(57)【要約】１つ以上のＡｌ含有エッチング停止層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎレーザダイオードを製造するステップを含む、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎレーザダイオードにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る構造および方法。エッチング停止層は、素子における１つ以上のエッチングされた層のエッチング深さを制御するために使用される層であり、エッチングされた層は、素子内にエッチング停止層と他の層との間に選択的にエッチングされた層を備える。エッチング停止層は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接する。最後に、エッチング停止層は、電子遮断層としても機能するか、またはしなくてもよい。
2013502724.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のＡｌ含有エッチング停止層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのレーザダイオードを備える、光電子素子。
【請求項２】
前記エッチング停止層は、前記素子内における１つ以上のエッチングされた層のエッチング深さを制御するために使用される層である、請求項１に記載の素子。
【請求項３】
前記エッチングされた層は、前記素子内に前記エッチング停止層と他の層との間に選択的にエッチングされた層を備える、請求項２に記載の素子。
【請求項４】
前記エッチング停止層は、ｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープＧａＮから構成される層に隣接する、請求項１に記載の素子。
【請求項５】
前記エッチング停止層は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接する、請求項１に記載の素子。
【請求項６】
前記エッチング停止層は、電子遮断層としても機能する、請求項１に記載の素子。
【請求項７】
前記エッチング停止層は、電子遮断層として機能しない、請求項１に記載の素子。
【請求項８】
１つ以上のＡｌ含有エッチング停止層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのレーザダイオードを製造することを含む、半導体素子を製造する方法。
【請求項９】
前記エッチング停止層は、前記素子内に１つ以上のエッチングされた層のエッチング深さを制御するために使用される層である、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記エッチングされた層は、前記素子内に前記エッチング停止層と他の層との間に選択的にエッチングされた層を備える、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ＢＣｌ３およびＳＦ６を含有するプラズマが、前記素子内において前記エッチング停止層と他の層との間の選択的エッチングを達成するために使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ＢＣｌ３およびＳＦ６以外の反応物を含有するプラズマが、前記素子内において前記エッチング停止層と他の層との間の選択的エッチングを達成するために使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
１つ以上の液体系エッチャントが、前記素子内において前記エッチング停止層と他の層との間の選択的エッチングを達成するために使用される、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
前記エッチング停止層は、ｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープＧａＮから構成される層に隣接する、請求項８に記載の方法。
【請求項１５】
前記エッチング停止層は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接する、請求項８に記載の方法。
【請求項１６】
前記エッチング停止層は、電子遮断層としても機能する、請求項８に記載の方法。
【請求項１７】
前記エッチング停止層は、電子遮断層として機能しない、請求項８に記載の方法。
【請求項１８】
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】
（関連出願の相互参照）
本願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄａｎｉｅｌ  Ａ．Ｈａｅｇｅｒ、Ｐｏ  Ｓｈａｎ  Ｈｓｕ、Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる米国仮特許出願第６１／２３５，２８４号（名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＡＣＨＩＥＶＩＮＧ  ＳＥＬＥＣＴＩＶＥ  ＥＴＣＨＩＮＧ  ＩＮ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」、２００９年８月１９日出願、代理人整理番号３０７９４．３２０−ＵＳ−Ｐ１（２００９−７９５−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この出願は、本明細書に参照により援用される。
【０００２】
本願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｔ．Ｈａｒｄｙ、Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｏｈｔａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．  Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる同時係属の同一人に譲渡された米国実用特許出願第１２／８３３，６０７号（名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ  ＴＨＥ  ＭＩＲＲＯＲ  ＦＡＣＥＴ  ＣＬＥＡＶＩＮＧ  ＹＩＥＬＤ  ＯＦ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ  ＧＲＯＷＮ  ＯＮ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＯＲ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、２０１０年７月９日出願、代理人整理番号３０７９４．３１９−ＵＳ−Ｕ１（２００９−７６２−２））に関連し、この出願は、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｍａｔｔｈｅｗ  Ｔ．Ｈａｒｄｙ、Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｏｈｔａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる同時係属の同一人に譲渡された米国仮特許出願第６１／２２４，３６８号（名称「ＳＴＲＵＣＴＵＲＥ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ  ＴＨＥ  ＭＩＲＲＯＲ  ＦＡＣＥＴ  ＣＬＥＡＶＩＮＧ  ＹＩＥＬＤ  ＯＦ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ  ＧＲＯＷＮ  ＯＮ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＯＲ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ」、２００９年７月９日出願、代理人整理番号３０７９４．３１９−ＵＳ−Ｐ１  （２００９−７６２−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、これらの出願の両方は、本明細書に参照により援用される。
【０００３】
（１．発明の分野）
本発明は、半導体材料、方法、および素子、より詳細には、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎレーザダイオード（ＬＤ）の製造に関し、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得、それによって、向上した製造可能性および高性能を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤを可能にする構造および方法が記載される。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の記述）
（注：本願は、明細書の全体を通して示されるように、角括弧内の１つ以上の参照番号、例えば［参考文献ｘ］によって多数の異なる刊行物を参照する。これらの参照番号による順序で示されるこれらの異なる刊行物の一覧は、以下の「参考文献」という表題の項に見出すことができる。これらの刊行物のそれぞれは、参照することにより本明細書に組み込まれる。ＧａＮおよび（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎの合金の有用性が、可視および紫外線の光電子素子ならびに高出力電子素子の製造に対して確立されている。現在の最先端（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ薄膜、ヘテロ構造、および素子は、［０００１］ｃ−軸に沿って成長させられる。そのような膜の全分極は、自発および圧電分極寄与から成り、その両方とも、ウルツ鉱（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ結晶構造の単極性［０００１］ｃ−軸から生じる。（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎヘテロ構造が疑似形態的に成長させられると、分極断絶が、結晶内の表面および界面において形成される。これらの断絶は、表面および界面におけるキャリアの蓄積または枯渇につながり、次に、電場を引き起こす。これらの分極誘発電場の整合は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ薄膜およびヘテロ構造の典型的［０００１］成長方向と一致するため、これらの電場は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ素子のエネルギー帯を「傾動」させる効果を有する。
【０００５】
ｃ−平面（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ量子井戸では、「傾動された」エネルギー帯は、電子および正孔波動関数を空間的に分離する。この空間電荷分離は、放射遷移の振動子強度を低減させ、放出波長を赤方偏移させる。これらの効果は、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）の現れであって、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ量子井戸（ＱＷ）について徹底的に分析されている［参考文献１、２（非特許文献１、２）］。加えて、大規模分極誘発電場は、ドーパントおよび注入されたキャリアによって部分的に遮蔽することができ［参考文献３（非特許文献３）］、放出特性を正確に設計することを困難にする。
【０００６】
市販されるｃ−平面ＬＤは、典型的に、分極関連電場の存在のために、薄い（≦４ｎｍ）ＩｎＧａＮ  ＱＷを使用する。したがって、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子またはバルクＡｌＧａＮ等の厚いＡｌ含有導波路クラッド層が、ｃ−平面（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの中で十分な光学モード閉じ込めを提供するために必要とされる。
【０００７】
（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ素子内の分極効果を減少させる１つのアプローチは、結晶の非極性平面上で素子を成長させることである［参考文献４（非特許文献４）］。これらは、集合的にａ−平面として知られる｛１１−２０｝平面と、集合的にｍ−平面として知られる｛１０−１０｝平面と、を含む。そのような平面は、平面当たり等しい数のガリウムおよび窒素原子を含有し、電荷中性である。後続非極性層は、相互に同等であって、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。
【０００８】
ｃ−平面ＧａＮ基板上に成長させられた従来の（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤと違って、ｍ−平面発光素子内の分極関連電場の欠如は、放射効率の低減を伴わずにｍ−平面（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＥＤおよびＬＤの中の比較的厚い（８ｎｍ）ＩｎＧａＮ  ＱＷの実装を可能にする［参考文献６（非特許文献６）］。これらの薄いＩｎＧａＮ  ＱＷは、Ａｌ含有導波路クラッド層を必要とせずに光学モードの適切な横導波路を提供し、ＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの実証を可能にする［参考文献７、８（非特許文献７、８）］。ＧａＮクラッド層を有するＩｎＧａＮベースの別個の閉じ込めヘテロ構造の使用を伴う、同様の設計も、Ａｌ含有導波路クラッド層の必要性を軽減する［参考文献９（非特許文献９）］。
【０００９】
（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ素子内の分極効果を低減する別のアプローチは、結晶の半極性平面上で素子を成長させることである［参考文献５（非特許文献５）］。「半極性平面」という用語は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類することができない、あらゆる平面を指すために使用することができる。結晶学的用語では、半極性平面は、少なくとも２つの非ゼロのｈ、ｉ、ｋミラー指数、および非ゼロのｌミラー係数を有する、任意の平面となるであろう。後続非極性層は、相互に同等であって、したがって、バルク結晶は、成長方向に沿って分極低下を伴うであろう。
【００１０】
現在の従来の市販される（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ構造は、ウルツ鉱（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ結晶構造のｃ−平面上に成長させられる。頑強な選択的エッチングプロセス不足のため、製造業者は、典型的には、リッジ導波路形状素子におけるリッジ導波路エッチング深さを制御するためにタイミングおよび／またはレーザー干渉技法を使用する。そのような技法は、しばしば、再現性および精度の問題を有し、製造上の問題を引き起こし、全体的な素子率を低減させる。
【００１１】
対照的に、ＩＩＩ−ヒ素系およびＩＩＩ−リン系ＬＤの製造業者は、典型的には、彼らのエッチングプロセスの一貫性および精度を制御するために選択的エッチング技法を使用する［参考文献１０、１１（非特許文献１０、１１）］。同様の技法は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎヘテロ構造に対して報告されているが［参考文献１２、１３（非特許文献１２、１３）］、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいては未だ実証されていない。
【００１２】
Ｂｕｔｔａｒｉらによる研究は、ＢＣｌ３およびＳＦ６の混合物を含有するプラズマが、ＧａＮとＡｌＧａＮ層との間の選択的エッチングを達成するために使用され得ることを実証した［参考文献１４（非特許文献１４）］。純粋なＢＣ１３は、ＧａＮをエッチングする際、実質的に無効であることが判明し、それは、純粋なＢＣｌ３プラズマにおける活性塩素原子の低い濃度のためである可能性が最も高かった［参考文献１５（非特許文献１５）］。ＳＦ６およびＢＣ１３の混合は、塩素基（エッチング剤）およびフッ素基（阻害剤）の集団を増加させ、ＧａＮのエッチング速度を増加させ、ＡｌＧａＮのエッチング速度を低減させることが判明した［参考文献１４、１５（非特許文献１４、１５）］。ＡｌＧａＮエッチング速度の減少は、ＡｌＧａＮ表面上の非揮発性ＡＩＦ３残基の形成のためであると判明し、ＧａＡおよびＡｌＧａＡに関する過去の研究に類似している［参考文献１６（非特許文献１６）］。ＡＩＦ３の不揮発性は、塩素基のエッチング効率を低下させ、ＡｌＧａＮ上のＧａＮの選択的エッチングを可能にすることが判明した［参考文献１４（非特許文献１４）］。
【００１３】
ＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの出現は、二元ＧａＮ層によって囲まれるＡｌ含有エッチング停止層（ＥＳＬ）を有するＬＤ構造の成長を可能にし、ＥＳＬと周囲層との間の高度選択的エッチングを可能にした。この概念に基づき、本発明は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る構造および方法を記載する。
【００１４】
（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおけるＥＳＬの実装は、エッチングプロセスの一貫性および精度における顕著な改良点をもたらすはずである。これらの改良点は、より高い全体的素子率、より低い閾値電流密度、より高いモード安定性、より高い欠陥のない出力レベル、およびより長い素子寿命を含むが、これらに限定されるものではない、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ製造業者に対する多くの利点につながるはずである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】Ｔ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｓ．Ｓｏｔａ，Ｍ．Ｋａｔｓｕｒａｇａｗａ，Ｍ．Ｋｏｍｏｒｉ，Ｈ．Ｔａｋｅｕｃｈｉ，Ｈ．Ａｍａｎｏ，ａｎｄ  Ｉ．Ａｋａｓａｋｉ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，３６，Ｌ３８２（１９９７）．
【非特許文献２】Ｊ．Ｓ．Ｉｍ，Ｈ．Ｋｏｌｌｍｅｒ，Ｊ．Ｏｆｆ，Ａ．Ｓｏｈｍｅｒ，Ｆ．Ｓｃｈｏｌｚ，ａｎｄ  Ａ．Ｈａｎｇｌｅｉｔｅｒ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ，５７，Ｒ９４３５（１９９８）．
【非特許文献３】Ｆ．Ｄｅｌｌａ  Ｓａｌａ，Ａ．Ｄｉ  Ｃａｒｌｏ，Ｐ．Ｌｕｇｌｉ，Ｆ．Ｂｅｒｎａｒｄｉｎｉ，Ｖ．Ｆｉｏｒｅｎｔｉｎｉ，Ｒ．Ｓｃｈｏｌｚ，ａｎｄ  Ｊ．Ｍ．Ｊａｎｃｕ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，７４，２００２（１９９９）．
【非特許文献４】Ｐ．Ｗａｌｔｅｒｅｉｔ，Ｏ．Ｂｒａｎｄｔ，Ａ．Ｔｒａｍｐｅｒｔ，Ｈ．Ｔ．Ｇｒａｈｎ，Ｊ．Ｍｅｎｎｉｎｇｅｒ，Ｍ．Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ，Ｍ．Ｒｅｉｃｈｅ，ａｎｄ  Ｋ．Ｈ．Ｐｌｏｏｇ，Ｎａｔｕｒｅ，４０６，８６５（２０００）．
【非特許文献５】Ａ．Ｅ．Ｒｏｍａｎｏｖ，Ｔ．Ｊ．Ｂａｋｅｒ，Ｓ．  Ｎａｋａｍｕｒａ，ａｎｄ  Ｊ．ＳＳｐｅｃｋ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，１００，０２３５２２  （２００６）．
【非特許文献６】Ｋ．Ｃ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｈ．Ｓａｔｏ，Ｆ．Ｗｕ，Ｎ．Ｆｅｌｌｏｗｓ，Ｚ．Ｊｉａ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓ．Ｐ  ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，９１，１８１１２０（２００７）．
【非特許文献７】Ｄ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｍ．Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｋ．Ｃ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４６，Ｌ２８４（２００７）．
【非特許文献８】Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｄ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｍ．Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｄ．Ａ．Ｈａｅｇｅｒ，Ｋ．Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ，Ｋ．Ｉｓｏ，Ｈ．Ｙａｍａｄａ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４６，Ｌ７６１（２００７）．
【非特許文献９】Ｋ．Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ，Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ，Ｍ．Ｔ．Ｈａｒｄｙ，Ｃ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｐ．Ｓ．Ｈｓｕ，Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｄ．Ａ．Ｈａｅｇｅｒ，Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ，Ｆ．Ｗｕ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｄ．Ａ．Ｃｏｈｅｎ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，ａｎｄ  Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，“Ｎｏｎｐｏｌａｒ  ＡｌＧａＮ−ｃｌａｄｄｉｎｇ−ｆｒｅｅ  Ｂｌｕｅ  Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｗｉｔｈ  ＩｎＧａＮ  Ｗａｖｅｇｕｉｄｉｎｇ，”ｔｏ  ｂｅ  ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ  ｉｎ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ．
【非特許文献１０】Ｊ．Ｖａｔｕｓ，Ｊ．Ｃｈｅｖｒｉｅｒ，Ｐ．Ｄｅｌｅｓｃｌｕｓｅ，ａｎｄ  Ｊ．Ｆ．Ｒｏｃｈｅｔｔｅ，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅｓ，３３，９３４（１９８６）．
【非特許文献１１】Ｂ．Ｅｌｍａｎ，Ｗ．Ｆ．Ｓｈａｒｆｉｎ，Ｆ．Ｄ．Ｃｒａｗｆｏｒｄ，Ｗ．Ｃ．Ｒｉｄｅｏｕｔ，Ｊ．Ｌａｃｏｕｒｓｅ，ａｎｄ  Ｒ．Ｂ．Ｌａｕｅｒ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｌｅｔｔ．，２７，２０３２（１９９１）．
【非特許文献１２】Ｙ．Ｈａｎ，Ｓ．Ｘｕｅ，Ｗ．Ｇｕｏ，Ｙ．Ｌｕｏ，Ｚ．Ｈａｏ，ａｎｄ  Ｃ．Ｓｕｎ，Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，４２，Ｌ１１３９（２００３）．
【非特許文献１３】Ｗ．Ｋ．Ｗａｎｇ，Ｙ．Ｊ．Ｌｉ，Ｃ．Ｋ．Ｌｉｎ，Ｙ．Ｊ．Ｃｈａｎ，Ｇ．Ｔ．Ｃｈｅｎ，ａｎｄ  Ｊ．Ｉ．Ｃｈｙｉ，ＩＥＥＥ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｄｅｖｉｃｅ  Ｌｅｔｔ．，２５，５２（２００４）．
【非特許文献１４】Ｄ．Ｂｕｔｔａｒｉ，Ａ．Ｃｈｉｎｉ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｌ．ＭｃＣａｒｔｈｙ，Ｈ．Ｘｉｎｇ，Ｔ．Ｐａｌａｃｉｏｓ，Ｌ．Ｓｈｅｎ，Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒ，ａｎｄ  Ｕ．Ｋ．Ｍｉｓｈｒａ，Ｉｎｔ．Ｊ．Ｈｉｇｈ  Ｓｐｅｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．Ｓｙｓｔ．，１４，７５６（２００４）．
【非特許文献１５】Ｃ．Ｓ．Ｏｈ，Ｔ．Ｈ．Ｋｉｍ，Ｋ．Ｙ．Ｌｉｍ，ａｎｄ  Ｊ．Ｗ．Ｙａｎｇ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．，１９，１７２  （２００４）．
【非特許文献１６】Ｓ．Ｓａｌｉｍｉａｎ  ａｎｄ  Ｃ．Ｂ．Ｃｏｏｐｅｒ  ＩＩＩ，Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ，６，１６４１（１９８８）．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上述の従来の技術における制限を克服し、本明細書を読み、理解する時に明らかとなる他の制限を克服するために、本発明は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る構造および方法を開示する。特に、本発明は、１つ以上のＡｌ含有エッチング停止層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのレーザダイオードを製造する方法、および結果としてもたらされる光電子素子を開示する。エッチング停止層は、素子内における１つ以上のエッチングされた層のエッチング深さを制御するために使用される層であり、エッチングされた層は、素子内にエッチング停止層と他の層との間に選択的にエッチングされた層を備える。エッチング停止層は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎのｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接する。最後に、エッチング停止層は、電子遮断層としても機能するか、またはしなくてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
全体を通して類似参照数字が対応する部品を表す、図面を参照する。
【図１】図１は、本発明の好ましい実施形態による、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る方法を示すフローチャートである。
【図２Ａ】図２Ａは、サンプルＡのエピタキシャル構造および素子形状の概略図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、サンプルＢのエピタキシャル構造および素子形状の概略図である。
【図３】図３は、サンプルＡの計算された一次元（１−Ｄ）横モードプロファイルを示す。
【図４】図４は、サンプルＡに対する測定されたエッチング深さをエッチング時間の関数としてプロットする。
【図５】図５は、３０分のドライエッチングおよび２５０ｎｍのＴａ２Ｏ５絶縁層の蒸着の後のサンプルＡおよびサンプルＢの表面プロファイルを示す。
【図６】図６は、サンプルＡから製造された、幅４．５μｍ、長さ５００μｍのＬＤに対する光−電流−電圧（Ｌ−Ｉ−Ｖ）をプロットする。
【図７】図７は、サンプルＡから製造された、幅４．５μｍ、長さ５００μｍのＬＤに対する、閾値を越える発光スペクトルをプロットする。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の発明を実施するための形態において、本明細書の一部を形成し、かつ本発明が実践され得る特定の実施形態を例示目的で示す添付図面を参照する。本開示の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が用いられてもよく、また、構造的な変更が行われてもよいことを理解されたい。
【００１９】
（技術説明）
（サンプル構造および成長）
図１は、本発明の好ましい実施形態による、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る方法を示すフローチャートである。
【００２０】
図１のブロック１００は、リッジ導波路エッチングプロセスに対するＡｌＧａＮ  ＥＳＬの効果を評価するために製造されている２つの異なるサンプルを表す。
【００２１】
本発明は、三菱化学株式会社によって製造された独立ｍ−平面ＧａＮ基板上に金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって成長させられたＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおけるこれらの効果を実験的に実証した。これらの基板は、ｃ−方向にハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）によって成長させられ、その後、ｍ−平面表面を露出するようにスライスされた。ｍ平面表面は、化学および機械的表面処理法によって調製された。基板は、貫通転位密度５×１０６ｃｍ−２未満、キャリア濃度約１×１０１７ｃｍ−３、およびＲＭＳ表面粗度１ｎｍ未満を有する（製造業者によって測定）。
【００２２】
ｍ−平面膜のために使用されるＭＯＣＶＤ成長条件は、ｃ−平面膜のために典型的に使用される成長条件と非常に類似している。すべてのＭＯＣＶＤ成長は、気圧（ＡＰ）、典型的Ｖ／ＩＩＩ比（＞３０００）、および典型的成長温度（＞１０００℃）で行われた。トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）またはトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、アンモニア（ＮＨ３）、ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム（Ｃｐ２Ｍｇ）、およびシラン（ＳｉＨ４）が、それぞれ、Ｇａ、Ｉｎ、Ａｌ、Ｎ、Ｍｇ、およびＳｉ前駆体として使用された。
【００２３】
図２Ａは、いかなるＡｌ含有導波路クラッド層も含有しないサンプルＡとして知られる、第１のサンプルのエピタキシャル構造および素子形状の概略図である。サンプルＡは、他で報告されているＡＣＦ  ＬＤ構造と同様である［参考文献７、８］。図２ＡのＡＣＦ  ＬＤ構造は、１０μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮテンプレート層２００、１μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ劈開支援層（ＣＡＬ）２０２［参考文献１７］、１μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮクラッド層２０４、８ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ量子井戸（ＱＷ）および８ｎｍのＧａＮ障壁を有する５周期非ドープＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）構造２０６、１５ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ電子遮断層（ＥＢＬ）２１０、２００ｎｍのＭｇドープ下ｐ−ＧａＮクラッド層２１２、４０ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬ２１４、８００ｎｍのＭｇドープ上ｐ−ＧａＮクラッド層２１６、ならびに２０ｎｍの高度Ｍｇドープｐ＋＋−ＧａＮ接触層２１８を備える。
【００２４】
図２Ｂは、単に単一の１０μｍのＳｉドープｎ−ＧａＮテンプレート層２２０を備えるサンプルＢとして知られる、第２のサンプルのエピタキシャル構造および素子形状の概略図である。
【００２５】
ｃ−平面ＧａＮ基板上で成長させられた従来の（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤと違って、図２Ａで説明されるサンプルＡのＡＣＦ  ＬＤ構造は、比較的厚い８ｎｍのＩｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ  ＱＷを含有した。サンプルＡのための計算された一次元（１−Ｄ）横モードプロファイルが図３に示される。モデルは、それぞれ、ＧａＮ、Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ、Ａｌ０．０９Ｇａ０．８８Ｎ、およびＡｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ層に対して、２．５２２、２．４８７、２．７３０、２．４６９、および２．４５１の４０５ｎｍでの屈折率値を使用した［参考文献１８］。計算されたモードプロファイルによって示されるように、１μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ  ＣＡＬおよび４０ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬは、Ｉｎ０．１０Ｇａ０．９０Ｎ／ＧａＮ  ＭＱＷによって最初に導かれた、光学モードに対してほとんど効果を有さない。この構造の計算された横閉じ込め係数Γは、０．１４７であった。したがって、サンプルＡが、１μｍのＳｉドープｎ−Ａｌ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ  ＣＡＬ、１５ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．１２Ｇａ０．８８Ｎ  ＥＢＬ、および４０ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬを含有したとしても、サンプルＡは、ＡＣＦ  ＬＤ構造と称される。
【００２６】
（エッチング停止層の特性化）
ＭＯＣＶＤ成長に続いて、サンプルＡの一部分は、エッチング深さを制御する際のｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬの有効性を特性化するために使用された。これは、図１のブロック１０２によって示される。
【００２７】
フォトレジストは、乾式エッチングプロセスの間にエッチングマスクとして機能する、サンプル上の特徴を形成するために使用された。すべてのドライエッチングは、パナソニックＥ６２０誘導結合プラズマ（ＩＣＰ）エッチングシステムにおいて行われた。
【００２８】
実際のドライエッチングの前に、すべてのサンプルは、天然の表面酸化物を除去するために、ＢＣｌ３脱酸プラズマで５分間前処理された［参考文献１９］。純粋なＢＣ１３は、ＧａＮをエッチングする際、実質的に無効であることが判明し、それは、純粋なＢＣｌ３プラズマにおける活性塩素原子の低い濃度のためである可能性が最も高かった［参考文献１５］。前処理ステップのために、チャンバ圧力は、３７．５ｍＴｏｒｒに設定され、ＢＣｌ３流速は、２５ｓｃｃｍに設定され、ＩＣＰ電力は、２００Ｗに設定され、ＲＦ電力は、３０Ｗに設定された。
【００２９】
前処理ステップの後、サンプルは、ＢＣｌ３およびＳＦ６の混合物を含有するプラズマにおいてエッチングされた。このステップのために、チャンバ圧力は、３７．５ｍＴｏｒｒに設定し、ＢＣｌ３流速は、２０ｓｃｃｍに設定し、ＳＦ６流速は、５ｓｃｃｍに設定し、ＩＣＰ電力は、２００Ｗに設定し、ＲＦ電力は、６０Ｗに設定された。エッチング条件の最適化および選択的エッチングの背後の物理的機構に関する詳細は、他に記載される［参考文献１４］。
【００３０】
エッチングプロセスの完了の後、残りのフォトレジストマスクは、サンプルからはがし取られ、特徴の高さは、Ｄｅｋｔａｋ  ＶＩ表面形状測定装置を使用して測定された。測定されたエッチング深さをエッチング時間の関数として図４に示す。０から２４分までのエッチング時間に関して、エッチング深さは、エッチングが、上ｐ−ＧａＮクラッド層を通過するにつれて、３１．６ｎｍ／分のエッチング速度で時間とともに直線的に増加した。しかしながら、２４から３８分までのエッチング時間に関して、エッチング深さは、時間とともに非常にゆっくりと変化し、計１４分間、８００から９００ｎｍまでの深さの辺りで留まった。この深さは、ＭＯＣＶＤ成長率較正によって決定される、ｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬの予測された深さとよく対応した。最後に、３８分以上のエッチング時間に関して、エッチング深さは、再度、時間とともに直線的に増加し、エッチングが、ｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬを通過し、下ｐ−ＧａＮクラッド層に進入したことを意味する。ｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬに対する４０ｎｍの較正された厚さおよび１４分の合計エッチング時間に基づいて、ｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬに対する計算されたエッチング速度は、２．９ｎｍ／分であった。これは、ｐ−ＧａＮ／ｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎに１０．９のエッチング選択性を与え、エッチング深さを制御するためにＥＳＬの有効性を検証する。
【００３１】
（リッジ導波路製造）
ＢＣｌ３／ＳＦ６エッチングの特徴付けに続いて、サンプルＡおよびＢは、自己整合リッジ導波路プロセスを使用してリッジ導波路形状構造に処理された。これは、図１のブロック１０４によって表される。
【００３２】
最初に、［０００１］ｃ−方向に沿って方向付けられたリッジ導波路は、２層フォトレジスト技法を使用するフォトリソグラフィーによって画定された。リソグラフィー条件は、下レジスト層が、後のリフトオフプロセスを容易にするために、上レジスト層と比較して、わずかな刻み目を有するように、調整された。
【００３３】
次に、サンプルＡおよびＢは、エッチングマスクの機能を果たす２層フォトレジストとともに、上述のＢＣｌ３／ＳＦ６エッチング条件を使用して３０分間エッチングされた。
【００３４】
ドライエッチングの後、Ｔａ２Ｏ５の２５０ｎｍは、リッジの電気的遮蔽のためにイオンビーム蒸着（ＩＢＤ）によってサンプル上に蒸着された。
【００３５】
次に、リッジの上に残ったＴａ２Ｏ５は、フォトレジストストリッパーにおいてフォトレジストマスクの残りを持ち上げることによって除去された。図２Ａは、Ｔａ２Ｏ５絶縁体リフトオフの直後のサンプルＡの形状を示す。
【００３６】
Ｔａ２Ｏ５リフトオフの完了後、Ｄｅｋｔａｋ  ＶＩ表面形状測定装置を使用して、サンプルＡおよびＢの表面プロファイルを測定し、２つのサンプルに関するエッチング深さを比較した。図５に示されるように、サンプルＡとＢとの間のエッチング深さは、大幅に異なった。２５０ｎｍのＴａ２Ｏ５層を考慮すると、サンプルＡの合計エッチング深さは、０．８６μｍでしかなかったが、サンプルＢの合計エッチング深さは、１．０３μｍであり、サンプルＡにおけるｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ  ＥＳＬのエッチング停止効果を示した。
【００３７】
（レーザダイオード製造）
Ｔａ２Ｏ５絶縁体を持ち上げた後、サンプルＡは、完成したリッジ導波路形状ＬＤ構造に処理された。これは、図１のブロック１０６によって示される。
【００３８】
厚いＰｄ／Ａｕ接点が、ｐ−接点を形成するために、リッジ導波路の上に蒸着された。
【００３９】
ｐ−接触蒸着に続いて、サンプルは、約５０μｍの厚さに、機械的研摩およびラッピングによって薄くされた。
【００４０】
次に、面劈開のためにサンプルを準備するために、ダイヤモンド針ベースのウエハスクライビング工具が、周期的スキップ・スクライブ技法と併せて使用された。スキップ・スクライブ技法は、ウエハにわたって共線的な一式の周期的８５μｍスキップステップおよび１１５μｍスクライブステップを用いて、サンプルのエピタキシャル側面をスクライブすることから構成される。スクライブ方向は、結晶の｛０００１｝平面に沿った劈開を容易にするために、結晶のアルファ軸と整合された。スキップステップの間、ダイヤモンド針がウエハの表面から持ち上げられ、ウエハが８５μｍの距離だけスクライブされない状態にした。この８５μｍのスキップ長さは、個々のリッジ導波路の位置と一致した。
【００４１】
スクライビングプロセスが完了した後、サンプルＡは、５００μｍのキャビティ長を有するレーザー棒に劈開された。
【００４２】
最後に、共通のｎ−接点が、包装およびコーティングされていないＬＤの電気的および発光的特徴付けを可能にするために、各レーザー棒のｎ−型ＧａＮ基板に作成された。
【００４３】
（レーザダイオードの電気的および発光的特徴付け）
図１のブロック１０８は、行われているレーザダイオードの電気的および発光的特徴付けを示す。
【００４４】
図６は、サンプルＡから製造された、幅４．５μｍ、長さ５００μｍのＬＤに対する典型的なパルス光−電流−電圧（Ｌ−Ｉ−Ｖ）を示す。光出力は、１μｓのパルス幅および１ｋＨｚの繰り返し率、２０度の段温度で、較正されたＳｉ光検出器を使用して単一のコーティングされていない鏡面から測定され、０．１％のデューティサイクルに相当した。閾値電圧および直列抵抗は、それぞれ、９．７Ｖおよび２０Ωであった。測定された閾値電流は、２０９．５ｍＡであり、９．３ｋＡ／ｃｍ２の閾値電流密度に相当した。
【００４５】
同ＬＤの発光スペクトルを図７に示す。スペクトルは、２５０ｍＡの駆動電流で上記の閾値で収集され、３９９．５ｎｍのピークレーザー波長を示した。
【００４６】
上記の説明は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的エッチングを達成するために使用され得る構造および方法を記載する。上記の説明は、独立非極性基板上に成長させられたＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤを記載するが、本発明の範囲は、１つ以上のＡｌ含有導波路クラッド層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤおよびすべての可能な外来基板のすべての可能な結晶方位で成長させられた（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤも含む。
【００４７】
エッチングプロセスの一貫性および精度における改良点は、これらの現在のレーザー設計エッチング技法への構造的および方法論的変形によっても達成され得る。
【００４８】
（可能な変形例および修正）
また、成長温度、成長圧力、Ｖ／ＩＩＩ比、前駆体流量、および源材料等のＭＯＣＶＤ成長条件の変形例も、本発明の範囲から逸脱することなく、可能である。界面の質の制御は、プロセスの重要な側面であって、特定のリアクタ設計の流量切替能力に直接関連する。成長条件の継続的最適化は、上記で説明される（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ薄膜のより正確な組成および厚さ制御をもたらすはずである。
【００４９】
上述の（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤは、複数の均質層から構成される。しかしながら、本発明の範囲はまた、可変または段階的組成を有する複数の層から構成される、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤも含む。
【００５０】
また、付加的不純物またはドーパントも、本発明で説明される（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ薄膜に組み込むことができる。例えば、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、およびＺｎが、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎヘテロ構造内の種々の層および隣接する層の伝導特性を改変するように、それらの層に頻繁に追加される。そのようなドーパントおよび本明細書に列挙されないその他の使用も、本発明の範囲内である。
【００５１】
また、本発明の範囲は、技術説明に引用される１つの非極性配向（ｍ−平面）以上も網羅する。本概念はまた、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ系半導体素子を成長させるために使用することができる、すべての極性、非極性および半極性平面に関する。用語「非極性平面」は、集合的にａ−平面として知られる｛１１−２０｝平面と、集合的にｍ−平面として知られる｛１０−１０｝平面と、を含む。「半極性平面」という用語は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類することができない、あらゆる平面を指すために使用することができる。結晶学的用語では、半極性平面は、少なくとも２つの非ゼロのｈ、ｉ、ｋミラー指数、および非ゼロのｌミラー係数を有する、任意の平面となるであろう。
【００５２】
また、本発明は、特定の結晶極性の選択も網羅する。波括弧｛｝の使用は、本書の全体を通して、対称性同等平面群を指す。したがって、｛１０−１２｝群は、（１０−１２）、（−１０１２）、（１−１０２）、（−１１０２）、（０１−１２）、および（０−１１２）平面を含む。これらの平面はすべて、Ｇａ−極性であって、結晶のｃ−軸が、基板から離れて指向することを意味する。同様に、｛１０−１−２｝群は、（１０−１−２）、（−１０１−２）、（１−１０−２）、（−１１０−２）、（０１−１−２）、および（０−１１−２）平面を含む。これらの平面はすべて、Ｎ−極性であって、結晶のｃ−軸が、基板に向かって指向することを意味する。単一結晶群内のすべての平面は、本発明の目的で同等であるが、極性の選択は、成長プロセスの挙動に影響を及ぼし得る。いくつかの用途では、Ｎ−極性平面上で成長することが望ましい一方で、他の場合では、Ｇａ−極性平面上の成長が好ましいであろう。両方の極性が、本発明の実践のために容認可能である。
【００５３】
さらに、独立非極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ基板以外の基板を、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ成長に使用することができる。本発明の範囲は、すべての可能な外来基板のすべての可能な結晶学的配向上での（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの成長を含む。これらの外来基板は、炭化ケイ素、窒化ガリウム、シリコン、酸化亜鉛、窒化ホウ素、アルミン酸リチウム、ニオブ酸リチウム、ゲルマニウム、窒化アルミニウム、没食子酸リチウム、部分的置換スピネル、およびγ−ＬｉＡｌＯ２構造を共有する四成分正方晶酸化物を含むが、それらに限定されない。
【００５４】
さらに、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ核生成（または緩衝）層および核生成層成長法における変形例が、本発明の実践のために容認可能である。核生成層の成長温度、成長圧力、配向、および組成は、後続薄膜およびヘテロ構造の成長温度、成長圧力、配向、ならびに組成に合致する必要はない。本発明の範囲は、すべての可能な核生成層および核生成層成長法を使用した、すべての可能な基板上の（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの成長を含む。
【００５５】
上記で説明される非極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤは、独立非極性ＧａＮ基板上で成長させられた。しかしながら、本発明の範囲はまた、エピタキシャル側方過成長（ＥＬＯ）（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎテンプレート上で成長させられた（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤも網羅する。ＥＬＯ法は、後続エピタキシャル層内の貫通転位（ＴＤ）密度を低減する方法である。ＴＤ密度の減少は、素子性能の改良につながり得る。ｃ−平面（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤについて、これらの改良は、増加した内部量子効率、低減した閾値電流密度、およびより長い素子寿命を含むことができる［参考文献２０］。これらの利点は、すべての可能な結晶方位でＥＬＯテンプレート上で成長させられたすべての（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤに関する。
【００５６】
上述の技術説明は、ＨＶＰＥによって、ｃ−方向に成長され、次いで、ｍ−平面表面を曝露するようにスライスされた、自立型非極性ＧａＮ基板上の非極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの成長について論じた。独立極性、非極性または半極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ基板はまた、外来基板を厚い極性、非極性または半極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ層から除去することによって、バルク（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎインゴットまたはブールを個々の極性、非極性または半極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎウエハに切生することによって、あるいは任意の他の可能な結晶成長またはウエハ製造法によって作成されてもよい。本発明の範囲は、すべての可能な結晶成長法およびウエハ製造法によって作成される、すべての可能な独立極性、非極性または半極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎウエハ上の極性、非極性または半極性（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの成長を含む。
【００５７】
上述の技術的解説は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ドライエッチングを達成するために、ＢＣｌ３およびＳＦ６を含有するプラズマを使用することを考察した。しかしながら、プラズマは、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ドライエッチングを達成するために、ＢＣｌ３およびＳＦ６以外のプロセスガスを含有し得た。本発明の範囲は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ドライエッチングを達成するために、すべての可能なプロセスガスの使用を含む。
【００５８】
上述の技術的解説は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ドライエッチングを達成するために、プラズマを使用することを考察した。しかしながら、エッチングプロセスは、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ウェットエッチングを達成するために、１つ以上の液体系エッチャントを使用し得た。本発明の範囲は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて選択的ウェットエッチングを達成するために、すべての可能な液体系エッチャントの使用を含む。
【００５９】
上述の技術的解説は、ＥＳＬとして４０ｎｍのＭｇドープｐ−Ａｌ０．０９Ｇａ０．９１Ｎ層を使用することを考察した。しかしながら、任意の組成または厚さのＡｌ含有層は、ＥＳＬのために使用され得た。すべての可能な組成および厚さのすべてのＥＳＬの使用は、本発明の実践に適している。
【００６０】
上述の技術的解説は、ＥＳＬが、ｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープＧａＮから構成される層に隣接する、ＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいてＡｌ含有ＥＳＬを使用することを考察した。しかしながら、ＥＳＬは、また、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎの任意のｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接し得た。加えて、ＥＳＬは、Ａｌ含有導波路クラッド層を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいて使用され得た。そのような構造は、恐らく、ＥＳＬと周囲層との間のエッチング選択性を低下させるだろうが、その使用は、本発明の範囲内である。本発明の範囲は、ＥＳＬが、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎの任氏のｎ型ドープ、ｐ型ドープ、または非ドープ合金から構成される層に隣接する状況を含む、すべての可能な（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ構造におけるすべての可能なＥＳＬの使用を含む。
【００６１】
上述の技術的解説は、８ｎｍのＩｎＧａＮ  ＱＷおよび８ｎｍのＧａＮ障壁を有する５周期非ドープＩｎＧａＮ／ＧａＮ  ＭＱＷ活性領域を有するＡＣＦ（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤを成長させることを考察した。これらの層は、Ａｌ含有クラッド層の非存在下での素子の操作のために十分な光閉じ込めを提供した。しかしながら、素子はまた、ＧａＮよりも高い屈折率を有する１つ以上の導波路層を含んでもよい。この代替構造では、ＱＷ活性領域および導波路層は、導波路コアとしてともに機能する。ＧａＮよりも高い屈折率を有する任意の導波路層の使用が、本発明の実践に好適である。
【００６２】
また、本発明は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおけるＩｎＧａＮ／ＧａＮ活性領域の使用に限定されない。（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎの他の合金は、本発明の実践のために（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおける活性領域において使用されてもよい。同様に、本発明は、ＱＷ厚さが、非極性および半極性ＱＷに対して典型的に４ｎｍ以上であるが、活性領域に対してか、またはＱＷに対して特定の厚さに限定されない。任意の組成または厚さの層を有する活性領域の使用は、本発明の実践に適している。
【００６３】
上述の技術的解説は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおいてＥＳＬおよびＥＢＬのために２つの異なるＡｌ含有層を使用することを考察した。しかしながら、１つ以上のＥＳＬは、本発明の実践のためにＥＢＬとして機能し得た。同様に、１つ以上のＥＢＬは、本発明の実践のためにＥＳＬとして機能し得た。本発明の範囲は、ＥＳＬがＥＢＬとしても機能するかどうかにかかわらず、すべての可能な（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ構造におけるすべての可能なＥＳＬを含める。
【００６４】
（命名法）
本明細書で使用される「（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ」または「ＩＩＩ−窒化物」という用語は、一種類、Ａｌ、Ｇａ、ＩｎおよびＢのそれぞれの窒化物、ならびにそのような３族金属種の二元、三元および四元組成を含むように幅広く解釈されるように意図される。したがって、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎという用語は、そのような命名法に含まれる種として、化合物ＡｌＮ、ＧａＮ、およびＩｎＮ、ならびに三元化合物ＡｌＧａＮ、ＧａＩｎＮ、およびＡｌＩｎＮ、および四元化合物ＡｌＧａＩｎＮを包含する。（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）構成種のうちの２つ以上が存在する時、（組成に存在する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）構成種のそれぞれを表す相対モル分率に関して）化学量論的割合ならびに「化学量論外」割合を含む、すべての可能な組成を、本発明の広義の範囲内で採用することができる。したがって、ＧａＮ材料に関する、以降の本発明の論議は、種々の他の（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料種の形成に適用可能であることが理解されるであろう。さらに、本発明の範囲内の（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ材料は、軽微な数量のドーパントおよび／または他の不純物あるいは包含物質をさらに含んでもよい。
【００６５】
（利点および改良点）
現在の従来の市販される（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ構造は、ウルツ鉱（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）Ｎ結晶構造のｃ−平面上に成長させられる。頑強な選択的エッチングプロセス不足により、製造業者は、典型的には、リッジ導波路エッチング深さを制御するためにタイミングおよび／またはレーザー干渉技法を使用する。そのような技法は、しばしば、再現性および精度の問題を有し、製造上の問題を引き起こし、全体的な素子率を低減させる。
【００６６】
したがって、本発明の目的は、向上した製造可能性および高性能を有する（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤを生成することである。（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおける選択的エッチングの実現は、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤの製造可能性における複数の進展を可能にするであろう。特に、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤにおけるＥＳＬの実装は、エッチングプロセスの一貫性および精度における顕著な改良点につながる可能性がある。本発明によって提供されるこれらの改良点、例えば、エッチングプロセスの一貫性および精度に対する改良点は、より高い全体的素子率、より低い閾値電流密度、より高いモード安定性、より高い欠陥のない出力レベル、およびより長い素子寿命を含むが、これらに限定されるものではない、（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤ製造業者に対する多くの利点につながる可能性がある。
【００６７】
提案される素子は、種々の商業、産業、または科学用途のための光源として使用されてもよい。これらの（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤは、現在市販される（Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂ）ＮのＬＤと同じ用途における有用性を見出すことを期待され得る。これらの用途として、固体投写型ディスプレイ、高解像度プリンタ、高密度光学データ記憶システム、次世代ＤＶＤプレーヤ、高効率固体照明システム、光感知用途、および医療用途が挙げられる。
【００６８】
（参考文献）
以下の参考文献は、参照することにより本明細書にその全体が組み込まれる。
【００６９】
【表１−１】
2013502724.tif 000003
【００７０】
【表１−２】
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【００７１】
【表１−３】
2013502724.tif 000005
（結論）
これは、本発明の好適な実施形態の説明を締めくくるものである。本発明の１つ以上の実施形態の上述の説明は、図解および説明のために示したものである。この記述は、網羅的であること、または本発明を開示された形態に限定することを意図したものではない。上述の教示に照らして、多数の修正および変形が可能である。本発明の範囲は、この詳細な説明によって限定されるのではなく、むしろ本明細書に添付された請求項によって限定されることを意図する。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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