｎＧａＮおよびＧａＮの自発分極の方向と反対の方向を示すことになる。ＧａＮと一致する格子を有するＡｌＧａＮ層では、圧電分極はＡｌＧａＮおよびＧａＮの自発分極の方向と同じ方向を示すことになる。
【００２０】
ｃ面窒化物における半極性面使用の利点は、全分極が小さくなるということである。特定の面における特定の合金組成では、ゼロ分極である場合がある。そのようなシナリオは、これらの科学論文［４，５］にて詳細に述べられている。重要な点は、ｃ面の窒化物構造の分極と比較して、分極が小さくなるということである。
【００２１】
半極性ＧａＮ面は、パターン化されたｃ面に方位づけられたストライプの側壁に見られる。Ｎｉｓｈｉｚｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．［１］はこの技術を用いて、
【００２２】
【数１７】
2009527898.tif 000014
のＩｎＧａＮの量子ウェルを成長させた。彼らはさらに、半極性面
【００２３】
【数１８】
2009527898.tif 000015
の内部量子効率がｃ面の内部量子効率よりも高いため、結果として分極が低下することを示した。Ｎｉｓｈｉｚｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．の方法には、ＧａＮの場合にしばしばＳｉＯ２である、マスク材料のストライプのパターン化を含む。ＧａＮは、マスクおよび次に成長の終わったマスクの間のオープンウィンドウから成長する。連続する膜を形成するために、ＧａＮは横方向成長によって融合される。そのようなストライプのファセットは、成長パラメータによって制御することができる。ストライプが融合する前に成長が停止する場合、半極性面のわずかな領域が露出する可能性がある。半極性面は、基板表面に対してある傾斜角度を有することになる。例えば、Ｎｉｓｈｉｚｕｋａ  ｅｔ  ａｌ．は、ｃ面に対して５８．４３°の角度でＧａＮ面を成長させ、ＧａＮ面［２］の上部にＩｎＧａＮ量子ウェルを成長させる。
【００２４】
Ｎｉｓｈｉｚｕｋａの方法は高い結晶品質の半極性方位ファセットを提供したとはいえ、
【００２５】
【数１９】
2009527898.tif 000016
または非極性
【００２６】
【数２０】
2009527898.tif 000017
の方位を有する大きな領域を含む複数の結晶ファセットを形成させることとなった。より重要なことには、半極性方位ファセットの領域が非常に小さく非連続的であるため、これらの半極性方位ファセットにおける電気的に注入された光電子素子の成長および加工がほぼ不可能になる。
【００２７】
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ、Ｓａｎｔａ  Ｂａｒｂａｒａにおける研究グループは、基板面に平行で、電気的に注入された光電子素子の使用に適切な、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎの大きな領域を有する平面半極性窒化物膜を提供するために努力を重ねてきた。研究グループは、ｍ面のサファイヤ基板［３］にヘテロエピタキシャルに堆積したＨＶＰＥで成長した２０μｍ厚さの
【００２８】
【数２１】
2009527898.tif 000018
のＧａＮテンプレートを用いて、ＭＯＣＶＤによって、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多量子ウェル（ＭＱＷ）発光ダイオード（ＬＥＤ）を成長させることに成功した。我々の半極性ＬＥＤは、ＱＣＳＥの劇的な低下を示すｃ面の窒化物素子と比較して、駆動電流の増加と共にエレクトロルミネセンスのピーク波長の限定された青色シフトを示す。ＱＣＳＥの低下は、理論的には内部量子効率の上昇につながるが、それにもかかわらず、従来の半極性方位ＬＥＤの出力電力は２０ｍＡの駆動電流、出力電力は１２０μＷであり、最大出力電力はわずか２５０μＷと非常に低い。これと比較して、ｃ面窒化物のＬＥＤはミリワット（ｍＷ）台の出力電力を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
この低い半極性窒化物のＬＥＤ出力電力は、非常に低品質の結晶品質による非放射再結合中心の高密度に原因を求めることができる。窒化物半導体の成長は本明細書においてエピタキシャルであるため、窒化物半導体層と基板材料の格子定数の大きな差は多くの転位を生じさせることになり、これは非放射再結合中心の役割を果たす。半極性窒化物半導体層のより高品質の結晶の成長を得るには、さらに成長条件、方法論、および技術の最適化が必要である。
【００３０】
つまり、従来技術を用いた、高品質な半極性方位の電気的に注入された窒化物光電子素子（「半極性素子」とも称される）の成長および加工は非常に困難であり、そのような素子をｃ方位の対応物のパフォーマンスと比較できるものにするには、非常な研究努力を必要とするであろう。本明細書に記載されている本発明の目的は、従来の高度なｃ方位（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、またはＢ）の窒化物成長、エッチング、およびエピタキシャル横方向拡散（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）（ＥＬＯ）技術を利用してホモエピタキシャルに高品質な半極性素子を製造することである。
【課題を解決するための手段】
【００３１】
本発明は、基板またはテンプレートの１つ以上の斜面またはファセット面を含む素子を開示する。斜面またはファセット面は基板の面またはテンプレートに形成することができ、この基板またはテンプレートはｃ面である。斜面またはファセット面は、例えば、
【００３２】
【数２２】
2009527898.tif 000019
、
【００３３】
【数２３】
2009527898.tif 000020
、
【００３４】
【数２４】
2009527898.tif 000021
、
【００３５】
【数２５】
2009527898.tif 000022
、
【００３６】
【数２６】
2009527898.tif 000023
、または
【００３７】
【数２７】
2009527898.tif 000024
の面などの半極性面または非極性面にすることができる。斜面またはファセット面は、基板またはテンプレートのエッチングされた斜面またはファセット面にすることができ、斜面またはファセット面は、テンプレートまたは基板の表面におけるトレンチ、溝、またはピットの側壁またはファセットにすることができる。トレンチ、溝、またはピットは、１０ミクロン以下の最大深度と、３〜１０ミクロンの範囲の間隔とを有することができる。あるいは、斜面またはファセット面は基板またはテンプレートのエピタキシャル横方向拡散の面である。
【００３８】
１つ以上の活性層を斜面またはファセット面にエピタキシャルに形成することができ、または１つ以上のエピタキシャル層を斜面またはファセット面に形成することができる。活性層またはエピタキシャル層はホモエピタキシャルに再成長するまたは１つ以上の斜面における再成長によって成長することができる。素子はｎ型窒化物層とｐ型窒化物層、およびｎ型窒化物層とｐ型窒化物層の間に活性層を含むことができ、活性層は発光性で窒化物ベースである。または、素子はｎ型導波路層、ｐ型導波路層、ｎ型の導波路層とｐ型の導波路層の間の活性層を含むことができ、活性層は発光性であり、ｎ型の導波路層の上または下に１つ以上のｎ型の窒化物層、およびｎ型の導波路層の上または下に１つ以上のｐ型の窒化物層がある。
【００３９】
少なくとも１つの活性層、基板、テンプレートまたはエピタキシャル層は（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎベースの材料を含むことができる。活性層はインジウムを含む多重量子ウェル（ＭＱＷ）層を含むことができる。活性層の上または下に、１つ以上のｐ型層を形成することができるか、または、エピタキシャル層またはテンプレートは１つ以上のｎ型またはｐ型の層を含むことができる。
【００４０】
本発明はさらに、基板またはテンプレートの１つ以上の斜面または傾斜ファセットを形成することを含む、１つ以上の結晶方位を有する半導体素子を加工する方法を開示する。前記斜面または傾斜ファセットは、半極性または非極性方位に対して形成される得る。
【００４１】
テンプレートは（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎの材料を含むか、または基板はバルク窒化アルミニウムまたは窒化ガリウムを含むことができるか、もしくは基板とテンプレートの両方は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎの材料を含むことができる。テンプレートまたは基板は、ｃ面にすることができる。テンプレートは次のもの、つまり、欠陥削減のための１つ以上の側方にエピタキシャルな拡散層、１つ以上のｎでドープしたまたはｐでドープした素子の層、または分布ブラッグ反射器を形成するための変動屈折率を有する１つ以上の層、のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００４２】
形成ステップには、テンプレートまたは基板のエッチングを含むことができる。エッチングはドライエッチングにすることができ、斜面のより大きな傾斜はより高程度の化学的エッチングおよびより低程度の物理的エッチングによって達成される。エッチングは、斜面または傾斜ファセットである側壁を有するピット、トレンチまたは溝を形成するために、基板またはテンプレートの面の１つ以上の領域をエッチングすることを含むことができる。
【００４３】
エッチングは、斜面の表面領域を決定する１ナノメートル〜１０ミクロンの間の範囲の最大深度に基板またはテンプレートの１つ以上の表面領域をエッチングすることを含むことができ、領域の幅は３〜１０ミクロンの間の範囲であり斜面または傾斜面の傾斜角を決定する。
【００４４】
エッチングにはさらに、マスク領域および非マスク領域を作成するために前記基板またはテンプレート上において領域をマスキングし、非マスク領域をエッチングすることを含むことができ、マスク領域は前記非マスク領域よりも比較的遅い速度でエッチングされる。マスク領域および非マスク領域はナノインプリンティングを用いて形成されることができる。マスク領域は斜面の傾斜角度を決定する間隔を有するストライプにすることができ、間隔は、３〜１０ミクロンの間の範囲である。
【００４５】
形成にはさらに、基板またはテンプレートのエピタキシャル横方向拡散を実行し、隣接する拡散ストライプが融合する前にエピタキシャル横方向拡散を終了させることを含むことができ、エピタキシャル拡散の１つ以上の面には斜面または傾斜ファセットが含まれる。
【００４６】
斜面または傾斜ファセットが全て同じ方位を有することはないようにすることができる。傾斜ファセットは２５度〜５０度の範囲の傾斜角度で形成されることができる。
【００４７】
方法はさらに、半極性方位を有する結晶ファセットを作成するために斜面形成後に斜面をアニーリングすることを含むことができる。
【００４８】
方法はさらに、１つ以上の斜面に１つ以上のエピタキシャル層を堆積することを含むことができる。堆積ステップによって傾斜角度が望ましい傾斜角度まで小さくなるため、斜面は望ましい角度よりも大きい傾斜角度で形成することができる。エピタキシャル層を堆積させるために有機金属化学気相成長法、分子線エピタキシ、昇華、気相エピタキシ、またはアンモニア熱成長を使用することができる。
【００４９】
本発明の方法により、少なくとも第１のエピタキシャル層を再成長またはホモエピタキシャルに堆積させることができる。エピタキシャル層には次のもの、すなわち、ｎ型層、ｐ型層、発光層、活性層、または（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎ層の少なくとも１つを含むことができる。
【００５０】
堆積ステップはさらに、水素、窒素およびアンモニアの流動下で、約１０５０℃の高温のウエハ温度で有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を用いて、斜面にｎ型窒化層を再成長させ、ウエハ温度を約８００℃に低下させ、再成長したｎ型窒化物層に１つ以上の発光（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ層を堆積させ、発光（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ層の上に１つ以上のさらなる素子層を堆積させることを含むことができる。
【００５１】
堆積ステップによって、ほぼ平面である最終面を形成することができる。本発明の方法を使用することにより、例えば基板、発光ダイオード、レーザーダイオード、光電池、高電子移動度トランジスタ、または内部分極場の低下あるいは正孔移動度の増大によって恩恵を受ける素子などの、基板または素子を加工することができる。  
【００５２】
次に、以下の図の同様の参照番号はそれに相当するパーツを表す図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５３】
次の好適な実施形態の説明において、実施形態の一部を成し、発明を実施することのできる特定の実施形態の説明のために示される、添付の図面を参照する。その他の実施形態を利用することができ、本発明の範囲から逸脱しない限りにおいて構造上の変更が行われることがあることを理解されたい。
【００５４】
（概観）
本発明は、高効率の（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎベースの光電子素子を成長させるための新規の方法について説明する。ここで、活性領域を含むがこれに限定されない素子構造の１つ以上の層は、半極性を有するものとして説明することができる。この方法は、ｃ面またはａ面のサファイヤ基板上で成長するｃ面のＧａＮを含むがこれに限定されない、素子クオリティの窒化物半導体薄膜のテンプレート層を利用する。そのような層、および以降の素子層は、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥまたはＨＶＰＥを含むがこれに限定されない技術によって成長することができる。異なるエッチング技術の利用により、素子構造の再成長のためｃ面ＧａＮ膜上において半極性方位ファセットが生成される。これにより、欠陥密度の大幅な低減、および、従来の平面半極性膜と比較して面粗さの増加が小さいことを犠牲にした通常の成長パラメータを使うことができるなどの素子層の特質を向上させながら、分極誘発された内部電場の低下および高いｐ型のドーピング効率などの、半極性窒化物方位の元々の利点が維持される。そのような特質は、半極性窒化物層から作成される半導体素子にとって望ましいものである。
【００５５】
さらに、エッチング条件を変更することによって、望ましい半極性方位に対応した、様々な傾斜角度を有するＧａＮファセットを作成することができるため、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎのテンプレート（ｃ面のＧａＮを含むがこれに制限されない）において半極性（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ面を作成するためのエッチングの使用により、基板材料に関係なく素子成長のためにいかなる半極性ＧａＮ面でも選択が可能になる。
【００５６】
横方向エピタキシャル拡散は、ｃ面、ａ面、またはｍ面の向きの（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎのテンプレートから半極性方位のファセットを形成するための別のアプローチである。ｃ面サファイヤ基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、または（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎのテンプレート上で二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）またはシリコン窒化物（ＳｉＮ）などの選択的なマスキング材料をまずパターン化することにより、適切な成長条件［１，２］を使って半極性ファセットを成長させることができる。
【００５７】
（技術的説明）
本発明は、高品質な（すなわち、低い欠陥密度および高内部量子効率）発光素子を加工するための方法について述べる。上述したように、半極性方位面は、ｃ面に対して傾斜した角度を有している。本発明は、以降の素子再成長のためにｃ面のＧａＮテンプレートにおける望ましい半極性面に対応する同一の傾斜角度を有するファセットを作成するために、エッチングまたはＥＬＯなどの特定の技術を利用する。次に、そのようなファセット上で成長する素子は半極性の方向にする必要があり、このため高い内部量子効率などの半極性方位素子の利点全てを有する。さらに、そのような素子の欠陥密度は、ホモエピタキシャル成長のために低くする必要がある。
【００５８】
エピタキシャル層は、典型的には
【００５９】
【数２８】
2009527898.tif 000025
サファイヤ基板に堆積される。しかし、これらの結果を得るために、その他の基板材料または結晶方位も用いることができる。本明細書に記載されているエピタキシャル成長はＭＯＣＶＤの技術によって実行される。同じ目的を達成するためにＭＢＥなどのその他のエピタキシャル成長技術も利用することができる。発光層の再成長前に望ましい面テクスチャを作成するために、ドライエッチング技術またはＥＬＯ技術を使用する。しかし、同じ面テクスチャを作成するためにその他の技術も使用することができる。特定のテクスチャパターンおよび深度を以下により詳細に説明する。しかし、そのようなパラメータのためにある範囲の値を使用することができる。
【００６０】
図１は、ｃ面（０００１）のｎ型ＧａＮのテンプレート層（またはｃ面（０００１）のサファイヤ基板）１０、および１２と１４の数字が付されている半極性方位ＧａＮファセットを含む、面のテクスチャリングを実行した後の素子成長または再成長のための代表的なファセット面または斜面の３次元概略図を示す。ファセット１２、１４は、例えば、基板１０においてトレンチ、溝またはピットの側壁を含むことができる。そのような半極性方位のファセットのストライプをテンプレートまたは基板の再成長に適した方向に形成することができる。これらのファセットを形成するためにドライエッチングまたはＥＬＯを使用することができる。
【００６１】
図２および図３は、ドライエッチング技術を用いて、図１で説明されている結果の生成に関する一連のステップを概略的に示したものである。図２は、サファイヤ基板１６、ＧａＮテンプレート層１８、およびｎ型のＧａＮ層２０を示す。図３は、サファイヤ基板１６、ＧａＮ層１８、ｎ型ＧａＮ層２０、半極性方向のファセット、およびドライエッチングによってＧａＮ層２０上に形成される斜面または傾斜ファセット１２、１４を示す。図４は、図３のファセット面上のエピタキシャル層２２の堆積後のサンプルの概略断面図を示す。
【００６２】
図５および図６は、ＭＯＣＶＤを使用した素子再成長後のサンプルの断面図を示す。図５は、サファイヤ基板１６、ＧａＮテンプレート層１８、ｎ型ＧａＮ層２０、これらの半極性方位ファセット上に成長する発光層（または活性層）２２、および再成長２４後の考えられるファセット面を示す。図６は、サファイヤ基板１６、ＧａＮテンプレート層１８、ｎ型ＧａＮ層２０、これらの半極性方位ファセット上に成長する発光層２２、および再成長２６後の考えられる平面を示す。
【００６３】
図７および図８は、ＥＬＯ技術を使用した、図１に説明されている結果の作成に関する一連のステップを概略的に示す。図７は、サファイヤ基板１６、ＧａＮテンプレート層２８、およびパターン化されたＳｉＯ２またはＳｉＮストライプ３０（そのようなストライプは、ｃ面サファイヤ基板で直接パターン化することもできる）を示す。図８は、サファイヤ基板１６、ＧａＮ層２８、パターン化されたＳｉＯ２またはＳｉＮストライプ３０、およびＭＯＣＶＤを用いたＥＬＯ再成長後に形成されるファセット３２を示す。そのようなＥＬＯ再成長を実行するために、ＨＶＰＥおよびＭＢＥを用いることもできる。
【００６４】
図９および図１０は、ＭＯＣＶＤを用いた素子再成長後のサンプルの断面図を示す。図９は、サファイヤ基板１６、ＧａＮ層２８、パターン化されたＳｉＯ２またはＳｉＮストライプ３０、ＥＬＯによって形成されるファセット３２、そのような半極性方位ファセット３２上に成長する発光層３４、および再成長３６後の考えられるファセット面を示す。図１０は、サファイヤ基板１６、ＧａＮ層２８、パターン化されたＳｉＯ２またはＳｉＮ  ストライプ３０、ＥＬＯによって形成されるファセット３２、そのような半極性方位ファセット３４上に成長される発光層、および再成長３８後の考えられる平面を示す。
【００６５】
こうして、図１〜図１０は、基板１０またはテンプレート１８、２０（テンプレートは、さらなる層１８、例えば、ｎ型またはｐ型の層を含むことができる）の１つ以上の斜面またはファセット面１２、１４、３２、および斜面またはファセット面１２、１４、３２にエピタキシャルに形成される１つ以上の活性層２２、３４を含む素子の例を図示する。さらなるエピタキシャル層を斜面１２、１４および活性層２２、３４の間に形成することができる。エピタキシャル層または活性層の例には、ホモエピタキシャル層、成長、再成長、ヘテロエピタキシャル層、ｎ型またはｐ型の材料、または（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎのベースの層が含まれるが、これに限定されない。さらに例えば、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ層、ｎまたはｐ型の層などのエピタキシャル層を活性層の上に形成することができる。従って、基板またはテンプレート上の斜面またはファセット面は、以降のエピタキシャル層の堆積の基板の役目をする。
【００６６】
本発明の重要性とは、そのような半極性方位ファセットにおいて窒化物ベースの発光層を成長させることにより、そのような層の結晶学的方向は半極性であるということと、さらに、そのような層の成長はホモエピタキシャルであり、そのため、発光層は非常に低い欠陥密度を有する必要がある、ということである。
【００６７】
（特定のプロセスステップ）
図１１は、本発明の好適な実施形態による発光素子を生成するドライエッチング技術に関する典型的な成長および加工シーケンスを図示したフローチャートである。温度、ガス流速およびステップの時間は使用される反応器に特定のものであり、これが指定されている場合には、参考としてのみの役目を果たすものである。本発明の範囲から逸脱しない限り、その他の温度、ガス流速およびステップの時間を使用することができることに留意されたい。
【００６８】
１．ブロック４０では、ｃ面サファイヤ基板が、反応器室に酸素が入り込むのを防止するために、排気状態であり窒素ガスで再度充填されている前室を通ってＭＯＣＶＤ反応器室に取り付けられる。
【００６９】
２．ブロック４２では、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）ガスの混合物が反応器室を流れ、ヒーター温度は約１０７５℃の推定ウエハ面温度（計測熱電対温度９２５℃）まで上昇し、ここでは、サファイヤ基板を「事前処理」するために、約１０分間これを持続する。
【００７０】
３．ブロック４４では、推定ウエハ面温度約５７０℃（測定熱電対温度４７０℃）まで、温度が低下し、水素および窒素ガスに加えてアンモニア（ＮＨ３）ガスが反応器室に導入される。温度が安定すると、少量のトリメチルガリウム（ＴＭＧ）流が反応器室に注入され、薄い、ほぼ非晶質のＧａＮの「核生成」層が基板に堆積する。
【００７１】
４．ブロック４６では、ＴＭＧ流が停止し、温度が制御速度において約１０５０℃の推定ウエハ面温度（測定熱電対温度９００℃）まで上昇する。温度が安定すると、ＴＭＧ流が再開する。ＧａＮ：ＵＩＤ（意図せずにドーピングされた）のテンプレート層の成長がこうして始まり、基板にＧａＮが約２〜１０μｍ堆積するまで継続される。
【００７２】
５．この時点において、ブロック４８では、ｎ型の導電性ＧａＮを得るために、反応器に注入されるガス流に少量のシランガス（ＳｉＨ４）流が導入される。１ミクロン厚さのｎ型導電性ＧａＮ層がテンプレート層に堆積するまで、この成長が続く。
【００７３】
６．ブロック５０では、堆積を終了するためにＴＭＧおよびＳｉＨ４の流れが停止し、温度は室温まで下がる。ＮＨ３流は堆積したＧａＮ膜サンプルの劣化を防ぐためにクールダウン中も継続する。次にサンプルが反応器から取り除かれる。
【００７４】
７．ブロック５２では、好適な面作成後に適切なフォトレジストをサンプル上にスピンさせ、次に適切なフォトリソグラフィツールを使い、またこの特定の目的のために設計されたマスクを使って、望ましいパターンをフォトレジストに転写する。異なるマスクを異なるファセット傾斜角度のために設計することができる。２５°から５０°の範囲の傾斜角度がこの実施形態において望ましい。
【００７５】
マスクの設計において考慮すべき１つの重要なファクターは、すなわち、ファセットの領域を決定する、好適なエッチング深度（ファセットの高さ）である。高さが高いほどファセット領域が大きくなる。ファセット領域をできるだけ大きくすることが常に望ましい。一方で、ファセット領域を大きくするとより大きなエッチング深度が必要になり、面が粗くなる。本発明の好適な実施形態においては、一連の実験の結果として、２μｍのエッチング深度を選択した。とはいえ、１ナノメートル〜１０ミクロンの範囲のエッチング深度も考慮するべきである。
【００７６】
エッチング深度を選択すると、マスクの詳細が決まる。Ｗは各クロムめっきのストライプの幅であり、Ｄは各ストライプ間の間隔（クロムなし）である、図１２および表２を参照されたい。
【００７７】
【表２】
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次にフォトレジストを発達させるために適切なデベロッパーを使用し、この次にハードベイクが行われる。次に、酸素プラズマを用いて「スカム除去」が行われる。
【００７８】
８．ブロック５４では、ドライエッチングにより、誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）ツールへとサンプルが導入される。ドライエッチングには２つの種類のエッチングメカニズムが含まれる。つまり、化学的エッチングおよび物理的エッチングである。化学的エッチングは塩素、ＢＣｌ３などの異なる化学的活性ガスのエッチング室への流速およびエッチング室内圧力によって制御される。物理的エッチングは希ガスまたは窒素ガスなどの化学的不活性ガスのエッチング室への流速、プラズマ密度を制御するＩＣＰパワー、およびサンプルを照射するプラズマパワーを制御するバイアスパワーによって決まる。
【００７９】
一般的なガイドラインとして、より高程度の化学的エッチングおよびより低程度の物理的エッチングから傾斜側壁を得ることができる。言い換えると、化学的活性ガスのより高い濃度、より高い室内圧力、化学的不活性ガスのより低い濃度、さらにより低いＩＣＰおよびバイアスパワーによって、より大きな傾斜の側壁が生じる。このガイドラインにより、異なる傾斜角度のためにエッチングパラメータを選択することができる。
【００８０】
フォトレジストマスクで保護されていない堆積ＧａＮ層の領域は、傾斜ファセットなどのテクスチャ面を作成するために一定の条件の下でエッチングされる。フォトレジストで保護されている領域において、フォトレジストは比較的遅い速度でエッチングされる。ＧａＮ膜に約２μｍのエッチング深度が得られるように、エッチングは適切な期間実行される。この期間を決定するためには以前に確立されたエッチング速度およびフォトレジストおよびＧａＮ膜の間のエッチング選択が使われる。
【００８１】
次に、ブロック５２〜５４は、基板またはテンプレートの面のマスキングおよび面の非マスク領域のエッチングによって、基板またはテンプレートの１つ以上の斜面または傾斜ファセットを形成する例を示す。
【００８２】
９．ブロック５６では、ＩＣＰツールからサンプルが取り出され、残留フォトレジストを除去するために適切な溶剤が使われる。得られたＧａＮ膜のエッチングプロファイルが望ましいものであることを確認するために、横方向計が用いられる。次にサンプルは溶剤を用いて洗浄され、ＭＯＣＶＤ反応器に再度導入する準備が行われる。
【００８３】
１０．ブロック５８では、素子構造再成長のためにＭＯＣＶＤ反応器にサンプルが再導入される。ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２ガスを含む混合物が流れる間、温度は推定ウエハ面温度約１０５０℃まで上昇する。温度が安定すると、適切な量のＴＭＧおよびＳｉＨ４がガス流に導入され、約１００ｎｍのｎ型導電性ＧａＮ層が半極性方位ファセット面に再成長する。ＴＭＧ、ＳｉＨ４およびＨ２の流れが停止し、温度が推定ウエハ面温度約８００℃（測定熱電対温度６７５℃）に低下する。インジウム含有発光層がこの温度で再成長したｎ型導電性ＧａＮ層に堆積する。（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎの３ｎｍ厚さの量子ウェル（ＱＷ）層が、再成長したｎ型導電性半極性ＧａＮ層に堆積する。（Ｉｎ、Ｇａ）Ｎのウェル層の堆積の間、トリエチルガリウム（ＴＥＧ）およびトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の適切な流れが流れ、ＧａＮ層の堆積の間はＴＥＧのみが流れる。残りの素子構造は、標準的な成長パラメータを使い、半極性方位の発光層の上部に成長する。
【００８４】
成長パラメータは、素子、すなわち、発光ダイオード（図１７［１０］を参照）、またはレーザーダイオード（図１８［９］を参照）が成長する個々の半極性方位ファセットによって異なる。
【００８５】
次に、ブロック５８は、斜面または傾斜ファセットに１つ以上のエピタキシャル層が堆積するステップの例を示す。
【００８６】
１１．ブロック６０では、堆積を終了するために、ＮＨ３を除く室への全てのガスの流れが停止し、温度は室温に低下する。堆積したＧａＮ膜の劣化を防ぐために、ＮＨ３の流れはクールダウン時も継続する。次に、サンプルが反応器から取り除かれる。
【００８７】
図１３は、本発明の好適な実施形態による発光素子を生成するＥＬＯ技術に関する、典型的な成長および加工シーケンスを示すフローチャートである。温度、ガス流速およびステップの時間は使用されている反応器に特有のものであり、これが示されている場合、参考としての役目を果たすことにのみ意図していることに留意されたい。本発明の範囲から逸脱しない限り、その他の温度、ガス流速およびステップの時間を使用することができる。
【００８８】
ブロック４０〜５０は図１１および図１３の両方において同一である。
【００８９】
ブロック６２では、適切な厚さをもつＳｉＯ２の層が、適切な面の作成後にプラズマで強化した化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によってサンプルに堆積する。
【００９０】
ブロック６４では、適切なフォトレジストが適切な面の作成後にサンプルにスピンされ、望ましいパターンが、適切なフォトリソグラフィツールおよびこの特定の目的のために設計されたマスクを使用して、ＥＬＯ再成長のために適切な方向でフォトレジストに転写される。フォトレジストを発達させるために適切なデベロッパーが使われる。サンプルは次に酸素プラズマを使って「スカム除去」が行われる。
【００９１】
ブロック６６では、サンプルがＩＣＰツールに導入される。ＣＨＦ３ガスをエッチング液として使用されるか、またはサンプルが緩衝化フッ化水素（ＢＨＦ）溶液領域に漬けられる。フォトレジストマスクに保護されていない堆積したＳｉＯ２層の領域は、テクスチャが付けられた表面を作成するためにある条件化でエッチングされる。フォトレジストで保護された領域では、フォトレジストは比較的低速でエッチングされる。エッチングは、堆積したＳｉＯ２層の厚さである、望ましいエッチング深度が得られるように、適した期間実行される。以前に確立されたエッチング速度およびフォトレジストおよびＧａＮ膜の間のエッチング選択を使用して、この期間が決定される。次に、室または溶液からサンプルが取り除かれ、残留フォトレジストを取り除くために適切な溶剤を使用する。
【００９２】
ブロック６８では、サンプルがＭＯＣＶＤ反応器に再導入される。温度は推定ウエハ面温度約１０５０℃に上がり、ＮＨ３、Ｎ２およびＨ２のガスが流れる。温度が安定すると、室内圧力が７６ｔｏｒｒに保持されている間、適切な量のＴＭＧおよびＳｉＨ４がガス流に導入され、半極性方位ファセットがテクスチャ面において再成長する。
【００９３】
このステップの一例は、ｃ面のＧａＮテンプレートの成長している
【００９４】
【数２９】
2009527898.tif 000027
の方位ファセットである。
【００９５】
第一に、１〜３μｍ厚さのＧａＮ層が標準的な２ステッププロセスを使ってｃ面サファイヤ基板に成長する。約２００ｎｍのＳｉＯ２がＰＥＣＶＤによって堆積する。続いて、１０〜１００μｍの範囲の周期で、従来のフォトリソグラフィによって、５〜１０μｍの幅のストライプがパターン化され、ＢＨＦ酸またはドライエッチング技術を用いてエッチングされる。以降のＭＯＣＶＤ再成長は、１０１５〜１１００℃の範囲の温度、反応器圧力７６Ｔｏｒｒ、約５０〜１００μｍｏｌ／分、および１〜２ｓｌｐｍの範囲のＮＨ３流で実行された。次に、
【００９６】
【数３０】
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ファセット（または斜面）が形成される（図１４［７］を参照）。
【００９７】
ブロック５８および６０は、図１１および１３の両方において同一である。
【００９８】
（考えられる修正例および変形例）
本発明の好適な実施形態は、ＭＯＣＶＤによってｃ面サファイヤ基板に堆積される、２〜１０μｍ厚さの
【００９９】
【数３１】
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方向のＧａＮテンプレートから開始される。しかし、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎの層のエピタキシャル成長に適切なあらゆる開始テンプレートを、本発明の意図から逸脱しない限り、使用することができる。ＡｌＮまたはＡｌＧａＮ合金を含むがこれに制限されない、その他の（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎ合金を開始テンプレートとして使用することができる。サファイヤ、ＳｉＣ、スピネルまたはシリコン基板を含むがこれに限定されないそのようなテンプレートは、本明細書の様々な開始基板においてエピタキシャルに成長することができる。またはテンプレートは、バルクＡｌＮまたはＧａＮ基板にホモエピタキシャルに堆積することができる。さらに、バルクＡｌＮまたはＧａＮ基板は、エピタキシャルテンプレート層の事前の成長なしに使用することができる。様々な技術を、ＭＯＣＶＤ、
ＭＢＥ、ＨＶＰＥ、昇華、および／またはアンモニア熱成長を含むがこれに限定されない、開始テンプレートを成長させるために使用することができる。
【０１００】
開始テンプレートは、最終的な素子構造のアクティブまたはパッシブ層のいずれかとしての働きをすることができる、様々な組成および／またはドーピングの１つ以上の層を含むことができる。例えば、開始テンプレートを、ＬＥＤのｎ型層を形成するために均一にＳｉでドープすることができる。または、マイクロキャビティＬＥＤでミラーとして使用される分布ブラッグ反射器を形成する様々な屈折率を有するいずれかの数の層を含むことができる。または、開始テンプレートは、欠陥削減のために横方向エピタキシャル拡散層を含むことができる。これらはただの例であって、本発明に適した開始テンプレート層における多くの変形例の包括的なリストを含まない。最終的に、開始テンプレートの厚さは意図したエッチング深度、素子構造の要件、または本発明の範囲に影響しないその他のパラメータによって、０．５μｍ〜１０００μｍに調整することができる。
【０１０１】
好適な実施形態に記載されているマスクパターン以外に、エッチングされたファセットの傾斜角度を変えるために様々なマスクパターンを使用することができる。本発明の好適な実施形態に記載されている傾斜ファセットは、低い指数に対応するように意図されているが、結晶半極性面、本発明で使用するために５°〜９０°のあらゆる傾斜角度を作成することができる。
【０１０２】
本発明の好適な実施形態は、
【０１０３】
【数３２】
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の向きのテンプレート層から開始される。本発明に説明されているエッチングまたは横方向拡散技術によって、「半極性」と称することのできる傾斜ファセットが形成される。しかし、開始テンプレートのさらなる方位により、傾斜ファセットのその他の方位が生じることがある。例えば、本発明の好適な実施形態に記載されている技術を、本発明の範囲内の
【０１０４】
【数３３】
2009527898.tif 000031
の向きの光電子構造を作成するために平面半極性
【０１０５】
【数３４】
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のテンプレートに応用することができる。
【０１０６】
本発明の好適な実施形態に記載されている光電子素子は、ＭＯＣＶＤによって堆積された。しかし、ＭＢＥまたはＨＶＰＥを含むがこれに限定されない、あらゆる種類の成長技術を同じまたは類似した素子構造を堆積させるために使用することができる。本発明で形成された傾斜ファセットに堆積された層の数、種類、組成、および意図的または非意図的な不純物組成は、本発明の好適な実施形態に記載されているものに制限されない。堆積層は、加工される光電子素子の好適な性質に依存する。本発明に記載された技術によって加工が可能な素子は発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）に制限されない。本発明によって達成可能な内部分極場の低下、ｐ型の伝導率の改善、および低い欠陥密度の恩恵を受ける、マイクロキャビティＬＥＤ（ＭＣＬＥＤ）、垂直キャビティ面放射レーザー（ＶＣＳＥＬ）、光電池、または光電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含むがこれに限定されない、その他の素子構造を作成することができる。
【０１０７】
傾斜ファセットの形成後に、以降のステップにより、傾斜ファセットの角度が変わる場合がある。例えば、エッチングのダメージを修正し結晶ファセットを作成するために熱アニーリングステップを使用することができる。さらに、以降の成長ステップは傾斜ファセットの角度を低減させる傾向がある。従って、意図された素子に望ましいものよりも大きい傾斜角度を有する各ファセットを作成することが望ましい場合がある。重要な特徴として、素子構造の発光層は開始テンプレート面の法線に対してファセット傾斜上に堆積される。最終的な構造は傾斜の特徴を含むことができる場合も、できない場合もある。
【０１０８】
本発明で使用される技術の制限のため、形成される構造は、本発明の範囲から逸脱しない限り、面の法線に対して０°〜９０°の１つ以上の角度の傾斜の特徴を含むことができる。さらに、変動する傾斜角度を有する複数の特徴を有する構造を意図的に設計することが望ましい場合がある。例えば、斜面は、再成長のために約０°の角度を確保するためにテンプレートまたは基板の一部のみに形成することができる。別の例において、平面および傾斜の特徴を混合した素子を複数の波長を放射する素子を作成するために使用することができることが示されている（本明細書に参考として援用される、「ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ」という名称にてＲａｊａｔ  Ｓｈａｒｍａ、Ｐａｕｌ  Ｍ．Ｐａｔｔｉｓｏｎ、Ｊｏｈｎ  Ｆ．Ｋａｅｄｉｎｇ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって、２００５年２月９日に出願された米国一般特許出願第１１／０５４，２７１号、代理人整理番号第３０７９４．１１２−ＵＳ−０１号（２００４−２０８））。全ての素子の特徴に接続するように、電気接触子を設計することができる。または、これらは、電流を望ましい傾斜角度でそのような領域に閉じ込めることができるように設計することができる。
【０１０９】
この実施形態において、マスクからパターンを変換させるために従来のフォトリソグラフィ技術を使用する。しかし、フォトリソグラフィ技術の制限のために、マスク上のストライプの幅（Ｗ）は１μｍよりも小さくすべきではない。この制限により、ドライエッチング後のサンプルにおいて約１μｍのｃ面の方位のＧａＮのプラトーが生じる。ｃ面の方位のＧａＮのプラトーによって半極性方位ファセット領域が小さくなるため、本発明においてこれは避けるべきである。
【０１１０】
図１５および１６は、これらのプラトーを形成するプロセスの概略図を示す。ここで図１５は、例えばプラズマエッチングなどの、エッチング７２を実行中の約１μｍの幅のフォトレジスト７０を有するサンプルを示し、図１６はエッチング過程および溶剤洗浄が実行された後のフォトレジストで覆われた領域におけるプラトー７４の形成を示す。図１６はさらに、側壁が斜面である基板またはテンプレートの面の１つ以上の領域のエッチングによって基板またはテンプレートに形成されるトレンチ、溝またはピットの深度７６を示す。
【０１１１】
このｃ面のＧａＮのプラトーの幅／領域を低減させるために考えられる解決策として、ナノインプリンティング技術の利用がある。ナノインプリンティングリソグラフィ（ＮＩＬ）は、高分子ガラス転移温度程度の制御温度および圧力を使って高分子材料にエンボス加工をするためにその面に定義されるナノスケールの特徴を含む硬質型またはスタンプ（多くの場合クロムをマスク材料として使う電子ビームリソグラフィで作成され、ＩＣＰ／ＲＩＥエッチングが行われる）を使用する。これによって高分子の表面にトポグラフィーが生成され、これはさらに異方性Ｏ２プラズマを介して転写される。ＮＩＬは、比較的単純な装置セットアップおよび容易な処理を使用して、サブ約１０ｎｍの特徴をプリントすることが可能である。そのような技術を備え、クロムマスク上のこれらのストライプの幅はナノメートルスケールに下げることができ、ｃ面のＧａＮのプラトーの領域を大幅に小さくすることができる。
【０１１２】
実施形態に対するその他の考えられる修正例または変形例は、エッチングシステムである。好適な実施形態においてエッチングを実施するためにＩＣＰツールを選択することができるが、その他のいずれかのエッチングツールまたは技術も適切である可能性がある。
【０１１３】
エッチングの他に、本発明はさらに、上述されている半極性方位ファセットを作成するためにＥＬＯ技術を利用する。好適な実施形態において、ＳｉＯ２ストライプはＥＬＯのサンプル上に堆積される。しかし、ＳｉＯ２の代替として使用するためにＳｉＮを含むがこれに限定されないその他の材料も使用することができる。さらに、半極性方位ファセットを作成するために、側壁エピタキシャル横方向拡散（ＳＥＬＯ）、またはカンチレバーエピタキシャル横方向拡散（ＣＥＬＯ）を含むがこれに限定されない、その他の横方向拡散技術を利用することができる。
【０１１４】
本発明の方法または素子は窒化物材料システムに限定されない。
【０１１５】
（一般的なプロセスステップ）
図１９は、上述した特定の方法とは対照的に、１つ以上の結晶方位を有する半導体素子を加工するための一般的な方法について図示したフローチャートである。
【０１１６】
ブロック１０２は、基板またはテンプレートの１つ以上の斜面または傾斜ファセットを形成するステップを示す。
【０１１７】
形成ステップには、テンプレートまたは基板のエッチング、例えば、側壁が傾斜ファセットである溝、トレンチまたはピットを形成するためのテンプレートまたは基板の面の１つ以上の領域のエッチングを含むことができる。エッチングステップには、マスクおよび非マスク領域を作成するための基板またはテンプレート領域のマスキング、および斜面または傾斜ファセットを形成するための非マスク領域による基板またはテンプレートのエッチングを含むことができ、ここでマスク領域は非マスク領域よりも比較的遅い速度でエッチングされる。エッチングは、斜面の面の領域を決定する、１ナノメートル〜１０ミクロンの間の範囲の最大深度までにすることができる。ここで、エッチングされた領域（例えば、非マスク領域）の幅は３〜１０ミクロンの間の範囲であり、斜面の傾斜角度または傾斜面を決定する。マスク領域は例えば、斜面の傾斜角度または傾斜ファセットを決定する、３〜１０ミクロンの範囲の、間隔を有するストライプにすることができる。
【０１１８】
形成ステップはさらに、エピタキシャル横方向拡散には標準的な横方向エピタキシャル拡散（ＬＥＯ）、側壁エピタキシャル横方向拡散（ＳＥＬＯ）、またはカンチレバーエピタキシャル横方向拡散（ＣＥＬＯ）を含む、基板またはテンプレートのエピタキシャル横方向拡散の実行と、エピタキシャル拡散の１つ以上の面には斜面または傾斜ファセットを含む、隣接する拡散ストライプが融合する前のエピタキシャル横方向拡散の終了も含むことができる。
【０１１９】
ブロック１０４は、例えば半極性方位を有する結晶ファセットを作成するための、斜面または傾斜ファセットのアニーリングのステップを示す。
【０１２０】
ブロック１０６は、斜面、傾斜ファセットまたはアニーリングされたファセット上の例えば窒化物または（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、Ｂ）Ｎの層の、１つ以上のエピタキシャル層の堆積のステップを示す。エピタキシャル層は、例えば、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ、昇華、気相エピタキシ、またはアンモニア熱成長方法などの堆積技術を使って堆積することができる。この方法は、素子、例えば、エピタキシャル層をさらに堆積させるための基板、ＬＥＤまたはＬＤなどの発光素子、光電池、ＨＥＭＴ、または内部分極場の低下または正孔移動度の増大によって恩恵を受ける素子などを加工するために使用することができる。
【０１２１】
（既存の実用における利点および改善点）
ＩＩＩ族窒化物素子加工のための既存の実用は、表面に垂直であるｃ面に対してＧａＮを成長させるということである。この面は自発分極および圧電分極を有し、これは共に、素子の性能に利益とならない。ｃ面の窒化物膜における半極性の利点は、分極の低下および特定の素子の内部量子効率における関連する増加である。
【０１２２】
非極性面は、素子における分極効果を完全に排除するために使用することができる。しかし、そのような面を成長させることは大変困難であり、非極性窒化物素子は現在製造されていない。非極性窒化物膜における半極性の利点とは、成長の容易さである。われわれは、半極性面は、自身が成長する大きなパラメータ空間を有することを発見した。例えば、非極性面は大気圧では成長しないが、半極性面は、６２．５ｔｏｒｒから７６０ｔｏｒｒの圧力で成長し、おそらくはより広い圧力範囲をも有するということが実験により示されている。
【０１２３】
平面半極性ＧａＮの成長が確実なようであっても、従来の成長技術は高度なものであるとはいえず、最適な成長条件および最良の基板材料を決定するにはより多くの研究を実施することが必要である。
【０１２４】
さらに、非極性／半極性のｐ型のＧａＮはより高い正孔密度を有しており、これは高品質のＬＥＤおよびＬＤ［６］を加工する上で重要である。
【０１２５】
本発明のあるアプローチは、いくつかのエッチング技術と共に、ＭＯＣＶＤとＭＢＥを含むがこれに限定されない方法によって、素子構造の再成長のための半極性方位のＧａＮファセットを作成するために、高度なｃ面のＧａＮ成長技術を利用する。本発明の別のアプローチは、素子構造の再成長のための半極性ファセットを作成するために高度なｃ面のＧａＮ  ＥＬＯ技術を使用する。
【０１２６】
従来の発明の利点の例を以下にまとめる。
【０１２７】
ａ．  本発明は、半極性ファセット上で成長する発光層を含む、電気的に注入された半極性方位の光電子素子を提供する最初のものであると考えられる。
【０１２８】
ｂ．  本発明は、ホモエピタキシャル成長の結晶欠陥を低減する。
【０１２９】
ｃ．  本発明は、素子の半極性面を選択する上で大きな格子を提供する。
【０１３０】
ｄ．  素子構造の再成長後のファセット面は、光抽出効率を向上させる。
【０１３１】
図１７は、バッファ層７８（例えば、３０ｎｍのＧａＮバッファ層）、ｎ型の層８０（例えば、４μｍのｎ−ＧａＮ層）、量子ウェル領域８２（例えば、３ｎｍのドーピングされていないＩｎｘＧａ１−ｘＮ  ＭＱＷ層であり、ｘは０．４５）、第１のｐ型層８４（例えば、１００ｎｍのｐ−ＡｌｘＧａ1-xＮ層であり、ｘは０．２０）、および第２のｐ型層８６（例えば、０．５μｍのｐ−ＧａＮ層）を含む、本発明の好適な実施形態によるＬＥＤエピタキシャル構造の概略図である。
【０１３２】
図１８は、ｎ−ＧａＮ層８８（例えば、５μｍのｎ−ＧａＮ層）、ＡｌＧａＮ層９０（例えば、１．０μｍのＡｌＧａＮ：Ｓｉ層）、第１のガイド層９２（例えば、０．１μｍのｎ−ＧａＮ）、活性領域９４（例えば、３ｘ  ｎｍ  ＩｎＧａＮ  ＭＱＷ層）、第２のガイド層９６（例えば、０．１μｍのｐ−ＧａＮ）、ＳＬＳ層９８（例えば、２．５ｎｍ／２５．ｎｍ／０．５μｍのｐ−（ＡｌＧａＮ／ＧａＮ）ＳＬＳ層、およびｐ−ＧａＮ層１００（例えば、０．１μｍのｐ−ＧａＮ層）を含む、本発明の好適な実施形態によるＬＤエピタキシャル構造の概略図である。
【０１３３】
（参考文献)
次の参考文献は、本明細書において参考として援用される。
【０１３４】
【表３】
2009527898.tif 000033
【０１３５】
【表４】
2009527898.tif 000034
（結論）
これは、本発明の好適な実施形態の説明のまとめとなるものである。本発明の１つ以上の実施形態の上記の記述は、図示および説明の目的で示されている。これは、発明を開示された形態そのものに包括的なものとするようにしたり制限したりするよう意図したものではない。上記の教示の下で、多くの修正例および変形例が可能である。発明の範囲はこの詳細な説明によって限定されるものではなく、本明細書に添付された請求の範囲によって限定されるものであることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】図１は、面テクスチャリングを実行した後の素子再成長のための代表的なファセット面の３次元の概略図である。
【図２】図２は、ファセット面を処理する前のサンプルの概略断面図を示す。
【図３】図３は、図２の面のエッチングによるファセット処理後のサンプルの概略断面図を示す。
【図４】図４は、図３のファセット面のエピタキシャル層の蒸留後のサンプルの概略断面図を示す。
【図５】図５は、エッチングによりファセット面が形成された後、ファセット上部の第１の再成長後、および第１の再成長の第２の再成長後の、サンプルの概略断面図を示す。
【図６】図６は、平面を形成するための、エッチングによりファセット面が形成された後、ファセット上部の第１の再成長後、および第１の再成長の上の第２の再成長後の、サンプルの概略断面図を示す。
【図７】図７は、ファセット面を形成するための処理前であるがＥＬＯを実行するためのパターン化されたマスクを有する構造を示す。
【図８】図８は、図７の面におけるＥＬＯ再成長後の構造を示す。
【図９】図９は、ＥＬＯによって半極性方位ファセットが形成された後、ファセット上部における第１の再成長後、および発光層上部における第２の再成長層後のサンプルの断面図を示す。
【図１０】図１０は、平面を形成するための、半極性方位ファセットがＥＬＯにより形成された後、ファセット上部の第１の再成長後、および発光層の上の第２の再成長後の、サンプルの断面を示す。
【図１１】図１１は、素子を作成するための、ドライエッチングに関与する、典型的な成長および加工のシーケンスを図示するフローチャートである。
【図１２】図１２は、ファセット面を形成するためにエッチングを制御するために使用可能なマスクパターンの概略図である。
【図１３】図１３は、素子を加工するＥＬＯ技術を含む典型的な成長および加工のシーケンスを図解するフローチャートである。
【図１４】図１４は、最初に＜１  １  −２  ０＞または＜１  −１  ０  ０＞のＧａＮのファセットをエッチングし、次にＧａＮの再成長を実行した後の｛１  ０  −１  １｝のファセット面の走査型電子顕微鏡のイメージである。
【図１５】図１５は、エッチングを実行している約１μｍの幅のフォトレジストを有するサンプルを概略的に示す。
【図１６】図１６は、エッチングおよび溶剤洗浄の過程を実行後の、フォトレジストで覆われた領域におけるプラトーの形成を示す。
【図１７】図１７は、ＬＥＤエピタキシャル構造の概略図である。
【図１８】図１８は、レーザーダイオード（ＬＤ）エピタキシャル構造の概略図である。
【図１９】図１９は、１つ以上の結晶方位を有する半導体素子を加工する方法を図解したフローチャートである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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