(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
傾斜したｐ面の側壁を有する上端部および実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部を有するＩＩＩ族窒化物半導体ナノワイヤコアと、
前記半導体ナノワイヤコアの周囲に半径方向に配されたインジウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体第１のシェルと、を含むナノワイヤデバイスであって、
前記第１のシェルは、前記半導体ナノワイヤコアの前記上端部の上に配された傾斜したｐ面の側壁を有する上端部と、前記半導体ナノワイヤコアの前記下部の上に配された実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部と、を含み、
前記第１のシェルは、さらに、前記第１のシェルの前記上端部の前記ｐ面から前記第１のシェルの前記下部の前記ｍ面までの構造的な不連続性を含むひさし領域を含み、
前記ひさし領域は、前記傾斜したｐ面の側壁を有する第１のシェルの上端部、および、前記実質的に垂直なｍ面の側壁を有する前記第１のシェルの前記下部よりも、少なくとも５原子パーセント高いインジウム含有量を有することを特徴とするナノワイヤデバイス。
【請求項２】
前記ナノワイヤデバイスが、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを含み、前記第１のシェルが、活性領域量子井戸シェルを含むことを特徴とする請求項１に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項３】
前記第１のシェルの前記上端部は、前記半導体ナノワイヤコアの前記上端部の全周を取り囲むリング形状領域を含み、
前記第１のシェルの前記下部は、前記半導体ナノワイヤコアの前記下部の全周を取り囲むリング形状領域を含み、
前記ひさし領域は、前記半導体ナノワイヤコアの前記上端部と前記下部との間の、前記半導体ナノワイヤコアの中央部の全周を取り囲むリング形状領域を含む
ことを特徴とする請求項２に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項４】
前記活性領域量子井戸シェルが、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ半導体量子井戸シェルを含むことを特徴とする請求項３に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項５】
前記ひさし領域が、１０原子パーセントよりも多いインジウムを含み、第１のシェルの前記上端部および前記第１のシェルの前記下部が、１０原子パーセントよりも少ないインジウムを含むことを特徴とする請求項４に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項６】
前記ひさし領域が、１５〜３０原子パーセントのインジウムを含み、第１のシェルの前記上端部および前記第１のシェルの前記下部が、１５原子パーセントまたは１５原子パーセントよりも少ないインジウムを含むことを特徴とする請求項５に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤが、４９５から５９０ｎｍのピーク放射波長、または、５９１から６５０ｎｍのピーク放射波長を有し、光は前記ひさし領域から支配的に放射されることを特徴とする請求項５に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項８】
前記ＬＥＤが、約５２０ｎｍのピーク放射波長を有し、前記ひさし領域が、約２０原子パーセントのインジウムを含むことを特徴とする請求項７に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項９】
前記ＬＥＤが、約６１０ｎｍのピーク放射波長を有し、前記ひさし領域が、約３０原子パーセントのインジウムを含むことを特徴とする請求項７に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１０】
前記第１のシェルの前記下部が、少なくとも３つのピークを有する不均一な表面の輪郭を有し、
前記少なくとも３つのピークのそれぞれが、前記少なくとも３つのピークの隣接するピークから谷によって分離され、
前記少なくとも３つのピークのそれぞれが、隣接する谷から半径方向に少なくとも２ｎｍ延在することを特徴とする請求項２に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１１】
前記半導体ナノワイヤコアと前記第１のシェルとの間に半径方向に配された半導体第２のシェルをさらに含み、
前記第２のシェルが、前記活性領域量子井戸シェルの下地層バリアシェル、または、前記活性領域量子井戸シェルから半径方向に内側に配された下地層シェルを含むことを特徴とする請求項１０に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１２】
前記第２のシェルが、少なくとも３つのピークを有する不均一な表面の輪郭を有し、
前記少なくとも３つのピークのそれぞれが、前記少なくとも３つのピークの隣接するピークから谷によって分離され、
前記少なくとも３つのピークのそれぞれが、隣接する谷から半径方向に少なくとも２ｎｍ延在することを特徴とする請求項１１に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１３】
支持体の半導体表面の上に配された絶縁マスク層をさらに含み、
前記半導体ナノワイヤコアは、前記絶縁マスク層の開口部を介して前記支持体の前記半導体表面から実質的に直交し延在する第１の導電型の半導体ナノワイヤコアと、
前記活性領域量子井戸シェルの上および周囲に延在する、少なくとも１つの第２の導電型の半導体シェルと、
前記第２の導電型の半導体シェルと接触する第１の電極層と、
前記半導体ナノワイヤコアと電気的に接続される第２の電極層と、
を含むことを特徴とする請求項２に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１４】
前記第１の導電型が、ｎ型を含み、
前記第２の導電型が、ｐ型を含み、
前記支持体が、基板の上のｎ−ＧａＮまたはｎ−ＡｌＧａＮの、ｎ型半導体バッファ層を含み、
前記半導体ナノワイヤコアが、ｎ−ＧａＮナノワイヤコアを含み、
前記活性領域量子井戸シェルが、ＧａＮバリアシェルの間のＩｎＧａＮシェルを含み、
前記第１の電極層が、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載のナノワイヤデバイス。
【請求項１５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを製造する方法であって、
傾斜したｐ面の側壁を有する上端部および実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部を有する半導体ナノワイヤコアを形成する工程と、
前記半導体ナノワイヤコアの周囲に半径方向に第１のシェルであって、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ活性領域量子井戸を含む前記第１のシェルを形成する工程と、を含み、
前記第１のシェルは、前記半導体ナノワイヤコアの上端部の上に配された傾斜したｐ面の側壁を有する上端部と、前記半導体ナノワイヤコアの下部の上に配された実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部と、を含み、
前記第１のシェルは、さらに、前記第１のシェルの前記上端部の前記ｐ面から前記第１のシェルの前記下部の前記ｍ面までの構造的な不連続性を含むひさし領域を含み、
前記ひさし領域は、前記傾斜したｐ面の側壁を有する第１のシェルの上端部、および、前記実質的に垂直なｍ面の側壁を有する前記第１のシェルの前記下部よりも、少なくとも５原子パーセント高いインジウム含有量を有し、光は前記ひさし領域から支配的に放射されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
前記第１のシェルを形成する前に、前記半導体ナノワイヤコアの周囲に半径方向に第２の半導体シェルを形成する工程をさらに含むことを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記構造的な不連続性が、Ｉｎ−Ｎ結合が緩み、実質的に垂直なｍ面の側壁を有する前記第１のシェルの前記下部よりも高い確率でインジウムを取り込むための低エネルギ表面を生成することを特徴とする請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを製造する方法であって、
傾斜したｐ面の側壁を有する上端部および実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部を有する半導体ナノワイヤコアを形成する工程と、
前記半導体ナノワイヤコアの周囲に半径方向に第１のシェルであって、前記第１のシェルの形成中にその場で一体的に形成されるインジウムリッチひさし領域を有するＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ活性領域量子井戸を含む前記第１のシェルを形成する工程と、を含み、
インジウムリッチひさし領域が、前記第１のシェルのインジウム不足部よりも少なくとも５原子パーセント高いインジウムの含有量を有することを特徴とする方法。
【請求項１９】
前記第１のシェルの前記インジウム不足部が、前記半導体ナノワイヤコアの上端部の上に配された傾斜したｐ面の側壁を有する上端部と、前記半導体ナノワイヤコアの下部の上に配された実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部と、を含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ひさし領域が、前記第１のシェルの前記上端部の前記ｐ面から前記第１のシェルの前記下部の前記ｍ面までの構造的な不連続性を含み、
前記構造的な不連続性は、Ｉｎ−Ｎ結合が緩み、実質的に垂直なｍ面の側壁を有する前記第１のシェルの前記下部よりも高い確率でインジウムを取り込むための低エネルギ表面を生成することを特徴とする請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる２０１４年８月１２日に出願された米国仮出願番号６２／０３６，３６３の優先権の利益を主張する。
【０００２】
本発明の実施形態は、一般に、例えばナノワイヤ発光ダイオード（ＬＥＤ）など、半導体デバイスに関し、特に、不均一な活性領域を有するナノワイヤＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００３】
ナノワイヤ発光ダイオード（ＬＥＤ）は、平面状ＬＥＤの代替として関心が増している。従来の平面技術で生産されたＬＥＤと比較して、ナノワイヤＬＥＤは、ナノワイヤの一次元性に起因する固有の特性、格子整合の制限がより少ないことに起因する材料の組み合わせの適応性の向上、および、より大きな基板上でプロセスする機会を提供する。
【０００４】
参照によりその全体が本明細書に組み込まれる２０１２年５月１２日に発行された米国特許第８，１３８，４９３号明細書は、ＧａＮ系において、従来の平面技術を用いて赤外から緑色の波長領域で発光ダイオードを製造することは難しく、それらは、青色発光ＬＥＤよりもはるかに低い効率を与えることに言及する。これは、ａ）約０．４＜ｘ＜０．８を有するＩｎｘＧａ１−ｘＮが、安定した材料であるとは理論的に期待されないことによる赤色および緑色の波長領域におけるＩｎＧａＮ材料の混和性ギャップ；およびｂ）ＬＥＤ構造の平面層の高い固有の欠陥密度は、青色ＬＥＤに用いられるＩｎ含有量の低いＩｎＧａＮよりも、Ｉｎ含有量の高いＩｎＧａＮの非常に高い程度によって、光量子の再結合の効率を低下させること、に起因すると考えることができる。８，１３８，４９３特許は、向上された放射を有する赤外から緑色の波長領域の発光を提供する、ナノワイヤコアとナノワイヤシェルとの間のＩｎＧａＮ量子ドット含むナノ構造ＬＥＤデバイスを提供することによって、この問題を解決する。一例として、そのようなナノ構造ＬＥＤデバイスは、ＧａＮベースシェルに埋め込まれたＧａＮおよびＩｎＧａＮ量子ドットで作られたナノワイヤコアを含む。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の実施形態は、シェルの上端部のｐ面からシェルの下部のｍ面までの構造的な不連続性を有するひさし領域を含むコア−シェルナノワイヤデバイスを提供する。ひさし領域は、シェルのｐ面部およびｍ面部よりも少なくとも５原子パーセント高いインジウム含有量を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】図１は、ナノワイヤＬＥＤの基礎の側面断面図を概略的に示す。
【図２】図２は、バッファ層上のナノワイヤＬＥＤの側面断面図を概略的に示す。
【図３Ａ】、
【図３Ｂ】図３Ａおよび３Ｂは、活性領域シェルが、滑らかで均一な半径方向の表面上に形成されたナノワイヤＬＥＤデバイスの電子顕微鏡写真である。
【図４】図４は、活性領域シェルが、不均一な半径方向の表面に形成され、かつ、インジウムリッチ領域を含むナノワイヤＬＥＤデバイスの側面断面図を概略的に示す。
【図５Ａ】、
【図５Ｂ】、
【図６Ａ】、
【図６Ｂ】、
【図７Ａ】、
【図７Ｂ】、
【図８】図５Ａ、５Ｂ、６Ｂ、７Ｂおよび８は、図４に示されるナノワイヤＬＥＤデバイスの電子顕微鏡写真である。図６Ａおよび７Ａは、それぞれ図６Ｂおよび７Ｂの選択された領域の組成を示す表である。
【図９Ａ】、
【図９Ｂ】、
【図９Ｃ】、
【図９Ｄ】、
【図９Ｅ】図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｅは、本発明の別の実施形態によるナノワイヤＬＥＤの電子顕微鏡写真である。図９Ｄは、図９Ｃの選択された領域の組成を示す表である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
一実施形態において、活性領域シェルが不均一な輪郭を有するように、活性領域シェルは、不均一な表面上に形成される（例えば、直線ではない半径方向の側壁、および／または、垂直方向の高さの関数のような水平方向の不均一な厚さ）。この”でこぼこ”な表面は、外側シェルの欠陥（例えば、積層欠陥）を低減または排除する。
【０００８】
不均一な表面上の１つ以上のＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ／（Ａｌ）ＧａＮ量子井戸を含む活性領域シェルの形成は、活性領域の形成中に自己組織化によって形成されるインジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域（例えば、ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮ領域が、例えば１５〜３５原子パーセントのインジウムなど、１０原子パーセントよりも多いインジウムを有する）の原因になる。これらのインジウムリッチ領域は、領域のインジウム含有量に応じて、より長波長のスペクトル領域（例えば、緑色〜黄色の４９５〜５９０ｎｍのピーク放射波長領域、および／または、オレンジ色〜赤色の５９１〜６５０ｎｍのピーク放射波長領域）における高輝度、高効率放射に関与すると考えられる。
【０００９】
しかしながら、活性領域シェルの部分の間に別々に形成された、別々に形成された量子ドットとは対照的に、インジウムリッチ領域は、活性領域シェルの形成中に、その場で一体的に形成される。したがって、インジウムリッチ領域は、活性領域量子井戸シェルに埋め込まれた個別のナノ粒子または量子ドットではなく、活性領域量子井戸シェルの一体部分を含む。例えば、個別のナノ粒子は、周囲の半導体層とは異なるグレイン構造、および/または、配向をしばしば有し、電子顕微鏡写真で見えるナノ粒子と周囲の層のグレインとの間に急峻な遷移またはグレイン境界を有する。対照的に、一体的なインジウムリッチ領域は、周囲の活性領域シェルの周囲のインジウム不足領域とは異なる結晶配向を有することを必要とせず、急峻な遷移またはグレイン境界を有する必要はない。
【００１０】
例えば、約１０原子パーセントのインジウムを含むＩｎＧａＮ活性領域は、青色のスペクトル範囲の約４５０ｎｍのピーク波長を有する光を放射し、約２０原子パーセントのインジウムを含むＩｎＧａＮ活性領域は、緑色のスペクトル範囲の約５２０ｎｍのピーク波長を有する光を放射し、約３０原子パーセントのインジウムを含むＩｎＧａＮ活性領域は、赤色のスペクトル範囲の約６１０ｎｍのピーク波長を有する光を放射する。もちろん、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ活性領域のインジウム濃度は、例えば４５０ｎｍから６２０ｎｍなど、約４３０ｎｍと約６５０ｎｍとの間の所望の色の放射（例えば、青色、緑色、オレンジ色または赤色）を達成するために、例えば１５から３０原子パーセントなど、５原子パーセントと３５原子パーセントとの間で、例えば１５原子パーセント〜３０原子パーセントの間で変化させることができる。
【００１１】
注意すべきは、量子井戸自体が不均一な厚さ（すなわち、でこぼこの半径方向の量子井戸シェルである）を有する限り、量子井戸の下の不均一な表面を用いることなく、活性領域の量子井戸にインジウムリッチのＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域が形成されてもよい。
【００１２】
ＩｎＮ（ａ＝．３５４ｎｍ）とＧａＮ（ａ＝．３１９ｎｍ）との間の大きな（約１０％）格子不整合は、得られるＩｎＧａＮ層に構造欠陥を引き起こすことなく、ＧａＮ格子中に高濃度のインジウムを組み込むことを困難にする。しかしながら、例えばＧａＮ／ＩｎＧａＮコア／半径方向シェルナノワイヤのｍ面（すなわち、垂直面）と平行な半径方向の量子井戸など、インジウム不足（例えば、例えば５〜１０ａｔ．％のインジウムなど、１０原子パーセント以下を有する）の活性領域Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ量子井戸の中にインジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域を形成することによって、得られるＩｎＧａＮ活性領域シェルの構造欠陥が低減できる。
【００１３】
本発明の１つの実施形態は、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ活性領域シェルの中のナノワイヤの長さに沿って、インジウムの堆積を促進するために、ｍ面に沿ってナノメートルスケールの不連続性のシリーズを含む。結果として、これは、ｍ面に平行な直線の量子井戸の表面を維持する代わりに、ｍ面に沿ってナノメートルスケールのピーク（インジウムリッチ領域を含む）および谷（インジウム不足領域を含む）を構成する”でこぼこ”の表面を生じる。例えば、”でこぼこ”の表面において、ナノスケールの特徴は、ｍ面に平行な活性領域の量子井戸の垂直部分から、少なくとも部分的に対角のｐ面、１０−１１、に沿って突出する。
【００１４】
ナノテクノロジの分野において、ナノワイヤは、通常、ナノスケールまたはナノメートルの寸法の横方向のサイズ（例えば、円筒状のナノワイヤの直径、または、ピラミッド状または六角形のナノワイヤの幅）を有するナノ構造のように解釈されるが、一方で、長さ方向のサイズは拘束されない。そのようなナノ構造は、一般に、ナノウィスカ、１次元ナノ素子、ナノロッド、ナノチューブなどとも呼ばれる。ナノワイヤは、約２ミクロンまでの直径または幅を有することができる。ナノワイヤの小さなサイズは、固有の物理的、光学的および電子的特性を提供する。これらの特性は、例えば、量子力学的効果（例えば、量子ワイヤを使用する）を利用したデバイスを形成するために、また、大きな格子不整合に起因する通常は結合できない、組成が異なる材料のヘテロ構造を形成するために使用することができる。用語ナノワイヤが意味するように、一次元性は、細長い形状と関連づけられてもよい。ナノワイヤは、様々な断面形状を有しうるため、直径は、有効直径を参照することを意味する。有効直径によると、それは、構造の断面の長径および短径の平均を意味する。
【００１５】
上側、トップ、下側、下方などのすべての言及は、基板が底部にあり、ナノワイヤが基板から上方に延在することを考慮するように行われる。垂直は、基板によって形成される面と直交する方向を参照し、水平は、基板によって形成される面と平行な方向である。この命名は、理解を容易にするためだけに導入され、特定の組み立て方向などの限定を考慮されるものではない。
【００１６】
その技術分野で知られるような任意の適切なナノワイヤＬＥＤ構造が、本発明の方法で使用されうる。ナノワイヤＬＥＤは、典型的に、１つ以上の、ｐｎ接合またはｐ−ｉ−ｎ接合に基づく。ｐｎ接合とｐ−ｉ−ｎ接合との違いは、後者がより広い活性領域を有することである。より広い活性領域は、ｉ領域での再結合の高い確率を可能にする。それぞれのナノワイヤは、第１の導電型（例えば、ｎ型）のナノワイヤコアと、動作時に光生成のための活性領域を提供するｐｎ接合またはｐｉｎ接合を形成するための、取り囲む第２の導電型（例えば、ｐ型）のシェルとを含む。コアの第１の導電型は、ｎ型半導体コアとして本明細書では説明され、第２の導電型シェルは、ｐ型半導体シェルとして本明細書では説明されるが、それらの導電型は逆であってもよいことを理解すべきである。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態に従って改質されたナノワイヤＬＥＤ構造の基礎を概略的に示す。原理上、ナノワイヤＬＥＤを形成するために、単一のナノワイヤで十分であるが、小さなサイズに起因し、ＬＥＤ構造を形成するために、数百、数千、数万、または、それ以上の並んだナノワイヤを含むアレイ状に、ナノワイヤは配されることが好ましい。例示的な目的のために、個々のナノワイヤＬＥＤデバイスは、ｎ型ナノワイヤコア２と、ナノワイヤコア２の少なくとも一部を取り囲むｐ型シェル３と、異なるバンドギャップの複数の半導体層を含む例えば３〜１０の量子井戸など、単一の真性または低濃度にドープされた（例えば、１０１６ｃｍ−３未満のドーピングレベル）半導体層または１つ以上の量子井戸を含みうる中間活性領域４と、を有するナノワイヤＬＥＤ１から構成されるとして本明細書では示される。しかしながら、本発明の実施形態の目的のために、ナノワイヤＬＥＤは、これに限定されない。例えば、ナノワイヤコア２、活性領域４およびｐ型シェル３は、多数の層またはセグメントから構成されてもよい。別の実施形態において、コア２のみが２ミクロン未満の幅または直径を有することでナノ構造またはナノワイヤを含んでもよく、一方、シェル３が１ミクロンを超える幅または直径を有してもよい。
【００１８】
ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、高速かつ低電力のエレクトロニクスや、例えばレーザやＬＥＤなど光電子工学デバイスを容易にするそれらの特性に起因し、特に興味深い。ナノワイヤは、任意の半導体材料を含むことができ、ナノワイヤに適した材料は、ＧａＡｓ（ｐ）、ＩｎＡｓ、Ｇｅ、ＺｎＯ、ＩｎＮ、ＧａＩｎＮ、ＧａＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＢＮ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＰ、ＩｎＧａＰ：Ｓｉ、ＩｎＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＩｎＡｓ、ＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＡｓＰ、ＧａＩｎＳｂ、ＩｎＳｂ、Ｓｉを含むが、これらに限定されない。例えばＧａＰのための可能性のあるドナードーパントは、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓｅ、Ｓなどであり、同じ材料のためのアクセプタドーパントは、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｍｇ、Ｂｅ、Ｃｄなどである。ナノワイヤ技術は、例えばＧａＮ、ＩｎＮおよびＡｌＮなど、従来の方法では容易に到達できない波長領域の光を放出するＬＥＤの製造を容易にする窒化物を使用することを可能にすることに注意すべきである。特定の商業的関心の他の組み合わせは、ＧａＡｓ、ＧａＩｎＰ、ＧａＡｌＩｎＰ、ＧａＰ系が含まれるが、これらに限定されない。典型的なドーピングレベルは、１０１８ｃｍ−３から１０２０ｃｍ−３の範囲である。当業者は、これらおよび他の材料に精通しているが、他の材料および材料の組み合わせが可能であることを理解する。
【００１９】
ナノワイヤＬＥＤのための好ましい材料は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮおよびＩｎＧａＮなど）または他の半導体（例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ）など、ＩＩＩ−Ｖ族半導体である。ＬＥＤとして機能するために、それぞれのナノワイヤＬＥＤ１のｎ側およびｐ側は接触させなければならず、本発明は、ＬＥＤ構造でのナノワイヤのｎ側およびｐ側を接触させることに関連する方法および組成を提供する。
【００２０】
ナノワイヤ製造方法の教示のために参照により本明細書に組み込まれる、例えば、Ｓｅｉｆｅｒｔらの米国特許第７，８２９，４４３号明細書に示されるように、本明細書に示される例示的な製造方法は、好ましくは、ナノワイヤコアを利用し、コア上に半導体シェル層を成長させ、コア−シェルナノワイヤを形成するが、本発明はそれに限定されないことに注意すべきである。
【００２１】
例えば、別の実施形態において、コアのみがナノ構造（例えば、ナノワイヤ）を構成してもよく、一方、シェルは典型的なナノワイヤシェルよりも大きな寸法を任意に有してもよい。さらに、デバイスは、多くのファセットを含むように成型でき、異なるタイプのファセット間の面積比は、制御されうる。これは、”ピラミッド”ファセットおよび垂直な側壁ファセットによって例示される。ＬＥＤは、支配的なピラミッドファセットまたは側壁ファセットを有するテンプレートの上に放射層が形成されるように製造することができる。放射層の形状と独立して、コンタクト層についても同様である。
【００２２】
図２は、ナノワイヤのための支持体を提供する例示的な構造を示す。任意に、成長マスクまたは誘電体マスキング層６（例えば、例えば窒化シリコン誘電体マスキング層など、窒化物層）を任意に用いて、ナノワイヤの位置を定義し、底部界面エリアを決定し、ナノワイヤを成長基板５の上に成長させることによって、基板５は、少なくとも処理中に基板５から突出するナノワイヤのためのキャリアとして機能する。ナノワイヤの底部界面エリアは、誘電体マスキング層６のそれぞれの開口部の内側にコア２の根元エリアを含む。基板５は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれるスウェーデン特許公開第ＳＥ  １０５０７００−２号明細書（ＧＬＯ  ＡＢに譲渡されている）で議論されたように、例えばＩＩＩ−Ｖ族半導体またはＩＩ−ＶＩ族半導体、Ｓｉ、Ｇｅ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、石英、ガラスなどの異なる材料を含んでいてもよい。他の基板に適した材料は、ＧａＡｓ、ＧａＰ、ＧａＰ：Ｚｎ、ＧａＡｓ、ＩｎＡｓ、ＩｎＰ、ＧａＮ、ＧａＳｂ、ＺｎＯ、ＩｎＳｂ、ＳＯＩ（ｓｉｌｉｃｏｎ−ｏｎ−ｉｎｓｕｌａｔｏｒ）、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＣｄＴｅを含むが、これらに限定されない。１つの実施形態において、ナノワイヤコア２は、成長基板５の上に直接成長される。
【００２３】
好ましくは、基板５は、また、それぞれのナノワイヤＬＥＤ１のｎ側に接続する電流輸送層として機能するように適応される。図２に示されるように、これは、ナノワイヤＬＥＤ１に面する基板５の表面に配された、例えばＳｉ基板５の上のＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮバッファ層７など、ＩＩＩ族窒化物層の半導体バッファ層７を含む基板５を有することによって達成することができる。バッファ層７は、通常、所望のナノワイヤ材料と適合され、したがって、製造プロセスにおいて成長テンプレートとして機能する。ｎ型コア２のために、バッファ層７も、好ましくはｎ型にドープされる。バッファ層７は、単一層（例えば、ＧａＮ）、いくつかの副層（例えば、ＧａＮおよびＡｌＧａＮ）、または、Ａｌ含有量の高いＡｌＧａＮから、より低いＡｌ含有量のＡｌＧａＮまたはＧａＮに移行する傾斜層を含んでいてもよい。
【００２４】
７，８２９，４４３特許に示される方法は、支持体（例えば、バッファ層７上の）上の成長マスク６を提供することを含む。開口部は、その後、成長マスク６に形成され、バッファ層を露出する。開口部は、好ましくは、その直径およびその相対位置関係の両方に関して、十分に制御される。電子ビームリソグラフィ（ＥＢＬ）法、ナノプリントリソグラフィ法、光リソグラフィ法、および、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）法、ウエット化学エッチング法の、当技術分野で知られるいくつかの方法が、処理のために使用できるが、これらに限定されない。好ましくは、開口部は、例えば約１００ｎｍなど約７５〜１２５ｎｍの直径、０．５〜５μｍのピッチで離れている。開口部は、生産されたナノワイヤコア２の位置および直径を定義する。
【００２５】
次に、ナノワイヤコア２は、プリカーサソースの流れが連続的な、ＣＶＤに基づくプロセスによって成長される。プリカーサソースの流量は、成長ゾーンの低い過飽和を達成するように調整される。Ｖ／ＩＩＩ比は、例えば１〜１００の範囲など１００以下、好ましくは１〜５０の範囲、さらにより好ましくは５〜５０の範囲であるべきである。このＶ／ＩＩＩ比は、バルク膜成長に使用される比よりも大幅に低いことに注意すべきである。換言すると、ナノワイヤコア２は、比較的低温（例えば、８００Ｃ未満）で、低いＶ／ＩＩＩ比で成長される。
【００２６】
次に、図１および図２に示される１つ以上のシェル３、４は、例えば９００〜１２００Ｃなど８００Ｃを超えるより高い温度、コアの成長のために用いられるよりも、より高い量のより高いＶ／ＩＩＩ比（例えば、例えば２００〜１０００など、１００よりも高いＶ／ＩＩＩ比）でコア２の上に成長される。例えば、ｎ−ＧａＮナノワイヤコア２は、アンモニアおよびＴＭＧ（トリメチルガリウム）ガスソース、および、任意のドーピングソースガス（例えば、Ｍｇ含有ソースガス）を用いるＭＯＣＶＤによって成長させてもよい。ＮＨ３の流量は、コア２の成長の間、０．２から３．０ｓｃｃｍであってもよく、シェル３、４の成長の間、５０〜１００ｓｃｃｍであってもよい。ＴＭＧ（トリメチルガリウム）の流量は、０．１２と１．２μｍｏｌ／ｍｉｎの間であってもよい。
【００２７】
必要に応じて、活性領域シェル４を形成する前に、ｎ−ＧａＮコア２の上に、中間ｎ−ＧａＮシェル８が形成されてもよい。ｎ−ＧａＮシェル８は、高温（９００〜１２００Ｃのような、８００Ｃを超える）、例えば２００〜１０００など、１００よりも高い高Ｖ／ＩＩＩ比で形成されてもよい。このシェル８は、図３Ａおよび図３Ｂに示され、滑らかな（すなわち、直線）外側の側壁（すなわち、ｍ面の半径方向の側壁）を有する。
【００２８】
一つの実施形態において、中間ｎ−ＧａＮシェル８の滑らかな半径方向の表面の上に量子井戸活性領域シェル４が形成された場合、図３Ａおよび図３Ｂに示されるように、活性領域シェル４を取り囲む外側シェル３（例えば、ｐ型ＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮシェル）内に、水平積層欠陥９と考えられる多数の欠陥が形成される。
【００２９】
したがって、図４に示す一つの実施形態において、活性領域シェル４が不均一な輪郭を有し、局所的なインジウムリッチのＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域２１を有するような、活性領域シェルは、不均一（たとえば、”でこぼこ”）な表面に形成される。”でこぼこ”表面は、例えば活性領域量子井戸シェル４の下部の中間シェルまたはバリア層内など、活性領域量子井戸シェル４の下（例えば、半径方向に内側）の下地層８内から開始できる。これは、歪みが改質された表面活性領域シェル４を形成する。好ましくは、量子井戸の放出の吸収を避けるように、下地層８は、活性領域量子井戸４よりも、より低いインジウム含有量を有する（すなわち、下地層８は、活性領域量子井戸４よりも、より広いバンドギャップを有する）。例えば、下地層８はインジウムを有さなくてもよく（例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮからなる）、また、それは、例えば１〜５ａｔ．％インジウムなど、１０ａｔ．％より少ないインジウムを有するＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮ下地層であってもよい。
【００３０】
下地層８のでこぼこを制御することによって、欠陥を導入することなく、より均質で高インジウム含有の活性量子井戸層４を、後に成長させることができる。下地層８のでこぼこの度合いは、例えば温度、ＭＯＣＶＤ圧力、ＭＯＣＶＤ反応物流量、および／または、下地層のＩｎ／Ｇａ比など、成長条件によって制御することができる。例えば、インジウム含有量が増加し、より低い成長温度で、でこぼこの度合いは増加する。
【００３１】
下地層８のでこぼこおよび成長条件は、インジウム含有量の低いＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ量子井戸に埋め込まれている均質から個別のインジウムリッチ領域の生成まで、量子井戸活性領域４の組成を制御しうる。量子井戸の厚さは、後述するピーク−谷と同じか、より薄い。
【００３２】
図４には、単一の量子井戸活性領域４が示されているが、多数の量子井戸活性領域４もまた形成されてもよい。でこぼこな量子井戸４と、でこぼこなＧａＮ、または、低Ｉｎ含有ＩｎＧａＮまたはＩｎＡｌＧａＮバリア層と、を分離することは、欠陥の量の減少、および、それぞれの量子井戸が局所的なインジウムリッチ領域２１を有するナノワイヤの外側シェル８の上に、多数の量子井戸活性領域４構造の成長を提供する。
【００３３】
例えば、下地層８、および／または、活性領域シェル４の不均一な表面または輪郭は、１０から３０ｎｍのピーク１２から隣接する谷１３までの距離、３から５ｎｍのピーク１２から隣接する谷１３までの深さ（すなわち、厚さにばらつき）を有しうる。好ましくは、活性層領域シェル４は、積層欠陥の生産を避けるように、５ｎｍよりも大きい厚さ有してもよい。下地層８が１５％よりも多いインジウムを有する場合、積層欠陥の生産を避けるように、好ましくは、それもまた、５ｎｍよりも大きい厚さを有する。
【００３４】
本明細書で用いられるように、不均一な表面は、水平方向に沿った半径方向（すなわち、ｍ面）の表面の、少なくとも１つの谷（例えば、窪み）１３から、例えば３から５ｎｍ離れるなど、少なくとも２ｎｍ延在する少なくとも３つのピーク（例えば、膨らみ）１２を有する、直線でないまたは滑らかでない（すなわちでこぼこ、または、ラフ）表面を意味する。不均一な輪郭は、活性領域シェル内の量子井戸が、直線ではない半径方向の表面（すなわち側壁）、および／または、垂直方向の高さの関数のような、半径（すなわち、水平）方向に沿って不均一な厚さを有することを意味する。不均一な厚さは、活性領域シェル（例えば、量子井戸）４の半径方向（すなわち、水平）の厚さが、シェル４の異なる垂直位置で、例えば２０〜４０％など、少なくとも１５％変化し、ラフな平行でない半径方向の側壁を有することを意味する。
【００３５】
５ｎｍを超えるＩｎ含有でこぼこ層（例えば、活性領域シェル）の膜厚の増加は、谷１３と比較してピーク１２の上にインジウムを不均一に堆積し、下地層８のピーク１２の上の活性領域シェル４に、局所的なインジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域２１を形成する。図４に示されるように、活性のインジウムリッチ領域２１は、活性領域シェル４のピーク２２に対応し、インジウムリッチ領域２１は、活性領域シェル４の谷２３に対応するインジウム不足領域によって分離される。好ましくは、シェル４のインジウムリッチ領域とインジウム不足領域との間のインジウム含有量の違いは、例えば１０から２５原子パーセントなど、少なくとも５原子パーセントである。
【００３６】
電気的コンタクトが、ナノワイヤのｍ面１４の上に直接置かれた場合、結果として、多数の発光ピークを生み出すことができる活性層４を生じる。図４に示されるように、好ましくは、ｐ側電気コンタクト１６のｐ型ＧａＮシェル３への接続は、シェル３の上端部の傾斜したｐ面１５の上に作られ、一方、ｎ側電気コンタクト１７は、ｎ型ＧａＮまたはＡｌＧａＮ基板７を介して、ｎ型ＧａＮナノワイヤコア２のｃ面に接続するよう作られる。したがって、ｍ面１４に由来するより低い発光のピークは、ＥＬスペクトルにおいて見られない。したがって、より長波長の緑、黄、オレンジまたは赤の光を放射する高Ｉｎ含有材料（すなわち、領域２１）の体積は、有害な積層欠陥を導入することなく増やすことができる。
【００３７】
例えば、図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、不均一な表面は、高Ｖ／ＩＩＩ比を維持しながら、低温（例えば、８００Ｃまたはそれ未満）で、中間シェル８を形成することによって達成されてもよい。これは、中間シェル８の外側の半径方向の表面１０が不均一になる原因になる。次いで、活性領域シェル４および外側ｐ型シェル（または複数シェル）３が、中間シェル８の上に形成される。図５Ａおよび図５Ｂに見られるように、この不均一な表面上の成長は、不均一な輪郭の活性領域シェル４を生産し、外側シェル３の欠陥（例えば、積層欠陥）９を低減または排除する。
【００３８】
図５Ａおよび図５Ｂに示されるように、活性領域シェル４は、不均一な厚さを有する。例えば、量子井戸含有シェル４は、位置＃５での７．６ｎｍから位置＃３の１２．２ｎｍまでの範囲の厚さを有する。したがって、シェル４の半径方向の厚さは、３０％（すなわち、３０〜３８％）を超えて、垂直方向に沿って４ｎｍを超えて変化する。
【００３９】
不均一な表面１０の上の１つ以上のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を含む不均一な輪郭を有する活性領域シェル４の形成は、結果として、活性領域シェルの形成の間、自己組織化によって局所的なインジウムリッチＩｎＧａＮ領域２１が形成されることをもたらす。具体的には、領域２１は、活性領域シェル４のより厚い（すなわち、膨れた）領域に形成されると考えられる。図６Ｂおよび図７Ｂにそれぞれ示されるナノワイヤＬＥＤの様々な位置における、原子パーセントでのＡｌ、Ｇａ、および、Ｉｎ含有量を示す表を、図６Ａおよび図７Ａは示す。図６Ａおよび図６Ｂに示されるように、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性領域４の領域＃１、２、３および７は、例えば１７．５から２３．９ａｔ％のインジウム（すなわち、それぞれ２０．５、１７．５、１９．９および２３．９）など、１５原子パーセントを超えるインジウムを含む。したがって、領域＃２と＃７との間で、インジウム含有量は、５原子パーセント（例えば、５から６．４原子パーセント）を超えて変化する。領域＃４〜６は、ＡｌＧａＮ外側シェルに位置し、インジウムを有さず、アルミニウムの含有量の変化もない。
【００４０】
図７Ａおよび図７Ｂに示されるように、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸活性領域４の領域＃１、２および３は、例えば１４．１から１８．３ａｔ％のインジウム（すなわち、それぞれ１８．０、１８．３および１４．１）など、１４原子パーセントを超えるインジウムを含む。したがって、領域＃２と＃３との間で、インジウム含有量は、４原子パーセントを超えて変化する。領域＃４〜７は、ＡｌＧａＮ外側シェルに位置し、インジウムを有さず、アルミニウムの含有量の変化もない。
【００４１】
これらのインジウムリッチ領域２１は、緑色から黄色の波長スペクトル領域で高輝度、高効率放射の原因であると考えられる。
【００４２】
さらに、不均一な表面１０の上の活性領域シェル４の形成は、結果として、中間シェル８のピラミッド状の傾斜した上側の表面（すなわち、半極性｛１−１０１｝ｍ面）よりも、半径方向の表面（すなわち、非極性｛１０−１０｝ｍ面）の上の活性領域４の厚さが、非常に厚くなることをもたらすと考えられる。中間シェル８のｍ面を覆う活性領域シェル４の半径方向の厚さは、デバイスの上端の中間シェル８のｐ面、１０−１１、を覆う厚さよりも、例えば３〜１０倍厚いなど、少なくとも３倍である。ＩｎＧａＮ量子井戸のｍ面の部分からの放射が、同じ量子井戸のｐ面、１０−１１、の部分からの放射と比較して向上されるため、これはＬＥＤデバイスの性能を向上する。したがって、量子井戸のｐ面、１０−１１、の厚さと比較した、量子井戸のｍ面の厚さの増加は、より厚い量子井戸のｐ面１０−１１の部分を有する従来技術のデバイスよりも、より高い割合の放射が量子井戸のｐ面、１０−１１、の部分よりもｍ面の部分から放射されることを意味する。
【００４３】
図８は、本発明の別の実施形態を示す。本実施形態において、デバイスは３つの中間シェル８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを含む。内部中間シェル８Ａは、ｎ−ＧａＮシェルを含む。中央シェル８Ｂは、不均一な表面を有するｎ−ＩｎＧａＮシェルを含み、外側シェル８Ｃは不均一な表面を有するｎ−ＧａＮシェルを含む。外側中間シェル８の上の活性領域シェル４の成長のための不均一な表面を形成するために、シェル８Ｂ、８Ｃの両方は、高いＶ／ＩＩＩ流量比および低温（例えば、８００Ｃ未満）で形成されうる。
【００４４】
図８に示されるように、活性領域シェル４は、不均一な厚さを有する。例えば、量子井戸含有シェル４は、位置＃４での６．８ｎｍから位置＃３の１２．５ｎｍまでの範囲の厚さを有する。したがって、シェル４の半径方向の厚さは、４０％（すなわち、４０〜４５．６％）を超えて変化し、５ｎｍを超えて（例えば、５から５．７ｎｍ）変化する。
【００４５】
図９Ａ、９Ｂ、９Ｃおよび９Ｅに示される別の実施形態において、例えばＬＥＤデバイスなどコアーシェルナノワイヤデバイスは、ひさし領域３１を含む。換言すると、ｍ面部３４とｐ面部３２とが結合するナノワイヤシェル４の角は、”ひさし”またはひさし領域３１とも呼ばれる。領域３１は、シェル４の上端部のｐ面部３２からシェル４の下部のｍ面部３４までの構造的な不連続性を含む。ひさし領域は、シェル４のｐ面部３２およびｍ面部３４よりも、少なくとも５原子パーセント高いインジウム含有量を有する。好ましくは、ひさし領域３１は、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ活性領域量子井戸シェル４中のインジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮである。
【００４６】
したがって、図９Ａ〜９Ｃおよび９Ｅに示されるように、例えばＬＥＤデバイスなどナノワイヤデバイスは、傾斜したｐ面の側壁を有する上端部、および、実質的に垂直なｍ面の側壁を有する下部を有するＩＩＩ族窒化物半導体ナノワイヤコア２と、半導体ナノワイヤコア２の周囲に半径方向に配されたインジウム含有ＩＩＩ族窒化物半導体シェル（例えば、活性領域量子井戸シェル４）と、を含む。シェル４は、ナノワイヤコアの上端部の上に配された傾斜したｐ面の側壁３２を有する上端部と、ナノワイヤコア２の下部の上に配された実質的に垂直なｍ面の側壁３４を有する下部と、を含む。シェル４は、また、シェル４の上端部３２のｐ面からシェル４の下部３４のｍ面までの構造的な不連続性を含むひさし領域３１を含む。デバイスは、また、例えばシェル３、８、８Ａ、８Ｂ、８Ｃおよび／または、９など、上述の追加のシェルを含んでいてもよい。
【００４７】
シェル４の上端部３２は、ナノワイヤコア２の上端部の全周を取り囲むリング形状領域を含む。シェル４の下部３４は、ナノワイヤコア２の下部の全周を取り囲むリング形状領域を含む。ひさし領域３１は、ナノワイヤコア２の上端部と下部との間の、ナノワイヤコアの中央部の全周を取り囲むリング形状領域を含む。したがって、好ましくは、シェル４のｐ面３２部およびｍ面３４部と比較して、実質的に一定の高められたインジウムの組成のリングを形成するために、ナノワイヤ（例えば、活性領域シェル４の外周）の外周の周囲に、ひさし領域３１は延在する。ＩＩＩ族窒化物ナノワイヤは、一般に、水平方向に六角形の断面形状を有するため、上方から見た場合、リングは、実質的に六角形の断面形状を有する。緑（５２０ｎｍ）および赤（６００ｎｍ）ＬＥＤのための、より長い波長デバイスを可能にするために、より高いインジウム組成の合金（例えば、Ｉｎ（Ａｌ）ＧａＮ）が、ひさし領域３１に選択的に堆積させることができる。
【００４８】
傾斜したｐ面の側壁３２を有するシェル４の上端部および実質的に垂直なｍ面の側壁３４を有するシェルの下部よりも、例えば少なくとも１０原子パーセントなど、例えば、１０から３０原子パーセント、少なくとも５原子パーセント高いインジウム含有量を、ひさし領域３１は有する。例えば、ひさし領域３１は、１５〜３０原子パーセントのインジウムを含んでいてもよく、シェル４の上端部３２およびシェルの下部３４は、例えば１から９原子パーセントのインジウムなど、１５原子パーセント以下のインジウムを含んでいてもよい。
【００４９】
Ｉｎリッチひさし領域３１を含むＬＥＤデバイスは、例えば、４９５から５９０ｎｍのピーク放射波長または５９１から６５０ｎｍのピーク放射波長など、赤色、オレンジ色、黄色または緑色のピーク放射波長を有しうる。より長いピーク放射波長領域、ひさし領域３１のより高いインジウム含有量。例えば、インジウム含有量は、４９５〜５９０ｎｍのピーク放射波長範囲を有するＬＥＤにおいて１５〜２２原子パーセントでありえ、５９１〜６５０ｎｍのピーク放射波長範囲を有するＬＥＤにおいて２３〜３０原子パーセントでありうる。例えば、ＬＥＤが約５２０ｎｍのピーク放射波長を有するとき、ひさし領域３１は約２０原子パーセントのインジウムを含みうり、ＬＥＤが約６１０ｎｍのピーク放射波長を有するとき、ひさし領域３１は約３０原子パーセントのインジウムを含みうる。
【００５０】
特定の理論によって縛られることを望まないが、本発明者は、インジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮひさし領域３１は、シェル４のｐ面部とｍ面部との間の構造的な不連続性に形成されると考える。不連続性は、Ｉｎ−Ｎ結合が緩み、ｍ面部３４よりも高い確率でインジウムを取り込むための低エネルギ表面を生成する。利用できる自由表面があるとき、Ｉｎ−Ｎ結合は、より容易にＧａＮに取り込まれることが示されている。したがって、インジウムリッチひさし領域３１は、活性領域シェル４の形成の間に、自己組織化によって形成される。
【００５１】
先の実施形態において示されるように、活性領域シェル４が不均一な表面１０の上に形成される場合、そのとき、シェル４は、ｍ面部３４の局所的なインジウムリッチＩｎ（Ａｌ）ＧａＮ領域２１に加えて、インジウムリッチひさし領域３１を含んでいてもよい。代わりに、シェル４が均一な表面に形成される場合、そのとき、シェル４は、インジウムリッチひさし領域３１のみを含み、インジウムリッチ領域２１は含まなくてもよい。
【００５２】
ひさし領域３１とシェル４のｍ面部３４との間のインジウムの組成の違いは、成長温度、ＭＯＣＶＤによるシェル４の堆積の間のＴＭＩｎ／ＴＭＧａ流量比、および／または、ＭＯＣＶＤによるシェル４の堆積の間のアンモニア流によって、制御することができる。温度の減少は、ｍ面部分３４に対してひさし領域３１のインジウム含有量を増加させるために、最も直接的な方法である。温度効果は、より低い成長速度で促進され、ここで成長速度は、シェル４のＭＯＣＶＤの間のＴＭＩｎ＋ＴＭＧａ／ＮＨ３比によって制御される。成長速度は、庇の高い表面エネルギに起因し、ｍ面部３４の厚さ（ｔ２）に対してひさし領域３１の厚さ（ｔ１）を増加させることができる。例えば、ｔ１は、ｔ２よりも１．１から１．５倍でありうる。ＩｎＧａＮシェル４の厚さの増加は、ひさし領域３１のインジウム含有量も１．５〜５倍増加する。
【００５３】
例えば、ひさし領域３１は、シェル４のｍ面部３４よりも、２０から３５パーセント厚いことを含む、例えば少なくとも２０パーセント厚いなど、少なくとも１０パーセント厚くてもよい。ｐ面部３２は、通常、ひさし領域３１およびｍ面部３４の両方よりも薄い。インジウム含有量の高いひさし領域３１からの放射は、ＬＥＤに印加される電流に応じて支配的であると考えられる。例えば、シェル４のｍ面部３４が７から１１ｎｍ厚でありうる一方、ひさし領域３１は１２から２０ｎｍ厚でありうる。シェル４のｐ面部３２は、０．４から２ｎｍ厚でありうる。
【００５４】
図９Ａおよび図９Ｂは、活性領域シェル４にインジウムリッチひさし領域３１を含む例示的なＬＥＤデバイスを示す。図９Ａのデバイスは、１つの中間ｎ−ＧａＮシェル８を含み、一方、図９Ｂのデバイスは、３つの中間シェル８Ａ、８Ｂおよび８Ｃを含む。  
図９Ａに示されるように、ひさし領域３１の厚さｔ１は約１３ｎｍであり、一方、シェル４のｍ面部３４の厚さは約１０ｎｍである。ひさし領域３１は約１０原子パーセントのインジウムを含み、一方、ｍ面部３４は約３原子パーセントのインジウムを含む。
【００５５】
同様に、図９Ｂに示されるように、ひさし領域３１の厚さｔ１は約１５ｎｍであり、一方、シェル４のｍ面部３４の厚さは７ｎｍと１１ｎｍとの間の範囲である。ひさし領域３１は約２５原子パーセントのインジウムを含み、一方、ｍ面部３４は約１５原子パーセントのインジウムを含む。このように、図９Ａおよび図９Ｂのデバイスにおいて、ひさし領域３１の厚さは、ｍ面部３４の厚さよりも約３０パーセント厚い。
【００５６】
図９Ｃは、活性領域シェル４にインジウムリッチひさし領域３１を含む別の例示的なＬＥＤデバイスを示す。図９ＣのＩｎＧａＮひさし領域３１（図９Ｄの表のスペクトル１に表される）は、２０．９原子パーセントのインジウムを含み、一方、ＩｎＧａＮのｍ面部３４（図９Ｄの表のスペクトル２および３に表される）は、７．５原子パーセントと９．５原子パーセントとの間のインジウムを含む。中間ＩｎＧａＮシェル８は、１．７原子パーセントと１．８原子パーセントとの間のインジウムを含む（図９Ｄの表のスペクトル４および５）。スペクトル６〜９は、外側のＡｌＧａＮシェル９を取り扱う。ｐ面部３２の量子井戸シェル４の厚さは、０．５ｎｍよりも少なく、ｍ面部３４では約８ｎｍである。
【００５７】
より長波長（例えば、緑色およびより長いピーク波長）で高効率のデバイスが、ひさし領域の活性領域の体積を増加させることによって、達成することができる。これは、ナノワイヤの直径を増加させることによって、および／または、ナノワイヤのピッチを減少させ基板上のナノワイヤの密度を増加させることによって、行うことができる。
【００５８】
ひさし領域３１の数を増加させることは、また、ナノワイヤで多数の量子井戸活性領域４を成長させることによって、達成することができる。例えば、図９Ｅに示されるように、ＬＥＤデバイスは、２つの量子井戸活性領域シェル４Ａ、４Ｂを含み、それぞれの量子井戸活性領域シェル４Ａ、４Ｂは、それぞれひさし領域３１Ａ、３１Ｂを含む。シェル４Ａ、４Ｂよりも低いインジウム含有量を有するＩｎ（Ａｌ）ＧａＮシェル、または、ｐ型ＡｌＧａＮシェルまたはｐ型ＧａＮシェルでありうる中間シェル３３によって、シェル４Ａ、４Ｂは分離される。
【００５９】
本発明は、ナノワイヤＬＥＤについて示されるが、例えば電界効果型トランジスタやダイオードなどの他のナノワイヤに基づく半導体デバイスや、特に、例えばフォトダイオードや太陽電池、レーザなどの光吸収または光生成をするデバイスは、任意のナノワイヤ構造上に実装することができることを認識すべきである。
【００６０】
本明細書で引用されるすべての文献および特許は、個々の文献または特許が特定して、かつ、個別に参照として組み込まれると指示されたかのように参照として本明細書に組み込まれており、かつ、引用されたそれらの文献と関連して方法、および／または、材料を開示し、かつ、説明するために本明細書に取り入れられている。どの文献の引用も、本出願の出願日以前に開示されたための引用であり、そのような先行発明があることによって、本発明の日付がその文献に先行する権利を持たないことの承認であると解釈されるべきではない。さらに、提示される文献の公表の日付は、独自に確認される必要がある実際の公表の日付とは異なる場合もある。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図９Ｅ】
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