JP2003535453A - インジウムリッチクラスタを有する第ｉｉｉ族窒化物量子井戸構造体及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 発光ダイオードの量子井戸構造体（１８）の形成において、各井戸層（３４）は、２段階法により形成される。第１の段階においては、ガリウムとインジウムの比較的高いフラックス率が使用される。第２段階においては、ガリウムとインジウムの低いフラックス率が使用される。井戸層（３４）は、層（３４）の水平方向に亘って変化し、かつ、インジウムプア材料（３８）により囲まれるインジウムリッチの材料のクラスタを多くの場合含む組成を有するように形成される。得られる構造体は、高い輝度を呈するとともに、狭くて明瞭な発光スペクトルを有する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （関連出願の相互参照） 本願は、１９９８年１１月１６日付けで出願された合衆国仮特許出願第６０／
１０８，５９３号の利益を主張するものであり、本明細書においては、この出願
を引用してその説明に代える。

【０００２】 （発明の背景） 発光ダイオード構造体は、一般に、ｎ型半導体の層と、ｎ型半導体と接合部を
形成するｐ型半導体の層とを有している。半導体の層は、外部のバイアス電圧が
印加されるように、１対の電極間に接続されている。適宜のバイアス電圧が印加
されると、電流がダイオードを流れる。この電流は、ｎ型半導体においては電子
として運ばれ、ｐ型半導体においては電子空孔即ち「ホール」("hole")として運
ばれる。電子とホールは、両側から接合部へ向けて流れ、接合部においてまたは
接合部に隣接して遭遇する。電子とホールが遭遇すると、互いに再結合し、電子
はホールを埋める。かかる再結合により、赤外光、可視光または紫外光のような
電磁放射線の形態でエネルギを出す。電子放射線の波長は、バンドギャップのよ
うな再結合が生ずる領域における半導体の特性あるいは電子が材料の中でとるこ
とができる状態間の差による。ダイオード構造体の発光特性は、いわゆる量子井
戸構造体をｐ−ｎ接合部に隣接して形成することにより高めることができると長
年に亘って知られてきた。量子井戸構造体は、高いバンドギャップを有する材料
の層間に配置される比較的低いバンドギャップを有する材料から形成される、少
なくとも１つの極薄の層、典型的には、数原子または数十原子の厚さの層を有す
る。低バンドギャップ層は、「井戸」("well")層と呼ばれ、高バンドギャップ層
は、「バリヤ」層と呼ばれる。電子は、井戸層の比較的小さな厚み寸法と関連す
る量子効果により井戸層に閉じ込められる傾向がある。量子井戸構造体は、典型
的には、発光効率を高めることができるとともに、発光波長の制御を改善するこ
とができる。単一の量子井戸(single quantum well)構造体即ち「ＳＱＷ」にお
いては、２つのバリヤ層は、ｐ型及びｎ型半導体層と一体となることができる。
多重の量子井戸(multiple quantum well)即ち「ＭＱＷ」構造体においては、井
戸層及びバリヤ層は、スタックとして交互して形成される。井戸層及びバリヤ層
の成長は、可能な最良の結晶質と可能な最も均一な組成物を各層全体に亘って提
供することを目的として、従来の組立技術により行われてきた。

【０００３】 上記した基本的な発光ダイオード構造体には、一般に、補助構造体が形成され
ている。例えば、ｐ型及び／またはｎ型層は、ダイオードにおいて生じた光を外
部の環境に伝送する透明の層、光を反射する反射構造体を有することができる。
ｐ型及び／またはｎ型層はまた、量子井戸構造体に隣接して配置され、井戸層よ
りも大きいバンドギャップ、典型的にはバリヤ層よりも大きいバンドギャップを
有し、量子井戸構造体内にキャリヤを閉じ込めるクラッド層を含むことができる
。更に、この基本的な発光ダイオード構造体は、レーザとして使用するのに適し
た構成で集成することができる。レーザとして作用することができる発光ダイオ
ードは、「レーザダイオード」と云われている。例えば、レーザダイオードは、
ｐ型構造体とｎ型構造体との間を細長いストリップとして延びる量子井戸構造体
を有することができるとともに、この装置は、ストリップに電流を集中させるよ
うにストリップと並んで配置された電流閉じ込め(current-confining)構造体を
有することができる。レーザダイオードはまた、量子井戸構造体の上方または下
方に配置された光閉じ込め層のような別の素子を有することもできる。

【０００４】 発光ダイオードは、これまでは、いわゆるIII−Ｖ化合物半導体、即ち、ガリ
ウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）のような周期律表
第III族の１つ以上の元素と、窒素（Ｎ）、燐（Ｐ）及び砒素（Ａｓ）のような
周期律表第Ｖ族の１つ以上の元素との化合物から形成されてきた。特に、窒化物
半導体が使用されてきた。本明細書において使用されている語である「窒化物半
導体」("nitride semiconductor")とは、第Ｖ族の元素が、少量のＡｓ、Ｐまた
はこれらの双方を含みあるいは含まないＮから主として構成されているIII−Ｖ
化合物半導体を云う。最も典型的には、第Ｖ族の元素は、完全にＮからなる。「
窒化ガリウムベースの半導体」("gallium nitride based semiconductor")とは
、第III族の元素のＧａ、Ｉｎ及びＡｌの１つ以上を含む窒化物半導体を云う。
好ましくは、窒化ガリウムベースの半導体は、式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_ｃＮに係るも
のであり、該式において、ａ＋ｂ＋ｃ＝１であり、ａ、ｂ及びｃはそれぞれ０乃
至１の範囲にある。窒化ガリウムベースの半導体から形成される発光ダイオード
は、可視及び紫外の範囲にある種々の波長の発光を行うことができる。窒化ガリ
ウムベースのバンドギャップは、この材料のＩｎの量に逆比例する。従って、窒
化ガリウムベースの発光ダイオードから形成される発光ダイオードは、これまで
は、式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮにかかり、ｙ＞０である井戸層を有し、かつ、式Ｉｎ_ｘ Ｇａ_１−ｘＮに係り、ｘ＜ｙ、ｘ＝０であるバリヤ層を有する量子井戸構造体
を含んでいた。この場合にも、井戸及びバリヤ層は、層全体に均一な組成を提供
することを目的として、化学蒸着のような従来の処理により形成されている。

【０００５】 本技術分野におけるこれまでの努力の全てにも拘わらず、更なる改良が所望さ
れている。

【０００６】 （発明の概要） 本発明の一の観点によれば、発光素子の量子井戸構造体(quantum well struct
ure)が提供されている。本発明のこの観点に係る量子井戸構造体は、１つ以上の
井戸層と、２つ以上のバリヤ層とを含んでいる。これらの各層は、水平方向に延
びるとともに、各井戸層が２つのバリヤ層の間に配置されるように互いに交互に
重ね合わされている。バリヤ層は、井戸層よりも広いバンドギャップを有してい
る。最も好ましくは、井戸層は、式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに係り、ｙ＞０である平
均組成を有している。最も望ましくは、各井戸層は、井戸層の水平方向に亘って
互いに散在する(intersperse)インジウムに富んだクラスタ即ちインジウムリッ
チ(indiumu-rich)クラスタと、インジウムの乏しい領域即ちインジウムプア(ind
ium-poor)領域とを有している。即ち、個々の井戸層の組成は、この層全体に亘
って均一ではない。本明細書において「クラスタ」とも云うインジウムリッチ領
域は、井戸層の平均インジウム含量よりも高いインジウム含量を有しており、一
方、インジウムプア領域は、この層の平均インジウム含量よりも低いインジウム
含量を有している。インジウムリッチ領域は、小さい水平寸法(minor horizonta
l dimensions)が約１０Å以上であるのが望ましく、約３０−５０Åであるのが
最も望ましい。インジウムリッチクラスタは、典型的には、インジウムプア領域
により包囲される。

【０００７】 本発明は、何らの動作理論による制限を受けるものではないが、インジウムリ
ッチ領域は、水平方向の電子のある程度の更なる量子取り込み(confinement)を
行うものと考えられる。動作の機構の如何に拘わらず、本発明のこの観点に係る
、非均一な井戸層を有する好ましい量子井戸構造体は、大きい光出力を提供する
ことができるとともに、従来の井戸層を有する同様の構造体よりも精確な波長制
御を行うことができる。

【０００８】 最も典型的には、バリヤ層は、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係り、ｘ＝０を含み、
ｘ＜ｙである平均組成を有する。好ましくは、ｘ＝０であり、従って、バリヤ層
はＧａＮである。バリヤ層は、厚さが３０乃至３００Åであるのが望ましく、井
戸層は、１０乃至１００Åの厚さであるのが望ましい。より好ましくは、バリヤ
層は、５０乃至１５０Åの厚さであり、井戸層は１０乃至４０Åの厚さである。

【０００９】 本発明の別の観点によれば、ｐ型III−Ｖ半導体、ｎ型III−Ｖ半導体及び前記
ｐ型半導体とｎ型半導体との間に配置される上記のような量子井戸構造体を備え
る発光装置が提供されている。好ましくは、ｐ型及びｎ型半導体の量子井戸構造
体に隣接する領域は、窒化物半導体であり、最も好ましくは、式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧ
ａ_ｃＮに係り、ａ＝０、ｂ＝０及びｃ＝０を含み、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である窒化物
半導体である。

【００１０】 本発明の別の観点によれば、発光装置の量子井戸構造体を製造する方法が提供
されている。本発明のこの観点に係る方法は、望ましくは、第１の段階の際に第
１の層の気体混合物からの井戸層を、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係り、ｘ＝０を含
む第１のバリヤ層に被着する工程を備えるのが望ましく、井戸層は、式Ｉｎ_ｙＧ
ａ_１−ｙＮに係り、ｙ＞ｘである平均的な組成を有している。

【００１１】 第１の段階の後で行われる第２の段階において、井戸層は、第２段階の気体混
合物と接触する、約５５０−９００℃の温度の第１のバリヤ層に保持される。気
体混合物と、この気体混合物の流量は、第１段階におけるインジウムのフラック
ス(flux)よりも少ないインジウムのフラックスを第２段階において提供するよう
に選定される。第２段階は、井戸層が井戸層の水平方向に亘って分配されるイン
ジウムリッチクラスタ及びインジウムプア領域を形成するのに十分な時間行われ
る。最も好ましくは、この方法は更に、第２の段階の後に前記井戸層にＩｎ_ｘＧ
ａ_１−ｘＮに係り、ｘ＝０を含み、ｙ＞ｘである第２のバリヤ層を被着する工程
を備える。望ましくは、上記工程は、複数のサイクルで繰り返され、各サイクル
で被着される第２のバリヤ層は、次のサイクルで第１のバリヤ層として作用する
。

【００１２】 最も好ましくは、第２段階の気体混合物は、前記第１段階の気体混合物におけ
るガリウムに対するインジウムの比よりも小さいガリウムに対するインジウムの
比を有し、井戸層は、第２の段階の際にインジウムの残留損(net loss)を受ける
。第１段階の気体混合物は、低級アルキルガリウム化合物のような有機ガリウム
化合物を含むのが望ましく、より望ましくはテトラメチルガリウム（「ＴＭＧ」
）、最も望ましくはテトラメチルインジウム（「ＴＭＩ」）のような低級アルキ
ル化合物及びアンモニアＮＨ_３を含む。

【００１３】 本発明の更に別の観点に係る発光装置の量子井戸構造体を製造する方法は、第
１の段階において井戸層を被着する工程を含むのが望ましい。この第１の段階の
際に被着される井戸層は、式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに係る平均組成を有していて、
ｙ＞０である。この層は、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮを有し、ｘ＝０を含みｙ＞ｘで
ある第１のバリヤ層を約５５０−９００℃に保持した状態で、この第１のバリヤ
層の上に、成分として、有機ガリウム化合物、有機インジウム化合物及びＮＨ_３ を含む第１の段階の気体混合物を通すことにより被着される。気体混合物の各成
分は、第１の段階の際に第１段階のフラックスを有する。

【００１４】 本発明のこの観点に係る方法はまた、第２の段階を含む。第２の段階の際には
、井戸層は、反応器において約５５０−９００℃に保持されるとともに、上記し
た成分を含む第２段階の気体混合物を井戸層の表面に通して、上記した有機化合
物の第１段階のフラックスよりも低い上記有機化合物の第２段階のフラックスと
、上記有機化合物の第１段階のフラックスよりも低い上記有機化合物の第２段階
のフラックスとを提供する。本発明は、動作に関する何らの理論によっても限定
されるものではないが、第１の段階においては、比較的インジウムリッチの領域
は、被着された層の種々の部位に播種されるとともに、これらの領域は第２段階
の際に成長を行うものと考えられる。かくして、第１の段階は、「播種」("seed
ing")または被着段階(deposition phase)とみることができ、一方、第２段階は
「成長」("growth")段階とみることができる。

【００１５】 この場合にも、この方法は、第２の段階の後に、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係り
、ｘ＝０を含みｙ＞ｘである第２のバリヤ層を井戸層の上に被着する工程を更に
含むことができる。これらの工程は、複数のサイクルで繰り返すことにより、各
サイクルで被着される第２のバリヤ層を次のサイクルで第１のバリヤ層として作
用させることができる。

【００１６】 この場合にも、有機インジウム及び有機ガリウム化合物は、低級アルキルイン
ジウム及びガリウム化合物であるのが望ましい。第１段階の気体混合物と第２段
階の気体混合物は、上記した成分のほかにＮ_２を含むのが望ましい。有機インジ
ウム化合物の第１段階のフラックスは、ｃｍ^２当たり分当たり約０．３乃至約０
．４マイクロモルのインジウムであるのが望ましく、一方、前記有機ガリウム化
合物の第１段階のフラックスは、ｃｍ^２当たり分当たり約０．４乃至約０．６マ
イクロモルのガリウムであるのが望ましい。有機インジウム化合物の第２段階の
フラックスは、インジウムが約０．１５乃至約０．３マイクロモル／ｃｍ^２／分
であるのが望ましく、前記有機ガリウム化合物の第２段階のフラックスは、ガリ
ウムが約０．３乃至約０．４マイクロモル／ｃｍ^２／分であるのが望ましい。第
２段階の有機ガリウムフラックスに対する第２段階の有機インジウムフラックス
の比は、第１段階の有機ガリウムフラックスに対する第１段階の有機インジウム
フラックスの比よりも小さいのが好ましい。

【００１７】 第１段階は、約０．０５分乃至約０．５分間継続するのが望ましく、第２段階
は約０．１分乃至約１．０分間継続するのが望ましい。

【００１８】 （好ましい実施の形態の詳細な説明） 本発明の一の実施の形態に係るダイオードが、図１に示されている。ダイオー
ドは、ｎ型III−Ｖ半導体の層１０と、ｐ型III−Ｖ半導体の層１２と、ｎ及びｐ
層に電気的に接続されたオーム接触電極１４及び１６とを備えている。量子井戸
構造体１８が、ｎ型層とｐ型層との間に配置されている。好ましくは、ｎ型及び
ｐ型層の少なくとも量子井戸構造体１８と当接する部分は、窒化物半導体であり
、最も好ましくは、式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_ｃＮに係り、ａ＝０、ｂ＝０及びｃ＝０
を含み、ａ＋ｂ＋ｃ＝１である窒化物半導体である。ｎ型及びｐ型層は、均一な
組成である必要はなく、本技術分野において周知の技術に従って形成することが
できる。単なる一例とし、ｐ型層は、多重量子井戸構造体を覆うＭｇがドーピン
グされたＡｌＧａＮ、即ち、Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_ｃＮであって、ａ＞０、ｂ＝０及
びｃ＞０のような比較的高バンドギャップの窒化物半導体のクラッド層２０と、
ＧａＮ（Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_ｃＮ、ａ＝０、ｂ＝０及びｃ＝１）のようなＭｇがド
ーピングされた窒化物半導体の層２２と、高度にドーピングされたＧａＮ接触層
２４とを含むことができる。ｎ型層は、サファイアその他の従来の成長基板（図
示せず）のような基板に設けることができるとともに、ＭＱＷ構造体から離隔し
た底部にＧａＮまたはＡｌＧａＮがドーピングされていない緩衝領域２６と、Ｍ
ＱＷ構造体と当接する上部にＧａＮまたはＡｌＧａＮのようなＳｉがドーピング
された窒化物半導体の主要領域２８とを含むことができる。

【００１９】 オーム接点１４及び１６は、従来のものとすることができる。例えば、ｎ型層
の接点１４は、チタンの層の上にアルミニウムの層を含むことができ、一方、ｐ
型層のオーム接触電極１６はニッケル及び金を含むことができる。透明な導電層
３０を、ｐ型層の上面のようなダイオードの表面に設けることにより、透明導電
層を接点に接続するように構成することができる。透明導電層により、電流を装
置の水平方向に拡げやすくすることができる。

【００２０】 量子井戸構造体１８は、図２に示すように、互いに垂直方向に交互に重畳され
たバリヤ層３２と井戸層３４とを有している。かくして、各井戸層は、井戸層の
一方の側の第１のバリヤ層と、井戸層の反対側の第２のバリヤ層との間に配置さ
れている。典型的には、約１乃至約３０の井戸層が、量子井戸構造体に設けられ
る。バリヤ層３２は、井戸層３４よりも広いバンドギャップを有している。バリ
ヤ層３２は、典型的には、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係り、ｘ＝０である材料、最
も典型的には、純粋なＧａＮ即ちｘ＝０である材料から形成される。井戸層は、
式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに係り、ｙがｘよりも大きく、従って、ｙが０よりも大き
い平均組成即ち全体組成を有する。最も典型的には、ｙは約０．０５乃至約０．
９の値を有する。

【００２１】 本発明によれば、かかる装置の発光強度は、量子井戸を形成するのに使用され
る条件、特に、井戸層を形成するのに使用される条件を制御することにより著し
く高めることができる。バリヤ層と井戸層は、有機金属蒸着により被着するのが
好ましく、この蒸着は、最も好ましくは、低級アルキルインジウム及びガリウム
化合物を含む気体混合物を、最も典型的には、窒素の損失に対してこの層を安定
にするようにＮＨ_３好ましくはＮ_２ととも、更にはＨ_２のようなキャリヤガスと
ともに使用して行われる。バリヤ層の被着は、約８５０−１０００℃で行うのが
望ましく、一方、井戸層の形成は、典型的には、約５００−９５０℃、例えば、
７００−８５０℃で行われる。

【００２２】 本発明に係る好ましい方法においては、各井戸層の形成は、２つの異なる段階
で行われる。第１の段階においては、比較的高い流量の有機ガリウム及び有機イ
ンジウム化合物が、第１段階の気体混合物において提供される。これは、この段
階において提供される有機金属フラックスに依存して、約０．０５乃至約０．５
分間継続される。第１段階に続いて、成長する層の単位面積当たり単位時間当た
りの有機ガリウム及び有機インジウム化合物の流量、従って、かかる化合物のフ
ラックスの流量が少なくされる。成長処理の第２の段階においては、形成されて
いる井戸層は、第１段階の気体混合物とは異なる組成を有する第２段階の気体混
合物と接触状態に保持される。この第２の段階は、約０．１乃至約１．０分間継
続される。第２段階に続いて、バリヤ層が、かくして形成された井戸層の上で成
長され、操作のシーケンスが繰り返され、新しい井戸層が、最後に形成されたバ
リヤ層の上に被着される。この方法の１サイクルが、図４に示されている。

【００２３】 本発明の一の実施の形態に係る方法の一組の代表的なフラックス値が、表１に
示されている。このフラックス値は、成長層の面積ｃｍ^２当たり分当たりのマイ
クロモルで示されている。

【表１】

【００２４】 第２段階においては、形成されている井戸層は、一般に、第２段階の気体混合
物への蒸発によりある程度インジウムを失う。

【００２５】 得られる井戸層３４の組成は、層の水平方向全体に亘って均一にはなっていな
い。図３に概略示されているように、各井戸層３４は、層全体の平均的なインジ
ウム含量よりも高いインジウム含量を有し、本明細書において「インジウムリッ
チ」クラスタまたは領域３６と呼ばれ、この層全体に分布しかつ「インジウムプ
ア」材料と本明細書において呼ばれる低インジウム含量の材料の領域３８により
包囲される材料のクラスタを含む平坦な不均質構造を示している。かかる構成は
、幾つかの三元合金において見られる規則格子構造(superlattice)の形成とは明
らかに区別されるべきである。規則格子構造においては、組成的な変動が、規則
的な繰り返しパターンで、かつ、結晶格子の幾つかの単位セルの繰り返し距離で
繰り返される。本発明に係る不均質層においては、クラスタは、多くの場合、本
明細書において約１０Å以上の小さい寸法と呼ばれる最小の水平寸法（ｄ、図３
）を有する。インジウムリッチクラスタは、典型的には、ランダムに分配される
。本発明は、操作に関して何らの理論にも限定されるものではないが、これらの
クラスタは、第１の段階の際の表面におけるインジウムリッチ材料の被着即ち「
播種」と、第２段階におけるインジウムリッチクラスタの成長とにより生ずるも
のと考えられる。

【００２６】 バリヤ層は、典型的には、水平方向に亘って均一な組成を有する。

【００２７】 得られる量子井戸構造体は、高い発光輝度を有する。発光波長は、層の組成に
より、典型的には、約３７０−６００ｎｍである。例えば、本発明の一の実施の
形態に従って構成された装置から得られる図５の発光スペクトルは、所望の青緑
の波長（約４７０ｎｍ）の発光を示す。これに対して、井戸層の形成の際に有機
インジウム及び有機ガリウム化合物の流量を一定にした処理により製造した同様
の量子井戸構造体は、上記した不均質な組成を示していない。このような量子層
構造体を組み込んだＬＥＤは、望ましくないピークを２つ含む発光スペクトルを
有する強度の低い放射線を発生している（図６）。

【００２８】 上記した構成の数多くの変更と組み合わせを利用することができる。例えば、
ある程度のアルミニウムを、井戸層、バリヤ層あるいはこれらの双方に組み込む
ことができる。更に、本発明は、Ｎの代わりにＡｓ及び／またはＰをある程度使
用して実施することができる。即ち、井戸層は、Ａｌ_dＩｎ_eＧａ_fＮ_jＡｓ_kＰ_lで
示す組成を有することができ、ａ＋ｂ＋ｃ＝１、０ ｄ１、０＜ｅ＜１、０ ｆ
１、ｊ＋ｋ＋ｌ＝１である。各バリヤ層は、Ａｌ_ｇＩｎ_ｈＧａ_iＮ_mＡｓ_nＰ_oな
る組成を有することができ、ｇ＋ｈ＋ｉ＝１であり、０ ｇ１、０ ｈ＜１、０
ｉ １、ｍ＋ｎ＋ｏ＝１である。望ましくは、井戸層のアルミニウム含量ｄは
、バリヤ層のアルミニウム含量以下であり、最も望ましくは、ｄとｇは、いずれ
も約０．２以下である。更に、井戸層とバリヤ層のＡｓとＰの含量の総計は、約
２０％未満、即ち、（ｋ＋ｌ）０．２及び（ｎ＋ｏ）０．２であるのが望ましい
。

【００２９】 上記した量子井戸構造体及び形成方法を使用して、種々のタイプの発光ダイオ
ード構造体をつくることができる。かくして、レーザダイオードをはじめとする
従来の発光ダイオードに組み込まれている従来の素子の全てを使用することがで
きる。

【００３０】 上記した構成に関するこれらの及び他の変更と組み合わせは、本発明から逸脱
することなく利用することができるので、好ましい実施の形態についての上記し
た説明は、本発明を限定するものではなく、励磁するものとして理解されるべき
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一の実施の形態に係る発光ダイオードを示す概略正面図である。

【図２】 図１に示す領域の拡大部分概略正面図である。

【図３】 図１及び２に示すダイオードに含まれる井戸層の部分理想化平面図である。

【図４】 本発明の別の実施の形態に係る方法において使用される処理条件を示すグラフ
図である。

【図５】 本発明の実施の形態に係るダイオードの発光スペクトル図である。

【図６】 従来のダイオードの発光スペクトル図である。

【符号の説明】

１０ ｎ型III−Ｖ半導体層 １２ ｐ型III−Ｖ半導体層 １４ オーム接触電極 １６ オーム接触電極 １８ 量子井戸構造体 ２０ クラッド層 ２２ Ｍｇがドーピングされた窒化物半導体層 ２４ ＧａＮ接触層 ２６ 緩衝領域 ２８ Ｓｉがドーピングされた窒化物半導体の主要領域 ３０ 透明導体層 ３２ バリヤ層 ３４ 井戸層 ３６ インジウムリッチクラスタ即ち領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＴＺ，ＵＧ，ＺＷ )，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ， ＴＪ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ， ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，Ｃ Ｒ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＤＭ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ， ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，Ｋ Ｚ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＡ ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ， ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，Ｓ Ｋ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＴＺ，ＵＡ，ＵＧ ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，ＺＷ (72)発明者 トゥラン，チャオン アメリカ合衆国08807ニュージャージー州 ブリッジウォーター，デフォレスト・レイ ン・５ Ｆターム(参考） 5F041 AA04 CA04 CA05 CA34 CA40 CA65 5F073 AA74 CA07 CA17 CA20 DA05 EA24

Claims (34)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】１つ以上の井戸層と２つ以上のバリヤ層とを備え、前記各層は
   水平方向に延び、前記層は各井戸層が２つのバリヤ層の間に配置されるように互
   いに交互に重ねられ、前記バリヤ層は前記井戸層よりも広いバンドギャップを有
   しており、前記井戸層は式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに係りｙ＞０である平均組成を有
   し、前記各井戸層は井戸層の水平方向に互いに亘って互いに散在するインジウム
   リッチクラスタとインジウムプア領域とを有することを特徴とする発光装置の量
   子井戸構造体。
2. 【請求項２】前記バリヤ層は式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係る平均組成を有し、
   ｘ＝０を含むことを特徴とする請求項１に記載の量子井戸構造体。
3. 【請求項３】前記バリヤ層は厚さが３０乃至３００Åであり、前記井戸層は
   厚さが１０乃至１００Åであることを特徴とする請求項３に記載の量子井戸構造
   体。
4. 【請求項４】前記井戸層は厚さが５０乃至１５０Åであり、前記井戸層は厚
   さが１０乃至４０Åであることを特徴とする請求項３に記載の構造体。
5. 【請求項５】前記バリヤ層はｘ＝０であることを特徴とする請求項２に記載
   の構造体。
6. 【請求項６】３以上の前記井戸層を含むことを特徴とする請求項３に記載の
   構造体。
7. 【請求項７】前記クラスタは約１０Å以上の小さい水平寸法を有することを
   特徴とする請求項３に記載の構造体。
8. 【請求項８】前記インジウムリッチ領域は約３０−５０Åの小さい水平寸法
   を有することを特徴とする請求項８に記載の構造体。
9. 【請求項９】前記インジウムリッチクラスタはインジウムプア領域により囲
   まれていることを特徴とする請求項１に記載の構造体。
10. 【請求項１０】ｐ型III−Ｖ半導体と、ｎ型III−Ｖ半導体と、前記ｐ型半導
    体とｎ型半導体の間に配置された請求項１乃至９のいずれかに記載の量子井戸構
    造体とを備えることを特徴とする発光装置。
11. 【請求項１１】前記半導体は式Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_ｃＮに係るものであり、ａ
    ＝０、ｂ＝０及びｃ＝０を含み、ａ＋ｂ＋ｃ＝１であることを特徴とする請求項
    １０に記載の装置。
12. 【請求項１２】発光装置の量子井戸構造体を製造する方法であって、 ａ）第１段階において、第１段階の気体混合物からの式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに
    係る平均組成を有する井戸層を式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係りｘ＝０を含み、ｙ＞
    ｘの第１のバリヤ層に被着する工程と、 ｂ）第２段階において、前記井戸層を第２段階の気体混合物と接触する約５５
    ０−９００℃の前記バリヤ層に保持する工程とを備え、前記気体混合物及び前記
    気体混合物の流量は第１の段階におけるインジウムフラックスよりも少ない第２
    の段階におけるインジウムフラックスを提供するように選定され、前記第２の段
    階は前記井戸層が井戸層の水平方向に亘って分配されるインジウムリッチクラス
    タとインジウムプア領域とを形成するのに十分な時間行われることを特徴とする
    方法。
13. 【請求項１３】前記第２の段階の後に前記井戸層に式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに
    係り、ｘ＝０を含み、ｙ＞ｘである第２のバリヤ層を被着する工程を更に備える
    ことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
14. 【請求項１４】前記工程を複数のサイクルで繰り返す工程を更に備え、各サ
    イクルにおいて被着される第２のバリヤ層を次のサイクルにおいて第１のバリヤ
    層として作用させることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 【請求項１５】前記第２段階の気体混合物は前記第１段階の気体混合物にお
    けるガリウムに対するインジウムの比よりも小さいガリウムに対するインジウム
    の比を有することを特徴とする請求項１２に記載の方法。
16. 【請求項１６】前記井戸層は前記第２段階におけるインジウムの残留損を受
    けることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 【請求項１７】前記第１段階の気体混合物は有機ガリウム化合物、有機イン
    ジウム化合物及びＮＨ_３を含むことを特徴とする請求項１２に記載の方法。
18. 【請求項１８】発光装置の量子井戸構造体を製造する方法であって、 ａ）第１段階において、式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係りｘ＝０を含む第１のバリ
    ヤ層を約５５０−９００℃に保持した状態で有機ガリウム化合物、有機インジウ
    ム化合物及びＮＨ_３を成分として含む第１段階の気体混合物を通すことにより、
    式Ｉｎ_ｙＧａ_１−ｙＮに係りｙ＞ｘの平均組成を有する井戸層を第１のバリヤ層
    に被着することにより、前記各成分が前記第１段階において第１段階のフラック
    スを有するようにする工程と、 ｂ）第２段階において、前記井戸層を前記反応器において約５５０−９００℃
    に保持するとともに、前記成分を含む第２段階の気体混合物を前記表面に通すこ
    とにより、前記有機インジウム化合物の第１段階のフラックスよりも低い前記有
    機インジウム化合物の第２段階フラックスと、前記有機ガリウム化合物の第１段
    階のフラックスよりも低い前記有機ガリウム化合物の第２段階のフラックスとを
    提供する工程とを備えることを特徴とする方法。
19. 【請求項１９】前記第２段階の後に式Ｉｎ_ｘＧａ_１−ｘＮに係り、ｘ＝０、
    ｙ＞ｘである第２のバリヤ層を前記井戸層に被着することを特徴とする請求項１
    ８に記載の方法。
20. 【請求項２０】前記工程を複数のサイクル繰り返す工程を更に備え、各サイ
    クルにおいて被着される第２のバリヤ層を次のサイクルにおいて第１のバリヤ層
    として作用させることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 【請求項２１】前記有機インジウム及び有機ガリウム化合物は低級アルキル
    インジウム及びガリウム化合物であることを特徴とする請求項１９に記載の方法
    。
22. 【請求項２２】前記第１段階の気体混合物と第２段階の気体混合物はＮ_２を
    含むことを特徴とする請求項１９に記載の方法。
23. 【請求項２３】前記有機インジウム化合物の前記第１段階のフラックスは、
    ｃｍ^２当たり分当たり約０．３乃至約０．４マイクロモルであり、前記有機ガリ
    ウム化合物の前記第１段階のフラックスはｃｍ^２当たり分当たり約０．４乃至約
    ０．６マイクロモルであることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
24. 【請求項２４】前記有機インジウム化合物の前記第２段階のフラックスは、
    ｃｍ^２当たり分当たり約０．１５乃至約０．３マイクロモルであり、前記有機ガ
    リウム化合物の前記第２段階のフラックスはｃｍ^２当たり分当たり約０．３乃至
    約０．４マイクロモルであることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
25. 【請求項２５】前記第１段階は約０．０５分乃至約０．５分間継続され、前
    記第２段階は約０．１分乃至約１．０分間継続されることを特徴とする請求項１
    ９に記載の方法。
26. 【請求項２６】前記第２段階の有機ガリウムフラックスに対する前記第２段
    階の有機インジウムフラックスの比は前記第１段階の有機ガリウムフラックスに
    対する前記第１段階の有機インジウムフラックスの比よりも小さいことを特徴と
    する請求項１９に記載の方法。
27. 【請求項２７】１つ以上の井戸層と２つ以上のバリヤ層とを備え、前記各層
    は水平方向に延び、前記層は各井戸層が２つのバリヤ層の間に配置されるように
    互いに交互に重ねられ、前記バリヤ層は前記井戸層よりも広いバンドギャップを
    有しており、前記井戸層は式Ａｌ_dＩｎ_eＧａ_fＮ_jＡｓ_kＰ_lの式に係り、ａ＋ｂ＋
    ｃ＝１であり、０ ｄ１であり、０＜ｅ＜１であり、０ ｆ １であり、ｊ＋ｋ
    ＋ｌ＝１である平均組成物を有し、前記各井戸層は井戸層の水平方向に亘って互
    いに散在するインジウムリッチクラスタとインジウムプア領域とを有することを
    特徴とする発光装置の量子井戸構造体。
28. 【請求項２８】前記バリヤ層はＡｌ_ｇＩｎ_ｈＧａ_iＮ_mＡｓ_nＰ_oに係り、ｇ＋
    ｈ＋ｉ＝１であり、０ ｇ１であり、０ ｈ＜１であり、０ ｉ １であり、ｍ
    ＋ｎ＋ｏ＝１である平均組成を有することを特徴とする請求項２７に記載の量子
    井戸構造体。
29. 【請求項２９】井戸層のアルミニウム含量ｄはバリヤ層のアルミニウム含量
    以下であることを特徴とする請求項２８に記載の量子井戸構造体。
30. 【請求項３０】ｄとｇは双方とも約０．２以下であることを特徴とする請求
    項２９に記載の量子井戸構造体。
31. 【請求項３１】（ｋ＋ｌ）０．２及び（ｎ＋ｏ）０．２であることを特徴と
    する請求項３０に記載の量子井戸構造体。
32. 【請求項３２】発光装置の量子井戸構造体を製造する方法であって、 ａ）第１段階において、第１段階の気体混合物からの式Ａｌ_dＩｎ_eＧａ_fＮ_jＡ
    ｓ_kＰ_lの式に係り、ａ＋ｂ＋ｃ＝１であり、０ ｄ１であり、０＜ｅ＜１であり
    、０ ｆ １であり、ｊ＋ｋ＋ｌ＝１である平均組成を有する井戸層を式Ａｌ_ｇ Ｉｎ_ｈＧａ_iＮ_mＡｓ_nＰ_oに係り、ｇ＋ｈ＋ｉ＝１であり、０ ｇ１であり、０
    ｈ＜１であり、０ ｉ １であり、ｍ＋ｎ＋ｏ＝１であり、ｅ＞ｈである第１の
    バリヤ層に被着する工程と、 ｂ）第２段階において、前記井戸層を第２段階の気体混合物と接触する約５５
    ０−９００℃の温度の前記バリヤ層に保持する工程とを備え、前記気体混合物及
    び前記気体混合物の流量は第１の段階におけるインジウムフラックスよりも小さ
    い第２の段階におけるインジウムフラックスを提供するように選定され、前記第
    ２の段階は前記井戸層が井戸層の水平方向に亘って分配されるインジウムリッチ
    クラスタとインジウムプア領域とを形成するのに十分な時間行われることを特徴
    とする方法。
33. 【請求項３３】前記第２の段階の後で前記井戸層に上記のような第２のバリ
    ヤ層を被着する工程を更に備えることを特徴とする請求項３２に記載の方法。
34. 【請求項３４】前記工程を複数のサイクルで繰り返す工程を更に備え、各サ
    イクルにおいて被着される第２のバリヤ層は次のサイクルにおいて第１のバリヤ
    層として作用することを特徴とする請求項３３に記載の方法。