(57)【要約】【課題】半導体発光デバイスの活性領域を製造する方法が提供される。【解決手段】活性領域は複数のバリア層（１１、１３、１５、１７）を含み、バリア層の対はそれぞれ量子井戸層（１２、１４、１６）によって隔てられており、本発明の方法は、各バリア層（１１、１３、１５、１７）を別個にアニーリングするステップを含む。各バリア層（１１、１３、１５、１７）は成長した後、かつ、そのバリア層の上に層が成長する前にアニーリングされる。本発明の方法によって成長するデバイスは、１回のアニーリングステップを有する従来の製造工程によって製造されるデバイスよりも大幅に高い光パワー出力を有する。【選択図】  図２
2005136421.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物材料系において半導体発光デバイスの活性領域を製造する方法であって、
ａ）第１のバリア層（１１）を成長させるステップと、
ｂ）該第１のバリア層（１１）をステップ（ａ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップと、
ｃ）該第１のバリア層（１１）の上に第１の量子井戸層（１２）を成長させるステップと、
ｄ）該第１の量子井戸層（１２）の上に第２のバリア層（１３）を成長させるステップと、
ｅ）該第２のバリア層（１３）をステップ（ｄ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップと
を包含する、方法。
【請求項２】
ｆ）前記第２のバリア層（１３）の上に第２の量子井戸層（１４）を成長させるステップと、
ｇ）該第２の量子井戸層（１４）の上に第３のバリア層（１５）を成長させるステップと、
ｈ）該第３のバリア層（１５）をステップ（ｇ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップと
をさらに包含する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
各アニーリングステップは、それぞれのバリア層（１１、１３、１５、１７）を、その層の成長温度よりも少なくとも５０℃高い温度でアニーリングするステップを含む、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、またはＡｌＧａＩｎＮの層である、請求項１、２または３に記載の方法。
【請求項５】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）の成長温度が少なくとも５００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）の成長温度が１０５０℃未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が少なくとも７００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が少なくとも８５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が１１００℃未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が１０００℃未満である、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
各量子井戸層（１２、１４、１６）の成長温度が少なくとも５００℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
各量子井戸層（１２、１４、１６）の成長温度が少なくとも８５０℃である、請求項１に記載の方法。
【請求項１３】
前記量子井戸層（１２、１４、１６）（単数または複数）は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）またはＡｌＧａＩｎＮの層を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記デバイスは発光ダイオードである、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記デバイスはレーザデバイスである、請求項１〜１３のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれかに記載の方法によって製造される半導体発光デバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、半導体デバイスの製造、特に、半導体発光デバイスのアクティブ領域の製造に関する。本願は、例えば、窒化物材料系、例えば、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系などにおける発光デバイスの製造に適用され得る。
【背景技術】
【０００２】
（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系は、一般的公式ＡｌｘＧａｙＩｎ１−ｘ−ｙＮ（ただし、０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１）を満たす材料を含む。本願において、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系のアルミニウム、ガリウム、およびインジウムの非ゼロモル分率を有するものはＡｌＧａＩｎＮと呼ばれ、ゼロアルミニウムモル分率を有するがガリウムおよびインジウムの非ゼロモル分率を有するものはＩｎＧａＮと呼ばれ、ゼロインジウムモル分率を有しガリウムおよびアルミニウム非ゼロモル分率を有するものはＡｌＧａＮと呼ばれ、以下同様である。（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系における半導体発光デバイスの製造には、このシステムにおいて製造されるデバイスはスペクトルの青い波長範囲の光を発光し得るので、現在大きな関心が寄せられている。（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系において製造される半導体発光デバイスは、例えば、ＵＳ−Ａ−５７７７３５０に記載されている。
【０００３】
図１は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系において製造される半導体レーザデバイスまたはレーザダイオード（ＬＤ）の模式図である。このデバイスは、青い波長範囲、すなわち、３８０ｎｍ〜４５０ｎｍの波長範囲の光を発光することができる。
【０００４】
図１のレーザダイオードは、基板１の上に成長する。図１のレーザダイオード１８において、基板１は、サファイアベース基板２の上に成長したｎ型ドープしたＧａＮ層３を含むテンプレート基板である。基板１の上に、バッファ層４、第１のクラッド層５、および第１の光導波層がこの順序で成長している。図１の実施形態において、バッファ層４はｎ型ＧａＮ層であり、第１のクラッド層５はｎ型ＡｌＧａＮ層であり、第１の光導波層はｎ型ＧａＮ層である。
【０００５】
第１の光導波層６の上に活性領域７が成長する。
【０００６】
活性領域７の上に、第２の光導波層８、第２のクラッド層９およびキャップ層１０がこの順序で成長する。第２の光導波層８および第２のクラッド層９は、第１の光導波層６および第１のクラッド層５と反対の導電性タイプを有する。図１のレーザダイオード１８において、第２の光導波層８はｐ型ＧａＮ層であり、第２のクラッド層９はｐ型ＡｌＧａＮ層であり、キャップ層１０はｐ型ＧａＮ層である。
【０００７】
図１のレーザデバイス１８の活性領域７は、多重量子井戸（ＭＱＷ）活性領域であり、複数の量子井戸層１２、１４、１６を含む。量子井戸層１２、１４、１６は、それぞれ、２つのバリア層１１、１３、１５、１７の間に挟まれている。図１のレーザデバイス１８において、最も下のバリア層１１と、最も上のバリア層１７とは、ＡｌＧａＮ層である。中間のバリア層１３、１５は、例えば、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）、またはＡｌＧａＩｎＮの層であり得る。量子井戸層１２、１４、１６は、例えば、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）、またはＡｌＧａＩｎＮの層であり得る。
【０００８】
図１は、ＭＱＷ活性領域を有するレーザデバイスを示す。（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系において製造されるレーザは、単一量子井戸層を含む単一量子井戸（ＳＱＷ）活性領域を有していてもよい。このような層において、上方のＡｌＧａＮバリア層１７は、第１の量子井戸層１２の上に直接成長し得る。第２および第３の量子井戸層１４、１６と、中間のバリア層１３、１５とは省略され得る。
【０００９】
レーザデバイス１８がＭＱＷ活性領域を有する場合、活性領域は、図１に示すような３つの量子井戸層に限定されない。ＭＱＷ活性領域は、２つの量子井戸層を有していてもよいし、３つ以上の量子井戸層を有していてもよい。
【００１０】
図１のレーザ１８は、本願と同日付けで出願された、同時係属出願中の英国特許出願第０３２５１００．６号により詳細に記載されている。
【特許文献１】米国特許第５７７７３５０号明細書
【特許文献２】米国特許第４４００２５６号明細書
【特許文献３】米国特許第６５３７５１３号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２００３／０１３８９７６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２００３／０１４３７７０号明細書
【特許文献６】特開２００２−０４３６１８号公報
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の局面は、窒化物材料系において半導体発光デバイスの活性領域を製造する方法であって、連続的に、ａ）第１のバリア層を成長させるステップと、ｂ）該第１のバリア層をステップ（ａ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップと、ｃ）該第１のバリア層の上に第１の量子井戸層を成長させるステップと、ｄ）該第１の量子井戸層の上に第２のバリア層を成長させるステップと、ｅ）該第２のバリア層をステップ（ｄ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップとを包含する方法を提供する。
【００１２】
各バリア層を、成長した後、かつ、次の層の成長の前にアニーリングすることによって、レーザデバイスのパワー出力が高くなることが分かっている。
【００１３】
この方法は、連続的に、ｆ）前記第２のバリア層の上に第２の量子井戸層を成長させるステップと、ｇ）該第２の量子井戸層の上に第３のバリア層を成長させるステップと、ｈ）該第３のバリア層をステップ（ｇ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップとをさらに包含し得る。ステップ（ｆ）〜（ｈ）は、任意の数の量子井戸層を有するＭＱＷ活性領域を成長させるために、必要に応じて繰り返され得る。
【００１４】
本発明は、ＳＱＷ活性領域を有するデバイスまたはＭＱＷ活性領域を有するデバイスに適用され得る。本発明がＭＱＷ活性領域を有するデバイスに適用される場合、活性領域の各バリア層が、成長した後、堆積温度よりも高い温度で、次の層の堆積の前にアニーリングされることが好ましい。
【００１５】
各アニーリングステップは、それぞれのバリア層を、その層の成長温度よりも少なくとも５０℃高い温度でアニーリングするステップを含み得る。
【００１６】
各バリア層は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、またはＡｌＧａＩｎＮの層であり得る。
【００１７】
各バリア層の成長温度が少なくとも５００℃であり得、１０５０℃未満であり得る。
【００１８】
各バリア層のアニーリング温度が少なくとも７００℃であり得、少なくとも８５０℃であり得る。
【００１９】
各バリア層のアニーリング温度が１１００℃未満であり得、１０００℃未満であり得る。
【００２０】
各量子井戸層の成長温度が少なくとも５００℃であり得、少なくとも８５０℃であり得る。
【００２１】
前記量子井戸層（単数または複数）は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）またはＡｌＧａＩｎＮの層を含み得る。
【００２２】
前記デバイスは発光ダイオードである得るか、または、レーザデバイスであり得る。
【００２３】
本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面の方法によって製造される半導体発光デバイスを提供する。
【００２４】
本発明の方法は、窒化物材料系において半導体発光デバイスの活性領域を製造する方法であって、ａ）第１のバリア層（１１）を成長させるステップと、ｂ）該第１のバリア層（１１）をステップ（ａ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップと、ｃ）該第１のバリア層（１１）の上に第１の量子井戸層（１２）を成長させるステップと、ｄ）該第１の量子井戸層（１２）の上に第２のバリア層（１３）を成長させるステップと、ｅ）該第２のバリア層（１３）をステップ（ｄ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップとを包含し、これにより、上記目的が達成される。
【００２５】
ｆ）前記第２のバリア層（１３）の上に第２の量子井戸層（１４）を成長させるステップと、ｇ）該第２の量子井戸層（１４）の上に第３のバリア層（１５）を成長させるステップと、ｈ）該第３のバリア層（１５）をステップ（ｇ）の成長温度よりも高い温度でアニーリングするステップとをさらに包含してもよい。
【００２６】
各アニーリングステップは、それぞれのバリア層（１１、１３、１５、１７）を、その層の成長温度よりも少なくとも５０℃高い温度でアニーリングするステップを含んでもよい。
【００２７】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、またはＡｌＧａＩｎＮの層でよい。
【００２８】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）の成長温度が少なくとも５００℃でよい。
【００２９】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）の成長温度が１０５０℃未満でよい。
【００３０】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が少なくとも７００℃でよい。
【００３１】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が少なくとも８５０℃でよい。
【００３２】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が１１００℃未満でよい。
【００３３】
各バリア層（１１、１３、１５、１７）のアニーリング温度が１０００℃未満でよい。
【００３４】
各量子井戸層（１２、１４、１６）の成長温度が少なくとも５００℃でよい。
【００３５】
各量子井戸層（１２、１４、１６）の成長温度が少なくとも８５０℃でよい。
【００３６】
前記量子井戸層（１２、１４、１６）（単数または複数）は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）またはＡｌＧａＩｎＮの層を含んでよい。
【００３７】
前記デバイスは発光ダイオードでよい。
【００３８】
前記デバイスはレーザデバイスでよい。
【００３９】
本発明の半導体発光デバイスは、前記方法によって製造され、これにより、上記目的が達成される。
【発明の効果】
【００４０】
本発明の方法は、バリア層およびさらなる層のそれぞれを成長させる前に、それぞれ別個にアニーリングする。その結果、全てのバリア層が成長した後に１回のアニーリングステップを用いる従来の工程よりも、バリア層における結晶欠陥および転位の除去において有効である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明の好ましい特徴を添付の図面を参照しながら例を用いて以下に説明する。
【００４２】
図面を通じて同一の参照符号は同一の部材を指す。
【００４３】
本発明の製造方法を、図１に示す構造を有するレーザデバイスの製造を参照しながら説明する。製造方法は、ＭＢＥ（分子ビームエピタキシャル）成長工程を参照しながら説明されるが、他の成長技術が用いられてもよい。本発明は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系におけるレーザデバイスの製造を参照しながら説明される。
【００４４】
最初に、適切な基板がクリーニングされ、用意される。図２〜５の方法において、サファイアベース２の上に成長したｎ型ドープされたＧａＮエピタキシャル層３を含むテンプレート基板１が用いられるが、この方法は、この特定の基板において用いられることに限定されない。クリーニングされ、用意された基板は、その後、ＭＢＥ成長装置の成長チャンバに導入される。
【００４５】
その後、第１のクラッド層５の上に堆積されたバリア層１１を少なくとも含む半導体層が、第１の成長工程において、基板１の上に成長される。この実施形態において、基板１の上に、バッファ層４、第１のクラッド層５、および第１の光導波層６がこの順序で成長しているが、本発明はこの特定の層構造に限定されない。その後、第１のバリア層１１は、第１の光導波層６の上に成長する。第１の成長ステップによって得られた構造を図２に示す。
【００４６】
材料の堆積はその後停止され、成長チャンバ内の温度は、第１のバリア層の成長温度よりも高いアニーリング温度で第１のバリア層をアニーリングするように上昇させられる。ＭＢＥ装置内の成長温度は、例えば、基板１が載せられている加熱されたサセプタによって決定され得、基板温度は、サセプタ温度を変更することによって変更される。あるいは、基板は、成長チャンバ内に設けられている加熱素子からの放射によって直接加熱され得、基板温度はヒーターの出力を増大または低減することによって変更されてもよい。
【００４７】
アニーリングステップの持続時間は、アニーリング温度に依存する。低いアニーリング温度が用いられる場合、アニーリングステップは、概して長く、高いアニーリング温度が用いられる場合、アニーリングステップの持続時間は比較的短い。バリア層のアニーリング温度は、少なくとも、その層の成長温度よりも少なくとも５０℃高い必要があるが、特に、最も良好な結果はバリア層の成長温度よりも２００℃高いアニーリング温度を用いることによって得られる。６００℃の成長温度で成長したバリア層の場合、良好な結果は、この層を約９００℃のアニーリング温度で２０秒間アニーリングすることによって得られる。
【００４８】
基板温度を所望のアニーリング温度まで上げる速度と、アニーリングステップの後の基板温度を下げる速度とは、基板または基板上に成長した層において大きな熱応力を引き起こすことを避けるために、充分に低く保たれる必要があることに留意されたい。４０℃／分以下の温度傾斜速度が適切であることが分かっている。従って、上記の例におけるアニーリングステップの持続時間が２０秒間であるにもかかわらず、基板温度を６００℃の成長温度から９００℃のアニーリング温度まで上昇させるために、約１０分間かかり、アニーリングステップの後に、基板温度を次の層の成長に適した温度まで下げるためにさらに約１０分間かかる。
【００４９】
第１の基板１１がアニーリングされた後、材料の堆積が再開される。第２の成長ステップにおいて、第１の量子井戸層１２は、第１のバリア層１１の上に成長する。その後、第１の量子井戸層の上に他のバリア層１３が成長する。バリア層１３は、いかに説明するように、完成した構造においては２つの量子井戸層の間に堆積されるので、「中間」バリア層と呼ばれる。第２の成長ステップによって得られる構造を図３に示す。一般的には、第１のバリア層１１がアニーリングされた後、成長チャンバの温度は、第１の量子井戸層１２が成長する前に下げられる。
【００５０】
その後、材料の堆積は停止され、成長チャンバ内の温度は、中間バリア層１３をその成長温度よりも高いアニーリング温度でアニーリングするように上昇させられる。このアニーリングステップの温度および持続時間は、下方のＡｌＧａＮバリア層１１のアニーリングのステップに関して上述した温度および持続時間に対応する。
【００５１】
中間バリア層１３がアニーリングされた後、材料の堆積が再開される。第３の成長ステップにおいて、第２の量子井戸層１４が、中間バリア層１３の上に成長する。その後、さらなる中間バリア層１５が第２の量子井戸層の上に成長する。第３の成長ステップによって得られる構造を図４に示す。一般的には、中間バリア層１３がアニーリングされた後、成長チャンバの温度は、第１の量子井戸層１２が成長する前に下げられる。
【００５２】
その後、材料の堆積は停止され、成長チャンバ内の温度は、中間バリア層１５をその成長温度よりも高いアニーリング温度でアニーリングするように上昇させられる。このアニーリングステップの温度および持続時間は、下方のＡｌＧａＮバリア層１１のアニーリングのステップに関して上述した温度および持続時間に対応する。
【００５３】
中間バリア層１５がアニーリングされた後、材料の堆積が再開される。第４の成長ステップにおいて、第３の量子井戸層１６が、バリア層１５の上に成長する。その後、最後のバリア層１７が第３の量子井戸層１６の上に成長し、活性領域７を完成させる。第４の成長ステップによって得られる構造を図５に示す。一般的には、中間バリア層１５がアニーリングされた後、成長チャンバの温度は、第３の量子井戸層１６が成長する前に下げられる。
【００５４】
その後、材料の堆積は停止され、成長チャンバ内の温度は、最後のバリア層１７をその成長温度よりも高いアニーリング温度でアニーリングするように上昇させられる。このアニーリングステップの温度および持続時間は、下方のＡｌＧａＮバリア層１１のアニーリングのステップに関して上述した温度および持続時間に対応する。
【００５５】
最終的に、再度、材料の堆積が再開される。最後のバリア層１７の上に、第２の光導波領域８、第２のクラッド領域９、およびキャップ層１０が、この順序で成長し、図１に示すレーザ構造を提供する。一般的には、最後のバリア層１７がアニーリングされた後、成長チャンバの温度は、第２の光導波領域８が成長する前に下げられる。
【００５６】
本発明は、図１に示す特定のデバイス構造の成長に限定されない。例えば、ＳＱＷ活性領域を有するレーザデバイスの成長にも適用され得る。ＳＱＷ活性領域を有するレーザデバイスを成長させるため、図２に示す層構造が成長され得、第１のバリア層１１がその成長温度よりも高い温度でアニーリングされ得る。アニーリングステップ後、量子井戸層および最後のバリア層１７は、第１のバリア層の上に成長しえ、最後のバリア層はその成長温度よりも高い温度でアニーリングされる。その後、第２の光導波領域、第２のクラッド領域およびキャップ層が最後のバリア層の上に成長し得る。
【００５７】
本発明はまた、所望の数の量子井戸層を有するＭＱＷ活性領域を有するレーザデバイスの成長にも適用され得る。２つの量子井戸層のみを有するレーザデバイスを成長させる場合は、第３の成長ステップが省略され、第２の量子井戸層１４およびバリア層１５は存在しない。３つより多い量子井戸層を有するＭＱＷ活性領域を有するレーザデバイスを成長させる場合は、所望されるさらなる量子井戸層１つにつき、第３の成長ステップに対応するさらなる成長ステップが１回（最後のバリア層１７の成長の前に）行われ得る。バリア層のそれぞれは、バリア層の上にさらなる層を成長させる前に、別個のアニーリングステップにおいてアニーリングされる。
【００５８】
本発明は、レーザデバイスの製造に限定されない。例えば、発光ダイオードなどの他のタイプのデバイスの製造においても用いられ得る。ＬＥＤの活性領域は、上記のレーザデバイスの活性領域と同じ一般的な構造を有し、ＳＱＷ活性領域またはＭＱＷ活性領域であり得る。レーザデバイスではなくＬＥＤの製造は、活性領域がレーザ構造ではなくＬＥＤ構造に組み込まれることを主に必要とする。
【００５９】
バリア層１１、１３、１５、１７をそれぞれ、バリア層の上に次の層が堆積される前に、成長温度よりも高い温度で個別にアニーリングすることの効果は、デバイスの光出力パワーを高めることであることが分かっている。図６は、任意の装置における、本発明の方法によって製造された半導体発光ダイオードのエレクトロルミネセンス強度を示す。図６は、図１に示す一般的な構造を有する多重量子井戸活性領域を有するが、図１の第１および第２のクラッド層４、９または第１および第２の光導波層５、８を有さないＬＥＤから出力されるパワーを示す。活性領域の全てのバリア層は、成長した直後に、別個にアニーリングされる。下方のＡｌＧａＮバリア層１１は、８９０℃の温度で２０秒間アニーリングされ、上方のＡｌＧａＮバリア層１７は、９７０℃の温度で２０秒間アニーリングされる。（完全なデバイスの製造において、ｐ−ドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮの層が上方のバリア層１７の上に直接堆積され、従って、構造は、上方のバリア層１７が堆積した後、良質のＧａＮまたはＡｌＧａＮの堆積に適した温度まで加熱される。ｐ−ドープされたＧａＮまたはＡｌＧａＮに適した堆積温度は、約９７０℃であり、したがって、上方のバリア層１７をこの温度でアニーリングすることを避けることは難しい。）中間バリア層１３、１５などは、それぞれ、ＧａＮバリア層であり、２０秒間アニーリングされる。中間バリア層がアニーリングされる温度を図６の水平軸に示す。全ての中間バリア層が同じ温度でアニーリングされる。
【００６０】
全てのバリア層が１つのアニーリングステップでアニーリングされるという従来の様式で製造される活性領域を有するＬＥＤの出力光強度は、図６の強度スケールで０．１未満であると推定される。したがって、本発明の製造方法によって、従来の製造方法によって製造されるデバイスよりも、実質的に大きい出力パワーを有するデバイスが製造されることが分かる。バリア層を、さらなる層をそのバリア層の上に成長させる前に、それぞれ別個にアニーリングすることが、バリア層における結晶欠陥および転位の除去において、全てのバリア層が成長した後に１回のアニーリングステップを用いる従来の工程よりも有効である可能性がある。
【００６１】
中間バリア層のアニーリング温度が約９２０℃であるときに最大の強度が得られることが分かる。しかし、中間バリア層を約８５０℃〜約１０００℃の範囲の温度でアニーリングすることによって、従来の製造方法によって製造されるデバイスよりもかなり高い光パワー出力を有するデバイスが製造される。
【００６２】
図２〜５の方法で成長したレーザデバイスにおいて、バッファ層４は、ｎ型ＧａＮ層であり、第１のクラッド層５はｎ型ＡｌＧａＮ層であり、第１の光導波層はｎ型ＧａＮ層である。第１のバリア層１１および上方バリア層１７（すなわち、成長工程において形成される最後のバリア層）は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）の層、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）の層、またはＡｌＧａＩｎＮの層である。ＡｌＧａＩｎＮがバリア層に用いられる場合、適切な組成は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ+ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦０．４および０≦ｙ≦０．０５）である。中間バリア層は、例えば、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．０５）、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．４）、またはＡｌＧａＩｎＮの層であり得る。この実施形態における量子井戸層１２、１４、１６は、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．３）の層であるが、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ（０≦ｘ≦０．１）またはＡｌＧａＩｎＮの層であってもよい。ＡｌＧａＩｎＮが量子井戸層に用いられる場合、適切な組成は、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−（ｘ+ｙ）Ｎ（０≦ｘ≦０．１および０≦ｙ≦０．３）である。
【００６３】
第２の光導波層８および第２のクラッド層９は、第１の光導波層６および第１のクラッド層５と反対の導電性タイプを有する。図２〜５の、実施形態において第２の光導波層８はｐ型ＧａＮ層であり、第２のクラッド層９はｐ型ＡｌＧａＮ層であり、キャップ層１０はｐ型ＧａＮ層である。
【００６４】
バリア層の適切な成長温度は、５００℃〜１０５０℃の範囲内である。５００℃は、ＡｌＧａＮのＭＢＥ成長のための温度の下限であり、より低い温度で成長したバリア層が良好な材料品質を有する可能性は低い。１０５０℃はＡｌＧａＮのＭＯＣＶＤ成長のための温度のほぼ上限である。したがって、約５００℃〜約１０５０℃の範囲内の成長温度を用いることによって、用いられる成長技術に関わらず、良好な材料品質が提供される。
【００６５】
量子井戸層に適した成長温度は、５００℃〜８５０℃の範囲内である。５００℃は、ＩｎＧａＮのＭＢＥ成長のための温度の下限であり、より低い温度で成長した量子井戸層が良好な材料品質を有する可能性は低い。８５０℃はＩｎＧａＮのＭＯＣＶＤ成長のための温度のほぼ上限である。これは、８５０℃より大幅に高い温度でインジウムを材料に混ぜることが難しいことに起因する。したがって、約５００℃〜約８５０℃の範囲内の成長温度を用いることによって、用いられる成長技術に関わらず、良好な材料品質が提供される。
【００６６】
量子井戸層およびバリア層は同じ成長温度で成長する必要がない。量子井戸層は、例えば、６５０℃の温度で成長し、量子井戸層上のバリア層の成長のために、成長温度は、例えば、８５０℃に上昇させられるなど、変更されてもよい。あるいは、１つの成長温度が、量子井戸層とバリア層との両方に用いられ得る。
【００６７】
バリア層に適したアニーリング温度は、約７００℃〜約１１００℃の範囲内である。上述したように、バリア層は、約８５０℃〜約１０００℃の範囲内の温度でアニーリングされることが、このようなアニーリング温度が得られるデバイスのパワー出力を大幅に増大させるので、好ましい。約９００℃のアニーリング温度、例えば、約９００℃〜９５０℃の範囲内の温度は特に良好な結果につながる。すなわち、得られるデバイスのパワー出力が、この範囲内のアニーリング温度での最大値を有する。
【００６８】
本発明は、ＭＢＥ成長を参照しながら説明されてきた。本発明がＭＢＥ成長を用いて実施される場合、英国特許出願第０１２９７２８．３号に記載されている成長技術が採用され得る。
【００６９】
しかし、本発明は、ＭＢＥ成長とともに用いられることに限定されず、例えば、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）などの他の成長技術にも適用され得る。
【００７０】
本発明は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ材料系におけるデバイスの製造を参照しながら説明されてきた。しかし、本発明は、この特定の材料系に限定されず、他の窒化物材料系に適用され得る。
【００７１】
以上のように、本発明の好ましい実施形態を用いて本発明を例示してきたが、本発明は、この実施形態に限定して解釈されるべきものではない。本発明は、特許請求の範囲によってのみその範囲が解釈されるべきであることが理解される。当業者は、本発明の具体的な好ましい実施形態の記載から、本発明の記載および技術常識に基づいて等価な範囲を実施することができることが理解される。本明細書において引用した特許、特許出願および文献は、その内容自体が具体的に本明細書に記載されているのと同様にその内容が本明細書に対する参考として援用されるべきであることが理解される。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】図１は、（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）Ｎ系において製造される半導体レーザデバイスの模式的な断面図である。
【図２】図２は、本発明の製造方法を示す図である。
【図３】図３は、本発明の製造方法を示す図である。
【図４】図４は、本発明の製造方法を示す図である。
【図５】図５は、本発明の製造方法を示す図である。
【図６】図６は、本発明の方法によって製造される発光ダイオード（ＬＥＤ）のエレクトロルミネセンス強度を示す図である。
【符号の説明】
【００７３】
１  テンプレート基板
２  サファイアベース
３  ＧａＮエピタキシャル層
４  バッファ層
５  第１のクラッド層
６  第１の光導波層
７  活性領域
８  第２の光導波領域
９  第２のクラッド領域
１０  キャップ層
１１  下方のＡｌＧａＮバリア層
１２  第１の量子井戸層
１３  中間バリア層
１４  第２の量子井戸層
１５  中間バリア層
１６  第３の量子井戸層
１７  最後のバリア層
【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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