二重ヘテロ構造の発光領域を有するＩＩＩ族窒化物発光デバイス
【課題】高電流密度において高効率を有するＩＩＩ族窒化物半導体発光デバイスを開発する。
【解決手段】ＩＩＩ族発光層は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置される。発光層はドープされた厚い層である。幾つかの実施形態において、発光層は２つのドープされたスペーサ層の間に挟まれる。
【解決手段】ＩＩＩ族発光層は、ｎ型領域とｐ型領域との間に配置される。発光層はドープされた厚い層である。幾つかの実施形態において、発光層は２つのドープされたスペーサ層の間に挟まれる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスの発光領域に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、共振空洞型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤｓ）、垂直空洞型レーザ・ダイオード（ＶＣＳＥＬｓ）、及び、エッジ発光型レーザを含む半導体発光デバイスは、現在入手可能な最も効率の良い光源の部類に入る。可視スペクトルの全域で動作可能な高輝度発光デバイスを製造する上で、最近の興味ある材料系には、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成分、３成分、及び４成分合金がある。通常、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル法を用いて、サファイア、シリコン・カーバイド、ＩＩＩ族窒化物、又は他の適切な基板上に、種々の組成とドーパント濃度をもった多くの半導体層をエピタキシャルに成長させることによって製造される。その積層体は、基板上に形成され、例えばＳｉでドープされた１つ又はそれ以上のｎ型層と、そのｎ型層上に形成された発光又は活性領域と、活性領域上に形成され、例えばＭｇでドープされた１つ又はそれ以上のｐ型層とを含むことが多い。導電性基板上に形成されるＩＩＩ族窒化物デバイスは、デバイスの両側に形成されたｐ及びｎコンタクトを有することができる。ＩＩＩ族窒化物デバイスは、サファイアなどの絶縁性基板上に、両方のコンタクトをデバイスの同じ側に有するように製造されることが多い。こうしたデバイスは、コンタクトを通して（エピタキシ・アップ型デバイスとして知られる）、又は該コンタクトとは反対側のデバイス表面を通して（フリップ・チップ型デバイスとして知られる）光を取り出すように実装される。
【０００３】
米国特許第５，７４７，８３２号には、「発光窒化ガリウム・ベースの二重ヘテロ構造を有する化合物半導体デバイス」が教示されている。この二重ヘテロ構造体は、「ｐ型及び／又はｎ型不純物でドープされた低抵抗率のＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）化合物半導体から形成された発光層」を含む。米国特許第５，７４７，８３２号の要約を参照されたい。特に、第５欄４５〜５０行には、「本発明においては、発光層１８は、本発明の発光デバイスが９０％又はそれ以上の実際の相対光強度を与えるような範囲内の厚さを有することが好ましい。より具体的には、発光層１８は好ましくは１０Åから０．５μｍまでの、より好ましくは０．０１から０．２μｍまでの厚さを有する」ことが記載されている。第１０欄４４〜４９行には、「第３の実施形態においては、発光層１８のＩｎxＧａ1-xＮにドープされるｎ型不純物はシリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。ｎ型不純物の濃度は、発光特性の観点から、好ましくは１×１０17／ｃｍ3から１×１０21／ｃｍ3まで、より好ましくは１×１０18／ｃｍ3から１×１０20／ｃｍ3までである」ことが教示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩｎＧａＮ発光層を有する市販のＩＩＩ族窒化物デバイスは、５０Åより薄く、典型的には約１×１０18ｃｍ-3より少なくドープされている複数の量子井戸発光層を有することが多いが、その理由は、これらの量子井戸設計が、特に低駆動電流において、低品質エピタキシャル材料の性能を改善できるからである。照明のために望ましい高駆動電流においては、こうしたデバイスは、電流密度が増加するにつれて効率が低下してしまう。
当該技術分野において必要とされるのは、高電流密度において高効率を示すデバイスである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物発光層がｎ型領域とｐ型領域との間に配置される。この発光層は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされ、５０Åと２５０Åの間の厚さを有する。幾つかの実施形態においては、発光層は２つのｎ型スペーサ層の間に挟まれ、それらに直接接触し、また、このスペーサ層の１つ又は両方は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。
【図２】図１に示されるようなデバイス、及び本発明の実施形態によるデバイスに関する、電流密度の関数としての外部量子効率のプロットである。
【図３】本発明の実施形態によるＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。
【図４】幾つかのＩｎＧａＮ膜についての、シリコン・ドーピング・レベルの関数としての減衰時間のプロットである。
【図５】大型接合フリップ・チップ発光デバイスの平面図である。
【図６】大型接合フリップ・チップ発光デバイスの断面図である。
【図７】薄層発光デバイスを示す。
【図８】パッケージされた発光デバイスの分解図である。
【図９Ａ】４５０ｎｍにおいて光を放射する本発明の実施形態によるデバイスに関して、発光層、並びに、第１及び第２のスペーサ層中のシリコン・ドーピング・レベルの関数として相対内部量子効率を示す。
【図９Ｂ】４００ｎｍにおいて光を放射する本発明の実施形態によるデバイスに関して、発光層、並びに、第１及び第２のスペーサ層中のシリコン・ドーピング・レベルの関数として相対内部量子効率を示す。
【図１０】幾つかのデバイスについて、発光層の厚さの関数として相対内部量子効率を示す。
【図１１】幾つかの模擬デバイスについて、ブロッキング層の組成の関数として注入効率及び内部量子効率を示す。
【図１２】実際のデバイスで測定された、ブロッキング層の組成の関数としての相対内部量子効率を示す。
【図１３Ａ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｂ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｃ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｄ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｅ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｆ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｇ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｈ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｉ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｊ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｋ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、一般的なＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。ｎ型領域１１はサファイア基板１０の上に成長させる。障壁層によって隔てられた複数の薄い量子井戸層を含む活性領域１２は、ｎ型領域１１の上に成長させ、続いてＧａＮスペーサ層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４、及びｐ型コンタクト層１５を成長させる。
【０００８】
図２は、図１のようなデバイス（図２では三角）、及び本発明の実施形態によるデバイス（図２では円）の外部量子効率を示す。外部量子効率は、生成された光子のフラックスを供給されたキャリアのフラックスで割ったものとして定義される内部量子効率に、取り出し効率を掛けたものである。所定のランプ設計では、取り出し効率は一定であるので、取り出し効率は図２に示す両方のデバイスに対して同じである。図１のデバイスに加えられる電流密度が増加するにつれて、図２に示されるように、デバイスの外部量子効率は初め増加し、次いで減少する。電流密度がゼロを超えて増加すると、外部量子効率は増加し、約１０Ａ／ｃｍ2の電流密度においてピークに達する。１０Ａ／ｃｍ2を超えて電流密度が増加すると、外部量子効率は急速に低下し、次いで高電流密度では、例えば２００Ａ／ｃｍ2を超えると外部量子効率の減少が遅くなる。本発明の実施形態は、高電流密度における量子効率の低下を減らす又は逆向きにするように設計されている。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、高濃度にドープされた厚い二重ヘテロ構造の発光領域を有する。以下の実施形態においては、発光層がＳｉでドープされたｎ型であるデバイスを説明するが、他の実施形態において、ｐ型ドーパント種を含む他のドーパント種が使用可能であることを理解されたい。厚い二重ヘテロ構造の発光領域は、電荷キャリア密度を減少させることができ、また、発光領域内及びその隣接位置へのドーピングは、発光領域の材質を改善できるので、それら両方が、非放射再結合によるキャリアの損失数を減少させることができる。本発明の実施形態は、図１のデバイスに関して図２に見られる高電流密度での量子効率の低下を減らす又は逆向きするように設計されている。
【００１０】
図３は、本発明の実施形態による発光デバイスを示す。発光領域３５は、ｎ型領域３１とｐ型領域３９の間に挟まれている。発光領域３５は、ｎ型領域３１及びｐ型領域３９から、随意的な第１及び第２のスペーサ層３３及び３７によって隔てることができる。このデバイスは、ｎ型領域３１と第１のスペーサ層３３との間に配置される随意的な準備層３２、及び／又は、第２のスペーサ層３７とｐ型領域３９との間に配置される随意的なブロッキング層３８を含むことができる。
【００１１】
障壁層によって隔てられる薄い量子井戸層ではなく、発光領域３５は、１つ又はそれ以上の厚い、例えば５０オングストロームよりも厚い発光層を含むことができる。幾つかの実施形態においては、発光層領域３５は、５０と６００オングストロームの間の、より好ましくは１００と２５０オングストロームの間の厚さを有する単一の厚い発光層を含む。厚さの上限は現在の成長技術によるが、その成長技術は、発光層の厚さが６００オングストロームを超えて増加すると、例えば１０００オングストロームを超える厚さでは低材質をもたらしてしまう。低材質は、典型的には内部量子効率を低下させる。成長技術が改善されると、内部量子効率を減少させることなく、より厚い発光層をもつデバイスの成長が可能となるので、本発明の実施形態の範囲内となる。
【００１２】
最適な厚さは発光層内の欠陥の数に依存する可能性がある。一般に欠陥の数が増大するにつれて、発光層の最適な厚さは減少する。さらに、欠陥は非放射再結合の中心になり得るので、欠陥の数はできる限り少なくすることが望ましい。今述べているＩＩＩ族窒化物材料内の欠陥は、貫通転位である。貫通転位の濃度は単位面積あたりで測定される。発光領域中の貫通転位の濃度は、好ましくは１０9ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０8ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０7ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０6ｃｍ-2未満に制限される。上述の貫通転位濃度を達成するには、エピタキシャル横方向過成長法、水素化物気相エピタキシ法、及び独立Ｇａ基板上の成長、などの成長技術を必要とすることがある。エピタキシャル横方向過成長法は、サファイアなどの普通の成長基板上に成長させたＧａＮ層の上に形成されるマスク層の開口部上でのＧａＮの選択的成長を含む。選択的に成長させたＧａＮの融合が、成長基板全体を覆う平坦なＧａＮ表面の成長を可能にすることができる。選択的に成長させたＧａＮ層の後に成長させる層は低欠陥密度にすることができる。エピタキシャル横方向過成長は、Ｍｕｋａｉ他による「エピタキシャル横方向過成長のＧａＮ基板上に成長させた紫外ＩｎＧａＮ及びＧａＮ単一量子井戸構造の発光ダイオード」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第３８巻（１９９９）、５７３５頁）により詳細に記載されており、この論文は引用によりここに組み入れられる。独立ＧａＮ基板の水素化物気相エピタキシャル成長法は、Ｍｏｔｏｋｉ他による「出発基板としてＧａＡｓを用いる水素化物気相エピタキシ成長による大型独立ＧａＮ基板の作成」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第４０巻（２００１）、Ｌ１４０頁）により詳細に記載されており、この論文は引用によりここに組み入れられる。
【００１３】
厚いことに加えて、発光領域３５の発光層は、ドープされており、例えばＳｉでドープされたｎ型である。幾つかの実施形態においては、Ｓｉがドーパントとして使用されるが、その理由は、Ｓｉは、デバイスからの光取出しを改善し、又は発光層の歪を緩和することのできる粗表面など、他の改善を材料に与えることができるからである。図４は、幾つかのＩｎＧａＮ膜に関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として減衰時間をプロットしたものである。図４に示されるデータを収集するために、示されたレベルにドープされたＩｎＧａＮ膜を、レーザを用いて低い励起強度において調べた。キャリアの寿命、即ち、キャリアが欠陥によって消尽される迄の時間の長さを測定した。より長い寿命は、より良い膜材質を示し、より短い寿命はより悪い材質を示す。図４に示されるように、６×１０18と２×１０19ｃｍ-3の間にドープされたＩｎＧａＮ膜は、最長の寿命を有し、非放射再結合がこれらの膜中で最も遅いことを示す。図４は、非放射再結合の速度が、発光層中のＳｉドーピング・レベルによって影響され得ることを示す。
【００１４】
図９Ａは、約４５０ｎｍのピーク波長において光を放射する厚さ９６オングストロームのＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスに関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率を示す。図９Ｂは、約４００ｎｍのピーク波長において光を放射する厚さ９６オングストロームのＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ発光層を有するデバイスに関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率を示す。図４におけると同様に、図９Ａ及び図９Ｂは、約６×１０18と３×１０19ｃｍ-3の間のシリコン・ドーピング・レベルをもつＩｎＧａＮ発光層を備えたデバイスが、最高の内部量子効率を有することを示す。特に図９Ａは、約４５０ｎｍのピーク波長において光を放射するデバイスに関して、３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率のピークは約２×１０19ｃｍ-3に在ることを示す。図９Ｂは、約４００ｎｍのピーク波長において光を放射するデバイスに関して、内部量子効率のピークは約８×１０18ｃｍ-3に在ることを示す。発光層のドーピング・レベルが６×１０18ｃｍ-3未満にまで低下するか、又は３×１０19ｃｍ-3を超えて増加すると、内部量子効率は低下する。シリコン・ドーピング・レベルが３×１０19ｃｍ-3を超えて増加すると、材質が劣化する。
【００１５】
図２の円は、本発明の実施形態によるデバイスに関して、外部量子効率を電流密度の関数として示す。図２の円によって示されるデバイスにおいては、厚さ１３０オングストロームのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層は、１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされている。このデバイスは約４３０ｎｍにおいて光を放射する。図２において三角で示される図１のデバイスとは対照的に、本発明の実施形態によるデバイスでは、外部量子効率が電流密度の増加に伴って改善され、次いで約２５０Ａ／ｃｍ2の電流密度において約２６％の外部量子効率で一定となる。同じ電流密度では、図１のデバイスの外部量子効率は約１８％にすぎず、電流密度が増加するにつれて低下する。
【００１６】
幾つかの実施形態においては、デバイスの性能は、図１０に示されるように、本発明の実施形態による最適な厚さ及び本発明の実施形態による最適なシリコン・ドーピング・レベルが共に実現される場合にのみ有意なほどに改善されるが、ここで図１０は、幾つかのデバイスに関して、発光層の厚さの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率をプロットしたものである。図１０のダイヤモンド形は、１．５×１０9ｃｍ-2の貫通転位密度を有し、上記の最適なシリコン・ドーピング範囲より低いドーピング・レベルである１０18ｃｍ-3にまでドープされた発光層をもつデバイスを示す。図１０の四角は、４×１０8ｃｍ-2の貫通転位密度を有し、上記の最適なシリコン・ドーピング範囲内のドーピング・レベルである１０19ｃｍ-3までドープされた発光層をもつデバイスを示す。
【００１７】
図１０のダイヤモンド形によって示されるように、上記の最適なドーピング・レベルより低くドープされた発光層に関しては、内部量子効率は、発光層の厚さが上記の最適な厚さの範囲へと増加するにつれて低下する。例えば、１０18ｃｍ-3にドープされた発光層を有するデバイスの内部量子効率は、５０オングストローム未満の発光層の厚さでのピークから、約１３０Åの発光層の厚さでのゼロまで低下する。対照的に、図１０中の四角で示されるように、上記の最適なドーピング・レベルでは、約８０オングストロームと約２３０オングストロームの間の発光層の厚さにおいて、内部量子効率は、１０18ｃｍ-3までしかドープされていない発光層に関して測定された内部量子効率のピークより高くなる。
【００１８】
図１０はまた、発光層が上記の最適なドーピング・レベルまでドープされていても、デバイスの内部量子効率は、発光層厚さが上記の最適な厚さの範囲外である場合には低下することを示している。例えば、図１０中の四角は、図１に示されるようなデバイスの薄い量子井戸についての一般的な厚さであり、かつ、上記の最適な発光層の厚さより薄い３０オングストロームにおいては、１０19ｃｍ-3の最適なドーピング・レベルにドープされた発光層を有するデバイスであっても、なお非常に低い内部量子効率を示す。従って、幾つかの実施形態において、発光層の厚さと発光層のドーパント濃度との両方が、内部量子効率の改善を実現するためには、上記の最適な範囲内になければならない。
【００１９】
幾つかの実施形態において、シリコン・ドープされた第１及び第２のスペーサ層３３及び３７は、最適な発光領域の厚さと上記のドーピング・レベルとによって組み合せられる。以下の表１に示されるように、最適にシリコン・ドープされた厚い発光層の内部量子効率は、発光層に直接隣接したスペーサ層を同じドーピング範囲にまでドープすることによってさらに高めることができる。スペーサ層は、例えば約２０オングストロームと約１０００オングストロームの間の厚さとすることができ、通常は約１００オングストロームの厚さとする。
表１：６４ÅのＩｎＧａＮ発光層に関する３３０Ａ／ｃｍ2における相対的な内部量子効率
【００２０】
図２、図４、及び図１０、並びに、表１に示されるデータは、約４３０ｎｍにおいて光を放射する、１２％のＩｎＮを有するＩｎＧａＮ発光層をもったデバイスに関するものである。放射される光の波長を長くするには、発光層中のＩｎＮの量を増加させる必要がある。一般に層中のＩｎＮの量が増加するにつれて、層の材質が劣化する。従って、発光層中により多くのＩｎＮを有するデバイスは、図２、図９Ａ、及び図１０に示されるように、効率を改善するためには、発光層中のドーパント濃度をより高くする必要がある。例えば、約４５０ｎｍにおいて光を放射する、１６％のＩｎＮを有するＩｎＧａＮ発光層をもったデバイスにおいては、最適なシリコン・ドーピング・レベルは、４００ｎｍにおいて光を放射するデバイスに関して図９Ｂに示されるような６×１０18ｃｍ-3から１０19ｃｍ-3までではなく、例えば、図９Ａに示されるように１×１０19ｃｍ-3から５×１０19ｃｍ-3までとすることができる。
【００２１】
上記の例は、第１のスペーサ層３３、発光領域３５、及び第２のスペーサ層３７のそれぞれについての最適な厚さ及びドーピング・レベルを説明している。種々の実施形態において、領域３３、３５、及び３７の１つ又はそれ以上が、意図的にはドープされないか、又は上に与えられた最適なドーピング範囲より低いレベルにドープされてもよい。例えば、領域３３、３５、及び３７の３つの全てが最適にドープされてもよく、或いは、スペーサ層３３及び発光領域３５が最適にドープされ、スペーサ層３７は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよく、或いは、スペーサ層３７及び発光領域３５が最適にドープされ、スペーサ層３３は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよく、或いは、両方のスペーサ層３３及び３７が最適にドープされ、発光領域３５は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよい。
【００２２】
幾つかの実施形態においては、デバイスの内部量子効率は、図３に示されるように、随意的な電流ブロッキング層３８を含めることによってさらに改善することができる。ブロッキング層３８は、電流を発光層内に閉じ込め、幾つかの実施形態においては、それはアルミニウム含有ｐ型層であり、多くの場合、ｐ型ＡｌＧａＮ又はｐ型ＡｌＩｎＧａＮである。デバイスの内部量子効率は、電流注入効率と放射再結合効率との積の関数である。電流注入効率は、発光層中で再結合する電流量の、デバイスに供給される電流量に対する比である。放射再結合効率は、発光層中で再結合して光を放射する（例えば結晶欠陥中の発光層において再結合して光を放射しない電流とは対照的に）電流量の、発光層で再結合する電流の総量に対する比である。
【００２３】
注入効率は、ブロッキング層３８中のＡｌＮの組成に敏感である。ブロッキング層３８によって与えられる障壁の「高さ」は、ブロッキング層中のＡｌＮの組成と、ブロッキング層３８とスペーサ層３７との間の界面におけるシート電荷の大きさと、ブロッキング層３８及び周囲の層のドーピングと、によって決定される。図１１は、本発明の実施形態によるＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層及びＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスに関して、注入効率及び内部量子効率をブロッキング層３８中のＡｌＮの組成の関数として示す。図１１のデータは、シミュレーションから得られたものである。図１１中のダイヤモンド形及び四角は、Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスの注入効率及び内部量子効率を示し、図１１中の三角及びｘ記号は、Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層を有するデバイスの注入効率及び内部量子効率を示す。ブロッキング層３８中の０％のＡｌＮでは、注入効率及び内部量子効率は両方ともにほぼ０である。ブロッキング層中のＡｌＮの組成が８％まで増加すると、注入効率は５０％より上にまで急増する。ＡｌＮの組成が８％を超えて増加すると、注入効率は改善する。９０％より大きい注入効率を得るには、ＡｌＮの組成は少なくとも１５％とすればよい。
【００２４】
図１２は、４３０ｎｍにおいて光を放射する実際のデバイスにおいて測定された、ブロッキング層３８中のＡｌＮの組成の関数としての内部量子効率を示す。図１２に示されるように、ブロッキング層中のＡｌＮの組成が０％より上で増加するにつれて、内部量子効率は、約２０％のＡｌＮ組成における内部量子効率のピークにまで改善してゆく。従って、デバイスの幾つかの実施形態においては、ＡｌＧａＮブロッキング層中のＡｌＮ組成は、８％より大きく３０％よりは小さく、好ましくは１５％より大きく２５％よりは小さい。ＡｌＮ組成が２０％を超えて増加する際の内部量子効率の減少は、高いＡｌＮ組成の層の成長中に汚染物が混入することによる可能性がある。
【００２５】
上記のＡｌＮ組成は、下の表２に示されるように、ブロッキング層３８に関する望ましいバンド・ギャップに一般化して表すことができる。表２のデータは、式
によって計算され、ここでＥg,GaNはＧａＮのバンド・ギャップ、３．４ｅＶであり、Ｅg,AlNはＡｌＮのバンド・ギャップ、６．２ｅＶであり、ｂは室温における湾曲パラメータ、１ｅＶである。
表２：ＡｌxＧａ1-xＮブロッキング層のバンド・ギャップ
【００２６】
表２に示されるように、８％と２５％の間のＡｌＮ組成は、３．５５ｅＶと３．８９ｅＶの間のバンド・ギャップに相当する。従って、本発明の実施形態においては、ブロッキング層は、３．５ｅＶより大きなバンド・ギャップを有する任意の組成の層とすることができる。図１２に示されるＡｌＮ組成に対する上限は、バンド・ギャップに依るのではなく、特にＡｌＧａＮ層の現在の成長技術に関する材料の問題に依る可能性が高いので、これらの材料の問題が解決されるとすれば、ＡｌＧａＮブロッキング層のバンド・ギャップの上限は、ＡｌＮブロッキング層の上限となる。
ブロッキング層３８は、電荷キャリアがブロッキング層３８を通過できないように十分厚く、一般には１０Åの厚さより厚くなければならない。幾つかの実施形態においては、ブロッキング層３８は、１０Åと１０００Åの間の厚さであり、より好ましくは１００Åと５００Åの間の厚さである。幾つかの実施形態においては、ブロッキング層３８は、ｐ型領域３９の一部又は全体とすることができ、例えば、ブロッキング層３８は、発光層のｐ型側面への電気的接触がその上に形成される層とすることができる。
【００２７】
幾つかの実施形態においては、デバイスの内部量子効率は、図３に示されるように、随意的な準備層３２を含めることによってさらに改善することができる。準備層３２は、引用によりここに組み入れられる米国特許第６，６３５，９０４号「ＩＩＩ族窒化物デバイスに関するインジウム・ガリウム窒化物の平滑構造」（２００３年１０月２１日付与）に記載されている平滑構造とすることができる。準備層３２は、ｎ型領域３１の上に形成される。該準備層は、発光層の下で発光層から５０００オングストローム以内に位置するｎ型層とすることができる。該準備層は、約２００オングストロームから数ミクロンまでの範囲の厚さを有することができる。準備層３２は、発光領域３５よりも低いインジウム組成を有し、例えば、準備層３２は、２〜１２％のＩｎＮを、より好ましくは２〜６％のＩｎＮを含有するＩｎＧａＮ層とすることができる。幾つかの実施形態においては、準備層３２はｎ型領域３１の一部とすることができ、例えば、準備層３２は、発光層のｎ型側面への電気的接触がその上に形成される層とすることができる。
【００２８】
高電流密度における効率の低下に加えて、図１のデバイスはまた、デバイスに供給される電流密度が増加するに連れてシフトするピーク波長を示す可能性がある。本発明の実施形態によるデバイス設計は、表３に示すように、電流密度の増加に伴うピーク波長のシフトを望ましく減少又は除去することができる。「図３のデバイス」と記される表３中のデバイスは、約４３０ｎｍのピーク波長において光を放射する、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ１３０オングストロームの発光層と、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ２００オングストロームのＧａＮの第１のスペーサ層と、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ１００オングストロームのＧａＮの第２のスペーサ層と、厚さ２１０オングストロームのＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎブロッキング層を有する。
表３：本発明の実施形態によるデバイス及び図１によるデバイスのピーク波長シフト
【００２９】
上記の実施例において、各々のデバイスはただ１つの発光層を有するが、本発明の幾つかの実施形態は、障壁によって隔てられた複数の発光層を有する。さらに、上記の実施例は、発光領域及び周囲の層のドーパントとしてシリコンを用いているが、幾つかの実施形態においては、他の適切なドーパントをシリコンに加えて、又はシリコンの代わりに使用してもよく、そのドーパントの例として、ゲルマニウム及びスズなどの他のＩＶ族元素、酸素、セレン、テルル及び硫黄などのＶＩ族元素、アルミニウム又はホウ素などのＩＩＩ族元素、及び、マグネシウムなどのｐ型ドーパントが挙げられる。最後に、上記の例は、典型的には、近紫外から赤外に及ぶ領域において光を放射するＩｎＧａＮ発光層を有するデバイスを説明しているが、他の実施形態においては、発光層又はスペーサ層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＩｎＧａＮとすることができて、そのデバイスは紫外から赤外に及ぶ光を放射することができる。
【００３０】
上記の実施例においては、ドープされた層又は領域（発光層又はスペーサ層など）の各々は均一にドープされるが、他の実施形態においては、１つ又はそれ以上のドープされた層又は領域は、部分的にドープされてもよく、又はドーピング濃度に勾配付けしてもよい。或いは又はさらに、上記の１つ又はそれ以上の層の組成に勾配付けしてもよい。ここで用いられるように、「勾配付けされる」という用語は、層又はデバイス中の層の中の組成又はドーパント濃度を記述する際には、組成及び／又はドーパント濃度における単一ステップ以外の任意の仕方で、組成及び／又はドーパント濃度における変化を達成する任意の構造体を包含することになる。１つの実施例においては、スペーサ層の１つ又は両方のドーピング濃度が勾配付けされる。別の実施例では、発光層のＩｎＮ組成が勾配付けされる。各々の勾配付けされる層は、副層の積層体として、副層の各々が、隣接するどの副層とも異なるドーパント濃度又は組成をもつようにすることができる。副層が分割可能な厚さを有する場合には、勾配付けされる層は、段階的に勾配付けされる層である。個々の副層の厚さがゼロに近づく極限では、勾配付けされる層は、連続的に勾配付けされる領域である。各々の勾配付けされる層を構成する副層は、厚さに対する組成及び／又はドーパント濃度の関係において、種々のプロファイルを形成するように配置することができ、そのプロファイルは、直線的勾配、放物線的勾配、及びべき法則的勾配を含むが、これらに限定はされない。また勾配付けされる層は、単一の勾配プロファイルに限定されるのではなく、異なる勾配プロファイルを有する部分を含んでもよく、また、実質的に一定の組成及び／又はドーパント濃度領域を有する１つ又はそれ以上の部分を含んでもよい。
【００３１】
図１３Ａ〜図１３Ｋは、図３の発光領域３５に関する幾つかの勾配のスキームを示す。図１３Ａ〜図１３Ｋは、第１のスペーサ層３３、発光領域３５、及び第２のスペーサ層３７を含むエネルギー帯ダイアグラムの伝導帯の一部を示す。ＩｎＧａＮ発光領域３５を有するデバイスにおいては、バンド・ギャップが大きいほど、即ち、各図に示されるエネルギー準位が高いほど、ＩｎＮが少ないことを示す。従って、図１３Ａを例にとると、第１のスペーサ層３３は、ＩｎＮを含まないか、又は低組成のＩｎＮを有するＧａＮ又はＩｎＧａＮである。ＩｎＮ組成は、ＩｎＧａＮ発光層３５の第１の部分において増加して一定となり、次いでＩｎＮ組成は第２のスペーサ層３７との界面においてゼロ又は低組成となるように勾配付けされている。図１３Ｇ〜図１３Ｋにおいては、発光領域３５内のバンド・ギャップに１つ又はそれ以上の局所的極大１３０が存在する。ＩｎＧａＮ発光領域３５において、バンド・ギャップにおけるこれらの局所的極大は、発光領域３５の周囲の領域よりも低いＩｎＮ組成を有する領域を表す。幾つかの実施形態においては、これらの局所的極大とそれらを囲む発光領域３５の領域との間のバンド・ギャップの差は、その極大部が電子状態をもたないほど十分に小さいが、このことは、それらの間の領域には量子閉じ込めが存在しないことを意味し、従って、それらの間の領域は量子井戸ではないことを意味する。
【００３２】
図３に示される半導体構造体は、発光デバイスの任意の構成に含めることができる。図５及び図６は、図３の構造体を組み込んだフリップ・チップ型デバイスを示す。図７は、図３の構造体を組み込んだ薄層デバイスを示す。
図５は、大型接合デバイス（即ち、１平方ミリメートルより大きいか又はそれに等しい面積）の平面図である。図６は、図５に示されるデバイスの、示された軸方向から見た断面図である。図５及び図６はまた、図３に示される半導体構造体と共に用いることのできるコンタクトの配置を示す。図５及び図６のデバイスは、引用によりここに組み入れられる米国特許第６，８２８，５８６号により詳細に説明されている。図３に示され、種々の実施例において上述された全体の半導体構造体が、完成デバイスの一部として残る成長基板１０の上に成長させたエピタキシャル構造体１１０として図６に示される。複数のビアが、その内部でｎ型コンタクト１１４が図３のｎ型領域３１に電気的に接触するように、形成される。Ｐ型コンタクト１１２は、図３のｐ型領域３９の残りの部分に形成される。ビア内に形成される個々のｎ型コンタクト１１４は、導電領域１１８によって電気的に接続される。デバイスは、図５及び図６に示される配向に対して反転させ、光が基板１０を通してデバイスから取り出されるようにコンタクト側面を下にしてマウント（図示せず）に取り付けてもよい。Ｎ型コンタクト１１４及び導電領域１１８は、ｎ型接続領域１２４によってマウントに電気的に接触する。Ｎ型接続領域１２４の下で、ｐ型コンタクト１１２は、誘電体１１６によってｎ型コンタクト１１４、導電領域１１８、及びｎ型接続領域１２４から絶縁される。Ｐ型コンタクト１１２は、ｐ型接続領域１２２によってマウントに電気的に接触する。Ｐ型接続領域１２２の下で、ｎ型コンタクト１１４及び導電領域１１８は、誘電体１２０によってｐ型接続領域１２２から絶縁される。
【００３３】
図７は、成長基板が除去される薄層デバイスの断面図である。図７に示されるデバイスは、通常の成長基板５８の上に図３の半導体構造体５７を成長させ、デバイス層をホスト基板７０に接合し、次いで成長基板５８を除去することによって形成することができる。例えば、ｎ型領域３１は、基板５８上に成長させる。Ｎ型領域３１は、バッファ層又は核生成層などの随意的な準備層、及び成長基板の剥離、又は基板除去後のエピタキシャル層の薄層化を促進するための随意的な剥離層を含むことができる。発光領域３５は、ｎ型領域３１の上に成長させ、続いてｐ型領域３９を成長させる。発光領域３５は随意的な第１及び第２のスペーサ層３３及び３７の間に挟むことができる。例えばオーム・コンタクト層、反射層、障壁層、及び接合層を含む１つ又はそれ以上の金属層７２は、ｐ型領域３９の上に堆積される。
【００３４】
次にデバイス層が、金属層７２の露出表面を介してホスト基板７０に接合される。典型的には金属である１つ又はそれ以上の接合層（図示せず）は、エピタキシャル構造体とホスト基板との間の熱圧着又は共融接合のための適合性材料として機能することができる。適切な接合層金属の例には、金及び銀が含まれる。ホスト基板７０は、成長基板が除去された後のエピタキシャル層の機械的な支持物となり、かつ、ｐ型領域３９への電気的接触を与える。ホスト基板７０は一般に、導電性（即ち、約０．１Ωｃｍより小さい）であるように、熱伝導性であるように、エピタキシャル層の熱膨張係数（ＣＴＥ）と適合する熱膨張係数を有するように、そして強いウェハ接合を形成するのに十分に平坦（即ち、粗さの２乗平均平方根が約１０ｎｍより小さい）であるように、選択される。適切な材料には、例えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｕ／Ｍｏ、及びＣｕ／Ｗなどの金属と、例えば、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇの１つ又はそれ以上を含むオーム・コンタクトを有するＳｉ、及びオーム・コンタクトを有するＧａＡｓのような、金属コンタクトを備えた半導体と、ＡｌＮ、圧縮ダイヤモンド、又は化学気相堆積法によって成長させたダイヤモンド層などのセラミックスと、が含まれる。
【００３５】
デバイス層は、デバイスのウェハ全体がホストのウェハに接合される形態でウェハのスケールでホスト基板７０に接合し、次いで、接合後に個々のデバイスに切り分けるようにすることができる。その代わりに、デバイスのウェハは、引用によりここに組み入れられる米国特許出願整理番号１０／９７７，２９４、「パッケージ統合型薄層ＬＥＤ」（２００４年１０月２８日出願）により詳細に説明されているように、個々のデバイスに切り分け、次いで各々のデバイスをダイのスケールでホスト基板７０に接合することもできる。
【００３６】
ホスト基板７０と金属層７２の間の界面に、例えば金属接合層（図示せず）の間の界面に形成される耐久性金属接合のような耐久性接合を形成するために、ホスト基板７０と半導体構造体５７が高温高圧において互いに圧着される。接合のための温度及び圧力範囲は、その下限は生成される接合の強度によって制限され、上限はホスト基板構造、メタライゼーション、及びエピタキシャル構造の安定性によって制限される。例えば、高温及び／又は高圧は、エピタキシャル層の分解、金属コンタクトの層間剥離、拡散障壁の破壊、又はエピタキシャル層の成分材料のガス抜け、を起こす可能性がある。接合のための適切な温度範囲は、例えば、室温から約５００℃までである。接合のための適切な圧力は、例えば、圧力無印加から約５００ｐｓｉまでである。次いで、成長基板５８が除去される。
【００３７】
サファイア成長基材を除去するために、基板５８と半導体構造体５７との間の界面の一部は、基板５８を通して、高フルエンスのパルス紫外レーザにステップ・アンド・リピート・パターン法で露光される。露光される部分は、レーザ照射によって生じる衝撃波を遮断するために、デバイスの結晶層を通してエッチングされたトレンチによって隔離することができる。レーザの光子エネルギーは、サファイア（幾つかの実施形態ではＧａＮ）に隣接する結晶層のバンド・ギャップより高く、従ってパルス・エネルギーはサファイアに隣接するエピタキシャル材料の初めの１００ｎｍ以内で熱エネルギーに有効に変換される。十分に高いフルエンス（即ち、約５００ｍＪ／ｃｍ2より大きい）と、光子エネルギーがＧａＮのバンド・ギャップより高く、サファイアの吸収端より低い（即ち、約３．４４ｅＶと約６ｅＶの間）条件において、初めの１００ｎｍ以内の温度は、ナノ秒スケールで、ＧａＮがガリウムと窒素ガスに分解して基板５８からエピタキシャル層を放出するのに十分に高い１０００℃より高温にまで上昇する。生じる構造体は、ホスト基板７０に接合した半導体構造体５７を有する。幾つかの実施形態においては、成長基板は、エッチング、ラッピング、又はそれらの組み合わせなどの他の方法よって除去できる。
【００３８】
成長基材が除去された後、半導体構造体５７は、例えば、基板５８に最も近接したｎ型領域３１及び低材質の部分を除去するために、薄くすることができる。エピタキシャル層は、例えば化学機械研磨法、通常のドライエッチング法、又は光電気化学エッチング法（ＰＥＣ）によって薄くすることができる。エピタキシャル層の最上面は、取り出す光量を増加させるために、テクスチャ加工又は粗面化することができる。次に、コンタクト（図示せず）がｎ型領域３１の露出面上に形成される。そのｎコンタクトは、例えばグリッドとすることができる。Ｎコンタクトの真下にある層は、発光領域３５のｎコンタクトの真下の部分からの発光を防止するために、例えば、水素を注入することができる。輝度又は変換効率をさらに向上させるために、当技術分野において既知の二色性素子又は偏光素子などの補助光学素子を放射面に適用することができる。
【００３９】
図８は、米国特許第６，２７４，９２４号中により詳細に記載されている、パッケージされた発光デバイスの分解図である。放熱スラグ１００は、挿入成型されたリードフレーム中に配置される。挿入成型リードフレームは、例えば、電気的経路を与える金属フレーム１０６の周りに成型された充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は、随意的な反射鏡カップ１０２を含むことができる。発光デバイス・ダイ１０４は、上記の実施形態中で説明されたどのデバイスであってもよいが、スラグ１００に直接に、又は熱伝導性補助マウント１０３を介して間接的に取り付けられる。光学レンズであってもよいカバー１０８を加えることもできる。
【００４０】
以上、本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示が与えられるならば、ここで説明された本発明の着想の精神から離れることなしに、本発明に変更を加えることができることを認識するであろう。従って、本発明の範囲が図示され説明された特定の実施形態に限定されることは、意図されない。
【符号の説明】
【００４１】
１０：基板
１１：ｎ型領域
１２：活性領域
１３：ＧａＮスペーサ層
１４：ｐ型ＡｌＧａＮ層
１５：ｐ型コンタクト層
３１：ｎ型領域
３２：準備層
３３：第１のスペーサ層
３５：発光領域
３７：第２のスペーサ層
３８：ブロッキング層
３９：ｐ型領域
５７：半導体構造体
５８：成長基板
７０：ホスト基板
７２：金属層
１００：放熱スラグ
１０２：反射鏡カップ
１０３：熱伝導性サブマウント
１０４：発光デバイス・ダイ
１０５：プラスチック材料
１０６：金属フレーム
１０８：カバー
１１０：エピタキシャル構造体
１１２：ｐ型コンタクト
１１４：ｎ型コンタクト
１１６，１２０：誘電体
１１８：導電領域
１２２：ｐ型接続領域
１２４：ｎ型接続領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体発光デバイスの発光領域に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤｓ）、共振空洞型発光ダイオード（ＲＣＬＥＤｓ）、垂直空洞型レーザ・ダイオード（ＶＣＳＥＬｓ）、及び、エッジ発光型レーザを含む半導体発光デバイスは、現在入手可能な最も効率の良い光源の部類に入る。可視スペクトルの全域で動作可能な高輝度発光デバイスを製造する上で、最近の興味ある材料系には、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成分、３成分、及び４成分合金がある。通常、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相堆積法（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ法（ＭＢＥ）、又は他のエピタキシャル法を用いて、サファイア、シリコン・カーバイド、ＩＩＩ族窒化物、又は他の適切な基板上に、種々の組成とドーパント濃度をもった多くの半導体層をエピタキシャルに成長させることによって製造される。その積層体は、基板上に形成され、例えばＳｉでドープされた１つ又はそれ以上のｎ型層と、そのｎ型層上に形成された発光又は活性領域と、活性領域上に形成され、例えばＭｇでドープされた１つ又はそれ以上のｐ型層とを含むことが多い。導電性基板上に形成されるＩＩＩ族窒化物デバイスは、デバイスの両側に形成されたｐ及びｎコンタクトを有することができる。ＩＩＩ族窒化物デバイスは、サファイアなどの絶縁性基板上に、両方のコンタクトをデバイスの同じ側に有するように製造されることが多い。こうしたデバイスは、コンタクトを通して（エピタキシ・アップ型デバイスとして知られる）、又は該コンタクトとは反対側のデバイス表面を通して（フリップ・チップ型デバイスとして知られる）光を取り出すように実装される。
【０００３】
米国特許第５，７４７，８３２号には、「発光窒化ガリウム・ベースの二重ヘテロ構造を有する化合物半導体デバイス」が教示されている。この二重ヘテロ構造体は、「ｐ型及び／又はｎ型不純物でドープされた低抵抗率のＩｎxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）化合物半導体から形成された発光層」を含む。米国特許第５，７４７，８３２号の要約を参照されたい。特に、第５欄４５〜５０行には、「本発明においては、発光層１８は、本発明の発光デバイスが９０％又はそれ以上の実際の相対光強度を与えるような範囲内の厚さを有することが好ましい。より具体的には、発光層１８は好ましくは１０Åから０．５μｍまでの、より好ましくは０．０１から０．２μｍまでの厚さを有する」ことが記載されている。第１０欄４４〜４９行には、「第３の実施形態においては、発光層１８のＩｎxＧａ1-xＮにドープされるｎ型不純物はシリコン（Ｓｉ）であることが好ましい。ｎ型不純物の濃度は、発光特性の観点から、好ましくは１×１０17／ｃｍ3から１×１０21／ｃｍ3まで、より好ましくは１×１０18／ｃｍ3から１×１０20／ｃｍ3までである」ことが教示されている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＩｎＧａＮ発光層を有する市販のＩＩＩ族窒化物デバイスは、５０Åより薄く、典型的には約１×１０18ｃｍ-3より少なくドープされている複数の量子井戸発光層を有することが多いが、その理由は、これらの量子井戸設計が、特に低駆動電流において、低品質エピタキシャル材料の性能を改善できるからである。照明のために望ましい高駆動電流においては、こうしたデバイスは、電流密度が増加するにつれて効率が低下してしまう。
当該技術分野において必要とされるのは、高電流密度において高効率を示すデバイスである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物発光層がｎ型領域とｐ型領域との間に配置される。この発光層は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされ、５０Åと２５０Åの間の厚さを有する。幾つかの実施形態においては、発光層は２つのｎ型スペーサ層の間に挟まれ、それらに直接接触し、また、このスペーサ層の１つ又は両方は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】ＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。
【図２】図１に示されるようなデバイス、及び本発明の実施形態によるデバイスに関する、電流密度の関数としての外部量子効率のプロットである。
【図３】本発明の実施形態によるＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。
【図４】幾つかのＩｎＧａＮ膜についての、シリコン・ドーピング・レベルの関数としての減衰時間のプロットである。
【図５】大型接合フリップ・チップ発光デバイスの平面図である。
【図６】大型接合フリップ・チップ発光デバイスの断面図である。
【図７】薄層発光デバイスを示す。
【図８】パッケージされた発光デバイスの分解図である。
【図９Ａ】４５０ｎｍにおいて光を放射する本発明の実施形態によるデバイスに関して、発光層、並びに、第１及び第２のスペーサ層中のシリコン・ドーピング・レベルの関数として相対内部量子効率を示す。
【図９Ｂ】４００ｎｍにおいて光を放射する本発明の実施形態によるデバイスに関して、発光層、並びに、第１及び第２のスペーサ層中のシリコン・ドーピング・レベルの関数として相対内部量子効率を示す。
【図１０】幾つかのデバイスについて、発光層の厚さの関数として相対内部量子効率を示す。
【図１１】幾つかの模擬デバイスについて、ブロッキング層の組成の関数として注入効率及び内部量子効率を示す。
【図１２】実際のデバイスで測定された、ブロッキング層の組成の関数としての相対内部量子効率を示す。
【図１３Ａ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｂ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｃ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｄ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｅ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｆ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｇ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｈ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｉ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｊ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【図１３Ｋ】発光領域内に組成勾配をもつデバイスの伝導帯の一部を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、一般的なＩＩＩ族窒化物発光デバイスを示す。ｎ型領域１１はサファイア基板１０の上に成長させる。障壁層によって隔てられた複数の薄い量子井戸層を含む活性領域１２は、ｎ型領域１１の上に成長させ、続いてＧａＮスペーサ層１３、ｐ型ＡｌＧａＮ層１４、及びｐ型コンタクト層１５を成長させる。
【０００８】
図２は、図１のようなデバイス（図２では三角）、及び本発明の実施形態によるデバイス（図２では円）の外部量子効率を示す。外部量子効率は、生成された光子のフラックスを供給されたキャリアのフラックスで割ったものとして定義される内部量子効率に、取り出し効率を掛けたものである。所定のランプ設計では、取り出し効率は一定であるので、取り出し効率は図２に示す両方のデバイスに対して同じである。図１のデバイスに加えられる電流密度が増加するにつれて、図２に示されるように、デバイスの外部量子効率は初め増加し、次いで減少する。電流密度がゼロを超えて増加すると、外部量子効率は増加し、約１０Ａ／ｃｍ2の電流密度においてピークに達する。１０Ａ／ｃｍ2を超えて電流密度が増加すると、外部量子効率は急速に低下し、次いで高電流密度では、例えば２００Ａ／ｃｍ2を超えると外部量子効率の減少が遅くなる。本発明の実施形態は、高電流密度における量子効率の低下を減らす又は逆向きにするように設計されている。
【０００９】
本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物発光デバイスは、高濃度にドープされた厚い二重ヘテロ構造の発光領域を有する。以下の実施形態においては、発光層がＳｉでドープされたｎ型であるデバイスを説明するが、他の実施形態において、ｐ型ドーパント種を含む他のドーパント種が使用可能であることを理解されたい。厚い二重ヘテロ構造の発光領域は、電荷キャリア密度を減少させることができ、また、発光領域内及びその隣接位置へのドーピングは、発光領域の材質を改善できるので、それら両方が、非放射再結合によるキャリアの損失数を減少させることができる。本発明の実施形態は、図１のデバイスに関して図２に見られる高電流密度での量子効率の低下を減らす又は逆向きするように設計されている。
【００１０】
図３は、本発明の実施形態による発光デバイスを示す。発光領域３５は、ｎ型領域３１とｐ型領域３９の間に挟まれている。発光領域３５は、ｎ型領域３１及びｐ型領域３９から、随意的な第１及び第２のスペーサ層３３及び３７によって隔てることができる。このデバイスは、ｎ型領域３１と第１のスペーサ層３３との間に配置される随意的な準備層３２、及び／又は、第２のスペーサ層３７とｐ型領域３９との間に配置される随意的なブロッキング層３８を含むことができる。
【００１１】
障壁層によって隔てられる薄い量子井戸層ではなく、発光領域３５は、１つ又はそれ以上の厚い、例えば５０オングストロームよりも厚い発光層を含むことができる。幾つかの実施形態においては、発光層領域３５は、５０と６００オングストロームの間の、より好ましくは１００と２５０オングストロームの間の厚さを有する単一の厚い発光層を含む。厚さの上限は現在の成長技術によるが、その成長技術は、発光層の厚さが６００オングストロームを超えて増加すると、例えば１０００オングストロームを超える厚さでは低材質をもたらしてしまう。低材質は、典型的には内部量子効率を低下させる。成長技術が改善されると、内部量子効率を減少させることなく、より厚い発光層をもつデバイスの成長が可能となるので、本発明の実施形態の範囲内となる。
【００１２】
最適な厚さは発光層内の欠陥の数に依存する可能性がある。一般に欠陥の数が増大するにつれて、発光層の最適な厚さは減少する。さらに、欠陥は非放射再結合の中心になり得るので、欠陥の数はできる限り少なくすることが望ましい。今述べているＩＩＩ族窒化物材料内の欠陥は、貫通転位である。貫通転位の濃度は単位面積あたりで測定される。発光領域中の貫通転位の濃度は、好ましくは１０9ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０8ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０7ｃｍ-2未満に制限され、より好ましくは１０6ｃｍ-2未満に制限される。上述の貫通転位濃度を達成するには、エピタキシャル横方向過成長法、水素化物気相エピタキシ法、及び独立Ｇａ基板上の成長、などの成長技術を必要とすることがある。エピタキシャル横方向過成長法は、サファイアなどの普通の成長基板上に成長させたＧａＮ層の上に形成されるマスク層の開口部上でのＧａＮの選択的成長を含む。選択的に成長させたＧａＮの融合が、成長基板全体を覆う平坦なＧａＮ表面の成長を可能にすることができる。選択的に成長させたＧａＮ層の後に成長させる層は低欠陥密度にすることができる。エピタキシャル横方向過成長は、Ｍｕｋａｉ他による「エピタキシャル横方向過成長のＧａＮ基板上に成長させた紫外ＩｎＧａＮ及びＧａＮ単一量子井戸構造の発光ダイオード」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第３８巻（１９９９）、５７３５頁）により詳細に記載されており、この論文は引用によりここに組み入れられる。独立ＧａＮ基板の水素化物気相エピタキシャル成長法は、Ｍｏｔｏｋｉ他による「出発基板としてＧａＡｓを用いる水素化物気相エピタキシ成長による大型独立ＧａＮ基板の作成」（Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．第４０巻（２００１）、Ｌ１４０頁）により詳細に記載されており、この論文は引用によりここに組み入れられる。
【００１３】
厚いことに加えて、発光領域３５の発光層は、ドープされており、例えばＳｉでドープされたｎ型である。幾つかの実施形態においては、Ｓｉがドーパントとして使用されるが、その理由は、Ｓｉは、デバイスからの光取出しを改善し、又は発光層の歪を緩和することのできる粗表面など、他の改善を材料に与えることができるからである。図４は、幾つかのＩｎＧａＮ膜に関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として減衰時間をプロットしたものである。図４に示されるデータを収集するために、示されたレベルにドープされたＩｎＧａＮ膜を、レーザを用いて低い励起強度において調べた。キャリアの寿命、即ち、キャリアが欠陥によって消尽される迄の時間の長さを測定した。より長い寿命は、より良い膜材質を示し、より短い寿命はより悪い材質を示す。図４に示されるように、６×１０18と２×１０19ｃｍ-3の間にドープされたＩｎＧａＮ膜は、最長の寿命を有し、非放射再結合がこれらの膜中で最も遅いことを示す。図４は、非放射再結合の速度が、発光層中のＳｉドーピング・レベルによって影響され得ることを示す。
【００１４】
図９Ａは、約４５０ｎｍのピーク波長において光を放射する厚さ９６オングストロームのＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスに関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率を示す。図９Ｂは、約４００ｎｍのピーク波長において光を放射する厚さ９６オングストロームのＩｎ0.08Ｇａ0.92Ｎ発光層を有するデバイスに関して、シリコン・ドーピング・レベルの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率を示す。図４におけると同様に、図９Ａ及び図９Ｂは、約６×１０18と３×１０19ｃｍ-3の間のシリコン・ドーピング・レベルをもつＩｎＧａＮ発光層を備えたデバイスが、最高の内部量子効率を有することを示す。特に図９Ａは、約４５０ｎｍのピーク波長において光を放射するデバイスに関して、３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率のピークは約２×１０19ｃｍ-3に在ることを示す。図９Ｂは、約４００ｎｍのピーク波長において光を放射するデバイスに関して、内部量子効率のピークは約８×１０18ｃｍ-3に在ることを示す。発光層のドーピング・レベルが６×１０18ｃｍ-3未満にまで低下するか、又は３×１０19ｃｍ-3を超えて増加すると、内部量子効率は低下する。シリコン・ドーピング・レベルが３×１０19ｃｍ-3を超えて増加すると、材質が劣化する。
【００１５】
図２の円は、本発明の実施形態によるデバイスに関して、外部量子効率を電流密度の関数として示す。図２の円によって示されるデバイスにおいては、厚さ１３０オングストロームのＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層は、１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされている。このデバイスは約４３０ｎｍにおいて光を放射する。図２において三角で示される図１のデバイスとは対照的に、本発明の実施形態によるデバイスでは、外部量子効率が電流密度の増加に伴って改善され、次いで約２５０Ａ／ｃｍ2の電流密度において約２６％の外部量子効率で一定となる。同じ電流密度では、図１のデバイスの外部量子効率は約１８％にすぎず、電流密度が増加するにつれて低下する。
【００１６】
幾つかの実施形態においては、デバイスの性能は、図１０に示されるように、本発明の実施形態による最適な厚さ及び本発明の実施形態による最適なシリコン・ドーピング・レベルが共に実現される場合にのみ有意なほどに改善されるが、ここで図１０は、幾つかのデバイスに関して、発光層の厚さの関数として３３０Ａ／ｃｍ2における内部量子効率をプロットしたものである。図１０のダイヤモンド形は、１．５×１０9ｃｍ-2の貫通転位密度を有し、上記の最適なシリコン・ドーピング範囲より低いドーピング・レベルである１０18ｃｍ-3にまでドープされた発光層をもつデバイスを示す。図１０の四角は、４×１０8ｃｍ-2の貫通転位密度を有し、上記の最適なシリコン・ドーピング範囲内のドーピング・レベルである１０19ｃｍ-3までドープされた発光層をもつデバイスを示す。
【００１７】
図１０のダイヤモンド形によって示されるように、上記の最適なドーピング・レベルより低くドープされた発光層に関しては、内部量子効率は、発光層の厚さが上記の最適な厚さの範囲へと増加するにつれて低下する。例えば、１０18ｃｍ-3にドープされた発光層を有するデバイスの内部量子効率は、５０オングストローム未満の発光層の厚さでのピークから、約１３０Åの発光層の厚さでのゼロまで低下する。対照的に、図１０中の四角で示されるように、上記の最適なドーピング・レベルでは、約８０オングストロームと約２３０オングストロームの間の発光層の厚さにおいて、内部量子効率は、１０18ｃｍ-3までしかドープされていない発光層に関して測定された内部量子効率のピークより高くなる。
【００１８】
図１０はまた、発光層が上記の最適なドーピング・レベルまでドープされていても、デバイスの内部量子効率は、発光層厚さが上記の最適な厚さの範囲外である場合には低下することを示している。例えば、図１０中の四角は、図１に示されるようなデバイスの薄い量子井戸についての一般的な厚さであり、かつ、上記の最適な発光層の厚さより薄い３０オングストロームにおいては、１０19ｃｍ-3の最適なドーピング・レベルにドープされた発光層を有するデバイスであっても、なお非常に低い内部量子効率を示す。従って、幾つかの実施形態において、発光層の厚さと発光層のドーパント濃度との両方が、内部量子効率の改善を実現するためには、上記の最適な範囲内になければならない。
【００１９】
幾つかの実施形態において、シリコン・ドープされた第１及び第２のスペーサ層３３及び３７は、最適な発光領域の厚さと上記のドーピング・レベルとによって組み合せられる。以下の表１に示されるように、最適にシリコン・ドープされた厚い発光層の内部量子効率は、発光層に直接隣接したスペーサ層を同じドーピング範囲にまでドープすることによってさらに高めることができる。スペーサ層は、例えば約２０オングストロームと約１０００オングストロームの間の厚さとすることができ、通常は約１００オングストロームの厚さとする。
表１：６４ÅのＩｎＧａＮ発光層に関する３３０Ａ／ｃｍ2における相対的な内部量子効率
【００２０】
図２、図４、及び図１０、並びに、表１に示されるデータは、約４３０ｎｍにおいて光を放射する、１２％のＩｎＮを有するＩｎＧａＮ発光層をもったデバイスに関するものである。放射される光の波長を長くするには、発光層中のＩｎＮの量を増加させる必要がある。一般に層中のＩｎＮの量が増加するにつれて、層の材質が劣化する。従って、発光層中により多くのＩｎＮを有するデバイスは、図２、図９Ａ、及び図１０に示されるように、効率を改善するためには、発光層中のドーパント濃度をより高くする必要がある。例えば、約４５０ｎｍにおいて光を放射する、１６％のＩｎＮを有するＩｎＧａＮ発光層をもったデバイスにおいては、最適なシリコン・ドーピング・レベルは、４００ｎｍにおいて光を放射するデバイスに関して図９Ｂに示されるような６×１０18ｃｍ-3から１０19ｃｍ-3までではなく、例えば、図９Ａに示されるように１×１０19ｃｍ-3から５×１０19ｃｍ-3までとすることができる。
【００２１】
上記の例は、第１のスペーサ層３３、発光領域３５、及び第２のスペーサ層３７のそれぞれについての最適な厚さ及びドーピング・レベルを説明している。種々の実施形態において、領域３３、３５、及び３７の１つ又はそれ以上が、意図的にはドープされないか、又は上に与えられた最適なドーピング範囲より低いレベルにドープされてもよい。例えば、領域３３、３５、及び３７の３つの全てが最適にドープされてもよく、或いは、スペーサ層３３及び発光領域３５が最適にドープされ、スペーサ層３７は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよく、或いは、スペーサ層３７及び発光領域３５が最適にドープされ、スペーサ層３３は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよく、或いは、両方のスペーサ層３３及び３７が最適にドープされ、発光領域３５は意図的にはドープされないか、若しくは最適範囲より低いレベルにドープされてもよい。
【００２２】
幾つかの実施形態においては、デバイスの内部量子効率は、図３に示されるように、随意的な電流ブロッキング層３８を含めることによってさらに改善することができる。ブロッキング層３８は、電流を発光層内に閉じ込め、幾つかの実施形態においては、それはアルミニウム含有ｐ型層であり、多くの場合、ｐ型ＡｌＧａＮ又はｐ型ＡｌＩｎＧａＮである。デバイスの内部量子効率は、電流注入効率と放射再結合効率との積の関数である。電流注入効率は、発光層中で再結合する電流量の、デバイスに供給される電流量に対する比である。放射再結合効率は、発光層中で再結合して光を放射する（例えば結晶欠陥中の発光層において再結合して光を放射しない電流とは対照的に）電流量の、発光層で再結合する電流の総量に対する比である。
【００２３】
注入効率は、ブロッキング層３８中のＡｌＮの組成に敏感である。ブロッキング層３８によって与えられる障壁の「高さ」は、ブロッキング層中のＡｌＮの組成と、ブロッキング層３８とスペーサ層３７との間の界面におけるシート電荷の大きさと、ブロッキング層３８及び周囲の層のドーピングと、によって決定される。図１１は、本発明の実施形態によるＩｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層及びＩｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスに関して、注入効率及び内部量子効率をブロッキング層３８中のＡｌＮの組成の関数として示す。図１１のデータは、シミュレーションから得られたものである。図１１中のダイヤモンド形及び四角は、Ｉｎ0.16Ｇａ0.84Ｎ発光層を有するデバイスの注入効率及び内部量子効率を示し、図１１中の三角及びｘ記号は、Ｉｎ0.12Ｇａ0.88Ｎ発光層を有するデバイスの注入効率及び内部量子効率を示す。ブロッキング層３８中の０％のＡｌＮでは、注入効率及び内部量子効率は両方ともにほぼ０である。ブロッキング層中のＡｌＮの組成が８％まで増加すると、注入効率は５０％より上にまで急増する。ＡｌＮの組成が８％を超えて増加すると、注入効率は改善する。９０％より大きい注入効率を得るには、ＡｌＮの組成は少なくとも１５％とすればよい。
【００２４】
図１２は、４３０ｎｍにおいて光を放射する実際のデバイスにおいて測定された、ブロッキング層３８中のＡｌＮの組成の関数としての内部量子効率を示す。図１２に示されるように、ブロッキング層中のＡｌＮの組成が０％より上で増加するにつれて、内部量子効率は、約２０％のＡｌＮ組成における内部量子効率のピークにまで改善してゆく。従って、デバイスの幾つかの実施形態においては、ＡｌＧａＮブロッキング層中のＡｌＮ組成は、８％より大きく３０％よりは小さく、好ましくは１５％より大きく２５％よりは小さい。ＡｌＮ組成が２０％を超えて増加する際の内部量子効率の減少は、高いＡｌＮ組成の層の成長中に汚染物が混入することによる可能性がある。
【００２５】
上記のＡｌＮ組成は、下の表２に示されるように、ブロッキング層３８に関する望ましいバンド・ギャップに一般化して表すことができる。表２のデータは、式
によって計算され、ここでＥg,GaNはＧａＮのバンド・ギャップ、３．４ｅＶであり、Ｅg,AlNはＡｌＮのバンド・ギャップ、６．２ｅＶであり、ｂは室温における湾曲パラメータ、１ｅＶである。
表２：ＡｌxＧａ1-xＮブロッキング層のバンド・ギャップ
【００２６】
表２に示されるように、８％と２５％の間のＡｌＮ組成は、３．５５ｅＶと３．８９ｅＶの間のバンド・ギャップに相当する。従って、本発明の実施形態においては、ブロッキング層は、３．５ｅＶより大きなバンド・ギャップを有する任意の組成の層とすることができる。図１２に示されるＡｌＮ組成に対する上限は、バンド・ギャップに依るのではなく、特にＡｌＧａＮ層の現在の成長技術に関する材料の問題に依る可能性が高いので、これらの材料の問題が解決されるとすれば、ＡｌＧａＮブロッキング層のバンド・ギャップの上限は、ＡｌＮブロッキング層の上限となる。
ブロッキング層３８は、電荷キャリアがブロッキング層３８を通過できないように十分厚く、一般には１０Åの厚さより厚くなければならない。幾つかの実施形態においては、ブロッキング層３８は、１０Åと１０００Åの間の厚さであり、より好ましくは１００Åと５００Åの間の厚さである。幾つかの実施形態においては、ブロッキング層３８は、ｐ型領域３９の一部又は全体とすることができ、例えば、ブロッキング層３８は、発光層のｐ型側面への電気的接触がその上に形成される層とすることができる。
【００２７】
幾つかの実施形態においては、デバイスの内部量子効率は、図３に示されるように、随意的な準備層３２を含めることによってさらに改善することができる。準備層３２は、引用によりここに組み入れられる米国特許第６，６３５，９０４号「ＩＩＩ族窒化物デバイスに関するインジウム・ガリウム窒化物の平滑構造」（２００３年１０月２１日付与）に記載されている平滑構造とすることができる。準備層３２は、ｎ型領域３１の上に形成される。該準備層は、発光層の下で発光層から５０００オングストローム以内に位置するｎ型層とすることができる。該準備層は、約２００オングストロームから数ミクロンまでの範囲の厚さを有することができる。準備層３２は、発光領域３５よりも低いインジウム組成を有し、例えば、準備層３２は、２〜１２％のＩｎＮを、より好ましくは２〜６％のＩｎＮを含有するＩｎＧａＮ層とすることができる。幾つかの実施形態においては、準備層３２はｎ型領域３１の一部とすることができ、例えば、準備層３２は、発光層のｎ型側面への電気的接触がその上に形成される層とすることができる。
【００２８】
高電流密度における効率の低下に加えて、図１のデバイスはまた、デバイスに供給される電流密度が増加するに連れてシフトするピーク波長を示す可能性がある。本発明の実施形態によるデバイス設計は、表３に示すように、電流密度の増加に伴うピーク波長のシフトを望ましく減少又は除去することができる。「図３のデバイス」と記される表３中のデバイスは、約４３０ｎｍのピーク波長において光を放射する、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ１３０オングストロームの発光層と、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ２００オングストロームのＧａＮの第１のスペーサ層と、１×１０19ｃｍ-3の濃度にＳｉでドープされた厚さ１００オングストロームのＧａＮの第２のスペーサ層と、厚さ２１０オングストロームのＡｌ0.16Ｇａ0.84Ｎブロッキング層を有する。
表３：本発明の実施形態によるデバイス及び図１によるデバイスのピーク波長シフト
【００２９】
上記の実施例において、各々のデバイスはただ１つの発光層を有するが、本発明の幾つかの実施形態は、障壁によって隔てられた複数の発光層を有する。さらに、上記の実施例は、発光領域及び周囲の層のドーパントとしてシリコンを用いているが、幾つかの実施形態においては、他の適切なドーパントをシリコンに加えて、又はシリコンの代わりに使用してもよく、そのドーパントの例として、ゲルマニウム及びスズなどの他のＩＶ族元素、酸素、セレン、テルル及び硫黄などのＶＩ族元素、アルミニウム又はホウ素などのＩＩＩ族元素、及び、マグネシウムなどのｐ型ドーパントが挙げられる。最後に、上記の例は、典型的には、近紫外から赤外に及ぶ領域において光を放射するＩｎＧａＮ発光層を有するデバイスを説明しているが、他の実施形態においては、発光層又はスペーサ層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＩｎＧａＮとすることができて、そのデバイスは紫外から赤外に及ぶ光を放射することができる。
【００３０】
上記の実施例においては、ドープされた層又は領域（発光層又はスペーサ層など）の各々は均一にドープされるが、他の実施形態においては、１つ又はそれ以上のドープされた層又は領域は、部分的にドープされてもよく、又はドーピング濃度に勾配付けしてもよい。或いは又はさらに、上記の１つ又はそれ以上の層の組成に勾配付けしてもよい。ここで用いられるように、「勾配付けされる」という用語は、層又はデバイス中の層の中の組成又はドーパント濃度を記述する際には、組成及び／又はドーパント濃度における単一ステップ以外の任意の仕方で、組成及び／又はドーパント濃度における変化を達成する任意の構造体を包含することになる。１つの実施例においては、スペーサ層の１つ又は両方のドーピング濃度が勾配付けされる。別の実施例では、発光層のＩｎＮ組成が勾配付けされる。各々の勾配付けされる層は、副層の積層体として、副層の各々が、隣接するどの副層とも異なるドーパント濃度又は組成をもつようにすることができる。副層が分割可能な厚さを有する場合には、勾配付けされる層は、段階的に勾配付けされる層である。個々の副層の厚さがゼロに近づく極限では、勾配付けされる層は、連続的に勾配付けされる領域である。各々の勾配付けされる層を構成する副層は、厚さに対する組成及び／又はドーパント濃度の関係において、種々のプロファイルを形成するように配置することができ、そのプロファイルは、直線的勾配、放物線的勾配、及びべき法則的勾配を含むが、これらに限定はされない。また勾配付けされる層は、単一の勾配プロファイルに限定されるのではなく、異なる勾配プロファイルを有する部分を含んでもよく、また、実質的に一定の組成及び／又はドーパント濃度領域を有する１つ又はそれ以上の部分を含んでもよい。
【００３１】
図１３Ａ〜図１３Ｋは、図３の発光領域３５に関する幾つかの勾配のスキームを示す。図１３Ａ〜図１３Ｋは、第１のスペーサ層３３、発光領域３５、及び第２のスペーサ層３７を含むエネルギー帯ダイアグラムの伝導帯の一部を示す。ＩｎＧａＮ発光領域３５を有するデバイスにおいては、バンド・ギャップが大きいほど、即ち、各図に示されるエネルギー準位が高いほど、ＩｎＮが少ないことを示す。従って、図１３Ａを例にとると、第１のスペーサ層３３は、ＩｎＮを含まないか、又は低組成のＩｎＮを有するＧａＮ又はＩｎＧａＮである。ＩｎＮ組成は、ＩｎＧａＮ発光層３５の第１の部分において増加して一定となり、次いでＩｎＮ組成は第２のスペーサ層３７との界面においてゼロ又は低組成となるように勾配付けされている。図１３Ｇ〜図１３Ｋにおいては、発光領域３５内のバンド・ギャップに１つ又はそれ以上の局所的極大１３０が存在する。ＩｎＧａＮ発光領域３５において、バンド・ギャップにおけるこれらの局所的極大は、発光領域３５の周囲の領域よりも低いＩｎＮ組成を有する領域を表す。幾つかの実施形態においては、これらの局所的極大とそれらを囲む発光領域３５の領域との間のバンド・ギャップの差は、その極大部が電子状態をもたないほど十分に小さいが、このことは、それらの間の領域には量子閉じ込めが存在しないことを意味し、従って、それらの間の領域は量子井戸ではないことを意味する。
【００３２】
図３に示される半導体構造体は、発光デバイスの任意の構成に含めることができる。図５及び図６は、図３の構造体を組み込んだフリップ・チップ型デバイスを示す。図７は、図３の構造体を組み込んだ薄層デバイスを示す。
図５は、大型接合デバイス（即ち、１平方ミリメートルより大きいか又はそれに等しい面積）の平面図である。図６は、図５に示されるデバイスの、示された軸方向から見た断面図である。図５及び図６はまた、図３に示される半導体構造体と共に用いることのできるコンタクトの配置を示す。図５及び図６のデバイスは、引用によりここに組み入れられる米国特許第６，８２８，５８６号により詳細に説明されている。図３に示され、種々の実施例において上述された全体の半導体構造体が、完成デバイスの一部として残る成長基板１０の上に成長させたエピタキシャル構造体１１０として図６に示される。複数のビアが、その内部でｎ型コンタクト１１４が図３のｎ型領域３１に電気的に接触するように、形成される。Ｐ型コンタクト１１２は、図３のｐ型領域３９の残りの部分に形成される。ビア内に形成される個々のｎ型コンタクト１１４は、導電領域１１８によって電気的に接続される。デバイスは、図５及び図６に示される配向に対して反転させ、光が基板１０を通してデバイスから取り出されるようにコンタクト側面を下にしてマウント（図示せず）に取り付けてもよい。Ｎ型コンタクト１１４及び導電領域１１８は、ｎ型接続領域１２４によってマウントに電気的に接触する。Ｎ型接続領域１２４の下で、ｐ型コンタクト１１２は、誘電体１１６によってｎ型コンタクト１１４、導電領域１１８、及びｎ型接続領域１２４から絶縁される。Ｐ型コンタクト１１２は、ｐ型接続領域１２２によってマウントに電気的に接触する。Ｐ型接続領域１２２の下で、ｎ型コンタクト１１４及び導電領域１１８は、誘電体１２０によってｐ型接続領域１２２から絶縁される。
【００３３】
図７は、成長基板が除去される薄層デバイスの断面図である。図７に示されるデバイスは、通常の成長基板５８の上に図３の半導体構造体５７を成長させ、デバイス層をホスト基板７０に接合し、次いで成長基板５８を除去することによって形成することができる。例えば、ｎ型領域３１は、基板５８上に成長させる。Ｎ型領域３１は、バッファ層又は核生成層などの随意的な準備層、及び成長基板の剥離、又は基板除去後のエピタキシャル層の薄層化を促進するための随意的な剥離層を含むことができる。発光領域３５は、ｎ型領域３１の上に成長させ、続いてｐ型領域３９を成長させる。発光領域３５は随意的な第１及び第２のスペーサ層３３及び３７の間に挟むことができる。例えばオーム・コンタクト層、反射層、障壁層、及び接合層を含む１つ又はそれ以上の金属層７２は、ｐ型領域３９の上に堆積される。
【００３４】
次にデバイス層が、金属層７２の露出表面を介してホスト基板７０に接合される。典型的には金属である１つ又はそれ以上の接合層（図示せず）は、エピタキシャル構造体とホスト基板との間の熱圧着又は共融接合のための適合性材料として機能することができる。適切な接合層金属の例には、金及び銀が含まれる。ホスト基板７０は、成長基板が除去された後のエピタキシャル層の機械的な支持物となり、かつ、ｐ型領域３９への電気的接触を与える。ホスト基板７０は一般に、導電性（即ち、約０．１Ωｃｍより小さい）であるように、熱伝導性であるように、エピタキシャル層の熱膨張係数（ＣＴＥ）と適合する熱膨張係数を有するように、そして強いウェハ接合を形成するのに十分に平坦（即ち、粗さの２乗平均平方根が約１０ｎｍより小さい）であるように、選択される。適切な材料には、例えば、Ｃｕ、Ｍｏ、Ｃｕ／Ｍｏ、及びＣｕ／Ｗなどの金属と、例えば、Ｐｄ、Ｇｅ、Ｔｉ、Ａｕ、Ｎｉ、Ａｇの１つ又はそれ以上を含むオーム・コンタクトを有するＳｉ、及びオーム・コンタクトを有するＧａＡｓのような、金属コンタクトを備えた半導体と、ＡｌＮ、圧縮ダイヤモンド、又は化学気相堆積法によって成長させたダイヤモンド層などのセラミックスと、が含まれる。
【００３５】
デバイス層は、デバイスのウェハ全体がホストのウェハに接合される形態でウェハのスケールでホスト基板７０に接合し、次いで、接合後に個々のデバイスに切り分けるようにすることができる。その代わりに、デバイスのウェハは、引用によりここに組み入れられる米国特許出願整理番号１０／９７７，２９４、「パッケージ統合型薄層ＬＥＤ」（２００４年１０月２８日出願）により詳細に説明されているように、個々のデバイスに切り分け、次いで各々のデバイスをダイのスケールでホスト基板７０に接合することもできる。
【００３６】
ホスト基板７０と金属層７２の間の界面に、例えば金属接合層（図示せず）の間の界面に形成される耐久性金属接合のような耐久性接合を形成するために、ホスト基板７０と半導体構造体５７が高温高圧において互いに圧着される。接合のための温度及び圧力範囲は、その下限は生成される接合の強度によって制限され、上限はホスト基板構造、メタライゼーション、及びエピタキシャル構造の安定性によって制限される。例えば、高温及び／又は高圧は、エピタキシャル層の分解、金属コンタクトの層間剥離、拡散障壁の破壊、又はエピタキシャル層の成分材料のガス抜け、を起こす可能性がある。接合のための適切な温度範囲は、例えば、室温から約５００℃までである。接合のための適切な圧力は、例えば、圧力無印加から約５００ｐｓｉまでである。次いで、成長基板５８が除去される。
【００３７】
サファイア成長基材を除去するために、基板５８と半導体構造体５７との間の界面の一部は、基板５８を通して、高フルエンスのパルス紫外レーザにステップ・アンド・リピート・パターン法で露光される。露光される部分は、レーザ照射によって生じる衝撃波を遮断するために、デバイスの結晶層を通してエッチングされたトレンチによって隔離することができる。レーザの光子エネルギーは、サファイア（幾つかの実施形態ではＧａＮ）に隣接する結晶層のバンド・ギャップより高く、従ってパルス・エネルギーはサファイアに隣接するエピタキシャル材料の初めの１００ｎｍ以内で熱エネルギーに有効に変換される。十分に高いフルエンス（即ち、約５００ｍＪ／ｃｍ2より大きい）と、光子エネルギーがＧａＮのバンド・ギャップより高く、サファイアの吸収端より低い（即ち、約３．４４ｅＶと約６ｅＶの間）条件において、初めの１００ｎｍ以内の温度は、ナノ秒スケールで、ＧａＮがガリウムと窒素ガスに分解して基板５８からエピタキシャル層を放出するのに十分に高い１０００℃より高温にまで上昇する。生じる構造体は、ホスト基板７０に接合した半導体構造体５７を有する。幾つかの実施形態においては、成長基板は、エッチング、ラッピング、又はそれらの組み合わせなどの他の方法よって除去できる。
【００３８】
成長基材が除去された後、半導体構造体５７は、例えば、基板５８に最も近接したｎ型領域３１及び低材質の部分を除去するために、薄くすることができる。エピタキシャル層は、例えば化学機械研磨法、通常のドライエッチング法、又は光電気化学エッチング法（ＰＥＣ）によって薄くすることができる。エピタキシャル層の最上面は、取り出す光量を増加させるために、テクスチャ加工又は粗面化することができる。次に、コンタクト（図示せず）がｎ型領域３１の露出面上に形成される。そのｎコンタクトは、例えばグリッドとすることができる。Ｎコンタクトの真下にある層は、発光領域３５のｎコンタクトの真下の部分からの発光を防止するために、例えば、水素を注入することができる。輝度又は変換効率をさらに向上させるために、当技術分野において既知の二色性素子又は偏光素子などの補助光学素子を放射面に適用することができる。
【００３９】
図８は、米国特許第６，２７４，９２４号中により詳細に記載されている、パッケージされた発光デバイスの分解図である。放熱スラグ１００は、挿入成型されたリードフレーム中に配置される。挿入成型リードフレームは、例えば、電気的経路を与える金属フレーム１０６の周りに成型された充填プラスチック材料１０５である。スラグ１００は、随意的な反射鏡カップ１０２を含むことができる。発光デバイス・ダイ１０４は、上記の実施形態中で説明されたどのデバイスであってもよいが、スラグ１００に直接に、又は熱伝導性補助マウント１０３を介して間接的に取り付けられる。光学レンズであってもよいカバー１０８を加えることもできる。
【００４０】
以上、本発明を詳細に説明したが、当業者は、本開示が与えられるならば、ここで説明された本発明の着想の精神から離れることなしに、本発明に変更を加えることができることを認識するであろう。従って、本発明の範囲が図示され説明された特定の実施形態に限定されることは、意図されない。
【符号の説明】
【００４１】
１０：基板
１１：ｎ型領域
１２：活性領域
１３：ＧａＮスペーサ層
１４：ｐ型ＡｌＧａＮ層
１５：ｐ型コンタクト層
３１：ｎ型領域
３２：準備層
３３：第１のスペーサ層
３５：発光領域
３７：第２のスペーサ層
３８：ブロッキング層
３９：ｐ型領域
５７：半導体構造体
５８：成長基板
７０：ホスト基板
７２：金属層
１００：放熱スラグ
１０２：反射鏡カップ
１０３：熱伝導性サブマウント
１０４：発光デバイス・ダイ
１０５：プラスチック材料
１０６：金属フレーム
１０８：カバー
１１０：エピタキシャル構造体
１１２：ｐ型コンタクト
１１４：ｎ型コンタクト
１１６，１２０：誘電体
１１８：導電領域
１２２：ｐ型接続領域
１２４：ｎ型接続領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体発光デバイスであって、
１つのｎ型領域と、
１つのｐ型領域と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置されたＩＩＩ族窒化物発光層と、
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する第１のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する第２のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたブロッキング層と、
を含み、
前記ブロッキング層は、３．５ｅＶより大きなバンド・ギャップを有し、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされ、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、５０Åと２５０Åの間の厚さを有し、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、３９０ｎｍより長いピーク波長を有する光を放射するように構成される、
ことを特徴とする半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記発光層がＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記発光層が１０9／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記発光層が１０8／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記発光層が１０7／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記発光層が１０6／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記発光層が、勾配付けされたドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記発光層が、１×１０19ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記発光層が、４４０ｎｍと４６０ｎｍの間のピーク波長を有する光を放射するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
前記発光層が、６×１０18ｃｍ-3と２×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１３】
前記発光層が、４２０ｎｍと４４０ｎｍの間のピーク波長を有する光を放射するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１４】
前記発光層が７５Åと１５０Åの間の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも一つのスペーサ層は、
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する、第１のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する、第２のスペーサ層と、
を含み、
前記第１及び第２スペーサ層の各々は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１６】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＳｉでドープされたｎ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１７】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層が単一のドーパント種でドープされることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１８】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１９】
前記第１及び第２のスペーサ層の１つは、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされることを特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【請求項２０】
前記第２のスペーサ層は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２１】
前記第１のスペーサ層は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２２】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項２２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２４】
前記第１及び第２のスペーサ層の各々が２０Åと１０００Åの間の厚さを有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２５】
前記第１及び第２のスペーサ層が両方ともにＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２６】
前記発光層がＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２７】
前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域に電気的に接続したコンタクトをさらに含む請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２８】
前記第１及び第２のスペーサ層のうちの１つが勾配付けされたドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２９】
前記ｎ型領域の一部が、前記発光層中のドーパント濃度と実質的に同じドーパント濃度にドープされることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３０】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３１】
前記デバイスに２００Ａ／ｃｍ2が供給されるとき、前記デバイスから取り出される光子の、前記デバイスに供給される電流に対する比が、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに、前記デバイスから取り出される光子の前記デバイスに供給される電流に対する比より、大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３２】
前記発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項３２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３４】
前記ブロッキング層がＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３５】
前記ブロッキング層が、８％と３０％の間のＡｌＮ組成を有することを特徴とする請求項３４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３６】
前記デバイスに９３０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長と、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長との差が５ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３７】
前記デバイスに２００Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長と、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長との差が３ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３８】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３９】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【請求項４０】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４１】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項４０に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４２】
前記準備層が２％と１２％の間のＩｎＮ組成を有することを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４３】
前記準備層が２％と６％の間のＩｎＮ組成を有することを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４４】
前記第１及び第２のスペーサ層は同じ導電率型のドーパントでドープされること、
を特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【請求項１】
半導体発光デバイスであって、
１つのｎ型領域と、
１つのｐ型領域と、
前記ｎ型領域と前記ｐ型領域との間に配置されたＩＩＩ族窒化物発光層と、
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する第１のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する第２のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたブロッキング層と、
を含み、
前記ブロッキング層は、３．５ｅＶより大きなバンド・ギャップを有し、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされ、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、５０Åと２５０Åの間の厚さを有し、
前記ＩＩＩ族窒化物発光層は、３９０ｎｍより長いピーク波長を有する光を放射するように構成される、
ことを特徴とする半導体発光デバイス。
【請求項２】
前記発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４】
前記発光層がＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項５】
前記発光層が１０9／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項６】
前記発光層が１０8／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項７】
前記発光層が１０7／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項８】
前記発光層が１０6／ｃｍ2より小さい貫通転位濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項９】
前記発光層が、勾配付けされたドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１０】
前記発光層が、１×１０19ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１１】
前記発光層が、４４０ｎｍと４６０ｎｍの間のピーク波長を有する光を放射するように構成されることを特徴とする請求項１０に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１２】
前記発光層が、６×１０18ｃｍ-3と２×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１３】
前記発光層が、４２０ｎｍと４４０ｎｍの間のピーク波長を有する光を放射するように構成されることを特徴とする請求項１２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１４】
前記発光層が７５Åと１５０Åの間の厚さを有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１５】
前記少なくとも一つのスペーサ層は、
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する、第１のスペーサ層と、
前記ｐ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置され、かつ、前記ＩＩＩ族窒化物発光層と直接接触する、第２のスペーサ層と、
を含み、
前記第１及び第２スペーサ層の各々は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１６】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＳｉでドープされたｎ型であることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１７】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層が単一のドーパント種でドープされることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１８】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項１９】
前記第１及び第２のスペーサ層の１つは、６×１０18ｃｍ-3と５×１０19ｃｍ-3の間のドーパント濃度にドープされることを特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【請求項２０】
前記第２のスペーサ層は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２１】
前記第１のスペーサ層は、６×１０18ｃｍ-3より低いドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２２】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項２２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２４】
前記第１及び第２のスペーサ層の各々が２０Åと１０００Åの間の厚さを有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２５】
前記第１及び第２のスペーサ層が両方ともにＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２６】
前記発光層がＡｌＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２７】
前記ｎ型領域及び前記ｐ型領域に電気的に接続したコンタクトをさらに含む請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２８】
前記第１及び第２のスペーサ層のうちの１つが勾配付けされたドーパント濃度を有することを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項２９】
前記ｎ型領域の一部が、前記発光層中のドーパント濃度と実質的に同じドーパント濃度にドープされることを特徴とする請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３０】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３１】
前記デバイスに２００Ａ／ｃｍ2が供給されるとき、前記デバイスから取り出される光子の、前記デバイスに供給される電流に対する比が、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに、前記デバイスから取り出される光子の前記デバイスに供給される電流に対する比より、大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３２】
前記発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３３】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項３２に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３４】
前記ブロッキング層がＡｌＧａＮであることを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３５】
前記ブロッキング層が、８％と３０％の間のＡｌＮ組成を有することを特徴とする請求項３４に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３６】
前記デバイスに９３０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長と、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長との差が５ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３７】
前記デバイスに２００Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長と、前記デバイスに２０Ａ／ｃｍ2が供給されるときに前記発光層によって放射される光のピーク波長との差が３ｎｍより小さいことを特徴とする請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３８】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層をさらに含む請求項１に記載の半導体発光デバイス。
【請求項３９】
前記ｎ型領域と前記ＩＩＩ族窒化物発光層との間に配置されたＩｎＧａＮ準備層を含むことを特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【請求項４０】
前記ＩＩＩ族窒化物発光層がＩｎＧａＮであることを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４１】
前記発光層中のＩｎＮの組成が勾配付けされていることを特徴とする請求項４０に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４２】
前記準備層が２％と１２％の間のＩｎＮ組成を有することを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４３】
前記準備層が２％と６％の間のＩｎＮ組成を有することを特徴とする請求項３９に記載の半導体発光デバイス。
【請求項４４】
前記第１及び第２のスペーサ層は同じ導電率型のドーパントでドープされること、
を特徴とする請求項１記載の半導体発光デバイス。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１３Ｉ】
【図１３Ｊ】
【図１３Ｋ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１３Ｃ】
【図１３Ｄ】
【図１３Ｅ】
【図１３Ｆ】
【図１３Ｇ】
【図１３Ｈ】
【図１３Ｉ】
【図１３Ｊ】
【図１３Ｋ】
【公開番号】特開２０１３−１０２２４０（Ｐ２０１３−１０２２４０Ａ）
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１３−３９４２３（Ｐ２０１３−３９４２３）
【出願日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【分割の表示】特願２００６−２５６４６３（Ｐ２００６−２５６４６３）の分割
【原出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２３日（２０１３．５．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２５年２月２８日（２０１３．２．２８）
【分割の表示】特願２００６−２５６４６３（Ｐ２００６−２５６４６３）の分割
【原出願日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【出願人】（５００５０７００９）フィリップス ルミレッズ ライティング カンパニー リミテッド ライアビリティ カンパニー (197)
【Ｆターム（参考）】
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