JP2002299685A - Ｉｉｉ族窒化物デバイスのための窒化ガリウムインジウム平滑構造 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物デバイスのための窒化ガリウムインジウム平滑構造Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 デバイス層の表面特性を向上するために、II
I族窒化物発光デバイスの基板と活性領域の間に、イン
ジウムを含む平滑構造を形成する。 【解決手段】 いくつかの実施形態において、平滑構造
は、典型的にはインジウムを含有しないスペーサ層によ
って活性領域から分離された単一の層であある。平滑層
は、活性領域より低いインジウム組成を含み、典型的に
は、活性領域より高い温度で沈積される。スペーサ層
は、典型的には、反応器内の温度を平滑層沈積温度から
活性領域沈積温度へ低下させる間に沈積される。他の実
施形態においては、表面特性を向上させるために、勾配
がつけられた平滑領域が用いられる。平滑領域は、勾配
がつけられた組成、勾配がつけられたドープ剤濃度、及
びその両方を有することができる。
I族窒化物発光デバイスの基板と活性領域の間に、イン
ジウムを含む平滑構造を形成する。 【解決手段】 いくつかの実施形態において、平滑構造
は、典型的にはインジウムを含有しないスペーサ層によ
って活性領域から分離された単一の層であある。平滑層
は、活性領域より低いインジウム組成を含み、典型的に
は、活性領域より高い温度で沈積される。スペーサ層
は、典型的には、反応器内の温度を平滑層沈積温度から
活性領域沈積温度へ低下させる間に沈積される。他の実
施形態においては、表面特性を向上させるために、勾配
がつけられた平滑領域が用いられる。平滑領域は、勾配
がつけられた組成、勾配がつけられたドープ剤濃度、及
びその両方を有することができる。
Description
【０００１】
【従来の技術】半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）は、現
在のところ利用できる最も効果的な光源の一つである。
可視スペクトルの全域にわたって作動可能な高輝度の製
品において現在関心を呼んでいる材料系は、III−Ｖ族
半導体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウ
ム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の２元、３元
及び４元合金である。典型的には、III族窒化物層は、
サファイア、炭化ケイ素、或いは窒化ガリウム基板上に
エピタキシアル成長される。サファイア基板は、サファ
イアの広い利用可能性、六方晶の対称性、及び取り扱い
と成長前の洗浄の容易さのために、III族窒化物層との
構造的及び熱的適合性が不十分であるにもかかわらず、
しばしば用いられている。例えば、Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ、
Ｈ．Ｍｏｒｋｏｃ著、１９９２年7月／８月発行「Ａ
ｒｅｖｉｅｗ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．
Ｂ１０（４）」１２３７ページの「ＧａＮ、ＡｌＮ、
ａｎｄ ＩｎＮ」を参照されたい。
在のところ利用できる最も効果的な光源の一つである。
可視スペクトルの全域にわたって作動可能な高輝度の製
品において現在関心を呼んでいる材料系は、III−Ｖ族
半導体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウ
ム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の２元、３元
及び４元合金である。典型的には、III族窒化物層は、
サファイア、炭化ケイ素、或いは窒化ガリウム基板上に
エピタキシアル成長される。サファイア基板は、サファ
イアの広い利用可能性、六方晶の対称性、及び取り扱い
と成長前の洗浄の容易さのために、III族窒化物層との
構造的及び熱的適合性が不十分であるにもかかわらず、
しばしば用いられている。例えば、Ｓ．Ｓｔｒｉｔｅ、
Ｈ．Ｍｏｒｋｏｃ著、１９９２年7月／８月発行「Ａ
ｒｅｖｉｅｗ、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．
Ｂ１０（４）」１２３７ページの「ＧａＮ、ＡｌＮ、
ａｎｄ ＩｎＮ」を参照されたい。
【０００２】ＬＥＤに、例えば高輝度、高効率、或いは
高い信頼性のデバイスのような良好な性能を保証するた
めに、層界面の特性を注意深く考慮しなければならな
い。活性領域の下及び活性領域内の層界面は、特に重要
である。層界面の品質は、次々に層が被着される成長面
の条件によって制御される。成長面のよくない品質につ
ながる条件には、基板表面の清浄度、基板表面の誤配
向、不十分な成長条件、及び不純物がある。
高い信頼性のデバイスのような良好な性能を保証するた
めに、層界面の特性を注意深く考慮しなければならな
い。活性領域の下及び活性領域内の層界面は、特に重要
である。層界面の品質は、次々に層が被着される成長面
の条件によって制御される。成長面のよくない品質につ
ながる条件には、基板表面の清浄度、基板表面の誤配
向、不十分な成長条件、及び不純物がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】平坦なＧａＮ表面形態
を達成するための一つの方法は、ＧａＮの厚い層を、高
温（約１１００℃）及び高いＶ族対III族のモル濃度気
体位相濃度比で成長させることである。このような方法
で成長されるＧａＮ層は、ＧａＮ層が粗い面を成長させ
すぎる標準の成長条件の下で成長されるＧａＮ層と比べ
て、高い横方向−垂直方向成長率比を有し、また、該Ｇ
ａＮ層上で成長される後に続くデバイス層の成長のため
の平滑面を提供する。しかしながら、平坦で平面の表面
を達成するためには、この方法で成長されるＧａＮ層
は、厚くなければならず、長い成長時間を必要とする。
さらに、ＬＥＤ又はレーザーダイオード内のＩｎ含有の
活性領域は、上述の方法によって提供されることができ
る条件とは異なる、表面平滑度条件を必要とする場合が
ある。
を達成するための一つの方法は、ＧａＮの厚い層を、高
温（約１１００℃）及び高いＶ族対III族のモル濃度気
体位相濃度比で成長させることである。このような方法
で成長されるＧａＮ層は、ＧａＮ層が粗い面を成長させ
すぎる標準の成長条件の下で成長されるＧａＮ層と比べ
て、高い横方向−垂直方向成長率比を有し、また、該Ｇ
ａＮ層上で成長される後に続くデバイス層の成長のため
の平滑面を提供する。しかしながら、平坦で平面の表面
を達成するためには、この方法で成長されるＧａＮ層
は、厚くなければならず、長い成長時間を必要とする。
さらに、ＬＥＤ又はレーザーダイオード内のＩｎ含有の
活性領域は、上述の方法によって提供されることができ
る条件とは異なる、表面平滑度条件を必要とする場合が
ある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、活性領
域での成長に備える、インジウム含有の勾配平滑領域
が、III族窒化物発光デバイスの基板と活性領域の間に
形成される。一つの実施形態において、勾配平滑領域
は、組成に勾配が付けられている。別の実施形態におい
て、勾配平滑領域は、ドープ剤濃度に勾配が付けられて
いる。いくつかの実施形態において、勾配平滑領域は、
一定の組成及びドープ剤濃度を有するスペーサ層によっ
て活性領域から分離されている。本発明の勾配平滑領域
は、勾配平滑領域、特に活性領域の上に成長される層の
表面特性を向上させることができる。
域での成長に備える、インジウム含有の勾配平滑領域
が、III族窒化物発光デバイスの基板と活性領域の間に
形成される。一つの実施形態において、勾配平滑領域
は、組成に勾配が付けられている。別の実施形態におい
て、勾配平滑領域は、ドープ剤濃度に勾配が付けられて
いる。いくつかの実施形態において、勾配平滑領域は、
一定の組成及びドープ剤濃度を有するスペーサ層によっ
て活性領域から分離されている。本発明の勾配平滑領域
は、勾配平滑領域、特に活性領域の上に成長される層の
表面特性を向上させることができる。
【０００５】
【発明の実施の形態】本発明によると、インジウムを含
む平滑構造が、望ましい表面特性を有するIII族窒化物
エピタキシアル層を成長させるために、III族窒化物デ
バイスに組み込まれる。いくつかの実施形態において、
スペーサ層が平滑構造を活性領域から分離する。ここで
用いられているようなIII族窒化物半導体層は、 という一般式で表される化合物を指し、該化合物は、ホ
ウ素及びタリウムのようなIII族元素をさらに含むこと
ができ、また、該化合物の窒素の一部をリン、ヒ素、ア
ンチモン或いはビスマスに置き換えることができる。
む平滑構造が、望ましい表面特性を有するIII族窒化物
エピタキシアル層を成長させるために、III族窒化物デ
バイスに組み込まれる。いくつかの実施形態において、
スペーサ層が平滑構造を活性領域から分離する。ここで
用いられているようなIII族窒化物半導体層は、 という一般式で表される化合物を指し、該化合物は、ホ
ウ素及びタリウムのようなIII族元素をさらに含むこと
ができ、また、該化合物の窒素の一部をリン、ヒ素、ア
ンチモン或いはビスマスに置き換えることができる。
【０００６】図１は、単一の層である平滑構造を含むII
I族窒化物ＬＥＤの断面を示す。ｎ型領域１２が、サフ
ァイアのような基板１１の上に形成される。平滑層１４
は、ｎ型領域１２の上に形成される。基板が最下層とな
る方向でＬＥＤを見ると、平滑層は、典型的には、活性
領域の下方、該活性領域の５０００オングストロームの
範囲内に配置されるｎ型層である。平滑層は、約２００
オングストロームから数ミクロンまでの範囲にわたる厚
さを有することができる。平滑層１４は、活性領域１６
よりも低いインジウム組成を有する。典型的には、平滑
層１４は、２から１２％までの範囲のインジウムを含む
ＩｎＧａＮ層である。好ましい実施形態において、平滑
層は、２から６％のインジウムを含む。
I族窒化物ＬＥＤの断面を示す。ｎ型領域１２が、サフ
ァイアのような基板１１の上に形成される。平滑層１４
は、ｎ型領域１２の上に形成される。基板が最下層とな
る方向でＬＥＤを見ると、平滑層は、典型的には、活性
領域の下方、該活性領域の５０００オングストロームの
範囲内に配置されるｎ型層である。平滑層は、約２００
オングストロームから数ミクロンまでの範囲にわたる厚
さを有することができる。平滑層１４は、活性領域１６
よりも低いインジウム組成を有する。典型的には、平滑
層１４は、２から１２％までの範囲のインジウムを含む
ＩｎＧａＮ層である。好ましい実施形態において、平滑
層は、２から６％のインジウムを含む。
【０００７】スペーサ層１５は、活性領域１６を平滑層
１４から分離する。スペーサ層１５は、典型的には、Ｉ
ｎを含まず、例えばＧａＮ又はＡｌＧａＮとすることが
できる。活性領域１６は、典型的には、５から５０％の
間のインジウム組成と、０から５０％の間のアルミニウ
ム組成とを有するＡｌＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮの多重
量子井戸構造である。ｐ型領域１７が活性領域の上に形
成される。ｐコンタクト１９がｐ型領域１７の上面上に
形成され、ｎコンタクト１８がｎ型領域１２の露出部分
上に形成される。或いは、図２に示すように、ｎコンタ
クト１８は、平滑層１４の露出部分上に形成される。
１４から分離する。スペーサ層１５は、典型的には、Ｉ
ｎを含まず、例えばＧａＮ又はＡｌＧａＮとすることが
できる。活性領域１６は、典型的には、５から５０％の
間のインジウム組成と、０から５０％の間のアルミニウ
ム組成とを有するＡｌＩｎＧａＮ又はＩｎＧａＮの多重
量子井戸構造である。ｐ型領域１７が活性領域の上に形
成される。ｐコンタクト１９がｐ型領域１７の上面上に
形成され、ｎコンタクト１８がｎ型領域１２の露出部分
上に形成される。或いは、図２に示すように、ｎコンタ
クト１８は、平滑層１４の露出部分上に形成される。
【０００８】図３は、図１に示されるデバイス層の伝導
帯端エネルギーの相対的な位置を示す。図３に示すよう
に、平滑層１４はインジウムを含むので、ｎ型領域１２
及びスペーサ層１５より小さいバンドギャップを有す
る。平滑層１４のバンドギャップは、活性領域１６のバ
ンドギャップより大きい。スペーサ層１５の高いバンド
ギャップと小さい厚さは、活性領域から発せられる光の
スペーサ層における吸収を最小限にする。活性領域より
高い平滑層１４のバンドギャップは、活性領域から発せ
られる光の該平滑層における吸収を減少させる。
帯端エネルギーの相対的な位置を示す。図３に示すよう
に、平滑層１４はインジウムを含むので、ｎ型領域１２
及びスペーサ層１５より小さいバンドギャップを有す
る。平滑層１４のバンドギャップは、活性領域１６のバ
ンドギャップより大きい。スペーサ層１５の高いバンド
ギャップと小さい厚さは、活性領域から発せられる光の
スペーサ層における吸収を最小限にする。活性領域より
高い平滑層１４のバンドギャップは、活性領域から発せ
られる光の該平滑層における吸収を減少させる。
【０００９】本発明の第１の実施形態において、平滑層
は、スペーサ層よりずっと高濃度にドープされる。平滑
層は、例えば２ｅ１７ｃｍ-3と２ｅ１９ｃｍ-3の間の濃
度までＳｉがドープされる。第１の実施形態において、
スペーサ層はｎ型であり、例えば無ドープと２ｅ１８ｃ
ｍ-3の間の濃度までＳｉがドープされる。第１の実施形
態において、スペーサ層は、約１０オングストロームか
ら１ミクロンの範囲にわたる厚さを有し、典型的な厚さ
は１５０から２００オングストロームである。スペーサ
層の成長は、例えば温度のような成長条件が、平滑層の
成長条件から活性領域の成長条件まで調整されるのを可
能にする。スペーサ層の厚さは、活性領域の成長のため
の製造中に成長条件を安定させるために十分厚く、ま
た、平滑層の上に成長される半導体層の表面特性につい
ての該平滑層の有益な効果を減少させないために十分薄
くするように最適化される。
は、スペーサ層よりずっと高濃度にドープされる。平滑
層は、例えば２ｅ１７ｃｍ-3と２ｅ１９ｃｍ-3の間の濃
度までＳｉがドープされる。第１の実施形態において、
スペーサ層はｎ型であり、例えば無ドープと２ｅ１８ｃ
ｍ-3の間の濃度までＳｉがドープされる。第１の実施形
態において、スペーサ層は、約１０オングストロームか
ら１ミクロンの範囲にわたる厚さを有し、典型的な厚さ
は１５０から２００オングストロームである。スペーサ
層の成長は、例えば温度のような成長条件が、平滑層の
成長条件から活性領域の成長条件まで調整されるのを可
能にする。スペーサ層の厚さは、活性領域の成長のため
の製造中に成長条件を安定させるために十分厚く、ま
た、平滑層の上に成長される半導体層の表面特性につい
ての該平滑層の有益な効果を減少させないために十分薄
くするように最適化される。
【００１０】第１の実施形態のスペーサ層は、ｎ型領域
１２よりも低いドープ剤濃度を有し、したがって、該ス
ペーサ層は、活性領域内に電流が均一に広がるのを助け
ることができる、より抵抗性のある層であり、電流がｎ
コンタクトとｐコンタクトの間の最短経路内に過密にな
るのを防ぐ。スペーサ層の厚さは、該スペーサ層がデバ
イスの順電圧を著しく増加させないように、該スペーサ
層のドープ剤濃度に基づいて選択される。
１２よりも低いドープ剤濃度を有し、したがって、該ス
ペーサ層は、活性領域内に電流が均一に広がるのを助け
ることができる、より抵抗性のある層であり、電流がｎ
コンタクトとｐコンタクトの間の最短経路内に過密にな
るのを防ぐ。スペーサ層の厚さは、該スペーサ層がデバ
イスの順電圧を著しく増加させないように、該スペーサ
層のドープ剤濃度に基づいて選択される。
【００１１】図４は、本発明の第２の実施形態の活性領
域、スペーサ層及び平滑層を示す。デバイスの活性領域
１６は、典型的には、２つ又はそれ以上の井戸層５０を
分離している、少なくとも１つの障壁層５１を有する多
重量子井戸構造である。４つの井戸及び３つの障壁が示
されているが、活性領域は、より多くの、或いはより少
ない井戸層及び障壁層を有することができ、或いは、単
一の量子井戸活性領域とすることができる。第２の実施
形態において、スペーサ層１５は、障壁層の厚さよりも
薄い。障壁層５１は、厚さ２５オングストロームから１
ミクロンの範囲にわたることができ、典型的には、約１
００から１５０オングストロームの厚さである。したが
って、第２の実施形態において、スペーサ層は、典型的
には、約１００から約１５０オングストロームまでの範
囲にわたる厚さを有する。スペーサ層が厚くなるに従
い、該スペーサ層の下にある平滑層が、該平滑層の上に
成長する層の表面特性に対して与えることができる影響
が小さくなるので、活性領域内の障壁層より薄いスペー
サ層を形成することは有益である。
域、スペーサ層及び平滑層を示す。デバイスの活性領域
１６は、典型的には、２つ又はそれ以上の井戸層５０を
分離している、少なくとも１つの障壁層５１を有する多
重量子井戸構造である。４つの井戸及び３つの障壁が示
されているが、活性領域は、より多くの、或いはより少
ない井戸層及び障壁層を有することができ、或いは、単
一の量子井戸活性領域とすることができる。第２の実施
形態において、スペーサ層１５は、障壁層の厚さよりも
薄い。障壁層５１は、厚さ２５オングストロームから１
ミクロンの範囲にわたることができ、典型的には、約１
００から１５０オングストロームの厚さである。したが
って、第２の実施形態において、スペーサ層は、典型的
には、約１００から約１５０オングストロームまでの範
囲にわたる厚さを有する。スペーサ層が厚くなるに従
い、該スペーサ層の下にある平滑層が、該平滑層の上に
成長する層の表面特性に対して与えることができる影響
が小さくなるので、活性領域内の障壁層より薄いスペー
サ層を形成することは有益である。
【００１２】第３の実施形態において、平滑構造は、ミ
スカットされた基板上で成長されるデバイスに組み込ま
れる。このようなデバイスは、デバイス性能において、
一層の向上を示す場合がある。ミスカットされた基板
は、成長を開始する第１面が、例えばサファイアの（０
００１）ｃ平面のような主要な結晶面から小さな角度だ
け配向がそれるように方位付けられる。ミスカット基板
は、III族窒化物を含むいくつかの材料系において、種
々の目的で用いられてきた。しかしながら、本発明によ
れば、図１３に示すように、平滑層とミスカット基板の
組み合わせは、どちらか単独の場合よりも、デバイス性
能の大きな向上に結びつくことがある。平滑層とミスカ
ット基板の組み合わせが行われた場合、ミスカットの大
きさは重要である。一般に、平滑層の厚さ、組成、及び
ｎ型領域のドープ剤濃度に依存する最適なミスカット角
度があると予想される。また、最適なミスカット角度は
また、成長条件にも依存する場合がある。原則として、
ミスカット基板と平滑層の組み合わせは、サファイア、
炭化ケイ素及びＧａＮを含む全ての基板に対して有効で
ある。サファイアの（０００１）ｃ平面から０．２から
２度の範囲だけ外れてミスカットされたサファイア基板
上に成長されるデバイスにおいて、向上したデバイス性
能が観察された。
スカットされた基板上で成長されるデバイスに組み込ま
れる。このようなデバイスは、デバイス性能において、
一層の向上を示す場合がある。ミスカットされた基板
は、成長を開始する第１面が、例えばサファイアの（０
００１）ｃ平面のような主要な結晶面から小さな角度だ
け配向がそれるように方位付けられる。ミスカット基板
は、III族窒化物を含むいくつかの材料系において、種
々の目的で用いられてきた。しかしながら、本発明によ
れば、図１３に示すように、平滑層とミスカット基板の
組み合わせは、どちらか単独の場合よりも、デバイス性
能の大きな向上に結びつくことがある。平滑層とミスカ
ット基板の組み合わせが行われた場合、ミスカットの大
きさは重要である。一般に、平滑層の厚さ、組成、及び
ｎ型領域のドープ剤濃度に依存する最適なミスカット角
度があると予想される。また、最適なミスカット角度は
また、成長条件にも依存する場合がある。原則として、
ミスカット基板と平滑層の組み合わせは、サファイア、
炭化ケイ素及びＧａＮを含む全ての基板に対して有効で
ある。サファイアの（０００１）ｃ平面から０．２から
２度の範囲だけ外れてミスカットされたサファイア基板
上に成長されるデバイスにおいて、向上したデバイス性
能が観察された。
【００１３】デバイスの第４の実施形態が、図５に示さ
れる。第４の実施形態において、平滑構造は、勾配平滑
領域６０である。勾配平滑領域６０は、インジウム組成
又はアルミニウム組成のような組成に勾配を付けるこ
と、ドープ剤濃度に勾配を付けること、或いは組成勾配
とドープ剤濃度勾配の両方を有するものとすることがで
きる。勾配平滑領域６０を組み込むデバイスは、勾配平
滑領域と活性領域の間に一定の組成及び一定のドープ剤
濃度のスペーサ層を含んでもよく、或いは含まなくても
よい。勾配平滑領域との組み合わせにおいて、スペーサ
層は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡ
ｌＩｎＧａＮをドープすることができ、或いは無ドープ
とすることができる。典型的には、勾配平滑領域のある
部分は、インジウムを含む。
れる。第４の実施形態において、平滑構造は、勾配平滑
領域６０である。勾配平滑領域６０は、インジウム組成
又はアルミニウム組成のような組成に勾配を付けるこ
と、ドープ剤濃度に勾配を付けること、或いは組成勾配
とドープ剤濃度勾配の両方を有するものとすることがで
きる。勾配平滑領域６０を組み込むデバイスは、勾配平
滑領域と活性領域の間に一定の組成及び一定のドープ剤
濃度のスペーサ層を含んでもよく、或いは含まなくても
よい。勾配平滑領域との組み合わせにおいて、スペーサ
層は、例えば、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡ
ｌＩｎＧａＮをドープすることができ、或いは無ドープ
とすることができる。典型的には、勾配平滑領域のある
部分は、インジウムを含む。
【００１４】ここで用いられる用語「勾配平滑領域」
は、組成及び／又はドーパンント濃度の単一段階以外の
組成及び／又はドープ剤濃度の変化をどのような形でで
も達成する、あらゆる構造を含む意味で用いられる。一
つの例において、勾配平滑領域は、層の堆積であり、各
々の層は、隣接するいずれの層とも異なる組成及び／又
はドープ剤濃度を有する。層が分解可能な厚さである場
合、勾配平滑領域は、階段勾配領域又は割り当て勾配領
域として知られる。それぞれの層の厚さがゼロに近づく
限界において、勾配平滑領域は、連続的勾配領域として
知られる。勾配平滑領域を構成している層を、限定的で
はないが、直線勾配、放物線勾配、及び累乗法則勾配を
含む、組成及び／又はドープ剤の濃度対厚さに関して種
々の形状を形成するように配置することができる。ま
た、勾配平滑領域は、ただ一つの勾配形状に限定される
ものではなく、種々の勾配形状を有する部分、及びほぼ
一定の組成及び／又はドープ剤濃度領域を有する１つ又
はそれ以上の部分を含むことができる。
は、組成及び／又はドーパンント濃度の単一段階以外の
組成及び／又はドープ剤濃度の変化をどのような形でで
も達成する、あらゆる構造を含む意味で用いられる。一
つの例において、勾配平滑領域は、層の堆積であり、各
々の層は、隣接するいずれの層とも異なる組成及び／又
はドープ剤濃度を有する。層が分解可能な厚さである場
合、勾配平滑領域は、階段勾配領域又は割り当て勾配領
域として知られる。それぞれの層の厚さがゼロに近づく
限界において、勾配平滑領域は、連続的勾配領域として
知られる。勾配平滑領域を構成している層を、限定的で
はないが、直線勾配、放物線勾配、及び累乗法則勾配を
含む、組成及び／又はドープ剤の濃度対厚さに関して種
々の形状を形成するように配置することができる。ま
た、勾配平滑領域は、ただ一つの勾配形状に限定される
ものではなく、種々の勾配形状を有する部分、及びほぼ
一定の組成及び／又はドープ剤濃度領域を有する１つ又
はそれ以上の部分を含むことができる。
【００１５】図６Ａは、組成の勾配を持たないデバイス
の層、及び、図５の勾配平滑領域６０においてインジウ
ム組成勾配を有する５つのデバイスの層におけるインジ
ウム組成を示す。デバイスＡは、図１及び図２に示すデ
バイスである。デバイスＡにおいて、ｎ型領域１２はイ
ンジウムを有さず、平滑層１４はいくらのインジウムを
含み、スペーサ層１５はインジウムを有さず、活性領域
はインジウムの豊富ないくつかの井戸層を有する。
の層、及び、図５の勾配平滑領域６０においてインジウ
ム組成勾配を有する５つのデバイスの層におけるインジ
ウム組成を示す。デバイスＡは、図１及び図２に示すデ
バイスである。デバイスＡにおいて、ｎ型領域１２はイ
ンジウムを有さず、平滑層１４はいくらのインジウムを
含み、スペーサ層１５はインジウムを有さず、活性領域
はインジウムの豊富ないくつかの井戸層を有する。
【００１６】デバイスＢ、Ｃ及びＤの各々は、平滑領域
内の勾配インジウム組成、及び勾配平滑領域を活性領域
から分離する一定の組成のスペーサ層を有する。デバイ
スＢにおいて、ｎ型領域１２はインジウムを含まない。
勾配平滑領域６０においては、インジウム組成は、該平
滑領域６０にわたって徐々に増加される。例えば、成長
中のインジウム含有先駆気体の流量とガリウム含有先駆
気体の流量との比を徐々に増加させることによって、或
いは、インジウム及びガリウム含有先駆気体の流量比を
一定に維持しながら成長温度を徐々に低くすることによ
って、インジウム組成を増加させることができる。デバ
イスＣにおいて、インジウム組成は、初めに急に増加
し、次いで、勾配平滑領域６０を通って徐々に減少す
る。例えば、成長中に、インジウム含有先駆気体の流量
とガリウム含有先駆駆気体の流量との比を徐々に減らす
ことによって、及び／又は成長温度を徐々に上げること
によって、インジウム組成を減少させることができる。
インジウム組成は、デバイスＢ及びＣにおいて、例えば
０％から約１２％まで変化することができる。スペーサ
層１５は、活性領域に隣接し、インジウムをほとんど或
いは全く含まない。デバイスＤにおいて、インジウム組
成は、勾配平滑領域６０の第１の部分において増加し、
それから、勾配平滑領域の第２の部分を通って一定に保
たれる。
内の勾配インジウム組成、及び勾配平滑領域を活性領域
から分離する一定の組成のスペーサ層を有する。デバイ
スＢにおいて、ｎ型領域１２はインジウムを含まない。
勾配平滑領域６０においては、インジウム組成は、該平
滑領域６０にわたって徐々に増加される。例えば、成長
中のインジウム含有先駆気体の流量とガリウム含有先駆
気体の流量との比を徐々に増加させることによって、或
いは、インジウム及びガリウム含有先駆気体の流量比を
一定に維持しながら成長温度を徐々に低くすることによ
って、インジウム組成を増加させることができる。デバ
イスＣにおいて、インジウム組成は、初めに急に増加
し、次いで、勾配平滑領域６０を通って徐々に減少す
る。例えば、成長中に、インジウム含有先駆気体の流量
とガリウム含有先駆駆気体の流量との比を徐々に減らす
ことによって、及び／又は成長温度を徐々に上げること
によって、インジウム組成を減少させることができる。
インジウム組成は、デバイスＢ及びＣにおいて、例えば
０％から約１２％まで変化することができる。スペーサ
層１５は、活性領域に隣接し、インジウムをほとんど或
いは全く含まない。デバイスＤにおいて、インジウム組
成は、勾配平滑領域６０の第１の部分において増加し、
それから、勾配平滑領域の第２の部分を通って一定に保
たれる。
【００１７】デバイスＥ及びＦは、活性領域に隣接す
る、一定の組成及びドープ剤濃度のスペーサ層を有さな
い。スペーサ層を組み込まないデバイスは、必ずしもス
ペーサ層を組み込むデバイスより厚い勾配平滑領域を有
しない。デバイスＥにおいて、勾配平滑領域６０の低い
部分は、一定のインジウム組成を有する。次いで、平滑
領域の高い方の部分におけるインジウム組成は、例え
ば、勾配平滑領域の低い部分において約１２％から、活
性領域に隣接する平滑領域の部分において０％まで減少
する。上述のように、成長中にインジウム含有先駆気体
の流量とガリウム含有先駆気体の流量との比を減らすこ
とによって、及び／又は成長中の温度を上げることによ
って、勾配平滑領域におけるインジウム組成は減少され
る。デバイスＦにおいて、勾配平滑領域の第１の部分
は、増加するインジウム組成を有し、第２の部分は、一
定のインジウム組成を有し、第３の部分は、減少するイ
ンジウムの組成を有する。
る、一定の組成及びドープ剤濃度のスペーサ層を有さな
い。スペーサ層を組み込まないデバイスは、必ずしもス
ペーサ層を組み込むデバイスより厚い勾配平滑領域を有
しない。デバイスＥにおいて、勾配平滑領域６０の低い
部分は、一定のインジウム組成を有する。次いで、平滑
領域の高い方の部分におけるインジウム組成は、例え
ば、勾配平滑領域の低い部分において約１２％から、活
性領域に隣接する平滑領域の部分において０％まで減少
する。上述のように、成長中にインジウム含有先駆気体
の流量とガリウム含有先駆気体の流量との比を減らすこ
とによって、及び／又は成長中の温度を上げることによ
って、勾配平滑領域におけるインジウム組成は減少され
る。デバイスＦにおいて、勾配平滑領域の第１の部分
は、増加するインジウム組成を有し、第２の部分は、一
定のインジウム組成を有し、第３の部分は、減少するイ
ンジウムの組成を有する。
【００１８】図６Ａに示されるデバイスは、単に、勾配
平滑領域６０における可能な組成勾配の例にすぎず、こ
れらの層の組成に勾配をつけることができる、本発明に
よる全ての方法を表すことを意図したものではない。当
業者には明らかなように、他の多くの組成勾配の構成が
可能である。例えば、組成勾配は、直線状である必要は
なく、例えば放物線状であってもよい。さらに、スペー
サ層を有し、或いは有さないで、かつ、ドープ剤濃度勾
配、又はインジウム以外のIII族元素の組成勾配を有し
或いは有さないで、上述したあらゆる組成勾配の構成を
実現することができる。
平滑領域６０における可能な組成勾配の例にすぎず、こ
れらの層の組成に勾配をつけることができる、本発明に
よる全ての方法を表すことを意図したものではない。当
業者には明らかなように、他の多くの組成勾配の構成が
可能である。例えば、組成勾配は、直線状である必要は
なく、例えば放物線状であってもよい。さらに、スペー
サ層を有し、或いは有さないで、かつ、ドープ剤濃度勾
配、又はインジウム以外のIII族元素の組成勾配を有し
或いは有さないで、上述したあらゆる組成勾配の構成を
実現することができる。
【００１９】図６Ａを参照して上述したように、組成勾
配により、いくつかの利点を提供することができる。勾
配組成領域を、勾配バンドギャップ及び隣接する層の間
の圧電電荷の双方によって、デバイスのバンド構造を設
計するように用いることができる。反応器の温度及び先
駆気体流量のような工程条件を、勾配領域を通って徐々
に調整することができるので、勾配組成領域はまた、隣
接する層の間の工程条件を変えるための、成長中断の必
要性も排除する。成長中断は、不純物の蓄積、結晶性欠
陥の形成、及び、層の間の界面における表面腐食を引き
起こす可能性があり、勾配領域による成長中断の除去
は、成長工程を単純化するだけでなく、界面での問題を
排除することによって、キャリアの制限を減少し、効率
的にキャリアを捕らえるデバイスの性能を向上させる。
組成的に勾配をつけられた平滑領域は、活性領域によっ
て発せられた光の吸収を最小限にするために設計される
べきである。平滑領域内の最小のバンドギャップエネル
ギーは、活性領域から発せられる光の光子エネルギーよ
り大きいことが好ましい。
配により、いくつかの利点を提供することができる。勾
配組成領域を、勾配バンドギャップ及び隣接する層の間
の圧電電荷の双方によって、デバイスのバンド構造を設
計するように用いることができる。反応器の温度及び先
駆気体流量のような工程条件を、勾配領域を通って徐々
に調整することができるので、勾配組成領域はまた、隣
接する層の間の工程条件を変えるための、成長中断の必
要性も排除する。成長中断は、不純物の蓄積、結晶性欠
陥の形成、及び、層の間の界面における表面腐食を引き
起こす可能性があり、勾配領域による成長中断の除去
は、成長工程を単純化するだけでなく、界面での問題を
排除することによって、キャリアの制限を減少し、効率
的にキャリアを捕らえるデバイスの性能を向上させる。
組成的に勾配をつけられた平滑領域は、活性領域によっ
て発せられた光の吸収を最小限にするために設計される
べきである。平滑領域内の最小のバンドギャップエネル
ギーは、活性領域から発せられる光の光子エネルギーよ
り大きいことが好ましい。
【００２０】勾配組成に加え、或いは勾配組成の代わり
に、平滑領域６０のドープ剤濃度に勾配を付けることが
できる。図６Ｂは、ドープ剤濃度の勾配を有しない１つ
のデバイス、及び、ドープ剤濃度の勾配を有する５つの
デバイスを示す。デバイスＡは、第１の実施形態におい
て説明されたようなデバイスである。ｎ型領域１２は、
高濃度にドープされ、平滑層１４は、ｎ型領域１２より
低濃度にドープされ、スペーサ層１５は、平滑層１４よ
り低濃度にドープされる。各々のｎ型領域１２、平滑層
１４及びスペーサ層１５は、ほぼ均一なドープ剤濃度を
有する。
に、平滑領域６０のドープ剤濃度に勾配を付けることが
できる。図６Ｂは、ドープ剤濃度の勾配を有しない１つ
のデバイス、及び、ドープ剤濃度の勾配を有する５つの
デバイスを示す。デバイスＡは、第１の実施形態におい
て説明されたようなデバイスである。ｎ型領域１２は、
高濃度にドープされ、平滑層１４は、ｎ型領域１２より
低濃度にドープされ、スペーサ層１５は、平滑層１４よ
り低濃度にドープされる。各々のｎ型領域１２、平滑層
１４及びスペーサ層１５は、ほぼ均一なドープ剤濃度を
有する。
【００２１】デバイスＢにおいて、ｎ型領域１２は、均
一なドープ剤濃度を有し、それからドープ剤濃度は、勾
配平滑領域６０を通って徐々に減少する。デバイスＢ
は、勾配平滑領域６０と活性領域（図示せず）の間に、
一定のドープ剤濃度を有するスペーサ層を含む。デバイ
スＣ、Ｄ、Ｅ及びＦにおいて、勾配平滑領域６０を活性
領域（図示せず）から分離するスペーサ層はない。デバ
イスＣにおいては、ドープ剤濃度は、急に減少し、次い
で、勾配平滑領域６０にわたって徐々に増加する。デバ
イスＤにおいては、ドープ剤濃度は、初めに平滑領域の
第１の部分で徐々に減少し、次いで、活性領域に隣接す
る勾配平滑領域の第２の部分において一定に保たれる。
デバイスＥにおいて、ドープ剤濃度は、初めに急に減少
し、次いで、平滑領域の第１の部分にわたり一定に保た
れ、次いで、活性領域に隣接する平滑領域の第２の部分
にわたって徐々に増加する。デバイスＦにおいて、平滑
領域の第１の部分において徐々に減少し、次いで、平滑
領域の第２の部分において一定に保たれ、次いで、活性
領域に隣接する平滑領域の第３の部分において徐々に増
加する。
一なドープ剤濃度を有し、それからドープ剤濃度は、勾
配平滑領域６０を通って徐々に減少する。デバイスＢ
は、勾配平滑領域６０と活性領域（図示せず）の間に、
一定のドープ剤濃度を有するスペーサ層を含む。デバイ
スＣ、Ｄ、Ｅ及びＦにおいて、勾配平滑領域６０を活性
領域（図示せず）から分離するスペーサ層はない。デバ
イスＣにおいては、ドープ剤濃度は、急に減少し、次い
で、勾配平滑領域６０にわたって徐々に増加する。デバ
イスＤにおいては、ドープ剤濃度は、初めに平滑領域の
第１の部分で徐々に減少し、次いで、活性領域に隣接す
る勾配平滑領域の第２の部分において一定に保たれる。
デバイスＥにおいて、ドープ剤濃度は、初めに急に減少
し、次いで、平滑領域の第１の部分にわたり一定に保た
れ、次いで、活性領域に隣接する平滑領域の第２の部分
にわたって徐々に増加する。デバイスＦにおいて、平滑
領域の第１の部分において徐々に減少し、次いで、平滑
領域の第２の部分において一定に保たれ、次いで、活性
領域に隣接する平滑領域の第３の部分において徐々に増
加する。
【００２２】図６Ｂに示されるデバイスは、単に勾配平
滑領域６０において可能なドープ剤濃度勾配の例にすぎ
ず、これらの層のドープ剤濃度に勾配をつけることがで
きる、本発明による全ての方法を示すことが意図されて
いるものではない。例えば、ドープ剤濃度は、図６Ｂに
示すように直線状である必要はない。また、上述したあ
らゆるドープ剤濃度の勾配構成を、スペーサ層を有して
或いはスペーサ層を有さないで、及び、組成勾配を有し
て或いは有さないで、実現することができる。勾配平滑
層６０のドープ剤濃度に勾配をつけることで、ＬＥＤ又
はレーザーダイオードの順電圧を減少させるために、工
程の簡略化或いは圧電電荷の補償のような利点を提供す
ることができる。
滑領域６０において可能なドープ剤濃度勾配の例にすぎ
ず、これらの層のドープ剤濃度に勾配をつけることがで
きる、本発明による全ての方法を示すことが意図されて
いるものではない。例えば、ドープ剤濃度は、図６Ｂに
示すように直線状である必要はない。また、上述したあ
らゆるドープ剤濃度の勾配構成を、スペーサ層を有して
或いはスペーサ層を有さないで、及び、組成勾配を有し
て或いは有さないで、実現することができる。勾配平滑
層６０のドープ剤濃度に勾配をつけることで、ＬＥＤ又
はレーザーダイオードの順電圧を減少させるために、工
程の簡略化或いは圧電電荷の補償のような利点を提供す
ることができる。
【００２３】図６Ｃは、考えうる勾配形状の６つの例を
示す。図６Ａ及び６Ｂに示す勾配形状は、図６Ｃにおけ
る勾配形状Ａに示されるように、直線状である必要はな
い。また、勾配形状は、勾配形状Ｂにおいて示されるよ
うな放物線状の形状、或いは勾配形状Ｃにおいて示され
るような階段状の形状のような非線形の単調な形状とす
ることもできる。
示す。図６Ａ及び６Ｂに示す勾配形状は、図６Ｃにおけ
る勾配形状Ａに示されるように、直線状である必要はな
い。また、勾配形状は、勾配形状Ｂにおいて示されるよ
うな放物線状の形状、或いは勾配形状Ｃにおいて示され
るような階段状の形状のような非線形の単調な形状とす
ることもできる。
【００２４】代わりに、勾配形状を、勾配形状Ｄ、Ｅ及
びＦにおいて示されるように、単調ではない超格子構造
とすることができる。勾配超格子においては、勾配平滑
領域を構成する層は、層の移動平均組成及び／又はドー
プ剤濃度が、非超格子領域について上述したのと同様に
勾配平滑領域の厚さに沿って変化するような形態で、体
系的に交互に配される。超格子勾配形状Ｅ及びＦは、組
成の勾配に適しており、形状Ｄ、Ｅ及びＦは、ドープ剤
濃度の勾配に適している。超格子Ｄ、Ｅ及びＦにおいて
は、異なる勾配形状を有する複数の組の層が交互に配さ
れる。勾配形状Ｄ、Ｅ及びＦにおけるこの層の組を、任
意に「１」及び「２」と名付ける。形状Ｄにおいては、
ドープ剤濃度は、第１の組の層（「１」と標記された）
において増加する。第１の組の層は、一定のドープ剤濃
度を有する第２の組の層（「２」と標記された）と交互
に配される。形状Ｅにおいては、ドープ剤濃度又はイン
ジウム組成は、第１及び第２の層双方において増加す
る。しかしながら、第１の組の層は、第２の組の層と異
なる組成又はドープ剤濃度の範囲にわたって増加してお
り、このように、全体の構造は単調でない。輪郭Ｆにお
いて、ドープ剤濃度又はインジウム組成は、第１の組の
層において減少し、第２の組の層においては増加する。
びＦにおいて示されるように、単調ではない超格子構造
とすることができる。勾配超格子においては、勾配平滑
領域を構成する層は、層の移動平均組成及び／又はドー
プ剤濃度が、非超格子領域について上述したのと同様に
勾配平滑領域の厚さに沿って変化するような形態で、体
系的に交互に配される。超格子勾配形状Ｅ及びＦは、組
成の勾配に適しており、形状Ｄ、Ｅ及びＦは、ドープ剤
濃度の勾配に適している。超格子Ｄ、Ｅ及びＦにおいて
は、異なる勾配形状を有する複数の組の層が交互に配さ
れる。勾配形状Ｄ、Ｅ及びＦにおけるこの層の組を、任
意に「１」及び「２」と名付ける。形状Ｄにおいては、
ドープ剤濃度は、第１の組の層（「１」と標記された）
において増加する。第１の組の層は、一定のドープ剤濃
度を有する第２の組の層（「２」と標記された）と交互
に配される。形状Ｅにおいては、ドープ剤濃度又はイン
ジウム組成は、第１及び第２の層双方において増加す
る。しかしながら、第１の組の層は、第２の組の層と異
なる組成又はドープ剤濃度の範囲にわたって増加してお
り、このように、全体の構造は単調でない。輪郭Ｆにお
いて、ドープ剤濃度又はインジウム組成は、第１の組の
層において減少し、第２の組の層においては増加する。
【００２５】本発明の第５の実施形態において、平滑構
造は、合成の超格子、すなわち、異なる組成を有するＧ
ａＮベースの材料からなる薄い層の一つ置きの堆積であ
る。図７は、第５の実施形態による平滑超格子を示す。
超格子は、高インジウム組成材料及び低インジウム組成
材料の交互の層１４ａ及び１４ｂからできている。高Ｉ
ｎ組成層１４ａは、例えば、約１０から約３０オングス
トロームの厚さであり、約３から１２％までの間のイン
ジウム組成を有する。低Ｉｎ組成層１４ｂは、例えば、
約３０から約１００オングストロームの厚さであり、０
から６％の間のインジウム組成を有する。
造は、合成の超格子、すなわち、異なる組成を有するＧ
ａＮベースの材料からなる薄い層の一つ置きの堆積であ
る。図７は、第５の実施形態による平滑超格子を示す。
超格子は、高インジウム組成材料及び低インジウム組成
材料の交互の層１４ａ及び１４ｂからできている。高Ｉ
ｎ組成層１４ａは、例えば、約１０から約３０オングス
トロームの厚さであり、約３から１２％までの間のイン
ジウム組成を有する。低Ｉｎ組成層１４ｂは、例えば、
約３０から約１００オングストロームの厚さであり、０
から６％の間のインジウム組成を有する。
【００２６】いくつかの実施形態において、所望の表面
平滑度を達成するために、デバイスに、いくつかの平滑
層を組み入れることができる。図８は、図１、図２及び
図５のｎ型領域１２の一例をより詳細に示す。ｎ型領域
１２は、基板１１の上に形成される核生成層１２ａを含
むことができる。約０．５μｍの厚さを有する無ドープ
のＧａＮ層１２ｂが、核生成層１２ａの上に重なる。ド
ープされたＧａＮ層１２ｃ及び１２ｄは、無ドープ層１
２ｂの上に重なる。層１２ｃは、約１μｍの厚さ及び約
１ｅ１８ｃｍ-3のｎ型ドープ剤濃度を有する、適度にド
ープされたＧａＮ層である。層１２ｄは、約２μｍの厚
さ及び約１ｅ１９ｃｍ-3のドープ剤濃度を有する、より
高濃度にドープされた層のコンタクト層である。付加的
なインジウム含有平滑構造を、層１２ａと１２ｂの間、
層１２ｂと１２ｃの間、及び層１２ｃと１２ｄの間に、
或いはいずれの層の中に配置することができる。デバイ
スの層の間の界面に、或いはデバイスの層の中に、多数
の平滑層を組み込んでいる実施形態において、少なくと
も１００オングストロームのIII族窒化物材料が、平滑
層を分離するのが好ましい。
平滑度を達成するために、デバイスに、いくつかの平滑
層を組み入れることができる。図８は、図１、図２及び
図５のｎ型領域１２の一例をより詳細に示す。ｎ型領域
１２は、基板１１の上に形成される核生成層１２ａを含
むことができる。約０．５μｍの厚さを有する無ドープ
のＧａＮ層１２ｂが、核生成層１２ａの上に重なる。ド
ープされたＧａＮ層１２ｃ及び１２ｄは、無ドープ層１
２ｂの上に重なる。層１２ｃは、約１μｍの厚さ及び約
１ｅ１８ｃｍ-3のｎ型ドープ剤濃度を有する、適度にド
ープされたＧａＮ層である。層１２ｄは、約２μｍの厚
さ及び約１ｅ１９ｃｍ-3のドープ剤濃度を有する、より
高濃度にドープされた層のコンタクト層である。付加的
なインジウム含有平滑構造を、層１２ａと１２ｂの間、
層１２ｂと１２ｃの間、及び層１２ｃと１２ｄの間に、
或いはいずれの層の中に配置することができる。デバイ
スの層の間の界面に、或いはデバイスの層の中に、多数
の平滑層を組み込んでいる実施形態において、少なくと
も１００オングストロームのIII族窒化物材料が、平滑
層を分離するのが好ましい。
【００２７】最初に、ＳｉＣ、サファイア、ＧａＮ、或
いは他のあらゆる適当な基板のような基板１１の片側或
いは両側を研磨し、次に、この基板を種々の清掃を伴っ
て成長のため準備することによって、図１に示されるデ
バイスを製造することができる。そして、ＧａＮベース
の半導体層１２、１４、１５、１６及び１７は、金属−
有機化学蒸着、分子ビームエピタキシー、或いは他のエ
ピタキシアル技術によって、基板１１上にエピタキシア
ル成長される。この基板は、反応器内に配置され、トリ
メチルガリウム及びアンモニアのような、基板の表面で
反応してＧａＮを形成する先駆気体が導入される。初め
に、ＡｌＮ、ＧａＮ或いはＩｎＧａＮのようなIII族窒
化物核生成層を、基板１１の上で成長させることができ
る。そして、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＯをドープされ
たｎ型領域１２が、核生成層の上で製造される。ｎ型領
域１２は、典型的には、約１０５０℃で形成される。
いは他のあらゆる適当な基板のような基板１１の片側或
いは両側を研磨し、次に、この基板を種々の清掃を伴っ
て成長のため準備することによって、図１に示されるデ
バイスを製造することができる。そして、ＧａＮベース
の半導体層１２、１４、１５、１６及び１７は、金属−
有機化学蒸着、分子ビームエピタキシー、或いは他のエ
ピタキシアル技術によって、基板１１上にエピタキシア
ル成長される。この基板は、反応器内に配置され、トリ
メチルガリウム及びアンモニアのような、基板の表面で
反応してＧａＮを形成する先駆気体が導入される。初め
に、ＡｌＮ、ＧａＮ或いはＩｎＧａＮのようなIII族窒
化物核生成層を、基板１１の上で成長させることができ
る。そして、例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、又はＯをドープされ
たｎ型領域１２が、核生成層の上で製造される。ｎ型領
域１２は、典型的には、約１０５０℃で形成される。
【００２８】例えば、反応器からトリメチルガリウムを
排除し、次いで、トリメチルインジウム、トリエチルガ
リウム及びアンモニアを反応器へ導入することによっ
て、第１、第２或いは第３の実施形態による平滑層１４
を形成することができる。平滑層１４は、ｎ型領域（約
１０５０℃で成長する）より低い温度で、また、活性領
域（７００から９００℃の間で成長する）より高い温
度、例えば９６０℃で成長する。活性領域よりも高い温
度における平滑層の形成は、典型的には、平滑層に、そ
の結果、該平滑層の上に成長される層に、より良い表面
特性を生じさせる。平滑層の成長が終わった後、インジ
ウム含有気体は排除され、ＧａＮ又はＡｌＧａＮスペー
サ層１５が形成される。スペーサ層１５の第１の部分
は、平滑層の成長温度から活性領域の成長温度、通常
は、７００から９００℃の間まで、温度が下がる間に形
成される。スペーサ層１５の第２の部分は、活性領域の
成長温度で製造され、活性領域の成長のための成長温度
を安定させる。
排除し、次いで、トリメチルインジウム、トリエチルガ
リウム及びアンモニアを反応器へ導入することによっ
て、第１、第２或いは第３の実施形態による平滑層１４
を形成することができる。平滑層１４は、ｎ型領域（約
１０５０℃で成長する）より低い温度で、また、活性領
域（７００から９００℃の間で成長する）より高い温
度、例えば９６０℃で成長する。活性領域よりも高い温
度における平滑層の形成は、典型的には、平滑層に、そ
の結果、該平滑層の上に成長される層に、より良い表面
特性を生じさせる。平滑層の成長が終わった後、インジ
ウム含有気体は排除され、ＧａＮ又はＡｌＧａＮスペー
サ層１５が形成される。スペーサ層１５の第１の部分
は、平滑層の成長温度から活性領域の成長温度、通常
は、７００から９００℃の間まで、温度が下がる間に形
成される。スペーサ層１５の第２の部分は、活性領域の
成長温度で製造され、活性領域の成長のための成長温度
を安定させる。
【００２９】本発明の第４の実施形態による、勾配平滑
領域は、図６Ａ及び図６Ｂに関して説明されるように、
上述の工程条件を変えることによって成長する。例え
ば、インジウム組成の勾配平滑領域を、温度、及び／又
は成長中の、インジウム含有先駆気体対ガリウム含有先
駆気体の流量比を徐々に変えることによって、成長させ
ることができる。ドープ剤濃度の勾配領域を、成長中
の、ドープ剤含有気体の流量対III族含有気体の流量比
を徐々に変えることによって、成長させることができ
る。スペーサ層が成長を終えると、インジウム及びガリ
ウム含有先駆気体は、活性領域１６の井戸及び障壁層を
形成するように調整される。層の組成を、インジウム及
びガリウム含有先駆気体の流量比のような他の工程条件
によって制御することができるが、成長温度は、どれだ
けの量のインジウムが層に組み込まれるかということに
影響を及ぼす。一般的には、温度が高くなるほど、イン
ジウムが組み込まれる量が少なくなる。典型的には、平
滑層１４及び活性領域１６は両方ともインジウムを含む
ので、デバイスがスペーサ層を含まない場合は、適当な
インジウム組成で活性領域１６を形成するため、平滑層
１４の形成の後、反応器を冷却するために成長を停止さ
せなければならない。反応器を冷却するために成長を停
止することによって、平滑層の表面で不純物の累積或い
は表面腐食が生じる場合があり、平滑層及びその後に続
く層の表面特性とデバイス性能を損なう可能性がある。
領域は、図６Ａ及び図６Ｂに関して説明されるように、
上述の工程条件を変えることによって成長する。例え
ば、インジウム組成の勾配平滑領域を、温度、及び／又
は成長中の、インジウム含有先駆気体対ガリウム含有先
駆気体の流量比を徐々に変えることによって、成長させ
ることができる。ドープ剤濃度の勾配領域を、成長中
の、ドープ剤含有気体の流量対III族含有気体の流量比
を徐々に変えることによって、成長させることができ
る。スペーサ層が成長を終えると、インジウム及びガリ
ウム含有先駆気体は、活性領域１６の井戸及び障壁層を
形成するように調整される。層の組成を、インジウム及
びガリウム含有先駆気体の流量比のような他の工程条件
によって制御することができるが、成長温度は、どれだ
けの量のインジウムが層に組み込まれるかということに
影響を及ぼす。一般的には、温度が高くなるほど、イン
ジウムが組み込まれる量が少なくなる。典型的には、平
滑層１４及び活性領域１６は両方ともインジウムを含む
ので、デバイスがスペーサ層を含まない場合は、適当な
インジウム組成で活性領域１６を形成するため、平滑層
１４の形成の後、反応器を冷却するために成長を停止さ
せなければならない。反応器を冷却するために成長を停
止することによって、平滑層の表面で不純物の累積或い
は表面腐食が生じる場合があり、平滑層及びその後に続
く層の表面特性とデバイス性能を損なう可能性がある。
【００３０】活性領域が形成された後に、他の先駆気体
が追加され、及び／又は取り除かれて、例えばＭｇがド
ープされたＡｌＧａＮ又はＧａＮのｐ型領域１７が形成
される。導電性又はオーム接触の形成を最適化すること
ができるｐ型層を、ｐ型領域１７内に形成することがで
きる。後からｐコンタクトを形成することになるｐ金属
化層が、半導体層の上に堆積される。デバイスは、パタ
ーン付けされ、ｐ金属化層、ｐ型半導体層、活性領域及
びｎ型半導体層は、エッチングにより除去されて、ｎ型
領域１２の一部が露出する。次いで、ｎコンタクトが、
露出したｎ型領域の露出された部分の上に堆積する。図
２に示す別の実施形態においては、エッチングはｎ型領
域１２に浸透せず、むしろ、ｎ型平滑層１４の一部を露
出する。この実施形態において、ｎコンタクトは、平滑
層１４の上に形成される。ｎ及びｐコンタクトは、例え
ば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐ
ｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ及びＷ、或いはそれらの合金であ
ってもよい。
が追加され、及び／又は取り除かれて、例えばＭｇがド
ープされたＡｌＧａＮ又はＧａＮのｐ型領域１７が形成
される。導電性又はオーム接触の形成を最適化すること
ができるｐ型層を、ｐ型領域１７内に形成することがで
きる。後からｐコンタクトを形成することになるｐ金属
化層が、半導体層の上に堆積される。デバイスは、パタ
ーン付けされ、ｐ金属化層、ｐ型半導体層、活性領域及
びｎ型半導体層は、エッチングにより除去されて、ｎ型
領域１２の一部が露出する。次いで、ｎコンタクトが、
露出したｎ型領域の露出された部分の上に堆積する。図
２に示す別の実施形態においては、エッチングはｎ型領
域１２に浸透せず、むしろ、ｎ型平滑層１４の一部を露
出する。この実施形態において、ｎコンタクトは、平滑
層１４の上に形成される。ｎ及びｐコンタクトは、例え
ば、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ａｇ、Ｔｉ、Ｐ
ｄ、Ｒｈ、Ｒｕ、Ｒｅ及びＷ、或いはそれらの合金であ
ってもよい。
【００３１】本発明によると、インジウム含有平滑構造
は、いくつかの利点を提供することができる。第１に、
平滑構造を用いることによって、望ましくない三次元の
島状成長が始まった後でさえ、平滑半導体表面の二次元
のステップ−フロー型成長を回復することができる。三
次元の島状成長は、基板表面の大きな誤配向、不十分な
表面処理、又は、ケイ素注入のような結晶性転位の密度
を減少させるように設計された成長開始段階によって引
き起こされる可能性がある。上述のように、表面の形態
は、デバイスの性能に影響を有し、よって、平滑構造
は、III族窒化物ＬＥＤの効率と信頼性の両方を高める
ことができる。
は、いくつかの利点を提供することができる。第１に、
平滑構造を用いることによって、望ましくない三次元の
島状成長が始まった後でさえ、平滑半導体表面の二次元
のステップ−フロー型成長を回復することができる。三
次元の島状成長は、基板表面の大きな誤配向、不十分な
表面処理、又は、ケイ素注入のような結晶性転位の密度
を減少させるように設計された成長開始段階によって引
き起こされる可能性がある。上述のように、表面の形態
は、デバイスの性能に影響を有し、よって、平滑構造
は、III族窒化物ＬＥＤの効率と信頼性の両方を高める
ことができる。
【００３２】図９は、大きな誤配向角度（例えばｃ平面
から２度）を有する誤配向された基板上に成長され、ま
た、平滑層を有し及び平滑層有さずに成長されるＬＥＤ
の外部量子効率を示す。サファイアの（０００１）面上
で成長されるＧａＮが、他の表面のサファイア上で成長
されるＧａＮに対して優れた結晶性を示すので、ＧａＮ
ベースの半導体層は、典型的には、サファイアの（００
０１）ｃ平面上で成長される。もし、サファイア基板の
ＧａＮ成長面が、（０００１）面から著しく誤配向さ
れ、かつ、デバイスが平滑層を有さない場合、エピタキ
シアル成長されるＧａＮ層の表面特性、及びデバイスの
性能は、劣るものとなる可能性がある。図９は、誤配向
された基板上の成長に起因する、不十分なデバイス性能
を排除するための平滑層の能力を示す。平滑層を有して
成長されるデバイスは、平滑層を有さずに成長されるデ
バイスよりずっと効率がよい。
から２度）を有する誤配向された基板上に成長され、ま
た、平滑層を有し及び平滑層有さずに成長されるＬＥＤ
の外部量子効率を示す。サファイアの（０００１）面上
で成長されるＧａＮが、他の表面のサファイア上で成長
されるＧａＮに対して優れた結晶性を示すので、ＧａＮ
ベースの半導体層は、典型的には、サファイアの（００
０１）ｃ平面上で成長される。もし、サファイア基板の
ＧａＮ成長面が、（０００１）面から著しく誤配向さ
れ、かつ、デバイスが平滑層を有さない場合、エピタキ
シアル成長されるＧａＮ層の表面特性、及びデバイスの
性能は、劣るものとなる可能性がある。図９は、誤配向
された基板上の成長に起因する、不十分なデバイス性能
を排除するための平滑層の能力を示す。平滑層を有して
成長されるデバイスは、平滑層を有さずに成長されるデ
バイスよりずっと効率がよい。
【００３３】第２に、活性領域の下にＩｎＧａＮ平滑層
を有することは、結果物であるデバイスの輝度を増加さ
せる。図１０は、ＩｎＧａＮ平滑層を有し及び平滑層を
有さずに製造されるデバイスの相対的効率を示す。三角
は、ＩｎＧａＮ平滑層を有するデバイスを示し、円は、
ＩｎＧａＮ平滑層を有さないデバイスを示す。図１０に
示すように、ＩｎＧａＮ平滑層を有することによって、
ＩｎＧａＮ平滑層を有さない同じ色のデバイスの約２倍
効率的なデバイスが製造される。
を有することは、結果物であるデバイスの輝度を増加さ
せる。図１０は、ＩｎＧａＮ平滑層を有し及び平滑層を
有さずに製造されるデバイスの相対的効率を示す。三角
は、ＩｎＧａＮ平滑層を有するデバイスを示し、円は、
ＩｎＧａＮ平滑層を有さないデバイスを示す。図１０に
示すように、ＩｎＧａＮ平滑層を有することによって、
ＩｎＧａＮ平滑層を有さない同じ色のデバイスの約２倍
効率的なデバイスが製造される。
【００３４】三次元成長が始まった後に二次元成長を回
復する平滑層の能力は、ケイ素注入上の平滑層の効果を
示す図１１Ａ及び図１１Ｂによって示される。ケイ素注
入は、ＧａＮ層における広範な構造的欠陥を減少させる
方法として、提案されてきた。成長中、ＧａＮ層は、Ｓ
ｉＮとしてＧａＮの表面上堆積することができるシラン
にさらされる。成長が再び始まると、結果物であるＧａ
Ｎは、ほんの少しの転位しか有しない。しかしながら、
ケイ素注入は、三次元の島状成長に通じる可能性があ
る。図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＬＥＤ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造に対し原子間力顕微鏡測定から得られた顕微
鏡写真である。両方の場合において、活性領域の下の表
面は、ケイ素注入にさらされていた。図１１Ｂは、平滑
層を有さないＭＱＷ活性領域を示す。ケイ素注入は、非
常に粗い面を生じさせることになる三次元の島状成長を
引き起こしてきた。図１１Ａは、類似しているがＳｉ注
入層とＭＱＷの間に平滑層を有するＭＱＷ構造を示す。
ＭＱＷの下の平滑層は、低温のIII族窒化物の平坦な二
次元成長を回復させてきた。このように、本発明による
平滑構造は平滑界面を提供するので、Ｓｉ注入技術によ
って達成されたような欠陥密度の減少の利益を、ＬＥＤ
構造のために利用することができる。Ｓｉが注入された
２つのＭＱＷ構造のルミネセンス効率は、表１に示され
る。表１
復する平滑層の能力は、ケイ素注入上の平滑層の効果を
示す図１１Ａ及び図１１Ｂによって示される。ケイ素注
入は、ＧａＮ層における広範な構造的欠陥を減少させる
方法として、提案されてきた。成長中、ＧａＮ層は、Ｓ
ｉＮとしてＧａＮの表面上堆積することができるシラン
にさらされる。成長が再び始まると、結果物であるＧａ
Ｎは、ほんの少しの転位しか有しない。しかしながら、
ケイ素注入は、三次元の島状成長に通じる可能性があ
る。図１１Ａ及び図１１Ｂは、ＬＥＤ多重量子井戸（Ｍ
ＱＷ）構造に対し原子間力顕微鏡測定から得られた顕微
鏡写真である。両方の場合において、活性領域の下の表
面は、ケイ素注入にさらされていた。図１１Ｂは、平滑
層を有さないＭＱＷ活性領域を示す。ケイ素注入は、非
常に粗い面を生じさせることになる三次元の島状成長を
引き起こしてきた。図１１Ａは、類似しているがＳｉ注
入層とＭＱＷの間に平滑層を有するＭＱＷ構造を示す。
ＭＱＷの下の平滑層は、低温のIII族窒化物の平坦な二
次元成長を回復させてきた。このように、本発明による
平滑構造は平滑界面を提供するので、Ｓｉ注入技術によ
って達成されたような欠陥密度の減少の利益を、ＬＥＤ
構造のために利用することができる。Ｓｉが注入された
２つのＭＱＷ構造のルミネセンス効率は、表１に示され
る。表１
【００３５】第１の構造は、Ｓｉが注入された面の上部
で成長する平滑層を含む。第１の構造は、明るいルミネ
センスを示す。第１の構造の光強度が、１００パーセン
トまで正規化された。第２の構造は、Ｓｉ注入されてお
り、平滑層を含まなかった。ルミネセンス効率は、激し
く減少している。
で成長する平滑層を含む。第１の構造は、明るいルミネ
センスを示す。第１の構造の光強度が、１００パーセン
トまで正規化された。第２の構造は、Ｓｉ注入されてお
り、平滑層を含まなかった。ルミネセンス効率は、激し
く減少している。
【００３６】第３に、平滑層は、平坦な表面形態を有す
るIII族窒化物層が成長可能な温度範囲を広げることが
できる。通常は、高温の場合は一般的に望ましくない六
方晶の表面特徴に結びつき、低温の場合はくぼみの形成
がなされるので、ＧａＮ又はＡｌＧａＮのＭＯＣＶＤ成
長は、狭い温度領域に制限される。最後に、平滑層は、
デバイスの製造を非常に複雑にすることなくIII族窒化
物層の成長を可能にする。
るIII族窒化物層が成長可能な温度範囲を広げることが
できる。通常は、高温の場合は一般的に望ましくない六
方晶の表面特徴に結びつき、低温の場合はくぼみの形成
がなされるので、ＧａＮ又はＡｌＧａＮのＭＯＣＶＤ成
長は、狭い温度領域に制限される。最後に、平滑層は、
デバイスの製造を非常に複雑にすることなくIII族窒化
物層の成長を可能にする。
【００３７】本発明によって形成される青色と緑色のＬ
ＥＤは、画素要素として赤色、緑色及び青色ＬＥＤを使
用するカラーディスプレイに特に適している。このよう
なディスプレイは周知であり、図１２に示される。周知
の回路によって選択的に照らされて画像を表示する表示
パネルは、赤色、緑色及び青色ＬＥＤの列をそれぞれ有
する。図１２において、簡略にするために３つの画素だ
けが示されている。一つの実施形態において、各々の原
色は、縦列状に配列される。他の実施形態において、各
々の原色は、三角形のような他のパターンで配列され
る。ＬＥＤを、ＬＥＤディスプレイを背面から照らすた
めに使用することができる。さらに、本発明によって形
成される青色又はＵＶを発するＬＥＤを、種々の蛍光物
質と組み合わせて使用し、白色光を生成することができ
る。
ＥＤは、画素要素として赤色、緑色及び青色ＬＥＤを使
用するカラーディスプレイに特に適している。このよう
なディスプレイは周知であり、図１２に示される。周知
の回路によって選択的に照らされて画像を表示する表示
パネルは、赤色、緑色及び青色ＬＥＤの列をそれぞれ有
する。図１２において、簡略にするために３つの画素だ
けが示されている。一つの実施形態において、各々の原
色は、縦列状に配列される。他の実施形態において、各
々の原色は、三角形のような他のパターンで配列され
る。ＬＥＤを、ＬＥＤディスプレイを背面から照らすた
めに使用することができる。さらに、本発明によって形
成される青色又はＵＶを発するＬＥＤを、種々の蛍光物
質と組み合わせて使用し、白色光を生成することができ
る。
【００３８】本発明の特定の実施形態を示し、説明して
きたが、その広い態様において本発明から逸脱すること
なく変更及び修正を加えることができること、よって、
添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神と範囲に入
る全てのこのような変更と修正をその範囲に含ませるべ
きであることが、当業者には明らかであろう。例えば、
本発明の平滑構造は、発光装置（例えば、ＬＥＤ及びレ
ーザーダイオード）に限定されるものではなく、光検出
器、電子装置、バイポーラトランジスタ、及び、高電子
移動電流効果トランジスタのような、界面品質が重大な
デバイスに適用することができる。
きたが、その広い態様において本発明から逸脱すること
なく変更及び修正を加えることができること、よって、
添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神と範囲に入
る全てのこのような変更と修正をその範囲に含ませるべ
きであることが、当業者には明らかであろう。例えば、
本発明の平滑構造は、発光装置（例えば、ＬＥＤ及びレ
ーザーダイオード）に限定されるものではなく、光検出
器、電子装置、バイポーラトランジスタ、及び、高電子
移動電流効果トランジスタのような、界面品質が重大な
デバイスに適用することができる。
【図１】本発明の実施形態による平滑層及びスペーサ層
を有するＬＥＤを示す。
を有するＬＥＤを示す。
【図２】平滑層上に形成されるｎコンタクトを有するＬ
ＥＤを示す。
ＥＤを示す。
【図３】図１に示すデバイスの層の伝導帯端エネルギー
を示す。
を示す。
【図４】本発明の一つの実施形態の活性領域、スペーサ
層、及び平滑層を示す。
層、及び平滑層を示す。
【図５】勾配が付けられた平滑領域を有するＬＥＤを示
す。
す。
【図６Ａ】平滑領域に組成の勾配を有する及び有さない
デバイスのインジウム組成を示す。
デバイスのインジウム組成を示す。
【図６Ｂ】平滑領域にドープ剤濃度の勾配を有する及び
有さないデバイスのドープ剤濃度を示す。
有さないデバイスのドープ剤濃度を示す。
【図６Ｃ】勾配の輪郭の６つの例を示す。
【図７】組成の超格子平滑構造を示す。
【図８】図１、図２及び図５のｎ型領域の例を示す。
【図９】平滑層を有する及び有さないデバイスの相対的
な外部量子効率を示す。
な外部量子効率を示す。
【図１０】平滑層を有する及び有さないデバイスの相対
的な外部量子効率を示す。
的な外部量子効率を示す。
【図１１Ａ】原子間力顕微鏡によるIII族窒化物ＬＥＤ
の多重量子井戸活性領域の表面顕微鏡写真を示す。
の多重量子井戸活性領域の表面顕微鏡写真を示す。
【図１１Ｂ】原子間力顕微鏡によるIII族窒化物ＬＥＤ
の多重量子井戸活性領域の表面顕微鏡写真を示す。
の多重量子井戸活性領域の表面顕微鏡写真を示す。
【図１２】本発明の実施形態によるＬＥＤを組み込んで
いるディスプレイを示す。
いるディスプレイを示す。
【図１３】意図的に誤配向した基板と結合された平滑層
を有するデバイスの相対的な外側量子効率を示す。
を有するデバイスの相対的な外側量子効率を示す。
１１ 基板 １２ ｎ型領域 １４ 平滑領域 １５ スペーサ層 １６ 活性領域 ６０ 勾配平滑領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 マイケル ディー カムラス アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94087 サニーヴェイル ピッピン アベ ニュー 890 (72)発明者 ナザン エフ ガードナー アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94041 マウンテン ビュー カルダーソ ン アベニュー 210 (72)発明者 アール スコット カーン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95134 サン ホセ ヴァーディグリス サークル 4226 (72)発明者 アンドリュー ワイ キム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94541 ヘイワード スーイロ ストリー ト 800 (72)発明者 スチーブン エイ ストックマン アメリカ合衆国 カリフォルニア州 95037 モーガン ヒル ラ ベラ コー ト 367 Ｆターム(参考） 5F041 AA03 AA04 AA43 CA05 CA23 CA34 CA40 CA46 CA49 CA54 CA57 CA58 CA60 CA65 CA66 CA71 FF01 FF11
Claims (28)
- 【請求項１】 基板と、 前記基板の上に重なるｎ型領域と、 前記ｎ型領域の上に重なる活性領域と、 インジウムを含み、前記基板と前記活性領域との間に配
置される勾配平滑領域と、 を含み、 前記勾配平滑領域は、単調に勾配付けられた組成を含
む、ことを特徴とするIII族窒化物発光デバイス。 - 【請求項２】 ほぼ一定の組成を有し、前記勾配平滑領
域と前記活性領域の間に配置されるスペーサ層をさらに
含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項３】 前記スペーサ層が、ドープされたＧａ
Ｎ、ドープされたＩｎＧａＮ、ドープされたＡｌＧａ
Ｎ、ドープされたＡｌＩｎＧａＮ、無ドープのＧａＮ、
無ドープのＩｎＧａＮ、無ドープのＡｌＧａＮ、及び無
ドープのＡｌＩｎＧａＮから選択されたものであること
を特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。 - 【請求項４】 前記勾配平滑領域が、勾配付けられたイ
ンジウム組成を含むことを特徴とする請求項１に記載の
発光デバイス。 - 【請求項５】 前記勾配平滑領域が、該勾配平滑領域の
第１の部分において第１のインジウム組成を、かつ、該
勾配平滑領域の第２の部分において第２のインジウム組
成を有し、 前記第１の部分が前記第２の部分より前記ｎ型領域に近
く、前記第２の部分が前記第１の部分より前記活性領域
に近く、 前記第１の組成が前記第２の組成よりも大きい、ことを
特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。 - 【請求項６】 前記平滑領域が、前記勾配平滑領域の第
１の部分において第１のインジウム組成を、かつ、前記
勾配平滑領域の第２の部分において第２のインジウム組
成を有し、 前記第１の部分が前記第２の部分より前記ｎ型領域に近
く、前記第２の部分が前記第１の部分より前記活性領域
に近く、 前記第１の組成が前記第２の組成よりも少ない、ことを
特徴とする請求項４に記載の発光デバイス。 - 【請求項７】 前記勾配平滑領域が、一定の組成を有す
る第１の部分と、 勾配付けられた組成を有する第２の部分と、をさらに含
むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。 - 【請求項８】 前記基板が、該基板の結晶平面から誤配
向される成長面を有することを特徴とする請求項１に記
載の発光デバイス。 - 【請求項９】 前記基板がサファイアであり、前記結晶
表面がｃ平面であり、かつ、前記成長面が前記ｃ平面か
ら約０．２°から約２°までの間で誤配向されたことを
特徴とする請求項８に記載の発光デバイス。 - 【請求項１０】 基板と、 前記基板の上に重なるｎ型領域と、 前記ｎ型領域の上に重なる活性領域と、 インジウムを含み、前記基板と前記活性領域との間に配
置される勾配平滑領域と、を含み、 前記勾配平滑領域が勾配付けの超格子を含み、該勾配付
けの超格子が、 第１の組の超格子層を含み、該第１の組の超格子層の組
成が、該第１の組の超格子層にわたって変わり、 第２の組の超格子層をさらに含み、該第２の組の超格子
層の組成が、該第２の組の超格子層にわたって変わり、 前記第１の組の超格子層が、前記第２の組の超格子層と
交互に配された、ことを特徴とするIII族窒化物発光デ
バイス。 - 【請求項１１】 前記第１の組の超格子層の組成が該第
１の組の超格子層にわたって増加し、前記第２の組の超
格子層の組成が該第２の組の超格子層にわたって増加す
ることを特徴とする請求項１０に記載の発光デバイス。 - 【請求項１２】 前記第１の組の超格子層の組成が該第
１の組の超格子層にわたって増加し、前記第２の組の超
格子層の組成が該第２の組の超格子層にわたって減少す
ることを特徴とする請求項１０に記載の発光デバイス。 - 【請求項１３】 基板と、 前記基板の上に重なるｎ型領域と、 前記ｎ型領域の上に重なる活性領域と、 インジウムを含み、前記基板と前記活性領域との間に配
置される勾配平滑領域と、を含み、 前記活性領域は、ドープ剤濃度勾配を含む、ことを特徴
とするIII族窒化物発光デバイス。 - 【請求項１４】 ほぼ一定のドープ剤濃度を有し、前記
平滑領域と前記活性領域の間に配置されるスペーサ層を
さらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の発光デ
バイス。 - 【請求項１５】 前記スペーサ層が、ドープされたＧａ
Ｎ、ドープされたＩｎＧａＮ、ドープされたＡｌＧａ
Ｎ、ドープされたＡｌＩｎＧａＮ、無ドープのＧａＮ、
無ドープのＩｎＧａＮ、無ドープのＡｌＧａＮ、及び無
ドープのＡｌＩｎＧａＮから選択されたものであること
を特徴とする請求項１４に記載の発光デバイス。 - 【請求項１６】 前記平滑領域が、ケイ素濃度勾配を含
むことを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。 - 【請求項１７】 前記平滑領域が、前記平滑領域の第１
の部分において第１のドープ剤濃度を、かつ、前記平滑
領域の第２の部分において第２のドープ剤濃度を有し、 前記第１の部分が前記第２の部分より前記ｎ型領域に近
く、前記第２の部分が前記第１の部分より前記活性領域
に近く、 前記第１のドープ剤濃度が前記第２のドープ剤濃度より
も大きい、ことを特徴とする請求項１３に記載の発光デ
バイス。 - 【請求項１８】 前記平滑領域が、該平滑領域の第１の
部分において第１のドープ剤濃度を、かつ、該平滑領域
の第２の部分において第２のドープ剤濃度を有し、 前記第１の部分が前記第２の部分より前記ｎ型領域に近
く、前記第２の部分が第１の部分より前記活性領域に近
く、 第１のドープ剤濃度が第２のドープ剤濃度より小さい、
ことを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。 - 【請求項１９】 前記平滑領域が、 一定のドープ剤濃度を有する第１の部分と、 ドープ剤濃度勾配を有する第２の部分と、をさらに含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。 - 【請求項２０】 前記勾配平滑領域が、組成勾配を含む
ことを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。 - 【請求項２１】 前記基板が、該基板の結晶平面から誤
配向される成長面を有することを特徴とする請求項１３
に記載の発光デバイス。 - 【請求項２２】 前記基板がサファイアであり、前記結
晶表面がｃ平面であり、及び、前記成長面が前記ｃ平面
から約０．２°から約２°までの間で誤配向されたこと
を特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。 - 【請求項２３】 III族窒化物発光デバイスを形成する
方法であって、 基板の上に重なるｎ型領域を成長させ、 前記ｎ型領域の上に重なる活性領域を成長させ、 前記活性領域と前記基板との間で、インジウムを含む平
滑領域を成長させ、 前記平滑領域の単調な組成及びドープ剤濃度の一つを変
化させる、ことを特徴とする方法。 - 【請求項２４】 ほぼ一定の組成とドープ剤濃度を有す
る、前記平滑領域と前記活性領域の間のスペーサ層を成
長させることをさらに含む請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２５】 前記平滑領域の組成及びドープ剤濃度
の一つを変化させることが、前記平滑領域を成長させる
間、成長温度を変えることによって、前記平滑領域にお
けるインジウム組成を変化させることを含む請求項２３
に記載の方法。 - 【請求項２６】 前記平滑領域の組成及びドープ剤濃度
の一つを変化させることが、前記平滑領域を成長させる
間、ガリウム含有先駆気体に対するインジウム含有先駆
気体の流量の比を変えることによって、前記平滑領域に
おけるインジウム組成を変化させることを含む請求項２
３に記載の方法。 - 【請求項２７】 前記平滑領域の組成及びドープ剤濃度
の一つを変化させることが、前記平滑領域を成長させる
間、成長温度と、ガリウム含有先駆気体に対するインジ
ウム含有先駆気体の流量の比を変えることによって、前
記平滑領域におけるインジウム組成を変化させることを
含む請求項２３に記載の方法。 - 【請求項２８】 前記平滑領域の組成及びドープ剤濃度
の一つを変化させることが、前記平滑領域を成長させる
間、ドープ剤含有先駆気体の流量とIII族の流量との比
を変えることによって、前記平滑領域におけるドープ剤
濃度を変化させることを含む請求項２３に記載の方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US09/823,823 US6635904B2 (en) | 2001-03-29 | 2001-03-29 | Indium gallium nitride smoothing structures for III-nitride devices |
| US09/823823 | 2001-03-29 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002299685A true JP2002299685A (ja) | 2002-10-11 |
Family
ID=25239833
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002088177A Pending JP2002299685A (ja) | 2001-03-29 | 2002-03-27 | Ｉｉｉ族窒化物デバイスのための窒化ガリウムインジウム平滑構造 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6635904B2 (ja) |
| JP (1) | JP2002299685A (ja) |
| DE (1) | DE10213358B4 (ja) |
| TW (1) | TW541718B (ja) |
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