(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型半導体層と、
ｐ型半導体層と、
前記ｎ型半導体層と前記ｐ型半導体層との間に位置する発光層と、
を含み、
前記発光層は、前記ｎ型半導体層に接近する第一の区域と、前記ｐ型半導体層に接近する第二の区域と、当該第一の区域と当該第二の区域との間に位置する中間区域と、を有し、前記第一の区域、前記第二の区域、及び前記中間区域は、それぞれ、障壁層及び井戸層を有し、
前記第一の区域及び前記第二の区域には、ｎ型ドーパントがドーピングされており、
前記中間区域には、前記ｎ型ドーパントが含まれず、または、濃度が前記第一の区域及び第二の区域の前記ｎ型ドーパントの濃度より低い前記ｎ型ドーパントが含まれる、
発光素子。
【請求項２】
前記ｎ型半導体層は、ｎ型窒化物半導体層であり、前記ｐ型半導体層は、ｐ型窒化物半導体層である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項３】
前記ｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ及びＯのうち少なくとも一つを含む、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項４】
前記ｎ型ドーパントのドーピング濃度は、実質的に５×１０１６〜１×１０１９／ｃｍ３である、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項５】
前記第二の区域は、複数の半導体層を含み、当該複数の半導体層のうち、前記ｐ型半導層に最も接近する当該半導体層には、前記ｎ型ドーパントがドーピングされない、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項６】
前記第一の区域及び前記第二の区域にドーピングされる前記ｎ型ドーパントのドーピング濃度がほぼ同じである、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項７】
前記ｎ型ドーパントのドーピング濃度が、前記ｎ型半導体層及び前記ｐ型半導体層に近ければ近いほど高い、
請求項１に記載の発光素子。
【請求項８】
前記発光層は、複数の障壁層及び複数の井戸層を交互にスタックして形成され、且つ、前記複数の障壁層のうち、前記第一の区域及び前記第二の区域に位置するものには前記ｎ型ドーパントがドーピングされている、
請求項１に記載の発光素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光装置に関し、特に、多重量子井戸構造を有する発光装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは、光電転換特性を有する固体素子において最も重要なものである。一般的に言えば、それは、電気特性が異なる二つの半導体層（例えば、ｐ型とｎ型半導体層）に挟まれる発光層を有する。この二つの半導体層上にある接触電極により駆動電流が印加されるときには、両半導体層にある電子と正孔が発光層に注入し発光層において結合することにより光が発される。この光は、全方向性を有するので、発光ダイオードの各表面から射出することができる。通常、発光層は、単一量子井戸構造層または多重量子井戸構造層であっても良いが、単一量子井戸構造に比べ、多重量子井戸構造は、比較的高い出力能力を有すると認められている。なぜかというと、電流が非常に小さいときにおいても、多重量子井戸構造は、多くの障壁層及び井戸よりスタックされる、エネルギーギャップが小さい構造により、電流を光に変換させることもできるからである。
【０００３】
図１は、従来技術における発光素子１０の断面図である。図１に示すように、ｐ型窒化物半導体層１４とｎ型窒化物半導体層１３との間には、多重量子井戸構造の発光層１５があり、ｐ型窒化物半導体層１４に最も接近する障壁層には、ｎ型ドーパントがドーピングされないが、他の全ての障壁層には、ｎ型ドーパントがドーピングされる。図２は、従来技術における他の発光素子２０の断面図である。図に示すように、ｐ型窒化物半導体層２４とｎ型窒化物半導体層２３との間には、多重量子井戸構造の発光層２５があり、ｎ型窒化物半導体層２３に最も接近する複数の障壁層には、ｎ型ドーパントがドーピングされるが、他の障壁層には、ｎ型ドーパントがドーピングされない。よって、前述したように、多重量子井戸構造におけるｎ型ドーパントのドーピング位置を変えることにより、電気特性が優れて発光効率が向上される発光素子を得ることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、多重量子井戸構造を有する発光装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述した目的を達成するために、本発明による発光素子は、基板と、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを含む。そのうち、前記発光層は、ｎ型ドーパントがドーピングされる多重量子井戸構造層であり、前記ｎ型ドーパントは、前記多重量子井戸構造層において、前記ｎ型半導体層に接近する区域と前記ｐ型半導体層に接近する区域とにドーピングされ、当該両区域の間の中間区域は、前記ドーパントを有せず、或いは、その両側の区域におけるドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントを有する。他の実施例において、その構造は、前述したものと同様であるが、そのうち、ｐ型窒化物半導体層に最も接近する前述した多重量子井戸構造層の一つの層には、ｎ型ドーパントがドーピングされない。
【０００６】
また、本発明による他の発光素子は、ｎ型窒化物半導体層と、ｐ型窒化物半導体層と、ｎ型窒化物半導体層とｐ型窒化物半導体層との間に位置する発光層とを含み、前記発光層は、障壁層と井戸層より交互に形成され、ｎ型ドーパントを有する多重量子井戸構造層であり、前記ｎ型ドーパントは、前記ｎ型窒化物半導体層と前記ｐ型窒化物半導体層の両側区域に接近する前記障壁層に含まれ、当該両側区域の間の中間区域には、ドーパントが含まれず、或いは、当該両側区域におけるドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントが含まれる。他の実施例において、その構造は、前述したものと同様であるが、そのうち、前記ｐ型窒化物半導体層に最も接近する前記多重量子井戸構造層の障壁層には、ｎ型ドーパントがドーピングされない。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、ｎ型ドーパントのドーピング分布を設計することにより電気特性が良好な素子を得ることができるのみならず、発光ダイオードの発光効率をより有効に向上することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
次に、添付した図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
図３は、本発明の第一の実施例に係る発光素子３０の断面図である。発光素子３０は、基板３１と、緩衝層３２と、ｎ型窒化物半導体層３３と、発光層３５と、ｐ型窒化物半導体層３４とを含む。そのうち、発光層３５は、障壁層と井戸層より交互にスタックされる多重量子井戸構造層である。好適な一実施例において、発光層３５は、ｎ側区域３５Ａｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｘ）と、ｐ側区域３５Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｙ）と、中間区域３５Ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｚ）とに分けられる。そのうち、ｎ側区域３５Ａｉは、順に、ｎ型窒化物半導体層３３に接近する第一Ａ層３５Ａ１、第二Ａ層３５Ａ２、第三Ａ層３５Ａ３・・・など。ｐ側区域３５Ｂｉは、ｐ側窒化物半導体層３４に最も接近する第一Ｂ層３５Ｂ１、第二Ｂ層３５Ｂ２、第三Ｂ層３５Ｂ３・・・など。上述した第一Ａ層３５Ａ１、第三Ａ層３５Ａ３、第一Ｂ層３５Ｂ１及び第三Ｂ層３５Ｂ３は、障壁層であり、第二Ａ層３５Ａ２及び第二Ｂ層３５Ｂ２は、井戸層であり、即ち、奇数層は、障壁層であり、偶数層は、井戸層である。本実施例において、発光層３５にドーピングされるｎ型ドーパントは、特定の分布を有し、即ち、ｎ側区域３５Ａｉ及びｐ側区域３５Ｂｉにはｎ型ドーパントがドーピングされ（図に示す第一Ａ層３５Ａ１、第二Ａ層３５Ａ２、第三Ａ層３５Ａ３、第一Ｂ層３５Ｂ１、第二Ｂ層３５Ｂ２及び第三Ｂ層３５Ｂ３）、中間区域３５Ｃｉにはｎ型ドーパントが含まれず、或いは、ｎ側区域３５Ａｉ及びｐ側区域３５Ｂｉのドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントが含まれる。
【００１０】
図４は、本発明の第二の実施例に係る発光素子４０の断面図である。発光素子４０は、基板４１と、緩衝層４２と、ｎ型窒化物半導体層４３と、発光層４５と、ｐ型窒化物半導体層４４とを含む。そのうち、発光層４５は、障壁層と井戸層より交互にスタックされる多重量子井戸構造層である。好適な一実施例において、発光層４５は、ｎ側区域４５Ａｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｘ）と、ｐ側区域４５Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｙ）と、中間区域４５Ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｚ）とに分けられる。そのうち、ｎ側区域４５Ａｉは、順に、ｎ型窒化物半導体層４３に最も接近する第一Ａ層４５Ａ１、第二Ａ層４５Ａ２、第三Ａ層４５Ａ３・・・など。ｐ側区域４５Ｂｉは、順に、ｐ側窒化物半導体層４４に最も接近する第一Ｂ層４５Ｂ１、第二Ｂ層４５Ｂ２、第三Ｂ層４５Ｂ３・・・など。上述した第一Ａ層４５Ａ１、第三Ａ層４５Ａ３、第一Ｂ層４５Ｂ１及び第三Ｂ層４５Ｂ３は、障壁層であり、第二Ａ層４５Ａ２及び第二Ｂ層４５Ｂ２は、井戸層であり、即ち、奇数層は、障壁層であり、偶数層は、井戸層である。本実施例において、発光層４５にドーピングされるｎ型ドーパントは、特定の分布を有し、即ち、ｎ側区域４５Ａｉ及びｐ側区域４５Ｂｉにはｎ型ドーパントがドーピングされ（図に示す第一Ａ層４５Ａ１、第二Ａ層４５Ａ２、第三Ａ層４５Ａ３、第二Ｂ層４５Ｂ２及び第三Ｂ層４５Ｂ３）、しかし、ｐ側窒化物半導体４４に最も接近する第一Ｂ層４５１には、ｎ側ドーパントがドーピングされない。中間区域４５Ｃｉにはｎ型ドーパントが含まれず、或いは、ｎ側区域４５Ａｉ及びｐ側区域４５Ｂｉのドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントが含まれる。
【００１１】
図５は、本発明の第三の実施例に係る発光素子５０の断面図である。発光素子５０は、基板５１と、緩衝層５２と、ｎ型窒化物半導体層５３と、発光層５５と、ｐ型窒化物半導体層５４とを含む。そのうち、発光層５５は、障壁層と井戸層より交互にスタックされる多重量子井戸構造層である。好適な一実施例において、発光層５５は、ｎ側区域５５Ａｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｘ）と、ｐ側区域５５Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｙ）と、中間区域５５Ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｚ）とに分けられる。そのうち、ｎ側区域５５Ａｉは、順に、ｎ型窒化物半導体層５３に最も接近する第一Ａ層５５Ａ１、第二Ａ層５５Ａ２、第三Ａ層５５Ａ３・・・など。ｐ側区域５５Ｂｉは、順に、ｐ側窒化物半導体層５４に最も接近する第一Ｂ層５５Ｂ１、第二Ｂ層５５Ｂ２、第三Ｂ層５５Ｂ３・・・など。上述した第一Ａ層５５Ａ１、第三Ａ層５５Ａ３、第一Ｂ層５５Ｂ１及び第三Ｂ層５５Ｂ３は、障壁層であり、第二Ａ層５５Ａ２及び第二Ｂ層５５Ｂ２は、井戸層であり、即ち、奇数層は、障壁層であり、偶数層は、井戸層である。本実施例において、発光層５５にドーピングされるｎ型ドーパントは、特定の分布を有し、即ち、ｎ側区域５５Ａｉ及びｐ側区域５５Ｂｉの各障壁層にはｎ型ドーパントがドーピングされ（図に示す第一Ａ層５５Ａ１、第三Ａ層５５Ａ３、第一Ｂ層５５Ｂ１及び第三Ｂ層５５Ｂ３）、中間区域５５Ｃｉにはｎ型ドーパントが含まれず、或いは、ｎ側区域５５Ａｉ及びｐ側区域５５Ｂｉのドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントが含まれる。
【００１２】
図６は、本発明の第四の実施例に係る発光素子６０の断面図である。発光素子６０は、基板６１と、緩衝層６２と、ｎ型窒化物半導体層６３と、発光層６５と、ｐ型窒化物半導体層６４とを含む。そのうち、発光層６５は、障壁層と井戸層より交互にスタックされる多重量子井戸構造層である。好適な一実施例において、発光層６５は、ｎ側区域６５Ａｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｘ）と、ｐ側区域６５Ｂｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｙ）と、中間区域６５Ｃｉ（ｉ＝１，２，３，・・・，ｚ）とに分けられる。そのうち、ｎ側区域６５Ａｉは、順に、ｎ型窒化物半導体層６３に最も接近する第一Ａ層６５Ａ１、第二Ａ層６５Ａ２、第三Ａ層６５Ａ３・・・など。ｐ側区域６５Ｂｉは、順に、ｐ側窒化物半導体層６４に最も接近する第一Ｂ層６５Ｂ１、第二Ｂ層６５Ｂ２、第三Ｂ層６５Ｂ３・・・など。上述した第一Ａ層６５Ａ１、第三Ａ層６５Ａ３、第一Ｂ層６５Ｂ１及び第三Ｂ層６５Ｂ３は、障壁層であり、第二Ａ層６５Ａ２及び第二Ｂ層６５Ｂ２は、井戸層であり、即ち、奇数層は、障壁層であり、偶数層は、井戸層である。本実施例において、発光層６５にドーピングされるｎ型ドーパントは、特定の分布を有し、即ち、ｎ側区域６５Ａｉ及びｐ側区域６５Ｂｉの障壁層にはｎ型ドーパントがドーピングされ（図に示す第一Ａ層６５Ａ１、第三Ａ層６５Ａ３及び第三Ｂ層６７５Ｂ３）、しかし、ｐ型窒化物半導体６４に最も接近する障壁層（即ち第一Ｂ層６５Ｂ１）にはｎ型ドーパントがドーピングされない。中間区域６５Ｃｉにはｎ型ドーパントが含まれず、或いは、ｎ側区域６５Ａｉ及びｐ側区域６５Ｂｉのドーパントの濃度より低いｎ型ドーパントが含まれる。
【００１３】
本発明に述べたｎ型ドーパントは、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓ、Ｏなどの元素であり、これらのｎ型ドーパントを薄膜成長過程に加えることにより、元素の濃度が５×１０１６〜１×１０１９／ｃｍ３である前記窒化物半導体薄膜を形成する。なお、ｎ型ドーパントがドーピングされない他の各層にはこれらの元素が完全に含まれないとのことでなく、製造プロセス中における汚染物や拡散現象などの原因で、濃度が非常に低い前記元素を各層に含ませる可能性があり、その濃度は、約１×１０１７／ｃｍ３より小さい。また、各層にドーピングされるｎ型ドーパントの濃度は、ほぼ同じであり、或いは、ｎ型半導体層とｐ側半導体層に近ければ近いほど大きい。
【００１４】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこの実施形態に限定されず、本発明の趣旨を離脱しない限り、本発明に対するあらゆる変更は本発明の範囲に属する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】従来技術における発光素子１０の断面図である。
【図２】従来技術における他の発光素子２０の断面図である。
【図３】本発明の第一の実施例に係る発光素子３０の断面図である。
【図４】本発明の第二の実施例に係る発光素子４０の断面図である。
【図５】本発明の第三の実施例に係る発光素子５０の断面図である。
【図６】本発明の第四の実施例に係る発光素子６０の断面図である。
【符号の説明】
【００１６】
１０、２０  発光素子
１１、２１  基板
１２、２２  緩衝層
１３、２３  ｎ型半導体層
１４、２４  ｐ型半導体層
１５、２５  発光層
３０、４０、５０、６０  発光素子
３１、４１、５１、６１  基板
３２、５２、５２、６２  緩衝層
３３、４３、５３、６３  ｎ型半導体層
３４、４４、５４、６４  ｐ型半導体層
３５、４５，５５、６５  発光層
３５Ａｉ、４５Ａｉ、５５Ａｉ、６５Ａｉ  ｎ側区域
３５Ｂｉ、４５Ｂｉ、５５Ｂｉ、６５Ｂｉ  ｐ側区域
３５Ｃｉ、４５Ｃｉ、５５Ｃｉ、６５Ｃｉ  中間区域
【図１】
0005388469.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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