(57)【要約】半導体構造は、複数のＩｎＧａＮの層の間に活性領域を含んでいる。活性領域は、ＩｎＧａＮによって少なくとも実質的に構成されることが可能である。複数のＩｎＧａＮの層は、ＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでいる少なくとも１つの井戸層と、少なくとも１つ井戸層に近接しＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでいる少なくとも１つの障壁層とを含んでいる。いくつかの実施形態では、井戸層のＩｎｗＧａ１−ｗＮでのｗの値は、約０．１０以上であってもよく、いくつかの実施形態では約０．４０以下であってもよく、そして少なくとも１つの障壁層のＩｎｂＧａ１−ｂＮでのｂの値は、約０．０１以上、約０．１０以下であってもよい。半導体構造を形成する方法は、ＩｎＧａＮのこのような層を成長させて、ＬＥＤなどの発光デバイスの活性領域を形成するステップを含む。発光体デバイスは、このようなＬＥＤを含んでいる。【選択図】  図１１Ａ
2016513880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型にドープした層を備えているベース層と、
前記ベース層の上方に配置された活性領域であって、前記活性領域が、ＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでいる少なくとも１つの井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、及びＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでいる少なくとも１つの障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を含んでいる複数のＩｎＧａＮの層を備えている、活性領域と、
前記ベース層の反対の前記活性領域の側で前記活性領域の上方に配置された電子阻止層であって、前記電子阻止層がＩｎｅＧａ１−ｅＮ、但し、０．００≦ｅ≦０．０２、を含んでいる電子阻止層と、
前記電子阻止層の上方に配置されたｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、但し、０．００≦ｐ≦０．０８、と、
前記ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方に配置されたｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層、但し、０．００≦ｃ≦０．１０、と、
を備えている、半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項２】
前記ベース層が、成長テンプレートをさらに備えており、前記成長テンプレートが、
成長基板と、
前記成長基板上に配置されたＧａＮシード層であって、前記ＧａＮシード層の成長面が極性面を備える、ＧａＮシード層と、
を備えている、請求項１に記載の半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項３】
前記成長テンプレートが、前記成長基板と前記ＧａＮシード層との間に配置されたＩＩＩ族窒化物核形成層をさらに備えている、請求項２に記載の半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項４】
前記ｎ型にドープした層が、ｎ型ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層、但し、０．０１≦ｎ≦０．１０、である、請求項１に記載の半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項５】
前記電子阻止層が、ＧａＮから作られている、請求項１に記載の半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項６】
前記ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層が、ＧａＮから作られている、請求項１に記載の半導体エレクトロルミネッセンス構造。
【請求項７】
前記半導体構造の臨界歪エネルギーが、各層の厚さ（ｎｍで）と各層のインジウム含有量（％で）との積の総和によって定義され、１８００以下である、請求項１に記載の半導体構造。
【請求項８】
半導体エレクトロルミネッセンス構造を形成する方法であって、
ｎ型にドープした層を備えているベース層を用意するステップと、
複数のＩｎＧａＮの層を成長させて、前記ベース層の上方に活性領域を形成するステップであり、前記複数のＩｎＧａＮの層を成長させるステップが、少なくとも１つのＩｎｗＧａ１−ｗＮ井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、を成長させるサブステップと、少なくとも１つのＩｎｂＧａ１−ｂＮ障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を成長させるサブステップとを含む、複数のＩｎＧａＮの層を成長させるステップと、
前記ベース層の反対の前記活性領域の側で前記活性領域の上方に電子阻止層を成長させるステップと、
前記電子阻止層の上方にｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、但し、０．００≦ｐ≦０．０８、を成長させるステップと、
前記ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方にｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層、但し、０．００≦ｃ≦０．１０、を成長させるステップと、
を含む、方法。
【請求項９】
前記ベース層を用意するステップが、成長テンプレートを形成するサブステップをさらに含んでおり、前記成長テンプレートを形成するサブステップが、
成長基板を用意することと、
前記成長基板の上方にＧａＮシード層を成長させることであって、前記ＧａＮシード層の成長面が極性面である、ＧａＮシード層を成長させることと、
を含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記成長テンプレートを形成するサブステップが、前記成長基板と前記ＧａＮシード層との間に配置されたＩＩＩ族窒化物核形成層を堆積することをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ｎ型にドープした層を備えている前記ベース層を用意するステップが、ｎ型ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層、但し、０．０１≦ｎ≦０．１０、を成長させるサブステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
ＧａＮ電子阻止層を成長させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１３】
ＧａＮで前記ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層を成長させるステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１４】
各層の厚さ（ｎｍで）と各層のインジウム含有量（％で）との積の総和によって定義され、１８００以下である臨界歪エネルギーを有するように前記半導体構造を形成するステップをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]本開示は、ＩｎＧａＮを含んでいる活性領域を有している半導体構造及びこのような半導体構造から製造された発光デバイス、このような発光デバイスを製造する方法、並びにこのような発光デバイスを含んでいるデバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイスは、電圧がアノードとカソードとの間のＬＥＤの活性領域をはさんで印加されるときに可視光の形で電磁放射光を放出する電気デバイスである。ＬＥＤは、半導体材料の１つ又は複数の層を典型的には含んでおり、その中でアノードから供給された電子及びカソードから供給された正孔が再結合する。ＬＥＤの活性領域内で電子及び正孔が再結合するので、エネルギーは、ＬＥＤの活性領域から放出されるフォトンの形で放たれる。
【０００３】
[0003]ＬＥＤは、例えば、ＩＩＩ−Ｖ半導体材料、及びＩＩ−Ｖ半導体材料を含んでいる広範囲の様々なタイプの半導体材料を含むように製造されることが可能である。いずれかの特定のＬＥＤから放出された光の波長は、電子及び正孔が再結合するときに放たれるエネルギーの量の関数である。このように、ＬＥＤから放出される光の波長は、電子のエネルギー準位と正孔のエネルギー準位との間のエネルギーの相対的な差の関数である。電子のエネルギー準位及び正孔のエネルギー準位は、少なくとも部分的に、半導体材料の組成、ドーピングタイプ及び濃度、半導体材料の構成（すなわち、結晶構造及び方位）、並びに電子及び正孔の再結合が生じる半導体材料の品質の関数である。このようにＬＥＤから放出された光の波長は、ＬＥＤ内の半導体材料の組成及び構成を選択的に調整することによって選択的に調整されることが可能である。
【０００４】
[0004]Ｉｎは、ＩＩＩ族窒化物材料などのＩＩＩ−Ｖ半導体材料を含んでいるＬＥＤを製造するために、本技術において知られている。このようなＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、電磁放射光スペクトルの青及び緑可視領域での放射光を放出することができることが知られており、比較的高出力及び高光度で動作することができることが知られている。
【発明の概要】
【０００５】
[0005]この要約は、単純化した形態で概念の選択を紹介するために提供される。これらの概念は、下記の開示の例の実施形態の詳細な説明においてさらに詳細に説明される。この要約は、特許請求した主題の鍵となる特徴又は本質的な特徴を特定するものではなく、特許請求した主題の範囲を限定するために使用されるものでもない。
【０００６】
[0006]いくつかの実施形態では、本開示は、ベース層と、ベース層の上方に配置された活性領域と、電子阻止層と、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層と、ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層とを含んでいる半導体構造を含む。活性領域は、ＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでいる少なくとも１つの井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、及びＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでいる少なくとも１つの障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を含んでいる複数のＩｎＧａＮの層を備えている。電子阻止層は、ベース層の反対の活性領域の側で活性領域の上方に配置されている。電子阻止層は、ＩｎｅＧａ１−ｅＮ、但し、０．００≦ｅ≦０．０２、を含んでいる。ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層は、電子阻止層の上方に配置され、ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層では０．００≦ｐ≦０．０８である。ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層は、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方に配置され、ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層では０．００≦ｃ≦０．１０である。
【０００７】
[0007]追加の実施形態では、本開示は、このような半導体構造から製造された発光デバイスを含む。
【０００８】
[0008]例えば、いくつかの実施形態では、本開示は、ベース層と、ベース層の上方に配置された活性領域と、活性領域の上方に配置された電子阻止層と、電子阻止層の上方に配置されたｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層と、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方に配置されたｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層とを備えている発光デバイス含む。活性領域は、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層及び少なくとも１つの井戸層の上に直接配置された少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層を含んでいる複数のＩｎＧａＮの層を備えている。発光デバイスの臨界歪エネルギーは、約１８００未満であり得る。
【０００９】
[0009]追加の実施形態では、本開示は、ベース層を用意するステップと、複数のＩｎＧａＮの層を成長させて、ベース層の上方に活性領域を形成するステップと、ベース層の反対の活性領域の側で活性領域の上方に電子阻止層を成長させるステップと、電子阻止層の上方にｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、但し、０．０１≦ｐ≦０．０８、を成長させるステップと、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方にｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層、但し、０．００≦ｃ≦０．１０、を成長させるステップとを含んでいる、半導体構造を形成する方法を含む。複数のＩｎＧａＮの層を成長させるステップは、少なくとも１つのＩｎｗＧａ１−ｗＮ井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、を成長させるサブステップと、少なくとも１つのＩｎｂＧａ１−ｂＮ障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を成長させるサブステップとを含む。
【００１０】
[0010]さらなる実施形態では、本開示は、電磁放射光の可視波長に対して少なくとも実質的に透明な容器と、容器内の本明細書において説明したような１つ又は複数のＬＥＤとを含んでいる発光体デバイスを含む。例えば、容器内のＬＥＤは、アノードコンタクトと、カソードコンタクトと、アノードコンタクトとカソードコンタクトとの間の活性領域とを含むことができる。活性領域は、複数のＩｎＧａＮの層を含んでおり、いくつかの実施形態ではＩｎＧａＮによって少なくとも実質的に構成されてもよい。複数のＩｎＧａＮの層は、ＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでいる少なくとも１つの井戸層、但し、０．０５≦ｗ≦０．２５、と、少なくとも１つ井戸層に近接しＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでいる少なくとも１つの障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、とを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１Ａ】本開示の実施形態による半導体構造の活性領域内に１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層及び１つ又は複数のＩｎＧＮ障壁層を含んでいる半導体構造の単純化した側面図である。
【図１Ｂ】図１Ａの半導体構造の様々な層内の異なる材料についてのエネルギーバンド図中の伝導帯のエネルギー準位における相対的な違いを図示している単純化した図である。
【図２Ａ】図１Ａの半導体構造に類似のもう１つの半導体構造の単純化した側面図であるが、半導体構造の活性領域とベース層との間に電子ストッピング層をさらに含んでいる。
【図２Ｂ】図２Ａの半導体構造についての単純化した伝導帯図である。
【図３Ａ】図１Ａの半導体構造に類似のもう１つの半導体構造の単純化した側面図であるが、半導体構造の活性領域とベース層との間に歪緩和層をさらに含んでいる。
【図３Ｂ】図３Ａの半導体構造についての単純化した伝導帯図である。
【図４Ａ】図１Ａの半導体構造に類似のもう１つの半導体構造の単純化した側面図であるが、半導体構造の活性領域内に追加の薄いＧａＮ障壁層をさらに含んでいる。
【図４Ｂ】図４Ａの半導体構造についての単純化した伝導帯図である。
【図５Ａ】図１Ａの半導体構造に類似のもう１つの半導体構造の単純化した側面図であるが、半導体構造の活性領域内に井戸オーバーフロー構造をさらに含んでいる。
【図５Ｂ】図５Ａの半導体構造についての単純化した伝導帯図である。
【図６Ａ】本開示の方法の実施形態による半導体構造の製造のために利用される成長テンプレートを製造するために採用されることが可能である中間半導体構造の単純化した上平面図である。
【図６Ｂ】図６Ａの中間半導体構造の部分断面側面図である。
【図６Ｃ】本開示の方法の実施形態による半導体構造の製造のために採用されることが可能である成長テンプレートの部分断面側面図である。
【図６Ｄ】成長テンプレート上にエピタキシャルに堆積した成長積層体の層を図示する図である。
【図７】本開示の方法の実施形態による半導体構造から製造された発光デバイスの部分断面側面図である。
【図８】本開示の方法の実施形態による半導体構造から製造されたさらなる発光デバイスの部分断面側面図である。
【図９】本開示の方法の実施形態にしたがって形成された半導体構造の内部量子効率と全歪エネルギーとの間の関係を図示しているグラフである。
【図１０Ａ】ＬＥＤの活性領域内にＩｎＧａＮ井戸層及びＧａＮ障壁層を含んでいる以前から知られているＬＥＤの単純化した側面図である。
【図１０Ｂ】図１０ＡのＬＥＤについての単純化した伝導帯図である。
【図１１Ａ】図１０ＡのＬＥＤの活性領域をはさんでゼロの印加した電圧の状態での伝導帯及び価電子帯についての計算したバンド端を図示しているグラフであり、計算はＬＥＤの計算モデルを使用して求めた。
【図１１Ｂ】図１１Ａのグラフに類似のグラフであるが、活性領域をはさんで印加した電圧のために１２５Ａ／ｃｍ２の電流密度がＬＥＤの活性領域を横切って流れている状態での伝導帯及び価電子帯についての計算したバンド端を図示する。
【図１１Ｃ】図１１ＡのＬＥＤ内の各ＩｎＧａＮ量子井戸層について波長の関数として、放出された放射光の計算した強度を図示しているグラフである。
【図１１Ｄ】図１１ＡのＬＥＤの活性領域をはさんで印加した電流密度の関数として、計算したキャリア注入効率を図示しているグラフである。
【図１１Ｅ】図１１ＡのＬＥＤの活性領域をはさんで印加した電流密度の関数として、計算した内部量子効率を図示しているグラフである。
【図１２Ａ】図１Ａの半導体構造に類似し、そしてＬＥＤの活性領域内にＩｎＧａＮ井戸層及びＩｎＧａＮ障壁層を含んでいる、本開示のＬＥＤの単純化した側面図である。
【図１２Ｂ】図１２ＡのＬＥＤについての単純化した伝導帯図である。
【図１３Ａ】図１２ＡのＬＥＤの活性領域をはさんでゼロの印加した電圧の状態での、伝導帯及び価電子帯についての計算したバンド端を図示しているグラフであり、計算はＬＥＤの計算モデルを使用して求めた。
【図１３Ｂ】図１３Ａのグラフに類似のグラフであるが、活性領域をはさんで印加した電圧のために１２５Ａ／ｃｍ２の電流密度がＬＥＤの活性領域を横切って流れている状態での伝導帯及び価電子帯についての計算したバンド端を図示する。
【図１３Ｃ】図１３ＡのＬＥＤ内の各ＩｎＧａＮ量子井戸層について波長の関数として、放出された放射光の計算した強度を図示しているグラフである。
【図１３Ｄ】図１３ＡのＬＥＤの活性領域をはさんで印加した電流密度の関数として、計算したキャリア注入効率を図示しているグラフである。
【図１３Ｅ】図１３ＡのＬＥＤの活性領域をはさんで印加した電流密度の関数として、計算した内部量子効率を図示しているグラフである。
【図１４】本開示のＬＥＤを含む発光体デバイスの例を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
[0043]本明細書において提示した説明図は、いずれかの特定の半導体材料、構造又はデバイスの実際の図であることを意味せずに、本開示の実施形態を説明するために使用される単に理想化した表示である。
【００１３】
[0044]図１Ａは、半導体構造１００の実施形態を図示する。半導体構造１００は、複数のＩＩＩ族窒化物層（例えば、窒化インジウム、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、及びこれらの合金）を備えており、且つベース層１０２、ｐ型コンタクト層１０４、及びベース層１０２とｐ型コンタクト層１０４との間に配置された活性領域１０６を含んでおり、活性領域１０６が複数のＩｎＧａＮの層を含んでいる。加えて、活性領域１０６は、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層及び少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層を含んでいる。いくつかの実施形態では、活性領域１０６は、（ドーパントの存在を除いて）ＩｎＧａＮよって少なくとも実質的に構成されてもよい。半導体構造１００は、活性領域１０６の上方に配置された電子阻止層１０８、電子阻止層１０８の上方に配置されたｐ型バルク層１１０、及びｐ型バルク層１１０の上方に配置されたｐ型コンタクト層１０４をさらに含んでいる。
【００１４】
[0045]ベース層１０２は、任意選択のＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２を含むことができ、ここでは、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の成長面は、約３．１８６オングストローム以上の成長面格子定数を有する極性面である。発光ダイオードなどの発光デバイスは、本明細書において後で詳細に説明されるように、半導体構造１００から製造されることが可能である。しかしながら、手短に言えば、第１の電極コンタクトは、ベース層１０２の一部分の上方に形成されることがあり、第２の電極コンタクトが、ｐ型コンタクト層１０４の一部分の上方に形成されること可能であり、その結果、電圧は、活性領域１０６をはさんで電極コンタクト間に供給されることが可能であり、これによって半導体構造１００から製造された発光デバイスから電磁放射光（例えば、可視光）を放出させるようにする。
【００１５】
[0046]少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層及び少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層を含んでいる活性領域を含んでいる、本開示の半導体構造の実施形態は、ＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物層を成長させるため又はそうでなければ形成するための様々なタイプの方法を使用して製造されることが可能である。非限定的な例として、様々なＩＩＩ族窒化物層は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、有機金属化学気相堆積プロセス（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、ハイブリッド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）プロセス、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、化学ビームエピタキシ（ＣＢＥ）プロセス、等のうちの１つ又は複数を使用して成長される又はそうでなければ堆積されてもよい。
【００１６】
[0047]いくつかの実施形態では、レタートレ（Ｌｅｔｅｒｔｒｅ）らの名で２０１０年７月１５日に公開された米国特許出願公開第２０１０／０１７６４９０号、アレナ（Ａｒｅｎａ）の名で２０１０年５月６日に公開された米国特許出願公開２０１０／０１０９１２６号、フィゲット（Ｆｉｇｕｅｔ）の名で２０１２年８月２３日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０２１１８７０号、及びフィゲットの名で２０１２年９月６日に公開された米国特許出願公開第２０１２／０２２５５３９号のうちの１つ又はすべてに開示されたような方法が、ＩＩＩ族窒化物の様々な層を成長させる又はそうでなければ堆積するために使用されてもよい。このような方法は、本明細書において下記に説明されるような組成及び厚さを有しているＩｎＧａＮ層（及び他の任意選択のＩＩＩ族窒化物層）などの、ＩＩＩ族窒化物層の製造を可能にすることができる。このような方法は、成長テンプレート１１３を形成するために使用されることが可能であり、この上に後にＩＩＩ族窒化物層が形成されることが可能である。
【００１７】
[0048]開示の実施形態にしたがって、図１Ａに図示したような、成長テンプレート１１３を製造するために使用されることがあるこのような方法の例が、簡単に説明される。
【００１８】
[0049]図１Ａの半導体構造１００は、成長テンプレート１１３上に形成した複数のＩＩＩ族窒化物の層を含んでいる。いくつかの実施形態では、成長テンプレート１１３は、成長基板６５８及び成長基板６５８の上に配置されたＧａＮシード層６５６を備えており、ここでは、ＧａＮシード層の成長面が極性面を備える。成長テンプレート１１３は、成長基板６５８とＧａＮシード層６５６との間に配置されたＩＩＩ族窒化物核形成層６６０をさらに備えることができる。
【００１９】
[0050]成長基板６５８は、均質材料又は異質（すなわち、複合）材料を含むことができる。非限定的な例として、成長基板６５８は、サファイア、シリコン、ＩＩＩ族ヒ化物、石英（ＳｉＯ２）、溶融シリカ（ＳｉＯ２）ガラス、ガラス−セラミック複合材料（例えば、商標ゼロデュア（）（登録商標）の下でＤｕｒｙｅａ，  ＰＡのＳｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｉｎｃ．により販売されているものなど）、溶融シリカガラス複合材料（例えば、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２若しくはＣｕ２−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２など）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むことができる。いくつかの実施形態では、成長基板は、ｃ−面サファイアを含んでおり、ここでは、サファイアの成長面６５９がｃ−面を備える。
【００２０】
[0051]ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、有機金属化学気相堆積プロセス（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、ハイブリッド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）プロセス、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、化学ビームエピタキシ（ＣＢＥ）プロセス、等などの、本技術において知られているような堆積方法及びプロセスによって形成されることが可能である。
【００２１】
[0052]ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０は、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、又は窒化ガリウム（ＧａＮ）を含むことができる。ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０は、約１００ナノメートル（１００ｎｍ）以下、約２０ナノメートル（２５ｎｍ）以下、又はそれどころか約１０ナノメートル（１０ｎｍ）以下の平均層厚さを有するように形成されることがある。ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０は、意図的なドーパント又は意図しないドーパントをやはり含むことができる。ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０は、成長基板６５８の上に直接、そして成長基板６５８とＧａＮシード層６５６との間に配置されることが可能である。ＩＩＩ族窒化物核形成層は、例えば、約７００℃以下の堆積温度で行われた化学気相堆積によって形成されてもよい。ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０の堆積に際して、ＩＩＩ族窒化物核形成６６０は、約７００℃よりも高い温度でアニールされる（すなわち、加熱される）ことがあり、ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０の結晶特性を改善することができる。
【００２２】
[0053]ＧａＮシード層６５６は、成長基板６５８上に堆積されることが可能である。ＧａＮシード層６５６の成長面６６２は、極性成長（例えば、ガリウム極性又は窒素極性）面を備えることができる。いくつかの実施形態では、ＧａＮシード層６５６の成長面６６２は、ガリウム極性成長面を備えてもよい。さらなる実施形態では、ＧａＮシード層６５６は、例えば、ＧａＮシード層６５６が引張歪の状態で形成されるように、堆積プロセスによって形成されてもよい。言い換えると、ＧａＮシード層６５６は、成長面６６２における結晶格子が成長基板６５８の結晶格子に実質的に一致するように形成されてもよい。例えば、ＧａＮシード層６５６の成長面６６２の格子定数は、約３．１８６オングストロームに等しい平均格子値を有することができる。
【００２３】
[0054]ＧａＮシード層６５６は、化学気相堆積（ＣＶＤ）プロセス、有機金属化学気相堆積プロセス（ＭＯＣＶＤ）、気相エピタキシ（ＶＰＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、ハイブリッド気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）プロセス、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）プロセス、原子層堆積（ＡＬＤ）プロセス、化学ビームエピタキシ（ＣＢＥ）プロセス、等などの、例えば、本技術において知られているような堆積方法及びプロセスによって形成されることが可能である。例えば、ＧａＮシード層６５６は、化学気相堆積プロセスを使用して形成されてもよく、ここでは堆積プロセスが約１１００℃以下の温度で実行される。
【００２４】
[0055]ＧａＮシード層６５６は、約１マイクロメートル（１μｍ）から約７マイクロメートル（７μｍ）に及ぶ範囲内の平均層厚さＴｓを有するように形成されることが可能である。１つの特定の非限定的な例として、平均層厚さＴｓは、約４マイクロメートル（４μｍ）に等しくてもよい。ＧａＮシード層６５６は、意図的なドーパント又は意図しないドーパントをやはり含むことができる。例えば、ＧａＮシード層６５６は、シリコン又はゲルマニウムなどの、電子ドナーである元素を用いてドープすることによってｎ型にドープされてもよい。ＧａＮシード層６５６中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ２０ｃｍ−３まで、又は約５ｅ１７ｃｍ−３から約４ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある。ＧａＮシード層６５６の成長速度は、毎分約２５ナノメートル（２５ｎｍ／ｍｉｎ）と毎分約５０ナノメートル（５０ｎｍ／ｍｉｎ）との間の範囲にわたることがある。
【００２５】
[0056]ＧａＮシード層６５６は、成長基板６５８とは反対のＩＩＩ族窒化物核形成層６６０の側でＩＩＩ族窒化物核形成層６６０の上に直接配置されることが可能である。したがって、ＧａＮシード層６５６は、核形成層６６０と活性領域１０６との間に配置されることが可能である。
【００２６】
[0057]追加の実施形態では、成長テンプレート１１３は、図６Ａ〜図６Ｃを参照して下記に説明されるような構造を有することができ、下記にやはり説明されるような方法を使用して形成されてもよい。
【００２７】
[0058]図６Ａは、（図６Ｃの）成長テンプレート１１３の形成の際に利用される中間半導体構造６５０の上平面図であり、この上に本開示の１つ又は複数の半導体構造そして続いて発光デバイスが製造されることが可能であり、図６Ｂは、成長テンプレート１１３の形成の際に利用される中間半導体構造６５０の一部分の単純化した断面図である。成長テンプレート１１３は、前述の米国特許出願公開第２０１０／０１７６４９０号及び／又は米国特許出願公開第２０１０／０１０９１２６号に開示されているように製造されることが可能である。これらの中に開示されているように、中間半導体構造６５０は、犠牲基板６５２、犠牲基板６５２上に配置されたコンプライアント材料６５４の層、及びコンプライアント材料６５４の上方に配置された１つ又は複数のＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６を含むことができる。１つ又は複数のＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６は、「シード」として使用されることが可能であり、この上に、本明細書において説明されている半導体構造１００の様々な連続する層が形成されることが可能である。
【００２８】
[0059]初期ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、初期成長基板上に形成されることが可能であり、引き続いて、イオン注入、ボンディング及び引き続く初期ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層（図示せず）の一部分の分離などの方法を利用して犠牲基板６５２に移されることが可能である。初期成長基板は、初期ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層と成長面格子不整を有していることで特徴付けられる成長基板を含むことができ、その結果、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層が歪んだ態様で形成されている。例えば、初期成長基板は、ガリウム極性ＧａＮシード層を含んでいるサファイア基板を含むことができ、その結果、形成されたＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、引張り歪を受けているガリウム極性ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層を含んでいる。
【００２９】
[0060]初期ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層がＩＩＩ族窒化物の極性面を備える成長面を備えるように形成されることが可能である又は成長されることが可能である。例えば、成長面は、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層がガリウム極性面を備えるように形成されてもよい。加えて、初期ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層の組成が０．０２≦ｓ≦０．０５であるように成長されることが可能である又はそうでなければ形成されることが可能である。１つの特定の非限定的な例として、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層でのｎの値は、約０．０３に等しくてもよい。ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層はまた、約２００ナノメートル（２００ｎｍ）よりも厚い厚さに成長されることがある又はそうでなければ形成されることがある。ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、しかしながら、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層がＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層臨界厚さを越えないような方法で形成されており、この臨界厚さは、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層内の歪が付加的な欠陥の形成によって緩和することがある厚さである。この現象は、本技術において相分離と一般に呼ばれている。したがって、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層は、歪んだ、高品質シード材料を含むことができる。
【００３０】
[0061]例としてそして限定ではなく、スマートカット（ＳＭＡＲＴ−ＣＵＴ）プロセスとして産業において知られているプロセスが、ボンディング層としてコンプライアント材料６５４を利用して犠牲基板６５２へＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６を移すために使用されてもよい。このようなプロセスは、例えば、ブルエル（Ｂｒｕｅｌ）による米国特許第ＲＥ３９，４８４号、アスパ（Ａｓｐａｒ）らによる米国特許第６，３０３，４６８号、アスパらによる米国特許第６，３３５，２５８号、モリソ（Ｍｏｒｉｃｅａｕ）らによる第６，７５６，２８６号、アスパらによる第６，８０９，０４４号、及びアスパらによる第６，９４６，３６５号に詳細に記載されている。
【００３１】
[0062]犠牲基板６５２は、均質材料又は異質（すなわち、複合）材料を含むことができる。非限定的な例として、支持基板６５２は、サファイア、シリコン、ＩＩＩ族ヒ化物、石英（ＳｉＯ２）、溶融シリカ（ＳｉＯ２）ガラス、ガラス−セラミック複合材料（例えば、商標ゼロデュア（登録商標）の下でＤｕｒｙｅａ，  ＰＡのＳｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｉｎｃ．により販売されているものなど）、溶融シリカガラス複合材料（例えば、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２若しくはＣｕ２−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２など）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むことができる。
【００３２】
[0063]コンプライアント材料６５４の層は、例えば、約８００℃以下のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する材料を含むことができる。コンプライアント材料６５４の層は、約０．１μｍから約１０μｍまで、特に、約１μｍから約５μｍまでに及ぶ範囲の厚さを有することができる。非限定的な例として、コンプライアント材料１００の層は、酸化物、リンケイ酸ガラス（ＰＳＧ）、ホウケイ酸塩（ＢＳＧ）、ホウリンケイ酸ガラス（ＢＰＳＧ）、ポリイミド、ドープした又はアンドープの擬似無機シロキサンスピンオンガラス（ＳＯＧ）、無機スピンオンガラス（すなわち、メチル−、エチル−、フェニル−、又はブチル）、及びドープした又はアンドープのケイ酸塩のうちの少なくとも１つを含むことができる。
【００３３】
[0064]コンプライアント材料６５４の層は、コンプライアント材料６５４の層の粘性を低下させるために十分な温度まで、例えば、オーブン、炉、又は堆積反応装置を使用して加熱されて、コンプライアント材料６５４の層をリフローさせることでき、１つ又は複数のＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６が結晶格子歪を少なくとも部分的に緩和させる。コンプライアント材料６５４の層の粘性を低下させることによって、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６中の引張歪が、少なくとも部分的に緩和されることが可能である、又は除去されることが可能でさえあり、これによって、約３．１８９オングストローム以上の成長面格子定数を備えているＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層を形成することができる。
【００３４】
[0065]したがって、ＩｎｓＧａ１−ｓＮ内の格子歪の少なくとも一部分を緩和することによって、成長面格子定数は、ＩｎｓＧａ１−ｓＮでは約３．１８９オングストローム以上のものになることができる。３．１８９オングストローム以上の成長面格子定数は、ウルツ鉱型ＧａＮについての平衡成長面格子定数に対応することができる。したがって、開示のいくつかの実施形態によれば、本開示のＩｎｓＧａ−１ｓＮ層上に又は上方に形成された１つ又は複数のＧａＮ層は、無歪状態で、すなわち、実質的に格子歪がなく形成されることがある。
【００３５】
[0066]１つ又は複数のＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６を少なくとも部分的に緩和すると、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６は、支持基板に移されることが可能であり、引き続いてコンプライアント材料６５４及び犠牲基板６５２が、図６Ｃに図示したような成長テンプレート１１３を形成するために除去されることが可能である。非常に詳細にそして図６Ｂ及び図６Ｃを参照して、少なくとも部分的に緩和されたＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６は、支持基板６５９に張り付けられることが可能であり、犠牲基板６５２及びコンプライアント材料６５４は、レーザリフトオフ、ウェットエッチング、ドライエッチング、及び化学機械研磨のうちの１つ又は複数の方法などを利用して除去されることが可能である。
【００３６】
[0067]支持基板６５９は、均質材料又は異質（すなわち、複合）材料を含むことができる。非限定的な例として、支持基板６５９は、サファイア、シリコン、ＩＩＩ族ヒ化物、石英（ＳｉＯ２）、溶融シリカ（ＳｉＯ２）ガラス、ガラス−セラミック複合材料（例えば、商標ゼロデュア（登録商標）の下でＤｕｒｙｅａ，  ＰＡのＳｃｈｏｔｔ  Ｎｏｒｔｈ  Ａｍｅｒｉｃａ，  Ｉｎｃ．により販売されているものなど）、溶融シリカガラス複合材料（例えば、ＳｉＯ２−ＴｉＯ２若しくはＣｕ２−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２など）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むことができる。
【００３７】
[0068]図６Ｃに示したように、いくつかの実施形態では、成長テンプレート１１３は、支持基板６５９に重なっている誘電体材料の層６６１を任意選択で含むことができる。誘電体材料の層６６１は、任意選択で、支持基板６５９の主表面又は１つ若しくは複数のＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６の上方に形成されることが可能であり、ここでは、誘電体材料６６１は、支持基板６５９へのＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６のボンディングを容易にするためにボンディング層として利用される。誘電体材料の層６６１は、例えば、酸窒化ケイ素（ＳｉＯＮ）、窒化ケイ素（Ｓｉ３Ｎ４）、又は二酸化ケイ素（ＳｉＯ２）を含むことができ、そして例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）、物理気相堆積（ＰＶＤ）、又は原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して形成されてもよい。したがって、成長テンプレート１１３は、図６Ｃに示したように、支持基板６５９及び支持基板６５９上に配置されたＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６を含んでいる。
【００３８】
[0069]加えて、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６は、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６の組成が０．０２≦ｓ≦０．０５の範囲にわたることができるように、支持基板６５９の上方に形成されることが可能である。１つの特定の非限定的な例として、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６でのｓの値は、約０．０３に等しくてもよい。その上、ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層６５６は、約３．１８９オングストローム以上の成長面格子定数を備えている極性成長面６６２を有することができる。ＩｎｓＧａ１−ｓＮシード層はまた、約１００ナノメートル（１００ｎｍ）よりも厚い全層厚さＴｓに形成されることが可能である。
【００３９】
[0070]成長テンプレート１１３は、本明細書において上に説明したように、図１Ａのベース層１０２の一部を形成していることがあり、そして成長基板６５８、ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０及びＧａＮシード層６５６を含むことができる。ベース層１０２は、いくつかの実施形態では、任意選択のＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２をやはり含むことができ、ここでは、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層は、隣接するＧａＮシード層の一定の結晶特性を受け継いでいる。したがって、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、約３．１８６オングストローム以上の成長面格子定数を有する、ガリウム極性成長面などの、極性成長面をやはり備えることができる。
【００４０】
[0071]ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、ＩｎｎＧａ１−ｎＮの層を含むことができ、但し、０．００≦ｎ≦０．１０である、又は但し、０．０２≦ｎ≦０．０８である。１つの特定の非限定的な例の実施形態として、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２でのｎの値は、約０．０５に等しくてもよい。ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）と約３，０００ナノメートル（３，０００ｎｍ）との間の、又は約１０ナノメートル（１０ｎｍ）と約１，０００ナノメートル（１，０００ｎｍ）との間の平均層厚さＴｎを有することができる。任意選択で、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、ドープされてもよい。例えば、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、シリコン又はゲルマニウムなどの電子ドナーである元素を用いてドープすることによってｎ型にドープされてもよい。ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ２０ｃｍ−３まで、又は約５ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある。
【００４１】
[0072]第１の電極コンタクトは、半導体構造１００から発光デバイスを製造するためにＩｎＧａＮを含んでいる半導体構造１００の他の様々な層のうちの１つ又は複数を形成した後で、ベース層１０２の少なくとも一部分の上方に形成されることが可能である。
【００４２】
[0073]図１Ａに示したように、完成したベース層１０２は、本明細書において上に説明したように成長テンプレート１１３、及び任意選択のＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２を含んでいる。半導体構造１００の様々なＩＩＩ族窒化物層は、後に本明細書においてさらに詳細に説明するように、層毎のプロセスで成長されることが可能である又はそうでなければ形成されることが可能である。いくつかの実施形態では、ベース層１０２は、ベースを含むことができ、この上に半導体構造１００の他の層が成長されてもよい又はそうでなければ形成されてもよい。このように、半導体構造１００の様々なＩＩＩ族窒化物層は、ベース層１０２から始めて図１Ａの全体像の左から右への方向に移動して順次成長されることが可能である又はそうでなければ形成されることが可能であるけれども、構造は、実際には、ベース層１０２が製造中に底部に配置されるように向けられることが可能である。言い換えると、構造は、製造中には図１Ａの向きから９０°反時計方向に向けられることが可能である。
【００４３】
[0074]下記にさらに詳細に説明されるように、活性領域１０６は、ベース層１０２とｐ型コンタクト層１０４との間に配置されている。活性領域１０６は、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層１１４及び少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層１１６を含んでいる。いくつかの実施形態では、活性領域１０６は、ＩｎＧａＮ（ドーパントの存在を除く）によって少なくとも実質的に構成されてもよく、ＩｎＧａＮ井戸層１１４のインジウム含有量がＩｎＧａＮ障壁層１１６のインジウム含有量よりも厳密に多い。特に、活性領域１０６は、ＩｎｗＧａ１−ｗＮから構成されている少なくとも１つの井戸層１１４を含むことができ、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０である、又はいくつかの実施形態では、０．１２≦ｗ≦０．２５である、又はさらなる実施形態では、ここでは、ｗは約０．１４に等しい。活性領域１０６はまた、ＩｎｂＧａ１−ｂＮから構成されている少なくとも１つの障壁層１１６を含んでおり、但し、ｂ＜ｗであり、そして、０．０１≦ｂ≦０．１０である、又はいくつかの実施形態では、０．０３≦ｂ≦０．０８である、又はさらなる実施形態では、ここでは、ｂは約０．０５に等しい。いくつかの実施形態では、ＩｎＧａＮ障壁層１１６は、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層１１４に近接する（例えば、直接隣接する）ことができる。
【００４４】
[0075]半導体構造の活性領域１０６は、電子及び正孔が相互に再結合して、発光ダイオード（ＬＥＤ）から放出されるフォトンを生成する、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイスへと製造されたときの半導体構造の領域である。いくつかの実施形態では、フォトンは、可視光の形で放出される。可視光の少なくともあるものは、約３８０ナノメートル（３８０ｎｍ）から約５６０ナノメートル（５６０ｎｍ）までに及ぶ電磁放射光スペクトルの範囲内の１つ又は複数の波長を有することができる。
【００４５】
[0076]前に述べたように、半導体構造１００の活性領域１０６は、１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層１１４及び１つ又は複数のＩｎＧａＮ障壁層１１６を含んでおり、いくつかの実施形態では、ＩｎＧａＮ（ドーパントの存在を除く）によって少なくとも実質的に構成されてもよい。このように、活性領域１０６は、いくつかの実施形態では基本的にＩｎＧａＮから構成されてもよい。活性領域１０６は、１つの井戸層１１４及び１つの障壁層１１６を含んでいる隣接する層の１つ又は複数の対を含んでおり、ここでは、各井戸層１１４は、ＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでおり、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０であり、そして各障壁層１１６は、ＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでおり、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、且つｂ＜ｗである。
【００４６】
[0077]図１Ａ及び図１Ｂに図示した実施形態では、半導体構造１００の活性領域１０６は、１対の活性層（井戸層１１４及び障壁層１１６）を含んでいるけれども、追加の実施形態では、半導体構造１００の活性領域１０６は、１対よりも多くの活性層を含んでいてもよい。例えば、半導体構造１００の活性領域１０６は、１から２５までの隣接する対の活性層を含んでいてもよく、各対が井戸層１１４及び障壁層１１６を含んでおり、その結果、活性領域１０６は、（１対よりも多くを含んでいる実施形態では）交互になった井戸層１１４及び障壁層１１６の積層体を含んでいる。しかしながら、障壁層１１６の数が、井戸層１１４の数に等しくなくてもよいことが理解される。井戸層１１４は、障壁層１１６によって互いに分離されることが可能である。このように、障壁層１１６の数は、いくつかの実施形態では井戸層１１４の数に等しくてもよい、１層多くてもよい、又は１層少なくてもよい。
【００４７】
[0078]図１Ａを参照し続けて、各井戸層１１４は、約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１０００ナノメートル（１，０００ｎｍ）との間の、約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１００ナノメートル（１００ｎｍ）との間の、又はそれどころか約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１０ナノメートル（１０ｎｍ）との間の平均層厚さＴＷを有することができる。井戸層１１４は、いくつかの実施形態では量子井戸を含んでいてもよい。このような実施形態では、各井戸層１１４は、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）以下の平均層厚さＴＷを有することができる。他の実施形態では、井戸層１１４は、量子井戸を含まなくてもよく、そして各井戸層１１４は、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）よりも厚い平均層厚さＴＷを有することができる。このような実施形態では、活性領域１０６は、「ダブルヘテロ構造」と本技術において呼ばれるものを備えることができる。各障壁層１１６は、約１ナノメートル（１ｎｍ）と約５０ナノメートル（５０ｎｍ）との間の、又はそれどころか約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１０ナノメートル（１０ｎｍ）との間の平均層厚さＴＢを有することができるけれども、障壁層１１６は、他の実施形態ではより厚くてもよい。
【００４８】
[0079]井戸層１１４及び障壁層１１６の一方又は両方が、ドープされることが可能である。例えば、井戸層１１４及び障壁層１１６の一方又は両方は、シリコン又はゲルマニウムなどの、電子ドナーである元素を用いてドープすることによってｎ型にドープされてもよい。井戸層１１４中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある、又はいくつかの実施形態では約３ｅ１７ｃｍ−３から約５ｅ１７ｃｍ−３までの範囲にわたってもよい。同様に、障壁層１１６中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある、又はいくつかの実施形態では約１ｅ１８ｃｍ−３から約３ｅ１８ｃｍ−３までの範囲にわたってもよい。
【００４９】
[0080]井戸層１１４及び障壁層１１６の一方又は両方は、ウルツ鉱型結晶構造を有することができる。加えて、いくつかの実施形態では、井戸層１１４及び障壁層１１６の一方又は両方は、ガリウム極性成長表面などの極性成長表面を備えてもよく、極性成長表面は、約３．１８６オングストローム以上である、井戸層１１４と障壁層１１６との間の１つ又は複数の界面に平行な成長面内の平均格子定数を有してもよい。より具体的に、いくつかの実施形態では、平均成長面格子定数ｃは、約３．１８６オングストロームと約３．２オングストロームとの間であってもよい。
【００５０】
[0081]少なくとも１つの井戸層及び少なくとも１つの障壁層を含んでいる活性領域１０６は、約４０ナノメートル（４０ｎｍ）と約１，０００ナノメートル（１，０００ｎｍ）との間の範囲にわたる、約４０ナノメートル（４０ｎｍ）と約７５０ナノメートル（７５０ｎｍ）との間の範囲にわたる、又はそれどころか約４０ナノメートル（４０ｎｍ）と約２００ナノメートル（２００ｎｍ）との間の範囲にわたる平均全厚さを有することができる。
【００５１】
[0082]図１Ａを参照し続けて、半導体構造１００は、任意選択で、活性領域１０６とｐ型コンタクト層１０４との間に、及び／又は活性領域１０６とベース層１０２との間に追加の層を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、半導体構造１００は、活性領域１０６とベース層１０２との間にスペーサ層１１８を含んでもよい。
【００５２】
[0083]任意選択のスペーサ層１１８は、ＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮの層を含むことができ、但し、０．０１≦ｓｐ≦０．１０である、又は、０．０３≦ｓｐ≦０．０６である、又はｓｐは、約０．０５に等しい。スペーサ層１１８は、ベース層１０２と活性領域１０６の層との間のよりゆるやかな遷移を与えるために使用されることが可能であり、スペーサ層は、ベース層１０２に対して、そしていくつかの実施形態では、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２に対して異なる組成（そしてこれゆえ、格子定数）を有することができる。このように、ＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層１１８は、いくつかの実施形態ではベース層１０２と活性領域１０６との間に直接配置されてもよい。ベース層１０２と活性領域１０６との間にさらにゆるやかな遷移を与えることによって、ＩｎＧａＮの様々な層の結晶格子内の歪、及びこれゆえ、このような歪からもたらされることがある欠陥が、低減されることが可能である。ＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層１１８は、約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１００ナノメートル（１００ｎｍ）との間の、又は約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１００ナノメートル（２５ｎｍ）との間の平均層厚さＴｓｐを有することができる。１つの特定の非限定的な例として、平均層厚さＴｓｐは、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）に等しくてもよい。
【００５３】
[0084]任意選択で、ＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層１１８は、ドープされてもよい。例えば、ＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層１１８は、シリコン又はゲルマニウムなどの、電子ドナーである元素を用いてドープすることによってｎ型にドープされてもよい。スペーサ層１１８中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある。１つの特定の非限定的な例として、スペーサ層１１８中のドーパントの濃度は、約２ｅ１８ｃｍ−３に等しくてもよい。
【００５４】
[0085]図１Ａを参照し続けて、半導体構造１００は、活性領域１０６とｐ型コンタクト層１０４との間に配置された任意選択のＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層１２０をさらに含むことができる。任意選択のＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層１２０は、ＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮの層を含むことができ、但し、０．０１≦ｃｐ≦０．１０である、又は、０．０３≦ｃｐ≦０．０７である。１つの特定の非限定的な例として、ｃｐの値は、約０．０５に等しくてもよい。ＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層１２０は、昇温した温度における後の処理で活性領域１０６の下にある層中のインジウムの分解及び／若しくは蒸発を回避するために使用されることが可能である、並びに／又はスペーサ層の同じ機能を務めることができる。
【００５５】
[0086]ＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層１２０は、約１ナノメートル（１ｎｍ）と約１００ナノメートル（１００ｎｍ）との間の、又は約１ナノメートル（１ｎｍ）と約２５ナノメートル（２５ｎｍ）との間の平均層厚さＴｃｐを有することができる。１つの特定の非限定的な例として、Ｔｃｐは、いくつかの実施形態では約１０ナノメートル（１０ｎｍ）に等しくてもよい。任意選択で、キャップ層１２０は、ドープされてもよい。例えば、キャップ層１２０は、マグネシウム、亜鉛、及び炭素などの、電子アクセプタである元素を用いてドープすることによってｐ型にドープされてもよい。他の実施形態では、しかしながら、キャップ層１２０は、ｎ型にドープされてもよい。キャップ層１２０中のドーパントの濃度は、約３ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ１９ｃｍ−３までの範囲にわたることがある、又は約１ｅ１８ｃｍ−３から約５ｅ１８ｃｍ−３までの範囲にわたることがある。１つの特定の非限定的な例として、キャップ層１２０中のドーパントの濃度は、いくつかの実施形態では約２ｅ１８ｃｍ−３に等しくてもよい。
【００５６】
[0087]本開示の半導体構造１００は、活性領域１０６とｐ型コンタクト層１０４との間に配置された１つ又は複数の電子阻止層（ＥＢＬ）をさらに含むことができる。このような電子阻止層は、伝導帯のバンド端のエネルギー準位が、活性領域１０６中の伝導帯におけるバンド端と比較して相対的に高い材料を含むことができ、電子阻止層は、活性領域１０６内に電子を閉じ込め、且つキャリアが活性領域１０６からオーバーフローして出ることを防止するように働くことができる。
【００５７】
[0088]非限定的な例として、図１Ａは、活性領域１０６の反対のキャップ層１２０の側に配置された電子阻止層１０８を図示する。ｐ型バルク層１１０を含んでいる実施形態では、図１Ａに示したように、電子阻止層１０８は、キャップ層１２０とｐ型バルク層１１０との間に直接配置されてもよい。
【００５８】
[0089]電子阻止層１０８は、ＩＩＩ族窒化物を含む。非限定的な例として、電子阻止層１０８は、ＩｎｅＧａ１−ｅＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されてもよく、但し、０．００≦ｅ≦０．０２であり、そしていくつかの実施形態では、ＧａＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されてもよい。さらなる実施形態では、電子阻止層１０８は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮにより少なくとも実質的に構成されてもよく、但し、０．００≦ｅ≦０．０２である。いくつかの実施形態では、電子阻止層１０８は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されてもよい。
【００５９】
[0090]電子阻止層１０８は、マグネシウム、亜鉛、及び炭素からなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｐ型にドープされることが可能である。電子阻止層１０８内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約１ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ２１ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であることができ、又はいくつかの実施形態では約３ｅ１９ｃｍ−３に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、電子阻止層１０８は、約５ナノメートル（５ｎｍ）から約５０ナノメートル（５０ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さＴｅを有することができ、又はいくつかの実施形態では、約２０ナノメートル（２０ｎｍ）に等しい平均層厚さＴｅを有することができる。
【００６０】
[0091]本開示の半導体構造１００のさらなる実施形態では、半導体構造１００は、電子阻止層１０８に類似の電子阻止層を有することができるが、ここでは、電子阻止層は、図１Ａの挿入図１２２に図示したような、異なる材料の交互になった層を含んでいる超格子構造を有している。例えば、電子阻止層１０８は、ＧａＮ１２４及びＩｎｅＧａ１−ｅＮ１２４の交互になった層を含んでいる超格子構造を有することができ、但し、０．０１≦ｅ≦０．０２である。さらなる実施形態では、電子阻止層は、ＧａＮ１２４及びＡｌｅＧａ１−ｅＮ１２６の交互になった層を含んでいる超格子構造を有することができ、但し、０．１０≦ｅ≦０．２０である。このような超格子構造中の層の各々は、約１ナノメートル（１ｎｍ）から約２０ナノメートル（２０ｎｍ）までの平均層厚さを有することができる。
【００６１】
[0092]前に述べたように、本開示の半導体構造１００は、電子阻止層１０８とｐ型コンタクト層１０４との間に配置されたｐ型バルク層１１０をさらに含むことができる。このようなｐ型バルク層は、ｐドープしたＩｎｐＧａ１−ｐＮなどの、ｐドープしたＩＩＩ族窒化物材料を含むことができる。このようなｐ型バルク層は、例えば、正孔キャリアの供給源として、そして活性領域１０６への及びそこからの電気伝導を高めるため及び光取り出しを促進するために使用されることが可能である。ｐ型バルク層１１０におけるインジウムの取込みは、キャリアの流れの理由で及び活性領域内のキャリアの閉じ込めのために役立つ。
【００６２】
[0093]ｐ型バルク層１１０は、ＩｎｐＧａ１−ｐＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されることが可能であり、但し、０．００≦ｐ≦０．０８であり、そして、０．０１≦ｐ≦０．０８であることが好ましい。１つの特定の非限定的な例として、ｐ型バルク層１１０は、ＩｎｐＧａ１−ｐＮにより少なくとも実質的に構成されてもよく、ここでは、ｐは約０．０２に等しい。ｐ型バルク層１１０は、マグネシウム、亜鉛、及び炭素からなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｐ型にドープされることが可能である。ｐ型バルク層１１０内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約１ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ２１ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であり得る。１つの特定の非限定的な例として、ｐ型バルク層１１０中のドーパントの濃度は、約３ｅ１９ｃｍ−３に等しくてもよい。いくつかの実施形態では、ｐ型バルク層１１０は、約５０ナノメートル（５０ｎｍ）から約６００ナノメートル（６００ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さＴｐを有することができる。１つの特定の非限定的な例として、ｐ型バルク層１１０は、約１７５ナノメートル（１７５ｎｍ）に等しい平均層厚さＴｐを有することができる。
【００６３】
[0094]半導体構造１００は、電子阻止層１０８の反対のｐ型バルク層１１０の側に配置されたｐ型コンタクト層１０４をさらに含むことができる。ｐ型コンタクト層１０４は、ＩＩＩ族窒化物を含むことができる。このようなｐ型コンタクト層は、例えば、活性領域１０６の中への正孔の伝導を高めるために使用されることが可能である。ｐ型コンタクト層１０４は、半導体構造１００からの発光デバイスの製造中にｐ型コンタクト層の一部分の上方に形成された電極コンタクトの電気的抵抗を制限するように、ｐ型ドーパントなどの、高い濃度の１つ又は複数のドーパントを含むことができる。
【００６４】
[0095]非限定的な例として、ｐ型コンタクト層１０４は、ｐ型にドープされているＩｎｃＧａ１−ｃＮを含むことができる。例えば、ｐ型コンタクト層１０４は、ＩｎｃＧａ１−ｃＮにより少なくとも実質的に構成されることが可能であり、但し、０．０１≦ｃ≦０．１０（ドーパントの存在を除く）であり、そしていくつかの実施形態では、ｐ型コンタクト層１０４は、ＧａＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されてもよい。ｐ型コンタクト層１０４におけるインジウムの取込みは、これがデバイス上に形成された金属電極とのエネルギー障壁を低下させることが可能であり、デバイスにとってより低い動作電圧をもたらすことに役立つ。ｐ型コンタクト層１０４は、マグネシウム、亜鉛、及び炭素からなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｐ型にドープされることが可能である。ｐ型コンタクト層１０４内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約１ｅ１７ｃｍ−３から約１ｅ２１ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であり得る。１つの特定の非限定的な例として、ｐ型コンタクト層１０４内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約１ｅ２０ｃｍ−３に等しくてもよい。ｐ型コンタクト層１０４は、約２ナノメートル（２ｎｍ）から約５０ナノメートル（５０ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さＴｃを有することができる。１つの特定の非限定的な例として、ｐ型コンタクト層１０４は、約１５ナノメートル（１５ｎｍ）に等しい平均層厚さＴｃを有することができる。図１Ａに示したように、ｐ型コンタクト層１０４は、ｐ型バルク層１１０の上に直接形成されることが可能である。
【００６５】
[0096]本明細書において下記に非常に詳細に説明されるように、完成した半導体構造１００は、ＬＥＤなどの、１つ又は複数の半導体発光デバイスの製造において利用されることが可能である。手短に、電極コンタクトは、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の一部分の上方に又はＧａＮシード層６５６の少なくとも一部分の上方になどの、ベース層１０２の半導体層の一部分の上方に形成されることが可能であり、さらなる電極コンタクトが、ｐ型コンタクト層１０４の少なくとも一部分の上方に形成されることが可能であり、これによって電荷キャリアが活性領域１０６中へと注入されることを可能にし、可視光の形態であり得る電磁放射光の結果として生じる放出をともなう。
【００６６】
[0097]図１Ｂは、図１Ａの半導体構造１００の様々な層（成長基板６５８及びＩＩＩ族窒化物核形成層６６０が省略されることに留意すること）内の異なる半導体材料についての（エネルギーバンド図で）伝導帯のエネルギー準位１２８における相対的な違いを図示している単純化した図である。図１Ｂは、図１Ａの半導体構造１００と縦に位置を合わせられている。図１Ｂ中の縦の破線は、図１Ａの半導体構造１００内の様々な層間の界面と位置を合わせられている。図１Ｂの縦軸はエネルギーであり、高いエネルギー準位が低いエネルギー準位の縦方向に上に位置することを示す。図１Ｂが例の半導体構造１００についての伝導帯エネルギー準位の非限定的な例を図示することに留意すべきである。結果として、相対的な水平の伝導帯エネルギー準位は、個々の半導体層の少なくとも組成及びドーピングの関数として相対的な位置を変えることができ、様々な半導体層の組成範囲は、本明細書において上に説明したような範囲にわたる。このように、図１Ｂは、半導体構造１００の様々な層内の伝導帯のエネルギー準位１２８における相対的な違いを理解するために使用されることが可能である。図１Ｂに示したように、井戸層１１４における伝導帯のエネルギー準位１２８は、半導体構造１００の他の層における伝導帯のエネルギー準位１２８よりも低いことがある。
【００６７】
[0098]本技術において知られたように、ＩｎＧａＮなどのＩＩＩ族窒化物層に関して、伝導帯のエネルギー準位１２８は、限定しないが、インジウム含有量及びドーパントレベルを含む多数の変数の関数である。井戸層１１４及び障壁層１１６は、井戸層１１４における伝導帯のエネルギー準位１２８が障壁層１１６における伝導帯のエネルギー準位１２８よりも低いような組成を有するように形成されることが可能である、そうでなければ構成されることが可能である。結果として、電荷キャリア（例えば、電子）は、半導体構造１００から製造された発光デバイスの動作中に井戸層１１４内に蓄積されることが可能であり、そして障壁層１１６は、活性領域１０６を横切る電荷キャリア（例えば、電子）のマイグレーションを妨げるように働くことができる。このように、いくつかの実施形態では、各井戸層１１４中のインジウム含有量は、各障壁層１１６中のインジウム含有量よりも高くてもよい。例えば、各井戸層１１４中のインジウム含有量と各障壁層１１６中のインジウム含有量との間の違いは、約０．０５以上であってもよい（すなわち、ｗ−ｂ≧０．０５）、又はいくつかの実施形態では、約０．２０以上であってもよい（すなわち、ｗ−ｂ≧０．２０）。いくつかの実施形態では、障壁層１１６中のドーパント濃度は、井戸層１１４中のドーパント濃度とは異なってもよい。高いドーピング濃度は、ＩｎＧａＮの結晶構造内に欠陥をもたらすことがあり、このような欠陥は、電子−正孔対の非発光結合をもたらすことがある。いくつかの実施形態では、井戸層１１４中のドーパント濃度は、障壁層１１６中のドーパント濃度よりも低くてもよく、障壁層１１６中の電子−正孔対の非発光結合の割合と比べて井戸層１１４中の電子−正孔対の非発光結合の割合を減少させることができる。他の実施形態では、障壁層１１６中のドーパント濃度は、井戸層１１４中のドーパント濃度よりも高くてもよい。
【００６８】
[0099]図１Ｂに図示したように、電子阻止層１０８によって形成されたエネルギー障壁は、電子阻止層１０８及びキャップ層１２０（又は活性領域１０６に最も近い電子阻止層の側の電子阻止層１０８に直ぐ隣接する他の層）における伝導帯のエネルギー準位１２８の違いからもたらされることがある。エネルギー障壁の高さは、電子阻止層１０８の組成を変えることによって変えられることが可能である。例えば、図１Ｂに図示したように、伝導エネルギー準位１３０（実線として示される）は、ＧａＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成された電子阻止層についての伝導帯エネルギー準位を図示することができる。電子阻止層内の伝導帯エネルギー準位は、ＩｎｅＧａ１−ｅＮにより少なくとも実質的に構成された電子阻止層を形成することによって、伝導帯エネルギー準位１３２（破線として示される）により図示したように、ＧａＮ電子阻止層に対して低下されることが可能であり、但し、０．０１≦ｅ≦０．０２である。さらなる実施形態では、伝導帯エネルギー準位は、ＡｌｅＧａ１−ｅＮにより少なくとも実質的に構成された電子阻止層を形成することによって、伝導帯エネルギー準位１３４（破線として示される）により図示したように、ＧａＮ電子阻止層に対して上昇されることが可能であり、但し、０．０１≦ｅ≦０．０２である。したがって、電子阻止層内の伝導帯のエネルギー準位は、半導体構造１００の電子阻止層１０８と他のＩＩＩ族窒化物層との間の所望の伝導帯オフセットを与えるために変えられることが可能である。
【００６９】
[00100]電子阻止層１０８が異なる材料の交互になった層を含んでいる超格子構造を有する半導体構造１００の実施形態では、伝導帯エネルギー準位は、図１Ｂの挿入図１３６に図示したように周期的な方式で高くなりそして低くなることができる。例えば、電子阻止層１０８は、ＧａＮ１３８及びＡｌｅＧａ１−ｅＮ１４０の交互になった層を含んでいる超格子構造を有することができ、但し、０．０１≦ｅ≦０．０２である、或いは、超格子構造は、ＧａＮ及びＩｎｅＧａ１−ｅＮの交互になった層を含むことができ、但し、０．０１≦ｅ≦０．０２である。異なる材料の交互になった層間の伝導帯エネルギーオフセットの大きさは、ＧａＮ層とＡｌｅＧａ１−ｅＮ又はＩｎｅＧａ１−ｅＮ層との間の組成の違いによって選択されることが可能である。
【００７０】
[00101]本開示の半導体構造は、半導体構造の活性領域１０６と半導体構造のベース層１０２との間に配置された電子ストッピング層をさらに含むことができる。このような電子ストッピング層は、伝導帯のバンド端のエネルギー準位がＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層における伝導帯のバンド端と比較して相対的に高いｎドープしたＩＩＩ族窒化物材料を含むことができ、この電子ストッピング層は活性領域内に電子をさらに閉じ込めるように働くことができ、且つ活性領域からのキャリアのオーバーフローを防止することができ、これによって活性領域内のキャリアの向上した均一性を与えることができる。
【００７１】
[00102]非限定的な例として、図２Ａ及び図２Ｂは、このような電子ストッピング層２０２を含んでいる半導体構造２００の実施形態を図示する。半導体構造２００は、半導体構造１００に類似しており、半導体構造１００に関して前に説明したように、１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層１１４及び１つ又は複数のＩｎＧａＮ障壁層１１６を含んでいる活性領域１０６を含んでいる。半導体構造２００は、半導体構造１００に関して前に説明したように、ベース層１０２、スペーサ層１１８、キャップ層１２０、電子阻止層１０８、ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４をやはり含んでいる。半導体構造２００の電子ストッピング層２０２は、ベース層１０２と活性領域１０６との間に配置され、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２とスペーサ層１１８との間に配置されることが可能である。
【００７２】
[00103]電子ストッピング層２０２は、ＩＩＩ族窒化物を含んでいる。非限定的な例として、電子ストッピング層２０２は、ｎ型にドープされているＡｌＧａＮを含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、電子ストッピング層２０２は、ＡｌｓｔＧａ１−ｓｔＮ（ドーパントの存在を除く）により少なくとも実質的に構成されることが可能であり、但し、０．０１≦ｓｔ≦０．２０である。他の実施形態では、電子ストッピング層２０２は、挿入図２０４に図示したように、ＡｌｓｔＧａ１−ｓｔＮの層２０６、但し、０．０１≦ｓｔ≦０．２０、及びＧａＮの層２０８の交互になった層を含んでいる超格子構造を有することができる。半導体構造２００は、任意の数（例えば、約１から約２０まで）のＡｌｓｔＧａ１−ｓｔＮの層２０６及びＧａＮの層２０８の交互になった層を含むことができる。このような超格子構造内の層２０６及び２０８は、約１ナノメートル（１ｎｍ）から約１００ナノメートル（１００ｎｍ）までの平均層厚さを有することができる。
【００７３】
[00104]電子ストッピング層２０２は、シリコン及びゲルマニウムからなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｎ型にドープされることが可能である。電子ストッピング層２０２内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約０．１ｅ１８ｃｍ−３から２０ｅ１８ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、電子ストッピング層２０２は、約１ナノメートル（１ｎｍ）から約５０ナノメートル（５０ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さＴｓｔを有することができる。
【００７４】
[00105]図２Ｂは、単純化した伝導帯図であり、半導体構造２００内の様々な材料についての伝導帯の相対的なエネルギー準位２２８を図示する。図２Ｂに示したように、図２Ａの半導体構造２００の実施形態では、半導体構造２００（図２Ｂ）の電子ストッピング層２０２の少なくとも一部分内の伝導帯のエネルギー準位２２８は、ベース層１０２内の伝導帯のエネルギー準位２２８及び／又はスペーサ層１１８内の伝導帯のエネルギー準位２２８よりも相対的に高いことがある。電子ストッピング層２０２が、図２Ｂの挿入図２１０に図示したように、ＡｌｓｔＧａ１−ｓｔＮの層２０６、但し、０．０１≦ｓｔ≦０．２０、及びＧａＮの層２０８の交互になった層を含んでいる超格子構造を含んでいる実施形態では、伝導帯エネルギー準位は、周期的な方式で変化することがある。
【００７５】
[00106]追加の実施形態では、本開示の半導体構造は、活性領域とベース層１０２との間に、半導体構造の製造を容易にするために利用されている材料の１つ又は複数の層を含むことができる。例えば、いくつかの実施形態では、本開示の半導体構造、及びこのような構造から製造された１つ又は複数の発光デバイスは、活性領域とベース層１０２との間に配置された１つ又は複数の歪緩和層を含むことができ、ここでは、歪緩和層は、ベース層１０２とｐ型コンタクト層との間の半導体構造の様々な層の結晶構造の結晶格子内の歪を調節するために含まれ且つ構成され、これらの様々な層は、層毎のプロセスで相互に重ねてエピタキシャルで成長されることが可能である。
【００７６】
[00107]非限定的な例として、図３Ａ及び図３Ｂは、このような歪緩和層３０２を含んでいる半導体構造３００の実施形態を図示する。半導体構造３００は、半導体構造１００に類似しており、半導体構造１００に関して前に説明したように、１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層１１４及び１つ又は複数のＩｎＧａＮ障壁層１１６を含んでいる活性領域１０６を含んでいる。半導体構造３００は、半導体構造１００に関して前に説明したように、ベース層１０２、スペーサ層１１８、キャップ層１２０、電子阻止層１０８、ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４をやはり含んでいる。半導体構造３００の歪緩和層３０２は、ベース層１０２とスペーサ層１１８との間に配置されている。図３Ａ及び図３Ｂの実施形態では、歪緩和層３０２は、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２とＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層１１８との間に直接配置されている。
【００７７】
[00108]歪緩和層３０２は、ＩＩＩ族窒化物を含んでいる。非限定的な例として、歪緩和層３０２は、挿入図３０４に図示したように、交互になったＩｎｓｒａＧａ１−ｓｒａＮの層３０６、但し、０．０１≦ｓｒａ≦０．１０、及びＩｎｓｒｂＧａ１−ｓｒｂＮの層３０８、但し、０．０１≦ｓｒｂ≦０．１０、を含んでいる超格子構造を有することができる。さらに、ｓｒａは、ｓｒｂよりも大きいことが可能である。半導体構造３００は、任意の数（例えば、約１から約２０まで）の交互になったＩｎｓｒａＧａ１−ｓｒａＮの層３０６及びＩｎｓｒｂＧａ１−ｓｒｂＮ３０８の層を含むことができる。このような超格子構造内の層３０６及び層３０８は、約１ナノメートル（１ｎｍ）から約２０ナノメートル（２０ｎｍ）までの平均層厚さを有することができる。
【００７８】
[00109]歪緩和層３０２は、シリコン及びゲルマニウムからなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｎ型にドープされることが可能である。歪緩和層３０２内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約０．１ｅ１８ｃｍ−３から２０ｅ１８ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であり得る。いくつかの実施形態では、歪緩和層３０２は、約１ナノメートル（１ｎｍ）から約５０ナノメートル（５０ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さを有することができる。
【００７９】
[00110]図３Ｂは、単純化した伝導帯図であり、半導体構造３００内の様々な材料についての伝導帯の相対的なエネルギー準位３２８を図示する。図３Ｂに示したように、図３Ａの半導体構造３００の実施形態では、半導体構造３００（図３Ａ）の歪緩和層３０１の少なくとも一部分内の伝導帯のエネルギー準位３２８は、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２内の伝導帯のエネルギー準位３２８及び／又はスペーサ層１１８内の伝導帯のエネルギー準位３２８よりも相対的に低いことがある。他の実施形態では、半導体構造３００（図３Ａ）の歪緩和層３０２の少なくとも一部分内の伝導帯のエネルギー準位３２８は、ＩｎＧａＮベース層１１２内の伝導帯のエネルギー準位３２８及び／又はスペーサ層１１８内の伝導帯のエネルギー準位３２８よりも相対的に高くてもよい。歪緩和層３０２が、図３Ｂの挿入図３１０に図示したように、ＩｎｓｒａＧａ１−ｓｒａＮ層３０６及びＩｎｓｒｂＧａ１−ｓｒｂＮ３０８の交互になった層を含んでいる超格子構造を含んでいる実施形態では、伝導帯エネルギー準位は、周期的な方式で変化することがある。
【００８０】
[00111]図４Ａ及び図４Ｂは、本開示の半導体構造４００のさらにもう１つの実施形態を図示する。半導体構造４００は、半導体構造１００に類似しており、半導体構造１００に関して前に説明したように、１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層１１４及び１つ又は複数のＩｎＧａＮ障壁層１１６を含んでいる活性領域４０６を含んでいる。半導体構造４００は、半導体構造１００に関して前に説明したように、ベース層１０２、スペーサ層１１８、キャップ層１２０、電子阻止層１０８、ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４をやはり含んでいる。半導体構造４００の活性領域４０６は、追加のＧａＮ障壁層４０２をさらに含んでいる。追加のＧａＮ障壁層４０２の各々は、ＩｎＧａＮ井戸層１１４とＩｎＧａＮ障壁層１１６との間に配置されることが可能である。追加のＧａＮ障壁層４０２は、井戸層１１４内に電子をさらに閉じ込めるように働くことができ、井戸層で電子は、正孔と再結合し、放射光の放出の可能性を高めるという結果をもたらす可能性が高くなることがある。
【００８１】
[00112]いくつかの実施形態では、各ＧａＮ障壁層４０２は、シリコン及びゲルマニウムからなる群から選択された１つ又は複数のドーパントを用いてｎ型にドープされることが可能である。例えば、ＧａＮ障壁層４０２内の１つ又は複数のドーパントの濃度は、約１．０ｅ１７ｃｍ−３から５０ｅ１７ｃｍ−３までに及ぶ範囲内であってもよい。いくつかの実施形態では、各ＧａＮ障壁層４０２は、約０．５ナノメートル（０．５ｎｍ）から約２０ナノメートル（２０ｎｍ）までに及ぶ範囲内の平均層厚さＴｂ２を有することができる。
【００８２】
[00113]図４Ｂは、単純化した伝導帯図であり、半導体構造４００内の様々な材料についての伝導帯の相対的なエネルギー準位４２８を図示する。図４Ｂに示したように、図４Ａの半導体構造４００の実施形態では、ＧａＮ障壁層４０２（図４Ａ）内の伝導帯のエネルギー準位４２８は、ＩｎＧａＮ障壁層１１６内の伝導帯のエネルギー準位４２８よりも相対的に高く、且つＩｎＧａＮ井戸層１１４内の伝導帯のエネルギー準位４２８よりも高いことが可能である。
【００８３】
[00114]図５Ａ及び図５Ｂは、半導体構造５００を含んでいる本開示のさらなる実施形態を図示する。これらの実施形態では、アレナらの名で２０１２年１月３１日に出願された米国特許出願第１３／３６２，８６６号に開示されたような方法が、活性領域５０６を形成するために利用されることが可能である。半導体構造５００は、半導体構造１００に類似しており、半導体構造１００に関して前に説明したような、１つ又は複数のＩｎＧａＮ井戸層５１４及び１つ又は複数のＩｎＧａＮ障壁層５１６を含んでいる活性領域５０６を含んでいる。半導体構造５００は、半導体構造１００に関して前に説明したように、ベース層、スペーサ層、キャップ層、電子阻止層、ｐ型バルク層１００及びｐ型コンタクト層をやはり含んでいる。明確にするために、活性領域５０６を取り囲む層だけが図示され、これらの層は、任意選択のスペーサ層１１８及びキャップ層１２０、並びにＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２及び電子阻止層１０８を含むことができる。任意選択の層が半導体構造５００から省略される場合には、活性領域５０６は、ベース層１０２と電子阻止層１０８との間に直接配置されてもよい。
【００８４】
[00115]半導体構造５００の活性領域５０６は、半導体構造１００の活性領域に類似するが、２つ以上のＩｎＧａＮ障壁層をさらに含んでおり、ここでは、後に続く障壁層間のバンドギャップエネルギーが、図５Ａ及び図５Ｂに見られるように右から左へ、すなわち、キャップ層１２０からスペーサ層１１８へと伸びる方向に段階的な方式で増加している。半導体構造５００内の活性領域５０６のこのような構成は、活性領域５０６からキャリアがオーバーフローして出ることを防止することによって活性領域５００内の電荷キャリアの閉じ込めの際に助けとなることができ、これによって半導体構造５００から製造された発光デバイスの効率を高めている。
【００８５】
[00116]障壁領域５１６Ａ〜Ｃは、それぞれのバンドギャップエネルギー５５０Ａ〜Ｃを有する障壁領域５１６Ａ〜Ｃの各々を形成するために選択された材料組成及び構造的構成を有することができ、ここでは、バンドギャップエネルギーは、半導体構造５００を構成する半導体材料の各々の伝導帯エネルギー５２８と価電子帯のエネルギー５５２との間のエネルギー差によって与えられる。図５Ｂのエネルギーバンド図に示したように、第１の障壁領域５１６Ａにおけるバンドギャップエネルギー５５０Ａは、第２の障壁領域５１６Ｂにおけるバンドギャップエネルギー５５０Ｂよりも小さいことがあり、第２の障壁領域５１６Ｂにおけるバンドギャップエネルギー５５０Ｂは、第３の障壁領域５１６Ｃにおけるバンドギャップエネルギー５５０Ｃよりも小さいことがあり得る。さらに、量子井戸領域のバンドギャップエネルギー５５２Ａ〜Ｃの各々が、実質的に等しいことがあり、障壁領域５５０Ａ〜Ｃのバンドギャップエネルギー５１６Ａ〜Ｃの各々よりも小さいことがあり得る。
【００８６】
[00117]この構成では、第１の量子井戸５１４Ａと第２の量子井戸５１４Ｂとの間の正孔エネルギー障壁５５４Ａは、第２の量子井戸５１６Ｂと第３の量子井戸５１６Ｃとの間の正孔エネルギー障壁５５４Ｂよりも小さいことがあり得る。言い換えると、障壁領域５１６Ａ〜Ｃの全体にわたる正孔エネルギー障壁５５４Ａ〜Ｃは、キャップ層１２０からスペーサ層１１８に伸びる方向に活性領域５０６の全体にわたり段階的な方式で増加し得る。電子正孔エネルギー障壁５５４Ａ〜Ｃは、量子井戸領域５１４Ａ〜Ｃと隣接する障壁領域５１６Ａ〜Ｃとの間の界面を横切る価電子帯のエネルギー５５２の差である。キャップ層１２０からスペーサ層１０８へと向かって進む障壁領域５１６Ａ〜Ｃの全体にわたり増加している電子正孔エネルギー障壁５５４Ａ〜Ｃの結果として、正孔の分布の均一性の増加が、活性領域５０６内で実現されることが可能であり、これが、半導体５００からの発光デバイス製造の動作中に向上した効率をもたらすことができる。
【００８７】
[00118]前に述べたように、障壁領域５１６Ａ〜Ｃは、異なるそれぞれのバンドギャップエネルギー５５０Ａ〜Ｃを有する障壁領域５１６Ａ〜Ｃの各々を形成するために選択された材料組成及び構造構成を有することができる。例としてそして限定ではなく、各障壁領域５１６Ａ〜Ｃは、Ｉｎｂ３Ｇａ１−ｂ３Ｎなどの、三元系ＩＩＩ−窒化物材料を含むことができ、ここではｂ３は少なくとも約０．０１である。障壁領域５１６Ａ〜ＣのＩｎｂ３Ｇａ１−ｂ３Ｎ中のインジウム含有量を減少させること（すなわち、ｂ３の値を減少させること）は、障壁領域５１６Ａ〜Ｃのバンドギャップエネルギーを増加させることができる。このように、第２の障壁領域５１６Ｂは、第１の障壁領域５１６Ａに比べて低いインジウム含有量を有することができ、第３の障壁領域５１６Ｃは、第２の障壁領域５１６Ｂに比べて低いインジウム含有量を有することができる。加えて、障壁領域５１６Ａ〜Ｃ及び井戸層５１４Ａ〜Ｃは、ドープされることが可能であり、半導体構造１００に関して前に説明したような平均層厚さを有することができる。
【００８８】
[00119]前に述べたように、本開示の実施形態によれば、（図１Ａの）活性領域１０６は、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層及び少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層を含むことができ、そしていくつかの実施形態では、ＩｎＧａＮから少なくとも実質的に構成されてもよい（例えば、ドーパントの存在を除いて、本質的にＩｎＧａＮから構成されてもよい）。ＩｎＧａＮ井戸層を含んでいる以前から知られた発光デバイス構造の大部分は、ＧａＮ（少なくとも実質的にインジウムのない）障壁層を含んでいる。ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層との間の伝導帯のエネルギー準位の違いは、比較的大きく、これが、本技術における教示によれば、井戸層内の電荷キャリアの向上した閉じ込めを実現し、ＬＥＤ構造の向上した効率をもたらすことができる。しかしながら、先行技術の構造及び方法は、キャリアオーバーフロー及び圧電分極のためにデバイス効率の低下をもたらすことがある。
【００８９】
[00120]キャリアオーバーフロー理論では、１つ又は複数の量子井戸層は、水を入れたバケツに似たところがあり、注入されたキャリアを捕捉し保持する能力がキャリアの大きな注入で低下することをともなう。注入されたキャリアが捕捉又は保持されないと、キャリアは活性領域をオーバーフローしそして無駄にされ、デバイス効率の低下の一因となる。ＩｎＧａＮ量子井戸及びＧａＮ障壁層を含んでいる先行技術の構造では、バンドオフセット、すなわち、量子井戸と障壁との間の伝導帯エネルギー準位の違いは、本明細書中の実施形態において説明したように、実質的にＩｎＧａＮからなる活性領域についてのバンドオフセットよりも著しく大きい。本明細書において説明した構造におけるバンドオフセットの低下は、注入されたキャリアが活性領域の量子井戸層の全体にわたってより効率的に分布することを可能にし、これによって、本明細書において説明した半導体構造から製造された発光デバイスの効率を増加させる。
【００９０】
[00121]加えて、ＩｎＧａＮ井戸層とＧａＮ障壁層との間の格子不整合のために、比較的強い圧電分極が、このような発光デバイス構造において活性領域内に生じている。圧電分極は、発光デバイス構造の活性領域内の電子の波動関数と正孔の波動関数との間の重なりを減少させることができる。例えば、Ｊ．  Ｈ．  Ｓｏｎ  ａｎｄ  Ｊ．  Ｌ．  Ｌｅｅ，  Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ  Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｏｆ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ  Ｄｒｏｏｐ  Ｉｎｄｕｃｅｄ  ｂｙ  Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ  ｉｎ  ＩｎＧａＮ／ＧａＮ  Ｌｉｇｈｔ−Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅｓ，  Ａｐｐｌ．  Ｐｈｙｓ．  Ｌｅｔｔ．  ９７、  ０３２１０９  （２０１０）に開示されているように、圧電分極は、このような発光デバイス構造（例えば、ＬＥＤ）における「効率ドループ」と呼ばれるものをもたらすことがある。効率ドループ現象は、電流密度の増加とともにＬＥＤ構造の内部量子効率（ＩＱＥ）のグラフにおけるドループ（低下）である。
【００９１】
[00122]本開示のＬＥＤ構造などの、発光構造の実施形態は、格子不整合、キャリアオーバーフロー、圧電分極現象、及び効率ドループに関係するＩｎＧａＮ井戸層及びＧａＮ障壁層を有している以前から知れているＬＥＤ構造の問題を軽減する又は克服することができる。図１Ａ及び図１Ｂの半導体構造１００から製造されたＬＥＤ構造などの、本開示のＬＥＤの実施形態は、活性領域１０６が減少した圧電分極効果、並びに電子の波動関数及び正孔の波動関数の増加した重なりを示すように構成され、そしてそのエネルギーバンド構造が設計されることが可能である。結果として、ＬＥＤなどの、発光デバイスは、活性領域１０６の全体にわたる電荷キャリアの改善した均一性、及び電流密度が増加することで低下した効率ドループを示すことができる。
【００９２】
[00123]本開示の実施形態を通して得られることが可能であるこれらの利点は、図１０Ａ及び図１０Ｂ、図１１Ａ〜図１１Ｅ、図１２Ａ及び図１２Ｂ、並びに図１３Ａ〜図１３Ｅを参照して下記にさらに論じられる。図１０Ａ及び図１０Ｂは、以前から知られているＬＥＤに類似のＬＥＤ５５６の実施形態を図示する。ＬＥＤ５５６は、ＩｎＧａＮ井戸層５６２間に配置されたＧａＮ障壁層５６４をともなう５つのＩｎＧａＮ井戸層５６２を含んでいる活性領域５５８を含んでいる。ＬＥＤ５５６は、ベース層５６０、第１のスペーサ層５６６、第２のスペーサ層５６８、電子阻止層５７０、及び電極層５７２をやはり含んでいる。ＬＥＤ５５６では、ＩｎＧａＮ井戸層５６２は、Ｉｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎの層を含んでおり、各々が約２．５ナノメートル（２．５ｎｍ）の平均層厚さを有している。障壁層５６４は、約１０ナノメートル（１０ｎｍ）の平均層厚さを有することができるＧａＮの層を含んでいる。ベース層５６０は、約５ｅ１８ｃｍ−３の濃度でシリコンを用いてｎ型にドープされている約３２５ナノメートル（３２５ｎｍ）の平均層厚さを有しているドープしたＧａＮの層を含んでいる。第１のスペーサ層５６６は、約２５ナノメートル（２５ｎｍ）の平均層厚さを有しているアンドープのＧａＮを含むことができる。第２のスペーサ層５６８もやはり、約２５ナノメートル（２５ｎｍ）の平均層厚さを有しているアンドープのＧａＮを含むことができる。電子阻止５７０層は、ｐドープしたＡｌＧａＮを含むことができる。電極層５７２は、ドープしたＧａＮの層を含むことができ、このような電極層は、約５ｅ１７ｃｍ−３の濃度でマグネシウムを用いてｐ型にドープされており、約１２５ナノメートル（１２５ｎｍ）の平均層厚さを有することができる。図１０Ｂは、図１Ｂのものに類似する単純化した伝導帯図であり、図１０ＡのＬＥＤ５５６の様々な層内の異なる材料についての（エネルギーバンド図で）伝導帯のエネルギー準位５７４における相対的な違いを図示する。図１０Ｂ中の縦の破線は、図１０ＡのＬＥＤ５５６内の様々な層間の界面と位置を合わせられている。
【００９３】
[00124]本技術において知られているように、例えば、Ｓ．  Ｌ．  Ｃｈｕａｎｇ  及び  Ｃ．  Ｓ．  Ｃｈａｎｇ，  ｋ・ｐ  Ｍｅｔｈｏｄ  ｆｏｒ  Ｓｔｒａｉｎｅｄ  Ｗｕｒｔｚｉｔｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ、  Ｐｈｙｓ．  Ｒｅｖ．  Ｂ  ５４、  ２４９１  （１９９６）に開示された８×８ケインモデル（Ｋａｎｅ  Ｍｏｄｅｌ）は、ＧａＮ及びＩｎＧａＮなどの、ＩＩＩ族窒化物材料についての価電子帯の構造を特徴付けるために使用されることが可能である。ブリルアンゾーンの中心で価電子帯の重い、軽い、及びスプリットオフ（ｓｐｒｉｔ−ｏｆｆ）ブランチを分割することは、ビルトイン電場とは無関係であると仮定されることが可能である。したがって、価電子副帯は、結合したポアソン方程式及び輸送方程式の解から求められることが可能である。電子及び正孔の波動関数は、それぞれ、
ｕｎΨν・ｅｘｐ（ｋｎ・ｒ）
及び
ｕｐ，ｓΨν，ｓ・ｅｘｐ（ｋｐ・ｒ）
の形であると仮定されることが可能であり、ここでは、ｕｎ及びｕｐ，ｓはブリルアンゾーンの中心に対応している電子及び正孔のブロッホ振幅であり、ｋｎ及びｋｐは面内擬似モーメントベクトルであり、Ψν及びΨν，ｓは包絡関数であり、そして下付きの「ｓ」は重い正孔（ｈｈ）、軽い正孔（ｌｈ）、又はスプリットオフ（ｓｏ）正孔であり得る。電子及び正孔包絡関数についての一次元シュレディンガー方程式は、それぞれ、
【数１】
2016513880.tif 000003
及び
【数２】
2016513880.tif 000004
であり、ここでは、
【数３】
2016513880.tif 000005
及び
【数４】
2016513880.tif 000006
は量子井戸中の電子及び正孔についての実効ポテンシャルであり、Ｅν及びＥν，ｓは電子エネルギー準位及び正孔エネルギー準位であり、そして
【数５】
2016513880.tif 000007
及び
【数６】
2016513880.tif 000008
はエピタキシャル成長方向における電子の実効質量及び正孔の実効質量である。対応する境界条件を用いて上のシュレディンガー方程式を解くことによって、電子の波動関数と正孔の波動関数との間の重なり積分は、したがって、
【数７】
2016513880.tif 000009
から求められる。
【００９４】
[00125]Ｓ．  Ｌ．  Ｃｈｕａｎｇ、  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ｏｆ  Ｐｈｏｎｉｃ  Ｄｅｖｉｃｅs、  ２ｎｄ  Ｅｄ．  （Ｗｉｌｅｙ、  Ｎｅｗ  Ｊｅｒｓｅｙ、  ２００９）に開示されているように、電子及び正孔の放射再結合の割合は、
【数８】
2016513880.tif 000010
によって与えられることが可能であり、ここで、Ｂは放射再結合係数であり、ｎは電子濃度であり、ｐは正孔濃度であり、そしてＦｎ−Ｆｐは擬フェルミ準位分離である。電子及び正孔濃度並びに擬フェルミ準位分離は、ＬＥＤの活性領域を横切る位置とともに変化する。最大放射再結合割合は、任意の量子井戸において特定されることが可能であり、そのそれぞれの量子井戸についてのピーク放射再結合割合と考えられることが可能である。
【００９５】
[00126]図１１Ａは、活性領域５５８の反対のベース層５６０の表面で始まりＬＥＤ５５６を横切る位置（ナノメートルで）の関数として、ＬＥＤ５５６を横切るゼロの印加した電流の状態で、図１０Ａ及び図１０ＢのＬＥＤ５５０についての伝導帯のバンド端５７４及び価電子帯のバンド端５７６の計算したエネルギーを図示しているグラフである。図１１Ｂは、図１１Ａのグラフに類似のグラフであるが、平方センチメートル当たり１２５アンペア（１２５Ａ／ｃｍ２）のＬＥＤ５５６を横切る印加した電流密度での、図１０Ａ及び図１０ＢのＬＥＤ５５６についての伝導帯のバンド端５７４及び価電子帯のバンド端５７６の計算したエネルギーを図示する。図１１Ｃは、平方センチメートル当たり１２５アンペア（１２５Ａ／ｃｍ２）のＬＥＤ５５０を横切る印加した電流密度の状態での、ＬＥＤ５５６の５つの量子井戸層５６２の各々について波長の関数としての計算した強度を図示しているグラフである。図１０Ａ及び図１０Ｂの全体像から、ＱＷ１は、最も左の量子井戸層５６２であり、ＱＷ５は、最も右の量子井戸層５６２である。図１１Ｄは、印加した電流密度の関数としてＬＥＤ５５６の計算した注入効率を図示する。図１１Ｄに示したように、ＬＥＤ５５０は、１２５Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で約７５．６％の注入効率を示すことができる。図１１Ｅは、印加した電流密度の関数としてＬＥＤ５５６の計算した内部量子効率（ＩＱＥ）を図示する。図１１Ｅに示したように、ＬＥＤ５５６は、１２５Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で約４５．２％の内部量子効率を示すことができる。図１１Ｅにやはり示したように、ＬＥＤ５５６の内部量子効率は、約２０Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で５０％超から、２５０Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で４０％未満まで低下することがある。前に論じたように、ＩＱＥにおけるこのような低下は、効率ドループと本技術では呼ばれている。
【００９６】
[00127]下記の表１は、図１０Ａ及び図１０ＢのＬＥＤ５５０中の５つの量子井戸層５６２の各々についての計算した波動関数重なり及びピーク放射再結合割合を示す。
【表１】
2016513880.tif 000011
【００９７】
[00128]図１１Ｃ及び上の表１から理解されるように、放射再結合は、主として、ＬＥＤ５５６中の量子井戸番号５（すなわち、ＱＷ５）である最後の井戸層５６２（ｐドープした側又はアノードに最も近い）からのものである。さらに、図１１Ｅに示したように、ＬＥＤ５５６は、効率ドループを示し、これは、本明細書において前に論じたように、ＩｎＧａＮ井戸層５６２及びＧａＮ障壁層５６４の使用によって引き起こされる圧電分極に起因して少なくとも一部がもたらされることがある。
【００９８】
[00129]ＬＥＤ１００の活性領域１０６などの、少なくとも１つのＩｎＧａＮ井戸層及び少なくとも１つのＩｎＧａＮ障壁層を含んでいる活性領域を含んでいる本開示のＬＥＤの実施形態は、井戸層内で生じる放射再結合において改善した均一性を示すことができ、そして低下した効率ドループを示すことができる。ＬＥＤ５５０を有する本開示のＬＥＤの実施形態の比較が、下記の図１２Ａ及び図１２Ｂ、並びに図１３Ａ〜図１３Ｅを参照して与えられる。
【００９９】
[00130]図１２Ａ及び図１２Ｂは、本開示のＬＥＤ６００の実施形態のもう１つの例を図示する。ＬＥＤ６００は、ＩｎＧａＮ井戸層１１４間に配置されたＩｎＧａＮ障壁層１１６をともなう５つのＩｎＧａＮ井戸層１１４を含んでいる活性領域１０６を含んでいる。ＩｎＧａＮ井戸層１１４及びＩｎＧａＮ障壁層１１６は、図１Ａ及び図１Ｂを参照して半導体構造１００に関して前に説明したようなものであり得る。ＬＥＤ６００は、ベース層１１２、第１のスペーサ層１１８、キャップ層１２０、及びＩｎＧａＮ電極層１０４をやはり含んでいる。ＬＥＤ６００では、ＩｎＧａＮ井戸層１１４は、Ｉｎ０．１８Ｇａ０．８２Ｎの層を含んでおり、各々が約２．５ナノメートル（２．５ｎｍ）の平均層厚さを有している。障壁層１１６は、Ｉｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎの層を含んでおり、各々が約１０ナノメートル（１０ｎｍ）の平均層厚さを有することができる。ベース層１１２は、約３００ナノメートル（３００ｎｍ）の平均層厚さを有しているドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの層を含んでおり、約５ｅ１８ｃｍ−３の濃度でシリコンを用いてｎ型にドープされている。第１のスペーサ層１１８は、約２５ナノメートル（２５ｎｍ）の平均層厚さを有しているアンドープのＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎを含むことができる。キャップ層１２０もまた、約２５ナノメートル（２５ｎｍ）の平均層厚さを有しているアンドープのＩｎ０．０８Ｇａ０．９２Ｎを含むことができる。電極層１０４は、約１５０ナノメートル（１５０ｎｍ）の平均層厚さを有することができるドープしたＩｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎの層を含むことができ、約５ｅ１７ｃｍ−３の濃度でマグネシウムを用いてｐ型にドープされている。図１２Ｂは、図１２ＡのＬＥＤ６００の様々な層における異なる材料についての（エネルギーバンド図で）伝導帯のエネルギー準位６０２における相対的な違いを図示している単純化した伝導帯図である。
【０１００】
[00131]図１３Ａは、活性領域１０６の反対のベース層１１２の表面で始まりＬＥＤ６００を横切る位置（ナノメートルで）の関数として、ＬＥＤ６００を横切るゼロの印加した電流の状態での、図１２Ａ及び図１２ＢのＬＥＤ６００についての伝導帯のバンド端６０２及び価電子帯のバンド端６０４の計算したエネルギーを図示しているグラフである。図１３Ｂは、図１３Ａのグラフに類似のグラフであるが、平方センチメートル当たり１２５アンペア（１２５Ａ／ｃｍ２）のＬＥＤ６００を横切る印加した電流密度での、図１２Ａ及び図１２ＢのＬＥＤ６００についての伝導帯のバンド端６０２及び価電子帯のバンド端６０４の計算したエネルギーを図示する。図１３Ｃは、平方センチメートル当たり１２５アンペア（１２５Ａ／ｃｍ２）のＬＥＤ６００を横切る印加した電流密度の状態での、ＬＥＤ６００の５つの量子井戸層１０８の各々について波長の関数として計算した強度を図示しているグラフである。図１２Ａ及び図１２Ｂの全体像から、ＱＷ１は、最も左の量子井戸層１０８であり、ＱＷ５は、最も右の量子井戸層１０８である。図１３Ｄは、印加した電流密度の関数としてＬＥＤ６００の計算した注入効率を図示する。図１３Ｄに示したように、ＬＥＤ６００は、１２５Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で約８７．８％の注入効率を示すことができ、約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも約８０％のキャリア注入効率を示すことができる。図１３Ｅは、印加した電流密度の関数としてＬＥＤ６００の計算した内部量子効率（ＩＱＥ）を図示する。図１３Ｅに示したように、ＬＥＤ６００は、１２５Ａ／ｃｍ２の印加した電流密度で約５８．６％の内部量子効率を示すことができる。図１３Ｅにやはり示したように、ＬＥＤ６００の内部量子効率は、約２０Ａ／ｃｍ２から２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ範囲内の印加した電流密度で約５５％と約６０％との間に留まることができる。このように、ＬＥＤ６００は、非常に小さな効率ドループを示し、そしてＬＥＤ５００（このＬＥＤ５００は本開示の実施形態に適合しない）によって示された効率ドループよりも著しく少ない効率ドループを示す。
【０１０１】
[00132]下記の表２は、図１２Ａ及び図１２ＢのＬＥＤ６００中の５つの量子井戸層１０８の各々についての計算した波動関数重なり及びピーク放射再結合割合を示す。
【表２】
2016513880.tif 000012
【０１０２】
[00133]図１３Ｃ及び上の表２から理解されるように、放射再結合は、ＬＥＤ５００中の井戸層５０８と比較してＬＥＤ６００中の井戸層１０８の全体にわたってより均一である。
【０１０３】
[00134]図１０Ａ及び図１０ＢのＬＥＤ５５０並びに図１２Ａ及び図１２ＢのＬＥＤ６００は、ＳＴＲ  Ｇｒｏｕｐ、  Ｉｎｃ．から市販されているＳｉＬＥＮＳｅソフトウェアを使用してモデル化された。ＳｉＬＥＮＳｅソフトウェアは、図１１Ａ〜図１１Ｅ及び図１３Ａ〜図１３Ｅのグラフを生成するため、並びに表１及び表２に明記したデータを求めるためにやはり使用された。
【０１０４】
[00135]本開示のいくつかの実施形態によれば、ＬＥＤは、約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも約４５％の、約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも約５０％の、又はそれどころか約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも約５５％の内部量子効率を示すことができる。さらに、ＬＥＤは、約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも実質的に一定のキャリア注入効率を示すことができる。いくつかの実施形態では、本開示のＬＥＤは、約２０Ａ／ｃｍ２から約２５０Ａ／ｃｍ２までに及ぶ電流密度の範囲にわたり少なくとも約８０％のキャリア注入効率を示すことができる。
【０１０５】
[00136]開示の実施形態の半導体構造及びＬＥＤなどの発光デバイスを製造するために利用されることが可能である方法の非限定的な例が、図６Ｄを参照して下記に簡単に説明され、そしてこのような方法によって製造された発光デバイスの例が、図７及び図８を参照して説明される。
【０１０６】
[00137]図６Ｄを参照すると、（本明細書において上で前に説明したように製造した）成長基板６５８、ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０及びＧａＮシード層６５６を含んでいる成長テンプレート１１３が、成膜室内に配置されることが可能であり、成長積層体６８２と一般に呼ばれるＩＩＩ族窒化物材料を含んでいる層が、成長テンプレート１１３のシード層６５６上にエピタキシャルで順次成長されることが可能である。シード層６５６が成長基板６５８の上方に連続的な膜として図示されているけれども、いくつかの実施形態では、すなわち、シード層が複数の「アイランド」シード層を含んでいる実施形態では、シード層は、成長基板６５８の上方に不連続な膜を含むことができることに留意すべきである。
【０１０７】
[00138]図６Ｄは、成長テンプレート１１３を含んでおり、成長テンプレート上に堆積された図１Ａ及び図１Ｂの半導体構造１００の様々な層を有している半導体構造６８０を図示する。特に、半導体構造１００の任意選択のＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２は、ＧａＮシード層６５６の上に直接エピタキシャルで堆積され、成長テンプレート１１２の上方に順次エピタキシャルで堆積された、ＩｎＧａＮスペーサ層１１８、ＩｎＧａＮ井戸層１１４、ＩｎＧａＮ障壁層１１６、ＩｎＧａＮキャップ層１２０、電子阻止層１０８、ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４をともなう。
【０１０８】
[00139]成長積層体６８２を構成している半導体構造６８０の様々な層は、例えば、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）プロセス及びシングル成膜室内のシステムを使用して、すなわち、堆積プロセス中に成長積層体をアンロードすること又はアンロードすることを必要とせずに堆積されることが可能である。成長テンプレートが成長基板、ＩＩＩ族窒化物核形成層６６０及びＧａＮシード層を含んでいる本開示の実施形態では、半導体６８０の全体が、単一の成長サイクルで、すなわち、堆積プロセス中にロードすること及びアンロードすることを必要とせずに、成長基板６５８の上方に形成されることが可能である。
【０１０９】
[00140]成膜室内の圧力は、約５０ｍＴｏｒｒと約５００ｍＴｏｒｒ（約６．６５Ｐａと約６６．５Ｐａ）との間に減圧されることが可能である。堆積プロセス中の反応室内の圧力は、成長積層体６８２の堆積中に加圧される及び／又は減圧されることが可能であり、堆積しようとする特定の層に対して調整されることが可能である。非限定的な例として、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２、スペーサ層１１８、１つ又は複数の井戸層１１４、１つ又は複数の障壁層１１６、キャップ層１２０、及び電子阻止層１０８の堆積中の反応室内の圧力は、約５０ｍＴｏｒｒと約５００ｍＴｏｒｒ（約６．６５Ｐａと約６６．５Ｐａ）との間の範囲にわたってもよく、いくつかの実施形態では約４４０ｍＴｏｒｒ（約５８．５Ｐａ）に等しくてもよい。ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４の堆積のための反応室内の圧力は、約５０ｍＴｏｒｒと約２５０ｍＴｏｒｒ（約６．６５Ｐａと約３３．３Ｐａ）との間の範囲にわたることがあり、いくつかの実施形態では約１００ｍＴｏｒｒ（約１３．３Ｐａ）に等しくてもよい。
【０１１０】
[00141]成長テンプレート１１３は、成膜室内で約６００℃と約１，０００℃との間の温度まで加熱されることが可能である。有機金属前駆物質ガス及び他の前駆物質ガス（並びに任意選択で、キャリアガス及び／又はパージガス）は、次いで成膜室を通り、そして成長テンプレート１１３のシード層６５６の上方を流されることが可能である。有機金属前駆物質ガスは、成長テンプレート１１３上に、ＩｎＧａＮ層などの、ＩＩ族窒化物層のエピタキシャル堆積をもたらすような方法で、反応する、分解する又は反応及び分解の両方をすることができる。
【０１１１】
[00142]非限定的な例として、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）がＩｎＧａＮのインジウム用の有機金属前駆物質として使用されてもよく、トリエチルガリウム（ＴＭＧ）がＩｎＧａＮのガリウム用の有機金属前駆物質として使用されてもよく、トリエチルアルミニウム（ＴＭＡ）がＡｌＧａＮ用の有機金属前駆物質として使用されてもよく、そしてアンモニアがＩＩＩ族窒化物層の窒素用の前駆物質として使用されてもよい。ＩＩＩ族窒化物をｎ型にドープすることが望まれるときには、ＳｉＨ４が、ＩｎＧａＮ中へとシリコンを導入するための前駆物質として使用されることが可能であり、そして、ＩＩＩ族をｐ型にドープすることが望まれるときには、Ｃｐ２Ｍｇ（ビス（シクロペンタジエニル）マグネシウム）が、ＩＩＩ族窒化物中へとマグネシウムを導入するための前駆物質として使用されることが可能である。ガリウム前駆物質（例えば、トリエチルガリウム）に対するインジウム前駆物質（例えば、トリメチルインジウム）の割合を調整することが有利であることがあり、これが堆積温度でのＩｎＧａＮ中のインジウムについての飽和点の近くである濃度でインジウムがＩｎＧａＮ中へと取り込まれることをもたらすであろう。ＩｎＧａＮ中へと取り込まれるインジウムの百分比は、ＩｎＧａＮが成長温度を制御することによってエピタキシャルで成長されるので、制御されることが可能である。比較的多くの量のインジウムが、比較的低い温度で取り込まれるであろう、また比較的少ない量のインジウムが、比較的高い温度で取り込まれるであろう。非限定的な例として、ＩｎＧａＮ井戸層１０８は、約６００℃から約９５０℃までに及ぶ範囲内の温度で堆積されてもよい。
【０１１２】
[00143]成長積層体６８２の様々な層の堆積温度は、堆積プロセス中に昇温される及び／又は降温されることが可能であり、そして堆積しようとする特定の層に対して調整されることが可能である。非限定的な例として、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２、ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４の堆積中の堆積温度は、約６００℃から約９５０℃の間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では約９００℃に等しくてもよい。ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２、ｐ型バルク層１１０、及びｐ型コンタクト層１０４の成長速度は、毎分約１ナノメートル（１ｎｍ／ｍｉｎ）と毎分約３０ナノメートル（３０ｎｍ／ｍｉｎ）との間の範囲にわたることができる。いくつかの実施形態では、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２、ｐ型バルク層１１０、及びｐ型コンタクト層１０４の成長速度は、毎分約６ナノメートル（６ｎｍ／ｍｉｎ）に等しくてもよい。
【０１１３】
[00144]追加の非限定的な例の実施形態では、スペーサ層１１８、１つ又は複数の井戸層１１４、１つ又は複数の障壁層１１６、キャップ層１２０、及び電子阻止層１０８の堆積中の堆積温度は、約６００℃と約９５０℃の間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では約７５０℃に等しくてもよい。スペーサ層１１８、１つ又は複数の井戸１１４／障壁層１１６、キャップ層１２０及び電子阻止層１０８の成長速度は、毎分約１ナノメートル（１ｎｍ／ｍｉｎ）から毎分約３０ナノメートル（３０ｎｍ／ｍｉｎ）までの間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では、スペーサ層１１８、１つ又は複数の井戸１１４／障壁層１１６、キャップ層１２０及び電子阻止層１０８の成長速度は、毎分約１ナノメートル（１ｎｍ／ｍｉｎ）に等しくてもよい。
【０１１４】
[00145]ＩｎＧａＮ層の堆積を含んでいる実施形態では、前駆物質ガスの流量比は、高品質のＩｎＧａＮ層を形成するために選択されることが可能である。例えば、半導体構造１００のＩｎＧａＮ層を形成するための方法は、低い欠陥密度、実質的に歪緩和がないこと、及び実質的に表面ピットがない状態の１つ又は複数のＩｎＧａＮの層を形成するためにガス比を選択することを含むことができる。
【０１１５】
[00146]非限定的な例では、トリエチルガリウム（ＴＭＧ）に対するトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量比（％）は、
【数９】
2016513880.tif 000013
として定義されることがあり、このような流量比は、堆積プロセス中に増加される及び／又は減少されてもよく、これゆえ、堆積しようとする特定のＩｎＧａＮ層に対して調整されてもよい。非限定的な例として、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２及びｐ型バルク層１１０の堆積中の流量比は、約５０％から約９５℃までの間の範囲であってもよく、そしていくつかの実施形態では約８５％に等しくてもよい。さらなる実施形態では、スペーサ層１１８、１つ又は複数の障壁層１１６、及びキャップ層１２０の堆積中の流量比は、約１％から約５０％までの間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では約２％に等しくてもよい。またさらなる実施形態では、１つ又は複数の量子井戸層１１４の堆積中の流量比は、約１％から約５０％までの間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では約３０％に等しくてもよい。
【０１１６】
[00147]成長テンプレート１１３は、任意選択で、堆積プロセス中に成膜室内で回転されることが可能である。非限定的な例として、成長テンプレート１１３は、毎分約５０回転（ＲＰＭ）と毎分約１５００回転（ＲＰＭ）との間の回転速度で堆積プロセス中に成膜室内で回転されてもよく、いくつかの実施形態では毎分約４５０回転（ＲＰＭ）に等しい回転速度で回転してもよい。堆積プロセス中の回転速度は、堆積中に増速される及び／又は減速されることが可能あり、したがって堆積しようとする特定の層に対して調整されることが可能である。非限定的な例として、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２、スペーサ層１１８、１つ又は複数の井戸層１１４、１つ又は複数の障壁層１１６、キャップ層１２０及び電子障壁層１０８の堆積中の成長テンプレートの回転速度は、毎分約５０回転（ＲＰＭ）と毎分約１５００回転（ＲＰＭ）との間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では毎分約４４０回転（ＲＯＭ）に等しい回転速度で回転してもよい。ｐ型バルク層１１０及びｐ型コンタクト層１０４の堆積中の成長テンプレート１１３の回転速度は、毎分約５０回転（ＲＰＭ）と毎分約１５００回転（ＲＰＭ）との間の範囲であってもよく、いくつかの実施形態では毎分約１０００回転（ＲＰＭ）に等しい回転速度で回転してもよい。
【０１１７】
[00148]ＩＩＩ族窒化物、及び特にＩｎＧａＮ層の堆積を含んでいる本開示の半導体構造の実施形態では、成長テンプレート１１３の上方にエピタキシャルで堆積した成長積層体６８２を構成している１つ又は複数のＩｎＧａＮ層の歪エネルギーは、このような半導体構造から製造された発光デバイスの効率に影響を及ぼすことがある。いくつかの実施形態では、成長積層体６８２内に発達した全歪エネルギーは、本開示の半導体構造の、内部量子効率（ＩＱＥ）によって規定されるような、効率に関係することがある。
【０１１８】
[00149]非常に詳しくは、ＩｎＧａＮのｎ番目の層内に蓄えられた歪エネルギーは、ＩｎＧａＮのｎ番目の層の平均全厚さＴｎ及びＩｎＧａＮのｎ番目の層中のインジウムの濃度％Ｉｎｎに比例する。加えて、成長積層体６８２を構成している複数のＩｎＧａＮ層に蓄えられている全歪エネルギーは、ＩｎＧａＮ層の各々の平均全厚さＴｎの合計及びＩｎＧａＮ層の各々の中のインジウムの濃度％Ｉｎｎに比例し、したがって、成長積層体７０２を含んでいるＩｎＧａＮ層内の全歪エネルギーは、次の関係式を使用して推定されることが可能である：
全歪エネルギー（ａ．ｕ．）∝Σ（％Ｉｎｎ×Ｔｎ）
ここで、ｎ番目の層の平均全厚さＴｎは、ナノメートル（ｎｍ）で表され、ｎ番目のＩｎＧａＮ層中のインジウムの濃度％Ｉｎｎは、原子百分率として表される。例えば、ＩｎＧａＮのｎ番目の層が１５０ナノメートル（１５０ｎｍ）の平均全厚さＴｎ及び２．０ａｔ％のインジウムの濃度％Ｉｎｎを有する場合には、ＩｎＧａＮのｎ番目の層内の歪エネルギーは、３００ａ．ｕ．（３００＝１５０（２））であってもよい。
【０１１９】
[00150]図９は、本開示の半導体構造についてのＩＱＥ（ａ．ｕ．）と全歪エネルギー（ａ．ｕ．）との間の関係を示しているグラフ９００を図示する。本開示の半導体構造のＩＱＥは、グラフ９００の線９０２によって図示するように、半導体構造の「臨界歪エネルギー」と呼ばれる全歪エネルギーの値のところで減少することがある。（線９０４によって表されたように）臨界歪エネルギーより下の半導体構造のＩＱＥは、（線９０６によって表されたように）臨界歪エネルギーより上の半導体構造のＩＱＥよりも実質的に大きいことがある。例えば、グラフ９００は、本開示のいくつかの半導体構造についての（四角の印によって示されたような）ＩＱＥ値を図示する。いくつかの実施形態では、臨界歪エネルギーより下のＩＱＥは、臨界歪エネルギーより上のＩＱＥよりも約５００％大きくてもよい。さらなる実施形態では、臨界歪エネルギーより下のＩＱＥは、臨界歪エネルギーより上のＩＱＥよりも約２５０％大きくてもよい。またさらなる実施形態では、臨界歪エネルギーより下のＩＱＥは、臨界歪エネルギーより上のＩＱＥよりも約１００％大きくてもよい。
【０１２０】
[00151]本開示の半導体構造に関して、各層の厚さ（ｎｍで）と各層のインジウム含有量（％で）との積の総和によって定義される臨界歪エネルギー９０２は、約１８００以下、約２８００以下、又はそれどころか約４５００以下の値を有することができる。
【０１２１】
[00152]本開示では、図６Ｄの成長積層体６８２を構成している複数のＩＩＩ族窒化物層は、成長積層体６８２が成長テンプレート１１３のＧａＮシード層６５６の結晶格子に一致するように実質的に十分に歪むような方法で堆積されることが可能である。成長積層体６８２が実質的に十分に歪んで、すなわち、実質的に歪緩和なしに成長されるこのような実施形態では、成長積層体は、ＧａＮシード層の格子定数を受け継ぐことができる。本開示のある種の実施形態では、ＧａＮシード層は、約３．１８６オングストローム以上の成長面格子定数を示すことがあり、そして成長積層体は、約３．１８６オングストローム以上の成長面格子定数を示すことがある。したがって、非限定的な例では、半導体構造１００、２００、３００、４００及び５００は、十分に歪んだ材料から構成されるような方法で形成されてもよく、そしてこのような成長面格子定数を有することができる。
【０１２２】
[00153]さらなる実施形態では、図６Ｄの成長積層体６８２を構成している複数のＩＩＩ族窒化物層は、成長積層体６８２が部分的に緩和される、すなわち、成長積層体６８２の格子定数が下にあるＧａＮシード層とは異なるような方法で堆積されてもよい。このような実施形態では、歪緩和率（Ｒ）は、
【数１０】
2016513880.tif 000014
として定義されることができ、ここで、ａは成長積層体６８２についての平均成長面格子定数であり、ａｓはＧａＮシードの平均成長面格子定数であり、ａｌは成長積層体についての平衡（又は自然状態）平均成長面格子定数である。例えば、いくつかの実施形態では、成長積層体６８２は、約０．５％よりも小さい歪緩和率（Ｒ）を示すことがあり、さらなる実施形態では、成長積層体６８２は、約１０％よりも小さい歪緩和率（Ｒ）を示すことがあり、そしてまたさらなる実施形態では、成長積層体６８２は、約５０％よりも小さい歪緩和率（Ｒ）を示すことがある。ＩＩＩ族窒化物材料を含んでいる半導体構造の様々な層をエピタキシャルで堆積した後で、さらなる処理が、ＬＥＤなどの発光デバイスへの半導体構造の製造を完成させるために適用されることが可能である。例えば、電極コンタクトは、本技術において知られたプロセスを使用してＩＩＩ族窒化物材料の層上に形成されてもよく、図７及び図８を参照して下に簡単に説明される。
【０１２３】
[00154]半導体構造１００から製造された、ＬＥＤなどの発光デバイス７００の例が、図７に図示される。下記の説明は、半導体構造１００から発光デバイスを製造するための実施形態を説明するけれども、このような製造プロセスは、半導体構造２００、３００、４００及び５００にもやはり適用されることが可能であることに留意すべきである。
【０１２４】
[00155]さらに詳しくは、半導体構造１００の一部分が除去されることが可能であり、これによってＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の一部分を露出させることができ、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層が省略されるいくつかの実施形態では、半導体構造１００の一部分が、ＧａＮシード層６５６を露出させるために除去されてもよい。半導体構造１００の選択部分の除去は、半導体構造１００のｐ型コンタクト層１０４の露出した表面に感光化学物質（図示せず）を付けることによって実現されることが可能である。パターンを形成した透明プレートを通して電磁放射光への露出及び引き続く現像で、感光層は、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の上方のＩＩＩ族窒化物層の選択除去を可能にするための「マスク層」として利用されることが可能である。ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の上方のＩＩＩ族窒化物層の選択部分の除去は、エッチングプロセス、例えば、ウェット化学エッチ及び／又はドライプラズマ系エッチ（例えば、反応性イオンエッチング、誘導結合プラズマエッチング）を含むことができる。
【０１２５】
[00156]第１の電極コンタクト７０２は、露出したＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の一部分の上方に形成されることが可能である。第１の電極コンタクト７０２は、チタン、アルミニウム、ニッケル、金、及びこれらの１つ又は複数の合金を含むことができる１つ又は複数の金属を含むことができる。第２の電極コンタクト７０４は、ｐ型コンタクト層１０４の一部分の上方に形成されることが可能であり、第２の電極コンタクト７０４は、ニッケル、金、白金、銀、及びこれらの１つ又は複数の合金を含むことができる１つ又は複数の金属層を含むことができる。第１の電極コンタクト７０２及び第２の電極コンタクト７０４の形成で、電流は、発光デバイス７００を通過することができ、例えば、可視光の形で電磁放射光を生成することができる。第１の電極コンタクト７０２と第２の電極コンタクト７０４との間の電流経路の少なくとも一部分が縦型経路を含むので、発光デバイス７００は本技術においては「縦型デバイス」と一般に呼ばれることに留意すべきである。
【０１２６】
[00157]半導体構造１００から製造された、ＬＥＤなどの発光デバイス８００のさらなる例が、図８に図示され、再び下記の説明が、半導体構造１００から発光デバイスを製造するための実施形態を説明するけれども、このような製造プロセスは、半導体構造２００、３００、４００及び５００にもやはり適用されることが可能であることに留意すべきである。
【０１２７】
[00158]さらに詳しくは、成長テンプレート１１３のすべて又は一部分が、半導体構造１００から除去されることが可能であり、いずれかのＧａＮシード６５６層の露出を可能にすることができる、又はいくつかの実施形態では、ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２の露出を可能にしてもよい。成長テンプレート１１３のすべて又は一部分の除去は、ウェットエッチング、ドライエッチング、化学機械研磨、グラインディング及びレーザリフトオフを含む１つ又は複数の除去方法を含むことができる。成長テンプレート１１３のすべて又は一部分の除去で、第１の電極コンタクト８０２が、本明細書において上に説明したようにＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層１１２に付けられることが可能である。引き続いて、第２の電極コンタクト８０４が、ｐ型コンタクト層１０４の一部分に付けられることが可能であり、これによって発光デバイス８００を形成することができる。第１の電極コンタクト８０２及び第２の電極コンタクト８０４の形成で、電流は、発光デバイス８００を通過することができ、例えば、可視光の形で電磁放射光を生成することができる。第１の電極層８０２と第２の電極層８０４との間の電流経路が実質的に垂直な経路を含むので、発光デバイス８００は、本技術においては「垂直デバイス」と一般に呼ばれることに留意すべきである。
【０１２８】
[00159]非限定的な例の発光デバイス７００及び８００の製造についての本明細書において上に説明した製造方法及びプロセスに加えて、例えば、光取り出しを向上させるための表面粗面化、熱放散を向上させるために金属キャリアへの貼り付け、ダイシング及び個片化、アイソレーション、相互接続、及び他の良く知られた製造方法の中でとりわけ「フリップ−チップボンディング」として本技術において知られているプロセスなどの、本技術において知られている追加の方法及びプロセスがやはり利用されることが可能であることに留意すべきである。
【０１２９】
[00160]本開示の実施形態によるＬＥＤなどの、発光デバイスは、１つ又は複数のＬＥＤを中に組み込んでいる任意のタイプの発光デバイスに製造され、使用されることが可能である。本開示のＬＥＤの実施形態は、比較的高い出力の下で動作し、且つ比較的高い光度を必要とするＬＥＤからの利益を得る用途における使用のために特に適していることがある。例えば、本開示のＬＥＤは、ビルの照明、街路照明、自動車照明、等のために使用されることが可能である、ＬＥＤランプ及びＬＥＤ系の電球での使用に特に適していることがある。
【０１３０】
[00161]本開示の追加の実施形態は、図７の発光デバイス７００及び図８の発光デバイス８００などの、本明細書において説明したような１つ又は複数のＬＥＤを含んでいる光を放出するための発光体デバイスを含む。非限定的な例として、発光体デバイスは、本明細書において説明したような１つ又は複数のＬＥＤを含んでいることを除いて、例えば、開示がこの引用によってその全体が本明細書に取り込まれている、バレッツ（Ｂａｒｅｔｚ）らによる２００３年７月２９日に発行された米国特許第６，６００，１７５号に記載されているようなものであってもよい。
【０１３１】
[00162]図１４は、図７及び図８を参照して説明したような、デバイス７００、８００などの発光デバイスを含んでいる本開示の発光体デバイス９００の例の実施形態を図示する。図１４に示したように、発光体デバイス９００は、容器９０２を含むことができ、その少なくとも一部分は、電磁放射光スペクトルの可視領域内の電磁放射光に対して少なくとも実質的に透明である。容器９０２は、例えば、非晶質若しくは結晶質セラミック材料（例えば、ガラス）又は高分子材料を含んでいてもよい。ＬＥＤ８００は、容器９０２内に配置され、容器９０２内の支持構造９０４（例えば、プリント回路基板又は他の基板）上に載置されることが可能である。発光体デバイス９００は、第１の電極コンタクト構造９０６及び第２の電極コンタクト構造９０８をさらに含んでいる。第１の電極コンタクト構造９０６は、第１の電極コンタクト８０２（図８）などの、ＬＥＤの電極コンタクトのうちの一方と電通することができ、第２の電極コンタクト構造９０８は、第２の電極コンタクト８０４（図８）などの、ＬＥＤの電極コンタクトのうちの他方と電通することができる。非限定的な例として、第１の電極コンタクト構造９０６は、支持構造９０４を介して第１の電極コンタクト８０４と電通することができ、そして、金属線９１０は、第２の電極コンタクト構造９０８を第２の電極コンタクト８０４と電気的に結合するために使用されてもよい。このように、電圧は、発光体デバイス９００の第１の電極コンタクト構造９０６と第２の電極コンタクト構造９０８との間に印加されることが可能であり、ＬＥＤの第１及び第２の電極コンタクト８０２、８０４間に電圧及び対応する電流を与えることができ、これによって、ＬＥＤに放射光を放出させることができる。
【０１３２】
[00163]発光体デバイス９００は、任意選択で、容器９０２内の１つ又は複数のＬＥＤ８００によって放出された電磁放射光の吸収によって刺激されたとき又は励起されたときに、電磁放射光（例えば、可視光）をそれ自体が放出する蛍光材料又はリン光材料をさらに含むことができる。例えば、容器９０２の内側表面９１２は、このような蛍光材料又はリン光材料を用いて少なくとも部分的にコーティングされてもよい。１つ又は複数のＬＥＤ８００は、１つ又は複数の特定の波長で電磁放射光を放出することができ、そして蛍光材料又はリン光材料は、異なる可視波長で放射光を放出するであろう異なる材料の混合物を含むことができ、その結果、発光体デバイス９００は、容器９０２から外に向かって白色光を放出する。様々なタイプの蛍光材料及びリン光材料が、本技術において知られており、本開示の発光体デバイスの実施形態において利用されることが可能である。例えば、いくつかのこのような材料は、前述の米国特許第６，６００，１７５号に開示されている。
【０１３３】
[00164]開示の実施形態の追加の非限定的な例が、下に記述される。
【０１３４】
[00165]実施形態１：ベース層と、ベース層の上方に配置された活性領域であって、活性領域がＩｎｗＧａ１−ｗＮを含んでいる少なくとも１つの井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、及びＩｎｂＧａ１−ｂＮを含んでいる少なくとも１つの障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を含んでいる複数のＩｎＧａＮの層を含んでいる、活性領域と、ベース層の反対の活性領域の側で活性領域の上方に配置された電子阻止層であって、電子阻止層がＩｎｅＧａ１−ｅＮ、但し、０．００≦ｅ≦０．０２、を含んでいる、電子阻止層と、電子阻止層の上方に配置されたｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、但し、０．００≦ｐ≦０．０８、と、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方に配置されたｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層、但し、０．００≦ｃ≦０．１０、とを備えている、半導体構造。
【０１３５】
[00166]実施形態２：ベース層が、成長テンプレートをさらに備えており、成長テンプレートが、成長基板と、成長基板上に配置されたＧａＮシード層であって、ＧａＮシード層の成長面が極性面を備える、ＧａＮシード層とを備えている、実施形態１の半導体構造。
【０１３６】
[00167]実施形態３：ベース層が、ｎ型ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層、但し、０．０１≦ｎ≦０．１０、をさらに備えている、実施形態１又は実施形態２の半導体構造。
【０１３７】
[00168]実施形態４：活性領域とベース層との間に配置されたＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層、但し、０．０１≦ｓｐ≦０．１０、をさらに備えている、実施形態１〜実施形態３のいずれか１つの半導体構造。
【０１３８】
[00169]実施形態５：活性領域と電子阻止層との間に配置されたＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層、但し、０．０１≦ｃｐ≦０．１０、をさらに備えている、実施形態１〜実施形態４のいずれか１つの半導体構造。
【０１３９】
[00170]実施形態６：ＧａＮシード層が、約１．０μｍと約５μｍとの間の平均厚さを有している、実施形態２の半導体構造。
【０１４０】
[00171]実施形態７：成長テンプレートが、成長基板とＧａＮシード層との間に配置されたＩＩＩ族窒化物核形成層をさらに備えている、実施形態２又は実施形態６の半導体構造。
【０１４１】
[00172]実施形態８：活性領域が、約４０ｎｍと約７５０ｎｍとの間の平均厚さを有している、実施形態１〜実施形態７のいずれか１つの半導体構造。
【０１４２】
[00173]実施形態９：電子阻止層が、少なくとも実質的にＧａＮから構成されている、実施形態１〜実施形態８のいずれか１つの半導体構造。
【０１４３】
[00174]実施形態１０：ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層が、約５０ｎｍと約６００ｎｍとの間の平均厚さを有している、実施形態１〜実施形態９のいずれか１つの半導体構造。
【０１４４】
[00175]実施形態１１：ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層が、約１７５ｎｍの平均厚さを有している、実施形態１０の半導体構造。
【０１４５】
[00176]実施形態１２：ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層が、少なくとも実質的にＧａＮから構成されている、実施形態１〜実施形態１１のいずれか１つの半導体構造。
【０１４６】
[00177]実施形態１３：半導体構造の臨界歪エネルギーが、約１８００以下である、実施形態１〜実施形態１２のいずれか１つの半導体構造。
【０１４７】
[00178]実施形態１４：ベース層、活性領域、電子阻止層、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、及びｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層が、１０％よりも小さい歪緩和率を示している成長積層体を画定している、実施形態１〜実施形態１３のいずれか１つの半導体構造。
【０１４８】
[00179]実施形態１５：ベース層の少なくとも一部分の上方の第１の電極コンタクトと、ｐ型コンタクト層の少なくとも一部分の上方の第２の電極コンタクトとをさらに備えている、実施形態１〜実施形態１４のいずれか１つの半導体構造。
【０１４９】
[00180]実施形態１６：ベース層と、ベース層の上方に配置された活性領域であり、活性領域が複数のＩｎＧａＮの層を備えており、複数のＩｎＧａＮの層が、少なくとも１つの井戸層、及び少なくとも１つの井戸層の上に直接配置された少なくとも１つの障壁層を含んでいる、活性領域と、活性領域の上方に配置された電子阻止層と、電子阻止層の上方に配置されたｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層と、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方に配置されたｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層とを備えている、発光デバイスであって、発光デバイスの臨界歪エネルギーが、約１８００以下である、発光デバイス。
【０１５０】
[00181]実施形態１７：ベース層が、成長テンプレートをさらに備えており、成長テンプレートが、成長基板と、成長基板上に配置されたＧａＮシード層であって、ＧａＮシード層の成長面が極性面を備える、ＧａＮシード層とを備えている、実施形態１６の発光デバイス。
【０１５１】
[00182]実施形態１８：少なくとも１つの井戸層が、ＩｎｗＧａ１−ｗＮ、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、を含んでいる、実施形態１６又は実施形態１７の発光デバイス。
【０１５２】
[00183]実施形態１９：少なくとも１つの障壁層が、ＩｎｂＧａ１−ｂＮ、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を含んでいる、実施形態１６〜実施形態１８のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５３】
[00184]実施形態２０：電子阻止層が、少なくとも実質的にＧａＮから構成されている、実施形態１６〜実施形態１８のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５４】
[00185]実施形態２１：ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層では０．００≦ｐ≦０．０８である、実施形態１６〜実施形態２０のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５５】
[00186]実施形態２２：ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層では０．００≦ｃ≦０．１０である、実施形態１６〜実施形態２１のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５６】
[00187]実施形態２３：ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層が、少なくとも実質的にＧａＮから構成されている、実施形態１６〜実施形態２２のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５７】
[00188]実施形態２４：ベース層の少なくとも一部分の上方の第１の電極コンタクトと、ｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層の少なくとも一部分の上方の第２の電極コンタクトとをさらに備えている、実施形態１６〜実施形態２３のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５８】
[00189]実施形態２５：活性領域、電子阻止層、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、及びｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層が、１％よりも小さい歪緩和率を示している成長積層体をともに画定している、実施形態１６〜実施形態２４のいずれか１つの発光デバイス。
【０１５９】
[00190]実施形態２６：半導体構造を形成する方法であって、ベース層を用意するステップと、複数のＩｎＧａＮの層を成長させて、ベース層の上方に活性領域を形成するステップであり、複数のＩｎＧａＮの層を成長させるステップが、少なくとも１つのＩｎｗＧａ１−ｗＮ井戸層、但し、０．１０≦ｗ≦０．４０、を成長させるサブステップと、少なくとも１つのＩｎｂＧａ１−ｂＮ障壁層、但し、０．０１≦ｂ≦０．１０、を成長させるサブステップとを含む、複数のＩｎＧａＮの層を成長させるステップと、ベース層の反対の活性領域の側で活性領域の上方に電子阻止層を成長させるステップと、電子阻止層の上方にｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、但し、０．００≦ｐ≦０．０８、を成長させるステップと、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層の上方にｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層、但し、０．００≦ｃ≦０．１０、を成長させるステップとを含む、方法。
【０１６０】
[00191]実施形態２７：ベース層を用意するステップが、成長テンプレートを形成するサブステップをさらに含み、成長テンプレートを形成するサブステップが、成長基板を用意することと、成長基板の上方にＧａＮシード層を成長させることであって、ＧａＮシード層の成長面が、極性面である、ＧａＮシード層を成長させることとを含む、実施形態２６の方法。
【０１６１】
[00192]実施形態２８：ベース層を用意するステップが、ｎ型ＩｎｎＧａ１−ｎＮベース層、但し、０．０１≦ｎ≦０．１０、を成長させるサブステップをさらに含む、実施形態２６又は実施形態２７の方法。
【０１６２】
[00193]実施形態２９：活性領域とベース層との間に配置されたＩｎｓｐＧａ１−ｓｐＮスペーサ層、但し、０．０１≦ｓｐ≦０．１０、を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態２８のいずれか１つの方法。
【０１６３】
[00194]実施形態３０：活性領域と電子阻止層との間に配置されたＩｎｃｐＧａ１−ｃｐＮキャップ層、但し、０．０１≦ｃｐ≦０．１０、を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態２９のいずれか１つの方法。
【０１６４】
[00195]実施形態３１：約１．０μｍから約７μｍまでに及ぶ範囲内の平均層厚さまでＧａＮシード層を成長させるステップをさらに含む、実施形態２７の方法。
【０１６５】
[00196]実施形態３２：成長テンプレートを成長させるステップが、成長基板とＧａＮシード層との間に配置されたＩＩＩ族窒化物核形成層を堆積するサブステップをさらに含む、実施形態２７又は実施形態３１の方法。
【０１６６】
[00197]実施形態３３：約４０ｎｍと約７５０ｎｍとの間の平均厚さを有するように活性領域を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３２のいずれか１つの方法。
【０１６７】
[00198]実施形態３４：少なくとも実質的にＧａＮから構成されるように電子阻止層を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３３のいずれか１つの方法。
【０１６８】
[00199]実施形態３５：約５０ｎｍと約６００ｎｍとの間の平均層厚さを有するようにｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３４のいずれか１つの方法。
【０１６９】
[00200]実施形態３６：少なくとも実質的にＧａＮから構成されるようにｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３５のいずれか１つの方法。
【０１７０】
[00201]実施形態３７：１％よりも小さい歪緩和率を示している成長積層体を画定するように、ベース層、活性領域、電子阻止層、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、及びｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層を形成するステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３６のいずれか１つの方法。
【０１７１】
[00202]実施形態３８：約１８００以下の臨界歪エネルギーを有するように成長積層体を形成するステップをさらに含む、実施形態３７の方法。
【０１７２】
[00203]実施形態３９：約５０ｍＴｏｒｒと約５００ｍＴｏｒｒ（約６．６５Ｐａと約６６．５Ｐａ）との間の１つ又は複数の圧力でシングル化学気相堆積システムにおいて、活性領域、電子阻止層、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層、及びｐ型ＩｎｃＧａ１−ｃＮコンタクト層の各々を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３８のいずれか１つの方法。
【０１７３】
[00204]実施形態４０：反応室を介してトリメチルインジウム（ＴＭＩ）及びトリエチルガリウム（ＴＭＧ）を流しながら、反応室内でｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層を成長させるステップであって、トリエチルガリウム（ＴＭＧ）の流量に対するトリメチルインジウム（ＴＭＩ）の流量の流量比（％）が、約５０％と約９５％との間である、ｐ型ＩｎｐＧａ１−ｐＮバルク層を成長させるステップをさらに含む、実施形態２６〜実施形態３９のいずれか１つの方法。
【０１７４】
[00205]上に説明した開示の例の実施形態は、これらの実施形態が、別記の特許請求の範囲の範囲及びその法律上の等価物によって規定される発明の単に例の実施形態であるので、本発明の範囲を限定しない。いずれかの等価な実施形態は、この発明の範囲内であるものとする。実際に、本明細書において示し説明したものに加えて、説明した要素の交互の有用な組合せなどの、開示の様々な修正形態は、本説明から当業者には明らかになるであろう。このような修正形態及び実施形態もやはり、別記の特許請求の範囲の範囲内になるものとする。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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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６Ｃ】
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【図６Ｄ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１３Ｄ】
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【図１３Ｅ】
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【図１４】
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【国際調査報告】
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