(57)【要約】  光電子デバイスが、酸化物基板と、酸化物基板上に配置される酸化物エピタキシャル層と、酸化物エピタキシャル基板上に配置されるＩＩＩ族窒化物活性層とを含む。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物基板（１０５）と、
前記酸化物基板（１０５）上に配置される酸化物エピタキシャル層（１１０）と、
前記酸化物エピタキシャル基板（１１０）上に配置されるＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）と
を備える、光電子デバイス（１００）。
【請求項２】
前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層の両方が同じ材料を含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層の前記同じ材料が、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化マグネシウム、および酸化マグネシウムアルミニウムのうちの１つである、請求項２に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層の両方が酸化物および１つの追加の共通の材料を含み、前記酸化物基板が前記酸化物エピタキシャル層中に存在しない材料を含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記１つの追加の共通の材料がマグネシウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がスカンジウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つである、
前記１つの追加の共通の材料がアルミニウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がスカンジウム及びマグネシウムのうちの少なくとも１つである、
前記１つの追加の共通の材料がスカンジウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がマグネシウム及びアルミニウムのうちの少なくとも１つである、
前記１つの追加の共通の材料がマグネシウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がアルミニウムである、
前記１つの追加の共通の材料がアルミニウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がマグネシウムである、または
前記１つの追加の共通の材料がリチウムであり、酸化物エピタキシャル層中に存在しない前記酸化物基板中の前記材料がアルミニウムである、請求項４に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
酸化物エピタキシャル層がｎ型ドーピング層である、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記酸化物基板および前記酸化物エピタキシャル層が酸化亜鉛を含み、前記ＩＩＩ族窒化物活性層が窒化ガリウム層である、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物活性層がインジウムをさらに含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物層がＩｎｘＧａ１−ｘＮを含む、請求項８に記載の光電子デバイス。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物層がＩｎ０．２７Ｇａ０．７３ＮまたはＩｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎを含む、請求項９に記載の光電子デバイス。
【請求項１１】
酸化物基板（１０５）上に酸化物エピタキシャル層（１１０）を形成するステップ（２０５）と、
前記酸化物エピタキシャル層上にＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）を形成するステップ（２１０）と
を含む、光電子デバイスを形成する方法。
【請求項１２】
前記酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が成長チャンバで形成され、前記酸化物基板が前記成長チャンバの外で形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記成長チャンバでの前記酸化物エピタキシャル層の前記形成期間に、前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層との間の界面に原子的に滑らかな面が形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が連続成長プロセス期間に共通の成長チャンバで形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が有機金属化学気相成長を使用して前記共通の成長チャンバで形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
酸化物基板（１０５）の組成を決定するステップと、
前記酸化物基板（１０５）の前記決定された組成に基づいて、酸化物エピタキシャル層（１１０）の組成を決定するステップと、
ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）と前記酸化物エピタキシャル層（１１０）との間の格子不整合を最小化するために、前記酸化物エピタキシャル層（１１０）の前記決定された組成に基づいて前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）の組成を決定するステップと、
前記酸化物基板（１０５）、酸化物エピタキシャル層（１１０）、およびＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）の前記決定された組成を使用して、前記酸化物基板（１０５）上に酸化物エピタキシャル層（１１０）および前記酸化物エピタキシャル層（１１０）上に前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）を有する前記光電子デバイスを形成するステップと
を含む、光電子デバイス（１００）を形成する方法。
【請求項１７】
前記酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が成長チャンバで形成され、前記酸化物基板が前記成長チャンバの外で形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記成長チャンバでの前記酸化物エピタキシャル層の前記形成期間に、前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層との間の界面に原子的に滑らかな面が形成される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が連続成長プロセス期間に共通の成長チャンバで形成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が有機金属化学気相成長を使用して前記共通の成長チャンバで形成される、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、その開示が参照によってその全体として本明細書に組み込まれる、「ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＷＩＴＨ  ＯＸＩＤＥ  ＢＵＦＦＥＲ  ＬＡＹＥＲ  ＢＹ  ＮＩＴＲＩＤＥ−ＯＸＩＤＥ  ＭＯＶＰＥ」という題名で、２０１８年３月１９日に出願された米国仮特許出願第６２／６４４，７７７号、および「ＩＩＩ−ＮＩＴＲＩＤＥ  ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤ  ＯＦ  ＰＲＯＤＵＣＴＩＯＮ」という題名で、２０１８年８月２８日に出願された米国仮特許出願第６２／７２３，７１３号の優先権を主張する。
【０００２】
開示される主題の実施形態は、一般的に、酸化物基板およびその上にＩＩＩ族窒化物活性層が配置される酸化物エピタキシャル層を有するＩＩＩ族窒化物光電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物半導体（窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化ボロン（ＢＮ）およびそれらの合金）は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、光検出器などといった、光電子デバイスを製造するための鍵となる材料として登場した。ＩＩＩ族窒化物半導体は、典型的には、サファイア基板の高温安定性、熱放散、および化学特性に起因して、サファイア基板上に形成される。しかし、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物活性層との間に大きい格子不整合があることに起因して、サファイア基板上に形成されるＩＩＩ族窒化物活性層を有するデバイスは、効率が低下する。この低下した効率は、電池駆動デバイスなどといった、電力効率が重要な用途が意図されることが多い、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスの多くの用途で重要となる場合がある。
【０００４】
基板とＩＩＩ族窒化物活性層との間の格子不整合に対処する１つの方法は、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板上に窒化ガリウム活性層を形成することである。１６％の格子不整合を有するサファイア基板上の窒化ガリウム活性層を形成することと比較して、酸化亜鉛基板上の窒化ガリウム活性層は、−２．１％の格子不整合を有する。格子不整合は、Ｉｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎの組成を有する窒化インジウムガリウム活性層を使用することによって、ほぼ解消することができる。酸化亜鉛基板上に窒化ガリウム活性層を有するデバイスが格子不整合を減少させ、酸化亜鉛基板上の窒化インジウムガリウム活性層が格子不整合をほぼ解消するが、窒化ガリウムまたは窒化インジウムガリウム活性層は、活性層が形成される酸化亜鉛基板の上面の損傷に起因して、低い結晶品質および粗い表面を有する。
【０００５】
酸化亜鉛基板への損傷を減らす１つの方法は、酸化亜鉛基板上に低温窒化ガリウム（または窒化インジウムガリウム）バッファ層を形成し、次いで、低温窒化ガリウム（または窒化インジウムガリウム）バッファ層上に窒化ガリウム活性層を形成することである。低温窒化ガリウムバッファ層が窒化ガリウム活性層の成長期間に酸化亜鉛基板の表面を保護することができるが、酸化亜鉛基板の上面の損傷は、デバイスの効率を低下させる低い結晶品質および粗い表面を有する窒化ガリウム（または窒化インジウムガリウム）バッファ層および窒化ガリウム（または窒化インジウムガリウム）活性層をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、基板とＩＩＩ族窒化物活性層との間の格子不整合がより小さい一方、ＩＩＩ族窒化物活性層の形成にとって好適な基体を実現するＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
一実施形態によれば、酸化物基板と、酸化物基板上に配置される酸化物エピタキシャル層と、酸化物エピタキシャル基板上に配置されるＩＩＩ族窒化物活性層とを含む、光電子デバイスがある。
【０００８】
別の実施形態によれば、光電子デバイスを形成する方法がある。酸化物エピタキシャル層が酸化物基板上に形成される。ＩＩＩ族窒化物活性層が酸化物エピタキシャル層上に形成される。
【０００９】
さらなる実施形態によれば、光電子デバイスを形成する方法がある。酸化物基板の組成が決定される。酸化物エピタキシャル層の組成は、酸化物基板の決定された組成に基づいて決定される。ＩＩＩ族窒化物活性層の組成は、ＩＩＩ族窒化物活性層と酸化物エピタキシャル層との間の格子不整合を最小化するために、酸化物エピタキシャル層の決定された組成に基づいて決定される。酸化物基板上の酸化物エピタキシャル層および酸化物エピタキシャル層上のＩＩＩ族窒化物活性層を有する光電子デバイスは、酸化物基板、酸化物エピタキシャル層、およびＩＩＩ族窒化物活性層の決定された組成を使用して形成される。
【００１０】
本明細書に組み込まれ、本明細書の一部をなす添付図面は、１つまたは複数の実施形態を図示し、説明文とともにこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスのブロック図である。
【図２】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを形成する方法のフローチャートである。
【図３】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスのブロック図である。
【図４】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスのブロック図である。
【図５】実施形態に従った、様々なインジウム含有量を有する窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）層の歪のグラフである。
【図６】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスの放出ピーク波長のグラフである。
【図７】実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを形成する方法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
例示的な実施形態の以下の記載は、添付図面を参照する。異なる図面における同じ参照番号は、同じまたは同様の要素を識別する。以下の詳細な記載は、本発明を限定しない。その代わり、本発明の範囲は、添付される請求項によって規定される。以下の実施形態では、簡潔にするため、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスの用語および構造に関して議論される。
【００１３】
本明細書を通して、「一実施形態」または「実施形態」への言及は、実施形態に関連して記載される特定の特徴、構造、または特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な場所における、「一実施形態では」または「実施形態では」といった語句が出現するのは、必ずしも同じ実施形態のことをいうわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態に任意の好適な様式で組み合わせることができる。
【００１４】
図１は、実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスのブロック図である。ＩＩＩ族窒化物光電子デバイス１００は、酸化物基板１０５と、酸化物基板１０５上に配置される酸化物エピタキシャル層１１０と、酸化物エピタキシャル基板１１０上に配置されるＩＩＩ族窒化物活性層とを含む。ＩＩＩ族窒化物光電子デバイス１００は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード、太陽電池、光触媒、光検出器などであってよい。
【００１５】
ＩＩＩ族窒化物活性層１１５は、窒化ガリウム、窒化インジウム、窒化アルミニウム、およびこれらの窒化物の合金、すなわち、窒化ガリウムインジウム、窒化ガリウムアルミニウム、窒化インジウムアルミニウム、および窒化ガリウムインジウムアルミニウムを含むことができる。下の表は、ＩＩＩ族窒化物活性層１１５の上述した組成で使用できる、酸化物基板１０５と酸化物エピタキシャル層１１０の様々な組合せを記載する。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
上の表では、エピタキシャル層が非合金または合金であってよいことを示すために、「のうちの少なくとも１つ」と言及している。たとえば、酸化亜鉛基板では、以下のエピタキシャル層が可能である。すなわち、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化カドミウム（ＣｄＯ）、酸化亜鉛マグネシウム（ＺｎｘＭｇ１−ｘＯ）、酸化亜鉛マグネシウムカドミウム（ＺｎｘＭｇｙＣｄ１−ｘ−ｙＯ）などである。これは、上の表中のエピタキシャル層のすべてに適用されることを認識されよう。
【００１８】
上の表にリスト化される様々な組合せのすべては、ＩＩＩ族窒化物活性層と下にある層との間の界面において、最小の格子不整合をもたらす、または格子不整合がない（すなわち、歪が減少したまたは歪がない）、酸化物基板と酸化物エピタキシャル層の組合せを提供する。界面における最小の格子不整合または格子不整合がないことは、サファイア基板上のＩＩＩ族窒化物活性層を有するデバイスの１６％の格子不整合より著しく少ない。上の表から了解されるように、酸化物基板１０５と酸化物エピタキシャル層は両方が同じ材料（たとえば、ＺｎＯ基板１０５とＺｎＯエピタキシャル層１１０）を含むことができ、酸化物基板１０５と酸化物エピタキシャル層１１０は酸化物と１つの追加の共通材料を含むことができ、酸化物基板は、酸化物エピタキシャル層１１０中に存在しない１つの材料を含むことができ（たとえば、酸化マグネシウムアルミニウム基板１０５と酸化マグネシウム亜鉛エピタキシャル層１１０）、または酸化物基板１０５と酸化物エピタキシャル層が酸化物以外の異なる材料を含むことができる（たとえば、酸化ガリウム基板１０５と酸化アルミニウムエピタキシャル層１１０）。
【００１９】
図２は、実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイス１００を形成する方法のフローチャートである。最初に、酸化物エピタキシャル層１１０が酸化物基板１０５上に形成される（ステップ２０５）。次いで、ＩＩＩ族窒化物活性層１１５が酸化物エピタキシャル層１１０上に形成される（ステップ２１０）。酸化物基板１０５は、酸化物エピタキシャル層１１０およびＩＩＩ族窒化物活性層１１５を形成するのと同じプロセスの期間に形成することができ、または別個のプロセスで形成することができる。たとえば、酸化物基板１０５、酸化物エピタキシャル層１１０、およびＩＩＩ族窒化物活性層１１５は、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）または任意の同様の成長技法を使用して、共通の成長チャンバで形成することができる。このことによって、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイス１００を連続成長プロセスで形成することが可能になり、このことは、デバイスの効率を低下させる可能性がある汚染を最小化するために有利である。
【００２０】
酸化物基板１０５が酸化物エピタキシャル層１１０およびＩＩＩ族窒化物活性層１１５とは別個に形成されるとき、酸化物エピタキシャル層１１０の形成期間に使用される熱および酸化物が、酸化物基板１０５の上面をアニールすることによって、酸化物基板１０５の頂部に原子的に平坦な面を形成する。これは重要である。というのは、購入できる酸化物基板（すなわち、残りの層と異なる成長チャンバで形成される酸化物基板）は、典型的には研磨され、このことによって、酸化物基板の上面に損傷を有する薄い層がもたらされ、これが、酸化物エピタキシャル層と酸化物基板との間の高品質な接合の形成に影響を及ぼす可能性があるためである。したがって、酸化物エピタキシャル層１１０の形成期間に生じるアニールによって、酸化物基板１０５の上面に原子的に平坦な面を形成することによって、酸化物基板１０５と酸化物エピタキシャル層１１０との間に高品質な界面がもたらされ、このことによってより効率的な光電子デバイスが作られる。アニールは、Ｏ２、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２Ｏ、ＣＨ３ＯＨ、Ｃ２Ｈ５ＯＨ、Ｃ３Ｈ７ＯＨ、Ｃ４Ｈ９ＯＨなどといった、酸素源を必要とすることを認識されたい。
【００２１】
酸化物エピタキシャル層の導電率を高めるために、この層は、たとえば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズなどを使用して、その層の形成期間にｎ型ドーピングを受けさせることができる。
【００２２】
図３は、実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスのブロック図である。図３に図示される実施形態では、光電子デバイス３００は、酸化物基板としての酸化亜鉛基板３０５と、酸化物エピタキシャル層としての酸化亜鉛エピタキシャル層３１０と、ＩＩＩ族窒化物活性層３１５としての窒化ガリウム活性層３１５とを含む。
【００２３】
酸化亜鉛エピタキシャル層３１０は、たとえば、１０〜１０，０００ｎｍ厚、好ましくは、１０〜１，０００ｎｍ厚であってよく、一例では、３００ｎｍ厚である。窒化ガリウム活性層３１５は、たとえば、１０〜１０，０００ｎｍ厚、好ましくは、１００〜３，０００ｎｍ厚であってよく、一例では、３μｍ厚である。さらに、酸化亜鉛エピタキシャル層３１０の導電率は、たとえば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズなどを使用して、たとえば１×１０１７ｃｍ３および１×１０２１ｃｍ３のドーピング濃度で、また一実施形態では、１×１０１８ｃｍ３でｎ型ドーピングをすることによって高めることができる。窒化ガリウム活性層３１５は意図的にはドーピングされないが、成長プロセス期間に存在する汚染に起因して、窒化ガリウム活性層が故意ではなくドーピングされる場合がある。
【００２４】
ある種のＩＩＩ族窒化物活性層に使用される成長温度は、下にある層に損傷を与える可能性がある。たとえば、窒化ガリウムは、典型的には、約１，０００℃の成長温度を必要とする一方、酸化亜鉛は、典型的には、約６００℃の成長温度を必要とする。したがって、窒化ガリウム活性層３１５のより高い成長温度が、酸化亜鉛エピタキシャル層３１０に損傷を与える可能性があり、このことが光電子デバイスの性能を低減させる可能性がある。この問題は、ＩＩＩ族窒化物活性層にインジウムを含むことによって対処することができる。たとえば、窒化インジウムガリウム活性層は、約６００℃の温度で成長することができ、これは、下にある酸化亜鉛エピタキシャル層に引き起こされる損傷を最小化またはなくすことになる。そのようなデバイスの例が図４に図示される。図示したように、光電子デバイス４００は、酸化亜鉛エピタキシャル層４１０がその上に形成される酸化亜鉛基板４０５を含む。窒化インジウムガリウム活性層４１５が、酸化亜鉛エピタキシャル層４１０上に形成される。
【００２５】
酸化亜鉛エピタキシャル層４１０は、たとえば、１０〜１０，０００ｎｍ厚、好ましくは、１０〜１，０００ｎｍ厚であってよく、一例では、３００ｎｍ厚である。窒化インジウムガリウム活性層４１５は、たとえば、１０〜１０，０００ｎｍ厚、好ましくは、１００〜３，０００ｎｍ厚であってよく、一例では、２００ｎｍ厚である。窒化インジウムガリウム層は、一例では、Ｉｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎを含むことができる。Ｉｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎと酸化亜鉛は格子整合し、したがって、エピタキシャル層４１０と酸化亜鉛基板４０５との間の界面に歪がない。さらに、酸化亜鉛エピタキシャル層４１０の導電率は、たとえば、アルミニウム、ガリウム、インジウム、シリコン、ゲルマニウム、スズなどを使用して、たとえば１×１０１７ｃｍ３および１×１０２１ｃｍ３のドーピング濃度で、また一実施形態では、１×１０１８ｃｍ３でｎ型ドーピングをすることによって高めることができる。窒化インジウムガリウム活性層３１５は意図的にはドーピングされないが、成長プロセス期間に存在する汚染に起因して、窒化インジウムガリウム活性層が故意ではなくドーピングされる場合がある。
【００２６】
ＩＩＩ族窒化物活性層中でインジウムを使用することには、ＩＩＩ族窒化物層と下にある層との間の界面における歪（すなわち、格子不整合）を調整することが可能であるという追加の利点がある。具体的には、図５を参照して、酸化亜鉛エピタキシャル層および酸化亜鉛基板上にインジウムのない（すなわち、ｘ＝０）酸化ガリウム活性層を有する光電子デバイスは、約０．０２の歪を有する。しかし、約０．１９のインジウムを加えることによって（すなわち、Ｉｎ約０．１９Ｇａ約０．８１Ｎ）、歪をゼロに減らすことができる。同様に、酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム（ＳｃＡｌＭｇＯ４）エピタキシャル層および酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム（ＳｃＡｌＭｇＯ４）上に窒化ガリウム活性層を有する光電子デバイスは、約０．０２の歪を有し、これは、約０．１９のインジウムを窒化ガリウム活性層に加えることによって（すなわち、Ｉｎ約０．１９Ｇａ約０．８１Ｎ）、ゼロに減らすことができる。
【００２７】
図６は、ＩＩＩ族窒化物活性層がＩｎｘＧａ１−ｘＮを含む実施形態に従った、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスの放出ピーク波長のグラフである。この図のエピタキシャル層は、図５のものと同じである。図示されるように、酸化亜鉛または酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム基板上の窒化インジウムガリウム活性層を使用して、可能なピーク波長の範囲を、窒化ガリウム基板のピーク波長の範囲と比較してずらすことができる。
【００２８】
ＩＩＩ族窒化物活性層中のインジウムの量によって、デバイスのピーク波長が調整される。たとえば、酸化亜鉛エピタキシャル層および酸化亜鉛基板上にＩｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎ活性層を有するデバイスは、最小の歪を有する４９０ｎｍのピーク波長を生成し（すなわち、青色発光ダイオード）、酸化亜鉛エピタキシャル層および酸化亜鉛基板上にＩｎ０．２７Ｇａ０．７３Ｎ活性層を有するデバイスは、最小の歪を有する５６９ｎｍのピーク波長を生成し（すなわち、黄色発光ダイオード）、酸化亜鉛エピタキシャル層および酸化亜鉛基板上にＩｎ０．３４Ｇａ０．７３Ｎ活性層を有するデバイスは、中間の歪を有する６４６ｎｍのピーク波長を生成し（すなわち、赤色発光ダイオード）、酸化亜鉛エピタキシャル層および酸化亜鉛基板上にＩｎ０．４３Ｇａ０．５７Ｎ活性層を有するデバイスは、大きい歪を有する７６５ｎｍのピーク波長を生成する（すなわち、赤外線発光ダイオード）。
【００２９】
さらに、アルミニウムマグネシウムエピタキシャル層および酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム（ＳｃＡｌＭｇＯ４）上にＩｎ０．２４Ｇａ０．７６Ｎ活性層を有するデバイスは、最小の歪を有する５３９ｎｍのピーク波長を生成し（すなわち、黄色発光ダイオード）、アルミニウムマグネシウムエピタキシャル層および酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム（ＳｃＡｌＭｇＯ４）上にＩｎ０．３１Ｇａ０．６９Ｎ活性層を有するデバイスは、中間の歪を有する６１１ｎｍのピーク波長を生成し（すなわち、オレンジ色発光ダイオード）、アルミニウムマグネシウムエピタキシャル層および酸化スカンジウムアルミニウムマグネシウム（ＳｃＡｌＭｇＯ４）上にＩｎ０．４Ｇａ０．６Ｎ活性層を有するデバイスは、大きい歪を有する７２１ｎｍのピーク波長を生成する（すなわち、赤外線発光ダイオード）。当業者には理解されるように、歪が小さくなれば、デバイス効率が高くなる。
【００３０】
上の議論から理解されるように、開示される光電子デバイスは、層または基板内が異なる組成の材料からなるだけでなく、基板、エピタキシャル層、およびＩＩＩ族窒化物活性層の中が様々な材料からなってよい。このことによって、費用、歪（および対応する効率の増減）、および所望の使用法に基づいた材料の選択（たとえば、所望の波長の発光ダイオードを達成するためのある材料または材料の組成の選択）が可能になる。図７は、実施形態に従った、様々な材料および材料組成を使用してＩＩＩ族窒化物光電子デバイスを形成する方法のフローチャートである。最初に、酸化物基板１０５の組成が決定される（ステップ７０５）。次に、酸化物エピタキシャル層１１０の組成が決定される（ステップ７１０）。上で議論したように、酸化物エピタキシャル層の組成は、酸化物基板の組成に基づく。次いで、ＩＩＩ族窒化物活性層１１５の組成が決定される（ステップ７１５）。ＩＩＩ族窒化物活性層１１５の組成は、酸化物エピタキシャル層の組成（すなわち、歪を最小化すること）、ならびにデバイスの意図される使用法（たとえば、窒化インジウムガリウム活性層中のインジウムのある量を選択すること）に基づく。次いで、光電子デバイス１００が、酸化物基板１０５、酸化物エピタキシャル層１１０、およびＩＩＩ族窒化物活性層１１５の決定された組成に基づいて形成される（ステップ７２０）。光電子デバイス１００の形成は、図２に関して上で議論した方法を使用して実施することができる。
【００３１】
図７は、異なる層の組成の決定が特定の順番で実施されるように図示するが、決定は、異なる順番で実施することができる。たとえば、ＩＩＩ族窒化物活性層１１５の組成を最初に決定することができ、次いで、酸化物エピタキシャル層または酸化物基板のいずれかの組成を決定することができ、その後、酸化物エピタキシャル層または酸化物基板の他方の組成を決定することができる。
【００３２】
開示される実施形態は、ＩＩＩ族窒化物光電子デバイスおよび製造方法を提供する。この記載は本発明を限定する意図がないことを理解されたい。逆に、例示的な実施形態は、添付される特許請求の範囲によって規定されるような本発明の精神および範囲に含まれる代替形態、変更形態および等価物をカバーすることが意図される。さらに、例示的な実施形態の詳細な記載では、特許請求される発明の包括的な理解をもたらすために、多数の具体的な詳細が記載される。しかし、当業者であれば、様々な実施形態をそのような具体的な詳細なしに実行できることを理解されよう。
【００３３】
本例示的な実施形態の特徴および要素は特定の組合せで実施形態に記載されるが、各特徴または要素は、本実施形態の他の特徴および要素なしの単独で、または本明細書で開示される他の特徴および要素ありまたはなしの様々な組合せで、使用することができる。
【００３４】
本明細書は、任意のデバイスまたはシステムを作って使用することおよび任意の組み込まれた方法を実施することを含む、本主題の例を当業者が実施するのを可能にするために開示される本主題の例を使用する。本主題の特許になる範囲は請求項によって規定され、当業者に想到される他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲内に入ることが意図される。
【符号の説明】
【００３５】
１００  ＩＩＩ族窒化物光電子デバイス
１０５  酸化物基板
１１０  酸化物エピタキシャル層
１１５  ＩＩＩ族窒化物活性層
３００  光電子デバイス
３０５  酸化亜鉛基板
３１０  酸化亜鉛エピタキシャル層
３１５  ＩＩＩ族窒化物活性層、窒化ガリウム活性層
４００  光電子デバイス
４０５  酸化亜鉛基板
４１０  酸化亜鉛エピタキシャル層
４１５  窒化インジウムガリウム活性層
【図１】
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【図２】
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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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【手続補正書】
【提出日】令和2年11月19日(2020.11.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＳｃＡｌＭｇＯ４基板（１０５）と、
前記酸化物基板（１０５）上に配置される酸化物エピタキシャル層（１１０）と、
前記酸化物エピタキシャル基板（１１０）上に配置されるＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）と
を備え、
前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）が、Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ、およびＮを含む、光電子デバイス（１００）。
【請求項２】
前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層の両方が同じ材料を含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項３】
前記酸化物エピタキシャル層が、亜鉛、ガリウム、マグネシウム、アルミニウム、カルシウム、スカンジウム、ストロンチウム、イットリウム、カドミウム、またはインジウムのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項４】
前記酸化物エピタキシャル層がｎ型ドーピング層である、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項５】
前記酸化物基板および前記酸化物エピタキシャル層が酸化亜鉛を含む、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項６】
前記ＩＩＩ族窒化物活性層が５３０〜７３０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有する、請求項１に記載の光電子デバイス。
【請求項７】
前記ＩＩＩ族窒化物層がＩｎｘＧａ１−ｘＮを含み、ｘが０以上１以下である、請求項６に記載の光電子デバイス。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物層がＩｎ０．２７Ｇａ０．７３ＮまたはＩｎ０．１９Ｇａ０．８１Ｎを含む、請求項７に記載の光電子デバイス。
【請求項９】
酸化物基板（１０５）上に酸化物エピタキシャル層（１１０）を形成するステップ（２０５）であって、前記酸化物基板（１０５）がＳｃ、Ａｌ、およびＭｇを含む、ステップ（２０５）と、
前記酸化物エピタキシャル層上にＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）を形成するステップ（２１０）であって、前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）がＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、およびＮを含む、ステップ（２１０）と
を含む、光電子デバイスを形成する方法。
【請求項１０】
前記酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が成長チャンバで形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記成長チャンバでの前記酸化物エピタキシャル層の前記形成期間に、前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層との間の界面に原子的に滑らかな面が形成される、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が連続成長プロセス期間に共通の成長チャンバで形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が有機金属化学気相成長を使用して前記共通の成長チャンバで形成される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
酸化物基板（１０５）の組成を決定するステップであって、前記酸化物基板（１０５）がＳｃ、Ａｌ、およびＭｇを含む、ステップと、
前記酸化物基板（１０５）の前記決定された組成に基づいて、酸化物エピタキシャル層（１１０）の組成を決定するステップと、
ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）と前記酸化物エピタキシャル層（１１０）との間の格子不整合を最小化するために、前記酸化物エピタキシャル層（１１０）の前記決定された組成に基づいて前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）の組成を決定するステップであって、前記ＩＩＩ族窒化物活性層が５３０〜７３０ｎｍの範囲のピーク放出波長を有するように、前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）がＡｌ、Ｉｎ、Ｇａ、およびＮを含む、ステップと、
前記酸化物基板（１０５）、酸化物エピタキシャル層（１１０）、およびＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）の前記決定された組成を使用して、前記酸化物基板（１０５）上に酸化物エピタキシャル層（１１０）および前記酸化物エピタキシャル層（１１０）上に前記ＩＩＩ族窒化物活性層（１１５）を有する前記光電子デバイスを形成するステップと
を含む、光電子デバイス（１００）を形成する方法。
【請求項１５】
前記酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が成長チャンバで形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記成長チャンバでの前記酸化物エピタキシャル層の前記形成期間に、前記酸化物基板と前記酸化物エピタキシャル層との間の界面に原子的に滑らかな面が形成される、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が連続成長プロセス期間に共通の成長チャンバで形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記酸化物基板、酸化物エピタキシャル層および前記ＩＩＩ族窒化物活性層が有機金属化学気相成長を使用して前記共通の成長チャンバで形成される、請求項１７に記載の方法。
【国際調査報告】
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