(57)【要約】  窒化物ベースの電子デバイスは、酸化物クラッド層と、窒化物クラッド層と、酸化物クラッド層と窒化物クラッド層との間に配置された窒化物活性領域層とを含む。第１及び第２の金属接点は、窒化物活性領域層に電気的に結合されている。窒化物ベースの電子デバイスは、酸化物層及び窒化物層の成長の間にデバイスを環境へと暴露することなく酸化物層及び窒化物層を成長させることができるように酸化物反応チャンバと窒化物反応チャンバとの間に非反応性チャンバが配置されたシステムにおいて形成することができる。
2020527857.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化物クラッド層（２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ）と、
窒化物クラッド層（２１５）と、
前記酸化物クラッド層（２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ）と前記窒化物クラッド層（２１５）との間に配置された窒化物活性領域層（２２５）と、
前記窒化物活性領域層（２２５）に電気的に結合されている第１の金属接点（２０５）及び第２の金属接点（２４５）と
を含む、窒化物ベースの電子デバイス（２００Ａ、２００Ｂ）。
【請求項２】
前記酸化物クラッド層と前記窒化物活性領域層との間に配置された窒化物接触層
をさらに含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項３】
前記電子デバイスは、レーザー又は発光ダイオードである、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項４】
前記酸化物クラッド層は、酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、又は酸化ニッケルを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項５】
前記窒化物活性領域層は、窒化インジウムガリウム、窒化ガリウム、又は窒化アルミニウムガリウムを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項６】
前記窒化物活性領域層と前記窒化物クラッド層との間に配置された第１の導波路層と、
前記窒化物活性領域層と前記酸化物クラッド層との間に配置された第２の導波路層と
をさらに含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項７】
前記酸化物クラッド層の屈折率は、前記第２の導波路層の屈折率よりも小さい、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項８】
前記第２の導波路層はｐ型材料であり、前記酸化物クラッド層はｎ型材料である、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項９】
前記第１及び第２の導波路層は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、又は窒化アルミニウムガリウムで構成される、請求項６に記載の電子デバイス。
【請求項１０】
前記窒化物クラッド層は、窒化アルミニウムガリウムを含む、請求項１に記載の電子デバイス。
【請求項１１】
有機金属気相成長システム（３００）に複数の窒化物層（２１５〜２３５）を形成する（４０５、５１０〜５３０）ステップと、
前記有機金属気相成長システム（３００）において、前記複数の窒化物層（２１０〜２３５）の上に、酸化物層（２４０、２４０Ａ）の少なくとも一部を形成する（４１０、５３５）ステップと
を含む、窒化物ベースの電子デバイス（２００Ａ、２００Ｂ）を形成する方法。
【請求項１２】
前記酸化物層の少なくとも一部に隣接する前記複数の窒化物層の窒化物層はｐ型層であり、前記酸化物層の少なくとも一部はｎ型層である、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記複数の窒化物層は、前記酸化物層の一部が形成されるまで前記有機金属気相成長から取り外されない、請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記有機金属気相成長システムから、前記複数の窒化物層の上の前記酸化物層の少なくとも一部を含む構造を取り外すステップと、
前記有機金属気相成長システムの外側において前記酸化物層の残りの部分を形成するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記酸化物層の残りの部分が、スパッタリング又は電子ビーム蒸発器を使用することにより形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記酸化物層全体が前記有機金属気相成長システム内に形成される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記複数の窒化物層の形成は、前記有機金属気相成長システムに窒化物、有機金属、及びｎ型蒸気を供給することを含み、前記酸化物層の一部の形成は、前記有機金属気相成長システムに酸化物、有機金属、及びｐ型蒸気を供給することを含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
第１のガス入口（６１０）を含む第１の反応チャンバ（６０５）と、
第２のガス入口（６２０）を含む第２の反応チャンバ（６１５）と、
前記第１の反応チャンバ（６０５）と前記第２の反応チャンバ（６１５）との間に挿入され、それぞれ第１のバルブ（６３０Ａ）及び第２のバルブ（６３０Ｂ）を介してそれらに流体的に結合される非反応性チャンバ（６２５）と
を含む、有機金属気相成長システム（６００）。
【請求項１９】
前記第１及び第２のバルブがゲートバルブである、請求項１８に記載の有機金属気相成長システム。
【請求項２０】
前記第１の反応チャンバに配置された第１のヒーターと、
前記第２の反応チャンバに配置された第２のヒーターと
をさらに含み、
前記第１及び第２の反応チャンバの一方は窒化物反応チャンバであり、前記第１及び第２の反応チャンバの他方は酸化物反応チャンバである、請求項１８に記載の有機金属気相成長システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、「窒化物及び酸化物半導体から作製された発光体及びそれらの製造方法」と題する２０１７年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６２／５３２，４６３号、及び、「酸化物クラッド層を有する窒化物ベースの電子デバイス及び製造方法」と題する２０１８年２月１３日に出願された米国仮特許出願第６２／６３０，０５４号の優先権を主張しており、その開示は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本明細書に開示される主題の実施形態は、一般に、酸化物クラッド層を有する窒化物ベースの電子デバイス、及びそのようなデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
窒化物ベースの電子デバイスは、典型的に、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）システムを使用して製造される。例えば、窒化物ベースの発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザーは、典型的に、有機金属気相成長システムにｐ型及びｎ型の窒化物ベースの半導体ガスを供給することにより形成される。
【０００４】
図１は、有機金属気相成長システムを使用して形成されたレーザーの断面図を示している。このデバイスは、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１１０がその上に形成される底部金属接点１０５を含む。ｎ型窒化ガリウム基板１１０上にｎ型窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）クラッド層１１５が形成され、クラッド層１１５上にｎ型窒化ガリウム導波路層１２０が形成される。窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）又は窒化ガリウムを含む窒化物活性領域層１２５は、導波路層１２０上に多重量子井戸（ＭＱＷ）として形成される。
【０００５】
窒化物活性領域層１２５の反対側は、ｎ型である窒化物活性領域層１２５の下の層が窒化物活性領域層１２５の上ではｐ型であることを除いて、一般に下の層を反映する。具体的に、ｐ型窒化ガリウム導波路層１３０が窒化物活性領域層１２５上に形成され、ｐ型窒化アルミニウムガリウムクラッド層１３５がｐ型導波路層１３０上に形成される。ｐ型窒化ガリウム接触層１４０がクラッド層１３５上に形成され、金属接点１４５がｐ型接触層１４０上に形成される。
【０００６】
図１のデバイスでは、ｎ型導波路層１２０及びｐ型導波路層１３０は、窒化物活性領域層１２５によって生成されたエネルギー（すなわち、光又はレーザーエネルギー）を水平に向ける。しかしながら、これらの導波路層１２０及び１３０は、エネルギーの垂直漏れを完全に防止するわけではないため、デバイス１００は比較的厚いクラッド層１１５及び１３５を含む。
【０００７】
ｐ型層１３０〜１４０は、それぞれの窒化物ガスがシステムに供給される間に、有機金属気相成長システムに供給されるドーパントとしてマグネシウム（Ｍｇ）を使用して形成される。ｐ型クラッド層１３５は、導波路層１２０及び１３０に光を閉じ込める低い屈折率を示す。さらに、これらのｐ型層は、ｎ型層と比較して比較的抵抗が大きく、また多くの結晶欠陥も有する。抵抗率が高いため、電子デバイスの動作電圧が高くなり、そのことは、電子デバイスの壁コンセント効率も低くなることを意味する。従って、動作電圧の一部のみがｐ型領域に印加され、余分なバイアスはデバイスの劣化を促進し、デバイスの寿命を縮める。ｐ型層の結晶欠陥は、デバイスの性能及び／又はデバイスの寿命を低下させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従って、ｐ型の窒素ベースのクラッド層と少なくとも同じ低屈折率を示すと同時にｐ型の窒素ベースのクラッド層よりも低い抵抗率も示すクラッド層を有する窒化物ベースの電子デバイスを提供することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態によれば、酸化物クラッド層と、窒化物クラッド層と、酸化物クラッド層と窒化物クラッド層との間に配置された窒化物活性領域層とを含む窒化物ベースの電子デバイスがある。第１及び第２の金属接点は、窒化物活性領域層に電気的に結合されている。
【００１０】
別の実施形態によれば、窒化物ベースの電子デバイスを形成する方法がある。複数の窒化物層は、有機金属気相成長システム内にある。有機金属気相成長システム内の複数の窒化物層の上に、酸化物層の少なくとも一部が形成される。
【００１１】
さらなる実施形態によれば、電子デバイスを形成する方法がある。基板は、有機金属気相成長システム内に配置される。窒化物、有機金属、及びｎ型蒸気が有機金属気相成長システムに供給され、窒化物クラッド層及び第１の窒化物導波路層を連続的に形成する。窒化物及び有機金属蒸気が有機金属気相成長システムに供給され、第１の窒化物導波路層上に窒化物活性領域層を形成する。窒化物、有機金属、及びｐ型蒸気が有機金属気相成長システムに供給され、窒化物活性領域層上に第２の窒化物導波路層を形成する。窒化物、有機金属、及びｐ型蒸気が有機金属気相成長システムに供給され、第２の窒化物導波路層上に窒化物接触層を形成する。酸化物及び有機金属蒸気、及びｐ型又はｎ型蒸気の１つが有機金属気相成長システムに供給され、窒化物接触層上に酸化物クラッド層を形成する。
【００１２】
さらに別の実施形態によれば、第１のガス入口を含む第１の反応チャンバと、第２のガス入口を含む第２の反応チャンバと、第１の反応チャンバと第２の反応チャンバとの間に挿入され、それぞれ第１及び第２のバルブを介してそれらに流体的に結合される非反応性チャンバとを含む有機金属気相成長システムがある。
【００１３】
本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、１つ以上の実施形態を示し、記述とともにこれらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】有機金属気相成長法を使用して形成された窒化物ベースの電子デバイスの断面概略図である。
【図２Ａ】一実施形態による有機金属気相成長法を使用して形成された窒化物ベースの電子デバイスの断面概略図である。
【図２Ｂ】一実施形態による有機金属気相成長法を使用して形成された窒化物ベースの電子デバイスの断面概略図である。
【図３】窒化物ベースの電子デバイスを形成するために使用される有機金属気相成長システムの概略図である。
【図４】一実施形態による窒化物ベースの電子デバイスを形成する方法のフローチャートである。
【図５】一実施形態による窒化物ベースの電子デバイスを形成する方法のフローチャートである。
【図６】一実施形態による２反応器有機金属気相成長システムの上面概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
例示的な実施形態の以下の説明は、添付の図面を参照する。異なる図面の同じ参照番号は、同じ又は類似の要素を示す。以下の詳細な説明は、本発明を限定するものではない。代わりに、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定義される。以下の実施形態は、簡単にするために、窒化物ベースの電子デバイスの用語及び構造に関して議論されている。
【００１６】
本明細書全体にわたる「一実施形態」又は「実施形態」への言及は、実施形態に関連して説明される特定の特徴、構造又は特性が、開示される主題の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。従って、本明細書全体にわたる様々な場所での「一実施形態では」又は「実施形態では」というフレーズの出現は、必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の特徴、構造又は特性は、１つ又は複数の実施形態において任意の適切な方法で組み合わせることができる。
【００１７】
窒化物ベースの電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂが、図２Ａ及び２Ｂに示されている。窒化物ベースの電子デバイス２００Ａ又は２００Ｂは、窒化物活性領域層２２５と、酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）と、窒化物クラッド層２１５とを含む。第１の導波路層２２０は、窒化物活性領域層２２５と窒化物クラッド層２１５との間に配置される。第２の導波路層２３０は、窒化物活性領域層２２５と酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）との間に配置される。第１の金属接点２０５及び第２の金属接点２４５は、窒化物活性領域層２２５に電気的に結合されている。
【００１８】
図２Ａ及び２Ｂに示すように、窒化物ベースの電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂはまた、窒化ガリウムベースとすることができる窒化物ベースの接点２３５及び窒化物ベースの基板２１０も含む。窒化物クラッド層２１５は、窒化アルミニウムガリウムクラッド層であり得、導波路層２２０及び２３０は、窒化ガリウム、窒化インジウムガリウム、又は窒化アルミニウムガリウム導波路層であり得、窒化物活性領域層２２５は、窒化インジウムガリウム、窒化ガリウム、又は窒化アルミニウムガリウムの多重量子井戸活性領域であり得る。窒化物ベースの基板２１０及び窒化物活性領域層２２５の下の窒化物ベースの層２１５〜２２０はｎ型であり、窒化物活性領域層２２５の上の窒化物ベースの層２３０及び２３５はｐ型である。
【００１９】
図１を図２Ａ及び２Ｂと比較することによって理解されるように、電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂは酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）を含む一方、図１の電子デバイス１００はｐ型窒化アルミニウムガリウムクラッド層１３５を有する。酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）は、ｎ型酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）、ｎ型酸化亜鉛（ＺｎＯ）、又はｐ型酸化ニッケル（ＮｉＯ）から構成することができる。酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）は、適切な屈折率も提供しながら、図１の従来の電子デバイスのｐ型の窒化物ベースのクラッド層１３５と比較して改善された導電性を示す。クラッド層の屈折率ｎは、ｎクラッド層＜ｎ導波路層＜ｎ活性領域層の関係を満たす必要があるため、この屈折率の酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）は適切である。酸化インジウムスズ、酸化亜鉛、及び酸化ニッケルなどの酸化物の屈折率は、窒化ガリウム導波路層２３０の屈折率よりも小さいため、これらの酸化物は、従来のデバイスで使用されている窒化アルミニウムガリウムクラッド層と比較して改善された導電性も示しながら、屈折率関係の要件を満たす。
【００２０】
図１を図２Ａ及び２Ｂと比較することによっても理解されるように、電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂは、ｐ型窒化ガリウム導波路層２３０と酸化物クラッド層２４０（又は図２Ｂの２４０Ａ及び２４０Ｂ）との間に挿入されたｐ型窒化ガリウム接点２３５を含む一方、図１の従来のデバイス１００は、ｐ型窒化アルミニウムガリウムクラッド層１３５と金属接点１４５との間に挿入されたｐ型窒化ガリウム接点１４０を含む。ｐ型窒化ガリウム接点２３５の場所のこの再配置は、ｎ型酸化インジウムスズ又はｎ型酸化亜鉛などのｎ型材料を使用する酸化物クラッド層によるものである。
【００２１】
図２Ａの電子デバイス２００Ａの酸化物クラッド層２４０は、完全に有機金属気相成長システム内に形成される一方、電子デバイス２００Ｂの場合、酸化物クラッド層の一部２４０Ａが有機金属気相成長システム内に形成され、酸化物クラッド層の残りの部分２４０Ｂは、スパッタリング又は電子ビーム蒸発器を使用することにより、有機金属気相成長システムの外側に形成される。有機金属気相成長システム内に酸化物クラッド層２４０の少なくとも一部を形成することにより、デバイス構造を空気にさらすことが回避され、空気中の塵、二酸化炭素、及び／又は酸化物の影響が防止される。有機金属気相成長システムの外側において酸化物クラッド層２４０の残りの部分を形成することにより、酸化物クラッド層２４０全体を形成するための成長時間が短縮される。
【００２２】
図２Ａ及び２Ｂに示される窒化物ベースの電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂは、レーザーであり得る。窒化物ベースの電子デバイス２００Ａ及び２００Ｂが代わりに発光ダイオードである場合、デバイスは導波路層２２０及び２３０を含まない。この場合、窒化物クラッド層２１５及び窒化物ベースの接点２３５が窒化物活性領域層２２５に直接隣接する。一部のレーザーもまた導波路層を使用せず、従って導波路層２２０及び２３０のないレーザーは発光ダイオードと同様の方法で構成できることが認識されよう。
【００２３】
次に、酸化物クラッド層を有する窒化物ベースの電子デバイスを形成する方法を、図２Ａ、２Ｂ、３、４、及び５に関連して説明する。図３は、窒化物ベースの電子デバイスの形成に使用される有機金属気相成長システム３００の概略図である。システム３００は、ガス３０４が供給される反応チャンバ３０２を含む。アンモニア（ＮＨ３）、有機金属（ＭＯ）、及びドーパント蒸気の組み合わせを供給して窒化物ベースの層を形成し、水（Ｈ２Ｏ）、有機金属、及びドーパント蒸気の組み合わせを供給して酸化物クラッド層を形成する。反応チャンバは、石英管の上部領域３０６Ａ及び下部領域３０６Ｂによって規定されている。ヒーター３０８は、石英管の下部領域３０６Ｂに配置され、その上に層が形成される基板３１０は、ヒーター３０８上に配置される。抵抗ヒーター又は誘導ヒーターであり得るヒーター３０８は、ガス３０４が管に供給されている間、反応チャンバ３０２を加熱する。
【００２４】
ここで図４を参照すると、最初に複数の窒化物層２１５〜２３５が有機金属気相成長システム３００内に形成される（ステップ４０５）。これは、ヒーター３０８がチャンバ３０２を加熱している間に、アンモニア、有機金属、及びドーパントガスの組み合わせを反応チャンバ３０２に供給することによって達成することができる。有機金属ガスの種類は、形成される層によって決まる。次に、酸化物層２４０の少なくとも一部（又は図２Ｂの２４０Ａ）が、同じ有機金属気相成長システム３００内において複数の窒化物層２１５〜２３５の上に形成される（ステップ４１０）。この点に関して、空気中の塵、ＣＯ２、及びＯ２からの影響を防ぐために、デバイス部品を空気にさらすことなく、同じＭＯＣＶＤシステムで窒化物と酸化物のヘテロ構造を製造できることに留意されたい。窒化物ＭＯＣＶＤと酸化物ＭＯＣＶＤの組み合わせは独特である。同じＭＯＣＶＤシステムで、有機金属（ＭＯ）ガスとＮＨ３の組み合わせは窒化物を成長させ、ＭＯとＨ２Ｏの組み合わせは酸化物を成長させる。この新規の特徴を図３に概略的に示す。これは、ヒーター３０８がチャンバ３０２を加熱している間に、水、有機金属、及びドーパント蒸気の組み合わせを反応チャンバ３０２に供給することにより達成することができる。
【００２５】
ここで図５の方法を参照すると、最初に、基板２１０が有機金属気相成長システムに配置される（ステップ５０５）。次に、窒化物、有機金属、及びｎ型ドーパント蒸気３０４を反応チャンバ３０２に供給して、窒化物基板２１０上に窒化物クラッド層２１５を形成する（ステップ５１０）。一実施形態では、窒化物クラッド層２１５は窒化アルミニウムガリウムで構成され、従って、有機金属蒸気はアルミニウム及びガリウムを含む。次に、窒化物、有機金属、及びｎ型ドーパント蒸気３０４を反応チャンバ３０２に供給して、窒化物クラッド層２１５上に第１の窒化物導波路層２２０を形成する（ステップ５１５）。一実施形態では、第１の窒化物導波路層２２０は窒化ガリウムで構成され、従って、有機金属蒸気はガリウムを含む。
【００２６】
次に、窒化物及び有機金属蒸気３０４を反応チャンバ３０２に供給して、第１の窒化物導波路層２２０上に窒化物活性領域層２２５を形成する（ステップ５２０）。一実施形態では、窒化物活性領域層２２５は窒化インジウムガリウムで構成され、従って、有機金属蒸気はインジウム及びガリウムを含む。別の実施形態では、窒化物活性領域層２２５は窒化ガリウムで構成され、従って、有機金属蒸気はガリウムを含む。窒化物活性領域層２２５は７００〜８００℃の温度範囲で成長し、他の層は９００〜１０５０℃の温度範囲で成長する。第２の窒化物導波路層２３０は、窒化物、有機金属、及びｐ型ドーパント蒸気３０４を反応チャンバ３０２に供給することにより、窒化物活性領域層２２５上に形成される（ステップ５２５）。一実施形態では、第２の窒化物導波路層２３０は窒化ガリウムを含み、従って、有機金属蒸気はガリウムを含む。次に、窒化物、有機金属、及びｐ型ドーパント蒸気を反応チャンバ３０２に供給することにより、窒化物接触層２３５が第２の窒化物導波路層２３０上に形成される（ステップ５３０）。一実施形態では、窒化物接触層２３５は窒化ガリウムを含み、従って、有機金属蒸気はガリウムである。
【００２７】
次いで、酸化物、有機金属、及びｎ型又はｐ型蒸気３０４を反応チャンバ３０２に供給することにより、酸化物クラッド層２４０が窒化物接触層２３５上に形成される（ステップ５３５）。一実施形態では、酸化物クラッド層２４０は酸化インジウムスズを含み、従って、有機金属蒸気はインジウム及びスズを含む。別の実施形態では、酸化物クラッド層２４０は酸化亜鉛を含み、従って、有機金属蒸気は亜鉛を含む。さらに別の実施形態では、酸化物クラッド層２４０は酸化ニッケルを含み、従って、有機金属蒸気はニッケルを含む。図２Ａに示される実施形態では、酸化物クラッド層２４０全体が反応チャンバ３０２に形成され、従って、形成された構造が有機金属気相成長システム３００から除去され（ステップ５４０）、第１の金属接点２０５及び第２の金属接点２４５が形成される（ステップ５５０）。図２Ｂの実施形態では、酸化物クラッド層の部分２４０Ａのみが有機金属気相成長システム３００内に形成され、従って、形成された構造が有機金属気相成長システム３００から除去され（ステップ５４０）、酸化物クラッド層の残りの部分２４０Ｂは有機金属気相成長システムの外側に形成され（ステップ５４５）、その後、第１の金属接点２０５及び第２の金属接点２４５が形成される（ステップ５５０）。一実施形態では、酸化物クラッド層の残りの部分２４０Ｂは、スパッタリング又は電子ビーム蒸発器を使用することにより形成することができる。第１の金属接点２０５及び第２の金属接点２４５は、スパッタリング又は電子ビーム蒸発器を使用することにより形成することができる。
【００２８】
水を使用して酸化物クラッド層を形成するものとして実施形態を上述したが、酸素（Ｏ２）、アルコール、及び酸素原子を含む他の分子を含む任意の酸化剤を使用できることが認識されよう。
【００２９】
上述のように、図２Ａに示すデバイス２００Ａでは有機金属気相成長システム内に酸化物クラッド層全体が形成され、図２Ｂに示すデバイス２００Ｂでは有機金属気相成長システム内に酸化物クラッド層の一部が形成される。有機金属気相成長システム内に窒化物層と酸化物層の両方を形成することは複雑であり、その後の層の成長に影響を及ぼす汚染物質を含む可能性がある周囲の環境にデバイスをさらすことになり得る。具体的には、窒化物層を形成した後、デバイスを有機金属気相成長システムから取り外し、別の気相成長システム（又はデバイスから全ての窒化物ガスと残留物を除去した後の同じシステム）に配置する必要がある。この取り外しによりデバイスが空気にさらされるため、空気中の汚染物質が最上部の窒化物層に付着し、その後に形成される酸化物層との接合の品質に影響を与え、従って、デバイスの性能にも影響を与える可能性がある。
【００３０】
次に、窒化物層と酸化物層の両方の成長を必要とするデバイスを形成するときに生じる問題に対処する２反応器有機金属気相成長システムを、図６に関連して説明する。有機金属気相成長システム６００は、第１のガス入口６１０を含む第１の反応チャンバ６０５と、第２のガス入口６２０を含む第２の反応チャンバ６１５とを含む。非反応性チャンバ６２５は、第１の反応チャンバ６０５と第２の反応チャンバ６１５との間に挿入され、それぞれ第１のバルブ６３０Ａ及び第２のバルブ６３０Ｂを介してそれらに流体的に結合される。第１のバルブ６３０Ａ及び第２のバルブ６３０Ｂは、例えば、ゲートバルブであり得る。
【００３１】
図示されるように、第１の反応チャンバ６０５の入口６１０は、図示の実施形態では窒化物（ＮＨ３）及び有機金属（ＭＯ）ガスであるガスを受け入れるように構成され、従って、このチャンバは窒化物反応チャンバと呼ぶことができる。同様に、第２の反応チャンバ６１５の入口６２０は、図示の実施形態では酸化剤及び有機金属（ＭＯ）ガスを含むガスを受け入れるように構成され、従って、このチャンバは酸化物反応チャンバと呼ぶことができる。酸化剤は、例えば、水（Ｈ２Ｏ）、酸素（Ｏ２）、アルコール、及び酸素原子を含む他の分子であり得る。この議論では、第１の反応チャンバ６０５を窒化物反応チャンバ、第２の反応チャンバ６１５を酸化物反応チャンバと呼んでいるが、（酸化物ガスが供給されると仮定すると）第１の反応チャンバ６０５は酸化物反応チャンバであり得、（窒化物ガスが供給されると仮定すると）第２の反応チャンバは窒化物反応チャンバであり得る。
【００３２】
明確にするために図示されていないが、第１の反応チャンバ６０５及び第２の反応チャンバ６１５はそれぞれ、ヒーター、並びに抵抗ヒーター又は誘導ヒーターであり得るヒーターを作動させるための機構を含むことが認識されよう。
【００３３】
次に、図２Ａに示すデバイス２００Ａの形成に関連して、２反応器有機金属気相成長システム６００の動作を説明する。基板２１０は最初に、第１の反応チャンバ６０５又は非反応性チャンバ６２５の何れかに配置される。基板２１０が最初に非反応性チャンバ６２５に配置される場合、そのチャンバは、バルブ６３０Ａ及び６３０Ｂが閉じられている間に汚染物質を除去するために排気され、次いでバルブ６３０Ａが開かれ、基板２１０が第１の反応チャンバ６０５に移動される。基板２１０は、ロボットアームを使用して、又はグローブボックスを使用して人間の手で、非反応性チャンバ６２５と第１の反応チャンバ６０５及び第２の反応チャンバ６１５との間で移動され得る。図６に示す実施形態では、ロボットアーム６３５が、コントローラ６４０の制御下で、非反応性チャンバ６２５と第１の反応チャンバ６０５及び第２の反応チャンバ６１５との間で基板２１０を移動させる。コントローラ６４０は、マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）などを含む、ロボットアーム６３５の動作及び動きを制御するように構成された任意のタイプのコントローラであり得る。コントローラがマイクロプロセッサである場合、マイクロプロセッサは、メモリ（図示せず）からロードされた命令を使用して、ロボットアーム６３５の動作及び動きを制御する。
【００３４】
次に、基板２１０が加熱されている間に、第１の入口６１０を介して第１の反応チャンバ６０５に窒化物及び有機金属ガスを供給することにより、第１の反応チャンバ６０５に窒化物層２１５〜２３５が形成される。次に、第１の反応チャンバ６０５を排気して残留窒化物ガスを除去し、次いで、第１のバルブ６３０Ａを開いて、層２１５〜２３５を担持する基板２１０を非反応性チャンバ６２５内に移動することができるようにする。次に第１のバルブ６３０Ａを閉じて、次いで第２のバルブ６３０Ｂを開いて、層２１５〜２３５を担持する基板２１０を第２の反応チャンバ６１５に移す。次いで、第２のバルブ６３０Ｂを閉じて、基板２１０が加熱されている間に第２の入口６２０を介して酸化物及び有機金属ガスを第２の反応チャンバ６０５に供給することにより、第２の反応チャンバ６１５に酸化物クラッド層２４０を形成する。
【００３５】
このように、２反応器有機金属気相成長システム６００は、異なる層の成長の間に周囲環境の汚染物質に層をさらすことなく、単一デバイスでの酸化物層と窒化物層の両方の成長を可能にし、従って、層の成長の間に層が空気にさらされるときに生じる可能性のあるデバイス性能の低下に悩まされることはない。
【００３６】
２反応器有機金属気相成長システム６００は、図２Ｂに示すデバイス２００Ｂを形成するために同様の方法で動作できることを認識すべきであろう。さらに、これらの例は、最初に窒化物層を形成し、次に酸化物層を形成することを含むが、２反応器有機金属気相成長システム６００は、最初に１つ以上の酸化物層を形成し、次に１つ以上の窒化物層を形成するように動作できる。さらに、２反応器有機金属気相成長システム６００は、最初に窒化物又は酸化物層の全てを形成し、次に窒化物又は酸化物層の他方を形成する必要はない。具体的には、窒化物及び酸化物層の形成は、例えば、１つ又は複数の窒化物層を形成し、続いて１つ又は複数の酸化物層を形成し、続いて１つ又は複数の窒化物層を形成するなど、繰り返し実行することができる。
【００３７】
開示された窒化物ベースの電子デバイスの酸化物クラッド層は、２つの窒化物ベースのクラッド層を有する従来の窒化物ベースの電子デバイスよりも良好な導電性を示しながら、導波路層に光を閉じ込める適切な屈折率を依然として提供する。より良好な導電率は、よりエネルギー効率の高いデバイスを提供し、デバイスの全体的な耐用年数も増加させる。
【００３８】
開示された実施形態は、窒化物ベースの電子デバイス及びそのようなデバイスを形成する方法を提供する。この記述は本発明を限定することを意図していないことを理解されたい。反対に、例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の精神及び範囲に含まれる代替形態、修正形態、及び等価形態を網羅することを意図している。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明では、特許請求の範囲に記載される発明の包括的な理解を提供するために、多くの特定の詳細が記載されている。しかしながら、当業者は、そのような特定の詳細なしで様々な実施形態を実施できることを理解するであろう。
【００３９】
本例示的実施形態の特徴及び要素は、特定の組み合わせで実施形態において説明されているが、各特徴又は要素は、実施形態の他の特徴及び要素なしで単独で、又は本明細書に開示されている他の特徴及び要素を有する又は有さない様々な組み合わせで使用することができる。
【００４０】
この書面による記述は、開示された主題の例を使用して、任意のデバイス又はシステムを作製及び使用し、組み込まれた方法を実行することを含んで、当業者が同じことを実施できるようにする。主題の特許性のある範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が思いつく他の例を含むことができる。そのような他の例は、特許請求の範囲内にあることを意図している。
【符号の説明】
【００４１】
１００    従来のデバイス
１０５    底部金属接点
１１０    ｎ型窒化ガリウム基板
１１５    ｎ型窒化アルミニウムガリウムクラッド層
１２０    ｎ型窒化ガリウム導波路層
１２５    窒化物活性領域層
１３０    ｐ型窒化ガリウム導波路層
１３５    ｐ型窒化アルミニウムガリウムクラッド層
１４０    ｐ型接触層
１４５    金属接点
２００Ａ、２００Ｂ  デバイス
２０５、２４５  金属接点
２１０    基板
２１５    窒化物クラッド層
２２０    第１の導波路層
２２５    窒化物活性領域層
２３０    第２の導波路層
２３５    窒化物ベースの接点／接触層
２４０、２４０Ａ、２４０Ｂ  酸化物クラッド層
３００、６００  有機金属気相成長システム
３０２    反応チャンバ
３０４    ガス
３０６Ａ  石英管の上部領域
３０６Ｂ  石英管の下部領域
３０８    ヒーター
３１０    基板
６０５    第１の反応チャンバ
６１０    第１の入口
６１５    第２の反応チャンバ
６２０    第２の入口
６２５    非反応性チャンバ
６３０Ａ  第１のバルブ
６３０Ｂ  第２のバルブ
６３５    ロボットアーム
６４０    コントローラ
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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