JP2000058920A - 半導体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 合金偏析による構造劣化を受けにくく、光電
特性の優れた高インジウム量の活性領域の成長が可能な
半導体構造を提供する。 【解決手段】 本発明にかかる半導体構造は、核形成層
と、前記核形成層上に成長させた厚いＩｎＧａＮ層と、
前記厚いＩｎＧａＮ層上に形成した活性層と、を備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は半導体分野に関す
る。より詳細には、この発明は青色発光素子において使
用することができる第III−Ｖ族窒化物半導体膜に関す
る。

【０００２】この発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及
びダイオードレーザを含む短波長可視光発光光電素子を
形成するために使用することができる基板上に形成され
たIII−Ｖ族窒化物膜を提供するものである。

【０００３】この発明は、青色、緑色、あるいは均一赤
色発光のための適したバンドギャップを提供する、厚い
ＩｎＧａＮ層上に発光デバイスへテロ構造を成長させる
ための方法を提供するものである。

【０００４】この発明は格子のずれを防ぐ安定なＩｎＧ
ａＮ構造を提供するものである。

【０００５】この発明は、他のIII−Ｖ族半導体と共に
ＩｎＧａＮを組み込むことができる、トランジスタなど
の他の電子素子を提供するものである。

【０００６】III−Ｖ族窒化物は、周期表のIII族からの
元素、すなわち、ガリウム、インジウム及びアルミニウ
ムと、Ｖ族からの元素、すなわち、窒素を含む。これら
の材料は基板上に蒸着され、ＬＥＤ及びレーザダイオー
ドなどの光電素子のための層状構造を形成する。得られ
た素子は広い範囲の波長において可視光を発光すること
ができる。

【０００７】光電素子の性能は、基板上に形成されたII
I−Ｖ族窒化物膜の品質に依存する。III−Ｖ族窒化物膜
の重要な構造特性は、各層間の格子のずれであり、発光
の品質に影響する。特に、異なる材料間で起こる格子の
ずれにより、転位、クラック、あるいは合金の不均一性
などの結晶欠陥が生じることがあり、これにより材料の
光電品質が低下する。

【０００８】III−Ｖ族窒化半導体、ＧａＮ、ＡｌＮ及
びＩｎＮは可視光エミッタにおいて使用されている。と
いうのは、これらの材料は広いバンドギャップにより特
徴付けられ、そのような特性は短波長可視光発光におい
ては必要であるからである。III−Ｖ族窒化物はまた強
い化学結合を形成し、これにより、材料が非常に安定
し、高い電流密度、強い光照射下での劣化に耐える。

【０００９】

【従来の技術】III−Ｖ族窒化物化合物系光電素子のほ
とんどにおいて、異なるバンドギャップエネルギーと屈
折率を有する一連の層を成長させる必要がある。活性層
のバンドギャップエネルギーは発光ダイオードまたはレ
ーザから発光される光の波長を決定する。さらに、異な
る組成の層の間のエネルギーバンドと屈折率の不連続性
により、光学的な閉じ込め及びキャリヤの閉じ込めが提
供される。青色スペクトル領域の光を生成する約２．７
ｅＶのバンドギャップを有する層を得るためには、Ｉｎ
ＧａＮ合金を使用することができる。ＧａＮのバンドギ
ャップエネルギーは３．４ｅＶであるが、ＩｎＮのバン
ドギャップエネルギーは１．９ｅＶである。そのため、
Ｉｎ_xＧａ_1-xＮ合金は可視スペクトルにまで及ぶ。この
場合、青色発光を得るには、Ｉｎ組成ｘは約３０％であ
り、すなわち、Ｉｎ_0.3Ｇａ_0.7Ｎが必要である。緑色発
光では５０％、赤色発光では１００％、すなわちＩｎＮ
が必要である。

【００１０】これまでのところ、そのような高Ｉｎ量の
ＩｎＧａＮ合金をＧａＮ上で成長させるのは、金属−有
機化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）などの従来の技術を用い
ては、不可能ではないが、困難であった。とりわけ、こ
れらの従来の技術を用いる場合、ＩｎＧａＮ合金活性領
域は偏析する傾向がある。インジウム量が増加すると発
光波長がより長くなり、ＩｎＧａＮ合金は不安定にな
る。不安定になると、ＩｎＧａＮ合金はＩｎ−リッチ領
域及びＧａ−リッチ領域に分離するあるいは偏析し、そ
のためＩｎＧａＮ合金組成が均一でなくなり、それによ
り活性領域のバンドギャップエネルギーも均一でなくな
る。

【００１１】この不均一組成によりエレクトロルミネセ
ンス（ＥＬ）のスペクトルがブロードになる。すなわ
ち、ブロードな範囲の波長が発光される。例えば、Ｉｎ
量が１０〜２０％に対応する紫色ＬＥＤのスペクトル発
光幅（３９０〜４２０ｎｍ）は１０〜１５ｎｍと同じく
らい狭くなるかもしれない。しかし、Ｉｎ量が〜３０％
に対応する青色ＬＥＤ（４３０〜４７０ｎｍ）ではスペ
クトル発光幅は２０〜３０ｎｍに増加する。Ｉｎ量が〜
５０％に対応する緑色ＬＥＤ（５００〜５３０ｎｍ）で
はスペクトル発光幅は４０〜５０ｎｍに増加する。

【００１２】緑色ＬＥＤのスペクトル純度が悪いと、付
加混合してよりブロードな色のパレットを生成するのに
純粋な色が必要なフルカラーディスプレイにおける適用
が制限される。同様に、そのようなブロードなスペクト
ル発光幅は、レーザダイオード構造に対しブロードな利
得スペクトルとなる。利得スペクトルがブロードになる
と、ピーク利得は減少し、そのため、レーザ発振閾値に
達するのが困難となる。このため、これらの従来技術を
用いて形成する場合、青色及び緑色III−Ｖ族窒化物レ
ーザダイオードの性能は、紫色発光III−Ｖ族窒化物レ
ーザダイオードデバイスに比べ悪くなる。実際、真青色
窒化物レーザはいまだに立証されていない。緑色窒化物
レーザダイオードは、必要なＩｎ量がより多いので、よ
り困難である。

【００１３】青色及び緑色ＬＥＤのスペクトル純度を改
善するために、及び真青色または緑色III−Ｖ族窒化物
レーザダイオードの開発を促進するために、均一な合金
濃度を有する高インジウム量のＩｎＧａＮ合金の成長が
必要である。合金の偏析問題も解決しなければならな
い。そのため、インジウム量が５０％に達したとしても
合金濃度は一定である。現在のところ、合金の偏析によ
り窒化物レーザのＩｎ量は２０％未満の値に制限され
る。これは紫色及び近紫外発光に対応する。この短波長
は光記録には理想的であるが、投写型ディスプレイ及び
海底通信などへの適用には、長波長、すなわち青色−緑
色−赤色が必要である。

【００１４】ＧａＮのバンドギャップは３．４ｅＶであ
り、ＩｎＮのバンドギャップは１．９ｅＶであるので、
前記従来のＬＥＤ構造２００において青色発光を得るた
めには、約３０％のＩｎ組成を有するIII−Ｖ族合金が
必要である。しかしながら、ＧａＮ及びＩｎＮは非常に
大きな格子のずれを有するので、高Ｉｎ量のＩｎＧａＮ
合金の相分離を引き起こすことがある。このように、こ
れまでは、従来の成長技術を用いて、優れた光電品質を
有する、Ｉｎ量が２０％を超えるＩｎＧａＮ合金を形成
するのは大変困難であった。このように、III−Ｖ族窒
化物層上に成長させたＩｎＧａＮを用いた、有効な純青
色、緑色、または赤色発光構造を作製するのは、非常に
困難であることがわかっている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、これらの
問題は合金の偏析を引き起こすこともあるＧａＮとＩｎ
Ｎ間の１０％を超える格子のずれにより起こることを見
出した。このように、均一合金のｘの量が２０％よりも
高いＩｎ_xＧａ_1-xＮ合金は、ＭＯＣＶＤなどの従来技術
を用いて達することは困難である。

【００１６】このように、前記従来構造の問題を避ける
ように、ＩｎＧａＮを他のIII−Ｖ族窒化物と共に使用
するのは好都合であろう。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このように、この発明は
厚いＩｎＧａＮ層を組み込んだ新規半導体構造を提供す
る。本発明の改良層構造では、転位フィルタ及び側面の
ｎ−コンタクト層の両方として、厚いＩｎＧａＮ層が通
常デバイス構造に組み入れられている厚いＧａＮ層にと
って代わる。厚いＩｎＧａＮ層を蒸着させると、デバイ
スヘテロ構造の成長のために使用される典型的なＧａＮ
テンプレートに比べ大きな格子パラメータの確立が可能
となる。その結果、厚いＩｎＧａＮ層上に成長させた高
インジウム量のヘテロ構造活性領域では、従来のＧａＮ
上に成長させた高インジウム量のへテロ構造に比べ、ず
れ歪みが小さくなる。そのため、デバイスは合金偏析に
よる構造劣化を受けにくくなる。このように、厚いＩｎ
ＧａＮ構造により、改善された構造特性及び光電特性を
有する高インジウム量の活性領域の成長が可能となる。
ＩｎＧａＮ合金の偏析に関する障害を克服することによ
り、ＩｎＧａＮ層の組成の不均一性が改善され、そのた
め青色、緑色、均一赤色ＬＥＤのスペクトル発光がより
純粋なものとなる。同様に、可視窒化物レーザダイオー
ドの利得スペクトルもまた、より鋭くなり、そのため、
低閾値のために、ピーク利得がより大きくなる。さら
に、厚いＩｎＧａＮ層の利点は、側面のコンタクト層と
しての優れた機能である。これはＩｎＧａＮのバンドギ
ャップエネルギーがより低いことによるものであり、バ
ンドギャップエネルギーが低いと接触抵抗が低減し、電
子の移動度及び濃度が高くなる。

【００１８】

【発明の実施の形態】図１は本発明の１つの実施の形態
にかかる多層ＬＥＤ構造３００を図示したものである。
とりわけ、図１は厚いＩｎＧａＮ層上に成長させたＬＥ
Ｄヘテロ構造を図示したものであり、この厚いＩｎＧａ
Ｎ層により、偏析しない高Ｉｎ量のＩｎＧａＮ合金活性
領域が実現でき、より明るく、スペクトルがより純粋な
光を発光することができる。図１に示すように、ＬＥＤ
３００は単結晶基板３０５を含み、この基板は例えばサ
ファイア、炭化珪素あるいはスピネルなどの、周知のあ
るいは最近開発された基板材料で形成されてもよい。サ
ファイアの場合、光電素子にはＡ−及びＣ−配向単結晶
サファイアが好ましい。基板３０５の厚さは典型的には
数百μｍ、すなわち１００〜５００μｍである。

【００１９】核形成層としても知られているバッファ層
３１０を基板３０５上に形成する。バッファ層３１０は
主に湿潤層として機能し、サファイア基板の滑らかで均
一な被複を促進する。バッファ層３１０は典型的にはＧ
ａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮのいずれか
で形成される。バッファ層３１０の厚さは典型的には約
１００〜５００オングストロームである。バッファ層３
１０の格子配向は基板の格子配向に実質的に整合させる
べきである。バッファ層３１０は典型的には薄いアモル
ファス層として蒸着される。バッファ層３１０は典型的
には低温で蒸着され、その後、固相エピタキシープロセ
スにより結晶化させ、通常、その温度は構造の他の層の
ために上昇させる温度と一致する。しかしながら、周知
のあるいは最近開発された方法を用いて前記バッファ層
３１０を形成することもできる。

【００２０】バッファ層３１０は複数の層として形成し
てもよい。例えば、図２は第２のバッファ層３１２を有
する図１のＬＥＤ構造３００を図示したものである。２
つのバッファ層３１０と３１２は異なる合金濃度を有す
ること、あるいは異なる条件下で蒸着することが可能で
あり、滑らかな膜の成長を促進し、大きな格子のずれを
許容することができる。残りの層３０５，３２０，３３
０，３４０は図１において形成した層と同一である。

【００２１】その後、厚いＩｎＧａＮ層３２０をバッフ
ァ層３１０上に蒸着させる。厚いＩｎＧａＮ層３２０は
ｎ−型ドープされ、その厚さは典型的には０．５μｍ〜
１００μｍの間である。その後、厚いＩｎＧａＮ層３２
０上にＩｎＧａＮ活性層３３０を蒸着する。ＩｎＧａＮ
活性層３３０は青色、緑色、及び均一黄色または赤色Ｌ
ＥＤを形成するために使用することができる。ＩｎＧａ
Ｎ活性層３３０の厚さは典型的には約１０〜１００オン
グストロームである。

【００２２】インジウム量が約２０％までの比較的偏析
しないＩｎＧａＮ膜は厚いＧａＮ上に成長させることが
できるが、インジウム量が約３０％の厚いＩｎＧａＮ層
上にＩｎＧａＮ膜を成長させることによりインジウム量
を例えば５０％に拡大させることができる。というの
は、格子のずれの大きさが同等であるからである。Ｉｎ
ＧａＮ活性層３３０はこのように高インジウム量へテロ
構造活性量域であり、ＧａＮ上に直接成長させたＩｎＧ
ａＮ膜に比べ、格子のずれ歪みが小さい。格子のずれを
減少させることにより、ＩｎＧａＮ合金の相分離は最小
に抑えられ、これにより最も重要な活性領域材料の光電
品質が保持される。

【００２３】その後、第１のIII−Ｖ族窒化物層３４０
をＩｎＧａＮ活性層３３０上に形成する。第２のIII−
Ｖ族窒化物層３５０を前記第１のIII−Ｖ族窒化物層３
４０上に形成する。第１のIII−Ｖ族窒化物層３４０と
第２のIII−Ｖ族窒化物層３５０はｐ−型ドープであ
る。これらの層のために使用される典型的なIII−Ｖ族
窒化物としては、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮまた
はＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。第１のIII−Ｖ族窒化
物層３４０は典型的には第２のIII−Ｖ窒化物層３５０
よりも高いバンドギャップエネルギーを有し、そのため
より良好に活性領域への注入電子を閉じ込めることがで
きる。ｐ−電極３６０を第２のIII−Ｖ族窒化物層３５
０上に形成する。第２のIII−Ｖ族窒化物層３５０はコ
ンタクト層として機能し、そのため、高ｐ−型ドープで
あり、バンドギャップエネルギーがより低いことが好ま
しい。これにより、金属電極３６０との界面においてシ
ョットキー（Schottky）障壁が低くなる。ｎ−電極３７
０を厚いＩｎＧａＮ層３２０上に形成する。前記層３１
０，３２０，３３０，３４０及び３５０は全て、従来の
あるいは最近開発されたどの技術、例えば、分子線エピ
タキシー、水素化物気相エピタキシーあるいはＭＯＣＶ
Ｄ、により形成してもよい。

【００２４】この分野において周知なように、ＬＥＤ構
造３００内に複数の閉じ込め層（confinement layer）
及びコンタクト層を設けることができる。第１及び第２
のIII−Ｖ族窒化物層３４０及び３５０は例示に過ぎ
ず、ＬＥＤ構造内で形成してもよいIII−Ｖ族窒化物層
の数を限定するものではない。

【００２５】動作中は、正（順方向）バイアスがｐ−電
極３６０とｎ−電極３７０との間に印加される。伝導帯
の電子が厚いｎ−ドープＩｎＧａＮ層３２０からＩｎＧ
ａＮ活性層３３０中のより低いエネルギー状態に流れ
る。ｐ−電極３６０に印加された電流により、第１及び
第２のIII−Ｖ族窒化物層３５０，３４０の価電子帯の
正孔がＩｎＧａＮ活性層３３０に流れ込む。このよう
に、ｎ−ドープＩｎＧａＮ層３２０からの電子が、Ｉｎ
ＧａＮ活性層３３０において、ｐ−ドープIII−Ｖ族窒
化物層３４０，３５０からの正孔と結合する。活性層３
３０において正孔と電子が再結合すると、ＩｎＧａＮ活
性領域のバンドギャップエネルギーと等価の光子エネル
ギーを有する光の発光が起こる。この場合、活性領域の
バンドギャップが約２．７ｅＶであれば、青色領域のス
ペクトルの光が発光される。インジウム量のより高い活
性領域では、より長波長（緑−赤色）の光が発光され
る。厚いＩｎＧａＮ層３２０とIII−Ｖ族窒化物層３４
０，３５０は閉じ込め層として機能し、電子と正孔をエ
ネルギーのより低いＩｎＧａＮ活性層３３０に誘導し、
活性領域３３０で再結合する電子と正孔の数が最大にな
るようにする。光は全ての方向に発光される。

【００２６】図３は本発明の他の実施の形態にかかるレ
ーザダイオード構造４００を示したものである。この実
施の形態においては、従来のＧａＮ層の代わりに、厚い
ＩｎＧａＮ層４２０が形成される。これにより、レーザ
へテロ構造を成長させるために、格子パラメータがより
大きいテンプレートを確立する。このため、組成の均一
な高インジウム量のＩｎＧａＮ合金活性領域が実現でき
る。このように、明るく、スペクトルの純粋な光が発光
される。レーザダイオードへテロ構造４８０は全て厚い
ＩｎＧａＮ層４２０上に成長させる。

【００２７】レーザダイオード４００には基板４０５が
含まれる。この基板は周知のあるいは最近開発された基
板材料、例えばサファイア、炭化珪素またはスピネルな
どのいずれの材料により形成してもよい。基板の厚さは
典型的には約１００〜５００μｍである。

【００２８】バッファ層４１０を基板４０５上に形成す
る。バッファ層４１０は主に湿潤層として機能し、サフ
ァイア基板４０５が滑らかにかつ均一に被覆されるよう
にする。バッファ層４１０は、核形成層としても知られ
ており、典型的にはＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮまたは
ＡｌＧａＮのいずれかで形成される。バッファ層４１０
の厚さは典型的には、約１００〜５００オングストロー
ムである。バッファ層４１０の格子配向はサファイア基
板４０５の格子配向に実質的に整合されるべきである。
バッファ層４１０は典型的にはアモルファス薄層として
蒸着される。バッファ層４１０は典型的には低温で蒸着
され、その後、固相エピタキシープロセスにより結晶化
される。しかしながら、蒸着バッファ層４１０を形成す
るためには周知のあるいは最近開発された方法のいずれ
も用いることができる。

【００２９】バッファ層４１０はまた複数の層として形
成してもよい。例えば、多層バッファ層は基板４０５上
に順に形成してもよい。２以上のバッファ層は異なる合
金濃度を有し、または異なる条件下で蒸着させることが
でき、このため、膜の成長を円滑にし、大きな格子のず
れを許容することができる。

【００３０】その後、厚いＩｎＧａＮ層４２０をバッフ
ァ層４１０上に形成する。厚いＩｎＧａＮ層４２０はｎ
−型ドープされ、その厚さは典型的には０．５μｍ〜１
００μｍである。厚いＩｎＧａＮ層４２０を形成した
後、素子のへテロ構造を形成する。この発明に従い素子
のへテロ構造を形成する場合、ｎ−型クラッド層を最初
に形成する。ｎ−クラッド層は厚いＩｎＧａＮ層４２０
上に形成された第１のIII−Ｖ族窒化物層４３０であ
る。第１のIII−Ｖ族窒化物層４３０はｎ−型ドープさ
れ、その厚さは約０．２から２μｍである。その後、複
合ＩｎＧａＮ活性層及び導波路（waveguide）４３５を
ＩｎＧａＮ層４２０上に形成する。この複合導波路の総
厚は０．０５〜０．４μｍである。導波路にはＩｎＧａ
Ｎ量子井戸活性領域４３７が含まれる。この量子井戸活
性領域４３７は厚さが典型的には約１０から１００オン
グストロームの量子井戸を含む。ＩｎＧａＮ活性領域４
３７は単一井戸構造あるいは多重井戸構造をとってもよ
い。このように、活性層４３５は導波路として作用し、
その構造と共に活性領域４３７を含む。活性領域４３７
内で利得が発生し、その結果、発光が得られる。

【００３１】第２のIII−Ｖ族窒化物層４４０をＩｎＧ
ａＮ活性層４３５上に形成する。前記第２のIII−Ｖ族
窒化物層４４０上に、第３のIII−Ｖ族窒化物層４５０
を形成する。第２及び第３のIII−Ｖ族窒化物層４４０
と４５０はどちらもｐ−型ドープされる。第２のIII−
Ｖ族窒化物層４４０はｐ−型クラッド層として機能し、
その厚さは典型的には０．２μｍから２μｍである。第
３のIII−Ｖ族窒化物層４５０により、ヘテロ構造のｐ
−側に接触するように、抵抗が最小の金属電極を形成さ
せるのが容易になる。この窒化物層の厚さは典型的には
０．０１〜２μｍである。第１、第２及び第３のIII−
Ｖ族窒化物層４３０，４４０及び４５０はそれぞれ、Ｇ
ａＮ，ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよび／またはＡｌＩｎ
ＧａＮにより形成してもよい。

【００３２】ｐ−電極４６０を第３のIII−Ｖ族窒化物
層４５０上に形成し、ｎ−電極４７０を厚いＩｎＧａＮ
層４２０上に形成する。III−Ｖ族窒化物層４４０と４
３０は全て、光及び電気の閉じ込め層として機能する。
これらの材料は、厚いＩｎＧａＮ活性層４３５に比べ、
バンドギャップエネルギーがより高いこと、屈折率がよ
り低いことにより特徴づけられる。前記層４１０，４２
０，４３０，４３５，４３７，４４０，４５０は全て周
知のあるいは最近開発された技術、例えば分子線エピタ
キシー、水素化物気相エピタキシーまたはＭＯＣＶＤに
より形成してもよい。

【００３３】レーザダイオード構造４００内には、多重
閉じ込め及びコンタクト層を設けることができる。この
ように、第１、第２及び第３のIII−Ｖ族窒化物層４３
０，４４０及び４５０は例示にすぎず、レーザダイオー
ド構造４００内で形成してもよいIII−Ｖ族層の数を制
限するものではない。

【００３４】動作中、正（順方向）バイアスをｐ−電極
４６０とｎ−電極４７０間に印加する。伝導帯の電子が
ｎ−ドープ層４２０，４３０からＩｎＧａＮ活性領域４
３７のよりエネルギーの低い状態に流れる。III−Ｖ族
窒化物層４５０，４４０の価電子帯の正孔はｐ−ドープ
層４５０，４４０からＩｎＧａＮ活性領域４３７に流れ
込む。活性層４３５中で正孔と電子が再結合すると、発
光が起きる。青色レーザの場合、ＩｎＧａＮ活性層４３
５のバンドギャップエネルギーは２．７ｅＶであり、そ
のため、青色領域のスペクトル、すなわち、λ〜４７０
ｎｍの光が発光される。現在のところ、厚いＧａＮ層上
に成長させたヘテロ構造では、ＩｎＧａＮ活性領域の合
金偏析のため、そのような長波長を達成することはでき
なかった。

【００３５】前記発光ダイオード３００とレーザダイオ
ード４００は長波長の動作に適している。このように、
このヘテロ構造を構成する他の層は従来の厚いＧａＮ層
上に成長させたより波長の短い構造のために使用される
ものとは異なっていてもよい。例えば、従来の構造で
は、注入されたキャリヤを閉じ込め、横向きの導波路を
形成するためには、Ａｌが５〜２０％のＡｌＧａＮ合金
が必要である。従来の構造ではＡｌＧａＮ層が必要であ
り、このため、クラッキングによる重大な問題及びｐ−
型ドーピング（受容体活性化エネルギーはＡｌ量に伴い
増加する）に関連する重大な問題が生じている。

【００３６】これとは対照的に、本発明にかかるより長
波長の、高インジウム量の活性化領域構造では、光閉じ
込め及びキャリヤ閉じ込めのためにＡｌＧａＮの高いバ
ンドギャップ及び低い屈折率が必要ない。その代わり
に、低いアルミニウム量ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、あるいは
ＩｎＧａＮでさえ充分な閉じ込め機能を発揮する。この
ように、より長い波長では、ヘテロ構造全体が従来の構
造よりも低いバンドギャップの合金を使用することがで
きる。これらのバンドギャップがより低い合金はまた、
ｐ−ドーピングの容易性、オーミック接触（オーム接
触）の形成の点でも有利である。

【００３７】格子のずれを減少させる前記アプローチに
より高インジウム量ＩｎＧａＮの品質を向上させること
ができる事実上の実験的証拠がある。例えば、Ｋ．ヒラ
マツ（Hiramatsu）らによる「ＧａＮとＡｌＧａＮ上にＭ
ＯＣＶＤにより成長させたＩｎＧａＮの組成引き抜き効
果及びＴＥＭによるキャラクタリゼーション」と題す
る、窒化物リサーチ２のＭＲＳインターネットジャーナ
ル、第６項目（１９９７）（Hiramatsu）では、ＩｎＧ
ａＮ層の構造の質は、その上にエピタキシャル蒸着させ
るＩｎＧａＮ層の表面に強く依存することが示唆されて
いる。例えば、ヒラマツによれば、ＩｎＧａＮを厚いＧ
ａＮまたはＡｌＧａＮ層上に成長させる場合、ＩｎＧａ
Ｎの構造の質は、層が厚くなるほど、あるいは高インジ
ウム量で成長させるほど、大きく劣化することが開示さ
れている。特に、格子のひずみが大きい場合、合金は相
偏析を受けた。これにより、青色及び緑色のレーザダイ
オードがないこと、緑色ＬＥＤのスペクトル純度が悪い
ことが説明される。

【００３８】より重要なことは、ヒラマツが、非常に薄
いＧａＮ、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮバッファ（核形成）
層上に直接成長させたＩｎＧａＮは優れた構造特性及び
光電特性を示したことを示唆したことである。これによ
り、ＩｎＧａＮの偏析は格子のずれによるものであり、
ＩｎＧａＮ合金に関連する混和性ギャップによるもので
はないことが示唆される。このように、より格子パラメ
ータがより大きいエピタキシーテンプレートを確立する
ことにより、高インジウム量ＩｎＧａＮ合金への整合が
良好になり、相偏析を防ぐことができる。その結果、Ｇ
ａＮよりも、ＩｎＧａＮ上では高品質、高インジウム量
のＩｎＧａＮ層を成長させ、青色、緑色（及び均一な黄
色あるいは赤色）ＬＥＤおよびレーザーダイオードの活
性領域を形成することができる。インジウム量が約２０
％までのＩｎＧａＮ膜は以前から厚いＧａＮ上に成長さ
せることができたが、この発明によれば、インジウム量
が約３０％のＩｎＧａＮ層上にそのようなＩｎＧａＮ膜
を成長させることにより、ＩｎＧａＮ膜のインジウム量
を、例えば５０％まで拡大することができる。なぜな
ら、格子のずれの大きさが同等であるからである。

【００３９】前記本発明にかかるレーザダイオード構造
は小型レーザ構造を必要とするどのような装置にも適用
することができる。そのような装置としては、例えば、
高解像度レーザプリント装置、デジタルプリンタ、ディ
スプレイ装置、投写型ディスプレイ、高密度光記憶装
置、光ファイバ通信装置、及び海底通信装置（海水は青
色−緑色スペクトルにおいて最も透光性がある）などが
挙げられる。高密度光記憶装置としては、磁気−光記憶
装置、例えばＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤが挙げられ、この
場合、データは磁気−光ディスク上に保存される。光フ
ァイバ通信装置としては、光ファイバエミッタ及びリピ
ータが挙げられる。本発明にかかるＬＥＤ構造はまた、
小型ＬＥＤ構造を必要とするどのような装置にも適用で
き、そのような装置としては照明装置、フルカラーディ
スプレイなどが挙げられる。フルカラーディスプレイに
は、フルカラーディスプレイ用のモノリシック集積ピク
セルが含まれる。

【００４０】図４はレーザプリント装置に組み込まれた
本発明の１つの実施の形態にかかるレーザダイオード構
造を示したものである。図４には、ラスター出力スキャ
ナ（ＲＯＳ）６２０と、用紙供給６３０と、印刷モジュ
ール６４０と、フィニッシャー６５０とを含むプリンタ
６１０が図示されている。レーザダイオード構造６６０
はＲＯＳ６２０内に組み込まれ、有効な走査光学を提供
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の１つの実施の形態にかかるＬＥＤの
構造を示した図である。

【図２】 本発明の他の実施の形態にかかる図１のＬＥ
Ｄ構造を示した図である。

【図３】 本発明の他の実施の形態にかかるダイオード
レーザの構造を示した図である。

【図４】 複写印刷システムに組み込んだ本発明の１つ
の実施の形態にかかるレーザダイオード構造を示した図
である。

【符号の説明】

３０５ 基板、３１０ バッファ層、３２０ 厚いＩｎ
ＧａＮ層、３３０ ＩｎＧａＮ活性層、３４０ 第１の
III−Ｖ族窒化物層、３５０ 第２のIII−Ｖ族窒化物
層、３６０ ｐ−電極、３７０ ｎ−電極。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 核形成層と、 前記核形成層上に成長させた厚いＩｎＧａＮ層と、 前記厚いＩｎＧａＮ層上に形成した活性層と、 を備えることを特徴とする半導体。
2. 【請求項２】 核形成層を形成する工程と、 前記核形成層上に厚いＩｎＧａＮ層を形成する工程と、 前記厚いＩｎＧａＮ層上に活性層を形成する工程と、 を含むことを特徴とする半導体の形成方法。