(57)【要約】  電子装置または光電子装置に用いられるヘテロ構造が提供される。そのヘテロ構造は、一つ以上の複合半導体層を含む。その複合半導体層は、そのうちの少なくとも一つを、柱状構造から成る群（例えば、ナノワイヤ）によって形成することができる、様々な形態から成る副層を含むことができる。複合半導体層内の別の副層は、多孔質、連続的または部分的に連続的にすることができる。副層は、複数の柱状構造を備える第１の副層と、第１の副層に近接する第２の副層とを含んでもよく、第２の副層は少なくとも部分的に連続していてもよい。
2016535436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の副層を含む複合半導体層を備えるヘテロ構造であって、前記複数の副層は、
複数の柱状構造を備える第１の副層と、
前記第１の副層に近接する第２の副層と、
を含み、前記第２の副層は少なくとも部分的に連続している、ヘテロ構造。
【請求項２】
前記複合半導体層は、窒化アルミニウムで形成される、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項３】
前記複数の柱状構造は、５〜５００ｎｍの特有の直径と、２〜１００ｎｍの特有の間隔と、５０ｎｍ〜５ミクロンの特有の長さとを有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項４】
前記第２の副層は部分的に連続しており、前記複合半導体層は、前記第２の副層に近接する第３の副層をさらに備え、第３の副層は本質的に連続的である、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項５】
前記第３の副層は、複数の交互の伸張性および圧縮性層を含む超格子である、請求項４に記載のヘテロ構造。
【請求項６】
基板をさらに備え、前記複合半導体層は前記基板に近接している、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項７】
前記複合半導体層の上面は、前記複合半導体層がその上に配置される前記基板の上面よりも少なくとも５パーセント小さい湾曲率を有する、請求項６に記載のヘテロ構造。
【請求項８】
前記複数の柱状構造の特有の高さ対直径の比は、少なくとも１である、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項９】
前記複合半導体層は、
複数の柱状構造を備える第３の副層と、
前記第３の副層に近接する第４の副層と、
をさらに含み、前記第４の副層は少なくとも部分的に連続している、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項１０】
前記第３の副層の前記複数の柱状構造は、前記第１の副層の前記複数の柱状構造の対応する少なくとも一つの特有の寸法と少なくとも１パーセント異なる少なくとも一つの特有の寸法を有する、請求項９に記載のヘテロ構造。
【請求項１１】
前記複数の柱状構造の各々は、様々な組成または様々なドーピングのうちの少なくとも一方を有する、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項１２】
前記複合半導体層はテンプレート層をさらに含み、前記テンプレート層は前記複数の柱状構造の位置を決める、請求項１に記載のヘテロ構造。
【請求項１３】
前記テンプレート層は複数の開口部を含み、前記複数の柱状構造は前記複数の開口部内に配置される、請求項１２に記載のヘテロ構造。
【請求項１４】
サファイア基板と、
前記サファイア基板に近接するバッファ層と、
を備える光電子装置であって、前記バッファ層は、窒化アルミニウムで形成され、および複数の副層を含み、前記複数の副層は、
複数の柱状構造を備える第１の副層と、
前記第１の副層に近接する第２の副層と、
を含み、前記第２の副層は、少なくとも部分的に連続している、光電子装置。
【請求項１５】
前記複数の柱状構造は、５〜５００ｎｍの特有の直径と、２〜１００ｎｍの特有の間隔と、５０ｎｍ〜５ミクロンの特有の長さとを有する、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記バッファ層に近接するＩＩＩ族窒化物ｎ型層をさらに備える、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記第２の副層は部分的に連続しており、前記複合半導体層は前記第２の副層に近接する第３の副層をさらに備え、第３の副層は本質的に連続的である、請求項１４に記載の装置。
【請求項１８】
複数の副層を含む複合半導体層を成長させることを含む方法であって、前記複数の副層は、
複数の柱状構造を備える第１の副層と、
前記第１の副層に近接する第２の副層と、
を含み、前記第２の副層は、少なくとも部分的に連続している方法。
【請求項１９】
前記成長させることは、
特有のターゲット直径と特有のターゲット間隔とを有するＡｌＮ核生成島を、前記成長面でＡｌ種拡散を促進する成長条件のセットを用いてエピタキシャル成長させるステップと、
前記複数の柱状構造を前記核生成島の上にエピタキシャル成長させるステップと、
を含む複数の成長ステップを用いて、前記第１の副層を成長させることを含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＡｌＮ核生成島をエピタキシャル成長させることは、前記特有のターゲット直径に基づいて、Ｖ／ＩＩＩ比または成長温度のうちの少なくとも一方を選択することを含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、電子装置および／または光電子装置に用いられるヘテロ構造に関し、より具体的には、複合半導体層を含むヘテロ構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）またはＡＩＮナノ構造等の一次元ＩＩＩ族窒化物ナノ構造は、エレクトロニクスから生物医学的用途にわたる多岐の用途に対するその優れた物理特性により近年研究されている。特に、例えば、ＡｌＮナノワイヤは、その優れた電界放出特性、電気輸送特性ならびに機械および圧電特性により注目されている。ＡｌＮナノワイヤは、そのバルク材料対応物と比較した場合、実質的に異なる特性を有しており、新規の技術的用途に対する可能性を呈している。ＩＩＩ族窒化物の中で、ＡｌＮは、ＩＩＩ族窒化物の中での６．２ｅＶというその大きなエネルギバンドギャップ（すなわち、ＩＩＩ族窒化物の中で最も高いバンドギャップ）と、低い電子親和力とにより、ナノエレクトロニクスにおける潜在的な用途に対する候補になる見込みがある。ＡｌＮのその他の好ましい特性としては、高い熱的および化学的安定性、高い熱伝導性、高い溶融温度ならびに低膨張率および良好な機械的強度が挙げられる。
【０００３】
近年、ナノウィスカ、ナノワイヤ、ナノチューブ、ナノニードル、ナノコーン、ナノファイバ他多数の様々なＡｌＮベースの一次元（１Ｄ）ナノ構造が、良好に合成されている。テンプレート制限法、直流（ＤＣ）アーク放電法、触媒支援型気相液相固相（ＶＬＳ）成長法および触媒のいらない気相固相（ＶＳ）成長法を含む、ＡｌＮナノワイヤを合成するのに用いられる多くの異なる製造方法がある。
【０００４】
テンプレート制限法は、テンプレート成長法によるＡｌＮナノワイヤの形成を実現する。一般に、テンプレート制限合成法は、シンプルかつ、均一で制御可能な形状を備えたＡｌＮナノワイヤのバルク製造に対して便利な方法を提供する。カーボンナノチューブおよび陽極多孔質酸化アルミニウム等の材料は、ＡｌＮナノワイヤの形成をナノメートルスケール内に制限するのに用いられている。例えば、制御された直径を有するＡｌＮナノワイヤは良好に合成されている。それらのサンプルは、ＮＨ3の流動内でのカーボンナノチューブ、ＡｌおよびＡｌ2Ｏ3の反応によって製造される。このアプローチでは、２００メッシュにＡｌ粉末と、同じスケールのＡｌ2Ｏ3粉末が１：１の重量比で混合される。それらは、カーボンナノチューブとともに、ＡｌＮナノワイヤを生成するための原材料として働いた。また、陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）も、ＡｌＮナノワイヤの成長のためのテンプレート材料として研究されている。六方晶系ＡｌＮナノワイヤアレイは、ＡＡＯテンプレートを用いて、陽極多孔質アルミナテンプレートの制限下で１１００℃の温度での、金属Ａｌ気相とＮＨ3／Ｎ2雰囲気の直接反応によって製造されている。その合成メカニズムは、テンプレートチャネルに沿った成長が後に続く、空間限定核生成として理解されていた。
【０００５】
ＤＣアーク放電法は、１Ｄ半導体ナノ構造を合成するのに用いられる一般的な方法である。この方法の最も顕著な利点の一つは、高い成長温度と、利用される温度勾配とにより、高い結晶品質を備えたナノ構造の形成を可能にするということである。近年、ＤＣアークプラズマ法による１Ｄ  ＡｌＮナノワイヤの良好な合成が報告されている。まず、Ｎ2−Ａｒ大気中で、アークプラズマ放電によって、アルミニウムが溶融される。その後、高い非平衡条件下で、溶融されたＡｌとＮ2が反応して、結晶性の立方晶ＡｌＮ（ｃ−ＡｌＮ）ナノワイヤとナノ粒子を生成する。アーク電流が増加するにつれて、ｃ−ＡｌＮとｈ−ＡｌＮ相の同時沈殿が得られた。
【０００６】
触媒支援型ＶＬＳ成長法は、典型的には、ナノワイヤの形成のための金属を要する。ナノワイヤの成長は液体と固体の境界によって特徴付けられ、ナノワイヤの合成は、そこで液滴によって達成される。ＶＬＳメカニズムに基づくナノワイヤの成長シーケンスは、３つの段階、すなわち、（１）液体形成触媒の形成、（２）合金液滴の核生成および成長、および（３）過飽和による液滴からのナノワイヤの成長に分けることができる。その液滴は、典型的には、成長中のナノワイヤの端部に配置されて、後のナノワイヤの形成のためのアルミニウムおよび窒素の組み込みのための領域として機能する。
【０００７】
最後に、触媒不要のＶＳ成長法は、触媒の存在を伴わない成長を前提とする。この方法は、典型的には、他の成長アプローチよりも複雑ではない。一般に、ＶＳメカニズムでは、半導体ナノワイヤの異方性成長は、様々な結晶ファセットの成長速度の違い等のいくつかの要因によって促進される。ＶＳ成長プロセスは、アルミニウムおよび窒素の気相前駆体としての利用を伴う。それらの前駆体は、基板上に液化される。気相中での蒸気の過飽和により、基板上の成長種の核生成が起きる。最終的には、実験条件の適切な制御によって、所望の半導体ナノワイヤを良好に得ることができる。シンプルな物理的気相成長法を用いることにより、高秩序ＡｌＮナノワイヤを、サファイア基板上にうまく作ることができる。結果として生じる良好に配向されたナノワイヤは、その直径および長さにおいて一様な分布を有していた。ナノワイヤの直径は、ナノワイヤの先端に向かって狭くなるように現れた。成長のプロセスは、ＮＨ3と反応してＡｌＮをサファイア基板上に形成するアルミニウム気相を生成するステップの後に行った。所望のＡｌＮナノワイヤ構造を制御する技術は、規則的なＶＳメカニズムにより困難である。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の態様は、一つ以上の複合半導体層を含む、電子装置または光電子装置に用いられるヘテロ構造を提供する。その複合半導体層は、そのうちの少なくとも一つを柱状構造から成る群（例えば、ナノワイヤ）によって形成することができる、様々な形態から成る副層を含むことができる。複合半導体層内の別の副層は、多孔質、連続的または部分的に連続的にすることができる。
【０００９】
本発明の第１の態様は複数の副層を含む複合半導体層を備えるヘテロ構造を提供し、複数の副層は、複数の柱状構造を備える第１の副層と、第１の副層に近接する第２の副層とを含み、第２の副層は少なくとも部分的に連続している。
【００１０】
本発明の第２の態様は、サファイア基板と、そのサファイア基板に近接するバッファ層とを備える光電子装置を提供し、そのバッファ層は、窒化アルミニウムで形成され、および複数の副層を含み、複数の副層は、複数の柱状構造を備える第１の副層と、第１の副層に近接する第２の副層とを含み、第２の副層は少なくとも部分的に連続している。
【００１１】
本発明の第３の態様は、複数の副層を含む複合半導体層を成長させることを含む方法を提供し、複数の副層は複数の柱状構造を備える第１の副層と、第１の副層に近接する第２の副層とを含み、第２の副層は少なくとも部分的に連続している。
【００１２】
本発明の例示的な態様は、本願明細書に記載されている問題のうちの一つ以上および／または議論されていない一つ以上の他の問題を解決するように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
本開示のこれらおよびその他の特徴は、本発明の様々な態様を示す添付図面と合わせて本発明の様々な態様に関する以下の詳細な説明から容易に理解されるであろう。
【００１４】
【図１】実施形態による例示的な光電子装置の概略構造を示す図である。
【図２Ａ】実施形態による柱状構造の例示的な群の平面図および側面図を示す図である。
【図２Ｂ】実施形態による柱状構造の例示的な群の平面図および側面図を示す図である。
【図３】実施形態による例示的なヘテロ構造の概略図を示す図である。
【図４Ａ】名目的なヘテロ構造と、本願明細書に記載されているヘテロ構造の実施形態を比較する図である。
【図４Ｂ】名目的なヘテロ構造と、本願明細書に記載されているヘテロ構造の実施形態を比較する図である。
【図５】実施形態による例示的な柱状構造を示す図である。
【図６Ａ】実施形態による例示的な柱状構造を示す図である。
【図６Ｂ】実施形態による例示的な柱状構造を示す図である。
【図７】実施形態による例示的な複合半導体層を示す図である。
【図８Ａ】実施形態による例示的なヘテロ構造を示す図である。
【図８Ｂ】実施形態による例示的なヘテロ構造を示す図である。
【図９】別の実施形態による、複合半導体層を含む例示的なヘテロ構造を示す図である。
【図１０Ａ】実施形態による例示的な柱状構造を示す図である。
【図１０Ｂ】実施形態による例示的な柱状構造を示す図である。
【図１１】実施形態による、複数の開口部を含むテンプレート層上で成長した例示的な柱状構造の群を示す図である。
【図１２】実施形態による、複数の島を含むテンプレート層上で成長した例示的な柱状構造の群を示す図である。
【図１３】実施形態による例示的な柱状構造の群の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す図である。
【図１４】実施形態による回路を製造するための例示的なフロー図を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図は縮尺通りではない可能性があることに留意されたい。図面は、本発明の典型的な態様のみを示すように意図されており、そのため、本発明の範囲を限定するものとみなすべきではない。図において、同様のナンバリングは、図面間で類似の要素を表している。
【００１６】
上述したように、本発明の態様は、一つ以上の複合半導体層を含む電子装置または光電子装置に用いられるヘテロ構造を提供する。複合半導体層は、そのうちの少なくとも一つを、柱状構造から成る群（例えば、ナノワイヤ）によって形成することができる様々な形態から成る副層を含むことができる。その複合半導体層内の別の副層は、多孔質、連続的または部分的に連続的にすることができる。複合半導体層は、ヘテロ構造内の応力を低減し、後に成長したエピタキシャル層内の貫通転位を低減し、光抽出を改善する等のように構成することができ、それによって、対応する装置の機械的特性、電気的特性および／または発光特性を向上させることができる。
【００１７】
「セット」という用語は、本願明細書で用いる場合、特記されていない限り、一つ以上（すなわち、少なくとも一つ）を意味し、「何らかの解決策」というフレーズは、何らかの既知のまたは後に開発された解決策を意味する。また、本願明細書における「層」は、その層の境界への通常の入射において放射されるターゲット波長を有する少なくとも１０パーセントの放射がそこを通過することを可能にする層である場合は、透明層であり、その層の境界への通常の入射において放射されるターゲット波長を有する少なくとも１０パーセントの放射を反射する層である場合は、反射層である。実施形態において、その放射のターゲット波長は、光電子装置の動作中にその装置の活性領域によって放射または感知された放射の波長（例えば、ピーク波長±５ナノメートル）に一致する。所定の層の場合、その波長は、検討する材料中で測定することができ、およびその材料の反射率に依存する可能性がある。さらに、本願明細書において、電気的接触部は、その電気的接触部が、関連する範囲の電流／電圧にわたって、ほぼ線形の電流電圧挙動を呈し、所望の精度（例えば、±１パーセント）で関連する範囲の電流／電圧内で接触領域を介して電流電圧関係を概算するための線形依存性を用いることができる場合に、「オーミック」であるとみなされる。特に指定されていない限り、各値は概算であり、また、本願明細書に含まれている値の各範囲は、その範囲を定義する端値を含むことを理解されたい。
【００１８】
本発明の態様は、従来または高輝度発光ダイオード、発光レーザ、レーザダイオード、光／フォトセンサ、光検知器、フォトダイオード、アバランシェダイオード等の光電子装置に組み込むことができるヘテロ構造を提供する。図面に戻って、図１は、実施形態による例示的な光電子装置１０の概略構造を示している。より具体的な実施形態において、光電子装置１０は、発光ダイオード（ＬＥＤ）またはレーザダイオード（ＬＤ）等の発光装置として動作するように構成されている。いずれの場合にも、光電子装置１０の動作中のバンドギャップに相当するバイアスの印加は、光電子装置１０の活性領域１８からの電磁放射の放出をもたらす。光電子装置１０によって放出された（または感知された）電磁放射は、可視光、紫外線放射、深紫外線放射、赤外光等を含む波長の任意の範囲内にピーク波長を有する可能性がある。実施形態において、光電子装置１０は、紫外線範囲の波長内に主波長を有する放射を放出（または感知）するように構成されている。より具体的な実施形態において、主波長は、約２１０〜約３６０ナノメートルの波長の範囲内である。
【００１９】
光電子装置１０は、基板１２を含むヘテロ構造１１と、基板１２に隣接するバッファ層１４と、バッファ層１４に隣接するｎ型層１６（例えば、クラッド層、電子供給層、コンタクト層等）と、ｎ型層１６に隣接するｎ型面を有する活性領域１８とを含む。さらに、光電子装置１０のヘテロ構造１１は、活性領域１８のｐ型面に隣接する第１のｐ型層２０（例えば、電子遮断層、クラッド層、ホール供給層等）と、第１のｐ型層２０に隣接する第２のｐ型層２２（例えば、クラッド層、ホール供給層、コンタクト層等）とを含む。
【００２０】
より具体的な例示的実施形態において、光電子装置１０は、ＩＩＩ〜Ｖ族材料ベースの装置であり、その装置内に、様々な層のうちのいくつかまたはすべてが、ＩＩＩ〜Ｖ族材料系から選択された元素で形成される。さらに具体的な例示的実施形態において、光電子装置１０の様々な層は、ＩＩＩ族窒化物ベースの材料で形成される。ＩＩＩ族窒化物材料は、ＢｗＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ、ただし、０≦Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、およびＷ＋Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１であるように、一つ以上のＩＩＩ族元素（例えば、ホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ））と、窒素（Ｎ）を含む。例示的なＩＩＩ族窒化物材料は、任意のモル分率のＩＩＩ族元素を有するＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＢＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＢＮ、ＡｌＧａＩｎＮ、ＡｌＧａＢＮ、ＡｌＩｎＢＮ、およびＡｌＧａＩｎＢＮ等の二元合金、三元合金および四元合金を含む。
【００２１】
ＩＩＩ族窒化物ベースの光電子装置１０の例示的な実施形態は、ＩｎyＡｌxＧａ1-x-yＮ，ＧａzＩｎyＡｌxＢ1-x-y-zＮ，ＡｌxＧａ1-xＮ半導体合金等で構成された活性領域１８（例えば、一連の交互の量子井戸およびバリア）を含む。同様に、ｎ型層１６、第１のｐ型層２０、および第２のｐ型層２２は、ＩｎyＡｌxＧａ1-x-yＮ合金、ＧａzＩｎyＡｌxＢ1-x-y-zＮ合金等で構成することができる。ｘ，ｙおよびｚで与えられるモル分率は、様々な層１６，１８，２０および２２の間で変化する可能性がある。光電子装置１０が、例えば図１に示すようなフリップチップ構成で作動するように構成されている場合、基板１２およびバッファ層１４は、ターゲット電磁放射に対して透明でなければならない。この点に関して、基板１２の実施形態はサファイアで形成され、バッファ層１４は、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ超格子等で構成することができる。しかし基板１２は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）、シリコン（Ｓｉ）、バルクＧａＮ、バルクＡｌＮ、ＡｌＧａＮのバルクまたは薄膜、ＢＮのバルクまたは薄膜、ＡｌＯＮ、ＬｉＧａＯ2、ＬｉＡｌＯ2、窒化アルミニウム酸化物（ＡｌＯxＮy）、ＭｇＡｌ2Ｏ4、ＧａＡｓ、Ｇｅまたは他の適当な材料を含む何らかの適当な材料で形成することができることを理解されたい。さらに基板１２の表面は、何らかの解決策を用いて、実質的に平坦にまたはパターン化することができる。
【００２２】
光電子装置１０は第２のｐ型層２２に対するオーミックコンタクトを形成することができるｐ型コンタクト２４をさらに含むことができ、ｐ型電極２６をｐ型コンタクト２４に取り付けることができる。同様に、光電子装置１０はｎ型層１６に対するオーミックコンタクトを形成することができるｎ型コンタクト２８を含むことができ、ｎ型電極３０をｎ型コンタクト２８に取り付けることができる。ｐ型コンタクト２４とｎ型コンタクト２８はそれぞれ、対応する層２２，１６に対するオーミックコンタクトを形成することができる。
【００２３】
実施形態において、ｐ型コンタクト２４およびｎ型コンタクト２８はそれぞれ、いくつかの導電性および反射性の金属層を備えているが、ｎ型電極３０およびｐ型電極２６はそれぞれ高導電性金属を含む。実施形態において、第２のｐ型層２２および／またはｐ型電極２６は、活性領域１８によって生成された電磁放射に対して透明にすることができる。例えば、第２のｐ型層２２および／またはｐ型電極２６は、短周期超格子構造、例えば少なくとも部分的に透明なマグネシウム（Ｍｇ）ドープドＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ短周期超格子構造（ＳＰＳＬ）を備えることができる。さらに、ｐ型電極２６および／またはｎ型電極３０は、活性領域１８によって生成された電磁放射を反射することができる。別の実施形態において、ｎ型層１６および／またはｎ型電極３０は、短周期超格子、例えば活性領域１８によって生成された電磁放射に対して透明であるＡｌＧａＮ  ＳＰＳＬで形成することができる。
【００２４】
光電子装置１０に関してさらに図示されているように、光電子装置１０は、フリップチップ構成において、電極２６，３０を介してサブマウント３６に取り付けることができる。この場合、基板１２は、光電子装置１０の上部に配置される。この点に関して、ｐ型電極２６およびｎ型電極３０はともに、それぞれ、コンタクトパッド３２，３４を介してサブマウント３６に取り付けることができる。サブマウント３６は、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）等で形成することができる。
【００２５】
実施形態において、光電子装置１０のヘテロ構造における一つ以上の半導体層は、低応力、半導体層の格子整合したエピタキシャル成長等を促進するように構成することができる複合半導体材料で形成することができる。より具体的な実施形態において、バッファ層１４は、そのような複合半導体材料で形成されている。バッファ層１４は、サファイア等の適当な基板１２上で成長させることができ、および光電子装置１０のためのヘテロ構造における追加的な半導体層の後のエピタキシャル成長のための基板をその上に提供することができる。とにかく、複合半導体材料は、各々が明確に異なる形態を有している少なくとも２つの半導体副層を含むことができる。このような一つ以上の複合層を含むことにより、電子装置が作動する効率を向上させることができる。
【００２６】
例示的な実施形態において、複合半導体層の副層のうちの一つは、空気を含む可能性があるギャップによって互いに離間されている三次元柱状構造（例えば、ナノワイヤ）を含む。例えば、図２Ａおよび図２Ｂはそれぞれ、実施形態による柱状構造４６Ａ，４６Ｂの例示的な群の平面図および側面図を示す。本願明細書で議論されているように、柱状構造４６Ａ，４６Ｂは、何らかの解決策を用いて、下方の層、例えば基板１２上で成長させることができる。いかなる場合でも、隣接する層（例えば、基板１２）上に形成された柱状構造４６Ａ，４６Ｂは、特有の間隔４１Ａ（例えば、ギャップ幅）、特有の直径４１Ｂおよび特有の長さ４１Ｃを有することができる。特有の寸法４１Ａ〜４１Ｃは、柱状構造４６Ａ，４６Ｂの単一のペアの場合に対して図示されているが、柱状構造４６Ａ，４６Ｂの所定の群の場合の各特有の寸法４１Ａ〜４１Ｃは、柱状構造４６Ａ，４６Ｂのすべてのすべてまたはいくつかの統計的に関連のある部分（例えば、十分なサンプルサイズを有するランダムサンプル）を考慮して計算されることを理解されたい。例えば、各特有の寸法４１Ａ〜４１Ｃは、柱状構造４６Ａ，４６Ｂの平均寸法に一致する可能性がある。柱状構造４６Ａ，４６Ｂは、六角形の横断面を有するように図示されているが、これは例示的なものにすぎず、柱状構造４６Ａ，４６Ｂは、様々な断面のうちのいずれかを有することができることを理解されたい。
【００２７】
図示されているように、柱状構造の実施形態は、特有の長さ４１Ｃ対特有の直径４１Ｂの（例えば、より具体的な実施形態において、５または１０以上の）高い比を呈する可能性がある。より具体的な実施形態において、柱状構造４６Ａ，４６Ｂの場合の特有の間隔４１Ａは２〜１００ナノメートルの範囲にあり、柱状構造４６Ａ，４６Ｂの場合の特有の間隔４１Ｂは１０〜５００ナノメートルの範囲にあり、特有の長さ４１Ｃは、５０ナノメートル〜５ミクロンの範囲にある。
【００２８】
本願明細書に記載されている複合半導体層はさらに、柱状構造４６Ａ，４６Ｂ上でエピタキシャル成長した一つ以上の副層を含むことができる。この点に関して、図３は、実施形態による例示的なヘテロ構造１１の概略図を示す。この場合、そのヘテロ構造は、複合バッファ層１４がその上に形成されている基板１２を含む。バッファ層１４は、本願明細書に記載されているように構成することができる複数の柱状構造を備える第１の副層４０を含む。さらに、バッファ層１４は、（例えば、少なくとも２００ｎｍの高さまで）第１の副層４０上で成長させることができる第２の副層４２を含み、および少なくとも部分的に連続的にすることができる（例えば、第２の副層は、横方向領域の少なくとも５０パーセントを充填する）。この点に関して、第２の副層４２は、第１の副層４０の柱状構造のうちの少なくともいくつかを物理的に接続することができる。しかし、第２の副層４２は、様々なキャビティ４８をその中に含むことができる。実施形態において、キャビティ４８は、連続的にするかまたは隔離することができ、および１〜５００ｎｍの特有の幅、１０ｎｍ〜５μｍの特有の高さ、および少なくとも０．１パーセントのキャビティ含有層内の体積密度を有することができる。キャビティ４８は、対応する第２の副層４２内での応力低減をもたらすことができる。
【００２９】
複合バッファ層１４は、第２の副層４２上でエピタキシャル成長した超格子とすることができる第３の副層４４も含むことができる。第３の副層４４は、最大で１０パーセントの空洞を含む本質的に連続的な半導体層とすることができる（すなわち、横方向領域の少なくとも９０パーセントは、本質的に連続的な第３の副層４４で覆われている）。複合バッファ層１４は、ｎ型層１６、活性構造１８等の、ヘテロ構造１１から成る様々な追加的な層をその上にエピタキシャル成長させることができる表面を備えるように構成することができる。この点に関して、第１の副層４０は、従来の成長アプローチを用いた場合よりも、複合バッファ層１４の上部における貫通転位の数を減らすように構成することができる。
【００３０】
さらにより具体的な実施形態において、バッファ層１４および後の半導体層１６，１８は、ＩＩＩ族窒化物材料で形成される。この点に関して、バッファ層１４の各副層４０，４２，４４は、任意の種類のＩＩＩ族窒化物半導体合金ＢｗＡｌｘＧａｙＩｎｚＮで形成することができ、ただし、０≦Ｗ，Ｘ，Ｙ，Ｚ≦１、およびＷ＋Ｘ＋Ｙ＋Ｚ＝１である。各副層４０，４２，４４の組成は同じにすることができ、または他の副層４０，４２，４４のうちの一つまたは両方と異ならせることができる。例示的な実施形態において、第１の副層４０は、紫外線波長範囲における放射に対して低吸収の材料であるＡｌＮで形成された柱状構造を含む。
【００３１】
実施形態は、ウェーハの反りによる湾曲が低減された装置のためのヘテロ構造１１を提供する。例えば図４Ａと図４Ｂは、名目的なヘテロ構造２と、本願明細書に記載されているヘテロ構造１１の実施形態を比較している。図４Ａに図示されているように、ヘテロ構造２内では、基板４の湾曲は、概して、その上に成長されたバッファ層６の上面に向かって進行しており、ｎ型層８の上面がバッファ層６の上に成長されている。例えば、深紫外線発光ダイオード（ＤＵＶ  ＬＥＤ）に用いられるヘテロ構造２の製造は、サファイア基板４上でのＡｌＮバッファ層６のエピタキシャル成長を含むことができる。ｎ型層８等の後の基板はバッファ層６上に成長させることができ、およびかなりの割合のガリウム（例えば、ＡｌＧａＮ層）を含むことができる。現在のＤＵＶ  ＬＥＤの場合、それらの層は、毎時約数ミクロンの成長速度で、約１２００℃の温度で成長される。サファイア上での典型的なＡｌＮの貫通転位密度は、特別な方法を用いない場合、１０10ｃｍ-2程度にすることができる。この密度は、有効な装置を製造するのに必要な密度よりも約２桁大きい。
【００３２】
貫通転位密度を低減する一つの方法は、バッファ層６の三次元成長を含む。このアプローチでは、ＡｌＮ核生成島の合体によって、初期の核生成層は粗面を含む。高速の成長速度のパルス状フローモード（ｐｕｌｓｅｄ−ｆｌｏｗ  ｍｏｄｅ）を導入することにより、表面形態を著しく改善することができる。一つの典型的なアプローチは、６００〜１１００℃の温度で、場合により、８００〜９００℃の好適な温度範囲で、１００００程度の平均Ｖ／ＩＩＩ比で、約１０〜１００ＴｏｒｒでのＡｌＮ核生成層の成長を含む。さらに、核生成島の合体を促進するのに用いられるマイグレーション強化エピタキシによって、約１００Ｔｏｒｒおよび約１２００℃で、約２０００のＶ／ＩＩＩ比で、パルス状フロー成長によってＮＨ3が添加される。高速の成長速度の最後のステップは、より滑らかな二次元連続半導体膜を生じさせるため二次元と呼ばれる成長方法に関する。ＮＨ3のパルスは、数秒間続けられる。二次元成長が後に続く核生成層の三次元成長のプロセスは、貫通転位の存在を最小限にするために、数回繰り返すことができる。このような成長プロセスは、本願明細書では名目的なバッファ層と呼ぶ半導体ＡｌＮバッファ層６を生じさせる。名目的なバッファ層は、一桁または一桁半程度低減された転位密度をもたらす。
【００３３】
対照的に本願明細書に記載されているバッファ層１４の実施形態は、貫通転位密度の低減と相まって、応力低減をもたらすことができる。例えば、図４Ｂに図示されているように、柱状構造を含む第１の副層４０の形成は、第１の副層４０がその上に成長される基板１２の湾曲よりも著しく湾曲が小さい（例えば、少なくとも５パーセント小さい）第２の副層４２の上面を生じさせることができる。ヘテロ構造１１の第２の副層４２に存在する下方の反りは、例えば、ヘテロ構造２に存在する応力よりも著しく小さい応力をもたらすことができる。実施形態において、ヘテロ構造１１に存在する応力は、基板ウェーハの反りの測定から立証されているように、ヘテロ構造２に存在する応力よりも、少なくとも５パーセント（より具体的な実施形態においては、１０パーセント）小さい。同様に、上部のＩＩＩ族窒化物半導体層４２の格子定数は、Ｘ線回折測定から明らかなように、同じ組成の緩衝層の格子定数とより厳密に一致している。実施形態において、ヘテロ構造１１に存在する格子不整合は、ヘテロ構造２に存在する格子不整合よりも少なくとも５パーセント（より具体的な実施形態においては、１０パーセント）少ない。同様に、ヘテロ構造１１は、ヘテロ構造２の特性と比較して、少なくとも５パーセント（より具体的な実施形態においては、１０パーセント）低減される一つ以上の追加的な特性を有することができる。そのような特性は、例えば、有効な二軸弾性係数、有効なヤング係数等を含むことができる。
【００３４】
第１の副層４０の三次元柱状構造は、何らかの解決策を用いて形成することができる。実施形態において、それらの柱状構造は、まずＩＩＩ族窒化物半導体島が形成されて、その後島の上での柱状のロッド状構造のエピタキシャル成長が続くプロセスを用いて、下にある層（例えば、基板１２）の上に成長される。成長プロセスに対するさらなる変更は、第２の副層４２の形成を生じさせ、その層は少なくとも部分的に連続しており、および第１の副層４０内の柱状構造のうちの少なくともいくつかを接続することができる。
【００３５】
実施形態において、第１の副層４０の三次元柱状構造のアスペクト比は、三次元柱状構造のアラインメントを著しく犠牲にすることなく、貫通転位の数を低減するように構成することができる。図５は、実施形態による例示的な柱状構造４６Ａ〜４６Ｅを示す。まず、上述した成長プロセスを用いて、各柱状構造４６Ａ〜４６Ｅに対応する島を、基板１２の表面に形成することができる。柱状構造４６Ａ〜４６Ｅに相当する島の形成は、基板１２の表面近くで結果として生じる柱状構造４６Ａ〜４６Ｅ間の間隔４１Ａ1〜4において、比較的小さな変動（例えば、±１００％以下）をもたらすように構成することができる（例えば、４１Ａ1≒４１Ａ2≒４１Ａ3≒４１Ａ4）。
【００３６】
格子不整合基板１２の表面での柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長中に、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅは、基板１２の表面に対して垂直ではない傾斜角度Ａを有することができる。この点に関して、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅのうちの少なくともいくつかは、基板１２の表面の法線に対して、および互いに対して傾斜させることができる。この場合、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長は、長さ４１Ｃ2まで続くため、間隔４１Ａ1〜4の変動が増加し、および２つ以上の柱状構造、例えば、柱状構造４６Ｃ，４６Ｄが合体する可能性がある。このような大きな変動は、少なくとも部分的に連続する第２の副層４２の後の成長に対して弊害をもたらす可能性がある。
【００３７】
実施形態において、（例えば、傾斜による）柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの合体は、例えば、そのような自然の合体の前に柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長を中断することにより、結晶粒界の領域における著しい数の転位の形成を防ぐように回避することができる。しかし、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの実施形態は、高い比率の特有の長さ４１Ｃ対特有の直径４１Ｂを有する可能性がある。この点に関して、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長は、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの傾斜角度Ａに基づいて最適化することができる。所定の柱状構造の場合の傾斜角度Ａは、その構造の成長中に変化する可能性があることを理解されたい。例えば、柱状構造４６Ｅに関して図示されているように、その構造は一つ以上の湾曲部４３を含んでいる可能性がある。この場合、柱状構造４６Ｅの有効な傾斜角度Ａは、何らかの解決策を用いて、例えば柱状構造４６Ｅの平均傾斜度として計算することができる。
【００３８】
柱状構造４６Ｃ，４６Ｄについて考察すると、それら２つの柱状構造４６Ｃ，４６Ｄ間の距離４１Ａ3は、下記の式を用いて、高さＨの関数として計算することができる。
【００３９】
【数１】
2016535436.tif 000003
【００４０】
ただし、ｄCDは、基板１２の表面に配置された柱状構造４６Ｃ，４６Ｄのための島の間の距離であり、ＡC，ＡDは、それぞれ柱状構造４６Ｃ，４６Ｄの場合の（その表面に対する法線から測定した）傾斜角度である。一般に、傾斜角度ＡC，ＡDは、ほぼ同じ角度θになるように想定することができる。特有の島間隔距離ｄを用いて、第１の副層４０内の２つの柱状構造間の距離（図４Ｂ）は、合流する柱の場合、次式として計算することができる。
【００４１】
【数２】
2016535436.tif 000004
【００４２】
また、分岐する柱の場合には、次式として計算することができる。
【００４３】
【数３】
2016535436.tif 000005
【００４４】
この点に関して、所定の高さＨにおける第１の副層４０内の様々な柱状構造４６Ａ〜４６Ｅ間の間隔距離の変動は４Ｈ／ｔａｎ（９０−θ）程度にすることができ、それは、２つの柱状構造４６Ａ〜４６Ｅ間の最大間隔距離に相当する。
【００４５】
実施形態において、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長は全長４１Ｃ（図２Ｂ）で成長を停止する必要がある最適化パラメータを用い、そのパラメータで、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅ間の間隔距離の変動は、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅに対する元の特有の間隔値の１０パーセントを超えない（例えば、４Ｈ／ｔａｎ（９０−θ）＜０．１ｄ）。間隔距離の平均変動はより小さいことを理解されたい。その結果、間隔距離の最大変動の制限は、より大きな制限および控え目な基準に対応する。より具体的な実施形態において、間隔距離の最大変動は、元の特有の間隔値の５パーセント以下である。
【００４６】
柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの全長４１Ｃは、所定の傾斜角度θおよび島間隔ｄによって制限される。例えば、１０度の有効な傾斜角度、および柱状構造４６Ａ〜４６Ｅ間の間隔距離が元の間隔値の１０パーセントを超えないという前提条件の場合、副層４０内の柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの全長４１Ｃは、０．１×ｔａｎ（８０°）／４に制限され、それは島間の間隔距離ｄの１４パーセントである。一度の傾斜角度の場合、全長４１Ｃは、その間隔距離よりもかなり大きく、１４３％程度にすることができる。実施形態において、島は、１０〜５００ナノメートルの特有のサイズと、２〜１００ナノメートルの特有の間隔４１Ａ（図２Ａ、図２Ｂ）とを有することができる。間隔距離が１００ｎｍの場合、これは、１度の傾斜の場合には、全長４１Ｃが１４３ｎｍに、１０度の傾斜の場合には、全長４１Ｃが１４ｎｍに変わる。一般に、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの傾斜は、成長条件に依存するが、典型的には、数度（例えば、最大５度）未満である。
【００４７】
実施形態において、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの成長は、成長が最少の全長４１Ｃに対して継続する必要がある最適化パラメータを用いる。この点に関して、最少全長４１Ｃは、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの特有の直径４１Ｂ（図２Ａ）と、転位を低減するための必須条件とを用いて計算することができる。例えば、ＡｌＮ／サファイア格子不整合に付随する典型的な応力下での転位湾曲は、数度である可能性がある。θ度という例示的な平均転位湾曲を考慮すると、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの高さ対直径の比は、ｔａｎ（９０−θ）にほぼ（および控え目に）等しくなければならない。より多くの具体的な実施例を用いて、五度の転位湾曲に対しては、高さ対直径の比を約１２にすべきである。２０ｎｍの特有の直径４１Ｂを有する柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの場合、柱状構造４６Ａ〜４６Ｅの全長４１Ｃは、少なくとも数百ナノメートルにすべきである。
【００４８】
図６Ａおよび図６Ｂは、実施形態による例示的な柱状構造４６を示す。図６Ａに示す柱状構造４６は、図６Ｂに示す柱状構造４６よりも小さい高さ対直径の比を有している。いずれの場合にも、柱状構造４６は、柱状構造４６の対向端部に存在する転位の数と比較して、少なくとも部分的に連続する第２の副層４２に存在している（黒線で示す）転位の数の著しい低減をもたらす。図６Ａに示す柱状構造４６によって図示されているように、柱状構造４６の高さ対直径の比は、第２の副層４２中に、いくつかの転位が依然として存在するように選択してもよい。別法として、図６Ｂに示す柱状構造４６によって図示されているように、柱状構造４６は、実質的にすべての転位を第２の副層４２の前に反転させる高さ対直径の比を有することができる。実施形態において、柱状構造４６は、貫通転位密度を少なくとも１０という係数だけ低減するように構成される。
【００４９】
実施形態において、複合半導体層から成る一つ以上の追加的な副層は、貫通転位の湾曲を容易にするように構成される。例えば、図７は、実施形態による例示的な複合半導体層１４（例えば、バッファ層）を示す。図示されているように、第１の副層４０は柱状構造４６を含むことができ、それにより、下方の層１２（例えば、基板）から複合半導体層１４を貫通して伝わる貫通転位（黒線）の数が著しく低減される。複合半導体層１４の少なくとも部分的に連続している第２の副層４２に存在するいくつかの貫通転位もまた、十分に湾曲して、第２の副層４２に存在する縁部で終端することになる。さらに、第３の副層４４は、第２の副層４２を貫通して続く転位を湾曲させるように構成することができる。例えば、第３の副層４４は、十分な応力を誘発して、転位湾曲を誘発するように構成された複数の交互の伸張性および圧縮性の層を含む超格子を備えることができる。例示的な実施形態において、その超格子は、１００ｎｍ以下の厚さの層とともに、０．１＜ｘ＜０．８となるように、ＡｌxＧａ1-xＮ層と交互のＡｌＮ層を含む。別の例示的な実施形態において、超格子は、伸張性層が少なくとも０．１％の圧縮性層に対して格子不整合を有し、各層が５〜５０００ｎｍの厚さを有し、および０．３≦ｕ≦１、０．１≦ｔ≦１であるように、エピタキシャル成長されたＡｌuＧａ1-uＮから成る伸縮性層およびＡｌtＧａ1-tＮから成る圧縮性層を含む。
【００５０】
複合半導体層の例示的な態様を、主に、基板１２上で成長したバッファ層１４に関して示しておよび説明してきたが、本願明細書に記載されているヘテロ構造は、一つ以上の複合半導体層のうちの任意の数を含むことができ、そのうちの一つは、そのヘテロ構造の任意の部分に配置されたバッファ層１４であってもよく、バッファ層１４でなくてもよいことを理解されたい。この点に関して、図８Ａおよび図８Ｂはそれぞれ例示的なヘテロ構造５０，６０を示し、各々が、実施形態による柱状構造で形成された多数の副層を含んでいる。図８Ａにおいて、ヘテロ構造５０は、第１の複合半導体層５４Ａがその上に成長される第１の層５２を含む。第２の複合半導体層５４Ｂは、第１の複合半導体層５４Ａの上に成長させることができる。図示されているように、各複合半導体層５４Ａ，５４Ｂは、例えば、本願明細書に記載されているような柱状構造で形成された副層、少なくとも部分的に連続している副層および／または本質的に連続的な副層を含むことができる。
【００５１】
ヘテロ構造５０が多数の複合半導体層５４Ａ，５４Ｂを含む場合、各複合半導体層５４Ａ，５４Ｂの場合の柱状構造の副層は、同じまたは異なる特有の寸法（例えば、直径、長さ、間隔等）を有することができる。例示的な実施形態において、第１の半導体層５４Ａは、大きな特有の直径と高い特有の長さ対直径の比を有する柱状構造から成る副層を含むことができるが、後の各複合半導体層５４Ｂは、小さい特有の直径とより小さな特有の長さ対直径の比を有する柱状構造から成る副層を含むことができる。例えば、複合半導体層５４Ｂにおける柱状構造の特有の直径は、複合半導体層５４Ａにおける柱状構造の特有の直径よりも小さい５０パーセント程度にしてもよい。複合半導体層５４Ａ，５４Ｂ間の特有の長さ対直径の比の変化は、±８０％程度にすることができる。複合半導体層５４Ａ，５４Ｂのこのような構成は、ヘテロ構造５０における転位および応力の低減を向上させることができる。
【００５２】
本願明細書に記載されている複合半導体層は、柱状構造で形成された多数の副層を含むことができる。例えば、図８Ｂは、複合半導体層６４（例えば、ＡｌＮナノワイヤ層）がその上に形成されている第１の層６２を含む例示的なヘテロ構造６０を示す。複合半導体層６４は、少なくとも部分的に連続している副層６８Ａ，６８Ｂと交互になっている柱状構造で形成された多数の副層６６Ａ〜６６Ｃを含む超格子を備えることができる。図示されているように、各副層６６Ａ〜６６Ｃの柱状構造は、隣接する副層６６Ａ〜６６Ｃの対応する特有の寸法と少なくとも１パーセント異なる一つ以上の特有の寸法（例えば、直径、長さ、間隔等）を有することができる。例えば、この場合、中間副層６６Ｂは、他の副層６６Ａ，６６Ｃの柱状構造と比較して、比較的小さい特有の直径と比較的小さい特有の間隔とを備えた柱状構造を有して図示されている。
【００５３】
本願明細書に記載されている複合半導体層を含むことは、結果として生じる装置の一つ以上の特徴をさらに向上させる一つ以上の特徴を有する一つ以上の層を含むことと組合せることができる。例えば、図９は、別の実施形態による複合半導体層７４を含む例示的なヘテロ構造７０を示す。例えば、複合半導体層７４は、実質的に均一な組成を有することができる第１の層７２上に形成することができる。第２の半導体層７６は複合半導体層７４上に形成することができ、および応力等を低減するように構成することができる段階的な組成を有することができる。例えば、段階的な半導体層７６は、ＡｌＧａＮ合金等の段階的なＩＩＩ族窒化物組成を備えることができ、この場合、（例えば、複合半導体層７４に隣接する）第１の面はＡｌxＧａ1-xＮであり、第２の面は、ＡｌyＧａ1-yＮを備え、ただし、ｘ−ｙ＞０．０５、層７６の厚さは少なくとも５０ｎｍ、０＜ｘ，ｙ＜１である。実施形態において、複合半導体層７４は、ＡｌＮで形成されている。その段階は、何らかの解決策、例えば、連続グレーディング、ステップグレーディング等を用いて実施することができる。層７６は段階的になっていると説明されているが、複合半導体層７４の副層を段階的にすることができることを理解されたい。この点に関して、このような副層のグレーディングは、層７６に関して説明したグレーディングと同様にすることができる。
【００５４】
実施形態において、複合半導体層の柱状構造のうちの一つ以上は、様々な組成を含む。この点に関して、図１０Ａおよび図１０Ｂは、それぞれ、実施形態による例示的な柱状構造４６Ａ，４６Ｂを示す。例えば、柱状構造４６Ａは、柱状構造４６Ａの直径に応じて変化する組成を有している。例示的な実施形態において、柱状構造４６Ａは、ＡｌＮまたはＡｌxＧａ1-xＮ合金から成る組成を有する内部コア４７Ａとその次のＡｌyＧａ1-yＮから成る組成を有する層４７Ｂ（ただし、ｘおよびｙは、少なくとも１パーセント異なる）と、さらにその後のＡｌzＧａ1-zＮから成る組成を有する別の層４７Ｃ（ただし、ｙおよびｚは、少なくとも１パーセント異なる）とを有することができる。別の実施形態において、柱状構造４６Ａは、柱状構造４６Ａの直径に応じた段階的組成を有することができる。柱状構造４６Ａは、３つの層４７Ａ〜４７Ｃを含んで図示されているが、様々な組成を有する柱状構造は、任意の数の２つ以上の層を含むことができることを理解されたい。
【００５５】
柱状構造の実施形態は、例えば、ｐｎ接合を実現するための様々なドーピングを含むことができ、この場合、ｐｎ接合は、その柱状構造の径方向に形成される。例えば、実施形態において、内部コア領域４７Ａはｐ型またはｎ型ドーピングを有することができるが、外側層４７Ｃはドープされていない。別法として、内側コア領域４７Ａは、ｐ型またはｎ型ドーピングの一方を有することができるが、外側層４７Ｃは、ｐ型またはｎ型ドーピングの他方を有する。いずれの場合にも、層４７Ｂは、内部コア４７Ａおよび外側層４７Ｃのドーピング間の移行をもたらすように選択されるドーピングを有することができる。
【００５６】
図１０Ｂは、複合接合構造を形成するように、組成および／またはドーピングを、径方向および長さ方向の両方で変化させることができる柱状構造４６Ｂを示す。この場合、層４７Ａ〜４７Ｃは、それらの層４７Ａ〜４７Ｃのいずれかの間の２つの界面４９Ａ，４９Ｂで変化する組成および／またはドーピングレベルを有することができる。さらに、その組成および／またはドーピングは、層４７Ｄ〜４７Ｆと層４７Ａ〜４７Ｃの場合で異ならせることができ、および層４７Ａ〜４７Ｃと層４７Ｄ〜４７Ｆのそれぞれの群の間の界面４９Cで急にまたは連続的に変化させることができる。その変化が連続的である場合、層４７Ａ〜４７Ｃは、表面法線方向において段階的にすることができる。層４７Ａ〜４７Ｃと同様に、層４７Ｄ〜４７Ｆは、それらの層のいずれかの間の対応する界面４９Ｄ，４９Ｅで変化する組成および／またはドーピングレベルを有することができる。実施形態において、柱状構造４６Ｂの横方向における組成および／またはドーピングを変えるために、二次元成長法を用いることができる（例えば、高温、低Ｖ／ＩＩＩ比）。例えば、この期間中、成長温度は１１００〜１４００℃まで上昇させることができ、および／またはＶ／ＩＩＩ比は５００〜２０００にすることができる。垂直方向における組成および／またはドーピングを変えるために、三次元成長法を用いることができる（例えば、より低い温度およびより高いＶ／ＩＩＩ比）。例えば、この期間中、成長温度は、１００００程度の平均Ｖ／ＩＩＩ比で、６００〜１１００℃（例えば、より具体的な実施形態においては、８００〜９００℃）にすることができる。
【００５７】
実施形態において、テンプレート層は、柱状構造の三次元成長を促進するのに用いられる。この点に関して、図１１は、実施形態による、テンプレート層８０上で成長した柱状構造４６から成る例示的な群を示す。図示されているように、テンプレート層８０は多数の開口部８２を含み、各柱状構造４６の成長は開口部８２を起点とし、および開口部８２によって案内することができる。テンプレート層８０の利用は、柱状構造４６の特有の直径および／または特有の間隔の制御をもたらすことができる。実施形態において、テンプレート層８０は、陽極酸化アルミニウム（ＡＡＯ）から成る層である。このようなＡＡＯ層は、何らかの解決策を用いて、例えば、実質的にアルミニウムから成る薄層を堆積して、アルミニウム層に対して陽極処理を実行することによって（例えば、アルミニウム層を酸化させることにより）製造することができ、それによって、開口部（孔）８２の形成を引き起こすことができる。
【００５８】
別法として、そのテンプレート層は、柱状構造の成長を容易にするように構成された複数の島を備えることもできる。この点に関して、図１２は、実施形態による、複数の島８６を含むテンプレート層８４上で成長した柱状構造４６から成る例示的な群を示す。島８６は、その上での柱状構造４６の成長を容易にするように構成することができる。島８６は、例えば、アルミニウム、チタン、金属窒化物の島（例えば、ＡｌＮ，ＡｌＧａＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＴｉＮ，ＳｃＮ，ＢＮ等）、誘電体島（例えば、炭素、ＳｉＯ2，ＺｒＯ2，Ａｌ2Ｏ3等）、陽極酸化アルミニウム等を含む何らかの適当な金属性の材料、半導電性の材料、または誘電性の材料で形成することができる。
【００５９】
テンプレート層は、一つ以上のマスキングおよび／または成長促進副層のいずれかの組合せを含むことができることを理解されたい。例えば、テンプレート層は、柱状構造４６の三次元成長を促進する開口部内に配置された微小島（例えば、放射のターゲット波長よりも小さな特有のサイズ）と組合された大きな開口部（例えば、放射のターゲット波長よりも大きな特有のサイズ）を備えた誘電体マスクを含むことができる。別法として、柱状構造４６から成る多数の層／副層を含む複合層および／またはヘテロ構造は、対応する柱状構造４６の成長を促進するために、同じまたは異なるテンプレート層を用いることができることを理解されたい。
【００６０】
さらに、柱状構造４６の成長は、テンプレート層を用いることなく実行することができる。例えば、実施形態において、ＡｌＮ柱状構造の成長は、６００〜１５００℃（例えば、より具体的な実施形態においては１１００〜１４００℃）の高温下で、５０以上（例えば、より具体的な実施形態においては１０００以上、およびさらにより具体的な実施形態においては５０００以上）のＶ／ＩＩＩ比で、および７６０Ｔｏｒｒ以下（例えば、より具体的な実施形態においては１００Ｔｏｒｒ以下、およびさらにより具体的な実施形態においては５０Ｔｏｒｒ以下）の成長圧力で、ＡｌＮ核生成島を成長させることを含む。核生成島の成長中には、ＮＨ3およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の両方がパルス状に供給されるマイグレーションエンハンスド有機金属エピタキシ法を用いることができる。島の特有のサイズは、Ｖ／ＩＩＩ比および温度を制御することによって制御することができる。例えば、島の特有のサイズを小さくするために、Ｖ／ＩＩＩ比を増加させることができ、および／または成長温度を低下させることができる。成長条件のセット（例えば、高い成長温度）は、成長面での大きなＡｌ種拡散を促進するために選択することができる。実施形態において、島の成長は、それらの島が、２〜５００ｎｍ（例えば、数十ナノメートル）の特有のターゲット直径と、２０〜１０００ｎｍ（例えば、数十ナノメートル）の島の境界間の特有の間隔距離とを有するまで続行する。それでも、その成長は、著しい数の島が合体する前に停止される。
【００６１】
柱状構造は、何らかの解決策を用いて、核生成島の上に成長させることができる。例えば、その成長温度は、（例えば、実施形態において１２００〜１５００℃の範囲内で、およびより具体的な実施形態においては１３００〜１４００℃の範囲で）約１００℃低下させることができ、また、Ｖ／ＩＩＩ比は、５０以上（例えば、実施形態において１０００以上、およびより具体的な実施形態においては約１０００まで）増加させることができる。柱状構造の成長中には、ＮＨ3およびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）の両方がパルス状に供給されるマイグレーションエンハンスド有機金属エピタキシ法を用いることができる。適切な成長速度（例えば、毎時数ミクロン）の場合、柱状構造が形成される。柱状構造の特有のパラメータは、選択された成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比、成長速度等に依存することを理解されたい。この成長様式の利点は、安定した成長条件の利用である。実施形態においては、柱状構造の成長の終了時に少量のＧａ前駆体を添加して、ＡｌＧａＮ三次元層を形成することができる。
【００６２】
柱状構造の合体を促進するために、成長プロセスは二次元成長期間を含むことができる。例えば、この期間中に、成長温度を１３００〜１４００℃まで上昇させることができ、Ｖ／ＩＩＩ比を５００〜２０００にすることができ、および成長速度を毎時約数ミクロンにすることができる。
【００６３】
図１３は、実施形態による例示的な柱状構造の群の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像を示す。その柱状構造は、本願明細書に記載されているテンプレート層を用いない成長プロセスを用いて成長された。その画像に示されているように、その柱状構造は、約３４０ｎｍの特有の長さ（高さ）と、約４５ｎｍの特有の幅とを有し、それによって、約７．５という特有の高さ対直径の比がもたらされている。特有の間隔は、約１０〜２０ｎｍである。柱状構造の高さはある程度の変動を有し、３００〜４００ｎｍの範囲を有している。
【００６４】
エピタキシャル成長による半導体層および／または基板内を起点とする応力を緩和すること、および半導体ヘテロ構造内での貫通転位を低減することに加えて、柱状構造を含む複合半導体層を、光電子装置からの放射抽出を改善するように構成することができる。例えば、その柱状構造は、放出された放射の波長と同等の特有の直径を有することができる。この場合、その柱状構造は、光散乱をもたらして、対応する光電子装置内での全内部屈折を低減することができる。放出された放射の波長以下の特有の直径を有する柱状構造を含むことは、複合材料の平均屈折率の有効な制御を実行することができる。具体的には、複合材料の屈折率は、一つの近接層（例えば、図１に示すｎ型層１６）の屈折率よりも低く、および他の近接層（例えば、図１に示す基板１２）の屈折率よりも高くなるように調節することができる。さらに、成長モードを制御することにより（二次元成長または三次元成長を選択することにより）、その屈折率は、複合半導体層の厚さに沿って制御することができる。二次元成長モードを用いることにより、その直径は、三次元層の成長中に増加させることができる。
【００６５】
主に光電子装置のためのヘテロ構造およびそのようなヘテロ構造および／または装置を製造する方法に関して、本発明の例示的な態様について示しておよび説明してきたが、本発明の態様は、様々な代替的な実施形態をさらに提供することを理解されたい。
【００６６】
一実施形態において、本発明は、本願明細書に記載されているようにデザインされ、および製造される装置のうちの一つ以上を含む回路を設計および／または製造する方法を提供する。この点に関して、図１４は、実施形態による、回路１２６を製造するための例示的なフロー図を示す。まず、ユーザは、装置設計システム１１０を用いて、本願明細書に記載されている半導体装置のための装置設計１１２を生成することができる。装置設計１１２は、装置設計１１２によって決められた特徴に従って、物理的装置１１６のセットを生成するために、装置製造システム１１４が用いることができるプログラムコードを含むことができる。同様に、装置設計１１２は、（例えば、回路に用いられる利用可能なコンポーネントとして）回路設計システム１２０に供給することができ、ユーザは、そのシステムを利用して（例えば、一つ以上の入力および出力を、回路に含まれている様々な素子に接続することにより）回路設計１２２を生成するのに用いることができる。回路設計１２２は、本願明細書に記載されているように設計された装置を含むプログラムコードを含むことができる。いずれにしても、回路設計１２２および／または一つ以上の物理的装置１１６は回路製造システム１２４へ供給することができ、回路製造システム１２４は、回路設計１２２に従って、物理的回路１２６を生成することができる。物理的回路１２６は、本願明細書に記載されているように設計された一つ以上の装置１１６を含むことができる。
【００６７】
別の実施形態において、本発明は、本願明細書に記載されている半導体装置１１６を設計するための装置設計システム１１０および／またはその半導体装置を製造するための装置製造システム１１４を提供する。この場合、システム１１０，１１４は、本願明細書に記載されているような半導体装置１１６を設計および／または製造する方法を実施するようにプログラムされている汎用コンピュータ装置を備えることができる。同様に、本発明の実施形態は、本願明細書に記載されているように設計および／または製造された少なくとも一つの半導体装置１１６を含む回路１２６を設計するための回路設計システム１２０および／またはその回路を製造するための回路製造システム１２４を提供する。この場合、システム１２０，１２４は、本願明細書に記載されているような少なくとも一つの半導体装置１１６を含む回路１２６を設計および／または製造する方法を実施するようにプログラムされている汎用コンピュータ装置を備えることができる。
【００６８】
さらに別の実施形態において、本発明は、実行時に、コンピュータシステムが、本願明細書に記載されているような半導体装置を設計および／または製造する方法を実施することを可能にする少なくとも一つのコンピュータ可読媒体内に固定されたコンピュータプログラムを提供する。例えば、そのコンピュータプログラムは、装置設計システム１１０が本願明細書に記載されているような装置設計１１２を生成することを可能にすることができる。この点に関して、そのコンピュータ可読媒体は、そのコンピュータシステムによって実行される際に、本願明細書に記載されているプロセスの一部またはすべてを実施するプログラムコードを含む。「コンピュータ可読媒体」という用語は、現時点で既知か、または後に開発される何らかの種類の有形的表現媒体のうちの一つ以上を含み、その媒体から、コンピュータ装置がプログラムコードの格納コピーを理解、再生、または伝えることができることを理解されたい。
【００６９】
別の実施形態において、本発明は、コンピュータシステムによって実行される際に、本願明細書に記載されているプロセスの一部またはすべてを実施するプログラムコードのコピーを提供する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムは、プログラムコードのコピーを処理して、第２の明確な場所での受取りのために、その特有のセットのうちの一つ以上を有するデータ信号のセットを生成して送信し、そのデータ信号のセット内のプログラムコードのコピーを符号化するように変えることができる。同様に、本発明の実施形態は、本願明細書に記載されているプロセスの一部またはすべてを実施するプログラムコードのコピーを取得する方法を提供し、その方法は、本願明細書に記載されているデータ信号のセットを受取って、そのデータ信号のセットを、少なくとも一つのコンピュータ可読媒体内に固定されたコンピュータプログラムのコピーに変換するコンピュータシステムを含む。いずれの場合にも、データ信号のセットは、何らかの種類の通信リンクを用いて送受信することができる。
【００７０】
さらに別の実施形態において、本発明は、本願明細書に記載されているような半導体装置を設計するための装置設計システム１１０および／またはその半導体装置を製造するための装置製造システム１１４を生成する方法を提供する。この場合、コンピュータシステムを得る（例えば、形成し、維持し、利用可能にする）ことができ、および本願明細書に記載されているプロセスを実行するための一つ以上のコンポーネントをそのコンピュータシステムのために得る（例えば、形成し、購入し、利用し、改良する等）および開発することができる。この点に関して、その開発には、（１）コンピュータ装置にプログラムコードをインストールすること、（２）一つ以上のコンピュータ装置および／またはＩ／Ｏ装置をそのコンピュータ装置に追加すること、（３）コンピュータシステムが本願明細書に記載されているプロセスを実行できるように、そのコンピュータシステムを組み込むおよび／または改良すること等のうちの一つ以上を含むことができる。
【００７１】
本発明の様々な態様に関する上記の説明を、例示および説明のために提示してきた。包括的であること、または本発明を開示されている厳密な構成に限定することは意図されておらず、多くの変更および変形が可能であることは明らかである。当業者に対して明白であるそのような変更および変形は、添付クレームによって定義される本発明の範囲に含まれている。
【００７２】
［関連出願の相互参照］
本出願は、参照することにより、その全体が本願に組み込まれる、２０１３年１０月２１日に出願された「Ｇｒｏｕｐ  ＩＩＩ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ａｎｄ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｓａｍｅ」というタイトルの米国特許仮出願第６１／８９３，３６４号の利益を主張するものである。
【図１】
2016535436.tif 000006
【図２Ａ】
2016535436.tif 000007
【図２Ｂ】
2016535436.tif 000008
【図４Ａ】
2016535436.tif 000009
【図８Ｂ】
2016535436.tif 000010
【図１４】
2016535436.tif 000011
【図３】
2016535436.tif 000012
【図４Ｂ】
2016535436.tif 000013
【図５】
2016535436.tif 000014
【図６Ａ】
2016535436.tif 000015
【図６Ｂ】
2016535436.tif 000016
【図７】
2016535436.tif 000017
【図８Ａ】
2016535436.tif 000018
【図９】
2016535436.tif 000019
【図１０Ａ】
2016535436.tif 000020
【図１０Ｂ】
2016535436.tif 000021
【図１１】
2016535436.tif 000022
【図１２】
2016535436.tif 000023
【図１３】
2016535436.tif 000024
【国際調査報告】
2016535436.tif 000025
2016535436.tif 000026