(57)【要約】放射光放出半導体デバイスは、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域、及び第１のベース領域と第２のベース領域との間に配置された多重量子井戸構造を含む。多重量子井戸構造は、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を含む。量子井戸領域の３番目と量子井戸領域の２番目との間の正孔のエネルギー障壁は、量子井戸領域の２番目と量子井戸領域の１番目との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい。そうしたデバイスを形成する方法は、そうした多重量子井戸構造の層をエピタキシャル堆積させるステップ、並びに正孔のエネルギー障壁が多重量子井戸構造を横切って変化するように層の組成及び構成を選択するステップを含む。【選択図】  図１
2015506592.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域と、
ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域と、
前記第１のベース領域と前記第２のベース領域との間に配置され、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を備える多重量子井戸構造であり、前記少なくとも２つのバリア領域の第１のバリア領域が前記少なくとも３つの量子井戸領域の第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置され、前記少なくとも２つのバリア領域の第２のバリア領域が前記少なくとも３つの量子井戸領域の前記第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置され、前記第１の量子井戸領域が前記第３の量子井戸領域よりも前記第１のベース領域に近接して位置し、前記第３の量子井戸領域が前記第１の量子井戸領域よりも前記第２のベース領域に近接して位置する多重量子井戸構造と
を備える、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むデバイスであって、
前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれが
ＩｎｘＧａ１−ｘＮを含み、かつ、
前記第１のベース領域と前記第２のベース領域の間に延びる方向において、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有し、
前記第１のバリア領域及び前記第２のバリア領域のそれぞれが、
ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含み、ここでｙは少なくとも約０．０５であり、かつ、
前記第１のベース領域と前記第２のベース領域の間に延びる前記方向において、前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さよりも大きい、少なくとも約２ナノメートルのバリア領域厚さを有し、
前記第３の量子井戸領域と前記第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が、前記第２の量子井戸領域と前記第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい、デバイス。
【請求項２】
前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれの前記井戸領域厚さが少なくとも約５ナノメートルである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１のバリア領域が第１のバンドギャップエネルギーを有し、前記第２のバリア領域が第２のバンドギャップエネルギーを有し、前記第２のバンドギャップエネルギーが前記第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記多重量子井戸構造が前記第１のベース領域と前記第２のベース領域の間に延びる前記方向において少なくとも約１０ｎｍの全体構造厚さを有する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記第１のベース領域が１つの緩和半導体材料部を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
歪み緩和層上の歪み半導体材料の層を貫いて延びる複数の開口部を形成するステップと、
前記歪み半導体材料及び前記歪み緩和層を熱的に処理し、前記歪み緩和層の変形及び前記歪み半導体材料の緩和をもたらし、少なくとも１つの緩和半導体材料部を形成するステップと、
前記少なくとも１つの緩和半導体材料部上に複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部を連続してエピタキシャル堆積させて、第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置された第１のバリア領域、及び前記第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置された第２のバリア領域を備える多重量子井戸構造を形成するステップと、
少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有するように前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップと、
前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有するように前記第１のバリア領域及び前記第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップと、
前記第３の量子井戸領域と前記第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が前記第２の量子井戸領域と前記第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さくなるように、前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれの組成を選択するステップと
を含む、放射光放出デバイスを形成する方法。
【請求項７】
ＩｎｘＧａ１−ｘＮを含むように前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
ｘが少なくとも約０．１２となるように前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮの組成を定めるステップをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ＩｎｙＧａ１−ｙを含むように前記第１のバリア領域及び前記第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１０】
ｙが少なくとも約０．０５となるように前記ＩｎｙＧａ１−ｙの組成を定めるステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
二元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように前記第１のバリア領域及び前記第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１２】
ＧａＮを含むように前記第１のバリア領域及び前記第２のバリア領域の前記二元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも約５ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも約１０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
少なくとも約２０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように前記第１の量子井戸領域、前記第２の量子井戸領域、及び前記第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
第１のバンドギャップエネルギーを有するように前記第１のバリア領域を形成するステップと、前記第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい第２のバンドギャップエネルギーを有するように前記第２のバリア領域を形成するステップとをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１７】
少なくとも約１０ｎｍの全体構造厚さを有するように前記多重量子井戸構造を形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
ＩｎｚＧａ１−ｚＮを含むように前記歪み半導体材料を形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１９】
ｚが約０．０２〜約０．１７となるように前記ＩｎｚＧａ１−ｚＮの組成を定めるステップさらに含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
シリケートガラス、フォスフォシリケートガラス、ボロシリケートガラス、及びボロフォスフォシリケートガラスのうちの少なくとも１つを含むように前記歪み緩和層を形成するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本発明の実施形態は、一般にはＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む光活性デバイス、及びそうした光活性デバイスを形成する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]光活性デバイスは、電気エネルギーを電磁放射に変換する、又は電磁放射を電気エネルギーに変換するように構成されたデバイスである。光活性デバイスには、限定されないが、発光ダイオード（ＬＥＤ）、半導体レーザー、光検出器、及び太陽電池が含まれる。そうした光活性デバイスは、しばしばＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の１つ又は複数の平坦層を含む。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料は、主として周期表のＩＩＩＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ、及びＴｌ）、並びに周期表のＶＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、及びＢｉ）から構成される材料である。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の平坦層は、結晶であってもよく、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の単結晶を含んでもよい。
【０００３】
[0003]結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層は、一般にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子内部に、ある量の欠陥を含む。結晶構造におけるこれらの欠陥には、例えば、点欠陥及び線欠陥（例えば、貫通転移）が含まれることがある。そうした欠陥は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層上に、又はその層内に作製される光活性デバイスの性能にとって有害である。
【０００４】
[0004]さらに、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を作製する現在知られている方法は、一般に下にある基板の表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料をエピタキシャル成長させるステップを含み、この基板が、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子と似ているが、わずかに異なる結晶格子を有する。その結果、下にある異なる基板材料上に結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を成長させる場合、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子は、機械的に歪む可能性がある。この歪みの結果、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層の厚さが成長中に増大するにつれ、ある臨界厚さで、転位などの欠陥が、エネルギー的に起こりやすくなって、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層内部に形成されて、たまった応力が緩和されるまで、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層内部の応力が増加する可能性がある。
【０００５】
[0005]上記を考慮すると、欠陥密度が比較的低い結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の比較的厚い層を作製することは困難である。
【０００６】
[0006]光活性デバイスは、いくつかの量子井戸領域を含む活性領域を備えることができ、量子井戸のそれぞれが、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を含むことができる。量子井戸領域は、バリア領域によって互いに分離されてもよく、このバリア領域もＩＩＩ−Ｖ族半導体材料ではあるが、量子井戸領域とは異なる組成の層を含むことができる。
【０００７】
[0007]少なくとも一部のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料では、電子と正孔（空の電子軌道）の移動度との間には差異がある。言いかえれば、電子は、正孔に比べると比較的容易にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料中を移動することができる。電子と正孔の移動度間のこの差異によって、光活性デバイスの活性領域内部の電子及び正孔の分布が不均一になる場合がある。この現象は、Ｘ．Ｎｉら、Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｒｏｏｐ  ｉｎ  ＩｎＧａＮ  Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｂｙ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．９３、ｐｇ．１７１  １  １３（２００８年）、及びＣ．Ｈ．Ｗａｎｇら、Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｒｏｏｐ  Ａｌｌｅｖｉａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ  ｂｙ  Ｇｒａｄｅｄ−Ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ  Ｍｕｌｔｉｐｌｅ  Ｑｕａｎｔｕｍ  Ｗｅｌｌｓ、Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、Ｖｏｌ．９７、ｐｇ．１８１１０１（２０１０年）でさらに詳細に論じられている。
【発明の概要】
【０００８】
[0008]一部の実施形態において、本発明は、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域、及び第１のベース領域と第２のベース領域との間に配置された多重量子井戸構造を備える放射光放出半導体デバイスを含む。多重量子井戸構造は、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を含む。少なくとも２つのバリア領域の第１のバリア領域は、少なくとも３つの量子井戸領域の第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置される。少なくとも２つのバリア領域の第２のバリア領域は、少なくとも３つの量子井戸領域の第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置される。第１の量子井戸領域は、第３の量子井戸領域よりも第１のベース領域に近接して位置し、第３の量子井戸領域は、第３の量子井戸領域よりも第２のベース領域に近接して位置する。第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれは、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有し、第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれは、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有する。また、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁は、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい。
【０００９】
[0009]さらなる実施形態において、本発明は、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むデバイスを備える。ＬＥＤは、ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域、及び第１のベース領域と第２のベース領域との間に配置された多重量子井戸構造を備える。多重量子井戸構造は、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を備える。少なくとも２つのバリア領域の第１のバリア領域は、少なくとも３つの量子井戸領域の第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置され、少なくとも２つのバリア領域の第２のバリア領域は、少なくとも３つの量子井戸領域の第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置される。第１の量子井戸領域は、第３の量子井戸領域よりも第１のベース領域に近接して位置し、第３の量子井戸領域は、第３の量子井戸領域よりも第２のベース領域に近接して位置する。第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮを含み、かつ、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有する。第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれは、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含み、ここでｙは少なくとも約０．０５であり、かつ、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さ以上の、少なくとも約２ナノメートルのバリア領域厚さを有する。第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁は、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい。
【００１０】
[0010]さらなる実施形態において、本発明は、放射光放出デバイスを形成する方法を含む。そうした方法によると、複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部が基板上に連続してエピタキシャル堆積され、第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置された第１のバリア領域、及び第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置された第２のバリア領域を備える多重量子井戸構造を形成することができる。第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれは、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有するように形成されてもよい。第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれは、井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有するように形成されてもよい。さらに、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの組成は、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さくなるように選択されてもよい。
【００１１】
[0011]さらなる実施形態において、本発明は、放射光放出デバイスを形成する方法を含む。そうした方法によると、歪み緩和層上の歪み半導体材料の層を貫いて延びる複数の開口部が形成される。歪み半導体材料及び歪み緩和層は、熱的に処理され、歪み緩和層の変形及び歪み半導体材料の緩和をもたらし、少なくとも１つの緩和半導体材料部を形成する。複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部が、少なくとも１つの緩和半導体材料部上に連続してエピタキシャル堆積され、第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置された第１のバリア領域、及び第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置された第２のバリア領域を備える多重量子井戸構造を形成する。第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれは、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有するように形成される。第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれは、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有するように形成される。第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの組成は、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さくなるように選択される。
【００１２】
[0012]本明細書は、本発明の実施形態と考えられるものを特に指摘し明確に請求する特許請求の範囲によって締めくくられているが、本発明の実施形態の利点は、以下の詳細な説明を添付図面とともに読むと容易に確かめることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】放射光放出半導体デバイスの簡略化された断面図及び本デバイスに対する対応するエネルギーバンド図である。
【図２】本開示の実施形態による放射光放出半導体デバイスを形成する方法を説明するために使用される図であり、ベース基板上の歪み緩和層上の歪み半導体材料の層の簡略化された断面図である。
【図３】本開示の実施形態による放射光放出半導体デバイスを形成する方法を説明するために使用される図であり、歪み半導体材料の層を貫いて延びる複数の開口部を示す図２と同様の簡略化された断面図である。
【図４】本開示の実施形態による放射光放出半導体デバイスを形成する方法を説明するために使用される図であり、歪み緩和層の助けを借りて歪み半導体材料を緩和することによって形成された緩和半導体材料部を示す図２及び３と同様の簡略化された断面図である。
【図５】本開示の実施形態による放射光放出半導体デバイスを形成する方法を説明するために使用される図であり、図４に示すものと同様の緩和半導体材料部に配置された放射光放出半導体デバイスの簡略化された断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[0019]本明細書に提示される説明図は、いかなる特定の材料、半導体構造若しくはデバイス、又は方法についても、実際の図であることは意図されておらず、本発明について説明するために用いられる、単に理想化された表現に過ぎない。さらに、図と図の間の共通の要素は、同じ数字表示が付されている場合がある。
【００１５】
[0020]本明細書で使用するように、用語「ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料」とは、主として周期表のＩＩＩＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ及びＴｌ）、並びに周期表のＶＡ族からの１つ又は複数の元素（Ｎ、Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、及びＢｉ）から構成された任意の材料を意味し、含む。
【００１６】
[0021]本明細書で使用するように、用語「臨界の厚さ」とは、材料に関して使用される場合は、その厚さを上回ると材料内部で転移などの欠陥の形成がエネルギー的に起こりやすくなる最大厚さを意味する。
【００１７】
[0022]本明細書で使用するように、用語「材料のエピタキシャル層」とは、少なくとも実質的に単結晶の材料であり、この単結晶が既知の結晶学的配向を示すように形成された材料の層を意味する。
【００１８】
[0023]本明細書で使用するように、用語「成長格子定数」とは、半導体材料のエピタキシャル層に関して使用される場合は、半導体材料の層を高温でエピタキシャル成長させるときに、半導体材料の層が呈する平均の格子定数を意味する。
【００１９】
[0024]本明細書で使用するように、用語「格子歪み」（lattice strain）とは、材料の層に関して使用される場合は、材料の層の面と少なくとも実質的に平行な方向の結晶格子の歪みを意味し、圧縮歪み又は引張歪みの場合がある。同様に、用語「平均の格子定数」とは、材料の層に関して使用される場合は、材料の層の面と少なくとも実質的に平行な平均の格子定数の寸法を意味する。
【００２０】
[0025]同様に、用語「歪んだ」又は「歪み」（strained）は、結晶格子がそうした材料に対する通常の間隔から変形され（例えば、伸ばされ、又は圧縮され）、その結果その材料の格子間隔が、均一に緩和した結晶状態にあるそうした材料にとって通常生じる格子間隔とは異なることを示すために使用される。
【００２１】
[0026]本開示の実施形態は、放射光放出構造（例えば、ＬＥＤ）などの光活性デバイスを含み、この光活性デバイスがエネルギーバンド構造を有する多重量子井戸構造を含み、この多重量子井戸構造が光活性デバイスの動作中に多重量子井戸構造にわたって正孔の改善された分布をもたらすように調整されている。
【００２２】
[0027]図１は、本開示の放射光放出半導体デバイス１００の例示的な実施形態を示す。半導体デバイス１００は、例えば、ＬＥＤを備えてもよい。図１では半導体デバイス１００全体にわたって、半導体デバイス１００が呈する簡略化されたエネルギーバンド図を示す。エネルギーバンド構造内の異なる領域は、それらが対応する半導体デバイス１００の領域とそれぞれ位置合わせされている。
【００２３】
[0028]図１に示すように、放射光放出半導体デバイス１００は、第１のベース領域１０２、第２のベース領域１０４、及び第１のベース領域１０２と第２のベース領域１０４との間に配置された多重量子井戸構造１０６を含む。
【００２４】
[0029]多重量子井戸構造１０６は、少なくとも３つの量子井戸領域を含む。例えば、図１の実施形態では、半導体デバイス１００は、第１の量子井戸領域１０８、第２の量子井戸領域１１０、第３の量子井戸領域１１２、及び第４の量子井戸領域１１４を含む。しかし、さらなる実施形態において、放射光放出半導体デバイス１００は、３つの量子井戸領域のみ、又は５つ以上の量子井戸領域を含んでもよい。
【００２５】
[0030]量子井戸領域１０８〜１１４のそれぞれは、第１のベース領域１０２と第２のベース領域１０４の間に延びる方向においてそれぞれの井戸領域厚さ１１５を有する。量子井戸領域１０８〜１１４のそれぞれの井戸領域厚さ１１５は、同じであっても、異なっていてもよい。限定することなく一例を挙げると、それぞれの井戸領域厚さ１１５のそれぞれは、約２ナノメートル以上、約５ナノメートル以上、約１０ナノメートル以上、又はさらに約２０ナノメートル以上であってもよい。
【００２６】
[0031]図１の実施形態において、第１の量子井戸領域１０８は、第１のベース領域１０２に近接して位置し、第４の量子井戸領域１１４は、第２のベース領域１０４に近接して位置する。したがって、第１の量子井戸領域１０８は、第２の量子井戸領域１１０よりも第１のベース領域１０２に近接して位置し、第２の量子井戸領域１１０は、第３の量子井戸領域１１２よりも第１のベース領域１０２に近接して位置し、第３の量子井戸領域１１２は、第４の量子井戸領域１１４よりも第１のベース領域１０２に近接して位置する。同様に、第４の量子井戸領域１１４は、第３の量子井戸領域１１２よりも第２のベース領域１０４に近接して位置し、第３の量子井戸領域１１２は、第２の量子井戸領域１１０よりも第２のベース領域１０４に近接して位置し、第２の量子井戸領域１１０は、第１の量子井戸領域１０８よりも第２のベース領域１０４に近接して位置する。
【００２７】
[0032]バリア領域は、隣接した量子井戸領域１０８〜１１４間に配置されてもよい。例えば、図１に示すように、第１のバリア領域１１６が、第１の量子井戸領域１０８と第２の量子井戸領域１１０との間に配置され、第２のバリア領域１１８が、第２の量子井戸領域１１０と第３の量子井戸領域１１２との間に配置され、第３のバリア領域１２０が、第３の量子井戸領域１１２と第４の量子井戸領域１１４との間に配置される。
【００２８】
[0033]バリア領域１１６〜１２０のそれぞれは、第１のベース領域１０２と第２のベース領域１０４の間に延びる方向においてそれぞれのバリア領域厚さ１２１を有する。バリア領域１１６〜１２０のそれぞれのバリア領域厚さ１２１は、同じであっても、異なっていてもよい。それぞれのバリア領域厚さ１２１のそれぞれは、量子井戸領域１０８〜１１４間のバリア領域１１６〜１２０を貫いて電子がトンネリングするのを防ぐために、井戸領域厚さ１１５以上であってもよい。限定することなく一例を挙げると、それぞれのバリア領域厚さ１２１のそれぞれは、約２ナノメートル以上、約５ナノメートル、約１０ナノメートル以上、約１５ナノメートル以上、又は約２０ナノメートル以上であってもよい。
【００２９】
[0034]多重量子井戸構造１０６は、第１のベース領域１０２と第２のベース領域１０４の間に延びる方向において、例えば約１０ナノメートル、約２０ナノメートル、約５０ナノメートル、約８５ナノメートル、又はさらに約１４０ナノメートル以上の全体構造厚さ１２２を有することができる。
【００３０】
[0035]第１のベース領域１０２は、ｎ型半導体材料を含んでもよく、第２のベース領域１０４は、ｐ型半導体材料を含んでもよい。限定することなく一例を挙げると、第１のベース領域１０２及び第２のベース領域１０４のそれぞれは、ＩｎｚＧａ１−ｚＮといったＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含んでもよく、ここにｚは約０．０２〜約０．１７である。第１のベース領域１０２は、真性の又はドープされたｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料であってもよく、第２のベース領域１０４は、真性の又はドープされたｐ型半導体材料であってもよい。
【００３１】
[0036]第１のベース領域１０２は、第１の導電性コンタクト１４２と電気的及び構造的に結合されてもよく、第２のベース領域１０４は、第２の導電性コンタクト１４４と電気的及び構造的に結合されてもよい。第１の導電性コンタクト１４２及び第２の導電性コンタクト１４４のそれぞれは、例えば、１つ若しくは複数の金属（例えば、アルミニウム、チタン、白金、ニッケル金など）、又は金属合金を含んでもよく、そうした金属又は金属合金の数多くの層を含んでもよい。さらなる実施形態において、第１の導電性コンタクト１４２及び／又は第２の導電性コンタクト１４４は、ドープされた、又は真性のｎ型若しくはｐ型半導体材料をそれぞれ含んでもよい。
【００３２】
[0037]金属及び金属合金は、半導体デバイス１００の動作中に多重量子井戸構造１０６内部で生成される電磁放射の波長（複数可）に対して透過性でない場合がある。したがって、図１に示すように、第２の導電性コンタクト１４４は、第２のベース領域１０４の全表面を覆わなくてもよい。例えば、第２の導電性コンタクト１４４は、１つ又は複数の開口が第２の導電性コンタクト１４４を貫いて延びるようにパターニングされてもよい。この構成では、多重量子井戸構造１０６内部で生成された放射光は、第２のベース領域１０４を貫いて、第２の導電性コンタクト１４４を通り過ぎて半導体デバイス１００から外に伝搬されることになる。加えて、又は代替として、第１の導電性コンタクト１４２が、第２の導電性コンタクト１４４に関して説明したようにパターニングされてもよい。
【００３３】
[0038]図１のエネルギーバンド図を参照すると、第１の導電性コンタクト１４２及び第１のベース領域１０２は、多重量子井戸構造１０６に電子１４６を供給することができる。第２の導電性コンタクト１４４及び第２のベース領域１０４は、多重量子井戸構造１０６に正孔１４８を供給することができる。先に言及したように、電子１４６は、正孔１４８と比較して多重量子井戸構造１０６内部でより高い移動度を示すことができる。したがって、従来知られているデバイスでは、電圧が第１のベース領域１０２と第２のベース領域１０４間の多重量子井戸構造１０６両端間に印加されると、電子１４６は、多重量子井戸構造１０６を横切って比較的均一に分布することができるが、正孔１４８は、多重量子井戸構造１０６を横切ってより不均一に分布する場合があり、第２のベース領域１０４に最も近い量子井戸領域により多く集まる可能性がある。そうした、多重量子井戸構造１０６を横切る正孔１４８の不均一な分布により、電子１４６正孔１４８対の望ましくない非発光オージェ再結合の可能性が増大する。
【００３４】
[0039]先に言及したように、本開示の実施形態の多重量子井戸構造１０６は、半導体デバイス１００の動作中に、多重量子井戸構造１０６を横切って改善された正孔１４８の分布がもたらされるように調整されたエネルギーバンド構造を有する。
【００３５】
[0040]引き続き図１のエネルギーバンド図を参照すると、量子井戸領域１０８〜１１４は、量子井戸領域１０８〜１１４のそれぞれにバンドギャップエネルギー１３２を提供するように選択された材料組成及び構造的配置を有することができる。図１に示す実施形態では、バンドギャップエネルギー１３２は、異なる量子井戸領域１０８〜１１４において少なくとも実質的に等しい。さらなる実施形態において、量子井戸領域１０８〜１１４の１つ又は複数のバンドギャップエネルギー１３２は、量子井戸領域１０８〜１１４の別の領域のバンドギャップエネルギーと異なってもよい。
【００３６】
[0041]バリア領域１１６〜１２０は、バリア領域１１６〜１２０のそれぞれにそれぞれのバンドギャップエネルギー１２４〜１２８を提供するように選択された材料組成及び構造的配置を有することができる。図１のエネルギーバンド図に示すように、第１のバリア領域１１６のバンドギャップエネルギー１２４は、第２のバリア領域１１８のバンドギャップエネルギー１２６よりも大きくてもよく、第２のバリア領域１１８のバンドギャップエネルギー１２６は、第３のバリア領域１２０のバンドギャップエネルギー１２８よりも大きくてもよい。さらに、量子井戸領域１０８〜１１４のバンドギャップエネルギー１３２のそれぞれは、バリア領域１１６〜１２０のバンドギャップエネルギー１２４〜１２８のそれぞれよりも小さくてもよい。
【００３７】
[0042]この構成において、第４の量子井戸１１４と第３の量子井戸１１２との間の正孔のエネルギー障壁１３６は、第３の量子井戸１１２と第２の量子井戸１１０との間の正孔のエネルギー障壁１３８よりも小さくてもよく、第３の量子井戸１１２と第２の量子井戸１１０との間の正孔のエネルギー障壁１３８は、第２の量子井戸１１０と第１の量子井戸１０８との間の正孔のエネルギー障壁１４０よりも小さくてもよい。言いかえれば、バリア領域１１６〜１２０を横切る正孔のエネルギー障壁１３６〜１４０は、（多重量子井戸構造１０６に正孔１４８を供給する）第２のベース領域１０４から第１のベース領域１０２に延びる方向において多重量子井戸構造１０６を横切って段階的に増加してもよい。正孔のエネルギー障壁１３６〜１４０は、量子井戸領域１０８〜１１４と隣接するバリア領域１１６〜１２０との界面を横切る価電子帯のエネルギーの差である。第２のベース領域１０４から第１のベース領域１０２に向かってバリア領域１１６〜１２０を横切って正孔のエネルギー障壁１３６〜１４０が増大する結果、多重量子井戸構造１０６内部で正孔１４８のより均一な分布を実現することができ、その結果として放射光放出半導体デバイス１００の動作中の効率を改善することができる。
【００３８】
[0043]先に言及したように、バリア領域１１６〜１２０は、バリア領域１１６〜１２０のそれぞれに、それらの異なる、それぞれのバンドギャップエネルギー１２４〜１２８を提供するように選択された材料組成及び構造的配置を有することができる。限定することなく一例を挙げると、バリア領域１１６〜１２０のそれぞれは、ＩｎｙＧａ１−ｙＮなどの三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むことができ、ここにｙは少なくとも約０．０５である。バリア領域１１６〜１２０のＩｎｙＧａ１−ｙＮのインジウム含有量を増加させる（すなわち、ｙの値を増加させる）ことによって、バリア領域１１６〜１２０のバンドギャップエネルギーを減少させることができる。したがって、第２のバリア領域１１８は、第１のバリア領域１１６と比較してより高いインジウム含有量を有することができ、第３のバリア領域１２０は、第２のバリア領域１１８と比較してより高いインジウム含有量を有することができる。限定することなく一例を挙げると、第１のバリア領域１１６は、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含むことができ、ここにｙは約０．０５〜約０．１５であり、第２のバリア領域１１８は、ＩｎｙＧ１−ｙＮを含むことができ、ここにｙは約０．１０〜約０．２０であり、第３のバリア領域１２０は、ＩｎｙＧａ１−ｙＮを含むことができ、ここにｙは約０．１５〜約０．２５である。
【００３９】
[0044]また、量子井戸領域１０８〜１１４は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮなどの三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むことができ、ここにｘは少なくとも約０．１２、又はさらに約０．１７以上であってもよい。
【００４０】
[0045]上記の量子井戸領域１０８〜１１４及びバリア領域１１６〜１２０は、一般にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料（例えば、インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）などの三元ＩＩＩ族窒化物材料）の平坦な層を含むことができる。ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層は、結晶であってもよく、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の単結晶を含んでもよい。
【００４１】
[0046]当技術分野で知られているように、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層は、一般にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子内部に、ある量の欠陥を含む。結晶構造のこれらの欠陥には、例えば、点欠陥及び線欠陥（例えば、貫通転移）が含まれることがある。そうした欠陥は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を備える光活性デバイスの性能に対して有害である。
【００４２】
[0047]結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層は、下にある基板の表面にＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層をエピタキシャル成長させることによって作製されてもよく、この基板が結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子と似ているが、わずかに異なる結晶格子を有する。その結果、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層を下にある異なる基板材料上に成長させる場合、結晶のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の結晶格子は、機械的に歪む可能性がある。この歪みの結果、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層の厚さが成長中に増加するにつれ、ある臨界厚さで、転移などの欠陥が、エネルギー的に起こりやすくなって、たまった応力が緩和されるようにＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層内部に形成されるまで、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料の層内部の応力が増加する可能性がある。
【００４３】
[0048]インジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）の層をエピタキシャル堆積させる場合、インジウム窒化ガリウムの層の臨界の厚さは、インジウムの含有量が増加するととともに減少する。したがって、比較的厚い層厚さ及び比較的低密度の欠陥を有する、比較的高いインジウム濃度のインジウム窒化ガリウムの層を作製することは、困難な又は不可能な場合がある。
【００４４】
[0049]これらの障害を克服するために、最近開発された方法を使用して、上記のような、インジウム窒化ガリウムなどの三元ＩＩＩ族窒化物材料の量子井戸領域１０８〜１１４及びバリア領域１１６〜１２０を含む多重量子井戸構造１０６を作製することができる。限定することなく一例を挙げると、Ｇｕｅｎａｒｄらによって２０１０年１月に公開された米国特許出願公開第２０１０／００３２７９３号、Ｌｅｔｅｒｔｒｅらによって２０１０年７月１５日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１７６４９０号、又はＡｒｅｎａらによって２０１０年５月６日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１０９１２６号のいずれかに記載されるような方法を使用して、本明細書に記載するような放射光放出半導体デバイス１００の多重量子井戸構造１０６を作製することができる。
【００４５】
[0050]本明細書に記載されるような放射光放出半導体デバイス１００の多重量子井戸構造１０６を作製するために使用することができる方法の非限定的な例について、図２〜図５を参照して以下で説明する。
【００４６】
[0051]図２を参照すると、歪み緩和（strain relaxation）層１５４を間に配置して、ベース基板１５６上に歪み（strained）半導体材料１５８の層を含む基板１５２を設けることができる。ベース基板１５６は、例えば、サファイア、炭化シリコン、シリコン、及び金属材料（例えば、モリブデン、タンタルなど）のうちのいずれか１つ又は複数を含むことができる。歪み緩和層１５４は、シリケートガラス、フォスフォシリケートガラス、ボロシリケートガラス、又はボロフォスフォシリケートガラスなどの材料を含んでもよい。歪み半導体材料１５８は、その上に複数の層をエピタキシャル堆積させて多重量子井戸構造１０６を形成するためのシード層として最終的に使用されてもよい。限定することなく一例を挙げると、歪み半導体材料１５８の層は、ＩｎｚＧａ１−ｚＮを含んでもよく、ここにｚは約０．０６〜約０．０８である。
【００４７】
[0052]歪み半導体材料１５８の層は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含むことができる。非限定的な例を挙げると、歪み半導体材料１５８の層は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、インジウム窒化ガリウム（ＩｎｘＧａ１−ｘＮ）、及びアルミニウム窒化ガリウム（ＡｌｘＧａ１−ｘＮ）のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００４８】
[0053]図３を参照すると、歪み半導体材料１５８の層を貫いて延びる複数の開口部１６０が形成されてもよい。限定することなく一例を挙げると、マスク及びエッチング処理を使用して、歪み半導体材料１５８の層を貫く開口部１６０を形成することができる。歪み半導体材料１５８の層を貫く開口部１６０を形成した後に、この構造は、図４に示すように、歪み半導体材料１５８の層の残っている部分の応力及び／若しくは歪みの付随する緩和が行われ、それにより歪み半導体材料１５８の層の残っている部分が少なくとも１つの緩和半導体材料部１６２に変換されるように、歪み緩和層１５４が可塑的に又は弾性的に変形することができる温度で熱処理プロセスにかけられてもよい。
【００４９】
[0054]図５を参照すると、放射光放出半導体デバイス１００（図１）の様々な層は、１つの緩和半導体材料部１６２上に複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部を連続してエピタキシャル堆積させることによって形成されてもよい。例えば、先に説明したような組成及び構成を有するｎ型三元ＩＩＩ族窒化物材料の第１のベース領域１０２が、緩和半導体材料部１６２にエピタキシャル堆積されてもよい。前述したような組成及び構成を有する三元ＩｌＩ族窒化物材料を含む量子井戸領域１０８〜１１４及びバリア領域１１６〜１２０を、第１のベース領域１０２にエピタキシャル堆積させて多重量子井戸構造１０６を形成することができる。次いで、先に説明したような組成及び構成を有するｐ型半導体材料の第２のベース領域１０４を、多重量子井戸構造１０６にエピタキシャル堆積させることができる。
【００５０】
[0055]一部の実施形態において、第１のベース領域１０２へアクセスするために基板１５２を除去して、例えば、１つ若しくは複数の電気的コンタクト又はコンタクト層を第１のベース領域１０２に形成することができる。エッチング処理、研削処理、化学的機械研磨（ＣＭＰ）処理、レーザアブレーション処理、及びスマートカット（ＳＭＡＲＴ  ＣＵＴ）（商標）処理のうちの１つ又は複数を使用して、基板１５２を除去することができる。次いで、第１の導電性コンタクト１４２を第１のベース領域１０２に形成する、又はその他の方法で設けることができ、第２の導電性コンタクト１４４を第２のベース領域１０４に形成する、又はその他の方法で設けることができる。
【００５１】
[0056]本開示のさらなる非限定的な実施形態は、以下の通り提供される。
【００５２】
[0057]実施形態１：ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域と、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域と、第１のベース領域と第２のベース領域との間に配置され、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を備える多重量子井戸構造であり、少なくとも２つのバリア領域の第１のバリア領域が少なくとも３つの量子井戸領域の第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置され、少なくとも２つのバリア領域の第２のバリア領域が少なくとも３つの量子井戸領域の第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置され、第１の量子井戸領域が、第３の量子井戸領域よりも第１のベース領域に近接して位置し、第３の量子井戸領域が、第１の量子井戸領域よりも第２のベース領域に近接して位置する多重量子井戸構造とを備える、放射光放出半導体デバイスであって、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれが、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有し、第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれが、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有し、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい、放射光放出半導体デバイス。
【００５３】
[0058]実施形態２：第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれが三元ＩＩＩ族窒化物材料を含む、実施形態１に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５４】
[0059]の実施形態３：三元ＩＩＩ族窒化物材料がＩｎｘＧａ１−ｘＮを含む、実施形態２に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５５】
[0060]実施形態４：ｘが少なくとも約０．１２である、実施形態３に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５６】
[0061]実施形態５：第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれが三元ＩＩＩ族窒化物材料を含む、実施形態１〜４のいずれか一つに記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５７】
[0062]実施形態６：第１のバリア領域及び第２のバリア領域の三元ＩＩＩ窒化物材料がＩｎｙＧａ１−ｙＮを含む、実施形態５に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５８】
[0063]実施形態７：ｙが少なくとも約０．０５である、実施形態６に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００５９】
[0064]実施形態８：第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれが二元ＩＩＩ族窒化物材料を含む、実施形態１〜４のいずれか一つに記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６０】
[0065]実施形態９：第１のバリア領域及び第２のバリア領域の二元ＩＩＩ族窒化物材料がＧａＮを含む、実施形態８に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６１】
[0066]実施形態１０：第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの井戸領域厚さが少なくとも約５ナノメートルである、実施形態１〜９のいずれか一つに記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６２】
[0067]実施形態１１：第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの井戸領域厚さが少なくとも約１０ナノメートルである、実施形態１０に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６３】
[0068]実施形態１２：第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの井戸領域厚さが少なくとも約２０ナノメートルである、実施形態１１に記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６４】
[0069]実施形態１３：第１のバリア領域が第１のバンドギャップエネルギーを有し、第２のバリア領域が第２のバンドギャップエネルギーを有し、第２のバンドギャップエネルギーが第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい、実施形態１〜１２のいずれか一つに記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６５】
[0070]実施形態１４：多重量子井戸構造が１つ又は複数のさらなる量子井戸領域及び１つ又は複数のさらなるバリア領域をさらに含み、多重量子井戸構造における隣接する量子井戸領域間の正孔のエネルギー障壁が、第１のベース領域から第２のベース領域まで多重量子井戸構造を横切って段階的に減少する、実施形態１〜１３のいずれか一つに記載の放射光放出半導体デバイス。
【００６６】
[0071]実施形態１５：ｎ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第１のベース領域と、ｐ型ＩＩＩ−Ｖ族半導体材料を含む第２のベース領域と、第１のベース領域と第２のベース領域との間に配置され、少なくとも３つの量子井戸領域及び少なくとも２つのバリア領域を備える多重量子井戸構造であり、少なくとも２つのバリア領域の第１のバリア領域が少なくとも３つの量子井戸領域の第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置され、少なくとも２つのバリア領域の第２のバリア領域が少なくとも３つの量子井戸領域の第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置され、第１の量子井戸領域が、第３の量子井戸領域よりも第１のベース領域に近接して位置し、第３の量子井戸領域が、第３の量子井戸領域よりも第２のベース領域に近接して位置する多重量子井戸構造とを備える、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むデバイスであって、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれがＩｎｘＧａ１−ｘＮを含み、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有し、第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれがＩｎｙＧａ１−ｙＮを含み、ここにｙは少なくとも約０．０５であり、第１のベース領域と第２のベース領域の間に延びる方向において井戸領域のそれぞれの厚さよりも大きい、少なくとも約２ナノメートルのバリア領域厚さを有し、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が、第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さい、デバイス。
【００６７】
[0072]実施形態１６：第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの井戸領域厚さが少なくとも約５ナノメートルである、実施形態１５に記載のデバイス。
【００６８】
[0073]実施形態１７：第１のバリア領域が第１のバンドギャップエネルギーを有し、第２のバリア領域が第２のバンドギャップエネルギーを有し、第２のバンドギャップエネルギーが第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい、実施形態１５又は実施形態１６に記載のデバイス。
【００６９】
[0074]実施形態１８：多重量子井戸構造が第１のベース領域と第２のベース領域と間に延びる方向において少なくとも約１０ｎｍの全体構造厚さを有する、実施形態１５又は実施形態１７に記載のデバイス。
【００７０】
[0075]実施形態１９：基板上に複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部を連続してエピタキシャル堆積させて、第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置された第１のバリア領域、及び第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置された第２のバリア領域を備える多重量子井戸構造を形成するステップと、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップと、井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有するように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップと、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さくなるように、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの組成を選択するステップとを含む放射光放出デバイスを形成する方法。
【００７１】
[0076]実施形態２０：三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態１９に記載の方法。
【００７２】
[0077]実施形態２１：ＩｎｘＧａ１−ｘＮを含むように三元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、実施形態２０に記載の方法。
【００７３】
[0078]実施形態２２：ｘが少なくとも約０．１２となるようにＩｎｘＧａ１−ｘＮの組成を定めるステップをさらに含む、実施形態２１に記載の方法。
【００７４】
[0079]実施形態２３：三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態１９〜２２のいずれか一つに記載の方法。
【００７５】
[0080]実施形態２４：ＩｎｙＧａ１−ｙを有するように第１のバリア領域及び第２のバリア領域の三元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップさらに含む、実施形態２３に記載の方法。
【００７６】
[0081]実施形態２５：ｙが少なくとも約０．０５となるようにＩｎｙＧａ１−ｙの組成を定めるステップをさらに含む、実施形態２４に記載の方法。
【００７７】
[0082]実施形態２６：二元ＩＩＩ族窒化物材料を有するように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態１９〜２２のいずれか一つに記載の方法。
【００７８】
[0083]実施形態２７：ＧａＮを含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域の二元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、実施形態２６に記載の方法。
【００７９】
[0084]実施形態２８：少なくとも約５ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態１９〜２７のいずれか一つに記載の方法。
【００８０】
[0085]実施形態２９：少なくとも約１０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態２８に記載の方法。
【００８１】
[0086]実施形態３０：少なくとも約２０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態２９に記載の方法。
【００８２】
[0087]実施形態３１：第１のバンドギャップエネルギーを有するように第１のバリア領域を形成するステップと、第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい第２のバンドギャップエネルギーを有するように第２のバリア領域を形成するステップとをさらに含む、実施形態１９〜３０のいずれか一つに記載の方法。
【００８３】
[0088]実施形態３２：少なくとも約１０ｎｍの全体構造厚さを有するように多重量子井戸構造を形成するステップをさらに含む、実施形態１９〜２７のいずれか一つに記載の方法。
【００８４】
[0089]実施形態３３：歪み緩和層上の歪み半導体材料の層を貫いて延びる複数の開口部を形成するステップと、歪み半導体材料及び歪み緩和層を熱的に処理し、歪み緩和層の変形及び歪み半導体材料の緩和をもたらし、少なくとも１つの緩和半導体材料部を形成するステップと、少なくとも１つの緩和半導体材料部上に複数のＩＩＩ−Ｖ族半導体材料部を連続してエピタキシャル堆積させて、第１の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間に配置された第１のバリア領域、及び第２の量子井戸領域と第３の量子井戸領域との間に配置された第２のバリア領域を備える多重量子井戸構造を形成するステップと、少なくとも約２ナノメートルの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップと、井戸領域のそれぞれの厚さ以上のバリア領域厚さを有するように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップと、第３の量子井戸領域と第２の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁が第２の量子井戸領域と第１の量子井戸領域との間の正孔のエネルギー障壁よりも小さくなるように、第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれの組成を選択するステップとを含む放射光放出デバイスを形成する方法。
【００８５】
[0090]実施形態３４：三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態３３に記載の方法。
【００８６】
[0091]実施形態３５：ＩｎｘＧａ１−ｘＮを有するように三元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、実施形態３４に記載の方法。
【００８７】
[0092]実施形態３６：ｘが少なくとも約０．１２となるようにＩｎｘＧａ１−ｘＮの組成を定めるステップをさらに含む、実施形態３５に記載の方法。
【００８８】
[0093]実施形態３７：三元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜３６のいずれか一つに記載の方法。
【００８９】
[0094]実施形態３８：ＩｎｙＧａ１−ｙを含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域の三元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、実施形態３７に記載の方法。
【００９０】
[0095]実施形態３９：ｙが少なくとも約０．０５となるようにＩｎｙＧａ１−ｙの組成を定めるステップをさらに含む、実施形態３８に記載の方法。
【００９１】
[0096]実施形態４０：二元ＩＩＩ族窒化物材料を含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜３６のいずれか一つに記載の方法。
【００９２】
[0097]実施形態４１：ＧａＮを含むように第１のバリア領域及び第２のバリア領域の二元ＩＩＩ族窒化物材料を選択するステップをさらに含む、実施形態４０に記載の方法。
【００９３】
[0098]実施形態４２：少なくとも約５ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜４１のいずれか一つに記載の方法。
【００９４】
[0099]実施形態４３：少なくとも約１０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態４２に記載の方法。
【００９５】
[00100]実施形態４４：少なくとも約２０ナノメートルのそれぞれの井戸領域厚さを有するように第１の量子井戸領域、第２の量子井戸領域、及び第３の量子井戸領域のそれぞれを形成するステップをさらに含む、実施形態４３に記載の方法。
【００９６】
[00101]実施形態４５：第１のバンドギャップエネルギーを有するように第１のバリア領域を形成するステップと、第１のバンドギャップエネルギーよりも小さい第２のバンドギャップエネルギーを有するように第２のバリア領域を形成するステップとをさらに含む、実施形態３３〜４４のいずれか一つに記載の方法。
【００９７】
[00102]実施形態４６：少なくとも約１０ｎｍの全体構造厚さを有するように多重量子井戸構造を形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜４１のいずれか一つに記載の方法。
【００９８】
[00103]実施形態４７：ＩｎｚＧａ１−ｚＮを含むように歪み半導体材料を形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜４６のいずれか一つに記載の方法。
【００９９】
[00104]実施形態４８：ｚが約０．０６〜約０．０８となるようにＩｎｚＧａ１−ｚＮの組成を定めるステップさらに含む、実施形態４７に記載の方法。
【０１００】
[00105]実施形態４９：シリケートガラス、フォスフォシリケートガラス、ボロシリケートガラス、及びボロフォスフォシリケートガラスのうちの少なくとも１つを含むように歪み緩和層を形成するステップをさらに含む、実施形態３３〜４８のいずれか一つに記載の方法。
【０１０１】
[00106]本発明は、本明細書においてある例示的な実施形態に関して記載されているが、当業者は、本発明がそのようには限定されないことを認識し、理解されるであろう。むしろ、以下に特許請求されるような本発明の範囲から逸脱せずに、例示的な実施形態に対する多くの追加、削除、及び修正がなされてもよい。例えば、１つの例示的な実施形態からの特徴は、別の実施形態の特徴と組み合わされてもよく、それでもなお本発明者によって考えられたような本発明の範囲内に包含される。
【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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【国際調査報告】
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