(57)【要約】半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系レーザダイオードまたは発光ダイオードであって、アルミニウム含有量子井戸障壁を有する、光を放出するための半極性インジウム含有多重量子井戸を含み、インジウム含有多重量子井戸およびアルミニウム含有障壁は、半極性面上において半極性配向に成長させられる半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系レーザダイオードまたは発光ダイオードである。ＡｌＧａＮ量子井戸障壁の中のＡｌ百分率組成ｘは、０＜ｘ＜５％であってもよい。Ｉｎ含有量子井戸層は、ＡｌＧａＮ量子井戸障壁層を有しない素子と比較して、より多いＩｎ組成を有してもよい。
2013524535.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系光電子素子構造であって、該素子構造は、
活性層を含む１つ以上のＩＩＩ族窒化物素子層を含み、該活性層は、
少なくとも第１および第２のアルミニウム（Ａｌ）含有量子井戸障壁層と、
該第１と第２のＡｌ含有量子井戸障壁層との間に設置される半極性インジウム（Ｉｎ）含有量子井戸層と
を含み、該半極性Ｉｎ含有量子井戸層ならびに該第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層は、半極性面上において半極性配向に成長させられる、素子構造。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、
前記活性層の両側に設置される上方Ｉｎ含有分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層をさらに含み、該上方および下方ＳＣＨ層のＩｎ組成は、前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層を有しない類似素子の中の上方および下方ＳＣＨ層の中のＩｎ組成よりも多い、請求項１に記載の素子構造。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、
前記活性層の両側に設置される上方Ｉｎ含有分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層をさらに含み、該上方および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層は、１０％よりも多いＩｎ組成を有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項４】
前記Ａｌ含有量子井戸障壁層は、ＡｌＧａＮであり、前記Ｉｎ含有量子井戸層は、ＩｎＧａＮである、請求項１に記載の素子構造。
【請求項５】
前記上方および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層は、ＩｎＧａＮ層である、請求項２に記載の素子構造。
【請求項６】
前記上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層のうちの少なくとも１つは、可変Ｉｎ組成を含むＩｎＧａＮ／ＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子（ＳＬ）構造である、請求項２に記載の素子構造。
【請求項７】
前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層のＡｌ組成は、前記下方および上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層によって生じる前記素子構造の中における歪みを補償することによって、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、該下方および上方ＳＣＨ層のＩｎ組成によって生じる前記ＩＩＩ族窒化物素子層の中のミスフィット転位を低減または防止する、請求項２に記載の素子構造。
【請求項８】
前記素子構造は、少なくとも３の光閉じ込め係数および２０ｍＡの駆動電流に対して少なくとも２ｍＷの出力パワーを有するレーザダイオード構造である、請求項６に記載の素子構造。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、積層欠陥またはミスフィット転位を伴わずに、コヒーレントに成長させられる、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、発光素子を形成し、前記活性層は、光を放出し、該素子は、該活性層の上面の全体、底面の全体、または側壁の全体のうちの１つ以上にわたって、均一に該光を放出する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１１】
前記第１および第２のＡｌＧａＮ量子井戸障壁のＡｌ組成は、前記量子井戸の中のＩｎ組成による歪みを補償することによって、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、前記半極性Ｉｎ含有量子井戸の中のＩｎ組成によって生じる前記素子構造の中の三角形暗欠陥を低減または防止する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１２】
前記素子構造の中の暗欠陥は、１００マイクロメートル×１００マイクロメートルを下回る表面積および〜４．５×１０３ｃｍ−２を下回る密度を有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１３】
前記半極性面は、２０−２１、１１−２２、３０−３１、３０−３−１、１０−１−１、（ｎ０−ｎ１）、（ｎ０−ｎ−１）面であり、ｎは、平面ステップ成長が達成されるような整数であり、前記ＩＩＩ族窒化物素子層および前記量子井戸構造は、平滑平面表面および界面を有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１４】
２つの鏡によって囲まれるレーザキャビティをさらに含み、該鏡は、ドライエッチングによってエッチングされるかまたは劈開される、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１５】
前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁の中のＡｌ百分率組成ｘは、０＜ｘ＜５％である、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１６】
前記素子構造は、緑色光を放出する（２０−２１）面レーザダイオードを形成する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１７】
前記素子構造を含むＡｌＧａＮ無被覆層レーザダイオードをさらに含み、前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、
ＧａＮ基板の半極性面上またはその上方に配置される第１のＧａＮ被覆層と、
該第１のＧａＮ被覆層上またはその上方に配置される第１のＩｎＧａＮ誘導または分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層と、
該第１のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層上またはその上方に配置される活性層と、
該活性層上またはその上方に配置される第２のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層と、
該第２のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層上またはその上方に配置される第２のＧａＮ被覆層と
をさらに含む、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１８】
前記インジウム含有量子井戸層は、前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層を有しない素子と比較して、インジウムのより多い組成を有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項１９】
前記Ｉｎ含有量子井戸層ならびに前記第１および第２のＡｌ含有障壁層は、前記素子が、緑色、黄色、または赤色スペクトル範囲の中にピーク強度を有する光を放出あるいは吸収するようなものである、請求項１に記載の素子構造。
【請求項２０】
前記Ｉｎ含有量子井戸層および前記Ａｌ含有障壁層は、前記素子が、５１５ｎｍを上回るピーク波長を有する光を放出または吸収するようなものである、請求項１に記載の素子構造。
【請求項２１】
前記Ｉｎ含有量子井戸層は、少なくとも１６％のインジウム組成および４ナノメートルを上回る厚さを有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項２２】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、０．０７ｎｍを下回る二乗平均平方根表面粗度を有する上面または界面を有する、請求項１に記載の素子構造。
【請求項２３】
半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系光電子素子を加工するための方法であって、該方法は、
活性層を含む１つ以上のＩＩＩ族窒化物素子層を形成することを含み、該活性層は、
第１の半極性アルミニウム（Ａｌ）含有量子井戸障壁層を蒸着することと、
該第１のＡｌ含有量子井戸障壁層上に半極性インジウム（Ｉｎ）含有量子井戸層を蒸着することと、
半極性Ｉｎ含有量子井戸が、ＡｌＧａＮ量子井戸障壁層の間に設置されるように、該Ｉｎ含有量子井戸層上に、第２の半極性Ａｌ含有量子井戸障壁層を蒸着することであって、該半極性ＩｎＧａＮ量子井戸層および該ＡｌＧａＮ量子井戸障壁層は、半極性面上において半極性配向に成長させられる、ことと
によって形成される、方法。
【請求項２４】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層を蒸着することは、
下方Ｉｎ含有分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層を蒸着することと、
該下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層上または上方に、前記活性層を蒸着することと、
該活性層上または上方に、上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層を蒸着することであって、該上方および下方ＳＣＨ層のＩｎ組成は、前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層を有しない類似素子の中の上方および下方ＳＣＨ層の中のＩｎ組成よりも多い、ことと
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層を蒸着することは、
下方Ｉｎ含有分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層を蒸着することと、
該下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層上または上方に、前記活性層を蒸着することと、
該活性層上または上方に、上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層を蒸着することであって、該上方および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層は、１０％を上回るＩｎ組成を有する、ことと
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記Ａｌ含有量子井戸障壁層は、ＡｌＧａＮであり、前記Ｉｎ含有量子井戸層は、ＩｎＧａＮである、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記上方および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層は、ＩｎＧａＮ層である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２８】
前記上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層および下方Ｉｎ含有ＳＣＨ層のうちの少なくとも１つは、可変Ｉｎ組成を含むＩｎＧａＮ／ＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子（ＳＬ）構造である、請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層のＡｌ組成は、前記下方および上方Ｉｎ含有ＳＣＨ層によって生じる前記素子構造の中の歪みを補償することによって、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、該下方および上方ＳＣＨ層のＩｎ組成によって生じる前記ＩＩＩ族窒化物素子層の中のミスフィット転位を低減または防止する、請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記素子構造は、少なくとも３の光閉じ込め係数を有するレーザダイオード構造である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、積層欠陥またはミスフィット転位を伴わずに、コヒーレントに成長させられる、請求項２３に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、発光素子を形成し、前記活性層は、光を放出し、該素子は、該活性層の上面の全体、底面の全体、または側壁の全体のうちの１つ以上にわたって均一に該光を放出する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１および第２のＡｌＧａＮ量子井戸障壁のＡｌ組成は、前記量子井戸の中のＩｎ組成による歪みを補償することによって、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、前記半極性Ｉｎ含有量子井戸の中のＩｎ組成によって生じる前記素子構造の中の三角形暗欠陥を低減または防止する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３４】
前記素子構造の中の暗欠陥は、１００マイクロメートル×１００マイクロメートルを下回る表面積および〜４．５×１０３ｃｍ−２を下回る密度を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３５】
前記半極性面は、２０−２１、１１−２２、３０−３１、３０−３−１、１０−１−１、（ｎ０−ｎ１）、（ｎ０−ｎ−１）面であって、ｎは、平面ステップ成長が達成されるような整数であって、前記ＩＩＩ族窒化物素子層および前記量子井戸構造は、平滑平面表面および界面を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３６】
２つの鏡によって囲まれるレーザキャビティをさらに含み、該鏡は、ドライエッチングによってエッチングされるかまたは劈開される、請求項２３に記載の方法。
【請求項３７】
前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁の中のＡｌ百分率組成ｘは、０＜ｘ＜５％である、請求項２３に記載の方法。
【請求項３８】
前記ＩＩＩ族窒化物層は、緑色光を放出する（２０−２１）面レーザダイオードを形成する、請求項２３に記載の方法。
【請求項３９】
前記素子構造から、ＡｌＧａＮ無被覆層レーザダイオードを形成することをさらに含み、前記ＩＩＩ族窒化物素子層を形成することは、
ＧａＮ基板の半極性面上または上方に、第１のＧａＮ被覆層を蒸着することと、
該第１のＧａＮ被覆層上または上方に、第１のＩｎＧａＮ誘導または分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層を蒸着することと、
該第１のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層上または上方に活性層を蒸着することと、
該活性層上または上方に第２のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層を蒸着することと、
該第２のＩｎＧａＮ誘導またはＳＣＨ層上またはその上方に配置される第２のＧａＮ被覆層を蒸着することと
をさらに含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項４０】
前記インジウム含有量子井戸層は、前記第１および第２のＡｌ含有量子井戸障壁層を有しない素子と比較して、インジウムについてのより多い組成を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項４１】
前記Ｉｎ含有量子井戸層ならびに前記第１および第２のＡｌ含有障壁層は、前記素子が、緑色、黄色、または赤色スペクトル範囲の中にピーク強度を有する光を放出または吸収するようなものである、請求項２３に記載の方法。
【請求項４２】
前記Ｉｎ含有量子井戸層および前記Ａｌ含有障壁層は、前記素子が、５１５ｎｍを上回るピーク波長を有する光を放出または吸収するようなものである、請求項２３に記載の方法。
【請求項４３】
前記Ｉｎ含有量子井戸層は、少なくとも１６％のインジウム組成および４ナノメートルを上回る厚さを有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項４４】
前記ＩＩＩ族窒化物素子層は、０．０７ｎｍを下回る二乗平均平方根表面粗度を有する上面または界面を有する、請求項２３に記載の方法。
【請求項４５】
素子の量子井戸構造の中のアルミニウム（Ａｌ）含有障壁層を使用する方法であって、該方法は、
該Ａｌ含有障壁層を使用して、該素子の中のミスフィット転位、積層欠陥、または暗無発光性欠陥のうちの１つ以上を低減または防止することを含む、方法。
【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、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｏｈｔａ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋによる同時係属で共通譲受人の米国仮特許出願第６１／３２０，９５４号（名称「ＡｌＧａＮ  ＢＡＲＲＩＥＲＳ  ＡＮＤ  ＳＥＰＡＲＡＴＥ  ＣＯＮＦＩＮＥＭＥＮＴ  ＨＥＴＥＲＯＳＴＲＵＣＴＵＲＥ（ＳＣＨ）  ＬＡＹＥＲＳ  ＦＯＲ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  ＰＬＡＮＥ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ−ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ  ＡＮＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」、２０１０年４月５日出願、代理人整理番号３０７９４．３６７−ＵＳ−ＰＩ（２０１０−５４４−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この出願は、参照することによって本明細書に援用される。
【０００２】
本願はまた、以下の同時係属で共通譲受人の米国特許出願：
Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ、Ｍａｔｈｅｗ  Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｋｗａｎｇ  Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄａｎｉｅｌ  Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる米国実用特許出願第１２／０３０，１１７号（名称「Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｌ−ｘ）Ｎ−ＣＬＡＤＤＩＮＧ−ＦＲＥＥ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＧＡＮ−ＢＡＳＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ  ＡＮＤ  ＬＥＤＳ」、２００８年２月１２日出願、代理人整理番号３０７９４．２２２−ＵＳ−Ｕ１（２００７−４２４））であって、この出願は、Ｄａｎｉｅｌ  Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ、Ｍａｔｈｅｗ  Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ、Ｋｗａｎｇ  Ｃｈｏｏｎｇ  Ｋｉｍ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄａｎｉｅｌ  Ａ．Ｃｏｈｅｎ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによる米国仮特許出願第６０／８８９，５１０号（名称「Ａｌ（ｘ）Ｇａ（ｌ−ｘ）Ｎ−ＣＬＡＤＤＩＮＧ−ＦＲＥＥ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＧＡＮ−ＢＡＳＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ  ＡＮＤ  ＬＥＤＳ」、２００７年２月１２日出願、代理人整理番号３０７９４．２２２−ＵＳ−Ｐ１（２００７−４２４−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによるＰＣＴ国際出願第ＵＳ２０１０／３７６２９号（名称「ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＬＡＤＤＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ」、２０１０年６月７日出願、代理人整理番号３０７９４．３１４−ＵＳ−ＷＯ（２００９−６１４−２））であって、この出願は、Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒによる米国仮特許出願第６１／１８４，６６８号（名称「ＡＳＹＭＭＥＴＲＩＣＡＬＬＹ  ＣＬＡＤＤＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ」、２００９年６月５日出願、代理人整理番号３０７９４．３１４−ＵＳ−Ｐ１（２００９−６１４−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる米国実用出願第１２／７９５，３９０号（名称「ＬＯＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＡＮＤ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」、２０１０年６月７日出願、代理人整理番号３０７９４．３１５−ＵＳ−Ｕｌ（２００９−６１６−２））であって、この出願は、同時係属で共通譲受人のＡｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによる米国仮特許出願第６１／１８４，７２９号（名称「ＬＯＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ｍ−ＰＬＡＮＥ  （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」、２００９年６月５日出願、代理人整理番号３０７９４．３１５−ＵＳ−Ｐ１（２００９−６１６−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
Ｐｏ  Ｓｈａｎ  Ｈｓｕ、Ｋａｔｈｒｙｎ  Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈａｅｇｅｒ、Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｏｈｔａ、Ａｎｕｒａｇ  Ｔｙａｇｉ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋによる米国実用特許出願第１３／０４１，１２０号（名称「ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＯＮ  Ｍ−ＰＬＡＮＥ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ  ＷＩＴＨ  ＭＩＳＣＵＴＳ  ＬＥＳＳ  ＴＨＡＮ  ＋／−１５  ＤＥＧＲＥＥＳ  ＩＮ  ＴＨＥ  Ｃ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ」、２０１１年３月４日出願、代理人整理番号３０７９４．３６６−ＵＳ−Ｕ１（２０１０−５４３−２））であって、この出願は、Ｐｏ  Ｓｈａｎ  Ｈｓｕ、Ｋａｔｈｒｙｎ  Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ、Ｒｏｂｅｒｔ  Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ、Ｄａｎｉｅｌ  Ｈａｅｇｅｒ、Ｈｉｒｏａｋｉ  Ｏｈｔａ、Ａｎｕｒａｇ  Ｔｙａｇｉ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、およびＪａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋによる米国仮特許出願第６１／３１０，６３８号（名称「ＳＥＭＩ−ＰＯＬＡＲ  ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＯＮ  Ｍ−ＰＬＡＮＥ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥＳ  ＷＩＴＨ  ＭＩＳＣＵＴＳ  ＬＥＳＳ  ＴＨＡＮ  ＋／−１５  ＤＥＧＲＥＥＳ  ＩＮ  ＴＨＥ  Ｃ−ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ」、２０１０年３月４日出願、代理人整理番号３０７９４．３６６−ＵＳ−ＰＩ（２０１０−５４３−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張する；
と関連し、これらの出願は、参照することによって本明細書に援用される。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、ＡｌＧａＮ障壁および超格子分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）を有する半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系レーザダイオード（ＬＤ）と、その加工方法に関する。
【背景技術】
【０００４】
（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、参照［ｘ］によって、いくつか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。
【０００５】
ウルツ鉱（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎレーザダイオード（ＬＤ）は、緑色レーザ用途の有望な候補のうちの１つである。第１のｃ−面ＧａＮ系レーザダイオード（ＬＤ）は、Ｎａｋａｍｕｒａら［１（非特許文献１）］によって実証されて以来、長波長ＬＤの飛躍的な発展を遂げている。最近、ｃ−面ＬＤの最長レージング波長は、パルス動作下、５３２ｎｍに到達した［２（非特許文献２）］。緑色ＬＤ実証の成功にも関わらず、ｃ−面上に成長させられた素子は、量子井戸内の電子および正孔波動関数の空間分離のため内部量子効率を低下させる、大規模偏光関連電場によって、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）を被る［３（非特許文献３）］。これはまた、小パワー変換効率をもたらす、より高い動作電圧を生じさせ得る［２（非特許文献２）］。非極性および半極性ＧａＮ系素子もまた、ＱＣＳＥを全くまたは殆ど呈さないため、より長い波長ＬＤとして有望視されている［４−７（非特許文献４−６）］。異方性帯構造によって、非極性および半極性配向上に成長させられるＬＤのより高い利得が、理論上、予測され、実験的に実証されている［８−９（非特許文献７−８）］。また、非極性ｍ−面ＬＤは、実際のＬＤ動作下、ｃ−面ＬＤより高いスロープ効率を有する［１０−１２（非特許文献９−１１）］。しかしながら、ミスカットｍ−面ＧａＮ基板［１４（非特許文献１３）］を使用することによって、本発明の研究グループによって取得されたｍ−面ＬＤの最長レージング波長は、４９２ｎｍであって［１３（非特許文献１２）］、公称上、軸上ｍ−面上の最長公表レージング波長は、４９９．８ｎｍであった［１５（非特許文献１４）］。多重量子井戸（ＭＱＷ）内へのインジウム取り込みを達成することの困難性と、井戸内における基面積層欠陥（ＢＰＳＦ）形成の可能性［１６（非特許文献１５）］によって、これまで、ｍ−面ＬＤの場合、レージング波長は、５００ｎｍ未満に限定されている。
【０００６】
ＧａＮの半極性面は、ｃ−面ＧａＮと比較して、偏光関連電場を低減させ、可能性として、利得を増加させる、アプローチをもたらす。半極性面（２０−２１）は、パルス動作下、５３１ｎｍのレージング波長［１７（非特許文献１６）］、ＣＷ動作下、５２３ｎｍのレージング波長［１８（非特許文献１７）］を実証している。緑色光を放出する、高Ｉｎ含有量量子井戸（ＱＷ）から、高内部量子効率を達成するために、大歪みによって発生されるインジウム分離および欠陥は、高インジウム含有量ＱＷ内で排除されなければならない。Ｅｎｙａらは、格子整合四元ＡｌＩｎＧａＮ被覆を利用して、エピタキシャル構造内の歪みを低減させ、十分な光閉じ込めを実現している［１７（非特許文献１６）］。Ｔｙａｇｉらは、四元ＡｌＩｎＧａＮ成長の困難性を回避するために、別の方法として、ＧａＮ被覆層を有する、高インジウム含有量ＩｎＧａＮ誘導層を報告している［１９（非特許文献１８）］。（２０−２１）バルクＧａＮ基板上に成長させられる長波長ＬＤが、実証されたが、高品質活性領域成長の詳細な成長研究は、報告されていない。
【０００７】
加えて、従来の（２０−２１）−面ＬＤ構造は、以下の特色を含む。
【０００８】
１．従来の最先端（２０−２１）−面ＬＤは、図１に示されるように、活性領域内において、ＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁とともに成長させられる。図１は、（２０−２１）ＧａＮ基板１０２と、ＧａＮ基板１０２上または上方のｎ−型ＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）層１０４と、ｎ−ＧａＮ層１０４上または上方のｎ−ＧａＮ被覆層１０６と、ｎ−ＧａＮ被覆層１０６上または上方のｎ−ＩｎＧａＮバルク分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）層１０８（５−１０％Ｉｎ組成、例えば、６％を有する）と、ｎ−ＩｎＧａＮバルクＳＣＨ１０８上または上方に、ＧａＮまたはＩｎＧａＮ障壁を有する、１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を備える、発光活性層１１０と、活性層１１０上または上方のｐ−型ＡｌＧａＮ（ｐ−ＡｌＧａＮ）電子遮断層（ＥＢＬ）１１２と、ｐ−ＡｌＧａＮＥＢＬ１１２上または上方のｐ−ＩｎＧａＮバルクＳＣＨ層１１４（５−１０％Ｉｎ組成、例えば、６％を有する）と、ｐ−ＩｎＧａＮバルクＳＣＨ層１１４上または上方のｐ−型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）被覆層１１６と、ｐ−ＧａＮ被覆層１１６上または上方のｐ＋＋−型ＧａＮ接触層１１８とを備える、ＬＤ素子１００構造を例示する。
【０００９】
２．従来の最先端（２０−２１）−面ＬＤは、高Ｉｎ含有量ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層を使用しない。
【００１０】
３．従来の最先端（２０−２１）−面ＬＤは、ＩｎＧａＮ  ＳＣＨ層に対して、非対称ＩｎＧａＮ／ＧａＮ短周期超格子（ＳＰＳＬＳ）を使用しない。
【００１１】
その結果、当技術分野において、改良型ＬＤ構造の必要性がある。本発明は、その必要性を満たす。本発明は、ＡｌＧａＮ障壁（例えば、ＡｌＧａＮ／ＩｎＧａＮＭＱＷ）を有する、高品質活性領域成長を開示し、半極性（２０−２１）窒化物の場合、室温下、５１６ｎｍレージング放出を実証する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｍ．Ｓｅｎｏｈ，Ｓ．Ｎａｇａｈａｍａ，Ｎ．Ｉｗａｓａ，Ｔ．Ｙａｍａｄａ，Ｔ．Ｍａｔｓｕｓｈｉｔａ，Ｈ．Ｋｉｙｏｋｕ，ａｎｄ  Ｙ．Ｓｕｇｉｍｏｔｏ：Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３５（１９９６）Ｌ７４．
【非特許文献２】Ａ．Ａｖｒａｍｅｓｃｕ，Ｔ．Ｌｅｒｍｅｒ，Ｊ．Ｍｕｌｌｅｒ，Ｃ．Ｅｉｃｈｌｅｒ，Ｇ．Ｂｒｕｅｄｅｒｌ，Ｍ．Ｓａｂａｔｈｉｌ，Ｓ．Ｌｕｔｇｅｎ，ａｎｄ  Ｕ．Ｓｔｒａｕｓｓ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ３（２０１０）０６１００３．
【非特許文献３】Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ  ａｎｄ  Ｓ．Ｆ．Ｃｈｉｃｈｉｂｕ：ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．３４（２００９）３０４．
【非特許文献４】Ｈ．Ｏｈｔａ  ａｎｄ  Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ：ＭＲＳ  Ｂｕｌｌ．３４（２００９）３２４．
【非特許文献５】Ｋ．Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ，Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ，Ｍ．Ｔ．Ｈａｒｄｙ，Ｃ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｐ．Ｓ．Ｈｓｕ，Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌｌ，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：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２（２００９）０７１００３．
【非特許文献６】Ｋ．Ｃ．Ｋｉｍ，Ｍ．Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｈ．Ｓａｔｏ，Ｆ．Ｗｕ，Ｎ．Ｆｅｌｌｏｗｓ，Ｚ．Ｊｉａ，Ｍ．Ｓａｉｔｏ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９１（２００７）１８１１２０．
【非特許文献７】Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｓ．Ｂｒｉｎｋｌｅｙ，Ｈ．Ｃ．Ｋｕｏ，Ｔ．Ｍｅｌｏ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４  （２００９）２６１１０８．
【非特許文献８】Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｋ  ａｎｄ  Ｄ．Ａｈｎ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９０（２００７）０１３５０５．
【非特許文献９】Ｓ．Ｈ．Ｐａｒｋ  ａｎｄ  Ｄ．Ａｈｎ：ＩＥＥＥ  Ｊ．Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ．４３（２００７）１１７５．
【非特許文献１０】Ｍ．Ｋｕｂｏｔａ，Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｔ．Ｔａｎａｋａ，ａｎｄ  Ｈ．Ｏｈｔａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ１（２００８）０１１１０２．
【非特許文献１１】Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｔ．Ｔａｎａｋａ，ａｎｄ  Ｍ．Ｋｕｂｏｔａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  １（２００８）０７２２０１．
【非特許文献１２】Ｙ．Ｔｓｕｄａ，Ｍ．Ｏｈｔａ，Ｐ．Ｏ．Ｖａｃｃａｒｏ，Ｓ．Ｉｔｏ，Ｓ．Ｈｉｒｕｋａｗａ，Ｙ．Ｋａｗａｇｕｃｈｉ，Ｙ．Ｆｕｊｉｓｈｉｒｏ，Ｙ．Ｔａｋａｈｉｒａ，Ｙ．Ｕｅｔａ，Ｔ．Ｔａｋａｋｕｒａ，ａｎｄ  Ｔ．Ｙｕａｓａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  １（２００８）０１１１０４．
【非特許文献１３】Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ：Ｄｒ．Ｔｈｅｓｉｓ，Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ａｎｄ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ  Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ  ｏｆ  Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ，Ｓａｎｔａ  Ｂａｒｂａｒａ（２０１０）．
【非特許文献１４】Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ，Ｍ．Ｔ．Ｈａｒｄｙ，Ｐ．Ｓ．Ｈｓｕ，Ｋ．Ｍ．Ｋｅｌｃｈｎｅｒ，Ｃ．Ｙ．Ｈｕａｎｇ，Ｄ．Ａ．Ｈａｅｇｅｒ，Ｒ．Ｍ．Ｆａｒｒｅｌｌ，Ｋ．Ｆｕｊｉｔｏ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２（２００９）０８２１０２．
【非特許文献１５】Ｋ．Ｏｋａｍｏｔｏ，Ｊ．Ｋａｓｈｉｗａｇｉ，Ｔ．Ｔａｎａｋａ，ａｎｄ  Ｍ．Ｋｕｂｏｔｏ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９４（２００９）０７１１０５．
【非特許文献１６】Ｆ．Ｗｕ，Ｙ．Ｄ．Ｌｉｎ，Ａ．Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ，Ｈ．Ｏｈｔａ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ，ａｎｄ  Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．９６（２０１０）２３１９１２．
【非特許文献１７】Ｙ．Ｅｎｙａ，Ｙ．Ｙｏｓｈｉｚｕｍｉ，Ｔ．Ｋｙｏｎｏ，Ｋ．Ａｋｉｔａ，Ｍ．Ｕｅｎｏ，Ｍ．Ａｄａｃｈｉ，Ｔ．Ｓｕｍｉｔｏｍｏ，Ｓ．Ｔｏｋｕｙａｍａ，Ｔ．Ｉｋｅｇａｍｉ，Ｋ．Ｋａｔａｙａｍａ，ａｎｄ  Ｔ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｅｘｐｒｅｓｓ  ２（２００９）０８２１０１．
【非特許文献１８】Ｊ．Ｗ．Ｒａｒｉｎｇ，Ｅ．Ｍ．Ｈａｌｌ，Ｍ．Ｃ．Ｓｃｈｍｉｄｔ，Ｃ．Ｐｏｂｌｅｎｚ，Ｂ．Ｌｉ，Ｎ．Ｐｆｉｓｔｅｒ，Ｄ．Ｆ．Ｆｅｅｚｅｌｌ，Ｒ．Ｃｒａｉｇ，Ｊ．Ｓ．Ｓｐｅｃｋ，Ｓ．Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ，ａｎｄ  Ｓ．Ｎａｋａｍｕｒａ：Ｐｒｏｃ．ＳＰＩＥ  ７６０２（２０１０）７６０２１８．
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
前述の従来技術における制限を克服するため、および本明細書の熟読および理解に応じて明白となる他の制限を克服するために、本発明は、ＡｌＧａＮ障壁および超格子ＳＣＨを有する、半極性ＩＩＩ族窒化物半導体系ＬＤと、その加工方法を開示する。
【００１４】
具体的には、本発明は、半極性（２０−２１）−面ＩｎＧａＮ／ＧａＮ系活性領域を採用する、長波長ＬＤを加工するための技法について説明する。本発明は、特に、緑色スペクトル範囲の中の長波長ＬＤの構造、電気、および光学特性を改良するための新規構造およびエピタキシャル成長技法を特徴とする。
【００１５】
このスペクトル範囲内において、大規模三角形無放射欠陥が、（２０−２１）−面ＩｎＧａＮ量子井戸から観察されている。表面起伏が、ミスフィット転位発生に関連する、高インジウム（Ｉｎ）組成誘導層を有するレーザ構造の中に示されている。
【００１６】
歪み補償層としてのＡｌＧａＮ障壁の使用は、平滑表面形態を維持し、三角形無放射欠陥の数を低減させ、本発明に、ＳＣＨ内のＩｎ組成を増加させることを可能にすることができる。ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層の使用は、ＩｎＧａＮバルク誘導層より高い屈折率差およびより高い閉じ込め係数を達成することができるように、ＳＣＨの中により多い平均Ｉｎ組成を提供する。
【００１７】
例えば、本発明は、アルミニウム（Ａｌ）含有量子井戸障壁層を含む、活性層を含む１つ以上のＩＩＩ族窒化物素子層と、Ａｌ含有量子井戸障壁層間に設置される半極性インジウム（Ｉｎ）含有量子井戸層とを備え、半極性Ｉｎ含有量子井戸層およびＡｌ含有量子井戸障壁層が、半極性面上に半極性配向に成長させられる、半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系光電子素子構造を開示する。
【００１８】
ＡｌＧａＮ量子井戸障壁の中のＡｌ百分率組成ｘは、０＜ｘ＜５％であってもよい。Ｉｎ含有量子井戸層は、ＡｌＧａＮ量子井戸障壁層を有しない素子と比較して、より多いＩｎ組成を有してもよい。Ｉｎ含有量子井戸層およびＡｌ含有障壁層は、素子が、緑色、黄色、または赤色スペクトル範囲の中のピーク強度を有する光を放出あるいは吸収するような、例えば、素子が、５１５ｎｍ超のピーク波長を有する光を放出または吸収するようなものであってもよい。Ｉｎ含有量子井戸層は、例えば、少なくとも１６％のインジウム組成および４ナノメートル超の厚さを有してもよい。
【００１９】
半極性面は、２０−２１、１１−２２、３０−３１、３０−３−１、１０−１−１、（ｎ０−ｎ１）、（ｎ０−ｎ−１）面であってもよく、ｎは、平面ステップ成長が達成されるような整数であって、ＩＩＩ族窒化物素子層および量子井戸構造は、平滑平面表面と、界面とを有する。
【００２０】
ＩＩＩ族窒化物素子層は、積層欠陥またはミスフィット転位を伴わずに、コヒーレントに成長させられてもよい。ＩＩＩ族窒化物素子層は、０．０７ｎｍ未満の二乗平均平方根表面粗度を有してもよい。
【００２１】
ＩＩＩ族窒化物素子層は、発光素子を形成してもよく、活性層は、光を放出し、素子は、活性層の上面の全体、底面の全体、または側壁の全体のうちの１つ以上にわたって、均一に光を放出する。
【００２２】
ＩＩＩ族窒化物素子層はさらに、活性層の両側に設置される、上方Ｉｎ含有分離閉じ込めヘテロ構造（ＳＣＨ）または導波層と、下方Ｉｎ含有ＳＣＨまたは導波層とを備えてもよく、上方および下方Ｉｎ含有導波またはＳＣＨ層のＩｎ組成は、Ａｌ含有量子井戸障壁を伴わない、類似素子のＳＣＨまたは導波層内のＩｎ組成よりも多い。
【００２３】
ＩＩＩ族窒化物素子層はさらに、活性層の両側に設置される、上方Ｉｎ含有ＳＣＨまたは導波層と、下方Ｉｎ含有ＳＣＨまたは導波層とを備えてもよく、上方および下方Ｉｎ含有導波またはＳＣＨ層は、１０％超のＩｎ組成を有する。
【００２４】
例えば、Ａｌ含有層は、ＡｌＧａＮであってもよく、Ｉｎ含有層は、ＩｎＧａＮであってもよい。
【００２５】
上方Ｉｎ含有ＳＣＨおよび下方ＳＣＨのうちの少なくとも１つは、可変Ｉｎ組成を備える、ＩｎＧａＮ／ＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子（ＳＬ）構造であってもよい。
【００２６】
Ａｌ含有量子井戸障壁のＡｌ組成は、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、下方および上方Ｉｎ含有ＳＣＨによって生じる素子構造内の歪みを補償することによって、下方および上方Ｉｎ含有ＳＣＨのＩｎ組成によって生じる、ＩＩＩ族窒化物素子層内のミスフィット転位を低減または防止してもよい。Ａｌ含有量子井戸障壁のＡｌ組成は、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、量子井戸内のＩｎ組成による歪みを補償することによって、量子井戸内のＩｎ組成によって生じる、素子構造内の三角形暗欠陥を低減または防止してもよい。素子構造内の暗欠陥は、１００マイクロメートル×１００マイクロメートル未満の表面積を有してもよい。
【００２７】
素子構造は、２０ｍＡの駆動電流に対して、少なくとも３の光閉じ込め係数および少なくともの出力パワーを有するレーザダイオード構造であってもよい。素子はさらに、２つの鏡によって囲まれるレーザキャビティを備えてもよく、鏡は、ドライエッチングによってエッチングされるかまたは分割される。
【００２８】
素子は、緑色光を放出する、（２０−２１）面レーザダイオードであってもよい。例えば、レーザダイオードは、ＡｌＧａＮ−無被覆層レーザダイオード（または、被覆層含有Ａｌを伴わない、レーザダイオード）を備えてもよく、ＩＩＩ族窒化物素子層はさらに、ＧａＮ基板の半極性面上またはその上方に配置される、第１のＧａＮ被覆層と、第１のＧａＮ被覆層上またはその上方に配置される、第１のＩｎＧａＮ誘導層と、第１のＩｎＧａＮ誘導層上またはその上方に配置される、活性層と、活性層上またはその上方に配置される、第２のＩｎＧａＮ誘導層と、第２のＩｎＧａＮ誘導層上またはその上方に配置される、第２のＧａＮ被覆層とを備える。
【００２９】
本発明はさらに、半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系光電子素子を加工するための方法であって、活性層を含む、１つ以上のＩＩＩ族窒化物素子層を形成するステップであって、活性層が、Ａｌ含有量子井戸障壁層を蒸着することによって形成されるステップと、半極性Ｉｎ含有量子井戸が、Ａｌ含有量子井戸障壁層間に設置されるように、半極性Ｉｎ含有量子井戸層を設置するステップとを備え、半極性Ｉｎ含有量子井戸層およびＡｌ含有量子井戸障壁層が、半極性面上に半極性配向に成長させられる、方法を開示する。
【００３０】
本発明はさらに、素子の量子井戸構造内において、Ａｌ含有障壁層を使用する方法であって、素子内のミスフィット転位、積層欠陥、または暗無発光性欠陥のうちの１つ以上を低減または防止するためのＡｌ含有障壁層を使用するステップを備える、方法を開示する。
【００３１】
次に、図面を参照するが、全体を通して、類似参照数字は、対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】図１は、従来技術による、ＬＤ構造の概略断面を示し、矢印は、ＧａＮの１０−１０および０００１方向を示し、円は、ＧａＮの１１−２０方向（紙面外）を示す。
【図２】図２は、本発明の方法を例示する、流れ図である。
【図３】図３は、本発明による、量子井戸を加工する方法を例示する。
【図４−１】図４（ａ）は、本発明のある実施形態による、素子構造の概略断面である。
【図４−２】図４（ｂ）は、本発明の別の実施形態による、素子構造の概略断面であって、矢印は、ＧａＮの１０−１０および０００１方向を示し、円は、ＧａＮの１１−２０方向（紙面外）を示す。
【図４−３】図４（ｃ）は、図４（ｂ）の構造の素子を通した、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）画像である。
【図４−４】図４（ｄ）は、ＡｌＧａＮ障壁および７％ＩｎＧａＮ  ＳＣＨ層を有する、ＬＤ構造のＴＥＭ画像を示し、尺度は、５０ｎｍである。
【図４−５】図４（ｅ）および図４（ｆ）は、ＡｌＧａＮ障壁および７％ＩｎＧａＮ  ＳＣＨを有する、ＡｌＧａＮ無被覆レーザ構造のＴＥＭ画像を示し、図４（ｅ）は、ｇ＝０００２（矢印によって示される）の場合であって、図４（ｆ）は、ｇ＝１１−２０（矢印によって示される）の場合であって、尺度は、両図において、５０ｎｍである。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、ＩｎＧａＮＳＣＨを伴わないもの（図５（ａ））と、ＩｎＧａＮＳＣＨを有するもの（図５（ｂ））のレーザ構造の蛍光顕微鏡画像を示し、黒線特徴が、ＩｎＧａＮＳＣＨを有する場合に示さされ、尺度は、図５（ａ）および図５（ｂ）において、１００マイクロメートル（μｍ）であって、レーザ構造内のＩＩＩ族窒化物のｃ−投影方向およびａ−方向は、矢印によって示される。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、５％ＩｎＧａＮＳＣＨを有するもの（図６（ａ））と、７．５％ＩｎＧａＮＳＣＨを有するもの（図６（ｂ））のレーザ構造の蛍光顕微鏡画像を示し、尺度は、図６（ａ）および図６（ｂ）において、１００μｍであって、レーザ構造内のＩＩＩ族窒化物のｃ−投影方向およびａ−方向は、矢印によって示される。
【図７】図７（ａ）および図７（ｂ）は、
【００３３】
【化１】
2013524535.tif 000003
面上に成長させられる図１のＡｌＧａＮ−無被覆層ＬＤ構造の蛍光顕微鏡画像を示し、ＬＤ活性領域は、４．５ｎｍの厚さおよび１０ｎｍ厚のＩｎＧａＮ障壁を有する、３つのＩｎＧａＮ量子井戸を含む、３周期ＭＱＷを備え、大きな黒色三角形領域（光出力が減少）および暗線欠陥を示し、レーザ構造内のＩＩＩ族窒化物のｃ−投影方向およびａ−方向は、矢印によって示され、尺度は、図７（ａ）では、１００マイクロメートルであって、図７（ｂ）では、２０マイクロメートルである。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、
【００３４】
【化２】
2013524535.tif 000004
面上に成長させられる図１のＡｌＧａＮ−無被覆層ＬＤ構造の蛍光顕微鏡画像を示し、ＬＤ活性領域は、４．５ｎｍの厚さおよび１０ｎｍ厚のＩｎＧａＮ障壁を有する、５つのＩｎＧａＮ量子井戸を含む、５周期ＭＱＷを備え、大きな黒色三角形領域（光出力が減少）および暗線欠陥を示し、レーザ構造内のＩＩＩ族窒化物のｃ−投影方向およびａ−方向は、矢印によって示され、尺度は、図８（ａ）では、１００マイクロメートルであって、図８（ｂ）では、２０マイクロメートルである。
【図９】図９は、ＧａＮ障壁を備える、レーザＡのエピタキシャルウエハ、ＡｌＧａＮ障壁を備える、レーザＢのエピタキシャルウエハ、およびＩｎＧａＮ障壁を備える、レーザＣのエピタキシャルウエハの写真を示す。
【図１０】図１０（ａ）および図１０（ｂ）は、レーザＡの同一面積の蛍光顕微鏡（ＦＬＯＭ）画像（図１０（ａ））および光学顕微鏡（ＯＭ）画像（図１０（ｂ））を示し、レーザ構造内のＩＩＩ族窒化物のｃ−投影方向およびａ−方向は、矢印によって示される。
【図１１】図１１（ａ）、図（ｂ）、および図１１（ｃ）は、それぞれ、レーザＡ、レーザＢ、およびレーザＣの蛍光顕微鏡画像である。
【図１２】図１２は、（ａ）レーザＡの全体的エピタキシャルウエハおよび（ｂ）レーザＢの全体的エピタキシャルウエハの蛍光顕微鏡画像を示し、フォトルミネセンス（ＰＬ）ピーク波長は、レーザＡおよびレーザＢの量子井戸活性領域内のＩｎ％組成が、図１２（ａ）および（ｂ）内の左から右に、（非意図的に）低から高に増加することに伴って、ウエハにわたって、左から右に徐々に増加する。
【図１３】図１３は、（ａ）ＧａＮ障壁、（ｂ）ＩｎＧａＮ障壁、および（ｃ）ＡｌＧａＮ障壁を有する、レーザ構造の蛍光顕微鏡画像を示し、尺度は、（ａ）、（ｂ）、および（ｃ）において、１００μｍである。
【図１４】図１４は、ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層（Ｉｎ％＝１０％）のＸ線回折（ＸＲＤ）走査を示し、計数（１ｋ＝１０００、１Ｍ＝１０６）対オメガ２シータをプロットする。
【図１５】図１５は、ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層（Ｉｎ％＝１０％）の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）走査を示し、灰色尺度単位は、ピコメートル（ｐｍ）である。
【図１６】図１６は、レーザ素子の代表的劈開ファセットの走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。
【図１７】図１７は、レーザＢの逆格子マッピングを示す。
【図１８】図１８は、ＩｎＧａＮ障壁、ＧａＮ障壁、およびＡｌＧａＮ障壁を有する、レーザエピタキシャルウエハに対する、エレクトロルミネセンス出力パワー対放出ピーク波長（ナノメートル、ｎｍ）の依存度を示す。
【図１９】図１９（ａ）は、２０ｍＡの駆動電流の関数としての自発放出のと、放出波長（ナノメートル、ｎｍ）の関数としてのＩ＞Ｉｔｈの場合の駆動電流の５１６ｎｍの誘導放出の代表的スペクトルを示し（ＡｌＧａＮ障壁を有するレーザに対して、放出の強度（任意の単位、ａ．ｕ．）をプロットする）、差し込み図は、５１６ｎｍレーザダイオード（ＬＤ）からの遠視野放出パターンの写真である。図１９（ｂ）は、ファセットコーティング後における、パルス動作（デューティサイクル＝０．０１％）下、２μｍのリッジ幅および１２００μｍのキャビティ長を有する、ＬＤの光出力パワー−注入電流−電圧（ＬＩＶ）曲線を示し、ＬＤに供給される駆動電流（ミリアンペア、ｍＡ）の関数として、出力パワー（ミリワット、ｍＷ）および電圧（Ｖ）をプロットする。
【図２０】図２０は、本発明の実施形態を使用することによって、５１３ｎｍレージングが達成されたことを示し、波長（ｎｍ）の関数として、任意の単位（ａ．ｕ．）におけるレーザの出力強度を示し、差し込み図は、光を放出するレーザ構造の写真である。
【図２１】図２１は、ＡｌＧａＮ障壁層内のＡｌ％組成の関数として、図４（ｂ）のＬＤの閉じ込め係数をプロットする計算である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
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。
【００３６】
（概要）
本発明の目的は、緑色スペクトル範囲の中の高効率半極性
【００３７】
【化３】
2013524535.tif 000005
−面ＬＤを開発することであった。目標は、高Ｉｎ含有量ＩｎＧａＮ井戸とともに、高効率活性領域および均一かつ平滑高Ｉｎ含有量ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層を使用しながら、平滑界面および平滑表面形態を達成し、無放射欠陥を低減させることであった。
【００３８】
量子井戸の前および間におけるＡｌＧａＮ障壁の使用は、平滑形態（蛍光顕微鏡画像に例示されるように）およびＩｎＧａＮ  ＳＣＨ層（Ｉｎ％＞５％を有する）を有するレーザ構造内の平滑界面をもたらした。ＡｌＧａＮ無被覆ＬＤ（ＩｎＧａＮ誘導／ＧａＮ被覆）では、本発明は、ＡｌＧａＮ−障壁が、例えば、図１３に示されるように、三角形無放射欠陥を防止する際、有効であったことを確認した。
【００３９】
ＡｌＧａＮ障壁を使用することによって、本発明は、光閉じ込めを向上させることができる、誘導層内のＩｎ組成を増加させてもよい。ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層の使用は、同一成長条件下、ＩｎＧａＮバルクＳＣＨ層（〜６％Ｉｎ）内より高い平均Ｉｎ含有量（〜１０％Ｉｎ）をもたらした。
【００４０】
この技術に基づいて、本発明は、５１３ｎｍおよび５１６ｎｍにおいて、レージングを確認した。
【００４１】
（命名法）
ＧａＮ、ならびにアルミニウムおよびインジウムを組み込む、その三元および四元化合物（ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ）は、一般的に、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ、ＩＩＩ窒化物、ＩＩＩ族窒化物、窒化物、０＜ｘ＜１および０＜ｙ＜１であるＡｌ（１−ｘ−ｙ）ＩｎｙＧａｘＮ、または本明細書で使用されるようなＡｌＩｎＧａＮといった用語を使用して呼ばれる。これら全ての用語は、同等であることを目的とし、単一の種、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのそれぞれの窒化物、ならびにそのようなＩＩＩ族金属種の二元、三元、および四元化合物を含むと広義に解釈される。したがって、これらの用語は、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）構成種のうちの２つ以上が存在するとき、（組成に存在する（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ）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、全ての可能な組成を、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、主に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）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（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）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。ホウ素（Ｂ）もまた、含まれてもよい。
【００４２】
「ＡｌｘＧａ１−ｘＮ無被覆」という用語は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ超格子、バルクＡｌｘＧａ１−ｘＮ、またはＡｌＮ等のＡｌの任意のモル分率を含有する、導波被覆層が不在であることを指す。光学誘導のために使用されない他の層が、ある程度の量のＡｌ（例えば、１０％Ａｌ含有量未満）を含有してもよい。例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ電子遮断層は、存在しなくてもよい。
【００４３】
ＧａＮまたはＩＩＩ族窒化物ベースの光電子素子内の自発および圧電偏光効果を排除する１つのアプローチは、結晶の非極性面上でＩＩＩ族素子を成長させることである。そのような面は、等しい数のＧａ（またはＩＩＩ族原子）およびＮ原子を含有し、電荷中性である。さらに、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、成長方向に沿って偏光されないであろう。ＧａＮ内の対称同等非極性面の２つのそのような族は、集合的にａ−面として知られている｛１１−２０｝族、および集合的にｍ−面として知られている｛１−１００｝族である。したがって、非極性ＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ族窒化物の（０００１）ｃ−軸と垂直な方向に沿って成長させられる。
【００４４】
（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ、Ｂ）Ｎ素子内の偏光効果を低減させる別のアプローチは、結晶の半極性面上で素子を成長させることである。「半極性面（ｓｅｍｉ−ｐｏｌａｒ  ｐｌａｎｅ）」（また、「半極性面（ｓｅｍｉｐｏｌａｒ  ｐｌａｎｅ）」とも称される）という用語は、ｃ−面、ａ−面、またはｍ−面として分類することができない、任意の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、任意の面を含んでもよい。
【００４５】
（技術説明）
本発明は、半極性ＧａＮ、ＧａＮ被覆、ＩｎＧａＮ誘導層、およびＡｌＧａＮ障壁を備える、ＬＤを開示する。ＡｌＧａＮ成長は、種々の困難性を生じさせ、ＩｎＧａＮ誘導が、ＬＤの光学モードを閉じ込めるために不可欠であるので、ＡｌＧａＮ無被覆素子は、大量生産に好適である。より多いＩｎ組成が好ましいが、高Ｉｎは、ミスフィット転位を生じさせる（参考文献［１］参照）。ＡｌＧａＮ障壁は、歪みを補償し、本発明に、誘導層内のＩｎ組成を増加させることを可能にすることによって、ミスフィット転位を防止することができる。
【００４６】
（プロセスステップ）
図２は、半極性面ＩＩＩ族窒化物半導体系光電子素子を加工する方法を例示する流れ図である。方法は、以下のステップを備える。
【００４７】
ブロック２００は、半極性成長に好適な基板、例えば、Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎによって提供される、自立形（２０−２１）ＧａＮ基板を取得するステップを表す。
【００４８】
ブロック２０２は、基板上に、１つ以上の第１のＩＩＩ族窒化物素子層を蒸着（例えば、成長）させるステップを表す。第１のＩＩＩ族窒化物層は、基板上に、１つ以上の第１の極性または第１のドープ（例えば、ｎ−型またはｐ−型）ＩＩＩ族窒化物層を備えてもよい。
【００４９】
ブロック２０４は、ブロック２０２のＩＩＩ族窒化物層上に、１つ以上のＩＩＩ族窒化物活性層を蒸着するステップを表す。図３は、第１のアルミニウム（Ａｌ）含有（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、式中、０＜ｘ＜１）量子井戸障壁層３００（例えば、ブロック２０２のｎ−型またはｐ−型ＩＩＩ族窒化物層上に）、その後、第１のＡｌ含有量子井戸障壁層３００上に蒸着される、インジウム（Ｉｎ）含有量子井戸層３０２、その後、Ｉｎ含有量子井戸層３０２上に蒸着される、第２のＡｌ含有（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ、式中、０＜ｘ＜１）量子井戸障壁層３０４を蒸着するステップを備え得ることを例示する。層は、多重量子井戸（ＭＱＷ）が存在するように、蒸着されてもよい。図３は、例えば、トリエチルアルミニウム（ＴＭＡ）フロー３０６およびトリエチルガリウム（ＴＥＧ）フロー３０８を使用して成長させられた障壁層３００、３０４と、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）フロー３１０およびＴＥＧフロー３０８を使用して成長させられた量子井戸層３０２を例示する。ＭＱＷの場合、少なくとも１つのＡｌＧａＮ障壁が、ＭＱＷ内の各ＱＷ間に設置されてもよい。
【００５０】
Ａｌ含有（例えば、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）量子井戸障壁３００、３０４の中のＡｌ百分率組成ｘは、例えば、０＜ｘ＜５％であってもよい。ＡｌＧａＮ量子井戸障壁のＡｌ組成は、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、量子井戸内の高Ｉｎ組成内の歪みを補償することによって、多重量子井戸の量子井戸内の高Ｉｎ組成によって生じる、ＬＥＤ内の三角形暗欠陥を低減または防止してもよい。
【００５１】
Ｉｎ含有（例えば、ＩｎＧａＮ）量子井戸層３０２は、第１および第２のＡｌ含有（例えば、ＡｌＧａＮ）量子井戸障壁層３００、３０４を有しない素子と比較して、インジウム（Ｉｎ）のより多い組成を有してもよい。Ｉｎ含有（例えば、ＩｎＧａＮ）量子井戸層３０２および第１および第２のＡｌ含有（例えば、ＡｌＧａＮ）障壁層３００、３０４は、素子が、緑色、黄色、または赤色スペクトル範囲の中のピーク強度を有する光を放出あるいは吸収するようなもの、例えば、ピーク波長が、５１５ｎｍまたは５２８ｎｍ超であるようなものであってもよい。Ｉｎ含有（例えば、ＩｎＧａＮ）量子井戸層３０２は、例えば、少なくとも１６％のインジウム組成および４  ナノメートル超の厚さを有してもよい。典型的には、ＱＷ内へのＩｎの取り込みが増加することに伴って、ＱＷからの放出波長は、より長い波長に向かって増加される。
【００５２】
ブロック２０６は、ブロック２０４の活性層上に、１つ以上の第２のＩＩＩ族窒化物層を蒸着するステップを表す。第２のＩＩＩ族窒化物層は、１つ以上の第２の極性または第２のドープ（ｎ−型またはｐ−型）ＩＩＩ族窒化物層を備えてもよい。第２の極性または第２のドープＩＩＩ族窒化物層は、例えば、ブロック２０２における層と反対極性を有してもよい。例えば、ｎ−型ＩＩＩ族窒化物層が、ブロック２０２において蒸着される場合、ｐ−型ＩＩＩ族窒化物層は、ブロック２０６において、蒸着されてもよい。または、ｐ−型ＩＩＩ族窒化物層が、ブロック２０２において蒸着される場合、ｐ−型ＩＩＩ族窒化物層は、例えば、ブロック２０６において、蒸着されてもよい。
【００５３】
ブロック２０２および２０６のＩＩＩ族窒化物層は、例えば、導波層および被覆層（例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮ被覆層）を含んでもよい。
【００５４】
本開示全体を通して、「上の（ｏｎ）」（第２の層「上の」第１の層を説明するために使用されるように）という用語は、第２の層上または上方にある、それを覆って、あるいはそれに連結される、第１の層を含むように定義される。
【００５５】
ブロック２０８は、結果として生じた素子構造を表す。
【００５６】
一実施形態では、図４（ａ）に例示されるように、結果として生じた素子構造４００は、第１のドープ（例えば、ｎ−型）ＩＩＩ族窒化物素子層４０４と第２のドープＩＩＩ族窒化物素子層４０６（例えば、ｐ−型）との間に設置される、１つ以上のＩＩＩ族窒化物活性層４０２を含むＩＩＩ族窒化物素子層を備える。代替として、層４０４は、ｐ−型であってもよく、層４０６は、ｎ−型であってもよい。ＩＩＩ族窒化物層は、基板４１０（例えば、ＧａＮ）の上面４０８に蒸着される。ＧａＮ基板の上面は、半極性面（例えば、２０−２１、１１−２２、３０−３１、３０−３−１、１０−１−１、（ｎ０−ｎ１）、（ｎ０−ｎ−１）面）であってよく、ｎは、平面ステップ成長が達成されるような整数であって、素子の層および量子井戸構造は、平滑平面表面を有する。
【００５７】
ＩＩＩ族窒化物層は、特定の種類の素子層に限定されない。例えば、光電子素子のＩＩＩ族窒化物層は、ＬＤ、ＡｌＧａＮ無被覆ＬＤ、発光ダイオード（ＬＥＤ）、太陽電池、光検出器、光結晶レーザ、垂直キャビティ面発光レーザ、スーパールミネセントダイオード、半導体増幅器、トランジスタ（例えば、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ））等のための素子層であってもよい。
【００５８】
別の実施形態では、図４（ｂ）は、（２０−２１）半極性面である、基板４１０の上面４０８上の自立形（２０−２１）ＧａＮ基板４１０上にホモエピタキシャルに成長させられたＬＤ構造４１２を備える、結果として生じた素子構造を示す。
【００５９】
図４（ｂ）の構造は、ＡｌＧａＮ無被覆であって、さらに、ＧａＮ基板４１０上のｎ−型ＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）層４１４と、ｎ−ＧａＮ層４１４上のｎ−ＧａＮ被覆層４１６（１μｍ厚のＳｉ−ドープｎ−ＧａＮ）と、ｎ−ＧａＮ被覆層４１６上に、５−１５％Ｉｎ組成（５０−ｎｍ厚のＳｉ−ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝７〜１０％））を有する、ｎ−型ＩｎＧａＮ（ｎ−ＩｎＧａＮ）超格子（ＳＬ）ＳＣＨまたは導波層４１８と、半極性ＩｎＧａＮ量子井戸を含む、量子井戸構造を備える活性領域４２０と、量子井戸構造が、ｎ−型ＩｎＧａＮ  ＳＬ  ＳＣＨ４１８上にある半極性ＩｎＧａＮ量子井戸間のＡｌＧａＮ量子井戸障壁（４．５ｎｍ厚のＩｎＧａＮ井戸および１０ｎｍ厚のＡｌＧａＮ障壁を有する、３周期ＭＱＷ）と、活性層４２０上のｐ−型ＡｌＧａＮ電子遮断層（ＥＢＬ）（１０ｎｍ厚のＡｌ０．２０Ｇａ０．８０Ｎ）４２２と、ＡｌＧａＮ  ＥＢＬ４２２上に、５−１５％Ｉｎ組成（５０−ｎｍ厚のＭｇ−ドープＩｎｘＧａ１−ｘＮ（ｘ＝７〜１０％））を有する、ｐ−型ＩｎＧａＮ（ｐ−ＩｎＧａＮ）ＳＬＳＣＨまたは導波層４２４と、ｐ−型ＩｎＧａＮＳＣＨまたは導波層４２４上のｐ−型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）被覆層４２６（５００ｎｍ厚のＭｇ−ドープｐ−ＧａＮ）と、ｐ−型ＧａＮ被覆層４２６上のｐ＋＋型ＧａＮ接触層（１００−ｎｍ厚のＭｇ−ドープｐ＋＋ＧａＮ接触層）４２８とを備える。
【００６０】
しかしながら、別の実施形態では、素子は、ＧａＮと異なる材料の被覆層４１６、４２６を有してもよく、例えば、ＡｌＧａＮ被覆層が、使用されてもよい。
【００６１】
素子構造は、気圧金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）によって、成長させられてもよい。成長条件は、［２７］（Ａｒｐａｎ  Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ、Ｙｏｕ−Ｄａ  Ｌｉｎ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓによって、２０１０年６月７日に出願された米国実用出願第１２／７９５，３９０号「ＬＯＮＧ  ＷＡＶＥＬＥＮＧＴＨ  ＮＯＮＰＯＬＡＲ  ＡＮＤ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥＳ」）に説明されるようなものであって、本願は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００６２】
ブロック２０２および２０６のｎ−型およびｐ−型ＩＩＩ族窒化物層は、可変Ｉｎ組成を備える、バルク構造またはＩｎＧａＮ／ＧａＮ（または、ＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ）超格子（ＳＬ）構造４１８、４２４である、下方および上方インジウム（Ｉｎ）含有（例えば、ＩｎＧａＮ）導波層またはＳＣＨ層を備えてもよい。下方および上方Ｉｎ含有（例えば、ＩｎＧａＮ）誘導層またはＳＣＨ４１８、４２４は、（例えば、活性層が、下方誘導層上および上方誘導層下にあるように、活性層４２０の両側に）設置され、下方と上方Ｉｎ含有誘導層またはＳＣＨ４１８、４２４間に、レーザダイオードの光学モードを閉じ込めるような組成を有してもよい。下方および上方Ｉｎ含有導波層またはＳＣＨのＩｎ組成は、Ａｌ含有（例えば、ＡｌＧａＮ）量子井戸障壁を伴わない、レーザダイオードまたは類似素子の上方および下方導波層内のＩｎ組成より多くあることができる。下方および上方Ｉｎ含有（例えば、ＩｎＧａＮ）導波またはＳＣＨ層４１８、４２４のＩｎ組成は、例えば、５％超または１０％超であってもよい。導波層はまた、誘導層と称されてもよい。
【００６３】
図４（ｃ）は、図４（ｂ）の構造とともに加工されたＬＤのＴＥＭ画像であって、ＳＣＨ層４１８、４２４が、ＳＬ構造であることを示す。図４（ｃ）もまた、半極性ＩｎＧａＮ量子井戸４３０と、半極性ＩｎＧａＮ量子井戸４３０間のＡｌＧａＮ量子井戸障壁４３２、ＡｌＧａＮＥＢＬ４２２とを含む、活性層４２０の量子井戸構造を示す。
【００６４】
したがって、ブロック２０４、図４（ａ）、および図４（ｂ）は、活性層を含む、１つ以上のＩＩＩ族窒化物素子層４０２を例示し、活性層は、少なくとも第１および第２のＡｌＧａＮ量子井戸障壁層４３２と、第１と第２のＡｌＧａＮ量子井戸障壁層４３２との間に設置される、半極性ＩｎＧａＮ量子井戸層４３０とを含み、半極性ＩｎＧａＮ量子井戸層および第１および第２のＡｌＧａＮ量子井戸障壁層４３２は、半極性面４０８上に半極性配向に成長させられる。
【００６５】
図４（ｄ）は、ｎ−ＩｎＧａＮ（７％Ｉｎ）バルクＳＣＨ４３４およびｐ−ＩｎＧａＮ（７％Ｉｎ）バルクＳＣＨ４３６層（ＳＬ層４１８、４２４の代わりに）を有する、図４（ｂ）による、ＡｌＧａＮ無被覆レーザ構造のＴＥＭ画像を示す。また、示されるのは、ｐ−ＧａＮ層４２６、ＥＢＬ層４２２、およびＡｌＧａＮ障壁４３２を有する、ＩｎＧａＮ井戸４３０を備える、（ｎ−型ＩｎＧａＮ（７％Ｉｎを有する）バルクＳＣＨ４３４上の）量子井戸構造である。ミスフィット転位は、図４（ｄ）のＴＥＭでは、観察されない。
【００６６】
図４（ｅ）（矢印に沿って、ｇ＝０００２）および図４（ｆ）（矢印に沿って、ｇ＝１１−２０）は、ｎ−型ＩｎＧａＮ（７％Ｉｎ）バルクＳＣＨ層４３４およびｐ−型ＩｎＧａＮ（７％Ｉｎ）バルクＳＣＨ層４３６（ＳＬ層４１８、４２４の代わりに）を有する、図４（ｂ）による、ＬＤ構造のＴＥＭ画像を示し、活性領域４２０は、ｎ−型７％ＩｎＧａＮバルクＳＣＨ層４３４上に、量子井戸構造を備え、量子井戸構造は、ＡｌＧａＮ障壁４３２を有する、ＩｎＧａＮ井戸４３０を備える。図４（ｅ）および図４（ｆ）のＴＥＭ画像は、欠陥（例えば、積層欠陥）およびミスフィット転位を有していない。しかしながら、他の実施形態では、積層欠陥またはミスフィット転位密度は、１０６ｃｍ−２未満であってもよい。
【００６７】
Ａｌ含有量子井戸障壁４３２のＡｌ組成は、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、下方および上方Ｉｎ含有誘導層４１８、４２４によって生じる、レーザダイオードまたは素子内の歪みを補償することによって、下方および上方Ｉｎ含有誘導層４１８、４２４のＩｎ組成によって生じる、レーザダイオードまたは素子内のミスフィット転位を低減または防止してもよい。
【００６８】
例えば、Ａｌ含有量子井戸障壁４３２のＡｌ組成は、より少ないＡｌ組成を有する量子井戸障壁と比較して、量子井戸４３０内の高Ｉｎ組成内の歪みを補償することによって、量子井戸内の高Ｉｎ組成によって生じる、レーザダイオードまたは素子内の無発光性欠陥（例えば、三角形暗欠陥）を低減または防止してもよい。
【００６９】
図４（ａ）および図４（ｂ）はまた、ＩＩＩ族窒化物層４０２−４０６が、各層４０２−４０６の上面またはその間の界面４４０が、半極性面（例えば、表面４０８の半極性面）であるように、上面４０８上に、半極性配向または方向（例えば、２０−２１方向）４３８に、エピタキシャルに成長させられ得ることを例示する。
【００７０】
本発明は、Ａｌ含有量子障壁層、Ｉｎ含有量子井戸層、およびＩｎ含有ＳＣＨ層を使用してもよい。図４（ｂ）−（ｆ）は、Ａｌ含有層が、ＡｌＧａＮ４３２であって、Ｉｎ含有層が、ＩｎＧａＮ４３０、４１８である、具体的実施例を例示する。
【００７１】
ブロック２１０は、素子構造を素子に処理するステップを表す。例えば、１２００μｍのキャビティ長を有する、２μｍリッジのストライプパターンが、従来のリソグラフィおよびドライエッチング技法によって、ｃ−軸の面内投影に沿って、図４（ａ）の構造内に形成されてもよい。ファセットは、劈開によって、形成されてもよい。ＳｉＯ２（５２０ｎｍにおいてｎ＝１．５）およびＴａ２Ｏ５（５２０ｎｍにおいてｎ＝２．２）スタックから成る、高反射率分布型Ｂｒａｇｇ反射器（ＤＢＲ）が、従来のスパッタリングプロセスによって、劈開ファセット上に蒸着された。５２０ｎｍにおける、正面および後面ファセットの反射率は、それぞれ、９７および９９％であった。
【００７２】
一実施形態では、素子構造は、少なくとも３の光閉じ込め係数および２０ｍＡの駆動電流に対して少なくとも２ｍＷの出力パワーを有する、レーザダイオード構造である。
【００７３】
光電子および電子素子の加工において、当技術分野において周知のように、ステップは、省略または追加されてもよく、あるいは付加的層（例えば、ｎ−およびｐ−接点および電極）が、追加されてもよい。
【００７４】
（実験結果）
図５（ａ）および５（ｂ）は、（２０−２１）面上で成長させられた図１のＡｌＧａＮ−無被覆層レーザ構造の蛍光顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ１１８側から放出される蛍光を視認する）を示す。しかしながら、図５（ａ）は、バルクＩｎＧａＮＳＣＨ１０８、１１４を有しない図１のレーザ構造の画像である一方、図５（ｂ）は、バルクＩｎＧａＮＳＣＨ１０８、１１４を有する、図１のレーザ構造の画像である。両方の図５（ａ）および図５（ｂ）では、活性層１１０は、
【００７５】
【化４】
2013524535.tif 000006
面上に成長させられたＧａＮまたはＩｎＧａＮ障壁を有するＩｎＧａＮ量子井戸を備える。黒線特徴５００は、バルクＩｎＧａＮ  ＳＣＨ１０８、１１４（図５（ｂ））を有する場合に示されるが、黒線特徴は、バルクＩｎＧａＮＳＣＨ（図５（ａ））を伴わない場合、不可視である。
【００７６】
図６（ａ）および６（ｂ）は、図１のＡｌＧａＮ−無被覆層ＬＤ構造の蛍光顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ１１８側から放出される蛍光を視認する）を示す。図６（ａ）および図６（ｂ）は、５％バルクＩｎＧａＮＳＣＨ１０８、１１４（図６（ａ））および７．５％バルクＩｎＧａＮＳＣＨ１０８、１１４（図６（ｂ））を有する、
【００７７】
【化５】
2013524535.tif 000007
面上に成長させられたＡｌＧａＮ無被覆ＬＤ構造に対して測定された。黒線特徴または欠陥６００は、図６（ｂ）において、より顕著であって、黒線特徴または欠陥６００の数が、ＳＣＨ１０８、１１４内のインジウム組成が増加することに伴って増加することを示す（図６（ａ）と比較して、図６（ｂ）における、より多くの黒線欠陥によって示されるように）。
【００７８】
ＳＣＨ内のより多いＩｎ組成もまた、活性領域内の黒線欠陥形成をもたらす、全体的構造内に蓄積されたより高い圧縮歪みを意味する。ＡｌＧａＮ障壁は、活性領域内のこの歪みを補償することができる。
【００７９】
図７（ａ）および７（ｂ）は、図１のＡｌＧａＮ−無被覆層ＬＤ構造の蛍光顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ１１８側から放出される蛍光を視認する）を示す。図７（ａ）および図７（ｂ）は、４．５ｎｍ厚および１０ｎｍ厚のＩｎＧａＮ障壁を有する、３つのＩｎＧａＮ量子井戸を備える、３周期ＭＱＷを有する、（２０−２１）面上に成長させられたＡｌＧａＮ無被覆ＬＤ構造に対して測定される。大きな黒色三角形領域７００（光出力が減少）および暗線欠陥７０２が、可視である。
【００８０】
図８（ａ）および８（ｂ）は、図１のＡｌＧａＮ−無被覆層ＬＤ構造の蛍光顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ１１８側から放出される蛍光を視認する）を示す。図８（ａ）および図８（ｂ）は、４．５ｎｍ厚および１０ｎｍ厚のＩｎＧａＮ障壁を有する、５つのＩｎＧａＮ量子井戸を備える、５周期ＭＱＷを有する、（２０−２１）面上に成長させられたＡｌＧａＮ無被覆ＬＤ構造に対して測定される。大きな黒色三角形領域８００（光出力が減少）および暗線欠陥８０２が、可視である。
【００８１】
図４（ｂ）の構造を使用する、３つのレーザサンプル（レーザＡ、レーザＢ、およびレーザＣ）が、成長させられた。レーザＡでは、ＡｌＧａＮ障壁４３２は、ＧａＮ障壁（ＧａＮ  ｂｒ）と置換され、レーザＢでは、Ａｌ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ障壁４３２が、使用され（ＡｌＧａＮｂｒ）、レーザＣでは、ＡｌＧａＮ障壁４３２は、Ｉｎ０．０３Ｇａ０．９７Ｎ障壁（ＩｎＧａＮ  ｂｒ）と置換された。
【００８２】
図９は、ＬＤ成長後のレーザＡ、レーザＢ、およびレーザＣの上部のデジタル写真を示す。レーザＡ、Ｂ、およびＣのエレクトロルミネセンス（ＥＬ）自発放出ピーク波長は、５２０-５４０ｎｍの範囲であった。レーザＢ（ＡｌＧａＮ障壁を有する）が、視覚的尺度において、均一のように見えることは明白である。対照的に、レーザＡ（ＧａＮ障壁を有する）およびレーザＣ（ＩｎＧａＮ障壁を有する）の大きな面積は、視覚的尺度において、（暗面積９００によって証明されるように）不均一であった。したがって、ＩＩＩ族窒化物素子層は、発光素子を形成し得、活性層は、光を放出し、素子は、活性層の上面の全体、底面の全体、または側壁の全体のうちの１つ以上にわたって、均一に光を放出する。
【００８３】
レーザＡの同一面積の蛍光顕微鏡画像および光学顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ４２８側を視認する）は、それぞれ、図１０（ａ）および１０（ｂ）に示される。本発明は、非発光三角形面積１０００が、蛍光および光学顕微鏡画像の両方において観察され得ることに注目する。三角形面積１０００は、推定上、ＱＷ４３０内に高密度の無放射再結合中心を有する、欠陥から成り、これらの欠陥群は、緑色スペクトル範囲（放出波長λ＞５１５ｎｍ）内における、ＱＷ４３０からの低出力パワーを生じさせる。
【００８４】
レーザＡ（ＧａＮ障壁を有する）、レーザＢ（ＡｌＧａＮ障壁を有する）、およびレーザＣ（ＩｎＧａＮ障壁を有する）のより高い倍率を有する、レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ４２８側を視認する、蛍光顕微鏡画像が、それぞれ、図１１（ａ）−１１（ｃ）に示される。図１１（ｂ）では、レーザＢは、非発光領域を有しない、均一なＱＷ放出を示し、ＥＬ自発放出ピーク波長は、５２７ｎｍであった。全３つのＬＤに共通である、方向
【００８５】
【化６】
2013524535.tif 000008
に沿った条線１１００は、エピタキシャル成長が、ＩｎＧａＮ誘導層４１８、４２４を含有するときに現れる。レーザＢと比較して、レーザＡおよびＣの蛍光画像は、大きな三角形非発光領域１１０２、１１０４を示し、これは、これらのエピタキシャルウエハに対して、より低い量子効率を示す。これらの三角形欠陥の尺度は、高量子効率を有する面積が、大幅に低減されるように、非常に大きい（１００μｍ超）ことに留意されたい。これらの三角形欠陥を有するＬＤは、より低い内部量子効率、非均一放出領域、および高光学損失を有する。故に、本発明は、素子構造内の暗または無発光性欠陥が、１００マイクロメートル×１００マイクロメートル未満の表面積および〜４．５×１０３ｃｍ−２未満の密度を有する、素子を可能にし得る。
【００８６】
全体的レーザＡエピタキシャルウエハ、および全体的レーザＢエピタキシャルウエハの蛍光画像が、それぞれ、図１２（ａ）および図１２（ｂ）に示される（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ４２８側を視認する）。蛍光顕微鏡下、本発明は、光が放出されない、多くの小さい三角形非発光特徴１２００から成る、レーザＡ内の非発光領域を識別する。レーザＢ（ＡｌＧａＮ障壁を有する）は、遥かに少なく、かつより小さい、三角形非発光領域１２００を有する。両ＬＤでは、フォトルミネセンス（ＰＬ）ピーク波長は、サセプタ上の温度非均一性によって、非意図的に、ウエハにわたって、左から右に、徐々に増加し、これは、井戸４３０内のインジウム組成が、ウエハにわたって、左から右に、徐々に増加することを示す。レーザＡの場合、ＰＬピーク波長が増加することに伴って、三角形形状の非発光領域１２００の数もまた、増加した。レーザＢは、レーザＡより優れた放出均一性および少ない三角形非発光領域１２００を示すが、レーザＢの平均ＰＬピーク波長は、より長かった。
【００８７】
全ウエハ間の三角形非発光領域の配向は、ウエハの同一側に面し、これは、三角形非発光領域が、結晶学的であることを示す。また、自立形（２０−２１）ＧａＮ基板のｃ−方向（φｃ）に向かうミスカット角度は、緑色スペクトル範囲の中の活性領域の品質に悪影響を有する。非発光領域の数およびサイズの両方が、φｃ＞０．２５°であるとき、大幅に増加する。活性領域内のＡｌＧａＮ障壁によって、高品質活性領域は、依然として、φｃ＞０．４５°であるとき、取得することができる。ＢＰＳＦおよびミスフィット転位が、ＴＥＭ分析によって、レーザＡおよびレーザＣにおいて観察された。
【００８８】
図１３（ａ）−（ｃ）は、ＧａＮ障壁を有するもの（図１３（ａ））、ＩｎＧａＮ障壁と置換されたＧａＮ障壁を有するもの（図１３（ｂ））、および（ｃ）ＡｌＧａＮ障壁と置換されたＧａＮ障壁を有するもの（図１３（ｃ））の図４（ａ）のレーザ構造を有する、別のサンプルの蛍光顕微鏡画像（レーザ構造の上側またはｐ＋＋ＧａＮ４２８側を視認する）を示す。図１３（ａ）−（ｃ）は、ＡｌＧａＮ−障壁が、三角形無放射欠陥１３００を防止する際、有効であったことを確認する。
【００８９】
図１４は、ＸＲＤ走査を示し、図１５は、ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層（Ｉｎ％＝１０％）のＡＦＭ走査を示し、図１５における二乗平均（ＲＭＳ）表面粗度は、５μｍｘ５μｍの面積にわたって、０．０７ｎｍである。したがって、図４（ａ）または図４（ｂ）の素子構造の１つ以上または全てのＩＩＩ族窒化物素子層４０２−４０６は、０．０７ｎｍ未満のＲＭＳ粗度を有する、上面４４０を有してもよい。図１５に示される表面１５００は、層４１８の上面であって、（２０−２１）半極性面である。
【００９０】
ＸＲＤ走査におけるクリアな縞ピークは、ＳＣＨ薄膜の良好な結晶品質およびコヒーレントな成長を示す。
【００９１】
図１６は、レーザ素子の代表的劈開ファセット１６００のＳＥＭ画像を示し、ＬＤがさらに、２つの鏡によって囲まれるレーザキャビティを備えてもよいことを示す。しかしながら、ＬＤは、劈開された鏡に限定されず、鏡は、例えば、エッチングされてもよい（例えば、ドライエッチングによって）。
【００９２】
図１７は、レーザＢの逆格子マッピングを示し、ＧａＮ１７００とＩｎＧａＮ  ＳＣＨおよびＱＷ１７０２のマッピングを示し、コヒーレントな成長を確認する。積層欠陥またはミスフィット転位を伴わない、コヒーレントな成長が、図４（ｃ）のＴＥＭ画像で観察された。
【００９３】
図１８は、レーザエピタキシャルウエハの波長の関数として、ＥＬ出力パワーの散布図を示す。ＡｌＧａＮ障壁４３２を有する、エピタキシャルウエハは、ＩｎＧａＮまたはＧａＮ障壁を有する、ウエハの上限１８０２より高いＥＬ出力パワーおよびより高い現在の上限１８００を有する。ＡｌＧａＮ障壁４３２の使用は、緑色および黄色スペクトル領域内の放出のための高内部量子効率への経路を提供する。非放出領域の排除に及ぼすＡｌＧａＮ障壁５３２の影響は、５１５ｎｍより長いＰＬピーク波長にとって、有意である。
【００９４】
レーザＢは、従来のリソグラフィおよびドライエッチング技法によって、ｃ−軸の面内投影に沿って、図４（ａ）の構造内に形成される、１２００μｍのキャビティ長を有する、２μｍリッジのストライプパターンを使用して、素子に処理された。ファセットは、劈開によって、形成された。ＳｉＯ２（５２０ｎｍにおいて、ｎ＝１．５）およびＴａ２Ｏ５（５２０ｎｍにおいて、ｎ＝２．２）スタックから成る、高反射率分布型Ｂｒａｇｇ反射器（ＤＢＲ）が、従来のスパッタリングプロセスによって、劈開ファセット上に蒸着された。５２０ｎｍにおける正面および後面ファセットの反射率は、それぞれ、９７および９９％であった。
【００９５】
図１９（ａ）および１９（ｂ）は、それぞれ、パルス動作（０．０１％デューティサイクル）下、２μｍのレーザリッジ幅と、１２００マイクロメートルのキャビティ長に対する、レーザＢのレージングスペクトルおよび光出力パワー−注入電流−電圧（ＬＩＶ）曲線を示す。図１９（ａ）は、２０ｍＡの駆動電流の場合の自発放出と、Ｉ＞Ｉｔｈの駆動電流の場合の誘導放出の代表的スペクトルをプロットする。低電流２０ｍＡにおける自発放出ピークおよびレージング波長は、それぞれ、５２８ならびに５１６ｎｍであった。図１９（ｂ）は、閾値電流が、７２０ｍＡであって、３０ｋＡ／ｃｍ２の閾値電流密度に対応することを示す。図１９（ａ）の自発放出スペクトルは、本発明が、少なくとも５２８ｎｍのピーク波長を有する光電子素子からの放出を可能にすることを例示する。
【００９６】
図２０は、図４（ｂ）の構造と、ＡｌＧａＮ障壁４３２とを有する、別のＬＤサンプルからのレージングを示し、５１３ｎｍレージングが達成された。したがって、本発明は、５００ｎｍ超のピーク波長、例えば、例えば、少なくとも５１３ｎｍの波長において、レージングを産生するＬＤを開示する。
【００９７】
図２１［２１］のシミュレーションに基づいて、予想される光閉じ込め係数は、ＧａＮ障壁および５０ｎｍｎ−およびｐ−Ｉｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ誘導層によって、３．３３％であった。光閉じ込め係数は、障壁内のＡｌ％が、０から１０％に変動することに伴って、３．３３から２．８３％に変化する。シミュレーションによると、光閉じ込めをさらに改良するために、誘導層内のインジウム含有量が増加されてもよく、障壁内のアルミニウム含有量が、高量子効率活性領域を得るために、最小限にされてもよい。本発明は、ＡｌＧａＮ障壁内で要求される最小Ａｌ組成が、３％であって、放出均一性および内部効率を改善することを確認した。しかしながら、本発明は、このＡｌ組成およびこのシミュレーションの結果に限定されない。
【００９８】
前述の実験結果は、平滑界面および表面形態を達成するための本発明の目標が、高効率活性領域および均一かつ平滑誘導層とともに、達成されたことを示す。
【００９９】
１．高Ｉｎ組成量子井戸およびＳＣＨ層からの歪みを補償する、歪み補償層および井戸間の障壁としてのＡｌＧａＮ層（１−５％Ａｌ）の使用は、無放射欠陥低減および緑色放出領域内の均一量子井戸放出をもたらした。ＡｌＧａＮ障壁によって、より多いＩｎ組成ＳＣＨを、レーザ構造内で使用することができる。
【０１００】
２．ＩｎＧａＮバルクＳＣＨと比較して、類似温度で成長させられた、高Ｉｎ−含有量ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ超格子ＳＣＨ（ｘ＝５−２５％）の使用は、平滑および無欠陥導波層をもたらした。平均Ｉｎ−含有量は、８−１５％の範囲であってもよい。
【０１０１】
本発明は、ＧａＮ被覆層を採用した。典型的ＬＤ構造の場合、ＱＷ周期の数は、２から６の範囲であって、井戸幅は、２から８ｎｍの範囲であって、障壁幅は、６から１５ｎｍの範囲であることができる。最終障壁の典型的厚さは、５から２０ｎｍである。最終障壁は、ＡｌＧａＮ電子遮断層（ＥＢＬ）に追従してもよく、典型的厚さおよびＡｌ濃度は、それぞれ、６−２０ｎｍおよび１０−２５％の範囲である。ＡｌＧａＮ  ＥＢＬは、典型的には、Ｍｇでドープされる。
【０１０２】
一実施形態では、図４（ｂ）に示されるように、本発明は、特に、緑色スペクトル領域内の放出のために、（２０−２１）−面ＡｌＧａＮ無被覆層構造とともに使用される。
【０１０３】
（可能性として考えられる修正）
以下の可能性として修正が、本発明に行われてもよい。
【０１０４】
１．本発明は、極性、非極性、および半極性ＬＤに適用されてもよい。
【０１０５】
２．本発明は、例えば、紫外線（ＵＶ）から緑色スペクトル範囲およびより長い波長に及ぶ、任意の波長を放出する、任意の発光素子に適用されてもよい。
【０１０６】
３．本発明は、ＩｎＧａＮ、ＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮ  ＳＣＨ層を含有する、ＬＤ構造に適用されてもよい。
【０１０７】
４．下方被覆層は、ＧａＮ層の代わりに、四元合金（ＡｌＩｎＧａＮ）または三元ＡｌＧａＮ層であってもよい。
【０１０８】
５．非対称設計は、下方と上方被覆との間において、ＡｌＧａＮ組成差を使用してもよい。
【０１０９】
６．非対称設計はまた、下方および上方ＳＣＨ層のために、異なるＩｎＧａＮ組成を有する構造を含んでもよい。
【０１１０】
７．非対称設計はまた、下方および上方ＳＣＨ層のために、異なるＩｎＧａＮ超格子およびＩｎＧａＮバルク層を有する構造を含んでもよい。
【０１１１】
８．他の半極性配向（例えば、ＬＤが成長させられる、半極性面）として、２０−２１、１１−２２、３０−３１、３０−３−１、１０−１−１、（ｎ０−ｎ１）、および（ｎ０−ｎ−１）面（ｎは、整数である）等を含むが、それらに限定されない。これは、ステップ成長（例えば、面成長）、平滑表面、および平滑量子井戸が、これらの面上で可能であるためである。故に、半極性面４０８は、平面であってもよい。ＩＩＩ族窒化物素子層のうちの１つ以上は、平面層であってもよい。例えば、ＩＩＩ族窒化物層のうちの１つ以上は、平面である、上面を有してもよい。ＩＩＩ族窒化物層のうちの１つ以上は、平面である、（他のＩＩＩ族窒化物層との）界面を有してもよい。
【０１１２】
９．ＬＤ鏡は、ドライエッチングまたは劈開によって、エッチングされてもよい。劈開された鏡は、大量生産のために好ましいが、エッチングされた鏡は、半極性ＧａＮの場合、垂直ファセッとを保証するために好ましい。
【０１１３】
１０．障壁内のＡｌ％（％組成）は、０＜ｘ＜５％であってもよい。ＡｌＧａＮ障壁は、より小さい屈折率を生じさせ、光閉じ込めを低減させるので、障壁内のＡｌ組成が高いほど、好適ではない。
【０１１４】
１１．ＩｎＧａＮ誘導層は、異なるＩｎ組成を備える、バルクあるいはＩｎＧａＮ／ＧａＮまたはＩｎＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子（ＳＬ）構造であってもよい。バルクは、成長が容易であって、大量生産に好適である。しかしながら、ＳＬは、臨界厚を増加させ得、したがって、本発明は、ミスフィット転位を伴わずに、誘導層内の平均Ｉｎ組成を増加させ、それによって、光閉じ込めを向上させることができる。
【０１１５】
１２．本発明は、ＬＤ内のＡｌＧａＮ障壁層およびＳＣＨ層について説明した。ＳＣＨ層（例えば、ＩｎＧａＮ  ＳＣＨ層）は、典型的には（但し、必ずしも、そうではない）、ＬＤ内で使用されるが、しかしながら、ＡｌＧａＮ障壁層は、ＬＤ内だけではなく、また、発光ダイオード（ＬＥＤ）等の他の光電子素子内で使用することもできる。したがって、ＬＤ同様に、ＬＥＤは、本発明を使用して、加工されてもよい。変形例として、また、他の光電子素子（光結晶レーザ、太陽電池、光検出器、スーパールミネセントダイオード（ＳＬＤ）、半導体増幅器、垂直キャビティ面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、およびトランジスタ（例えば、高電子移動度トランジスタ）を含む。本発明は、ＩＩＩ族窒化物層の特定の厚さまたは組成に限定されない。本発明は、量子井戸および障壁の特定の数または厚さに限定されないが、４ｎｍ超の量子井戸の厚さが、好ましい。
【０１１６】
１３．素子は、例えば、分子線エピタキシャル成長法（ＭＢＥ）およびハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）を含むが、それらに限定されない、ＭＯＣＶＤ以外の成長方法を使用して、成長させられてもよい。
【０１１７】
本発明は、本明細書に提示される、任意の特定の科学理論によって拘束されることを意図されない。
【０１１８】
（利点および改良点）
本発明は、従来の
【０１１９】
【化７】
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−面レーザダイオード構造と比較して、以下の利点および改良点を有する。
【０１２０】
１．ＡｌＧａＮ障壁層の使用は、緑色発光量子井戸内の大規模三角形欠陥の低減をもたらした。
【０１２１】
２．ＡｌＧａＮ障壁層の使用は、より多いＩｎ組成バルクＳＣＨ層（Ｉｎ％＞７％）を有する平滑表面形態および均一量子放出をもたらした。
【０１２２】
３．ＩｎＧａＮ超格子ＳＣＨ層の使用は、高Ｉｎ含有ＩｎＧａＮ層の成長を可能にした。
【０１２３】
４．非対称ＩｎＧａＮ  ＳＰＳＬＳの使用は、高Ｉｎ含有ＩｎＧａＮ層の成長を可能にした。
【０１２４】
（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。
【０１２５】
【表１−１】
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【０１２６】
【表１−２】
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【０１２７】
【表１−３】
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（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２】
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【図３】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図９】
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【図１１（ａ）】
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【図１１（ｂ）】
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【図１１（ｃ）】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図４−４】
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【図４−５】
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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１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１７】
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【国際調査報告】
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