(57)【要約】基板の半極性｛２０−２−１｝平面上に成長され、高出力、高効率、および低効率ドループによって特徴付けられる、ＩＩＩ窒化物発光ダイオード。一実施形態において、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、より狭い放出スペクトル幅を有する。一実施形態において、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、その出力ピーク放出波長において、より少ない注入電流依存性青方偏移を有する。
2013541227.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半極性｛２０−２−１｝平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ発光ダイオード（ＬＥＤ）を備えている光電子素子。
【請求項２】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、より狭い放出スペクトル幅を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、その出力ピーク放出波長において、より少ない注入電流依存性青方偏移を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項４】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、増加した振動子強度を有し、より高い効率をもたらす、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、長い波長において、より優れた性能を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項６】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、同一成長温度において、より高いインジウム混入率を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、より厚い活性領域を有する、請求項１に記載の素子。
【請求項８】
半極性｛２０−２−１｝平面上に（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ発光ダイオード（ＬＥＤ）を成長させることを含む光電子素子を製造する方法。
【請求項９】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、より狭い放出スペクトル幅を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、その出力ピーク放出波長において、より少ない注入電流依存性青方偏移を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、増加した振動子強度を有し、より高い効率をもたらす、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、長い波長において、より優れた性能を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、同一成長温度において、より高いインジウム混入率を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、他の半極性平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤと比較して、より厚い活性領域を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
請求項８に記載の方法を使用して製造される素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国特許法１１９（ｅ）に基づき、以下の同時係属、共有に係る出願の利益を主張する：
米国仮特許出願第６１／４０７，３５７号（２０１０年１０月２７日出願、Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，  Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｓｏｎｏｄａ，  Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，および  Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，名称「ＨＩＧＨ  ＰＯＷＥＲ，ＨＩＧＨ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＬＩＧＨＴ−ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＯＮ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、代理人事件番号３０７９４．４０３−ＵＳ−Ｐｌ（２０１１−２５８−１））。該出願は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
本願は、以下の同時係属、共有に係る出願に関連する：
米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（２０１１年１０月２７日出願、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，  Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｓｏｎｏｄａ，Ｈｕｎｇ  Ｔｓｅ  Ｃｈｅｎ，および  Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，名称「ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＦＯＲ  ＤＲＯＯＰ  ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴ」、代理人事件番号３０７９４．３９４−ＵＳ−Ｕｌ（２０１１−１６９−２））。該出願は、米国特許法１１９（ｅ）に基づき、以下の同時係属、共有に係る出願の利益を主張する；米国仮特許出願第６１／４０７，３４３号（２０１０年１０月２７日出願、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｊｕｎｉｃｈｉ  Ｓｏｎｏｄａ，Ｈｕｎｇ  Ｔｓｅ  Ｃｈｅｎ，および  Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，名称「ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＦＯＲ  ＤＲＯＯＰ  ＩＭＰＲＯＶＥＭＥＮＴ」、代理人事件番号３０７９４．３９４−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−１６９−１））；
米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘ号（２０１１年１０月２７日出願、Ｒｏｙ  Ｂ．  Ｃｈｕｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｅｏｋ  Ｈａｎ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，  Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，および  Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＵＳＩＮＧ  ＡＮ  （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ／Ａｌ（ｘ）Ｉｎ（ｌ−ｘ）Ｎ  ＳＵＰＥＲＬＡＴＴＩＣＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＢＬＯＣＫＩＮＧ  ＬＡＹＥＲ  ＩＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」、代理人事件番号３０７９４．３９９−ＵＳ−Ｕｌ（２０１１−２３０−２））。該出願は、米国特許法１１９（ｅ）に基づき、以下の同時係属、共有に係る出願の利益を主張する；米国仮特許出願第６１／４０７，３６２号（２０１０年１０月２７日出願、Ｒｏｙ  Ｂ．Ｃｈｕｎｇ，Ｃｈａｎｇｓｅｏｋ  Ｈａｎ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．  Ｓｐｅｃｋ，および  Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，名称「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＲＥＤＵＣＴＩＯＮ  ＯＦ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＵＳＩＮＧ  ＡＮ  （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ／Ａｌ（ｘ）Ｉｎ（ｌ−ｘ）Ｎ  ＳＵＰＥＲＬＡＴＴＩＣＥ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＢＬＯＣＫＩＮＧ  ＬＡＹＥＲ  ＩＮ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」、代理人事件番号３０７９４．３９９−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−２３０−１））；
米国仮特許出願第６１／４９５，８２９号（２０１１年６月１０日出願、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．  Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，および  Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，名称「ＬＯＷ  ＤＲＯＯＰ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＯＮ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、代理人事件番号３０７９４．４１５−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−８３２−１））；  および、
米国仮特許出願第６１／４９５，８４０号（２０１１年６月１０日出願、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．  Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｃｈｉｈ−Ｃｈｉｅｎ  Ｐａｎ，Ｙｕｊｉ  Ｚｈａｏ，および  Ｓｈｉｎｉｃｈｉ  Ｔａｎａｋａ，名称「ＨＩＧＨ  ＥＭＩＳＳＩＯＮ  ＰＯＷＥＲ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＥＦＦＩＣＩＥＮＣＹ  ＤＲＯＯＰ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ｛２０−２−１｝  ＢＬＵＥ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」、代理人事件番号３０７９４．４１６−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−８３３−１））；
上記出願の全ては、参照により本明細書に引用される。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、概して、発光ダイオードの分野に関し、より具体的には、半極性｛２０−２−１｝基板上に成長され、高出力、高効率、および低効率ドループによって特徴付けられる、ＩＩＩ窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。
【背景技術】
【０００４】
既存の（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤは、典型的には、極性｛０００１｝、非極性｛１０−１０｝および｛１１−２０｝、または半極性｛１１−２２｝および｛１０−１−１｝平面上に成長される。極性および半極性平面上に成長されるＬＥＤは、素子性能を劣化させる、量子井戸内の分極関連電場に悩まされる。非極性｛１０−１０｝および｛１１−２０｝素子は、分極関連影響がないが、｛１０−１０｝素子内の高インジウム濃度の混入および｛１１−２０｝素子の高品質結晶成長は、達成が困難であることが示されている。
【０００５】
しかしながら、ｃ−方向におけるｍ−平面からのミスカットから成る、半極性平面である、｛２０−２−１｝平面上に成長される素子は、従来の半極性平面（すなわち、｛１１−２２｝、｛１０−１−１｝等）と比較して、量子井戸内に最小分極関連電場を有するはずである。さらに、｛２０−２−１｝平面上に成長されるＬＥＤは、ｃ−平面ＬＥＤおよび他の非極性または半極性素子と比較して、その出力波長における、より少ないＱＣＳＥ（量子閉じ込めシュタルク効果）誘発注入電流依存性青方偏移、ならびに増加した振動子強度を提供し、より高い材料利得等をもたらすはずである。加えて、半極性｛２０−２−１｝平面に沿って成長されたＬＥＤは、半極性平面が、インジウムをより容易に混入すると考えられるので、長い波長において、より優れた性能を示す可能性が高い。最後に、｛２０−２−１｝平面上に成長されたＬＥＤは、注入電流の増加に伴う外部量子効率（ＥＱＥ）の低下を説明する現象である、効率ドループの減少を呈するはずである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、当技術分野において、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤを製造する改良された方法のための必要性が存在する。本発明は、本必要性を満たす。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前述の従来技術における制限を克服し、かつ本明細書の熟読および理解によって明白となるであろう他の制限を克服するために、本発明は、半極性｛２０−２−１｝上に成長され、高出力、高効率、および低効率ドループによって特徴付けられる、ＩＩＩ窒化物ＬＥＤを開示する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
次に、図面を参照するが、同一参照番号は、全体を通して、対応する部品を表す。
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従って製造されたプロトタイプＬＥＤ素子の概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従って、ＬＥＤを製造するための方法を説明する、流れ図である。
【図３Ａ】図３（ａ）は、図１のプロトタイプＬＥＤ素子のＬ−Ｉ（光出力電力対電流）およびＥＱＥ−Ｉ（外部量子効率対電流）特性のグラフである。
【図３Ｂ】図３（ｂ）は、図１のプロトタイプＬＥＤ素子のＩ−Ｖ（電流対電圧）特性のグラフである。
【図４】図４は、緑色発光半極性｛２０−２−１｝および｛２０−２１｝ＬＥＤに対するエレクトロルミネセンス（ＥＬ）スペクトルのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
好ましい実施形態の以下の説明では、その一部を形成し、例証として、本発明が実践され得る具体的実施形態が示される、付随の図面を参照する。他の実施形態が利用され得、構造的変更が、本発明の範囲から逸脱することなく行われ得ることを理解されたい。
【００１０】
（概要）
本発明は、半極性｛２０−２−１｝平面上に成長された（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ系ＬＥＤを説明する。本発明の利点は、ディスプレイ用途、照明、電飾、浄水等のための改良されたＬＥＤ性能を含む。
【００１１】
発明者らは、駆動電流２０ｍＡにおいて、３０ｍＷの光出力電力および５４．７％の外部量子効率（ＥＱＥ）をもたらす、｛２０−２−１｝基板上の青色発光ＬＥＤの作業プロトタイプを製造した。この光出力電力および外部量子効率は、既存の非極性または半極性平面上に成長された任意の他のＬＥＤより高い値であり、最高技術水準のｃ−平面素子に匹敵する。
【００１２】
さらに、半極性ＧａＮ基板上にエピタキシャルに成長された歪み（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ合金層の臨界厚がより厚いほど、量子井戸内の有効キャリア密度を減少（オージェ損失および効率ドループを減少）させるのを支援するためにより厚い量子井戸を採用することができ、これは、低透過性キャリア密度を促進することができることを意味する。
【００１３】
（素子構造）
図１は、本発明の一実施形態に従って、半極性｛２０−２−１｝基板上に製造される、プロトタイプＬＥＤ素子の概略図である。具体的には、プロトタイプＬＥＤ素子は、基板１００の半極性｛２０−２−１｝平面上にエピタキシャルに成長された。基板は、バルクＩＩＩ窒化物、または、ＩＩＩ窒化物の膜（例えば、サファイアまたは炭化ケイ素またはスピネル等の異質基板上にヘテロエピタキシャルに成長された半極性ＩＩＩ窒化物テンプレート層またはエピ層）であることができる。
【００１４】
プロトタイプＬＥＤ素子は、ｎ−型ＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）層１０２と、３周期ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）スタックから成る活性領域１０４と、ｐ−型ＡｌＧａＮ（ｐ−ＡｌＧａＮ）電子阻止層（ＥＢＬ）１０６と、ｐ−型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層１０８と、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）層１１０と、２つのＴｉ／Ａｕパッド１１２、１１４（ＩＴＯ層１１０上の第１のパッド１１２およびｎ−ＧａＮ層１０２上の第２のパッド１１４）とを含み、ｎ−ＧａＮ層１０２上のＴｉ／Ａｕパッド１１４は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ層１１６上に常駐する。これらの層は、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、ならびに従来のフォトリソグラフィ、ドライエッチング、およびリフトオフ技法を使用して製造された。（２０−２−１）半極性基板１００の背面は、光抽出効率を改良する、円錐形特徴を有するように粗面化された。プロトタイプＬＥＤ素子は、次いで、透明スタンドとともにパッケージングされた。
【００１５】
（プロセスステップ）
図２は、本発明の一実施形態に従って、図１のＬＥＤを製造するための方法を説明する、流れ図である。
【００１６】
ブロック２００は、半極性｛２０−２−１｝基板が、金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）反応炉内に装填されるステップを表す。前述のように、半極性｛２０−２−１｝基板は、バルクＩＩＩ窒化物またはＩＩＩ窒化物の膜であることができる。
【００１７】
ブロック２０２は、基板上における、ｎ−型ＩＩＩ窒化物層、例えば、Ｓｉドープｎ−ＧａＮの成長を表す。
【００１８】
ブロック２０４は、ｎ−ＧａＮ層上における、ＩＩＩ窒化物活性領域、例えば、３周期ＩｎＧａＮ／ＧａＮＭＱＷ構造の成長を表す。
【００１９】
ブロック２０６は、活性領域上における、ｐ−型ＩＩＩ窒化物ＥＢＬ、例えば、Ｍｇドープｐ−ＡｌＧａＮの成長を表す。
【００２０】
ブロック２０８は、ｐ−ＡｌＧａＮ  ＥＢＬ上における、ｐ−型ＩＩＩ窒化物層、例えば、Ｍｇドープｐ−ＧａＮの成長を表す。
【００２１】
ブロック２１０は、ｐ−ＧａＮ層上のｐ−型電極として、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電酸化物（ＴＣＯ）層の蒸着を表す。
【００２２】
ブロック２１２は、パターン化およびエッチングによる、メサの製造を表す。
【００２３】
ブロック２１４は、メサエッチングによって露出されたｎ−ＧａＮ層上のＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ層の蒸着後のＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ層上のＴｉ／Ａｕ等のｎ−型電極の蒸着を表す。
【００２４】
活性化、アニーリング、ダイシング、搭載、接着、封入、パッケージング等、図２に示されない他のステップもまた、行われ得る。
【００２５】
これらのプロセスステップの最終結果として、基板の半極性｛２０−２−１｝平面上に成長された（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＬＥＤを備えている、光電子素子となる。
【００２６】
（実験結果）
実験結果を通して、本発明は、既存の非極性または半極性平面上に成長された任意の他のＬＥＤより高い値であって、最高技術水準のｃ−平面素子に匹敵する、駆動電流２０ｍＡにおいて、３０ｍＷの光出力電力（ＬＯＰ）および５４．７％の外部量子効率（ＥＱＥ）をもたらす、｛２０−２−１｝基板上の青色発光ＬＥＤを提供することが決定された。
【００２７】
図３（ａ）は、パルスおよびＤＣ動作下における、図１のプロトタイプＬＥＤ素子のＬ−Ｉ（光出力電力対電流）およびＥＱＥ−Ｉ（外部量子効率対電流）特性のグラフである。
【００２８】
図３（ｂ）は、図１のプロトタイプＬＥＤ素子のＩ−Ｖ（電流対電圧）特性のグラフである。
【００２９】
これらの図に示されるように、本発明の利点は、改良されたＬＥＤ性能を含む。
【００３０】
（エレクトロルミネセンス強度対波長）
図４は、エレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度（任意単位）対波長（ｎｍ）のグラフであり、それぞれ、｛２０−２−１｝および｛２０−２１｝平面上に成長された単一量子井戸（ＳＱＷ）ＬＥＤに対するＥＬスペクトルを示す。これらのＬＥＤは、同じ構造を有する。これらの２つの平面の異なるインジウム混入率のため、｛２０−２−１｝ＬＥＤのＱＷは、これらのＬＥＤが同一放出波長を有するように、｛２０−２１｝ＬＥＤのＱＷより３０℃高い温度において成長された。波長５１５ｎｍでは、｛２０−２−１｝ＬＥＤは、半値全幅（ＦＷＨＭ）２５ｎｍを示し、｛２０−２１｝ＬＥＤより狭いスペクトルを実証する一方、｛２０−２１｝ＬＥＤは、ＦＷＨＭ４０ｎｍを示し、ほぼ２倍である。｛２０−２−１｝ＬＥＤの狭スペクトルは、本平面上で観察された高インジウム混入および高成長温度によって生じるより高いＩｎＧａＮ品質のためと考えられる。狭放出スペクトルは、高性能ＬＥＤおよびレーザダイオード（ＬＤ）に対して非常に望ましいため、｛２０−２−１｝平面上に成長される素子は、したがって、他の半極性平面上に成長される光電子素子より高い性能を有する光電子素子を作製するために有利である。
【００３１】
（利点および改良点）
基板の半極性｛２０−２−１｝平面上に成長される（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ素子は、他の異なる半極性平面上に成長された（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ素子と比較して、以下の特性によって特徴付けられる。
・より狭い放出スペクトル幅
・その出力ピーク放出波長における、より少ない注入電流依存性青方偏移
・より高い効率をもたらす、増加した振動子強度
・長い波長における、より優れた性能
・同一成長温度における、より高いインジウム混入率
・より厚い活性領域
加えて、半極性｛２０−２−１｝基板上に成長された歪みエピタキシャル（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ合金層の臨界厚は、他の半極性平面（すなわち、｛１１−２２｝、｛１０−１−１｝等）より大きいことが期待される。これは、他の異なる半極性平面上に成長された（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ素子と比較して、より厚い活性領域構造の使用を可能にし、量子井戸内の有効キャリア密度を減少（オージェ損失および効率ドループを減少）させ、低透過性キャリア密度を促進することができる。
【００３２】
（可能性として考えられる修正および変形例）
可能性として考えられる修正および変形例は、異なる製造技法の使用、ならびに異なるＬＥＤ構造の製造を含む。加えて、異なるパッケージング方法も使用され得る。さらに、レーザダイオード、レーザ、太陽電池、光検出器等、他のタイプの光電子素子が、本発明を使用して製造され得る。
【００３３】
将来的開発として、素子性能の改良、ＣＷ（連続波）動作、増加した作業波長、増加した光出力電力および外部量子効率、大電流動作下における減少した効率ドループ等が挙げられるであろう。
【００３４】
（専門用語）
用語「ＩＩＩ窒化物」、「ＩＩＩ族窒化物」、または「窒化物」は、本明細書で使用される場合、化学式ＧａｗＡｌｘＩｎｙＢｚＮを有する、（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ半導体の任意の合金組成物を指し、ここでは、０≦ｗ≦１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、およびｗ＋ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。これらの用語は、単一種、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、およびＢの個別の窒化物、ならびにそのようなＩＩＩ族金属種の二元、三元、および四元組成物を含むものと広義に解釈されることが意図される。故に、ＧａＮおよびＩｎＧａＮ材料を参照する以下の本発明の議論は、種々の他の（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ材料種の形成にも適用可能であることを理解されるであろう。さらに、発明の範囲内の（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ材料は、少量のドーパントおよび／または他の不純物または含有材料をさらに含み得る。
【００３５】
多くの（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ素子は、結晶の極性ｃ−平面に沿って成長されるが、これは、強圧電および自発分極の存在のため、望ましくない量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）をもたらす。（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ素子内の分極効果を低下させるアプローチの１つは、結晶の非極性または半極性平面上に素子を成長させることである。
【００３６】
用語「非極性平面」は、ａ−平面として集合的に周知の｛１１−２０｝平面と、ｍ−平面として集合的に周知の｛１０−１０｝平面とを含む。そのような平面は、平面あたり等数のガリウムおよび窒素原子を含有し、電荷中性である。後続の非極性層は、互に均等であり、したがって、バルク結晶は、成長方向に沿って分極されないであろう。
【００３７】
用語「半極性平面」は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類されることができない、任意の平面を指すために使用することができる。結晶学的観点では、半極性平面は、少なくとも２つの非ゼロｈ、ｉ、またはｋミラー指数および非ゼロ１ミラー指数を有する任意の平面となるであろう。後続の半極性層は、互に均等であり、したがって、結晶は、成長方向に沿って、分極を減少させるであろう。
【００３８】
ミラー指数は、結晶格子内の平面および方向に対する結晶学における表記法であり、表記｛ｈ、ｉ、ｋ、ｌ｝は、格子の対称性によって、（ｈ、ｉ、ｋ、ｌ）に相当する全平面の集合を表す。中括弧｛｝の使用は、丸括弧（）によって表される対称等価平面群を表し、群内の全平面は、本発明の目的に対して等価である。
【００３９】
（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付ける。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、例証および説明の目的のために提示されている。本発明を包括的または開示される正確な形態に制限することを意図するものではない。多くの修正例および変形例が、上述の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって制限されることが意図される。
【図１】
2013541227.tif 000003
【図２】
2013541227.tif 000004
【図３Ａ】
2013541227.tif 000005
【図３Ｂ】
2013541227.tif 000006
【図４】
2013541227.tif 000007
【国際調査報告】
2013541227.tif 000008