JPH1174564A - Ｉｉｉ族窒化物光電子半導体装置 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物光電子半導体装置Info
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- JPH1174564A JPH1174564A JP19473398A JP19473398A JPH1174564A JP H1174564 A JPH1174564 A JP H1174564A JP 19473398 A JP19473398 A JP 19473398A JP 19473398 A JP19473398 A JP 19473398A JP H1174564 A JPH1174564 A JP H1174564A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】発光ダイオードおよびレーザダイオードなどの
III族窒化物光電子半導体装置において、層間の界面に
おける歪みを減小させて、界面に生じる転位の可能性を
最小限に抑え、装置の動作効率を増大させる。 【解決手段】 発光ダイオードまたはレーザダイオード
は、サファイア基板１と、基板１上に成長させたＧａＮ
バッファ層２と、ｎ型ドープＧａＮコンタクト層３と、
ｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４と、Ｚｎ（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎ活性層５と、ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッ
ド層６と、ｐ型ドープＧａＮコンタクト層７とを有す
る。グレイデッド層４１、４２、４３、および４４は、
クラッド層４および６とコンタクト層３および７と活性
層５との間の界面に導入される。各グレイデッド層４
１、４２、４３、および４４の成分は、層の一方の面か
ら他方の面に向かってその含有量が変化し、それにより
層が各面において隣接する層と格子整合する。
III族窒化物光電子半導体装置において、層間の界面に
おける歪みを減小させて、界面に生じる転位の可能性を
最小限に抑え、装置の動作効率を増大させる。 【解決手段】 発光ダイオードまたはレーザダイオード
は、サファイア基板１と、基板１上に成長させたＧａＮ
バッファ層２と、ｎ型ドープＧａＮコンタクト層３と、
ｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４と、Ｚｎ（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎ活性層５と、ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッ
ド層６と、ｐ型ドープＧａＮコンタクト層７とを有す
る。グレイデッド層４１、４２、４３、および４４は、
クラッド層４および６とコンタクト層３および７と活性
層５との間の界面に導入される。各グレイデッド層４
１、４２、４３、および４４の成分は、層の一方の面か
ら他方の面に向かってその含有量が変化し、それにより
層が各面において隣接する層と格子整合する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発光ダイオードお
よびレーザダイオードなどのIII族窒化物光電子半導体
装置、ならびにそのような装置の製造方法に関する。II
I族窒化物光電子半導体装置はIII−Ｖ族半導体化合物を
含み、化合物中のＶ族元素は窒素または窒化物を含むこ
とが、当業者によって十分に理解される。
よびレーザダイオードなどのIII族窒化物光電子半導体
装置、ならびにそのような装置の製造方法に関する。II
I族窒化物光電子半導体装置はIII−Ｖ族半導体化合物を
含み、化合物中のＶ族元素は窒素または窒化物を含むこ
とが、当業者によって十分に理解される。
【０００２】
【従来の技術】光学的データ記憶技術は、音声または映
像の情報などのデータを高密度で記憶することが可能で
あり、消費者および専門家の両分野において、多くの用
途を有する。周知のように、そのような光学的データ記
憶技術は、コンパクトディスク（ＣＤ）の読み取りおよ
び書き込み、ならびにさらに最近になって開発されたデ
ジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の読み取りおよび書き
込みに使用される。ＤＶＤの導入の結果、データ記憶容
量は、ＣＤと比較して１０倍以上増大した。この増大
は、より厳格なシステム耐性（system tolerance）とデ
ィスク上の情報を読み書きするために使用されるレーザ
波長の縮小、例えば７８０nmから６５０nmへの縮小とが
組み合わさって発生した。データ記憶容量のさらなる増
大は、レーザ波長がスペクトルの青色部および紫外（Ｕ
Ｖ）部までさらに低減されたときに実現し得る。
像の情報などのデータを高密度で記憶することが可能で
あり、消費者および専門家の両分野において、多くの用
途を有する。周知のように、そのような光学的データ記
憶技術は、コンパクトディスク（ＣＤ）の読み取りおよ
び書き込み、ならびにさらに最近になって開発されたデ
ジタルビデオディスク（ＤＶＤ）の読み取りおよび書き
込みに使用される。ＤＶＤの導入の結果、データ記憶容
量は、ＣＤと比較して１０倍以上増大した。この増大
は、より厳格なシステム耐性（system tolerance）とデ
ィスク上の情報を読み書きするために使用されるレーザ
波長の縮小、例えば７８０nmから６５０nmへの縮小とが
組み合わさって発生した。データ記憶容量のさらなる増
大は、レーザ波長がスペクトルの青色部および紫外（Ｕ
Ｖ）部までさらに低減されたときに実現し得る。
【０００３】２つの半導体化合物および合金群が、スペ
クトルの青色および紫外（ＵＶ）部において発光可能で
ある。これらは、II−IV族半導体材料およびIII−Ｖ族
半導体材料である。II−IV族半導体材料は一般に（Ｚ
ｎ，Ｍｇ）（Ｓ，Ｓｅ）で表示され、そのような表記
は、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）のいずれ
かと、硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）のいずれかとの
結合によって形成される様々な化合物を示す。III−Ｖ
族半導体材料は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎで表示される合
金系（system）から形成され、そのような表記は、アル
ミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム
（Ｉｎ）のいずれかと窒素（Ｎ）との結合によって形成
される合金を示す。前者が、スペクトルの青緑色部にお
ける発光に最適であるのに対して、後者の合金および化
合物は、燈色から青色を通ってＵＶに亘る波長範囲にお
ける発光に特に適している。
クトルの青色および紫外（ＵＶ）部において発光可能で
ある。これらは、II−IV族半導体材料およびIII−Ｖ族
半導体材料である。II−IV族半導体材料は一般に（Ｚ
ｎ，Ｍｇ）（Ｓ，Ｓｅ）で表示され、そのような表記
は、亜鉛（Ｚｎ）またはマグネシウム（Ｍｇ）のいずれ
かと、硫黄（Ｓ）またはセレン（Ｓｅ）のいずれかとの
結合によって形成される様々な化合物を示す。III−Ｖ
族半導体材料は（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎで表示される合
金系（system）から形成され、そのような表記は、アル
ミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）またはインジウム
（Ｉｎ）のいずれかと窒素（Ｎ）との結合によって形成
される合金を示す。前者が、スペクトルの青緑色部にお
ける発光に最適であるのに対して、後者の合金および化
合物は、燈色から青色を通ってＵＶに亘る波長範囲にお
ける発光に特に適している。
【０００４】発光装置に使用するII−IV族半導体材料の
開発における進歩は、S. TaniguchiらのElectron. Lett
ers, 32,552 (1996)による、青緑色レーザダイオード
（ＬＤ）の１００時間の連続波動作の発表という結果に
至った。これは印象的な達成であったが、この数年間
で、III−Ｖ族半導体材料の開発における進歩が、より
重大になってきた。１９９４年に、（ＩｎＧａ）Ｎ／
（ＡｌＧａ）Ｎ二重ヘテロ構造の好結果の実現、すなわ
ち高輝度青色発光ダイオードが、S. NakamuraらのAppl.
Phys. Lett., 64, 1687 (1994)によって報告された。
これに続いて、１９９５年に、ダイオードの活性領域に
おける（ＩｎＧａ）Ｎ量子ウェル（ＱＷ）の使用に基づ
く高輝度青色および紫色発光ダイオードの好結果の実現
が、S. NakamuraらのAppl. Phys. Lett., 67, 1868 (19
95)によって発表された。１９９６年には、（ＩｎＧ
ａ）Ｎ ＱＷレーザダイオードの室温でのパルス動作
が、S. NakamuraらのJpn. J. Appl. Phys., 35, L74 (1
996)によって報告された。最近では、（ＩｎＧａ）Ｎ
ＱＷレーザダイオードのパルス動作が、１９９６年９月
１１日付の東芝株式会社の新聞発表において発表され
た。また、４１２nmの（ＩｎＧａ）Ｎ ＭＱＷレーザダ
イオードの室温での連続波動作が、S. Nakamuraらによ
って、１９９６年１１月のボストンにおけるIEEE-LEOS
の年会における新情報誌上で発表された。
開発における進歩は、S. TaniguchiらのElectron. Lett
ers, 32,552 (1996)による、青緑色レーザダイオード
（ＬＤ）の１００時間の連続波動作の発表という結果に
至った。これは印象的な達成であったが、この数年間
で、III−Ｖ族半導体材料の開発における進歩が、より
重大になってきた。１９９４年に、（ＩｎＧａ）Ｎ／
（ＡｌＧａ）Ｎ二重ヘテロ構造の好結果の実現、すなわ
ち高輝度青色発光ダイオードが、S. NakamuraらのAppl.
Phys. Lett., 64, 1687 (1994)によって報告された。
これに続いて、１９９５年に、ダイオードの活性領域に
おける（ＩｎＧａ）Ｎ量子ウェル（ＱＷ）の使用に基づ
く高輝度青色および紫色発光ダイオードの好結果の実現
が、S. NakamuraらのAppl. Phys. Lett., 67, 1868 (19
95)によって発表された。１９９６年には、（ＩｎＧ
ａ）Ｎ ＱＷレーザダイオードの室温でのパルス動作
が、S. NakamuraらのJpn. J. Appl. Phys., 35, L74 (1
996)によって報告された。最近では、（ＩｎＧａ）Ｎ
ＱＷレーザダイオードのパルス動作が、１９９６年９月
１１日付の東芝株式会社の新聞発表において発表され
た。また、４１２nmの（ＩｎＧａ）Ｎ ＭＱＷレーザダ
イオードの室温での連続波動作が、S. Nakamuraらによ
って、１９９６年１１月のボストンにおけるIEEE-LEOS
の年会における新情報誌上で発表された。
【０００５】これらの報告された結果によって、III族
窒化物半導体材料の成長ならびに、そのような材料に基
づく発光ダイオードおよびレーザダイオードの製造に重
大な関心が示されるようになった。そのような材料は、
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）として知られ、また
有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）としても知られ
る、エピタキシャル成長法によって、主に製造されてき
た。しかし、そのような材料はまた、例えばR.J. Molna
rらのAppl. Phys. Lett., 66, 268 (1995)によって報告
された、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）として知られるエ
ピタキシャル成長法によっても製造され得る。このアプ
ローチは、ＧａＮホモ接合発光ダイオードおよび（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎ／ＧａＮヘテロ接合発光ダイオードの両方から
の、室温でのｐ型ドーピングおよび弱いエレクトロルミ
ネセンス（ＥＬ）の達成という結果に至った。ＭＢＥ成
長法によって製造した半導体材料から得られる結果は、
ＭＯＣＶＤ成長法によって製造された半導体材料から得
られる結果に現在のところ劣っているが、ＭＢＥ成長法
を用いる半導体材料の製造には、潜在的な利点がある。
この利点は、下記により詳細に述べるように、ＭＢＥ成
長法を用いたときの（ＩｎＧａ）Ｎの成長温度とＧａＮ
（または（ＡｌＧａ）Ｎ）の成長温度との間の温度差
が、ＭＯＣＶＤ成長法を用いたときよりも小さいという
事実による。
窒化物半導体材料の成長ならびに、そのような材料に基
づく発光ダイオードおよびレーザダイオードの製造に重
大な関心が示されるようになった。そのような材料は、
有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）として知られ、また
有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）としても知られ
る、エピタキシャル成長法によって、主に製造されてき
た。しかし、そのような材料はまた、例えばR.J. Molna
rらのAppl. Phys. Lett., 66, 268 (1995)によって報告
された、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）として知られるエ
ピタキシャル成長法によっても製造され得る。このアプ
ローチは、ＧａＮホモ接合発光ダイオードおよび（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎ／ＧａＮヘテロ接合発光ダイオードの両方から
の、室温でのｐ型ドーピングおよび弱いエレクトロルミ
ネセンス（ＥＬ）の達成という結果に至った。ＭＢＥ成
長法によって製造した半導体材料から得られる結果は、
ＭＯＣＶＤ成長法によって製造された半導体材料から得
られる結果に現在のところ劣っているが、ＭＢＥ成長法
を用いる半導体材料の製造には、潜在的な利点がある。
この利点は、下記により詳細に述べるように、ＭＢＥ成
長法を用いたときの（ＩｎＧａ）Ｎの成長温度とＧａＮ
（または（ＡｌＧａ）Ｎ）の成長温度との間の温度差
が、ＭＯＣＶＤ成長法を用いたときよりも小さいという
事実による。
【０００６】III族窒化物半導体材料のエピタキシャル
成長における重大な課題は、成長プロセスのヘテロエピ
タキシャルの性質である。ＧａＮ半導体材料は、非商業
的に実行可能な、寸法が数ミリメートルの断片でのみ入
手可能であるため、ＧａＮの成長は、多くの場合、サフ
ァイア基板上で行われる。炭化ケイ素（ＳｉＣ）、没食
子酸リチウム（lithium gallate）などの様々な酸化
物、およびスピネルなどの、別の基板材料が試みられて
きた。例外なく、ＧａＮはこれらの基板と格子不整合で
ある。例えば、サファイアの格子定数はＧａＮの格子定
数よりも約１２．５％大きく、このことが、ＧａＮとサ
ファイアとの界面における多くの欠陥を生み出すことに
なる。しかし、ＧａＮは、他のIII−Ｖ族半導体材料よ
りもかなり欠陥耐性が高く、ＧａＮベースの発光ダイオ
ードは、材料に約１０10cm-2の欠損があっても、長時間
にわたって、連続して動作し得る。さらに、エピ層およ
び基板間の熱膨張の差は、歪みエネルギーが弾力的に吸
収（accommodate）されなければ、装置の層における転
位を生じ得る。
成長における重大な課題は、成長プロセスのヘテロエピ
タキシャルの性質である。ＧａＮ半導体材料は、非商業
的に実行可能な、寸法が数ミリメートルの断片でのみ入
手可能であるため、ＧａＮの成長は、多くの場合、サフ
ァイア基板上で行われる。炭化ケイ素（ＳｉＣ）、没食
子酸リチウム（lithium gallate）などの様々な酸化
物、およびスピネルなどの、別の基板材料が試みられて
きた。例外なく、ＧａＮはこれらの基板と格子不整合で
ある。例えば、サファイアの格子定数はＧａＮの格子定
数よりも約１２．５％大きく、このことが、ＧａＮとサ
ファイアとの界面における多くの欠陥を生み出すことに
なる。しかし、ＧａＮは、他のIII−Ｖ族半導体材料よ
りもかなり欠陥耐性が高く、ＧａＮベースの発光ダイオ
ードは、材料に約１０10cm-2の欠損があっても、長時間
にわたって、連続して動作し得る。さらに、エピ層およ
び基板間の熱膨張の差は、歪みエネルギーが弾力的に吸
収（accommodate）されなければ、装置の層における転
位を生じ得る。
【０００７】商業的に実行可能なＧａＮ基板が入手可能
になるまで、ヘテロエピタキシおよびその結果として発
生する転位の問題は避けられないように見える。ところ
で、１つの経験的解決策は、（適切なバッファ層上で）
ＧａＮの十分に厚い層を、その層が完全に緩和されるま
で成長させることである。その後、ＧａＮ格子定数を有
する層の上に、さらに層をエピタキシャルに蒸着する。
また、恐らく基板−バッファ層間界面において発生した
転位の多くは元に戻り、従ってＧａＮ層が十分に厚けれ
ば、それらの転位がＧａＮ層を完全に貫通することはな
い。
になるまで、ヘテロエピタキシおよびその結果として発
生する転位の問題は避けられないように見える。ところ
で、１つの経験的解決策は、（適切なバッファ層上で）
ＧａＮの十分に厚い層を、その層が完全に緩和されるま
で成長させることである。その後、ＧａＮ格子定数を有
する層の上に、さらに層をエピタキシャルに蒸着する。
また、恐らく基板−バッファ層間界面において発生した
転位の多くは元に戻り、従ってＧａＮ層が十分に厚けれ
ば、それらの転位がＧａＮ層を完全に貫通することはな
い。
【０００８】III族窒化物半導体材料の成長におけるさ
らなる課題は、使用される発光ダイオードの構造の設計
の機能である。図１に、上記に報告したS. Nakamuraら
のAppl. Phys. Lett., 64, 1687 (1994)によって用いて
発光ダイオードの構造を、図解的に示す。この構造は、
ＭＯＣＶＤ成長法を用いて製造された。厚さ約３００Å
のＧａＮバッファ層２をサファイア層１の上に約５１０
℃で成長させ、続いて、厚さ約４μmのｎ型ドープＧａ
Ｎコンタクト層３、厚さ約１．５μmのｎ型ドープ（Ａ
ｌＧａ）Ｎクラッド層４、厚さ約５００ÅのＺｎドープ
（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５を成長させている。活性層５の
成長後、ｐ型ドープされた（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層６
およびＧａＮコンタクト層７を各々厚さ約０．１５μm
および０．５μmまで成長させ、最後に、ｎ型電極８お
よびｐ型電極９を、ｎ型ドープコンタクト層３およびｐ
型ドープコンタクト層７の上に蒸着している。
らなる課題は、使用される発光ダイオードの構造の設計
の機能である。図１に、上記に報告したS. Nakamuraら
のAppl. Phys. Lett., 64, 1687 (1994)によって用いて
発光ダイオードの構造を、図解的に示す。この構造は、
ＭＯＣＶＤ成長法を用いて製造された。厚さ約３００Å
のＧａＮバッファ層２をサファイア層１の上に約５１０
℃で成長させ、続いて、厚さ約４μmのｎ型ドープＧａ
Ｎコンタクト層３、厚さ約１．５μmのｎ型ドープ（Ａ
ｌＧａ）Ｎクラッド層４、厚さ約５００ÅのＺｎドープ
（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５を成長させている。活性層５の
成長後、ｐ型ドープされた（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層６
およびＧａＮコンタクト層７を各々厚さ約０．１５μm
および０．５μmまで成長させ、最後に、ｎ型電極８お
よびｐ型電極９を、ｎ型ドープコンタクト層３およびｐ
型ドープコンタクト層７の上に蒸着している。
【０００９】さらに、図２に、四元系（Ａｌ，Ｇａ，Ｉ
ｎ）Ｎのバンドギャップエネルギーに対する格子定数ａ
の変化のグラフを示す。図１の発光ダイオードの構造で
は、装置の活性層５のＩｎのモル分率は、周囲のクラッ
ド層４および６のＡｌのモル分率が約０．１５であるの
に対して、約０．０６である。（ＡｌＧａ）Ｎクラッド
層４および６ならびに（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５のいずれ
も、ＧａＮと、または相互に格子整合せず、ＧａＮに対
する歪みは約±１％であるということが、図２から理解
される。結果として生じた歪みがいずれも弾力的に吸収
されなければ、そのエネルギーは、発光ダイオードまた
はレーザダイオードの活性領域における転位という形で
放出される。そのような転位は、明らかに装置の動作効
率に有害な効果を有する。
ｎ）Ｎのバンドギャップエネルギーに対する格子定数ａ
の変化のグラフを示す。図１の発光ダイオードの構造で
は、装置の活性層５のＩｎのモル分率は、周囲のクラッ
ド層４および６のＡｌのモル分率が約０．１５であるの
に対して、約０．０６である。（ＡｌＧａ）Ｎクラッド
層４および６ならびに（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５のいずれ
も、ＧａＮと、または相互に格子整合せず、ＧａＮに対
する歪みは約±１％であるということが、図２から理解
される。結果として生じた歪みがいずれも弾力的に吸収
されなければ、そのエネルギーは、発光ダイオードまた
はレーザダイオードの活性領域における転位という形で
放出される。そのような転位は、明らかに装置の動作効
率に有害な効果を有する。
【００１０】基板温度がＧａＮコンタクト層７または
（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層６のいずれかの成長に使用す
る温度よりも約２００〜３００度低い（ＩｎＧａ）Ｎ活
性層５の成長が必要な場合、さらに厄介な問題が生じ
る。この基板温度は、層６および７の成長温度１０２０
℃に対して、７００〜８００℃である。この問題は、上
昇温度における成長表面からのインジウムの再蒸発が原
因で生じる。C.-K. SunらのAppl. Phys. Lett., 69, 19
36 (1996)によって示すように、この再蒸発の影響は、
インジウムの蒸発中に成長温度を７６０℃から７００℃
に上昇させることによって（ＩｎＧａ）Ｎ層を形成する
場合、重大であり得る。結果として生じた層全域のイン
ジウムのモル分率の変化を、界面からの距離の関数とし
て図３のグラフに示す。
（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層６のいずれかの成長に使用す
る温度よりも約２００〜３００度低い（ＩｎＧａ）Ｎ活
性層５の成長が必要な場合、さらに厄介な問題が生じ
る。この基板温度は、層６および７の成長温度１０２０
℃に対して、７００〜８００℃である。この問題は、上
昇温度における成長表面からのインジウムの再蒸発が原
因で生じる。C.-K. SunらのAppl. Phys. Lett., 69, 19
36 (1996)によって示すように、この再蒸発の影響は、
インジウムの蒸発中に成長温度を７６０℃から７００℃
に上昇させることによって（ＩｎＧａ）Ｎ層を形成する
場合、重大であり得る。結果として生じた層全域のイン
ジウムのモル分率の変化を、界面からの距離の関数とし
て図３のグラフに示す。
【００１１】米国特許第5476811号は、ＧＲＩＮ−ＳＣ
Ｈ構造を有し、且つＡｌxＧａ1-xＡｓ組成の２つの層の
間に挟まれたＧａＡｓ活性層を含むレーザダイオードの
製造方法を開示している。このＡｌxＧａ1-xＡｓ組成で
は、Ａｌ成分は、正確に制御された組成の性質に従って
層の全域で変化する。ＡｌＧａＡｓグレイデッド層は、
基板の温度を変化させながら、有機金属分子線エピタキ
シによって形成される。その結果、組成変数ｘは、活性
層の成長前に行われる第１のグレイデッド層の成長の間
に減小し、また組成変数ｘは、活性層上の第２のグレイ
デッド層の成長の間に増大する。所定の結晶方向を使用
する、所定の厚さのグレイデッド層の上述のような成長
は、ＧａＡｓ活性領域とＡｌＧａＡｓクラッド領域との
間に光学閉じ込め層（optical confinement layer）を
形成し、それによりキャリアを活性層に閉じ込めるエネ
ルギーバンド構造を提供する。しかし、そのような装置
は、活性層とクラッド層との間の格子不整合によって発
生した転位による有害な影響を受けることはない。さら
に、米国特許第5476811号に開示のグレイデッド層は、
キャリアを閉じ込める層として意図された機能に特に合
わせて調整したその成分および厚さという見地から、Ｇ
ａＮヘテロ構造における不整合の補償に使用するには不
適切である。
Ｈ構造を有し、且つＡｌxＧａ1-xＡｓ組成の２つの層の
間に挟まれたＧａＡｓ活性層を含むレーザダイオードの
製造方法を開示している。このＡｌxＧａ1-xＡｓ組成で
は、Ａｌ成分は、正確に制御された組成の性質に従って
層の全域で変化する。ＡｌＧａＡｓグレイデッド層は、
基板の温度を変化させながら、有機金属分子線エピタキ
シによって形成される。その結果、組成変数ｘは、活性
層の成長前に行われる第１のグレイデッド層の成長の間
に減小し、また組成変数ｘは、活性層上の第２のグレイ
デッド層の成長の間に増大する。所定の結晶方向を使用
する、所定の厚さのグレイデッド層の上述のような成長
は、ＧａＡｓ活性領域とＡｌＧａＡｓクラッド領域との
間に光学閉じ込め層（optical confinement layer）を
形成し、それによりキャリアを活性層に閉じ込めるエネ
ルギーバンド構造を提供する。しかし、そのような装置
は、活性層とクラッド層との間の格子不整合によって発
生した転位による有害な影響を受けることはない。さら
に、米国特許第5476811号に開示のグレイデッド層は、
キャリアを閉じ込める層として意図された機能に特に合
わせて調整したその成分および厚さという見地から、Ｇ
ａＮヘテロ構造における不整合の補償に使用するには不
適切である。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】発光半導体装置などの
III族窒化物光電子半導体装置において、層間の界面に
生じる転位によって、その装置の動作効率が低減される
という課題があった。
III族窒化物光電子半導体装置において、層間の界面に
生じる転位によって、その装置の動作効率が低減される
という課題があった。
【００１３】本発明の目的は、格子不整合の結果および
結果として生じる有害な転位を減小し得る、III族窒化
物光電子半導体装置およびその製造方法を提供すること
である。
結果として生じる有害な転位を減小し得る、III族窒化
物光電子半導体装置およびその製造方法を提供すること
である。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明によると、基板
と、第１のドーピング型の第１のコンタクト領域と、第
１のドーピング型の第１のクラッド領域と、第１のIII
族窒化物半導体材料から形成される活性領域と、第１の
ドーピング型と逆の第２のドーピング型の第２のクラッ
ド領域と、第２のドーピング型の第２のコンタクト領域
と、第１のグレイデッド層とを有する、III族窒化物光
電子半導体装置が提供される。第１のコンタクト領域と
第１のクラッド領域と活性領域と第２のクラッド領域と
第２のコンタクト領域とは、基板上に順々に形成され、
少なくとも１つの第１および第２のクラッド領域は、第
１のIII族窒化物半導体材料と格子不整合である第２のI
II族窒化物半導体材料から形成される。活性領域と少な
くとも１つの第１および第２のクラッド領域との間の格
子不整合を補償するために、活性領域と少なくとも１つ
の第１および第２のクラッド領域との間に第１のグレイ
デッド層が挿入され、それにより第１のグレイデッド層
の一方の面が活性領域と格子整合し、第１のグレイデッ
ド層の他方の面が少なくとも１つの第１および第２のク
ラッド領域と格子整合し、また第１のグレイデッド層が
第１のグレイデッド層の前記一方の面から前記他方の面
に向かって含有量が変化する成分、例えばIII族成分を
包含する。これにより、上記目的が達成される。
と、第１のドーピング型の第１のコンタクト領域と、第
１のドーピング型の第１のクラッド領域と、第１のIII
族窒化物半導体材料から形成される活性領域と、第１の
ドーピング型と逆の第２のドーピング型の第２のクラッ
ド領域と、第２のドーピング型の第２のコンタクト領域
と、第１のグレイデッド層とを有する、III族窒化物光
電子半導体装置が提供される。第１のコンタクト領域と
第１のクラッド領域と活性領域と第２のクラッド領域と
第２のコンタクト領域とは、基板上に順々に形成され、
少なくとも１つの第１および第２のクラッド領域は、第
１のIII族窒化物半導体材料と格子不整合である第２のI
II族窒化物半導体材料から形成される。活性領域と少な
くとも１つの第１および第２のクラッド領域との間の格
子不整合を補償するために、活性領域と少なくとも１つ
の第１および第２のクラッド領域との間に第１のグレイ
デッド層が挿入され、それにより第１のグレイデッド層
の一方の面が活性領域と格子整合し、第１のグレイデッ
ド層の他方の面が少なくとも１つの第１および第２のク
ラッド領域と格子整合し、また第１のグレイデッド層が
第１のグレイデッド層の前記一方の面から前記他方の面
に向かって含有量が変化する成分、例えばIII族成分を
包含する。これにより、上記目的が達成される。
【００１５】グレイデッド層の適用により、重大な格子
不整合の悪影響を受ける層の両側の領域間の界面におけ
る歪みを減小し、それにより、界面において発生し、そ
の後装置の活性領域全体に広がり得る有害な転位の可能
性を、最小限に抑えることができる。そのような転位を
除去または減少することによって、装置の動作効率が増
大する。しかし、装置は活性領域を軸に対称である必要
はなく、特にクラッド領域は、成分および／または厚さ
が相違し得る。グレイデッド層が活性領域の両面に設け
られている場合は、これらも同様に成分および／または
厚さが相違し得る。
不整合の悪影響を受ける層の両側の領域間の界面におけ
る歪みを減小し、それにより、界面において発生し、そ
の後装置の活性領域全体に広がり得る有害な転位の可能
性を、最小限に抑えることができる。そのような転位を
除去または減少することによって、装置の動作効率が増
大する。しかし、装置は活性領域を軸に対称である必要
はなく、特にクラッド領域は、成分および／または厚さ
が相違し得る。グレイデッド層が活性領域の両面に設け
られている場合は、これらも同様に成分および／または
厚さが相違し得る。
【００１６】好適には、活性領域と少なくとも１つの第
１および第２のクラッド領域との間のグレイデッド層
は、グレイデッド層の全域で第１の方向に含有量が変化
する第１の成分と、グレイデッド層の全域で第１の方向
と逆の第２の方向に含有量が変化する第２の成分とを含
む。さらに、少なくとも１つの第１および第２のグレイ
デッド層の厚さは、好適には２０〜４００Åの範囲内で
あり、最も好適には３０〜３００Åの範囲内である。
１および第２のクラッド領域との間のグレイデッド層
は、グレイデッド層の全域で第１の方向に含有量が変化
する第１の成分と、グレイデッド層の全域で第１の方向
と逆の第２の方向に含有量が変化する第２の成分とを含
む。さらに、少なくとも１つの第１および第２のグレイ
デッド層の厚さは、好適には２０〜４００Åの範囲内で
あり、最も好適には３０〜３００Åの範囲内である。
【００１７】好適には、少なくとも１つの第１および第
２のクラッド領域は、少なくとも１つの第１および第２
のクラッド領域と隣接するコンタクト領域のIII族窒化
物半導体材料と格子不整合のIII族窒化物半導体材料を
含み、第２のグレイデッド層が少なくとも１つのクラッ
ド領域と隣接するコンタクト領域との間に挿入される。
それにより、第２のグレイデッド層の一方の面は第２の
グレイデッド層と隣接する少なくとも１つの第１および
第２のクラッド領域と格子整合し、第２のグレイデッド
層の他方の面は第２のグレイデッド層と隣接するコンタ
クト領域のいずれかと格子整合し、また第２のグレイデ
ッド層は、第２のグレイデッド層の前記一方の面から前
記他方の面に含有量が変化する成分、例えばIII族成分
を含む。
２のクラッド領域は、少なくとも１つの第１および第２
のクラッド領域と隣接するコンタクト領域のIII族窒化
物半導体材料と格子不整合のIII族窒化物半導体材料を
含み、第２のグレイデッド層が少なくとも１つのクラッ
ド領域と隣接するコンタクト領域との間に挿入される。
それにより、第２のグレイデッド層の一方の面は第２の
グレイデッド層と隣接する少なくとも１つの第１および
第２のクラッド領域と格子整合し、第２のグレイデッド
層の他方の面は第２のグレイデッド層と隣接するコンタ
クト領域のいずれかと格子整合し、また第２のグレイデ
ッド層は、第２のグレイデッド層の前記一方の面から前
記他方の面に含有量が変化する成分、例えばIII族成分
を含む。
【００１８】１つの実施形態では、活性領域は、２つの
ガイド領域間に配置された量子ウェルまたは多重量子ウ
ェルを含み、第２のグレイデッド層が少なくとも１つの
ガイド領域とウェルとの間に挿入される。この実施形態
は、レーザダイオードに適用可能である。
ガイド領域間に配置された量子ウェルまたは多重量子ウ
ェルを含み、第２のグレイデッド層が少なくとも１つの
ガイド領域とウェルとの間に挿入される。この実施形態
は、レーザダイオードに適用可能である。
【００１９】コンタクト領域、第１および第２のクラッ
ド領域および活性領域は、好適にはガリウムを成分とし
て含み、最も好適には、クラッド領域がアルミニウムを
含む一方で、活性領域がインジウムを含む。
ド領域および活性領域は、好適にはガリウムを成分とし
て含み、最も好適には、クラッド領域がアルミニウムを
含む一方で、活性領域がインジウムを含む。
【００２０】本発明はまた、基板と、第１のドーピング
型の第１のコンタクト領域と、第１のドーピング型の第
１のクラッド領域と、第１のIII族窒化物半導体材料か
ら形成される活性領域と、第１のドーピング型と逆の第
２のドーピング型の第２のクラッド領域と、第２のドー
ピング型の第２のコンタクト領域と、グレイデッド層と
を有し、少なくとも１つの第１および第２のクラッド領
域は、第１のIII族窒化物半導体材料と格子不整合であ
る第２のIII族窒化物半導体材料から形成される、III族
窒化物光電子半導体装置の成長方法を提供する。この成
長方法は、基板上に第１のコンタクト領域、第１のクラ
ッド領域、活性領域、第２のクラッド領域、および第２
のコンタクト領域を順々に成長させる工程と、活性領域
の成長と少なくとも１つの第１および第２のクラッド領
域の成長との間に、グレイデッド層を成長させる工程と
を包含する。グレイデッド層を成長させる工程におい
て、少なくとも１つの第１および第２のクラッド領域と
の間の格子不整合を補償するために、グレイデッド層の
一方の面は隣接する活性領域と格子整合し、グレイデッ
ド層の他方の面は第１および第２のクラッド領域のいず
れかと格子整合し、またグレイデッド層は、グレイデッ
ド層の一方の面から他方の面に含有量が変化する成分を
含む。この方法により、上記目的が達成される。第１の
成分を基板表面に供給する間に、活性領域を第１の温度
で成長させ、第２の成分を基板表面に供給する間に、少
なくとも１つの第１および第２のクラッド領域を第２の
温度で成長させ得る。基板の温度が第１および第２の温
度間で変化する間に、第１および第２のうち成分の少な
くとも１つを基板表面に供給することによって、グレイ
デッド層を成長させ得る。１つの実施形態では、第２の
温度は第１の温度よりも高く、グレイデッド層は、第１
のクラッド領域の成長後且つ活性領域の成長前に、基板
温度が下降する間に、第１および第２の成分のうち少な
くとも１つを基板表面に供給することによって、グレイ
デッド層を成長させる。別の実施形態では、第２の温度
は第１の温度よりも高く、活性領域の成長後且つ第２の
クラッド領域の成長前に、基板温度が上昇する間に、第
１および第２の成分のうち少なくとも１つを基板表面に
供給することによって、グレイデッド層を成長させる。
型の第１のコンタクト領域と、第１のドーピング型の第
１のクラッド領域と、第１のIII族窒化物半導体材料か
ら形成される活性領域と、第１のドーピング型と逆の第
２のドーピング型の第２のクラッド領域と、第２のドー
ピング型の第２のコンタクト領域と、グレイデッド層と
を有し、少なくとも１つの第１および第２のクラッド領
域は、第１のIII族窒化物半導体材料と格子不整合であ
る第２のIII族窒化物半導体材料から形成される、III族
窒化物光電子半導体装置の成長方法を提供する。この成
長方法は、基板上に第１のコンタクト領域、第１のクラ
ッド領域、活性領域、第２のクラッド領域、および第２
のコンタクト領域を順々に成長させる工程と、活性領域
の成長と少なくとも１つの第１および第２のクラッド領
域の成長との間に、グレイデッド層を成長させる工程と
を包含する。グレイデッド層を成長させる工程におい
て、少なくとも１つの第１および第２のクラッド領域と
の間の格子不整合を補償するために、グレイデッド層の
一方の面は隣接する活性領域と格子整合し、グレイデッ
ド層の他方の面は第１および第２のクラッド領域のいず
れかと格子整合し、またグレイデッド層は、グレイデッ
ド層の一方の面から他方の面に含有量が変化する成分を
含む。この方法により、上記目的が達成される。第１の
成分を基板表面に供給する間に、活性領域を第１の温度
で成長させ、第２の成分を基板表面に供給する間に、少
なくとも１つの第１および第２のクラッド領域を第２の
温度で成長させ得る。基板の温度が第１および第２の温
度間で変化する間に、第１および第２のうち成分の少な
くとも１つを基板表面に供給することによって、グレイ
デッド層を成長させ得る。１つの実施形態では、第２の
温度は第１の温度よりも高く、グレイデッド層は、第１
のクラッド領域の成長後且つ活性領域の成長前に、基板
温度が下降する間に、第１および第２の成分のうち少な
くとも１つを基板表面に供給することによって、グレイ
デッド層を成長させる。別の実施形態では、第２の温度
は第１の温度よりも高く、活性領域の成長後且つ第２の
クラッド領域の成長前に、基板温度が上昇する間に、第
１および第２の成分のうち少なくとも１つを基板表面に
供給することによって、グレイデッド層を成長させる。
【００２１】さらに、グレイデッド層の成長の間に第１
の成分は基板表面に供給されるが、そのような成長の間
に、第２の成分は基板表面に供給されない。あるいは、
第１および第２の成分の両方が、グレイデッド層の成長
の間に、基板表面に供給され得る。この場合、少なくと
も１つの第１および第２のクラッド領域の成長の間に、
第２の成分が供給される最高速度と最低速度との間で単
調に変化する速度で、第２の成分はグレイデッド層の成
長の間に基板表面に供給され得る。
の成分は基板表面に供給されるが、そのような成長の間
に、第２の成分は基板表面に供給されない。あるいは、
第１および第２の成分の両方が、グレイデッド層の成長
の間に、基板表面に供給され得る。この場合、少なくと
も１つの第１および第２のクラッド領域の成長の間に、
第２の成分が供給される最高速度と最低速度との間で単
調に変化する速度で、第２の成分はグレイデッド層の成
長の間に基板表面に供給され得る。
【００２２】さらなる実施形態では、少なくとも１つの
第１および第２のクラッド領域は、少なくとも１つの第
１および第２のクラッド領域と隣接する第１および第２
のコンタクト領域のいずれかのIII族窒化物半導体材料
と格子不整合のIII族窒化物半導体材料を含む。少なく
とも１つの第１および第２のクラッド領域の成長と少な
くとも１つの第１および第２のクラッド領域と隣接する
コンタクト領域の成長との間に、第２のグレイデッド層
を成長させる。それにより、さらなるグレイデッド層の
一方の面は隣接するクラッド領域と格子整合し、さらな
るグレイデッド層の他方の面は隣接するコンタクト領域
と格子整合し、またさらなるグレイデッド層は、さらな
るグレイデッド層の前記一方の面から前記他方の面に含
有量が変化する成分を含む。この場合、成分を基板表面
に供給する間に、少なくとも１つの第１および第２のク
ラッド領域を成長させ、少なくとも１つの第１および第
２のクラッド領域の成長の間に前記成分が供給される最
高速度と最低速度との間で単調に変化する速度で、前記
成分を基板表面に供給することによって、さらなるグレ
イデッド層を成長させる。
第１および第２のクラッド領域は、少なくとも１つの第
１および第２のクラッド領域と隣接する第１および第２
のコンタクト領域のいずれかのIII族窒化物半導体材料
と格子不整合のIII族窒化物半導体材料を含む。少なく
とも１つの第１および第２のクラッド領域の成長と少な
くとも１つの第１および第２のクラッド領域と隣接する
コンタクト領域の成長との間に、第２のグレイデッド層
を成長させる。それにより、さらなるグレイデッド層の
一方の面は隣接するクラッド領域と格子整合し、さらな
るグレイデッド層の他方の面は隣接するコンタクト領域
と格子整合し、またさらなるグレイデッド層は、さらな
るグレイデッド層の前記一方の面から前記他方の面に含
有量が変化する成分を含む。この場合、成分を基板表面
に供給する間に、少なくとも１つの第１および第２のク
ラッド領域を成長させ、少なくとも１つの第１および第
２のクラッド領域の成長の間に前記成分が供給される最
高速度と最低速度との間で単調に変化する速度で、前記
成分を基板表面に供給することによって、さらなるグレ
イデッド層を成長させる。
【００２３】以下に作用を説明する。発光ダイオードま
たはレーザダイオードなどIII族窒化物光電子半導体装
置において、サファイア基板上に成長させたクラッド層
とコンタクト層と活性層との間の界面に、グレイデッド
層を導入する。グレイデッド層の成分は、層の一方の面
から他方の面に向かってその含有量が変化し、それによ
り層が各面において隣接する層と格子整合する。その結
果、層間の界面における歪みが減小し、界面に有害な転
位の生じる可能性を最小限に抑えることができる。その
ような転位を除去または減少することによって、装置の
動作効率を増大できる。
たはレーザダイオードなどIII族窒化物光電子半導体装
置において、サファイア基板上に成長させたクラッド層
とコンタクト層と活性層との間の界面に、グレイデッド
層を導入する。グレイデッド層の成分は、層の一方の面
から他方の面に向かってその含有量が変化し、それによ
り層が各面において隣接する層と格子整合する。その結
果、層間の界面における歪みが減小し、界面に有害な転
位の生じる可能性を最小限に抑えることができる。その
ような転位を除去または減少することによって、装置の
動作効率を増大できる。
【００２４】
【発明の実施の形態】本発明が、より十分に理解され得
るように、ここで、実施例を用いて添付図面について言
及する。
るように、ここで、実施例を用いて添付図面について言
及する。
【００２５】（ＩｎＧａ）Ｎ／（ＡｌＧａ）Ｎ ＤＨ構
造のＭＯＣＶＤ成長において直面する問題については、
図１および図２を参照して既に言及した。分子線エピタ
キシ（ＭＢＥ）によるこのＤＨ構造の成長において、同
様の問題に直面するであろう。成長表面からのインジウ
ムの再蒸発は、ＭＢＥ成長法におけるＧａＮ層の成長に
必要とされる６５０〜８５０℃の範囲内の温度において
も、やはり発生し得る。
造のＭＯＣＶＤ成長において直面する問題については、
図１および図２を参照して既に言及した。分子線エピタ
キシ（ＭＢＥ）によるこのＤＨ構造の成長において、同
様の問題に直面するであろう。成長表面からのインジウ
ムの再蒸発は、ＭＢＥ成長法におけるＧａＮ層の成長に
必要とされる６５０〜８５０℃の範囲内の温度において
も、やはり発生し得る。
【００２６】本発明の製造方法では、そのような構造に
基づく発光ダイオードおよびレーザダイオードの性能
が、発光ダイオードまたはレーザダイオードの実質的に
格子不整合の部分の間にIII族窒化物グレイデッド層を
導入することによって、改善される。グレイデッド層に
おける成分の含有量の変化は、様々な方法、例えば不整
合層の間のIII族元素の流量（flux）を適切に変化させ
ることによって、組成を急激に変化させるように基板温
度を変化させることによって、または、基板の温度変化
の効果をIII族の流量の変化と組み合わせることによっ
て、達成され得る。
基づく発光ダイオードおよびレーザダイオードの性能
が、発光ダイオードまたはレーザダイオードの実質的に
格子不整合の部分の間にIII族窒化物グレイデッド層を
導入することによって、改善される。グレイデッド層に
おける成分の含有量の変化は、様々な方法、例えば不整
合層の間のIII族元素の流量（flux）を適切に変化させ
ることによって、組成を急激に変化させるように基板温
度を変化させることによって、または、基板の温度変化
の効果をIII族の流量の変化と組み合わせることによっ
て、達成され得る。
【００２７】（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ ＤＨ発光ダイオ
ード構造に関連して、下記に与えられる本発明の好適な
実施形態の記述は、本発明が適用され得る単純な装置構
造としての一例であって、またこれは、そのようなグレ
イデッド層の導入による効果がある唯一の構造ではな
い。本発明は、他の多くの光電子半導体および、そのよ
うな装置の半導体材料の成長に適切な任意の成長方法に
適用され得ることが、装置設計および／または結晶成長
技術の当業者によって、十分に理解される。さらに、基
板は、炭化ケイ素、没食子酸リチウムなどの様々な酸化
物、およびスピネルなどの、サファイア以外の材料によ
る基板であり得ることは、当業者によって明らかであ
る。
ード構造に関連して、下記に与えられる本発明の好適な
実施形態の記述は、本発明が適用され得る単純な装置構
造としての一例であって、またこれは、そのようなグレ
イデッド層の導入による効果がある唯一の構造ではな
い。本発明は、他の多くの光電子半導体および、そのよ
うな装置の半導体材料の成長に適切な任意の成長方法に
適用され得ることが、装置設計および／または結晶成長
技術の当業者によって、十分に理解される。さらに、基
板は、炭化ケイ素、没食子酸リチウムなどの様々な酸化
物、およびスピネルなどの、サファイア以外の材料によ
る基板であり得ることは、当業者によって明らかであ
る。
【００２８】本発明が適用され得る他の装置構造を、図
４および図５に図解的に示す。図４に、（ＩｎＧａ）Ｎ
ＱＷ発光ダイオード構造を示す。この発光ダイオード
構造は、サファイア基板１１を有し、その上に、厚さ約
３００ÅのＧａＮバッファ層１２を、約５００℃の低温
で成長させた。その後、厚さ約４μmのｎ型ドープＧａ
Ｎコンタクト層１３を、高温で成長させた。その後、厚
さ約５００Åのｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層１
４を高温で成長させ、続いてドープされていない（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎの層を含む量子ウェル（ＱＷ）構造１５、厚さ
約１０００Åのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層１
６、および厚さ約０．５μmのｐ型ドープＧａＮコンタ
クト層１７を成長させた。その後、適切なｎ型およびｐ
型電極１８および１９を、コンタクト層１３および１７
の上に蒸着した。
４および図５に図解的に示す。図４に、（ＩｎＧａ）Ｎ
ＱＷ発光ダイオード構造を示す。この発光ダイオード
構造は、サファイア基板１１を有し、その上に、厚さ約
３００ÅのＧａＮバッファ層１２を、約５００℃の低温
で成長させた。その後、厚さ約４μmのｎ型ドープＧａ
Ｎコンタクト層１３を、高温で成長させた。その後、厚
さ約５００Åのｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層１
４を高温で成長させ、続いてドープされていない（Ｉｎ
Ｇａ）Ｎの層を含む量子ウェル（ＱＷ）構造１５、厚さ
約１０００Åのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層１
６、および厚さ約０．５μmのｐ型ドープＧａＮコンタ
クト層１７を成長させた。その後、適切なｎ型およびｐ
型電極１８および１９を、コンタクト層１３および１７
の上に蒸着した。
【００２９】図５に、本発明が同様に適用され得る（Ｉ
ｎＧａ）Ｎ ＭＱＷレーザダイオード構造の構造を示
す。この場合、前述の構造のように、ＧａＮバッファ層
２２およびｎ型ドープＧａＮコンタクト層２３を、サフ
ァイア基板２１の上に成長させ、続いて、厚さ約０．１
μmのｎ型ドープ（ＩｎＧａ）Ｎ層２４、厚さ約０．４
μmのｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層２５、および厚さ約
０．１μmのｎ型ドープＧａＮ層２６を成長させた。そ
の後、例えば厚さ２５Åの（ＩｎＧａ）Ｎウェル層と、
厚さ５０Åの（ＩｎＧａ）Ｎバリア層とが交互して２６
周期を成す多重量子ウェル（ＭＱＷ）構造を成長させ
た。続いて、厚さ約２００Åのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）
Ｎ層２８、厚さ約０．１μmのｐ型ドープＧａＮ層２
９、厚さ約０．４μmのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層３
０、および厚さ０．５μmのｐ型ドープＧａＮコンタク
ト層３１を成長させた。その後、ｎ型およびｐ型電極３
２および３３を、コンタクト層２３および３１の上に蒸
着した。
ｎＧａ）Ｎ ＭＱＷレーザダイオード構造の構造を示
す。この場合、前述の構造のように、ＧａＮバッファ層
２２およびｎ型ドープＧａＮコンタクト層２３を、サフ
ァイア基板２１の上に成長させ、続いて、厚さ約０．１
μmのｎ型ドープ（ＩｎＧａ）Ｎ層２４、厚さ約０．４
μmのｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層２５、および厚さ約
０．１μmのｎ型ドープＧａＮ層２６を成長させた。そ
の後、例えば厚さ２５Åの（ＩｎＧａ）Ｎウェル層と、
厚さ５０Åの（ＩｎＧａ）Ｎバリア層とが交互して２６
周期を成す多重量子ウェル（ＭＱＷ）構造を成長させ
た。続いて、厚さ約２００Åのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）
Ｎ層２８、厚さ約０．１μmのｐ型ドープＧａＮ層２
９、厚さ約０．４μmのｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層３
０、および厚さ０．５μmのｐ型ドープＧａＮコンタク
ト層３１を成長させた。その後、ｎ型およびｐ型電極３
２および３３を、コンタクト層２３および３１の上に蒸
着した。
【００３０】図６は、図１の発光ダイオード構造におけ
る層の位置の関数としての、発光ダイオードの各成分層
のエネルギーギャップの変化を示す概略図である。同じ
参照符号は、図１と同一の成分層を示す。さらに、参照
符号３５および３６によって、価電子帯および伝導帯が
示されている。（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４および６は
各々、ＧａＮコンタクト層３および７と格子不整合であ
り、且つ（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５とも格子不整合である
こと、また、このことが、装置の動作効率に有害な効果
を有する装置の活性領域における転位の発生につながり
得ることが、この図から理解される。
る層の位置の関数としての、発光ダイオードの各成分層
のエネルギーギャップの変化を示す概略図である。同じ
参照符号は、図１と同一の成分層を示す。さらに、参照
符号３５および３６によって、価電子帯および伝導帯が
示されている。（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４および６は
各々、ＧａＮコンタクト層３および７と格子不整合であ
り、且つ（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５とも格子不整合である
こと、また、このことが、装置の動作効率に有害な効果
を有する装置の活性領域における転位の発生につながり
得ることが、この図から理解される。
【００３１】図７は、本発明による同様の発光ダイオー
ド構造の概略図である。この発光ダイオード構造は、図
１と同じ基本的な成分を有するが、（ＡｌＧａ）Ｎクラ
ッド層４および６と、両ＧａＮコンタクト層３および７
と、（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５との間の界面に、グレイデ
ッド層４１、４２、４３、および４４を導入している。
グレイデッド層４１、４２、４３、および４４は、図７
において、これら４つの界面のそれぞれに示されてい
る。その一方で、（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４および６
と（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５との間の界面にのみグレイデ
ッド層４２および４３を設け、この場合にクラッド層４
および６とコンタクト層３および７との間にそのような
グレイデッド層を設けないことも、本発明の範囲内であ
ると理解されるべきである。図７は、グレイデッド層４
１、４２、４３、および４４の位置のみを示すのであっ
て、含有量が変化する領域中のエネルギーギャップの位
置依存性を示すものではないことが理解されるべきであ
る。
ド構造の概略図である。この発光ダイオード構造は、図
１と同じ基本的な成分を有するが、（ＡｌＧａ）Ｎクラ
ッド層４および６と、両ＧａＮコンタクト層３および７
と、（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５との間の界面に、グレイデ
ッド層４１、４２、４３、および４４を導入している。
グレイデッド層４１、４２、４３、および４４は、図７
において、これら４つの界面のそれぞれに示されてい
る。その一方で、（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層４および６
と（ＩｎＧａ）Ｎ活性層５との間の界面にのみグレイデ
ッド層４２および４３を設け、この場合にクラッド層４
および６とコンタクト層３および７との間にそのような
グレイデッド層を設けないことも、本発明の範囲内であ
ると理解されるべきである。図７は、グレイデッド層４
１、４２、４３、および４４の位置のみを示すのであっ
て、含有量が変化する領域中のエネルギーギャップの位
置依存性を示すものではないことが理解されるべきであ
る。
【００３２】本発明の構造のグレイデッド層４１、４
２、４３、および４４は各々、製造工程の任意の範囲に
よって形成され得る。そして、用いられる詳細な製造工
程は、製造される光電子半導体装置の詳細な構造、必要
とされる動作様式、および他の製造要件に依存する。そ
のような構造の界面における含有量の変化を形成する基
本的な製造工程では、以下の可変事項を考慮する必要が
ある。
２、４３、および４４は各々、製造工程の任意の範囲に
よって形成され得る。そして、用いられる詳細な製造工
程は、製造される光電子半導体装置の詳細な構造、必要
とされる動作様式、および他の製造要件に依存する。そ
のような構造の界面における含有量の変化を形成する基
本的な製造工程では、以下の可変事項を考慮する必要が
ある。
【００３３】（ｉ） III族元素の流量を界面において
変化させる方法。
変化させる方法。
【００３４】（ii） 基板温度が界面においてどのよう
に変化するか。そして （iii）これらの調節のいずれかが行われるときに、成
長は中断されるかどうか。
に変化するか。そして （iii）これらの調節のいずれかが行われるときに、成
長は中断されるかどうか。
【００３５】要点（ii）は、クラッド層４および６と活
性層５とが実質的に異なる基板温度、例えば各々約１０
００℃と８００℃で理想的に配置されているクラッド層
４および６と活性層５との間の界面において、グレイデ
ッド層４２および４３を考慮するときに、特に重要であ
る。
性層５とが実質的に異なる基板温度、例えば各々約１０
００℃と８００℃で理想的に配置されているクラッド層
４および６と活性層５との間の界面において、グレイデ
ッド層４２および４３を考慮するときに、特に重要であ
る。
【００３６】ここで、本発明によるそのようなグレイデ
ッド層の２つの実施可能な製造方法を述べる。これらの
方法の記述の目的に関して、実施例を用いて、成分Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎのクラッド層と成分Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの活
性層との間のヘテロ接合（ＨＪ）について最初に言及す
る。これらの材料は、図８のグラフ中の点ＡとＢとによ
ってそれぞれ示されるエネルギーギャップと格子定数と
を有する。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の成長の間、
（ＭＢＥ成長法の場合には）ＡｌおよびＧａの流量また
は（ＭＯＣＶＤ成長法の場合には）有機金属の流動率
は、適切な成長条件下でそれらが層内で約１：９のＡ
ｌ：Ｇａモル含有比を生じるように、一定に調整且つ設
定される。基板温度は、ＭＯＣＶＤ成長法に適切な約１
０００℃またはＭＢＥ成長法に適切な約７５０℃など
の、適切な一定値に設定される。しかし、これらの温度
は、実施例によってのみ与えられるものであり、そのよ
うなクラッド層の成長に使用され得る適温の全範囲を示
すものではないと理解されるべきである。クラッド層と
活性層との間のヘテロ接合は、ＡｌおよびＧａ両方の流
動を停止すること、基板温度を（ＭＯＣＶＤ成長法の場
合には）２００〜３００度または（ＭＢＥ成長法の場合
には）約２００度だけ低減すること、および、（ＭＢＥ
成長法の場合には）ＩｎおよびＧａの流量または（ＭＯ
ＣＶＤ成長法の場合には）適切な有機金属を、一定の速
度で導入することによって適温に達したときに成長を再
開することによって、生じ得る。ＩｎおよびＧａの流量
または適切な有機金属を導入する速度は、適切な成長条
件下でそれらが層内で約１：４のＩｎ：Ｇａモル含有比
を生じるように、一定に調整且つ設定される。この結
果、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層上にそれと格子不整合
なＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層が成長する。これらの層の間
の格子不整合は約２％であり、これは、厚さ約５０Åの
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ材料の活性層のみが、転位が導入され
る前に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層上に弾力的に吸収
され得ることを意味する。典型的な二重へテロ構造発光
ダイオード（ＤＨ ＬＥＤ）では、必要な活性層は、５
０Åよりも極めて大きな厚さを有し、それゆえ、非発光
性の結合の中心は、そのような装置のそのようなヘテロ
接合によって導入され、装置の性能を害する。
ッド層の２つの実施可能な製造方法を述べる。これらの
方法の記述の目的に関して、実施例を用いて、成分Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎのクラッド層と成分Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎの活
性層との間のヘテロ接合（ＨＪ）について最初に言及す
る。これらの材料は、図８のグラフ中の点ＡとＢとによ
ってそれぞれ示されるエネルギーギャップと格子定数と
を有する。Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層の成長の間、
（ＭＢＥ成長法の場合には）ＡｌおよびＧａの流量また
は（ＭＯＣＶＤ成長法の場合には）有機金属の流動率
は、適切な成長条件下でそれらが層内で約１：９のＡ
ｌ：Ｇａモル含有比を生じるように、一定に調整且つ設
定される。基板温度は、ＭＯＣＶＤ成長法に適切な約１
０００℃またはＭＢＥ成長法に適切な約７５０℃など
の、適切な一定値に設定される。しかし、これらの温度
は、実施例によってのみ与えられるものであり、そのよ
うなクラッド層の成長に使用され得る適温の全範囲を示
すものではないと理解されるべきである。クラッド層と
活性層との間のヘテロ接合は、ＡｌおよびＧａ両方の流
動を停止すること、基板温度を（ＭＯＣＶＤ成長法の場
合には）２００〜３００度または（ＭＢＥ成長法の場合
には）約２００度だけ低減すること、および、（ＭＢＥ
成長法の場合には）ＩｎおよびＧａの流量または（ＭＯ
ＣＶＤ成長法の場合には）適切な有機金属を、一定の速
度で導入することによって適温に達したときに成長を再
開することによって、生じ得る。ＩｎおよびＧａの流量
または適切な有機金属を導入する速度は、適切な成長条
件下でそれらが層内で約１：４のＩｎ：Ｇａモル含有比
を生じるように、一定に調整且つ設定される。この結
果、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層上にそれと格子不整合
なＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層が成長する。これらの層の間
の格子不整合は約２％であり、これは、厚さ約５０Åの
Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ材料の活性層のみが、転位が導入され
る前に、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層上に弾力的に吸収
され得ることを意味する。典型的な二重へテロ構造発光
ダイオード（ＤＨ ＬＥＤ）では、必要な活性層は、５
０Åよりも極めて大きな厚さを有し、それゆえ、非発光
性の結合の中心は、そのような装置のそのようなヘテロ
接合によって導入され、装置の性能を害する。
【００３７】しかし、本発明による第１の方法では、グ
レイデッド層は、上述の基本的な方法を改変することに
よって、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層とＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ活性層との間の界面に形成される。グレイデッド層
は、クラッド層の成長に適切な基板温度から活性層の成
長に適切な温度まで温度の下降、すなわち約２００〜３
００度の温度の低下が始まった後に、ＡｌおよびＧａの
流動を維持することにより、また、温度下降開始時にＩ
ｎの流動を始めることにより、形成される。例えば、約
２００度の温度低下は、３０秒から５分の間にわたって
徐々に実施され得る。これにより、毎秒約１Åの成長速
度で、厚さ約３０Åから３００Åのグレイデッド層を形
成する。約３０Åという厚さが、図４または図５のよう
な装置に適切であり得るのに対して、約３００Åという
厚さは、図１のような装置に適切であり得る。
レイデッド層は、上述の基本的な方法を改変することに
よって、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層とＩｎ0.2Ｇａ0.8
Ｎ活性層との間の界面に形成される。グレイデッド層
は、クラッド層の成長に適切な基板温度から活性層の成
長に適切な温度まで温度の下降、すなわち約２００〜３
００度の温度の低下が始まった後に、ＡｌおよびＧａの
流動を維持することにより、また、温度下降開始時にＩ
ｎの流動を始めることにより、形成される。例えば、約
２００度の温度低下は、３０秒から５分の間にわたって
徐々に実施され得る。これにより、毎秒約１Åの成長速
度で、厚さ約３０Åから３００Åのグレイデッド層を形
成する。約３０Åという厚さが、図４または図５のよう
な装置に適切であり得るのに対して、約３００Åという
厚さは、図１のような装置に適切であり得る。
【００３８】Ａｌの流動は継続し、活性層の成長に適切
な温度に達すると、Ａｌの流動は即止められる。その
後、ＩｎおよびＧａの流動は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層
の成長を実施するために、基板温度を前述の方法のよう
に一定値に維持した状態で継続する。Ｉｎ含有率は、基
板温度の関数であるので（図３参照）、また、Ａｌの流
動が継続し且つＩｎの流動が発生する間に温度は下降す
るので、Ａｌ／Ｉｎの比は、温度の低下に伴って変化
し、Ａｌ／Ｉｎの比が層の全域で変化するグレイデッド
層がクラッド層と活性層との間に形成される。そのよう
な方法によって、厚さ約３０Åから３００Åのグレイデ
ッド層が形成される。このグレイデッド層は、層の全域
で０．１から０に変化するＡｌモル分率、層の全域で０
から０．２に変化するＩｎモル分率、および図８の曲線
４５によって示される形状のエネルギーギャップ−格子
定数特性を有し得る。Ａｌの含量は、グレイデッド層全
域で実質的に直線的に変化すると予想されるが、Ｉｎの
含量はより予測不可能な方法で変化する。
な温度に達すると、Ａｌの流動は即止められる。その
後、ＩｎおよびＧａの流動は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層
の成長を実施するために、基板温度を前述の方法のよう
に一定値に維持した状態で継続する。Ｉｎ含有率は、基
板温度の関数であるので（図３参照）、また、Ａｌの流
動が継続し且つＩｎの流動が発生する間に温度は下降す
るので、Ａｌ／Ｉｎの比は、温度の低下に伴って変化
し、Ａｌ／Ｉｎの比が層の全域で変化するグレイデッド
層がクラッド層と活性層との間に形成される。そのよう
な方法によって、厚さ約３０Åから３００Åのグレイデ
ッド層が形成される。このグレイデッド層は、層の全域
で０．１から０に変化するＡｌモル分率、層の全域で０
から０．２に変化するＩｎモル分率、および図８の曲線
４５によって示される形状のエネルギーギャップ−格子
定数特性を有し得る。Ａｌの含量は、グレイデッド層全
域で実質的に直線的に変化すると予想されるが、Ｉｎの
含量はより予測不可能な方法で変化する。
【００３９】本発明による、Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド
層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層との間の界面にグレイデッ
ド層を形成する別の方法では、クラッド層の成長に適切
な基板温度から活性層の成長に適切な基板温度に温度が
下降するとき、ＡｌおよびＧａの流動は継続し且つＩｎ
の流動が始まる。しかし、Ａｌの流動が第１の方法にお
いて述べたように温度低下中一定速度に維持される代わ
りに、Ａｌの流動速度は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層の成
長に適切な基板温度において数値が０に達するまで、単
調に低下する。そのような方法によって、図８の曲線４
６によって示されるエネルギーギャップ−格子定数特性
を有するグレイデッド層が形成される。
層とＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層との間の界面にグレイデッ
ド層を形成する別の方法では、クラッド層の成長に適切
な基板温度から活性層の成長に適切な基板温度に温度が
下降するとき、ＡｌおよびＧａの流動は継続し且つＩｎ
の流動が始まる。しかし、Ａｌの流動が第１の方法にお
いて述べたように温度低下中一定速度に維持される代わ
りに、Ａｌの流動速度は、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ活性層の成
長に適切な基板温度において数値が０に達するまで、単
調に低下する。そのような方法によって、図８の曲線４
６によって示されるエネルギーギャップ−格子定数特性
を有するグレイデッド層が形成される。
【００４０】これら２つの方法のどちらを用いようと、
単調に変化するバンドギャップおよび格子定数が、図７
のクラッド層４と活性層５との間のグレイデッド層４２
によって示されるような、クラッド層と活性層との間の
界面に生じる。図７の活性層５とクラッド層６との間の
グレイデッド層４３は、同様の方法で形成され得るが、
温度勾配が逆方向になる。温度勾配は、必要とするグレ
イデッド層を形成するためにＩｎおよびＧａの流動を持
続している間、活性層の成長に適切な低温からクラッド
層の成長に適切な高温に変化する。この場合、Ａｌの流
動はクラッド層の成長を始める高温に達すると、即始め
られ得る。あるいは、Ａｌの流動は、温度の上昇が始ま
った瞬間に始められ得る。どちらの場合にも、所定の温
度において成長表面からのＩｎの再蒸発のため、Ｉｎは
それ以上層に含まれないので、Ｉｎの流動を止める必要
はない。
単調に変化するバンドギャップおよび格子定数が、図７
のクラッド層４と活性層５との間のグレイデッド層４２
によって示されるような、クラッド層と活性層との間の
界面に生じる。図７の活性層５とクラッド層６との間の
グレイデッド層４３は、同様の方法で形成され得るが、
温度勾配が逆方向になる。温度勾配は、必要とするグレ
イデッド層を形成するためにＩｎおよびＧａの流動を持
続している間、活性層の成長に適切な低温からクラッド
層の成長に適切な高温に変化する。この場合、Ａｌの流
動はクラッド層の成長を始める高温に達すると、即始め
られ得る。あるいは、Ａｌの流動は、温度の上昇が始ま
った瞬間に始められ得る。どちらの場合にも、所定の温
度において成長表面からのＩｎの再蒸発のため、Ｉｎは
それ以上層に含まれないので、Ｉｎの流動を止める必要
はない。
【００４１】図７のクラッド層４および６とコンタクト
層３および７との間の界面に、グレイデッド層４１およ
び４４によって示されるようなグレイデッド層が形成さ
れる場合、コンタクト層およびクラッド層はＩｎを含ま
ないので、コンタクト層およびクラッド層の成長の間に
成長温度を変える必要はない。これらの界面において、
グレイデッド層は、（グレイデッド層４１の場合には）
コンタクト層３の成長に望ましい流量とクラッド層４の
成長に望ましい流量との間でＡｌの流量を単調に増大さ
せ、または、（グレイデッド層４４の場合には）クラッ
ド層６の成長に望ましい流量とコンタクト層７の成長に
望ましい流量との間でＡｌの流量を単調に減小させるこ
とによってのみ、形成され得る。
層３および７との間の界面に、グレイデッド層４１およ
び４４によって示されるようなグレイデッド層が形成さ
れる場合、コンタクト層およびクラッド層はＩｎを含ま
ないので、コンタクト層およびクラッド層の成長の間に
成長温度を変える必要はない。これらの界面において、
グレイデッド層は、（グレイデッド層４１の場合には）
コンタクト層３の成長に望ましい流量とクラッド層４の
成長に望ましい流量との間でＡｌの流量を単調に増大さ
せ、または、（グレイデッド層４４の場合には）クラッ
ド層６の成長に望ましい流量とコンタクト層７の成長に
望ましい流量との間でＡｌの流量を単調に減小させるこ
とによってのみ、形成され得る。
【００４２】同様の製造方法が、レーザダイオードの製
造に用いられ得る。しかしこの場合、必要とされる光学
的フィードバックを提供するために、活性層は、光波の
ガイドに貢献する２つのガイド領域の間に配置した量子
ウェルを含む。さらに、もし必要であれば、ガイド領域
と隣接するクラッド領域との間に設けられるグレイデッ
ド層に加えて、各々のガイド領域と量子ウェルとの間の
界面にグレイデッド層が設けられる。
造に用いられ得る。しかしこの場合、必要とされる光学
的フィードバックを提供するために、活性層は、光波の
ガイドに貢献する２つのガイド領域の間に配置した量子
ウェルを含む。さらに、もし必要であれば、ガイド領域
と隣接するクラッド領域との間に設けられるグレイデッ
ド層に加えて、各々のガイド領域と量子ウェルとの間の
界面にグレイデッド層が設けられる。
【００４３】さらに、記述された方法の改変例におい
て、装置は、基板と格子整合するように形成されたクラ
ッド層を有するＧａＮ基板上に形成され得る。この場
合、基板と隣接するクラッド層との間のグレイデッド層
を設ける必要はない。従ってこの場合、グレイデッド層
は、クラッド層と（ＩｎＧａ）Ｎ活性層との間にのみ設
けられる。
て、装置は、基板と格子整合するように形成されたクラ
ッド層を有するＧａＮ基板上に形成され得る。この場
合、基板と隣接するクラッド層との間のグレイデッド層
を設ける必要はない。従ってこの場合、グレイデッド層
は、クラッド層と（ＩｎＧａ）Ｎ活性層との間にのみ設
けられる。
【００４４】
【発明の効果】上述のように、本発明によれば、発光半
導体装置などのIII族窒化物光電子半導体装置におい
て、格子不整合を有する界面にグレイデッド層を導入す
ることにより、その界面の歪みを減少させて、界面に生
じる転位の可能性を最小限にでき、その結果、装置の動
作効率を増大できる。また、本発明によれば、そのよう
なグレイデッド層を有するIII族窒化物光電子半導体装
置の製造方法を提供できる。
導体装置などのIII族窒化物光電子半導体装置におい
て、格子不整合を有する界面にグレイデッド層を導入す
ることにより、その界面の歪みを減少させて、界面に生
じる転位の可能性を最小限にでき、その結果、装置の動
作効率を増大できる。また、本発明によれば、そのよう
なグレイデッド層を有するIII族窒化物光電子半導体装
置の製造方法を提供できる。
【図１】公知の（ＩｎＧａ）Ｎ／（ＡｌＧａ）Ｎ二重へ
テロ構造（ＤＨ）発光ダイオード構造の概略図である。
テロ構造（ＤＨ）発光ダイオード構造の概略図である。
【図２】四元系（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎのバンドギャッ
プエネルギーに対する格子定数の変化を示すグラフであ
る。
プエネルギーに対する格子定数の変化を示すグラフであ
る。
【図３】温度が７６０℃から７００℃へ下降する間に、
（ＩｎＧａ）Ｎの層の中に導入されるインジウムモル分
率の変化を示すグラフである。
（ＩｎＧａ）Ｎの層の中に導入されるインジウムモル分
率の変化を示すグラフである。
【図４】公知の（ＩｎＧａ）Ｎ／（ＡｌＧａ）Ｎ ＱＷ
発光ダイオード構造の概略図である。
発光ダイオード構造の概略図である。
【図５】公知の（ＩｎＧａ）Ｎ ＭＱＷレーザダイオー
ド構造の概略図である。
ド構造の概略図である。
【図６】図１の（ＩｎＧａ）Ｎ／（ＡｌＧａ）Ｎ ＤＨ
発光ダイオード構造の層構造およびエネルギーギャップ
を示す概略図である。
発光ダイオード構造の層構造およびエネルギーギャップ
を示す概略図である。
【図７】本発明による（ＩｎＧａ）Ｎ／（ＡｌＧａ）Ｎ
発光ダイオード構造の層構造およびエネルギーギャップ
を示す概略図である。
発光ダイオード構造の層構造およびエネルギーギャップ
を示す概略図である。
【図８】バンドギャップエネルギーに対する格子定数の
変化を示すグラフであり、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ半導
体材料に基づくＤＨレーザダイオードまたは発光ダイオ
ードの構造の、クラッド層および活性層に使用され得る
半導体材料の可能な組合わせを示す。
変化を示すグラフであり、（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ半導
体材料に基づくＤＨレーザダイオードまたは発光ダイオ
ードの構造の、クラッド層および活性層に使用され得る
半導体材料の可能な組合わせを示す。
１ サファイア基板 ２ ＧａＮバッファ層 ３ ｎ型ドープＧａＮコンタクト層 ４ ｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層 ５ Ｚｎドープ（ＩｎＧａ）Ｎ活性層 ６ ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層 ７ ｐ型ドープＧａＮコンタクト層 ８ ｎ型電極 ９ ｐ型電極 １１ サファイア基板 １２ ＧａＮバッファ層 １３ ｎ型ドープＧａＮコンタクト層 １４ ｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層 １５ 量子ウェル構造 １６ ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎクラッド層 １７ ｐ型ドープＧａＮコンタクト層 １８ ｎ型電極 １９ ｐ型電極 ２１ サファイア基板 ２２ ＧａＮバッファ層 ２３ ＧａＮコンタクト層 ２４ ｎ型ドープ（ＩｎＧａ）Ｎ層 ２５ ｎ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層 ２６ ｎ型ドープＧａＮ層 ２７ （ＩｎＧａ）Ｎ量子ウェル ２８ ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層 ２９ ｐ型ドープＧａＮ層 ３０ ｐ型ドープ（ＡｌＧａ）Ｎ層 ３１ ｐ型ドープＧａＮコンタクト層 ３２ ｎ型電極 ３３ ｐ型電極 ３５ 価電子帯 ３６ 伝導帯 ４１、４２、４３、４４ グレイデッド層 ４５、４６ 格子定数−エネルギーギャップ曲線
Claims (20)
- 【請求項１】 基板と、第１のドーピング型の第１のコ
ンタクト領域と、該第１のドーピング型の第１のクラッ
ド領域と、第１のIII族窒化物半導体材料から形成され
る活性領域と、該第１のドーピング型と逆の第２のドー
ピング型の第２のクラッド領域と、該第２のドーピング
型の第２のコンタクト領域と、第１のグレイデッド層と
を有し、該第１のコンタクト領域と該第１のクラッド領
域と該活性領域と該第２のクラッド領域と該第２のコン
タクト領域とは、該基板上に順々に形成され、少なくと
も１つの該第１および第２のクラッド領域は該第１のII
I族窒化物半導体材料と格子不整合である第２のIII族窒
化物半導体材料から形成され、該活性領域と少なくとも
１つの該第１および第２のクラッド領域との間の格子不
整合を補償するために、該活性領域と少なくとも１つの
該第１および第２のクラッド領域との間に第１のグレイ
デッド層が挿入され、それにより該第１のグレイデッド
層の一方の面が該活性領域と格子整合し、該第１のグレ
イデッド層の他方の面が少なくとも１つの該第１および
第２のクラッド領域と格子整合し、また該第１のグレイ
デッド層が該第１のグレイデッド層の該一方の面から該
他方の面に向かって含有量が変化する成分を包含する、
III族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項２】 少なくとも１つの前記第１および第２の
クラッド領域が、少なくとも１つの該第１および第２の
クラッド領域と隣接する前記第１および第２のコンタク
ト領域のIII族窒化物半導体材料と格子不整合のIII族窒
化物半導体材料を有するIII族窒化物光電子半導体装置
であって、第２のグレイデッド層をさらに備え、該第２
のグレイデッド層が少なくとも１つの該第１および第２
のクラッド領域と少なくとも１つの該第１および第２の
クラッド領域と隣接する該コンタクト領域との間に挿入
され、それにより該第２のグレイデッド層の一方の面が
該第２のグレイデッド層と隣接する少なくとも１つの該
第１および第２のクラッド領域と格子整合し、該第２の
グレイデッド層の他方の面が該第２のグレイデッド層と
隣接する該第１および第２のコンタクト領域のいずれか
と格子整合し、また該第２のグレイデッド層が該第２の
グレイデッド層の該一方の面から該他方の面に向かって
含有量が変化する成分を包含する、請求項１に記載のII
I族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項３】 少なくとも１つの前記第１および第２の
グレイデッド層が少なくとも１つの前記第１および第２
のグレイデッド層の全域で含有量が変化するIII族成分
を包含する、請求項１または２に記載のIII族窒化物光
電子半導体装置。 - 【請求項４】 前記活性領域と少なくとも１つの前記第
１および第２のクラッド領域との間の前記第１のグレイ
デッド層が、該第１のグレイデッド層の全域で第１の方
向に含有量が変化する第１の成分と、該第１のグレイデ
ッド層の全域で第１の方向と逆の第２の方向に含有量が
変化する第２の成分とを包含する、請求項１、２、また
は３に記載のIII族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項５】 少なくとも１つの前記第１および第２の
グレイデッド層の厚さが２０〜４００Åの範囲内であ
る、前記請求項のいずれかに記載のIII族窒化物光電子
半導体装置。 - 【請求項６】 ２つのガイド領域および第３のグレイデ
ッド層をさらに備え、前記活性領域が、該２つのガイド
領域間に配置された量子ウェルまたは多重量子ウェルを
有し、該第３のグレイデッド層が少なくとも１つの該ガ
イド領域と該ウェルとの間に挿入される、前記請求項の
いずれかに記載のIII族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項７】 前記第１および第２のコンタクト領域、
前記第１および第２のクラッド領域、および前記活性領
域がガリウムを成分として包含する、前記請求項のいず
れかに記載のIII族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項８】 前記活性領域がインジウムを包含する、
前記請求項のいずれかに記載のIII族窒化物光電子半導
体装置。 - 【請求項９】 前記第１および第２のクラッド領域がア
ルミニウムを包含する、前記請求項のいずれかに記載の
III族窒化物光電子半導体装置。 - 【請求項１０】 基板と、第１のドーピング型の第１の
コンタクト領域と、該第１のドーピング型の第１のクラ
ッド領域と、第１のIII族窒化物半導体材料から形成さ
れる活性領域と、該第１のドーピング型と逆の第２のド
ーピング型の第２のクラッド領域と、該第２のドーピン
グ型の第２のコンタクト領域とグレイデッド層とを有
し、少なくとも１つの該第１および第２のクラッド領域
が該第１のIII族窒化物半導体材料と格子不整合である
第２のIII族窒化物半導体材料から形成される、III族窒
化物光電子半導体装置の成長方法であって、該基板上に
該第１のコンタクト領域、該第１のクラッド領域、該活
性領域、該第２のクラッド領域、および該第２のコンタ
クト領域を順々に成長させる工程と、該活性領域の成長
と少なくとも１つの該第１および第２のクラッド領域の
成長との間に、該グレイデッド層を成長させる工程であ
って、それにより少なくとも１つの該第１および第２の
クラッド領域との間の格子不整合を補償するために、グ
レイデッド層の一方の面が活性領域と格子整合し、該グ
レイデッド層の他方の面が該第１および第２のクラッド
領域のいずれかと格子整合し、また該グレイデッド層が
該グレイデッド層の該一方の面から該他方の面に向かっ
て含有量が変化する成分を包含する工程とを包含する、
III族窒化物光電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１１】 前記グレイデッド層が該グレイデッド
層の全域で含有量が変化するIII族成分を包含する、請
求項１０に記載のIII族窒化物光電子半導体装置の成長
方法。 - 【請求項１２】 前記活性領域と少なくとも１つの前記
第１および第２のクラッド領域との間の前記グレイデッ
ド層が、該グレイデッド層の全域で第１の方向に含有量
が変化する第１の成分と、該グレイデッド層の全域で第
１の方向と逆の第２の方向に含有量が変化する第２の成
分とを包含する、請求項１０または１１に記載のIII族
窒化物光電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１３】 前記第１の成分を前記基板表面に供給
する間に、前記活性領域を第１の温度で成長させ、前記
第２の成分を該基板表面に供給する間に、少なくとも１
つの前記第１および第２のクラッド領域を第２の温度で
成長させ、基板の温度が該第１および該第２の温度間で
変化する間に、該第１および該第２の成分のうち少なく
とも１つを該基板表面に供給することによって、前記グ
レイデッド層を成長させる、請求項１０、１１、または
１２に記載のIII族窒化物光電子半導体装置の成長方
法。 - 【請求項１４】 前記第２の温度が前記第１の温度より
も高く、前記第１のクラッド領域の成長後且つ前記活性
領域の成長前に、前記基板温度が下降する間に、該第１
および該第２の成分のうち少なくとも１つを前記基板表
面に供給することによって、前記グレイデッド層を成長
させる、請求項１３に記載のIII族窒化物光電子半導体
装置の成長方法。 - 【請求項１５】 前記第２の温度が前記第１の温度より
も高く、前記活性領域の成長後且つ前記第２のクラッド
領域の成長前に、前記基板温度が上昇する間に、該第１
および該第２の成分のうち少なくとも１つを前記基板表
面に供給することによって、前記グレイデッド層を成長
させる、請求項１３または１４に記載のIII族窒化物光
電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１６】 前記グレイデッド層の成長の間に前記
第１の成分を前記基板表面に供給し、一方、該グレイデ
ッド層の成長の間に該基板表面への第２の成分の供給を
行わない、請求項１３、１４、または１５に記載のIII
族窒化物光電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１７】 前記III族成分および前記第２の成分
の両方が、前記グレイデッド層の成長の間に、前記基板
表面に供給され、少なくとも１つの前記第１および第２
のクラッド領域の成長の間に、該第２の成分が供給され
る最高速度と最低速度との間で単調に変化する速度で、
該第２の成分が該グレイデッド層の成長の間に該基板表
面に供給される、請求項１３、１４、または１５に記載
のIII族窒化物光電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１８】 少なくとも１つの前記第１および第２
のクラッド領域が、少なくとも１つの該第１および第２
のクラッド領域と隣接する前記第１および第２のコンタ
クト領域のいずれかのIII族窒化物半導体材料と格子不
整合のIII族窒化物半導体材料を包含するIII族窒化物光
電子半導体装置の成長方法であって、少なくとも１つの
該第１および第２のクラッド領域の成長と少なくとも１
つの該第１および第２のクラッド領域と隣接する該コン
タクト領域の成長との間に、さらなるグレイデッド層を
成長させる工程であって、それにより該さらなるグレイ
デッド層の一方の面が該さらなるグレイデッド層と隣接
する該第１および第２のクラッド領域のいずれかと格子
整合し、該さらなるグレイデッド層の他方の面が隣接す
る該コンタクト領域と格子整合し、また、該さらなるグ
レイデッド層が該さらなるグレイデッド層の該一方の面
から該他方の面に向かって含有量が変化する成分を包含
する工程を包含する、請求項１０から１７のいずれかに
記載のIII族窒化物光電子半導体装置の成長方法。 - 【請求項１９】 前記装置を有機金属気相成長法（ＭＯ
ＣＶＤ）によって成長させる、請求項１０から１８のい
ずれかに記載のIII族窒化物光電子半導体装置の成長方
法。 - 【請求項２０】 前記装置を分子線エピタキシ（ＭＢ
Ｅ）によって成長させる、請求項１０から１８のいずれ
かに記載のIII族窒化物光電子半導体装置の成長方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB9714468A GB2327145A (en) | 1997-07-10 | 1997-07-10 | Graded layers in an optoelectronic semiconductor device |
| GB9714468.7 | 1997-07-10 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1174564A true JPH1174564A (ja) | 1999-03-16 |
Family
ID=10815606
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19473398A Pending JPH1174564A (ja) | 1997-07-10 | 1998-07-09 | Ｉｉｉ族窒化物光電子半導体装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6072189A (ja) |
| EP (1) | EP0890997B1 (ja) |
| JP (1) | JPH1174564A (ja) |
| DE (1) | DE69838313T2 (ja) |
| GB (1) | GB2327145A (ja) |
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