JP2011082563A

JP2011082563A - 半導体およびその製造方法

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Publication number: JP2011082563A
Application number: JP2010292773A
Authority: JP
Inventors: David P Bour; ポールバーデビット
Original assignee: Thomson Licensing LLC
Current assignee: Thomson Licensing LLC
Priority date: 1998-07-31
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2011-04-21
Also published as: US6345063B1; US6233265B1; EP0977279A2; US6285696B1; EP0977279A3; JP2000058920A

Abstract

【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。
【選択図】図１

Description

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。

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。

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。

この発明は格子のずれを防ぐ安定なＩｎＧａＮ構造を提供するものである。

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。

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。

光電素子の性能は、基板上に形成されたIII−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。

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。

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２．７ｅＶのバンドギャップを有する層を得るためには、ＩｎＧａＮ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。

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。

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。

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。

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。

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。

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ＩｎＮ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。

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。

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ＩｎＧａＮ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。

本発明は、青色発光素子において使用することができる第III−Ｖ族窒化物半導体膜を提供することができる。

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。本発明の他の実施の形態にかかる図１のＬＥＤ構造を示した図である。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。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。

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ＬＥＤヘテロ構造を図示したものであり、この厚いＩｎＧａＮ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、ＬＥＤ３００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。

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ＧａＮ、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３１０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。

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３０５，３２０，３３０，３４０は図１において形成した層と同一である。

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３２０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ＬＥＤを形成するために使用することができる。ＩｎＧａＮ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。

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。ＩｎＧａＮ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ＩｎＧａＮ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。

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３４０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３５０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３７０を厚いＩｎＧａＮ層３２０上に形成する。前記層３１０，３２０，３３０，３４０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ＭＯＣＶＤ、により形成してもよい。

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。

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ＩｎＧａＮ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、ＩｎＧａＮ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３３０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３４０，３５０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。

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。

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。

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。

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。

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〜１００μｍ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ＩｎＧａＮ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４３７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。

第２のIII−Ｖ族窒化物層４４０をＩｎＧａＮ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、ＧａＮ，ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよび／またはＡｌＩｎＧａＮにより形成してもよい。

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４３０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４１０，４２０，４３０，４３５，４３７，４４０，４５０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。

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４３０，４４０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。

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４３７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４３５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〜４７０ｎｍ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。

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。

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。

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ＭＯＣＶＤ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、ＩｎＧａＮ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ＧａＮまたはＡｌＧａＮ層上に成長させる場合、ＩｎＧａＮ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。

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、ＧａＮ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。

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。

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。

３０５基板、３１０バッファ層、３２０厚いＩｎＧａＮ層、３３０ＩｎＧａＮ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、３６０ｐ−電極、３７０ｎ−電極。

Claims

基板上に直接形成され、かつ前記基板を均一に覆うアモルファス核形成層と、
前記アモルファス核形成層上に成長させた厚さ０．５μｍ以上１００μｍ以下のＩｎＧａＮ層と、
前記ＩｎＧａＮ層上に形成した活性層と、
を備え、
前記ＩｎＧａＮ層は、ｎ−電極とコンタクトする横型のｎコンタクト層であることを特徴とする半導体。
基板上に直接形成され、かつ前記基板を均一に覆うアモルファス核形成層を形成する工程と、
前記アモルファス核形成層上に厚さ０．５μｍ以上１００μｍ以下のＩｎＧａＮ層を形成する工程と、
ｎ−電極とコンタクトする横型のｎコンタクト層である前記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。