(57)【要約】本発明は、ＬＥＤおよびＬＤ波長を色のスペクトルの黄色および赤色部分に付勢する、現在従来的に利用可能なものよりもインジウムの組成がより優れた、ＩｎＧａＮの成長を可能にする。より高温でインジウムとともに成長する能力は、より高品質のＡｌＩｎＧａＮにつながる。このことはまた、新規の分極を用いたバンド構造設計を可能にして、より効率的なデバイスを作製する。加えて、それは、デバイス性能を向上させる、伝導度が増加したｐ−ＧａＮ層の製造を可能にする。
2010510655.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）ｐ型ＩＩＩ族窒化物と、
（ｂ）ｎ型ＩＩＩ族窒化物と、
（ｃ）窒素面である上部表面をもたらす、［０００−１］結晶方向に沿ったＩＩＩ族窒化物活性領域成長と
を備え、
（１）自発分極が該ＩＩＩ族窒化物活性領域の成長表面に向かうように、該ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の第１の成長した層は、ＩＩＩ族原子層であり、該ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の最後の成長した層は、窒素層であり、
（２）該ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、発光であって、該ｎ型窒化物と該ｐ型窒化物との間にある、発光デバイス。
【請求項２】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、窒素面からである、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、ＩＩＩ族窒化物層からである、請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域は、誤配向の窒素化された基板上にある、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、前記ｎ型窒化物からの成長である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記ｎ型窒化物は、Ｎ面である該ｎ型窒化物の上部表面をもたらす［０００−１］方向に沿った成長である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記ｐ型窒化物は、前記ＩＩＩ族窒化物活性領域の前記Ｎ面からの成長である、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記ｐ型窒化物は、３×１０２０より大きいマグネシウムドーピングを有する、請求項７に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記活性領域は、インジウムを含有する、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、ガリウム面である上部表面をもたらす、［０００１］方向に沿った成長である活性領域よりも多くのインジウムを含有する、請求項９に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記ＩＩＩ族窒化物活性領域は、窒素（Ｎ）面窒化ガリウム（ＧａＮ）、Ｎ面窒化インジウム（ＩｎＮ）およびＮ面窒化アルミニウム（ＡｌＮ）ならびにそれらの合金を備える群より選択される材料から作られる、請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
窒素面（Ｎ面）であるＩＩＩ族窒化物活性領域の上部表面をもたらす［０００−１］結晶方向に沿って発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させることを含む、発光デバイスを成長させるための方法。
【請求項１３】
前記発光ＩＩＩ族窒化物活性領域はインジウムを含有し、より高温で成長させられ、［０００１］方向に沿って成長させられる活性領域と比較して向上した表面品質を有する、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
（ａ）［０００−１］方向に沿ってｎ型窒化物を成長させ、該ｎ型窒化物層のＮ面上で終端することと、
（ｂ）該ｎ型窒化物層の該Ｎ面上で前記発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させることと、
（ｃ）該発光ＩＩＩ族窒化物活性領域の該Ｎ面上で［０００−１］方向に沿ってｐ型窒化物層を成長させ、該ｐ型窒化物層のＮ面上で終端することと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
（ａ）誤配向の窒素化された基板上でｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層を成長させることと、
（ｂ）該ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層上で、前記発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させることであって、該発光ＩＩＩ族窒化物活性領域は、多重量子井戸領域を備える、ことと、
（ｃ）該発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層を成長させることと、
（ｄ）該ｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層に接触するように金属を塗布することと、
（ｅ）ステップ（ａ）−（ｅ）で得られる該層をエッチングすることによって、１つ以上の発光ダイオードメサを形成することと、
（ｆ）該ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層に接触するように第２の金属を塗布することと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１６】
（ａ）ｎ型Ｎ面ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層を成長させることと、
（ｂ）該ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層上でｎ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させることと、
（ｃ）該ｎ型Ｎ面ＧａＮ層上で、前記発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させることであって、該発光ＩＩＩ族窒化物活性領域は、ＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸を備える、ことと、
（ｄ）該発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させることと、
（ｅ）該ｐ型Ｎ面ＧａＮ層上でｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長させることと、
（ｆ）該ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接触するように金属を塗布することと、
（ｇ）レーザダイオードストライプ構造をエッチングし、反射鏡小面をステップ（ａ）−（ｇ）から得られる該層に形成することと、
（ｈ）該ｎ型Ｎ面ＧａＮ層に接触するように第２の金属を塗布することと
をさらに含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１７】
窒素面である上部表面をもたらすＩＩＩ族窒化物の成長を備える、ＩＩＩ族窒化膜。
【請求項１８】
自発分極がＩＩＩ族窒化膜の成長表面に向かうように、前記成長の第１の成長した層は、ＩＩＩ族原子層であり、該成長の最後の成長した層は、窒素層である、請求項１７に記載のＩＩＩ族窒化膜。
【請求項１９】
前記成長は、基板の誤配向の窒素化された表面からである、請求項１７に記載のＩＩＩ族窒化膜。
【請求項２０】
前記ＩＩＩ族窒化膜は発光する、請求項１７に記載のＩＩＩ族窒化膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願への引用）
本出願は、以下の同時係属中の同一人に譲渡された米国特許出願の利益を、米国特許法第１１９条（ｅ）の下に主張する。上記出願とは、
Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ，Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒによって、２００６年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／８６６，０１９号（名称“ＬＩＧＨＴ  ＥＭＩＴＴＩＮＧ  ＤＩＯＤＥ  ＡＮＤ  ＬＡＳＥＲ  ＤＩＯＤＥ  ＵＳＩＮＧ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，  ＩｎＮ，  ａｎｄ  ＡｌＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ”、代理人整理番号第３０７９４．２０８−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２０４−１））と、
Ｓｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒ，Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．ＭｉｓｈｒａおよびＮｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍによって、２００６年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／８６６，０３５号（名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，  ＩｎＮ，  ＡＮＤ  ＡｌＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ  ＢＹ  ＭＥＴＡＬ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”、代理人整理番号第３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１２１−１））と
であり、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。
【０００２】
本出願は、以下の同時係属中の同一人に譲渡された米国特許出願に関連し、上記出願とは、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ  Ｒａｊａｎ，Ｃｈａｎｇ  Ｓｏｏ  Ｓｕｈ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．ＳｐｅｃｋおよびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによって、２００６年９月１８日に出願された米国仮特許出願第１１／５２３，２８６号（名称“Ｎ−ＰＯＬＡＲ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ−ＭＯＤＥ  ＦＩＥＬＤ  ＥＦＦＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ”、代理人整番号第３０７９４．１４８−ＵＳ−Ｕ１（２００６−１０７−２））であって、この仮出願は、Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ  Ｒａｊａｎ，Ｃｈａｎｇ  Ｓｏｏ  Ｓｕｈ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．ＳｐｅｃｋおよびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによって、２００５年９月１６日に出願された米国仮特許出願第６０／７１７，９９６号（名称“Ｎ−ＰＯＬＡＲ  ＡＬＵＭＩＮＵＭ  ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ／ＧＡＬＬＩＵＭ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＥＮＨＡＮＣＥＭＥＮＴ−ＭＯＤＥ  ＦＩＥＬＤ  ＥＦＦＥＣＴ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲ”、代理人整理番号第３０７９４．１４８−ＵＳ−Ｐ１（２００６−１０７−１））に対する優先権を主張する、仮出願と、
Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｈｉｔｏｓｈｉ  ＳａｔｏおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって、２００７年６月２０日に出願された米国特許出願第１１／７６５，６２９号（名称“ＯＰＴＯ−ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＡＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＰＲＥＰＡＲＥＤ  ＷＩＴＨ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ”、代理人整理番号第３０７９４．１８４−ＵＳ−Ｕ１（２００６−６６６））であって、この特許出願は、Ｔａｄａｏ  Ｈａｓｈｉｍｏｔｏ，Ｈｉｔｏｓｈｉ  ＳａｔｏおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって、２００６年６月２１日に出願された米国仮特許出願第６０／８０５，５０７号（名称“ＯＰＴＯ−ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＡＮＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＵＳＩＮＧ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＰＲＥＰＡＲＥＤ  ＷＩＴＨ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ”、代理人整理番号第３０７９４．１８４−ＵＳ−Ｕ１（２００６−６６６））に対する優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下に主張する、特許出願と、
Ｍｉｃｈａｅｌ  ＧｒｕｎｄｍａｎｎおよびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによって、２００７年６月２５日に出願された米国特許出願第１１／７６８，１０５号（名称“ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＩＮＤＵＣＥＤ  ＴＵＮＮＥＬ  ＪＵＮＣＴＩＯＮ”、代理人整理番号第３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｕ１  （２００７−６６８））であって、この特許出願は、Ｍｉｃｈａｅｌ  ＧｒｕｎｄｍａｎｎおよびＵｍｅｓｈ  Ｋ．Ｍｉｓｈｒａによって、２００６年６月２３日に出願された米国特許出願第６０／８１５，９４４号（名称“ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ  ＩＮＤＵＣＥＤ  ＴＵＮＮＥＬ  ＪＵＮＣＴＩＯＮ”、代理人整理番号第３０７９４．１８６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−６６８））に対する優先権を米国特許法第１１９条（ｅ）の下に主張する、特許出願と、
Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．  Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ，  Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒによって、２００７年９月１４日に出願された米国特許出願第１１／８５５，５９１号（名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，  ＩｎＮ，  ａｎｄ  ＡｌＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ  ＢＹ  ＭＥＴＡＬ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”、代理人整理番号第３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｕ１  （２００７−１２１−１））であって、該特許出願は、Ｎｉｃｈｏｌａｓ  Ａ．  Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍ，  Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  ＭｉｓｈｒａおよびＳｔａｃｉａ  Ｋｅｌｌｅｒによって、２００６年１１月１５日に出願された米国仮特許出願第６０／８６６，０３５号（名称  “ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，  ＩｎＮ，  ａｎｄ  ＡｌＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ  ＢＹ  ＭＥＴＡＬ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ”、代理人整理番号第３０７９４．２０７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−１２１−１））に対する優先権を特許法第１１９条（ｅ）の下に主張する、特許出願と、
Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  Ｍｉｓｈｒａ，  Ｙｉ  Ｐｅｉ，  Ｓｉｄｄｈａｒｔｈ  ＲａｊａｎおよびＭａｎ  Ｈｏｉ  Ｗｏｎｇによって、２００７年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／９０８，９０４号（名称“Ｎ−ＦＡＣＥ  ＨＩＧＨ  ＥＬＥＣＴＲＯＮ  ＭＯＢＩＬＩＴＹ  ＴＲＡＮＳＩＳＴＯＲＳ  ＷＩＴＨ  ＬＯＷ  ＢＵＦＦＥＲ  ＬＥＡＫＡＧＥ  ＡＮＤ  ＬＯＷ  ＰＡＲＡＳＩＴＩＣ  ＣＡＰＡＣＩＴＡＮＣＥ”、代理人整理番号第３０７９４．２１５−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２６９−１）と、
Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  Ｍｉｓｈｒａ，  Ｌｅｅ  Ｓ．  ＭｃＣａｒｔｈｙ，  Ｃｈａｎｇ  Ｓｏｏ  ＳｕｈおよびＳｉｄｄｈａｒｔｈ  Ｒａｊａｎによって、２００７年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／９０８，９１７号（名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＴＯ  ＦＡＢＲＩＣＡＴＥ  ＩＩＩ−Ｎ  ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＤＥＶＩＣＥＳ  ＯＮ  ＴＨＥ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＯＦ  ＬＡＹＥＲＳ  ＷＨＩＣＨ  ＡＲＥ  ＧＲＯＷＮ  ＩＮ  ＴＨＥ  ＩＩＩ−ＦＡＣＥ  ＤＩＲＥＣＴＩＯＮ  ＵＳＩＮＧ  ＷＡＦＥＲ  ＢＯＮＤＩＮＧ  ＡＮＤ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＲＥＭＯＶＡＬ”、代理人整理番号３０７９４．２１６−ＵＳ−Ｐ１（２００７−３３６−１）と、
Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  Ｍｉｓｈｒａ，  Ｍｉｃｈａｅｌ  Ｇｒｕｎｄｍａｎｎ，  Ｓｔｅｖｅｎ  Ｐ．  ＤｅｎＢａａｒｓおよびＳｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａによって、２００７年３月２９日に出願された米国仮特許出願第６０／９０８，９１９号（名称“ＤＵＡＬ  ＳＵＲＦＡＣＥ−ＲＯＵＧＨＥＮＥＤ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＨＩＧＨ−ＢＲＩＧＨＴＮＥＳＳ  ＬＥＤ”、代理人整理番号３０７９４．２１７−ＵＳ−Ｐ１（２００７−２７９））と、
Ｕｍｅｓｈ  Ｋ．  Ｍｉｓｈｒａ，  Ｔｏｍａｓ  ＰａｌａｃｉｏｓおよびＭａｎ  Ｈｏｉ  Ｗｏｎｇによって、２００７年５月２４日に出願された米国仮特許出願第６０／９４０，０５２号（名称“ＰＯＬＡＲＩＺＡＴＩＯＮ−ＩＮＤＵＣＥＤ  ＢＡＲＲＩＥＲＳ  ＦＯＲ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＮＩＴＲＩＤＥ−ＢＡＳＥＤ  ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ”、代理人整理番号第３０７９４．２２８−ＵＳ−Ｐ１（２００６−６４８））と
であり、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、ＩＩＩ族窒化物材料の成長に関し、より具体的には、窒素（Ｎ）面窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ならびにそれらの合金から作られる、発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）に関する。
【背景技術】
【０００４】
（関連技術の記載）
（注記：本出願は、明細書の全体を通して示されるような、多数の異なる出版物を参照する。これらの異なる出版物のリストは、下記の「参考文献」と題された項で見ることができる。これらの出版物のそれぞれは、参照することにより本明細書に援用される）。
【０００５】
消費者アプリケーションおよびデバイスでのＩＩＩ族窒化物材料の使用が広まりつつある。しかしながら、ＩＩＩ族窒化物を用いた発光体に対する主な課題の１つは、高品質ＩｎＧａＮの成長である。デバイスに対するガリウム（Ｇａ）面の使用は、ＩｎＧａＮを成長させることができる温度を限定し、それは作製することができるデバイスの種類を限定する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物を使用する付加的なデバイスが当該分野で望まれることが分かる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の概要）
本発明は、Ｎ面ＩＩＩ族窒化物材料を使用する、向上した特性を伴う発光ダイオード（ＬＥＤ）およびレーザダイオード（ＬＤ）を記載する。
【０００８】
本発明による発光デバイスは、ｐ型ＩＩＩ族窒化物と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物と、窒素面である上部表面をもたらす、［０００−１］結晶方向に沿ったＩＩＩ族窒化物活性領域成長と、を備え、自発分極がＩＩＩ族窒化物活性領域の成長表面に向かうように、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の第１の成長した層は、ＩＩＩ族原子層であり、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の最後の成長した層は、窒素層であり、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、発光であって、ｎ型窒化物とｐ型窒化物との間である。
【０００９】
そのようなデバイスは、さらに任意で、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、窒素面からであることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ＩＩＩ族窒化物層からであることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域が、誤配向の窒素化された基板上にあることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ｎ型窒化物からの成長であることと、ｎ型窒化物が、Ｎ面であるｎ型窒化物の上部表面をもたらす、［０００−１］方向に沿った成長であることと、ｐ型窒化物が、ＩＩＩ族窒化物活性領域のＮ面からの成長であることと、ｐ型窒化物が、３×１０２０より大きいマグネシウムドーピングを有することと、活性領域が、インジウムを含有することと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ガリウム面である上部表面をもたらす、［０００１］方向に沿った成長である活性領域よりも、多くのインジウムを含有することと、ＩＩＩ族窒化物活性領域が、窒素（Ｎ）面窒化ガリウム（ＧａＮ）、Ｎ面窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびＮ面窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ならびにそれらの合金を備える群より選択される材料から作られることと、を包含する。
【００１０】
本発明による発光デバイスを成長させるための方法は、窒素面（Ｎ面）であるＩＩＩ族窒化物活性領域の上部表面をもたらす、［０００−１］結晶方向に沿って発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップを含む。
【００１１】
そのような方法は、さらに任意で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域が、インジウムを含有し、より高温で成長させられ、［０００１］方向に沿って成長させられる活性領域と比較して向上した表面品質を有することと、［０００−１］方向に沿ってｎ型窒化物を成長させ、ｎ型窒化物層のＮ面上で終端するステップと、ｎ型窒化物層のＮ面上で発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域のＮ面上で［０００−１］方向に沿ってｐ型窒化物層を成長させ、ｐ型窒化物層のＮ面上で終端するステップと、誤配向の窒素化された基板上でｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層を成長させるステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層上で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域であって、多重量子井戸領域を備える、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層を成長させるステップと、ｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層に接触するように金属を塗布するステップと、上記のステップで得られる層をエッチングすることによって、１つ以上の発光ダイオードメサを形成するステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層に接触するように第２の金属を塗布するステップと、を含む。
【００１２】
方法は、さらに任意で、ｎ型Ｎ面ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層を成長させるステップと、ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層上でｎ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ層上で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域であって、ＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸を備える、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップと、ｐ型Ｎ面ＧａＮ層上でｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長させるステップと、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接触するように金属を塗布するステップと、レーザダイオードストライプ構造をエッチングし、反射鏡小面を上記のステップから得られる層に形成するステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ層に接触するように第２の金属を塗布するステップと、を含む。
【００１３】
本発明によるＩＩＩ族窒化膜は、窒素面である上部表面をもたらすＩＩＩ族窒化物の成長を備える。
【００１４】
そのような膜は、さらに任意で、自発分極がＩＩＩ族窒化膜の成長表面に向かうように、成長の第１の成長した層が、ＩＩＩ族原子層であり、成長の最後の成長した層が、窒素層であることと、成長が、基板の誤配向の窒素化された表面からであることと、ＩＩＩ族窒化膜が、発光することと、を包含する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
ここで、類似参照番号が全体を通して対応する部分を表す、図面を参照する。
【図１】図１は、（ａ）Ｇａ面および（ｂ）Ｎ面Ｐ−Ｉ−Ｎ構造に対する電荷プロファイルを図示する。
【図２】図２は、Ｇａ面およびＮ面多重量子井戸ＬＥＤに対するバンド図を図示する。
【図３】図３は、典型的なＬＥＤエピタキシャル構造を図示する。
【図４】図４は、典型的ＬＤエピタキシャル構造を図示する。
【図５】図５は、ＬＥＤ成長構造およびバンド図を図示する。
【図６】図６は、図５のＬＥＤを製造する際に使用される工程を図示する、工程図である。
【図７】図７は、本発明のある実施形態で使用される工程を図示する、工程図である。
【図８】図８は、本発明のある実施形態で使用される工程を図示する、工程図である。
【図９】図９は、Ｃ面ＳｉＣ上でＭＢＥによって成長させられたＧａＮ膜のＮ面表面のＡＦＭ像である。
【図１０ａ】図１０（ａ）は、光学顕微鏡図を示す。
【図１０ｂ】図１０（ｂ）は、ＭＯＣＶＤで成長したＧａＮ  Ｎ面膜のＡＦＭ像を示す。
【図１１】図１１は、従来技術のＮ面ＩＩＩ族窒化物の光学像を示す。
【図１２】図１２は、本発明のＮ面ＩＩＩ族窒化物に対するＡＦＭ像およびフォトルミネセンスデータである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（発明の詳細な説明）
好適な実施形態の次の説明において、その一部を形成し、本発明を実践することができる、具体的実施形態が例証として示される、添付図面を参照する。他の実施形態を利用してもよく、本発明の範囲を逸脱しない限り、構造的変更を行ってもよいことを理解されたい。
【００１７】
（概観）
本発明は、ＬＥＤおよびＬＤ波長を色のスペクトルの黄色および赤色部分に付勢する、現在従来的に利用可能なものよりもインジウムの組成が優れた、ＩｎＧａＮの成長を可能にする。より高温でインジウムとともに成長する能力は、より高品質のＡｌＩｎＧａＮにつながる。このことはまた、新規の分極を用いたバンド構造設計を可能にして、より効率的なデバイスを作製する。加えて、それは、デバイス性能を向上させる、伝導度が増加したｐ型ＧａＮ層の製造を可能にする。
【００１８】
（技術的説明）
本発明は、向上した特性を伴う、高輝度ＬＥＤおよびＬＤの作製を可能にする。Ｎ面を用いたデバイスは、色のスペクトルの緑色、黄色、および赤色部分における高出力デバイスを作製するために現在必要とされている、より良好な品質の高インジウム組成ＩｎＧａＮ合金の成長を可能にする。加えて、従来のＧａ面ＧａＮには、反転という問題がある一方で、Ｎ面は、Ｍｇ（例えば、ｐ型ＧａＮを作製するために必要とされる、約３×１０２０のＭｇ濃度）で高度にドープされると、そのような問題がない。高ｐ型キャリア濃度が、窒化物を用いたデバイスにおける主な制限であるため、Ｎ面の使用は、デバイス性能を劇的に増加させる。
【００１９】
ＩＩＩ族窒化物のウルツ鉱型構造により、ＩＩＩ族窒化物は、［０００１］軸の周囲に配向される、広く自発的な圧電場を呈する。分極定数の違いにより、大きな固定分極電荷がヘテロ構造接触面において存在し、後に電場が形成される。これらの分極電荷および後の電場の方向は、エピタキシャル膜の成長方向（［０００１］または［０００−１］）に依存する。従来のＧａ面ＬＥＤおよびＬＤにおいて、量子井戸中の電場の大きさは正である一方で、Ｎ面において、電場は負である。Ｇａ面について、この電場が、量子井戸を越えてキャリアを加速し、デバイスの効率を減少させる一方で、Ｎ面における反対の大きさの電場は、キャリアを減速し、量子井戸におけるそれらの捕捉を増加させ、したがって、デバイスの効率を増加させる。加えて、構造中の空乏領域、およびしたがって、ターンオン電圧は、構造の極性によって異なり、それは、単純なＰ−Ｉ−Ｎ構造については図１、またＬＥＤについては図２で図示される。［０００−１］方向に沿ったＮ面成長を達成するために、成長基板は、典型的には、ｈ、ｉ、ｋ、ｌがミラー指数である、基板のミラー指数結晶面［ｈ、ｉ、ｋ、ｌ］に対する任意の方向で０．５〜１０度の誤配向角を伴う成長表面と、成長表面上でＮ面ＩＩＩ族窒化膜を成長させるステップとを有し、Ｎ面を有するＩＩＩ族窒化膜は、誤配向角がない基板上で成長させられるＮ面ＩＩＩ族窒化膜よりも平滑である。誤配向／微斜面の基板は、典型的には、中温（約１０５０℃）で窒素化される。
【００２０】
サファイア基板の場合、窒素化は、成長のＮ面極性を設定する、サファイアの表面上のＡｌＮ核形成層（例えば、１つ以上の単分子層の厚さ）の形成につながる。窒素化は、サファイアの表面層をＡｌＮに分解する。次いで、Ｎ面ＩＩＩ族窒化物緩衝材またはテンプレートの成長は、基板を終端するＡｌＮ核形成層上で開始し得る。
【００２１】
高温での窒素化された誤配向／微斜面の基板上のＩＩＩ族窒化物の成長は、ＩＩＩ族原子層が最初に蒸着され、窒素原子層が最後に蒸着されることを可能にし、ＩＩＩ族窒化物層に対するＮ面を生じさせる。第１の成長したＩＩＩ族窒化物層のＮ面上で成長させられる、以降の層もまた、Ｎ面となる。
【００２２】
その上でＩＩＩ族窒化物が成長させられる下層表面は、Ｇａ原子が最初に結合することを可能にするために、Ｎ面である必要はなく、Ｎ原子よりもＧａ原子に（電気的または機械的のいずれかで、または両方）に誘引性があればよいだけである。Ｇａ原子は、以前に成長した層の窒素化された基板／Ｎ面により良好に結合し、それがＮ面であるウルツ鉱結晶成長の最終面をもたらすため、Ｎ面は最後に成長させられる（または最後に形成される）。上記の考察は、Ｇａ原子がＩＩＩ族原子である場合も適用できる。さらに、Ｎ面またはＧａ面の画定は、通常、積層順序（すなわち、Ｇａの次にＮ、またはＮの次にＧａ）よって画定されない。典型的には、Ｎ面は、材料の自発分極の方向に包含されるＧａ−Ｎ結合の原子配列によって、より良好に画定される。Ｎ面については、自発分極が表面に向かう一方で、Ｇａ面における自発分極は、表面から逸れる。本明細書でＮ面が言及される時、それは、表面または上層にあるＮ原子のいずれかの方を指す自発分極を表し得る。
【００２３】
ＩＩＩ族窒化物は、リアクタに応じて、中／高成長温度（約１０５０℃、より典型的には、８００〜１１００℃の間）で蒸着される。さらなる詳細は、参照することにより本願に組み込まれる、２００７年９月１４日出願の「ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＨＥＴＥＲＯＥＰＩＴＡＸＩＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＨＩＧＨ−ＱＵＡＬＩＴＹ  Ｎ−ＦＡＣＥ  ＧａＮ，  ＩｎＮ，  ａｎｄ  ＡｌＮ  ＡＮＤ  ＴＨＥＩＲ  ＡＬＬＯＹＳ  ＢＹ  ＭＥＴＡＬ  ＯＲＧＡＮＩＣ  ＣＨＥＭＩＣＡＬ  ＶＡＰＯＲ  ＤＥＰＯＳＩＴＩＯＮ」と題された、米国特許出願第１１／８５５，５９１号で見ることができる。
【００２４】
図１（ａ）は、ｐ型材料１０２、真性ＩｎＧａＮ材料１０４、およびｎ型材料１０６の積層を備えるＧａ面材料から作られた、ＰＩＮ構造１００を示す概略図である。図１（ａ）はまた、ＰＩＮ１００構造の層１０２、１０４、１０６を横断する位置ｘの関数としての電荷密度ｐのグラフ１０８も示し、ｘ＝０は、ｐ型材料の表面１１０に対応する。グラフ１０８はまた、ｐ型材料１０２と真性ＩｎＧａＮ材料１０４との間の接触面における分極（ＰＴＯＴ）が正であり、ｎ型材料１０６と真性材料１０４との間の接触面におけるＰＴＯＴが負であることも示す。
【００２５】
図１（ｂ）は、ｐ型材料１１４、真性ＩｎＧａＮ材料１１６、およびｎ型材料１１８の積層を備えるＮ面材料から作られた、ＰＩＮ構造１１２を示す概略図である。図１（ａ）はまた、ＰＩＮ１１２構造の層１１４−１１８を横断する位置ｘの関数としての電荷密度ｐのグラフ１２０も示し、ｘ＝０は、ｐ型材料の表面１２２に対応する。グラフ１２０はまた、ｐ型材料１１４と真性材料１１６との間の接触面におけるＰＴＯＴが負であり、ｎ型材料１１８と真性ＩｎＧａＮ材料１１６との間の接触面におけるＰＴＯＴが正であることも示す。
【００２６】
図２（ａ）は、ｐ型材料２０４、活性領域（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を備える）２０６、およびｎ型材料２０８における伝導バンドエネルギー２００（Ｅｃ）および価電子バンドエネルギー２０２（Ｅｖ）を示す、Ｇａ面材料から作られた不偏（Ｖ＝０）発光ダイオードのバンド図である。活性領域２０６中のバンドエネルギー２００、２０２は、ｐ型材料を伴う接触面２１０からｎ型材料を伴う接触面２１２に向かって増加し（正の傾斜）、活性領域中の電場が正であることを意味する。
【００２７】
図２（ｂ）は、ｐ型材料２１８、活性領域２２０（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸を備える）、およびｎ型材料２２２における伝導バンドエネルギー２１４（Ｅｃ）および価電子バンドエネルギー２１６（Ｅｖ）を示す、Ｎ面材料から作られた不偏（Ｖ＝０）発光ダイオードのバンド図である。活性領域２２０中のバンドエネルギー２１４、２１６は、接触面２２４（ｐ型材料を伴う）から接触面２２６（ｎ型材料を伴う）に向かって減少し、活性領域２２０中の電場が負であることを意味する。
【００２８】
図２（ａ）および２（ｂ）はまた、接触面２２４、２２６における減少した空乏幅（およびその結果として、Ｇａ面で成長したＧａＮと比べて減少した、Ｎ面で成長したＧａＮデバイスに対するターンオン電圧）も示す。減少した空乏幅は、あまり急でない（より低い）バンド傾斜のＧａ面で成長したＧａＮ２３０と比べてより急（垂直）である、Ｎ面で成長したＧａＮに対するバンド２２８の傾斜によって証明される。
【００２９】
ＩＩＩ族窒化物系におけるＧａ面ＬＥＤおよびＬＤの生産は、企業、また大学によって広く報告されているが、Ｎ面ＬＥＤまたはＬＤの成長は、まだ報告されていない。過去に、有機金属化学気相成長法によるＮ面の成長は、結晶品質の面でＧａ面成長に有意に遅れを取り、それは、発光体の報告がないことの考えられる理由である。ＩＩＩ族窒化物のＮ面成長は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）によって成功裏に達成されているが、しかしながら、材料の光学的品質はいまだに不良であり、すなわち、デバイスの効率は、Ｇａ面デバイスの状態よりはるかに低い。現在、スペクトルの黄色および赤色部分におけるＬＥＤの性能が不良である一方で、緑色で発光するレーザダイオードは達成されてない。
【００３０】
（発光ダイオード）
本発明のＬＥＤ側面は、下記によって実現される。
１）成長（図３に示される典型的構造）：
ａ）基板３０２上のｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層３００の成長。
ｂ）任意のＡｌＧａＮ穴遮断層を追加することができる。
ｃ）次いで、典型的には、活性領域が成長させられ、それはＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸から成る。量子井戸は、ＩｎＧａＮ３０４およびＧａＮ３０５材料を備える。
ｄ）次いで、任意のＡｌＧａＮ電流遮断層を追加することができる。
ｅ）ｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層３０６の成長。
【００３１】
矢印３０８は、各層３００−３０６の最終成長表面３１０がＮ面であり、各層３００、３０４、および３０６の第１の成長表面３１２がＧａ面またはＩＩＩ族原子面であるような、成長方向［０００−１］を示す。したがって、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長、ｎ型窒化物、およびｐ型窒化物の第１の成長した層は、ＩＩＩ族原子層であり、ＩＩＩ族窒化物活性領域、ｎ型窒化物、またはｐ型窒化物成長の最後の成長した層は、窒素層である。Ｇａ極［０００１］成長（またはＩＩＩ族面成長）において、表面３１０は、Ｇａ面（またはＩＩＩ族材料の面）であり、表面３１２は、Ｎ面である。当該分野で公知のように、ＩＩＩ族窒化物材料の成長は、等しい数のＩＩＩ族層および窒素層を伴う、ＩＩＩ族原子および窒素原子の交互層を備える。したがって、例えば、ＧａＮ層は、同じ数の窒素層と交互になる、等しい数の１つ以上のＧａ層を備えるか、または再度、Ｎ面については表面に向かう自発分極、およびＧａ面については表面から逸れる自発分極を有する。
２）加工：
ａ）ｐ型層３０６に接触するように適切な金属が塗布される。
ｂ）ＬＥＤメサがエッチングによって形成される。
ｃ）ｎ型層３００に接触するように適切な金属が蒸着される。
【００３２】
（レーザダイオード（ＬＤ））
本発明のＬＤ側面は、下記によって実現される。
１）成長（図４に示される典型的構造）：
ａ）基板４０２上のｎ型Ｎ面ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層４００。
ｂ）Ｎ型Ｎ面ＧａＮ層４０４。
ｃ）ＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸を備える活性領域４０６。
ｄ）Ｐ型Ｎ面ＧａＮ層４０８。
ｅ）Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層４１０。
２）加工：
ａ）ｐ型層４１０に接触するように適切な金属が塗布される。
ｂ）ＬＤストライプ構造および反射鏡小面がエッチングされる。
ｃ）ｎ型層４００に接触するように適切な金属が塗布される。
【００３３】
現在、使用されている成長方法はＭＯＣＶＤであるが、しかしながら、本発明は、例えば、ＭＢＥ、ＨＶＰＥ、ＣＢＥ等の他の成長方法とともに使用することもできる。
【００３４】
（トンネル接合を伴うＮ面ＬＥＤ）
図５（ａ）は、トンネル接合を伴うＮ面ＬＥＤの成長構造の概略図を図示する。ＬＥＤは、ＳｉをドープしたＧａＮ層５００、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸活性領域５０２、ＭｇをドープしたＧａＮ層５０４、ＡｌＮ層５０６、およびＳｉをドープしたＧａＮ層５０８を備える。ＡｌＮ層５０６は、ＧａＮ層５０４および５０８の間にトンネル接合を形成する。図５（ａ）中の矢印５１０は、Ｎ面表面の成長方向および配向を示し、したがって、各層５００−５０８の最後の成長表面がＮ面表面５１２であることを示す。したがって、各層の第１の成長表面は、Ｇａ表面（またはＩＩＩ族原子表面）５１４である。従来のＧａ［０００１］成長において、表面５１２は、Ｇａ面であり、表面５１４は、Ｎ面である。
【００３５】
図５（ｂ）は、層５００−５０８を通る深さの関数としての、図５（ａ）に示される構造のバンド図であり、深さ＝０は、ｎ型ＧａＮ層５００の表面５１６である。具体的には、バンド図は、伝導バンドエネルギーＥＣ５１８および価電子バンドエネルギーＥＶ５２０を描画する。バンド図は、ｎ型層５００、５０８における約０のＥＣ５２２を示し、ＬＥＤへの全てのｎ型接触を証明する。全てのｎ型接触は、エネルギーが図５（ｂ）でも示される分極誘導性トンネル接合により、可能である。活性領域５０２とｐ型層５０４との間の接触面におけるバンドプロファイル５２４の大きな傾斜は、狭い空乏領域を証明する。最終的に、薄いｐ型層５０４における約０のＥＶ５２６は、デバイスに対する低減した直列抵抗を証明する。
【００３６】
図６（ａ）−（ｅ）は、トンネル接合を伴うＮ面ＬＥＤを製造する方法を図示する。
図６（ａ）は、サファイア基板の表面を調製するステップ、例えば、パターン化サファイア表面（ＰＳＳ）６００を形成するドライエッチングによって、サファイア基板を事前にパターン化するステップを図示する。
図６（ｂ）は、Ｎ面方向６０２に連続して層５００−５０８を成長させるステップを図示する。
図６（ｃ）は、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）を使用してメサをエッチングするステップを図示する。
図６（ｄ）は、Ｓｉ  ＧａＮ層５０８の上部表面６０４を粗面化するためにＳｉでドープしたＧａＮ層５０８（ＬＥＤの基部）をウェットエッチングするステップを図示する。粗面化した表面６０４は、ＬＥＤからの光抽出を強化する。
図６（ｅ）は、層５０８および５００上にｎ型オーム接点６０６を形成するステップを図示する。
【００３７】
（可能な修正）
Ｎ面ＧａＮを成長させることができる限り、ＳｉＣ、Ｓｉ、スピネル、バルクＧａＮ、ＺｎＯ等の、任意の適切な基板を使用することができる。
【００３８】
活性材料としてＩｎＧａＮを伴って記載されるエピタキシャル構造、また対応する閉じ込めおよび緩衝層は、所望の発光波長に応じて、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、またはＡｌＩｎＧａＮを使用するように変更することができる。
【００３９】
極性が依然としてＮ面である限り、構造は、最初にｐ型、続いて活性領域およびｎ型で成長させることができる。
【００４０】
層の厚さおよび組成は、適切に変えることができる。
【００４１】
ＬＤは、上側に分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）および下側に活性領域を追加して、面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）を生成するように、適切に成長させることができる。
【００４２】
ＬＥＤ構造は、光抽出を強化するように、ＤＢＲ上で成長させることができる。
【００４３】
ＺｎＯメガコーンまたは表面粗面化等の光抽出方法をＬＥＤに適用することができる。
【００４４】
応力および貫通転位管理のために、他の非（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ層を挿入することができる。
【００４５】
本開示の全体を通したＧａ面成長の考察は、［０００１］方向に沿ったＩＩＩ族原子成長にも該当する。
【００４６】
本発明は、ｐ型窒化物と、ｎ型窒化物と、ｐ型窒化物とｎ型窒化物との間の活性領域とを備える、発光デバイスを記載し、活性領域は、窒素面とともに終端する［０００−１］結晶方向に沿った窒化物の成長である。ｐ型層、ｎ型層、および活性層は、ＩＩＩ族窒化物（または、例えば（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎを備える、ＩＩＩ族窒化物合金）を用いた発光ダイオードまたはレーザダイオードでの使用に適した、当該分野で公知の任意の組成または構造を有してもよい。したがって、活性層は、量子井戸に限定されない。さらに、当該分野で公知のような付加的な層、例えば、電流波及層、接触層等もまた、含まれてもよい。
【００４７】
（工程図）
図７は、本発明のある実施形態で使用される工程を図示する、工程図である。
【００４８】
ＬＥＤについて、典型的な工程図は次のとおりである。
ボックス７００は、基板上でｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層を成長させるステップを図示する。
ボックス７０２は、活性領域であって、多重量子井戸領域を備える活性領域を成長させるステップを図示する。
ボックス７０４は、ｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層を成長させるステップを図示する。
ボックス７０６は、ｐ型層に接触するように金属を塗布するステップを図示する。
ボックス７０８は、エッチングによってＬＥＤメサを形成するステップを図示する。
ボックス７１０は、ｎ型層に接触するように第２の金属を塗布するステップを図示する。
【００４９】
レーザダイオードについて、（図８に示されるように）典型的な工程図は次のとおりである。
ボックス８００は、基板上でＮ型Ｎ面ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層を成長させるステップを図示する。
ボックス８０２は、Ｎ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップを図示する。
ボックス８０４は、ＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸を備える活性領域を成長させるステップを図示する。
ボックス８０６は、Ｐ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップを図示する。
ボックス８０８は、Ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長させるステップを図示する。
ボックス８１０は、ｐ型層に接触するように金属を塗布するステップを図示する。
ボックス８１２は、ＬＤストライプ構造および反射鏡小面をエッチングするステップを図示する。
ボックス８１４は、ｎ型層に接触するように第２の金属を塗布するステップを図示する。
【００５０】
種々の層が、特定の層の所望の合金組成を制御するのに適切な温度で成長させられる。
【００５１】
本発明はまた、ＩＩＩ族窒化物Ｎ面膜の成長も可能にする。膜は、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）および有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を含むが、それらに限定されない、種々の成長方法を使用して成長させることができる。図９は、Ｃ面ＳｉＣ上でＭＢＥによって成長させられたＧａＮ膜のＮ面表面ＡＦＭ像を示す。成長温度は、７１０〜７２０℃であり、２ステップ緩衝を使用して転位低減を達成し、ステップ１では、低〜中間型のＧａフラックスによりＳｉＣ上でＧａＮ成長を開始し、ステップ２では、Ｇａフラックスを増加させることによって形態を回復した。この方法は、約１０１０ｃｍ−２の貫通転位密度、および５ミクロン×５ミクロンの面積における最大で５ｎｍの表面粗度を達成した。膜は、Ｇａ面ＭＢＥで成長した膜に匹敵する、少なくとも１４０ｃｍ２／Ｖｓの移動度を達成するように、少なくとも３×１０１８ｃｍ−３までＳｉでドープした。しかしながら、Ｎ面ｐ型膜は、高（＞１×１０２０）Ｍｇ濃度でドープされると、増加した表面安定性を有する。これらの膜は、基板、あるいは電子デバイス（トランジスタ）または光電子デバイス等のデバイスとして使用され得る。
【００５２】
図１０（ａ）は、光学顕微鏡図を示し、図１０（ｂ）は、最大で０．９ｎｍのｒｍｓ粗度を示す、ＭＯＣＶＤで成長したＧａＮ  Ｎ面膜のＡＦＭ像を示す。これらの厚さ１〜１．５ミクロンのＧａＮ膜のＸＲＤ測定は、サファイアＡ方向に向かって２度の誤配向については、最大で１１０秒角のＦＷＨＭ（００２反射に沿って）および最大で９００秒角のＦＷＨＭ（２０１反射に沿って）、サファイアＡ方向に向かって４度の誤配向については、最大で３００秒角のＦＷＨＭ（００２反射に沿って）および最大で４５０秒角のＦＷＨＭ（２０１反射に沿って）を測定した。
【００５３】
図１１は、従来技術のＮ面成長の不良な表面形態を示す。例えば、ＭＯＣＶＤによる従来技術の成長は、ＧａＮのヘテロエピタキシャルおよびホモエピタキシャル成長に観察される、六角ヒロック（ミクロンサイズの寸法を有する）の形成により、典型的に粗雑となっている。この不良な表面形態が、デバイスの適用を妨げてきた。
【００５４】
図１２（ａ）は、ＩｎＧａＮ成長温度での平滑な表面を示す、ＲＭＳ粗度が０．８５ｎｍである、本発明を使用して成長させられたＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ）のＡＦＭ像を示す。図１２（ｂ）は、本発明に従って、ＭＯＣＶＤによって成長させられた、５×（厚さ３ｎｍのＩｎ０．１Ｇａ０．９Ｎ／厚さ８ｎｍのＧａＮ）を備える、ＭＱＷの３００ケルビンフォトルミネセンス（ＰＬ）を示す。フォトルミネセンスは、３８５ｎｍから４７５ｎｍの範囲で強力である。
【００５５】
本発明を使用して成長させられるＮ面ＩＩＩ族窒化物は、増加した光学的品質および増加した構造または表面品質を有する。従来技術を使用して成長されるＮ面ＩＩＩ族窒化物と比べて、増加した構造または表面品質（低減した表面粗度、より小さいＸＲＤ回折ＦＷＨＭ、低減した貫通転位によって特徴付けられる）である。増加した光学的品質は、従来技術の方法が十分な発光を達成していないが、本発明は、これらの領域中でより高い発光効率を有するという事実によって証明される。
【００５６】
（利点および改良点）
ＩＩＩ族窒化物を用いた発光体に対する主な課題の１つは、高品質ＩｎＧａＮの成長である。Ｎ面は、より良好な品質の材料、ならびに実現可能なより高いインジウム含有量の膜の作製を提供する、従来のＧａ面よりも高温でのＩｎＧａＮの成長を可能にし、これで、インジウム含有膜は、ＩｎＧａＮ材料中のインジウムの任意の濃度において、より安定している。例えば、ＭＢＥで成長したＩｎＮに対する成長温度は、Ｎ面成長については、Ｇａ面成長と比べて約１００℃高い。
【００５７】
発光体の成長に対する別の課題は、ｐ型ドーピングである。従来のＧａ面材料において、過剰なｐ型ドーピング（Ｍｇ）は、表面を所々でＮ面に反転させ、質の悪い膜を生じる。しかしながら、Ｎ面は、ｐ型ドーピングと同様の最終結果を受けず、はるかに良好なデバイス性能を生成する、より高いレベルのｐ型ドーピングを可能にする。
ＩＩＩ族窒化物を用いた発光体には、強い分極誘導性電場という問題がある。Ｎ面材料は、より低いターンオン電圧、また増加した量子効率を可能にする、従来のＧａ面とは反対方向の電場を提供する。
【００５８】
Ｎ面のエッチング特性は、Ｇａ面とは明らかに異なり、それは、表面粗度化およびメガコーン等の、ＬＥＤにおけるより良好な光抽出スキームを作製する際に有用となる。
【００５９】
Ｎ面デバイスは、Ｇａ（０００１）方向に窒化物デバイスを成長させ、デバイスのＮ面を露出するように、基板を除去することによって得ることができる。しかしながら、この工程は、基板除去の追加ステップを伴うため、本発明よりも困難である（およびその結果として、より高価で時間がかかる）。
【００６０】
Ｎ面デバイスが、本発明を使用して成長させられたか、またはＧａ極方向［０００１］に成長させ、それに続いてＮ面を露出する基板除去を行うことによって成長させられたかを、特徴付けることが可能である。
ａ）本発明は、誤配向または誤切断基板上で発光デバイスを成長させる。誤切断は、誤切断基板上で成長させられる以降の層に現れる。誤配向は、緩衝層の上部で成長させられる層に移動され、その全ては、Ｘ線回折によって測定することができる。エピタキシャルに成長した層の平滑性の減少につながるため、［０００１］Ｇａ極方向に沿って成長させられるデバイスが、誤切断基板上で成長させられる可能性は少ない。
ｂ）本発明を使用して成長させられるデバイスの活性領域は、典型的には、Ｇａ極（０００１）方向に成長させられる活性領域と比べて、より高い酸素濃度を有する。
ｃ）ｐ型層がＮ面窒化物層上にあるデバイスを達成するために、本発明は、ｎ型層および活性層の前または後にｐ型層を成長させてもよい。しかしながら、従来の（０００１）Ｇａ極成長を使用して、ｎ型層および活性層の前にｐ型層を成長させなければならないであろう。層が成長させられる順番はまた、種々の層の不純物濃度および構造品質を測定することによって、測定することもできる。ｐ型層を最初に成長させると、欠陥を生成する高Ｍｇドーピング濃度の使用のため、概して、上部の不良な材料につながる。
【００６１】
（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。
【００６２】
［１］  Ｈｏｍｏ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＧａＮ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｎ  ｅｘａｃｔ  ａｎｄ  ｍｉｓｏｒｉｅｎｔｅｄ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌｓ：ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  ｈｉｌｌｏｃｋ  ｆｏｒｍａｔｉｏｎ：Ａ．Ｒ．Ａ．Ｚａｕｎｅｒ，Ｊ．Ｌ．Ｗｅｙｈｅｒ，Ｍ．Ｐｌｏｍｐ，Ｖ．Ｋｉｒｉｌｙｕｋ，Ｉ．Ｇｒｚｅｇｏｒｙ，Ｗ．Ｊ．Ｐ．ｖａｎ  Ｅｎｃｋｅｖｏｒｔ，Ｊ．Ｊ．Ｓｃｈｅｒｍｅｒ，Ｐ．Ｒ．ＨａｇｅｍａｎおよびＰ．Ｋ．Ｌａｒｓｅｎ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２１０（２０００）  ４３５−４４３．
［２］  Ｈｏｍｏ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ＧａＮ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｎ  ｔｈｅ  Ｎ−ｆａｃｅ  ｏｆ  ＧａＮ  ｓｉｎｇｌｅ  ｃｒｙｓｔａｌｓ：ｔｈｅ  ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ：Ａ．Ｒ．Ａ．Ｚａｕｎｅｒ，Ａ．Ａｒｅｔ，Ｗ．Ｊ．Ｐ．ｖａｎ  Ｅｎｃｋｅｖｏｒｔ，Ｊ．Ｌ．Ｗｅｙｈｅｒ，Ｓ．Ｐｏｒｏｗｓｋｉ，Ｊ．Ｊ．Ｓｃｈｅｒｍｅｒ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２４０（２００２）  １４−２１．
［３］  Ａ．Ｐ．Ｇｒｚｅｇｏｒｃｚｙｋほか、Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｓａｐｐｈｉｒｅ  ａｎｎｅａｌｉｎｇ  ｉｎ  ｔｒｉｍｅｔｈｙｌｇａｌｌｉｕｍ  ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅ  ｏｎ  ＧａＮ  ｅｐｉｔａｘｙ  ｂｙ  ＭＯＣＶＤ：Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２８３（２００５）  ７２−８０．
［４］  Ｎ−ｐｏｌａｒｉｔｙ  ＧａＮ  ｏｎ  ｓａｐｐｈｉｒｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ＭＯＣＶＤ：Ｔ．Ｍａｔｓｕｏｋａ，Ｙ．Ｋｏｂａｙａｓｈｉ，Ｈ．Ｔａｋａｈａｔａ，Ｔ．Ｍｉｔａｔｅ，Ｓ  Ｍｉｚｕｎｏ，Ａ．Ｓａｓａｋｉ，Ｍ．Ｙｏｓｈｉｍｏｔｏ，Ｔ．ＯｈｎｉｓｈｉおよびＭ．Ｓｕｍｉｙａ，ｐｈｙｓ．ｓｔａｔ．ｓｏｌ．（ｂ）２４３（２００６）  １４４６−１４５０．
［５］  Ｔｈｅ  ｅｆｆｅｃｔ  ｏｆ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｐｏｌａｒｉｔｙ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ＩｎＮ  ｂｙ  ＲＦ−ＭＢＥ：  Ｎａｏｉほか、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ２６９（２００４）  １５５−１６１．
［６］  Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒほか，  Ｇｒｏｗｔｈ  ａｎｄ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｎ−ｐｏｌａｒ  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  Ｍｕｌｔｉｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌｓ．  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９０，  １９１９０８  （２００７）．
［７］  Ｓ．Ｋｅｌｌｅｒほか，  Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ  ｏｆ  ｔｈｅ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ  ｍｉｓｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎ  ｏｎ  ｔｈｅ  ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ  ｏｆ  Ｎ−ｐｏｌａｒ  ＧａＮ  ｆｉｌｍｓ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ｍｅｔａｌ  ｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．    Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  １０２，  ０８３５４６  （２００７）．
［８］  Ｎ．Ａ．Ｆｉｃｈｔｅｎｂａｕｍほか，  Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｐ−ｔｙｐｅ  Ｎ−ｐｏｌａｒ  ａｎｄ  Ｇａ−ｐｏｌａｒ  ＧａＮ  ｇｒｏｗｎ  ｂｙ  ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  ｃｈｅｍｉｃａｌ  ｖａｐｏｒ  ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ．    Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９１，  １７２１０５  （２００７）。
【００６３】
（結論）
これは、本発明の好適な実施形態の説明を結論付ける。本発明は、ＩＩＩ族窒化膜、発光デバイス、ならびに発光デバイスおよびＩＩＩ族窒化膜を作製するための方法を記載する。
【００６４】
これらの技術、成長方法、およびデバイス構造は、太陽電池、光検出器、トランジスタ、およびＩＩＩ族窒化物材料系を使用する他の電子デバイスに適用することもできる。
本発明による発光デバイスは、ｐ型ＩＩＩ族窒化物と、ｎ型ＩＩＩ族窒化物と、窒素面である上部表面をもたらす、［０００−１］結晶方向に沿ったＩＩＩ族窒化物活性領域成長とを備え、
自発分極がＩＩＩ族窒化物活性領域の成長表面に向かうように、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の第１の成長した層は、ＩＩＩ族原子層であり、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長の最後の成長した層は、窒素層であり、
ＩＩＩ族窒化物活性領域成長は、発光であって、ｎ型窒化物とｐ型窒化物の間である。
【００６５】
そのようなデバイスは、さらに任意で、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、窒素面からであることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ＩＩＩ族窒化物層からであることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域が、誤配向の窒素化された基板上にあることと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ｎ型窒化物からの成長であることと、ｎ型窒化物が、Ｎ面であるｎ型窒化物の上部表面をもたらす、［０００−１］方向に沿った成長であることと、ｐ型窒化物が、ＩＩＩ族窒化物活性領域のＮ面からの成長であることと、ｐ型窒化物が、３×１０２０より大きいマグネシウムドーピングを有することと、活性領域が、インジウムを含有することと、ＩＩＩ族窒化物活性領域成長が、ガリウム面である上部表面をもたらす、［０００１］方向に沿った成長である活性領域よりも、多くのインジウムを含有することと、ＩＩＩ族窒化物活性領域が、窒素（Ｎ）面窒化ガリウム（ＧａＮ）、Ｎ面窒化インジウム（ＩｎＮ）、およびＮ面窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、ならびにそれらの合金を備える群より選択される材料から作られることと、を含む。
【００６６】
本発明による発光デバイスを成長させるための方法は、窒素面（Ｎ面）であるＩＩＩ族窒化物活性領域の上部表面をもたらす、［０００−１］結晶方向に沿って発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップを含む。
【００６７】
そのような方法は、さらに任意で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域が、インジウムを含有し、より高温で成長させられ、［０００１］方向に沿って成長させられる活性領域と比較して向上した表面品質を有することと、［０００−１］方向に沿ってｎ型窒化物を成長させ、ｎ型窒化物層のＮ面上で終端するステップと、ｎ型窒化物層のＮ面上で発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域のＮ面上で［０００−１］方向に沿ってｐ型窒化物層を成長させ、ｐ型窒化物層のＮ面上で終端するステップと、誤配向の窒素化された基板上でｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層を成長させるステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層上で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域であって、多重量子井戸領域を備える、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層を成長させるステップと、ｐ型Ｎ面ＧａＮキャップ層に接触するように金属を塗布するステップと、上記のステップで得られる層をエッチングすることによって、１つ以上の発光ダイオードメサを形成するステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ緩衝層に接触するように第２の金属を塗布するステップと、を含む。
【００６８】
方法は、さらに任意で、ｎ型Ｎ面ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層を成長させるステップと、ＡｌＧａＮ緩衝および閉じ込め層上でｎ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ層上で、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域であって、ＩｎＧａＮ活性材料の多重量子井戸を備える、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域を成長させるステップと、発光ＩＩＩ族窒化物活性領域上でｐ型Ｎ面ＧａＮ層を成長させるステップと、ｐ型Ｎ面ＧａＮ層上でｐ型ＡｌＧａＮクラッド層を成長させるステップと、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層に接触するように金属を塗布するステップと、レーザダイオードストライプ構造をエッチングし、反射鏡小面を上記のステップから得られる層に形成するステップと、ｎ型Ｎ面ＧａＮ層に接触するように第２の金属を塗布するステップと、を含む。
【００６９】
本発明によるＩＩＩ族窒化膜は、窒素面である上部表面をもたらすＩＩＩ族窒化物の成長を備える。
【００７０】
そのような膜は、さらに任意で、自発分極がＩＩＩ族窒化膜の成長表面に向かうように、成長の第１の成長した層が、ＩＩＩ族原子層であり、成長の最後の成長した層が、窒素層であることと、成長が、基板の誤配向の窒素化された表面からであることと、ＩＩＩ族窒化膜が、発光することと、を含む。
【００７１】
本発明の１つ以上の実施形態の前述の説明は、例証および説明の目的で提示されている。これは、包括的となること、または本発明を開示される正確な形態に限定することを目的としない。上記の教示を踏まえて、多くの修正および変化が可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、むしろ本明細書に添付の例示的請求項および本明細書に添付の例示的請求項の同等物の全範囲によって限定されることが意図される。
【図１（ａ）】
2010510655.tif 000003
【図１（ｂ）】
2010510655.tif 000004
【図２】
2010510655.tif 000005
【図３】
2010510655.tif 000006
【図４】
2010510655.tif 000007
【図５】
2010510655.tif 000008
【図６】
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【図７】
2010510655.tif 000010
【図８】
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【図９】
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【図１０（ａ）】
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【図１０（ｂ）】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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