(57)【要約】５００ｎｍよりも長いピーク放射波長を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオードを含む、ＩＩＩ族窒化物の光電子デバイス。該ＩＩＩ族窒化物の光電子デバイスは、インジウム含有井戸層とバリア層との間における、９×１０９ｃｍ−２よりも小さい境界面から生じる、転位密度を有する。該ＩＩＩ族窒化物の光電子デバイスは、井戸層の成長とバリア層の成長との間において、１分間よりも長い中断時間を有して成長される。
2011517099.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
無極性または半極性基板上に成長されるＩＩＩ族窒化物ベースの光電子デバイスであって、該デバイスは、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザーダイオード（ＬＤ）を備え、
該ＬＥＤまたは該ＬＤは、
インジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層と、
該インジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層とＩＩＩ族窒化物バリア層との間の９×１０９ｃｍ−２より小さい境界面から生じる、５００ｎｍより長いピーク放射波長および転位密度と
を有する、デバイス。
【請求項２】
前記ＬＥＤまたは前記ＬＤは、ミスカットした無極性面または半極性面の基板である前記基板上に成長される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記ＬＥＤまたは前記ＬＤは、前記基板の表面上に成長され、該表面は、前記量子井戸層の半極性または無極性の特性を保持する無極性面または半極性面に対してある角度を成す、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記表面はミスカット表面であり、前記角度はミスカット角度である、請求項３に記載のデバイス。
【請求項５】
前記ＬＥＤまたは前記ＬＤは、前記基板の無極性面または半極性面上に成長され、該無極性面または半極性面は、前記量子井戸層が５００ｎｍよりも長いピーク放射波長を有する光を放射することができるように、該量子井戸層のインジウム組成と厚みを可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記ＬＥＤまたは前記ＬＤは半極性の配向を有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記量子井戸層は、ｃ面のインジウム含有量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極に比べて、圧電性かつ自発性の分極の量が低減された半極性である、請求項６に記載のデバイス。
【請求項８】
前記量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極ベクトルは、前記境界面の面内に横たわるか、あるいは該境界面に対して９０°よりも小さい角度で傾いている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極ベクトルは、ｃ軸に沿った圧電性かつ自発性の分極ベクトルによって生成される量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）と比べて低減されたＱＣＳＥを引き起こす方向に横たわり、それにより光が５００ｎｍより長い波長を有することを可能にする、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記ピーク放射波長は５５０ｎｍよりも長い、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記量子井戸層はＩｎＧａＮ量子井戸層である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１２】
ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを製造する方法であって、該方法は、
井戸層とバリア層の間において５秒よりも長い中断時間の期間を有する無極性または半極性デバイスを成長させることを包含する、方法。
【請求項１３】
前記中断時間の期間は１分よりも長い、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記中断時間の期間の間のキャリアガスはＮ２である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記中断時間の期間の間のキャリアガスは水素（Ｈ２）である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
発光デバイスであって、該デバイスは、
第１のクラッド層材料と、
第２のクラッド層材料と、
該第１のクラッド層材料と該第２のクラッド層材料との間の、５００ｎｍより長い波長を有する光を放射するためのアクティブ層材料であって、該第１のクラッド材料、該第２のクラッド層材料、および該アクティブ層材料は、ＡｌＩｎＧａＰ発光デバイスからの光出力パワーほどではないが、該発光デバイスの温度が上昇するにつれ、光出力パワーが減少する、アクティブ層材料と
を備えている、デバイス。
【請求項１７】
半極性または無極性の発光デバイスであって、該デバイスは、ＩＩＩ族窒化物量子井戸層を備え、
該井戸層は、
［０００１］ＩＩＩ族窒化物半導体と比較して、
低減された内部電場と、
より長い波長の放射のためのより高いインジウム組成と
を有する、デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｒｏｙ  Ｂ．  Ｃｈｕｎｇ、Ｆｅｎｇ  Ｗｕ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａにより、「ＭＯＣＶＤ  ＧＲＯＷＴＨ  ＴＥＣＨＮＩＱＵＥ  ＦＯＲ  ＰＬＡＮＡＲ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」と題され、代理人整理番号３０７９４．２７４−ＵＳ−Ｐ１（２００８−５３４）、２００８年４月４日出願の同時係属中かつ同一人に譲渡された米国仮特許出願第６１／０４２，６３９号の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、当該出願は本明細書において参照により援用される。
【０００２】
本出願は、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｈｉｒｏｈｉｋｏ  Ｈｉｒａｓａｗａ、Ｒｏｙ  Ｂ．Ｃｈｕｎｇ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．ＳｐｅｃｋおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａにより、「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」と題され、代理人整理番号３０７９４．２６４−ＵＳ−Ｐ１（２００８−４１５−１）、本願と同日出願の同時係属中かつ同一人に譲渡された米国特許出願第ｘｘ／ｘｘｘ，ｘｘｘに関連し、当該出願は、Ｈｉｔｏｓｈｉ  Ｓａｔｏ、Ｈｉｒｏｈｉｋｏ  Ｈｉｒａｓａｗａ、Ｒｏｙ  Ｂ．Ｃｈｕｎｇ、Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．ＤｅｎＢａａｒｓ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．ＳｐｅｃｋおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａにより、「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＩＯＮ  ＯＦ  ＳＥＭＩＰＯＬＡＲ  （Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ  ＢＡＳＥＤ  ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥＳ」と題され、代理人整理番号３０７９４．２６４−ＵＳ−Ｐ１（２００８−４１５−１）、２００８年４月４日出願の米国仮出願第６１／０４２，６４４号の３５  Ｕ．Ｓ．Ｃ．セクション１１９（ｅ）に基づく利益を主張し、これらの出願は本明細書において参照により援用される。
【０００３】
（発明の背景）
（１．発明の分野）
本発明は、特に５６０ｎｍから６８０ｎｍの波長の範囲における、高出力かつ高効率の窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）、および窒化物ベースの白色ＬＥＤの製造に関する。
【背景技術】
【０００４】
（２．関連技術の説明）
（注：本出願は明細書全体にわたって指し示されている通り、例えば［参考文献ｘ］のようなブラケット内の一つ以上の参照番号によって、多数の異なる出版物を参照する。これらの参照番号に従って並べられたこれらの異なる出版物のリストは、以下の「参考文献」と題するセクションで見られる。これらの出版物のそれぞれは本明細書において参照により援用される。）
現在の電子および光電子デバイス向けの窒化物技術は極性のｃ方向に沿って成長される窒化物膜を利用する。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物ベースの光電子および電子デバイスにおける従来のｃ面量子井戸構造は、強い圧電性かつ自発性の分極の存在に起因して、望ましくない量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）を受ける。ｃ方向に沿った強い固有の電場は電子とホールの空間的隔離を引き起こし、ひいては制限されたキャリア再結合効率、低減された振動子強度、および赤方偏移した放射をもたらす。
【０００５】
ＧａＮ光電子デバイスにおける自発性かつ圧電性の分極効果を除去する一つのアプローチは、デバイスを結晶の無極性面上に成長させることである。このような面は同数のＧａ原子とＮ原子を含み、電荷的中性である。さらには、その後の無極性の層は結晶学的に互いに同等であり、結晶が成長方向に沿って分極されない。ＧａＮ内のこのような２つのファミリーの対称性の同等な無極性面は、集合名詞的にａ面として知られる｛１１−２０｝ファミリーと、集合名詞的にｍ面として知られる｛１−１００｝ファミリーである。残念ながら、カリフォルニア大学の研究者によってもたらされた進歩にもかかわらず、無極性窒化物の成長は困難なままであり、ＩＩＩ族窒化物産業において未だ広く採用されていない。
【０００６】
ＧａＮ光電子デバイスにおける分極効果を低減し、あるいは可能ならば除去するための別のアプローチは、デバイスを結晶の半極性面上に成長させることである。半極性面の用語は、２つの零でないｈ、ｉ、またはｋミラー指数、および零でないｌミラー指数を有する広範な面を参照するのに使われ得る。ｃ面ＧａＮヘテロエピタキシーにおける半極性面の一部のよく見られる例は、ピットのファセットで見られる、｛１１−２２｝、｛１０−１１｝、および｛１０−１３｝面である。これらの面はまた、たまたま、著者らがプレーナー膜の形で成長させた面とちょうど同じである。ウルツ鉱型結晶構造における他の半極性面の例には、｛１０−１２｝、｛２０−２１｝および｛１０−１４｝面があるが、これに限定されない。窒化物結晶の分極ベクトルはこれらの面内に横たわるのでもなく、これらの面に垂直でもなく、寧ろ面の表面の法線に対して幾らかの角度で傾いている。例えば、｛１０−１１｝および｛１０−１３｝面はｃ面に対してそれぞれ６２．９８°および３２．０６°である。
【０００７】
自発性の分極に加えて、窒化物に内在する第２の分極は圧電性の分極である。これは、異なる組成（およびそれゆえ異なる格子定数）の（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ層が窒化物へテロ構造において成長されるときに起こり得るのと同様に、材料が圧縮歪みまたは引っ張り歪みを被るときに起こる。例えば、ＧａＮテンプレート上の薄いＡｌＧａＮ層は面内引っ張り歪みを有し、ＧａＮテンプレート上の薄いＩｎＧａＮ層は面内圧縮歪みを有し、どちらもＧａＮとの格子整合に起因する。それゆえ、ＧａＮ上のＩｎＧａＮ量子井戸については、圧電性の分極はＩｎＧａＮおよびＧａＮの自発性の分極とは逆方向を向く。ＧａＮと格子整合したＡｌＧａＮ層については、圧電性の分極はＡｌＧａＮおよびＧａＮの自発性の分極と同じ方向を向く。
【０００８】
ｃ面窒化物上の半極性または無極性面を使用することの利点は、総計的な分極が低減されることである。特定の面上の特定の合金組成については零の分極すらあり得る。このような論議は将来の科学文献で詳細が議論されよう。重要な点はｃ面窒化物構造の分極と比べて分極が低減されることである。低減された分極場はより厚い量子井戸の成長を可能にする。これにより、より高いインジウム組成と、ひいてはより長い波長の放射が、窒化物ＬＥＤにより実現され得る。より長い波長の放射領域における半極性／無極性ベースの窒化物ＬＥＤを製造するために多くの努力がなされている［参考文献１−４］。
【０００９】
本明細書により半極性または無極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ半導体結晶上に青色、緑色、黄色、およびアンバー色のＬＥＤを製造することを可能にする発明を開示する。これまでのところ、黄色およびアンバー色領域でのより長い波長の放射で成功した窒化物ＬＥＤは無い。しかしながら、次節以降でより詳細が議論される本発明は、窒化物ベースの黄色およびアンバー色ＬＥＤの商用化に有望な結果を明示する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、｛１０−１−１｝、｛１１−２２｝、｛１１００｝、およびその他の面のようなバルク半極性および無極性ＧａＮ基板を有する青色、緑色、黄色、白色、およびその他の色のプレーナー発光ダイオード（ＬＥＤ）を成長させるための方法を記載する。半極性および無極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ半導体結晶は、前述で開示したように、構造内の内部分極の不連続性に起因する、零あるいは低減された内部電場を有する多層構造の製造を可能にする。本発明は、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）技術による、多重量子井戸（ＭＱＷ）または単一量子井戸（ＳＱＷ）の、インジウム含有井戸層の成長とバリア層成長との間に意図的な中断時間を使用する、ＬＥＤまたはレーザーダイオード構造の高品質な結晶の成長を記載する。これにより、半極性または無極性ベースのプレーナーＬＥＤまたはレーザーダイオードの、インジウム含有層（一つ以上）の井戸層へのインジウム混入に対する制御性を可能にする。半極性または無極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ半導体の配向の使用により、低減された内部電場と、ひいては［０００１］窒化物半導体に比べてより長い波長放射のための、より厚い量子井戸とより高いインジウム組成が得られる。
【００１１】
上述の先行技術における制限を克服し、および本明細書を読解することで明確になる他の制限を克服するために、本発明は無極性または半極性面の基板上に成長されたＩＩＩ族窒化物ベースの光電子デバイスを開示し、そのようなデバイスは、インジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層（例えばＩｎＧａＮ）を有するＬＥＤまたはレーザーダイオードを含み、量子井戸層とバリア層との間の９×１０９ｃｍ−２より小さい（例えば１×１０６ｃｍ−２より小さい）境界面から生じる、５００ｎｍより長い（例えば５５０ｎｍより長い）ピーク放射波長と、転位密度とを有する。
【００１２】
あるいは、転位密度は２０ｍＡの動作電流において少なくとも３．５ｍＷの光の出力パワーを得るのに十分に低い。
【００１３】
ＬＥＤは、量子井戸層が５００ｎｍより長いピーク放射波長を有する光を放射することができるような、量子井戸層のインジウム組成および／または厚みを可能にする、基板の無極性または半極性面の上に成長され得る。
【００１４】
ＬＥＤまたはレーザーダイオードは、例えば半極性の配向を有し得る。量子井戸層が半極性（または無極性）の場合は、井戸層の圧電性かつ自発性の分極の量は、ｃ面のインジウム含有量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極に比べて低減され得る。あるいは、インジウム含有量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極ベクトルは、インジウム含有井戸層とバリア層との境界面の面内に横たわるか、境界面に対して９０°未満の角度で傾くか、ｃ軸に沿った圧電性かつ自発性の分極ベクトルによって生成されるＱＣＳＥと比べると低減されるようなＱＣＳＥを引き起こす方向に横たわり、それによって光が５００ｎｍより長い波長を有することを可能にする。
【００１５】
ＬＥＤまたはレーザーダイオードはミスカットした無極性または半極性面の基板である基板上に成長され得る。例えば、光電子デバイスは基板の表面上に成長され得、ここで、その表面は、量子井戸層の半極性または無極性の特性を保持する、無極性または半極性面に対する角度にある。例えば、その表面はミスカット表面であり、その角度はミスカット角度である。
【００１６】
上述したように、より一般的に、本発明は半極性または無極性の発光デバイスを開示し、そのようなデバイスは［０００１］ＩＩＩ族窒化物半導体と比べて、より長い波長の放射のための低減された内部電場とより高いインジウム組成を有するＩＩＩ族窒化物量子井戸層を含む。
【００１７】
本発明はさらに、第１のクラッド層エネルギーバンドを有する第１のクラッド層材料、第２のクラッド層エネルギーバンドを有する第２のクラッド層材料、５００ｎｍより長い波長を有する光を放射しアクティブ層エネルギーバンドを有するアクティブ層材料を含む発光デバイスを開示し、ここで、アクティブ層材料は第１のクラッド層材料と第２のクラッド層材料との間にあり、そして第１のクラッド材料、第２のクラッド材料、およびアクティブ層材料は、ＡｌＩｎＧａＰ発光デバイスからの光出力パワーほどではないが、発光デバイスの温度が上昇するにつれて光出力パワーが減少するような材料である。
【００１８】
本発明はさらに、井戸層とバリア層の間に５秒よりも長い（例えば１分よりも長い）中断時間の期間を有する無極性または半極性デバイスの成長を含む、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを製造する方法を開示する。中断時間の期間の間のキャリアガスは、例えば窒素（Ｎ２）または水素（Ｈ２）であり得る。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
ここでは図面を参照し、図中では、全体にわたって、同一の参照番号は対応する部分を表わす。
【図１】図１は本発明の好ましい実施形態のフローチャートである。
【図２ａ】図２（ａ）および図２（ｂ）は、ｃ面（ｃ−ＬＥＤ）および半極性面ＧａＮ基板（（１１−２２）ＬＥＤ）上に成長されたＬＥＤの放射波長に対する、中断時間の依存性のグラフであり、ここで、図２（ａ）および図２（ｂ）共に、それぞれ５秒（ｓｅｃ）の中断時間および１０分（ｍｉｎ）の中断時間について、ＬＥＤからの放射波長（ｎｍ）の関数としてエレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度（任意単位、ａ．．ｕ．）を示し、図２（ａ）のｃ−ＬＥＤは４９７ｎｍのピーク放射波長および１．０６ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ｂ）のｃ−ＬＥＤは４３３ｎｍのピーク放射波長および０．３２ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ａ）の（１１−２２）ＬＥＤは４９３ｎｍのピーク放射波長および１．３４ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ｂ）の（１１−２２）ＬＥＤは５８９ｎｍのピーク波長および０．１３ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ａ）のＬＥＤの動作電流は２０ｍＡの直流（ＤＣ）であり、図２（ｂ）のｃ−ＬＥＤは（０００１）面上に成長され、図２（ｂ）の（１１−２２）ＬＥＤは（１１−２２）面上に成長され、図２（ａ）のｃ−ＬＥＤはｃ−ＧａＮバルク上に成長され、図２（ａ）の（１１−２２）ＬＥＤは（１１−２２）配向のＧａＮバルクの（１１−２２）面上に成長される。
【図２ｂ】図２（ａ）および図２（ｂ）は、ｃ面（ｃ−ＬＥＤ）および半極性面ＧａＮ基板（（１１−２２）ＬＥＤ）上に成長されたＬＥＤの放射波長に対する、中断時間の依存性のグラフであり、ここで、図２（ａ）および図２（ｂ）共に、それぞれ５秒（ｓｅｃ）の中断時間および１０分（ｍｉｎ）の中断時間について、ＬＥＤからの放射波長（ｎｍ）の関数としてエレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度（任意単位、ａ．．ｕ．）を示し、図２（ａ）のｃ−ＬＥＤは４９７ｎｍのピーク放射波長および１．０６ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ｂ）のｃ−ＬＥＤは４３３ｎｍのピーク放射波長および０．３２ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ａ）の（１１−２２）ＬＥＤは４９３ｎｍのピーク放射波長および１．３４ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ｂ）の（１１−２２）ＬＥＤは５８９ｎｍのピーク波長および０．１３ｍＷの出力パワーで放射し、図２（ａ）のＬＥＤの動作電流は２０ｍＡの直流（ＤＣ）であり、図２（ｂ）のｃ−ＬＥＤは（０００１）面上に成長され、図２（ｂ）の（１１−２２）ＬＥＤは（１１−２２）面上に成長され、図２（ａ）のｃ−ＬＥＤはｃ−ＧａＮバルク上に成長され、図２（ａ）の（１１−２２）ＬＥＤは（１１−２２）配向のＧａＮバルクの（１１−２２）面上に成長される。
【図３】図３（ａ）および３（ｂ）は、短い中断時間（１分）を有する半極性ＬＥＤサンプルＳ０７１２１２ＤＢ（左の図３（ａ）、ピーク放射波長λ＝６８０ｎｍ）および長い中断時間（１０分）を有する半極性ＬＥＤサンプルＳ０７１２１６ＤＡ（右の図３（ｂ）、ピーク放射波長λ＝５４０ｎｍ）の断面透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）の画像であり、ここで、挿入図のバーの長さはサンプルの実際の長さスケールにおける１６０ｎｍに等しい。
【図４】図４は、ＬＥＤの量子井戸構造のアクティブ領域における放射波長に対する、中断時間の依存性のグラフであり、ここで、ＥＬ強度（ａ．ｕ．）はＬＥＤからの放射波長（ｎｍ）の関数としてプロットされ、１０分の中断時間を有して成長されたサンプルＳ０７１２１６ＤＡは０．５７ｍＷの出力パワーで５５６ｎｍのピーク放射波長を有する光を放射し、１分の中断時間を有して成長されたサンプルＳ０７１２１２ＤＢはおよそ〜２０マイクロワット（μＷ）の出力パワーで６８０ｎｍのピーク波長を有する光を放射し、どちらのサンプルも２０ｍＡのＤＣ動作電流で駆動される。
【図５ａ】図５（ａ）は、ＩｎＧａＮベースのＬＥＤ（Ｓ０７１０２０ＤＥ  Ｎｏ．２）およびＡｌＩｎＧａＰベースの５ミリメートル（ｍｍ）ランプについての、出力パワー（ｍＷ）対動作電流（ｍＡ）のグラフであり、図５（ｂ）は、ＡｌＩｎＧａＰおよびＩｎＧａＮ  ＬＥＤの相対出力パワー（正規化強度）の温度依存性（摂氏、℃）のグラフであり、ここで、この比較は本発明によって製造された商用のＡｌＩｎＧａＰ黄色ＬＥＤおよびＩｎＧａＮ黄色ＬＥＤで行なわれ、どちらのＬＥＤも０℃の温度で１になるように正規化され、１ｍＡの動作電流でのＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの黄色放射光（塗り潰しのダイヤモンド）、２０ｍＡの動作電流でのＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの黄色放射光（中空の三角）、１ｍＡの動作電流でのＩｎＧａＮ  ＬＥＤの黄色放射光（塗り潰しの四角）、および２０ｍＡの動作電流でのＩｎＧａＮ  ＬＥＤの黄色放射光（中空の四角）について、正規化強度対温度がプロットされている。
【図５ｂ】図５（ａ）は、ＩｎＧａＮベースのＬＥＤ（Ｓ０７１０２０ＤＥ  Ｎｏ．２）およびＡｌＩｎＧａＰベースの５ミリメートル（ｍｍ）ランプについての、出力パワー（ｍＷ）対動作電流（ｍＡ）のグラフであり、図５（ｂ）は、ＡｌＩｎＧａＰおよびＩｎＧａＮ  ＬＥＤの相対出力パワー（正規化強度）の温度依存性（摂氏、℃）のグラフであり、ここで、この比較は本発明によって製造された商用のＡｌＩｎＧａＰ黄色ＬＥＤおよびＩｎＧａＮ黄色ＬＥＤで行なわれ、どちらのＬＥＤも０℃の温度で１になるように正規化され、１ｍＡの動作電流でのＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの黄色放射光（塗り潰しのダイヤモンド）、２０ｍＡの動作電流でのＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの黄色放射光（中空の三角）、１ｍＡの動作電流でのＩｎＧａＮ  ＬＥＤの黄色放射光（塗り潰しの四角）、および２０ｍＡの動作電流でのＩｎＧａＮ  ＬＥＤの黄色放射光（中空の四角）について、正規化強度対温度がプロットされている。
【図６】図６は、本発明の発光デバイスの断面の概略図である。
【図７】図７は、本発明のデバイスのバンド構造であり、デバイス層を横切る位置の関数としてバンドエネルギーをプロットしている。
【図８ａ】図８（ａ）は、極性、無極性、および半極性面を図示する概略図である。
【図８ｂ】図８（ｂ）は、［参考文献５］に従って、ＧａＮに対してコヒーレントに歪みをもったＩｎＧａＮについて計算された分極の不連続性を示し、ここで、曲線（１）、（２）、（３）、および（４）はそれぞれＩｎＧａＮ中のインジウム組成０．０５、０．１０、０．１５、および０．２０についてである。
【図９】図９（ａ）はｃ面ＧａＮおよびＩｎＧａＮの概略図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）の構造のエネルギーバンドのダイヤグラムであり、図９（ｃ）はａ面ＧａＮおよびＩｎＧａＮの概略図であり、図９（ｄ）は図９（ｃ）の構造のエネルギーバンドのダイヤグラムである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下の好ましい実施形態の記載では、本明細書の一部分を成し、かつ例示を目的として発明が実施され得る特定の実施形態が示される添付図面への参照がされている。本発明の範囲を逸脱することなく、他の実施形態が利用され得、構造上の変更がされ得ると解されるべきである。
【００２１】
（概要）
本発明は、ＭＯＣＶＤまたはＭＢＥ成長技術を使用して、ＭＱＷまたはＳＱＷの井戸層（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）にインジウムをより混入することにより、より長い波長の放射（５００ｎｍ以上）を有するプレーナーＬＥＤの成長を可能にする。これは、高出力かつ高効率（特に５６０ｎｍから６８０ｎｍの波長領域おいて）の窒化物ＬＥＤ、および窒化物ベースの白色ＬＥＤを製造および商用化するための重要な方法である。
【００２２】
現在のＡｌＩｎＧａＰベースの黄色およびアンバー色ＬＥＤは、アクティブ領域とクラッド層との間の小さな伝導バンドオフセットに起因したキャリアオーバーフローに起因して、高温かつ高い注入電流の動作に向いていない。ＩｎＧａＮベースのＬＥＤの出力パワーの温度依存性はより鈍感であり、それゆえ、より効率的でより安定性を有して動作する。
【００２３】
（技術的説明）
（プロセスステップ）
本発明はＭＯＣＶＤを介した半極性｛１０−１−１｝および／または｛１１−２２｝ＧａＮ上のプレーナーＬＥＤ構造の成長の方法を記載する。図１は後続の段落に記載される本発明の好ましい実施形態に従って、｛１０−１−１｝および｛１１−２２｝バルクＧａＮ基板上に半極性ＧａＮ薄膜を堆積するＭＯＣＶＤプロセスのステップを図解したフローチャートである。
【００２４】
ブロック１００は基板の装填を表わす。半極性ＬＥＤ構造の成長のため、バルク｛１０−１−１｝または｛１１−２２｝ＧａＮ基板がＭＯＣＶＤ反応炉へ装填される。
【００２５】
ブロック１０２は水素および／または窒素および／またはアンモニア下で基板を加熱するステップを表わす。次に反応炉のヒーターがオンされ、水素および／または窒素下で設定温度に近づけられる。一般的に、窒素および／または水素は大気圧下で基板上を流れる。
【００２６】
ブロック１０４は基板上へのｎ型窒化物半導体膜（例えばｎ型ＧａＮ）の堆積を表わす。ブロック１０２の加熱ステップの後、温度が１１００℃に設定され、ｎ型ＧａＮの成長を開始するため毎分５４μｍｏｌのトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）がジシランと共に３０分間反応炉へ導入される。４ｓｌｍのアンモニア（ＮＨ３）もこの段階で導入され、成長の終了までアンモニアのレベルが一定のレベルに保たれる。
【００２７】
ブロック１０６は窒化物アクティブ層の堆積を表わす。ブロック１０４にて所望のｎ型ＧａＮの厚さが達成されたら、反応炉の温度設定ポイントが８１５℃に下げられ、毎分６．９μｍｏｌのトリエチルガリウム（ＴＥＧａ）が反応炉へ導入されて２０ｎｍの厚さのＧａＮバリア層が成長される。所望の厚さのＧａＮバリアが達成されたら、３ｎｍの厚さの量子井戸を堆積するため毎分１０．９μｍｏｌのＴＭＩｎが反応炉へ導入される。ＩｎＧａＮ層の堆積後、量子井戸構造を完了させるＧａＮバリアの成長のため、毎分６．９μｍｏｌのＴＥＧａが再び反応炉へ導入される。ＩｎＧａＮ井戸成長とＧａＮバリア成長の間に、意図的な中断が導入され、その期間は所望のインジウム組成に応じて１分から１０分の間で変化する。このステップは複数のＭＱＷを形成するために複数回繰り返され得る。以上のように、井戸層とバリア層の間に５秒よりも長い中断時間の期間での無極性あるいは半極性デバイスの成長を含むＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを製造する方法を本発明は開示する。中断時間の期間は１分より長くなり得、その中断時間の期間の間、窒素（Ｎ２）または水素（Ｈ２）などのキャリアガスを使用し得る。
【００２８】
ブロック１０８はブロック１０６のアクティブ層上への電子ブロック層の堆積を表わす。ＳＱＷ／ＭＱＷが堆積されたら、Ｍｇが僅かにドープされた１０ｎｍの厚さのＡｌＧａＮ電子ブロック層を形成するために、毎分３．６μｍｏｌのＴＭＧａ、毎分０．７μｍｏｌのトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、および毎分２．３６×１０−２μｍｏｌのＣｐ２Ｍｇが反応炉へ導入される。
【００２９】
ブロック１１０はブロック層上への低温窒化物ｐ型半導体（例えばｐ型ＧａＮ、すなわちｐ−ＧａＮ）の堆積を表わす。ブロック１０８にて所望のＡｌＧａＮの厚さが達成されたら、反応炉の設定温度が１０分間８２０℃に保たれる。この期間の最初の３分間は、毎分１２．６μｍｏｌのＴＭＧａと毎分９．８×１０−２μｍｏｌのＣｐ２Ｍｇが反応炉へ導入される。最後の７分間は、Ｃｐ２Ｍｇの流れが２倍にされる。それから温度が１分内に８７５℃に近づけられ、この近づける時間の間にＴＭＧａの流れは同じ一定レベルに保たれ、Ｃｐ２Ｍｇは元の毎分９．８×１０−２μｍｏｌへ低減される。ｐ−ＧａＮの成長は８７５℃においてもう１分間継続される。その結果物がより長い波長の放射を有する窒化物ダイオードである。
【００３０】
ブロック１１２は水素欠乏雰囲気ガス内でのブロック１１０のｐ型膜のアニーリングを表わす。反応炉が冷却したら、ブロック１００−１１０で成長された窒化物ダイオードのエピタキシャルウェハが取り除かれ、ＭｇがドープされたＧａＮを活性化するために７００℃の温度で１５分間水素欠乏雰囲気内でアニールされる。
【００３１】
ブロック１１４は結果物を表わし、例えば半極性または無極性の発光デバイスなど、［０００１］ＩＩＩ族窒化物半導体と比べてより長い波長の放射のために低減された内部電場、増加された厚さ、および／またはより高いインジウム組成を有するＩＩＩ族窒化物量子井戸を含むより長い波長の放射をする窒化物（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎダイオードである。一例に、そのようなデバイスとして無極性または半極性基板上に成長されたＩＩＩ族窒化物ベースの光電子デバイスがあり、そのようなデバイスはインジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層を有するＬＥＤまたはレーザーダイオードを含み、インジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層とＩＩＩ族窒化物バリア層との間の９×１０９ｃｍ−２より小さい境界面から生じる、５００ｎｍより長いピーク放射波長と、転位密度を有する。
【００３２】
（実験の結果）
中断時間の効果を観察するために、ＬＥＤは同一のＭＯＣＶＤ反応炉の中で異なる配向（ｃ面と半極性面）の２つのバルクＧａＮ基板の上に成長される。図２（ａ）と図２（ｂ）は中断時間とバルクｃ面上に成長したＬＥＤおよび半極性バルクＧａＮ基板上に成長した半極性プレーナーＬＥＤからの放射波長との関係を示す。左側にある図２（ａ）はｃ面および半極性面のどちらも４９５ｎｍ付近のピーク放射波長を放射するＬＥＤを達成することができることを示す。しかしながら、中断時間が長くなると（例えば図２（ｂ）に示すように１０分間）、ｃ面のサンプル（ｃ−ＬＥＤ）のピーク放射波長は深刻なインジウム脱着のために短くなっている。その一方で、半極性サンプル（（１１−２２）ＬＥＤ）は長い（例えば１０分間）中断条件の下で５８９ｎｍでの放射を示す。物理的な説明については未だ調査中であるが、量子井戸とバリア層の成長の間の長い中断時間が、ある配向のバルクＧａＮ基板を使って長い波長領域で強度の放射を得るのに効果的であるように見える。よって、黄色のＬＥＤまたはレーザーダイオードのような長い波長の放射を得るためには、井戸の成長とバリア層の成長の間にある中断時間を有するバルク半極性または無極性ＧａＮ基板上の成長が必要である。
【００３３】
（可能な改変および変形）
図３（ａ）と図３（ｂ）に示す画像は透過型電子顕微鏡法で撮られたもので、６８０ｎｍのピーク放射波長の光を放射するプレーナーＬＥＤサンプル（Ｓ０７１２１２ＤＢ）（図３（ａ））、および５４０ｎｍのピーク放射波長の光を放射するほぼ無転位のプレーナーＬＥＤ（Ｓ０７１２１６ＤＡ）（図３（ｂ））についての量子井戸構造の貫通転位を示す。サンプルＳ０７１２１２ＤＢはより短い中断時間（１分間、図４参照）で成長され、ＩｎＧａＮ量子井戸３０６とＧａＮバリア層３０８、３１０の間の境界面３０２、３０４から生じる膨大な数の転位３００を示している。サンプルＳ０７１２１２ＤＢの転位３００の密度はおおよそ９×１０９ｃｍ−２であった。その一方で、サンプルＳ０７１２１６ＤＡの転位密度３１２（ＧａＮバリア３１６、３１８の間のＩｎＧａＮ量子井戸３１４内）は１×１０６ｃｍ−２未満であった。本発明は、Ｓ０７１２１２ＤＢで観察された転位３００は、後続のＧａＮバリア３０８またはｐ−ＡｌＧａＮあるいはｐ−ＧａＮの成長の期間の間に解離するＩｎＧａＮ井戸層３０６内の過剰なインジウムに起因するか、あるいは例えば３０８のような後続の層に歪みをもたらす過剰なインジウムに起因することを信じさせる。
【００３４】
黄色およびアンバー色のＬＥＤ（Ｓ０７１２１６ＤＡ）と赤色ＬＥＤ（Ｓ０７１２１２ＤＢ）の出力パワーが測定され、図４に示されている。長い中断時間（例えば図４での１０分間）と低い転位密度を有する黄色ＬＥＤ（Ｓ０７１２１６ＤＡ）の出力パワーは、短い中断時間（例えば図４での１分間）と多数の転位を有する赤色ＬＥＤ（Ｓ０７１２１２ＤＢ）より約３０倍大きかった。
【００３５】
（利点と改善点）
既存の実用化はより長い波長（５００ｎｍまたはそれ以上）の光を放射する窒化物ベースのプレーナー高出力ＬＥＤを生産できていない。より長い波長で商業利用が可能な唯一のＬＥＤはアンバー色領域のＡｌＩｎＧａＰベースのＬＥＤである。しかしながら、ＡｌＩｎＧａＰベースのＬＥＤの不利な点は、図５（ａ）と図５（ｂ）に示されるように、アクティブ領域からのキャリアのオーバーフローに起因した温度に敏感な動作である。周囲温度が高くなると、図５（ｂ）に示すように、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの出力パワーはアクティブ層からクラッド層への増加したキャリアのオーバーフロー（そこでのキャリアのオーバーフローはアクティブ層とクラッド層の間の小さなエネルギーバンドオフセットのため）に起因して劇的に減少される。また、図５（ａ）に示すように、ＡｌＩｎＧａＰ  ＬＥＤの出力パワーは、動作電流が増加すると同じ理由（キャリアのオーバーフローのために）で容易に飽和する。その一方で、ＩｎＧａＮベースのＬＥＤの出力パワーは動作電流が増加してもより少ない出力パワーの温度依存性および少ない出力パワーの飽和（アクティブ層とクラッド層の間の比較的大きなエネルギーバンドオフセットのため）を示す。
【００３６】
ＡｌＩｎＧａＰ技術の別の不利な点は、ＩｎＧａＮ量子井戸が近紫外からマイクロ波領域までをカバーできるのに対し、（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｐ合金は青色および近紫外の領域のより短い波長のＬＥＤを生産できないことである。それゆえ、窒化物ＬＥＤ用のインジウム組成の制御性を有することは半極性および無極性ベースの窒化物ＬＥＤのスペクトルを拡幅し得、より長い波長域で現在のＡｌＩｎＧａＰベースのＬＥＤにとってかわり得る。
【００３７】
前節で述べたように、井戸層（ＩｎＧａＮ）とバリア層（ＧａＮ）の成長の間の中断時間は、黄色およびアンバー色領域での高出力の半極性ベースの窒化物ＬＥＤを製造するために、より低い転位密度を有する有望な結果を示した。アクティブ層のバンドギャップを設計することにより、異なるバンドギャップを有する２より多い層の組み合わせによって多色ＬＥＤを製造することができ、それは多数のチップを一つに結合させるのではない、単一のチップ上の白色ＬＥＤを含む。以上のようにして、専ら半極性ＧａＮ基板上に成長された窒化物ＬＥＤをベースとした、高出力かつ高効率のプレーナー白色およびその他の色のＬＥＤを製造することが可能になる。
【００３８】
（ＬＥＤ構造）
図６は基板（例えばＩＩＩ族窒化物またはその他の適当な基板）６０４の無極性または半極性面６０２上、あるいは無極性または半極性基板６０４上に成長したＩＩＩ族窒化物ベースの光電子デバイス６００を図示しており、そのようなデバイスは、インジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層（例えばＩｎＧａＮ）６０６を有するＬＥＤまたはレーザーダイオードを含み、そのインジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層６０６とＩＩＩ族窒化物バリア層（例えばＧａＮ）６１２、６１４の間の９×１０９ｃｍ−２より小さい境界面６０８、６１０から生じる、５００ｎｍより長い（または例えば５５０ｎｍより長い）ピーク放射波長と転位密度を有する。
【００３９】
一つの実施形態において、ＬＥＤ６００またはレーザーダイオードは、例えばＬＥＤ６００を基板６０４の半極性面６０２であるトップ表面６１８上の半極性方向６１６に沿ってエピタキシャル成長させることによって、半極性の配向６１６を有する。井戸層６０６が半極性である場合、その井戸はｃ面のインジウム含有ＩＩＩ族窒化物量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極に比べて、ある量の圧電性かつ自発性の分極を低減させ得る。
【００４０】
ＬＥＤまたはレーザーダイオード６００はミスカットした無極性または半極性面の基板６０４である基板上に成長され得る。例えば、光電子デバイス６００は基板６０４の表面６１８上に成長され得、ここで、その表面６１８は無極性または半極性面６２２に対して角度６２０であり、表面６１８は量子井戸６０６の半極性または無極性の特性を保持する。この場合、表面６１８はミスカット表面であり、角度６２０はミスカット角度である。しかしながら、表面６１８はミスカット表面に限定されず、他の手段によって得られる角度付きの表面を含み得る。
【００４１】
バリア層６１２は典型的にはｎ型ＩＩＩ族窒化物（例えばｎ型ＧａＮ）の層である。併せて示されているのはｐ型ＩＩＩ族窒化物層（例えばＭｇがドープされたＧａＮ）６２４、電子ブロック層６２６（例えばＭｇがドープされたＡｌＧａＮ）、ｐ型コンタクト層（例えばＩＴＯ）６２８、ｎ型コンタクト（例えばＴｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ）６３０、およびメタライゼーション６３２、６３４（例えばＡｕ）である。ｎ型の層６１２のトップまたは成長表面６３６ａ、または量子井戸６０６のトップ表面６３６ｂ、および／または境界面６０８、６１０は、量子井戸６０６が半極性または無極性の特性を保持する限り、半極性面であるか半極性面に対して角度が付けられ得る。また追加的な量子井戸（例えばＩｎＧａＮ）６３８およびバリア層６４０（例えばＧａＮ）が示されており、これによってＭＱＷを形成している。
【００４２】
図６はまた、インジウム含有量子井戸層６０６の圧電性かつ自発性の分極ベクトル方向６４２は、インジウム含有井戸層６０６とバリア層６１２、６１４との境界面６０８、６１０の面内に横たわるか、境界面６０８、６１０に対して９０°未満の角度６４４で傾き得ることを示す。このように、インジウム含有井戸量子層６０６の圧電性かつ自発性の分極ベクトル方向６４２は、ｃ軸に沿った圧電性かつ自発性の分極ベクトル６４２によって生成されるＱＣＳＥと比べると低減されるようなＱＣＳＥを引き起こす方向に横たわり得、それによって光が５００ｎｍより長いピーク波長を有することを可能にする。
【００４３】
ＬＥＤは５５０ｎｍより長いピーク放射波長を有する光を放射（井戸層６０６から）し得る。無極性または半極性面６０２、または配向６１８、または分極ベクトル６４２の配向は、インジウム含有量子井戸層６０６が５００ｎｍより長い、あるいは５５０ｎｍより長いピーク放射波長を有する光を放射することができるような、インジウム含有井戸層６０６のインジウム組成、インジウム含有井戸層６０６の厚み６４６、および／またはインジウム含有井戸層６０６の中のＱＣＳＥ（あるいは分極場）を可能にする。
【００４４】
図７は本発明によるＬＥＤデバイス７００のバンド構造であり、伝導エネルギーバンドＥｃ、価電子エネルギーバンドＥｖ、半極性ｎ型ＧａＮ（ｎ−ＧａＮ）層７０４と半極性ｐ型ＧａＮ（ｐ−ＧａＮ）層７０６との間のＭＱＷ構造７０２を示しており、ここで、ＭＱＷ構造７０２は一つ以上の量子井戸あるいはアクティブ層７０８、７１０、７１２（例えばＩｎＧａＮ）、およびバリア層あるいはクラッド層７１４、７１６、７０４、７０６（例えばＧａＮ）を含む。このようにデバイス７００は、第１のクラッド層エネルギーバンドを有する第１のクラッド層材料７１４、第２のクラッド層エネルギーバンドを有する第２のクラッド層材料７１６（典型的には第１のクラッド材料７１４と第２のクラッド材料７１６は同じ）、５００ｎｍより長い波長を有する光７１８を放射しアクティブ層エネルギーバンドを有するアクティブ層材料７０８、７１０、７１２を含み、ここで、アクティブ層材料７０８、７１０、７１２は第１のクラッド層材料７１４と第２のクラッド層材料７１６との間にあり、そして第１のクラッド材料７１４、第２のクラッド材料７１６、およびアクティブ層材料７１０は、ＡｌＩｎＧａＰ発光デバイスからの光出力パワーほどではないが、動作電流が増加するにつれて光の出力パワーが飽和し（図５（ａ））、ＡｌＩｎＧａＰ発光デバイスからの光出力パワーほどではないが、発光デバイスの温度が上昇するにつれて光出力パワーが減少するような材料である（図５（ｂ））。
【００４５】
さらには、第１のクラッド材料７１４、第２のクラッド材料７１６、およびアクティブ層材料７１０は、アクティブ層エネルギーバンドと第１のクラッド層エネルギーバンドとの間の第１のエネルギーバンドオフセット７２０、およびアクティブ層エネルギーバンドと第２のクラッド層エネルギーバンドとの間の第２のエネルギーバンドオフセット７２２が、ＡｌＩｎＧａＰ発光デバイスにおけるＡｌＩｎＧａＰアクティブ層エネルギーバンドとＡｌＩｎＧａＰクラッド層エネルギーバンドとの間のＡｌＩｎＧａＰエネルギーバンドオフセットよりも小さくなり得るようなものであり得る。典型的には第１のエネルギーバンドオフセット７２０と第２のエネルギーバンドオフセット７２２は同じである。
【００４６】
図６と図７はまた、［０００１］ＩＩＩ族窒化物半導体に比べて、低減された内部電場
、増加された厚み６４６、およびより長い波長の放射のためのより高いインジウム組成を有するＩＩＩ族窒化物量子井戸層６０６、７１０を含む発光デバイス６００、７００の実施形態を示す。デバイス６００はさらに、電子とホールがある方向、例えばバリア層６１２、６１４、７１４、７１６の間の６４８、７２４に沿って、量子井戸層６０６内に量子力学的に閉じ込められるような、量子井戸層６０６より大きなバンドギャップを有するＩＩＩ族窒化物バリア層６１２、６１４の間のＩＩＩ族窒化物量子井戸層６０６と、ＩＩＩ族原子上の正イオン電荷と窒素原子上の負電荷とによって引き起こされる量子井戸層の圧電性かつ自発性の分極ベクトル６４２、７２６が、バリア層６１２、６１４間の方向６４８、７２４に対して零でない角度７２８で横たわり、それによってｃ軸に沿った分極ベクトルによって生成されるＱＣＳＥと比べてＱＣＳＥを低減させるような、量子井戸層６０６内のＩＩＩ族原子と窒素原子の相対的な位置または配向と、を含み得る。
【００４７】
図８（ａ）はウルツ鉱型ＩＩＩ族窒化物結晶内の極性面、無極性面、および半極性面を示し、図８（ｂ）は異なるインジウム組成ｘ＝０．０５、０．１０、０．１５、および０．２０について、ＩｎＧａＮが成長されるＧａＮ面の配向の関数として、バリア層６１２、６１４間の方向６４８に沿ったＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）内の計算された分極ΔＰｚを示すグラフである。
【００４８】
図９（ａ）は量子井戸層（ＩｎＧａＮ９００）およびバリア層（ＧａＮ９０２、９０４）内のＩＩＩ族原子と窒素原子の相対的な位置または配向を示し、ここで、ＩｎＧａＮ９００およびＧａＮ９０２、９０４はｃ面すなわちＧａ面の配向（図９（ａ）の［０００１］方向で示される）に成長される。併せて示されているのは、ＩＩＩ族原子上の正イオン電荷９０６と窒素原子上の負電荷９０８とによって引き起こされ、ＧａＮ９０２、９０４とＩｎＧａＮ９００との間の境界面９１０、９１２にそれぞれ正シート電荷＋σ２、負シート電荷−σ２、境界面９１４、９１６にそれぞれ正シート電荷＋σ１、負シート電荷−σ１を導く、自発性の分極ＰＳＰの方向と、圧電性の分極ＰＰＥの方向である。
【００４９】
図９（ｂ）は図９（ａ）のＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造を横切る価電子バンドＥｖおよび伝導バンドＥｃを示し、ＰＳＰおよびＰＰＥから由来するＩｎＧａＮ内の電子とホールの波動関数の位置を示している。
【００５０】
図９（ｃ）は、量子井戸層（ＩｎＧａＮ９１４）およびバリア層（ＧａＮ９１６、９１８）内のＩＩＩ族原子と窒素原子の相対的な位置または配向を示し、ここで、ＩｎＧａＮ９１４およびＧａＮ９１６、９１８はａ面（１１−２０方向によって示される無極性面）上に成長される。ＩＩＩ族原子上の正イオン電荷９０６および窒素原子上の負電荷９０８が示されている。
【００５１】
図９（ｄ）は図９（ｃ）のＧａＮ／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ構造を横切る価電子バンドＥｖおよび伝導バンドＥｃを示し、無極性に起因した、ＩｎＧａＮ９１４内の電子とホールの波動関数の非摂動位置を示している。
【００５２】
（参考文献）
以下の参考文献は本明細書において参照により援用される。
【００５３】
【表１】
2011517099.tif 000003
（結び）
ここでは本発明の好ましい実施形態の記載を締め括る。前述の一つ以上の発明の実施形態の記載は図示および記載の目的のために提示された。それは網羅的であったり正確な開示形態で発明を限定することを意図したものではない。先述の教示に照らして様々な改変および変形が可能である。発明の範囲はこの詳細な説明によるのではなく、寧ろ添付の特許請求の範囲によって限定されることを意図している。
【図１】
2011517099.tif 000004
【図２ｂ】
2011517099.tif 000005
【図３（ａ）−３（ｂ）】
2011517099.tif 000006
【図５ａ】
2011517099.tif 000007
【図５ｂ】
2011517099.tif 000008
【図６】
2011517099.tif 000009
【図７】
2011517099.tif 000010
【図８ａ】
2011517099.tif 000011
【図２ａ】
2011517099.tif 000012
【図４】
2011517099.tif 000013
【図８ｂ】
2011517099.tif 000014
【図９】
2011517099.tif 000015
【国際調査報告】
2011517099.tif 000016