(57)【要約】  第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスおよび第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスを製造する方法が提供される。発光デバイスは、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層と、少なくとも１つの量子井戸構造を有する、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域と、活性領域上のインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層と、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上のアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層と、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第１の接点と、ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第２の接点とを含む。インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物は、アルミニウムを含むこともできる。
2008508720.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスであって、
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層と、
少なくとも１つの量子井戸構造を有する、前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域と、
前記活性領域上のインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層と、
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上のアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層と、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第１の接点と、
前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第２の接点とを含むことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、さらにアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＡｌＧａＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＧａＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、約２０Åから約３２０Åの厚みであることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、前記活性領域に近接する領域内に存在するより、前記活性領域から遠位の領域により高いＡｌ組成を有するＩｎＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、連続的に勾配がつけられることを特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、異なるＡｌ組成を有する複数のＩｎＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらに、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１であることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項９に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項１０に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記第２の接点と前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置されたｐ型第ＩＩＩ属窒化物層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記第２の接点と前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置された前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
前記第１の接点と前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置された炭化シリコン基板をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
発光デバイスであって、
基板上のｎ型窒化ガリウムベースの層と、
少なくとも１つの量子井戸構造を有する、前記ｎ型窒化ガリウムベースの層上の窒化ガリウムベースの活性領域と、
前記活性領域上のインジウムを含む窒化ガリウムベースの層と、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上のアルミニウムを含むｐ型窒化ガリウムベースの層と、
前記ｎ型窒化ガリウムベースの層上の第１の接点と、
前記ｐ型窒化ガリウムベースの層上の第２の接点とを含むことを特徴とする発光デバイス。
【請求項１７】
前記ｎ型窒化ガリウム層は、
前記基板上のｎ型ＡｌＧａＮ層と、
前記ｎ型ＡｌＧａＮ層上のｎ型ＧａＮ層とを含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
前記窒化ガリウムベースの活性領域は、複数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光デバイス。
【請求項１９】
前記ｐ型窒化ガリウムベースの層は、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上のｐ型ＡｌＧａＮ層と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上のｐ型ＧａＮ層とを含み、
前記第２の接点は、前記ｐ型ＧａＮ層上にあることを特徴とする請求項１８に記載の発光デバイス。
【請求項２０】
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層は、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらに、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１であることを特徴とする請求項１９に記載の発光デバイス。
【請求項２１】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項２０に記載の発光デバイス。
【請求項２２】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項２１に記載の発光デバイス。
【請求項２３】
前記基板は、炭化シリコンを含み、前記第１の接点は、前記ｎ型ＡｌＧａＮ層に対向する前記炭化シリコン基板上にあることを特徴とする請求項１９に記載の発光デバイス。
【請求項２４】
第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスを製造する方法であって、
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上に、少なくとも１つの量子井戸構造を有する第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域を形成するステップと、
前記活性領域上にインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上にアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上に第１の接点を形成するステップと、
前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上に第２の接点を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項２５】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、ＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、ＩｎＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、約２０Åから約３２０Åの厚みであることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、前記活性領域に近接する領域内に存在するより、前記活性領域から遠位の領域により高いＡｌ組成を有するＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、連続的に勾配がつけられることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップは、異なるＡｌ組成を有する複数のＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を形成するステップを含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらに、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を形成するステップを含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１であることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記第２の接点と前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置されたｐ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記第２の接点と前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置された前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、炭化シリコン基板上にｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップを含み、第１の接点を形成するステップは、前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記炭化シリコン基板上に第１の接点を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
発光デバイスを製造する方法であって、
基板上にｎ型窒化ガリウムベースの層を形成するステップと、
前記ｎ型窒化ガリウムベースの層上に、少なくとも１つの量子井戸構造を有する窒化ガリウムベースの活性領域を形成するステップと、
前記活性領域上にインジウムを含む窒化ガリウムベースの層を形成するステップと、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上にアルミニウムを含むｐ型窒化ガリウムベースの層を形成するステップと、
前記ｎ型窒化ガリウムベースの層上に第１の接点を形成するステップと、
前記ｐ型窒化ガリウムベースの層上に第２の接点を形成するステップとを含むことを特徴とする方法。
【請求項４０】
ｎ型窒化ガリウム層を形成するステップは、
前記基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
前記ｎ型ＡｌＧａＮ層上にｎ型ＧａＮ層を形成するステップとを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
窒化ガリウムベースの活性領域を形成するステップは、複数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ｐ型窒化ガリウムベースの層を形成するステップは、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上にｐ型ＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上にｐ型ＧａＮ層を形成するステップとを含み、
第２の接点を形成するステップは、前記ｐ型ＧａＮ層上に第２の接点を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
インジウムを含む窒化ガリウムベースの層を形成するステップは、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を形成するステップを含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらに、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を形成するステップを含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１であることを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記基板は、炭化シリコンを含み、第１の接点を形成するステップは、前記ｎ型ＡｌＧａＮ層に対向する前記炭化シリコン基板上に第１の接点を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ電子デバイスおよびその製造方法に関し、より詳細には発光ダイオード（ＬＥＤ）などの第ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスで使用されることができる構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、名称「GROUP III NITRIDE BASED LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURES WITH A QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE, GROUP III NITRIDE BASED QUANTUM WELL STRUCTURES AND GROUP III NITRIDE BASED SUPERLATTICE STRUCTURES」の２００２年５月７日出願の米国特許出願第１０／１４０７９６号の一部継続出願であり、この出願は、名称「MULTI-QUANTUM WELL LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE」の２００１年５月３０日出願の米国特許仮出願第６０／２９４４４５号、名称「LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE WITH SUPERLATTICE STRUCTURE」の２００１年５月３０日出願の米国特許仮出願第６０／２９４３０８号、および名称「LIGHT EMITTING DIODE STRUCTURE WITH MULTI-QUANTUM WELL AND SUPERLATTICE STRUCTURE」の２００１年５月３０日出願の米国特許仮出願第６０／２９４３７８号の恩恵および優先権を主張する。
【０００３】
発光ダイオードは、消費者および商業用途に広く使用される。当業者に良く知られるように、発光ダイオードは、一般にマイクロ電子基板上にダイオード領域を含む。マイクロ電子基板は、例えば、砒化ガリウム、燐化ガリウム、それらの合金、炭化シリコン、および／またはサファイヤを含むことができる。ＬＥＤの絶え間のない開発は、可視スペクトルおよびそれを超えるスペクトルを包含することができる、高効率で機械的に頑強な光源を結果として生じた。固体デバイスの潜在的に長い寿命に関連するこれらの属性は、様々な新規な表示応用を可能にすることができ、十分に確立された白熱灯に匹敵する位置にＬＥＤを置くことができる。
【０００４】
窒化ガリウムベースのＬＥＤなどの第ＩＩＩ族窒化物ベースのＬＥＤの製造における１つの困難性は、高品質の窒化ガリウムの製造にあった。一般に、窒化ガリウムＬＥＤは、サファイヤまたは炭化シリコン基板上に製造されてきた。そのような基板は、基板の結晶格子と窒化ガリウムとの間の不整合を生じさせることがある。サファイヤおよび／または炭化シリコン上での窒化ガリウムの成長に関する潜在的な問題を解消するために、様々な技術が用いられた。例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、炭化シリコン基板と第ＩＩＩ族活性領域、特に窒化ガリウム活性層との間のバッファとして使用されることができる。しかしながら一般的に、窒化アルミニウムは、導電であるよりむしろ絶縁性である。したがって、窒化アルミニウムバッファ層を有する構造は、一般に、短絡接点を必要とし、短絡接点は、導電性の炭化シリコン基板を第ＩＩＩ族活性層に電気的に連結するように、窒化アルミニウムバッファをバイパスする。
【０００５】
代わりに、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、または窒化ガリウムと窒化アルミニウムガリウムとの組合せなどの導電性のバッファ層材料は、一般にＡｌＮバッファ層を利用する短絡接点を排除することを可能にすることができる。一般に、短絡接点を排除することは、エピタキシャル層の厚みを低減し、デバイスを製造するために必要な製造ステップの数を削減し、全チップサイズを縮小し、かつ／またはデバイス効率を増大する。したがって、より高い性能を有する第ＩＩＩ族窒化物デバイスが、より低いコストで製造されることができる。これら導電性のバッファ材料は、これら利点を提供するにもかかわらず、炭化シリコンとのそれらの結晶格子整合は、窒化アルミニウムの結晶格子整合ほど満足できるものではない。
【０００６】
【特許文献１】米国特許第５３９３９９３号明細書
【特許文献２】米国特許第５５２３５８９号明細書
【特許文献３】米国特許出願第０９／１５４３６３号明細書
【特許文献４】米国特許第６２０１２６２号明細書
【特許文献５】米国特許第６６６４５６０号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２００３／０１２３１６４号明細書
【特許文献７】米国特許出願公開第２００３／０１６８６６３号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
高品質の窒化ガリウムを提供することにおける上述の困難性は、結果としてデバイスの効率を低減させることがある。第ＩＩＩ族窒化物ベースのデバイスの出力を改善する試みは、デバイスの活性領域の構成を変えることを含む。そのような試みは、例えば、単一および／または二重のへテロ構造活性領域の使用を含む。同様に、複数の第ＩＩＩ族窒化物量子井戸を有する量子井戸デバイスも記載される。そのような試みは、第ＩＩＩ族ベースのデバイスの効率を改善するが、さらなる改善がやはり達成されることができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のいくつかの実施形態は、第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスおよび第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスを製造する方法を提供し、第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスは、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層と、少なくとも１つの量子井戸構造を有する、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域と、活性領域上のインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層と、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上のアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層と、ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第１の接点と、ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第２の接点とを含む。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態において、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、さらにアルミニウムを含む。例えば、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＡｌＧａＮを含むことができる。インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＧａＮを含むこともできる。インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、約２０Åから約３２０Åの厚みであることができる。
【００１０】
本発明の特定の実施形態において、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、活性領域に近接する領域内に存在するより、活性領域から遠位の領域により高いＡｌ組成を有するＩｎＡｌＧａＮ層を含む。いくつかの実施形態において、ＩｎＡｌＧａＮ層は、連続的に勾配をつけることができる。他の実施形態において、ＩｎＡｌＧａＮ層は、異なるＡｌおよび／またはＩｎ組成を有する複数のＩｎＡｌＧａＮ層を含むことができる。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態において、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらにＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１である。第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有することができ、第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することができる。特定の実施形態において、第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５である。
【００１２】
本発明の追加の実施形態において、発光デバイスは、第２の接点とアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置されたｐ型第ＩＩＩ属窒化物層をさらに含む。第２の接点とアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置されたｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことができる。アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことができる。
【００１３】
本発明のある実施形態において、発光デバイスは、第１の接点とｎ型第ＩＩＩ属窒化物層との間に配置された炭化シリコン基板をさらに含む。
【００１４】
本発明のいくつかの実施形態は、発光デバイスおよび発光デバイスを製造する方法を提供し、発光デバイスは、基板上のｎ型窒化ガリウムベースの層と、少なくとも１つの量子井戸構造を含む、ｎ型窒化ガリウムベースの層上の窒化ガリウムベースの活性領域と、活性領域上のインジウムを含む窒化ガリウムベースの層と、インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上のアルミニウムを含むｐ型窒化ガリウムベースの層と、ｎ型窒化ガリウムベースの層上の第１の接点と、ｐ型窒化ガリウムベースの層上の第２の接点とを含む。
【００１５】
本発明の特定の実施形態において、ｎ型窒化ガリウム層は、基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層と、ｎ型ＡｌＧａＮ層上のｎ型ＧａＮ層とを含む。窒化ガリウムベースの活性領域は、複数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を含むことができる。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態において、ｐ型窒化ガリウムベースの層は、インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上のｐ型ＡｌＧａＮ層と、ｐ型ＡｌＧａＮ層上のｐ型ＧａＮ層とを含む。第２の接点は、ｐ型ＧａＮ層上にある。インジウムを含む窒化ガリウムベースの層は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの第１の層を含むことができ、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、さらに、ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの第２の層を含むことができ、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１である。第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有することができ、第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することができる。本発明の特定の実施形態において、第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５である。
【００１７】
本発明のまださらなる実施形態において、基板は、炭化シリコンであり、第１の接点は、ｎ型ＡｌＧａＮ層に対向する炭化シリコン基板上にある。
【００１８】
本発明の他の特徴は、添付の図面とともに読むとき、本発明の特定の実施形態の以下の詳細な記載からより容易に理解されたい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明は、以下に、本発明の実施形態が示される添付の図面を参照して以降により完全に記載される。しかしながら、本発明は、本明細書に示される実施形態に限定されると解釈されるべきではない。むしろ、これらの実施形態は、本開示が、徹底的でありかつ完全であり、当業者に本発明の範囲を完全に伝えるように提供される。図面において、層および領域の厚みは、明瞭性のために誇張される。全体を通して、類似する符号は類似する要素を言及する。本明細書で使用されるとき、用語「および／または」は、複数の関連する列挙されたアイテムの任意およびすべての組合せを含む。
【００２０】
本明細書で使用される専門用語は、特定の実施形態だけを記載する目的のためであり、本発明を限定することを意図されない。本明細書で使用されるとき、単数形態「ある（ａまたはａｎ）」および「その（ｔｈｅ）」は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、同様に複数形態を含むことが意図される。本明細書で使用されるとき、用語「含む」および／または「含んでいる」は、記載される特徴、完全体（ｉｎｔｅｇｅｒ）、ステップ、動作、要素、および／または構成部品の存在を特定するが、複数の特徴、完全体、ステップ、動作、要素、構成部品、および／またはそれらのグループの存在または追加を除外しないことはさらに理解されたい。
【００２１】
層、領域、または基板などの要素が、他の要素の「上」にあるまたは「上に」延在すると言及されるとき、それは、他の要素上に直接あることができる、または他の要素上に直接延在することができる、あるいは介在する要素が存在することもできることが理解されたい。対照的に、要素が、他の要素「上に直接」あるまたは「上に直接」に延在すると言及されるとき、介在する要素が存在しない。要素が、他の要素に「接続される」または「結合される」と言及されるとき、要素が、他の要素に直接接続されまたは結合されることができ、あるいは介在する要素が存在することができることも理解されたい。対照的に、要素が、他の要素に「直接接続される」または「直接結合される」と言及されるとき、介在する要素が存在しない。明細書全体を通して、類似する符号は類似する要素を言及する。
【００２２】
第１、第２などの用語は、様々な要素、構成部品、領域、層、および／またはセクションを記述するために本明細書で使用されることができるが、これら要素、構成部品、領域、層、および／またはセクションは、これら用語によって限定されるべきではないことが理解されたい。これら用語は、一方の要素、構成部品、領域、層、またはセクションを、他方の領域、層、またはセクションと識別するためだけに使用される。したがって、以下に議論される第１の要素、構成部品、領域、層、またはセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２の要素、構成部品、領域、層、またはセクションと呼ばれることができる。
【００２３】
さらに、「下方」または「底部」および「上方」または「頂部」などの相対的な用語は、図面で示されるように他方の要素に対する一方の要素の関係を記述するために、本明細書で使用されることができる。相対的な用語は、図面に示される方向に加えてデバイスの異なる方向を含むことが意図されることが理解されたい。例えば、図面におけるデバイスが、ひっくり返されるなら、他の要素の「下方」側にあるように記載される要素は、他の要素の「上方」側に向けられる。したがって、例示的な用語「下方」は、図面の特定の方向に応じて「下方」および「上方」の両方の方向を含むことができる。同様に、１つの図面におけるデバイスが、ひっくり返されるなら、他の要素の「下」または「下側」として記載される要素は、他の要素の「上」に向けられる。したがって、例示的な用語「下」または「下側」は、上または下の両方の方向を含むことができる。
【００２４】
本発明の実施形態は、本発明の理想化された実施形態の概略図である断面図を参照して本明細書で記載される。そのように、例えば製造技術および／または公差の結果として図示の形状からの変形が予想されるべきである。したがって、本発明の実施形態は、本明細書に示される領域の特定形状に限定されると解釈されるべきではなく、例えば製造の結果としての形状における逸脱が含まれる。例えば、矩形として示されまたは記載されるエッチングされた領域は、一般に丸められたまたは曲げられた特徴を有する。したがって、図面に示される領域は、当然概略的であり、それらの形状は、デバイスの領域の正確な形状を示すことを意図せず、かつ本発明の範囲を限定することを意図しない。
【００２５】
他の方法で定義されない限り、本明細書で使用されるすべての用語（技術および科学用語を含む）は、本発明が属する技術の当業者によって一般に理解される意味と同じ意味を有する。一般に使用される辞書で定義される用語などの用語は、関連する技術の文脈におけるそれらの意味と一致する意味を有するとして解釈されるべきであり、そのように本明細書で明示的に定義されない限り、理想化されまたは過度に形式的な意味に解釈されるべきでないことはさらに理解されたい。
【００２６】
他の特徴に「隣接して」配置される構造または特徴への言及は、隣接する特徴と重なり合うまたは下にある部分を有することができることも、当業者には分かるであろう。
【００２７】
本明細書に開示されるＬＥＤの様々な実施形態は基板を含むが、その上にＬＥＤを含むエピタキシャル層が成長される結晶エピタキシャル成長基板は、取り除かれることができ、支えなしに立っている（ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ）エピタキシャル層は、元の基板より優れた熱的、電気的、構造的、および／または光学的特徴を有することができる置換キャリア基板またはサブマウント上に搭載されることができることは、当業者に理解されたい。本明細書に記載される発明は、結晶エピタキシャル成長基板を有する構造に限定されず、エピタキシャル層が、それらの元の成長基板から分離されかつ置換キャリア基板に結合された構造とともに使用されることができる。
【００２８】
本発明の実施形態が、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造４０を示す図１を参照して記載される。図１のＬＥＤ構造４０は、好ましくは４Ｈまたは６Ｈのｎ型炭化シリコンである基板１０を含む。基板１０は、サファイヤ、バルクの窒化ガリウム、または他の適切な基板も含むことができる。基板１０上の窒化ガリウムベースの半導体層を含む層状の半導体構造も、図１のＬＥＤ構造４０に含まれる。すなわち、示されるＬＥＤ構造４０は、以下の層を含む、すなわち、導電性のバッファ層１１、第１のシリコンドープされたＧａＮ層１２、第２のシリコンドープされたＧａＮ層１４、シリコンドープされたＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮの交互層を含む超格子構造１６、多重量子井戸構造によって提供されることができる活性領域１８、ドープされていないＧａＮおよび／またはＡｌＧａＮ層２２、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層３０、および同様にｐ型不純物でドープされたＧａＮコンタクト層３２である。構造は、さらに、基板１０上のｎ型オーミックコンタクト２３、およびコンタクト層３２上のｐ型オーミックコンタクト２４を含む。
【００２９】
バッファ層１１は、好ましくはｎ型ＡｌＧａＮである。炭化シリコンと第ＩＩＩ属窒化物材料との間のバッファ層の実施例は、特許文献１、特許文献２、および本発明の譲渡者に譲渡された名称「Vertical Geometry InGaN Light Emitting Diode」の特許文献３に与えられる。同様に、本発明の実施形態は、名称「Group III Nitride Photonic Devices on Silicon Carbide Substrates With Conductive Buffer Interlay Structure」の特許文献４に記載される構造などの構造を含むこともできる。
【００３０】
ＧａＮ層１２は、これらを含めて約５００ｎｍと４０００ｎｍとの間の厚みが好ましく、最も好ましくは約１５００ｎｍの厚みである。ＧａＮ層１２は、約５×１０17ｃｍ-3から５×１０18ｃｍ-3のレベルでシリコンでドープされることができる。ＧａＮ層１４は、これらを含めて約１０Åと５００Åとの間の厚みが好ましく、最も好ましくは約８０Åの厚みである。ＧａＮ層１４は、約５×１０19ｃｍ-3未満のレベルにシリコンでドープされることができる。
【００３１】
図１に示されるように、本発明の実施形態による超格子構造１６は、ＩｎXＧａ1-XＮおよびＩｎYＧａ1-YＮの交互層を含み、ここで、Ｘは、０から１の間の値であり、ＸはＹに等しくない。好ましくは、Ｘ＝０であり、ＩｎＧａＮの各交互層の厚みは、これらを含めて約５Åから４０Åの厚みであり、ＧａＮの各交互層の厚みは、これらを含めて約５Åから１００Åの厚みである。ある実施形態において、ＧａＮ層は、約３０Åの厚みであり、ＩｎＧａＮ層は、約１５Åの厚みである。超格子構造１６は、約５個から約５０個の周期を含むことができる（１周期は、超格子を含む各ＩｎXＧａ1-XＮおよびＩｎYＧａ1-YＮ層の１つの反復に等しい）。一実施形態において、超格子構造１６は、２５個の周期を含む。他の実施形態において、超格子構造１６は、１０個の周期を含む。しかしながら、周期の数は、例えばそれぞれの層厚を増すことによって減らすことができる。したがって、例えば、層の厚みを倍にすることで、半分の数の周期とすることができる。代わりに、周期の数および厚みは、互いに無関係であり得る。
【００３２】
好ましくは、超格子１６は、約１×１０17ｃｍ-3から５×１０19ｃｍ-3のレベルでシリコンなどのｎ型不純物でドープされる。そのようなドーピングレベルは、超格子１６の層の実際のドーピングまたは平均ドーピングであることができる。そのようなドーピングレベルが平均ドーピングレベルであるなら、隣接する層のドーピングが、隣接する層および超格子構造１６を平均して超える所望の平均ドーピングを提供する、超格子構造１６に隣接するドープされた層を提供することは有利であり得る。基板１０と活性領域１８との間に超格子１６を提供することによって、その上にＩｎＧａＮベースの活性領域１８を成長させるための良好な表面を提供することができる。任意の動作理論に縛られることを望まないが、本発明者らは、超格子構造１６内のひずみ効果が、高品質のＩｎＧａＮを含む活性領域の成長を招く成長表面を提供すると考える。さらに超格子は、デバイスの動作電圧に影響することが知られている。超格子厚みおよび組成パラメータの適切な選択は、動作電圧を低減しかつ光学効率を増大することができる。
【００３３】
超格子構造１６は、構造においてより高い品質のＩｎＧａＮ層の成長を可能にする、窒素または他のガスの雰囲気で成長されることができる。窒素雰囲気内でシリコンドープされたＧａＮ層上にシリコンドープされたＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子を成長することによって、最適化されたひずみを有する改善された結晶性および導電性を有する構造が、実現されることができる。
【００３４】
本発明のある実施形態において、活性領域１８は、単一または多重量子井戸構造、ならびに単一または２つのへテロ接合活性領域を含むことができる。本発明の特定の実施形態において、活性領域１８は、バリア層（図１に示されていない）によって分離される複数のＩｎＧａＮ量子井戸層を含む多重量子井戸構造を含む。
【００３５】
層２２が、活性領域１８上に設けられ、好ましくはこれらを含めて約０Åから１２０Åの厚みのドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮである。本明細書で使用されるとき、ドープされていないとは、意図してドープされていないことを意味する。層２２は、好ましくは約３５Åの厚みである。層２２が、ＡｌｎＧａＮを含むなら、そのような層におけるアルミニウムの割合は、好ましくは約１０％から３０％であり、最も好ましくは約２４％である。層２２におけるアルミニウムのレベルは、段階的にまたは連続して低減することで勾配がつけられることもできる。層２２は、層２２の結晶品質を改善するために、量子井戸領域２５での成長温度より高い温度で成長されることができる。ドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮの追加層は、層２２の近傍に含まれることができる。例えば、ＬＥＤ１は、活性領域１８と層２２との間に約６Åから９Åの厚みのドープされていないＡｌＧａＮの追加層を含むことができる。
【００３６】
層２２上にマグネシウムなどのｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層３０が設けられる。ＡｌＧａＮ層３０は、これらを含めて約０Åと３００Åとの間の厚みであることができ、好ましくは約１３０Åの厚みである。層３０上にｐ型ＧａＮのコンタクト層３２が設けられ、好ましくは約１８００Åの厚みである。ｐ型ＧａＮコンタクト層３２および基板１０上にそれぞれオーミックコンタクト２４および２５が設けられる。
【００３７】
図２は、多重量子井戸活性領域を組み込む本発明のさらなる実施形態を示す。図２に示される本発明の実施形態は、基板１０上に成長させられた窒化ガリウムベースの半導体層を含む層状の半導体構造１００を含む。上述のように、基板１０は、ＳｉＣ、サファイヤ、またはバルクの窒化ガリウムであることができる。図２に示されるように、本発明の特定の実施形態によるＬＥＤは、導電性のバッファ層１１、第１のシリコンドープされたＧａＮ層１２、第２のシリコンドープされたＧａＮ層１４、シリコンドープされたＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮの交互層を含む超格子構造１６、多重量子井戸構造を含む活性領域１２５、ドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮ層２２、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層３０、および同様にｐ型不純物でドープされたＧａＮコンタクト層３２を含むことができる。ＬＥＤは、基板１０上のｎ型オーミックコンタクト２３、およびコンタクト層３２上のｐ型オーミックコンタクト２４を含む。基板１０がサファイヤである本発明の実施形態において、ｎ型オーミックコンタクト２３は、ｎ型ＧａＮ層１２および／またはｎ型ＧａＮ層１４上に設けられる。
【００３８】
図１を参照して上述されたように、バッファ層１１は、好ましくはｎ型ＡｌＧａＮである。同様に、ＧａＮ層１２は、これらを含めて約５００ｎｍと４０００ｎｍとの間の厚みが好ましく、最も好ましくは約１５００ｎｍの厚みである。ＧａＮ層１２は、約５×１０17ｃｍ-3から５×１０18ｃｍ-3のレベルにシリコンでドープされることができる。ＧａＮ層１４は、これらを含めて約１０Åと５００Åとの間の厚みが好ましく、最も好ましくは約８０Åの厚みである。ＧａＮ層１４は、約５×１０19ｃｍ-3未満のレベルにシリコンでドープされることができる。超格子構造１６は、図１を参照して上述されたように設けられることもできる。
【００３９】
活性領域１２５は、バリア層１１８によって分離された多重ＩｎＧａＮ量子井戸層１２０を含む多重量子井戸構造を含む。バリア層１１８は、ＩｎXＧａ1-XＮを含み、ここで０≦Ｘ＜１である。好ましくは、バリア層１１８のインジウム組成は、バリア層１１８が、量子井戸層１２０より大きなバンドギャップを有するように、量子井戸層１２０のインジウム組成より少ない。バリア層１１８および量子井戸層１２０は、ドープされないことができる（すなわち、シリコンまたはマグネシウムなどの不純物原子で意図的にドープされない）。しかしながら、特に紫外線放射が所望であるなら、約５×１０19ｃｍ-3未満のレベルにＳｉでバリア層１１８をドープすることが望ましいことがある。
【００４０】
本発明のさらなる実施形態において、バリア層１１８は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮを含み、ここで、０＜Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、かつＸ＋Ｙ≦１である。バリア層１１８の結晶内にアルミニウムを含むことによって、バリア層１１８は、量子井戸層１２０に格子整合される（ｌａｔｔｉｃｅ−ｍａｔｃｈｅｄ）ことができ、それによって、量子井戸層１２０における改善された結晶品質を提供し、デバイスの発光効率を増大する。
【００４１】
図３を参照すると、窒化ガリウムベースのデバイスの多重量子井戸構造を提供する本発明の実施形態が示される。図３に示される多重量子井戸構造は、図１および／または図２に示されるＬＥＤの活性領域を提供することができる。図３に見られるように、活性領域２２５は、高い結晶品質を有する井戸支持層（ｗｅｌｌ  ｓｕｐｐｏｒｔ  ｌａｙｅｒ）２１８ａ、量子井戸層２２０、および量子井戸層２２０のための保護キャップ層として機能するキャップ層２１８ｂを含む周期的な繰り返し構造２２１を含む。構造２２１が成長されるとき、キャップ層２１８ｂおよび井戸支持層２１８ａは、隣接する量子井戸２２０間のバリア層をともに形成する。好ましくは、高品質の井戸支持層２１８ａは、ＩｎＧａＮ量子井戸層２２０を成長するために使用される温度より高い温度で成長される。本発明のいくつかの実施形態において、井戸支持層２１８ａは、キャップ層２１８ｂより遅い成長速度で成長される。他の実施形態において、より低い成長速度は、より低い温度の成長プロセスの間に使用されることができ、かつより速い成長速度は、より高い温度の成長プロセスの間に使用される。例えば、ＩｎＧａＮ量子井戸層２２０を成長させるための高い品質の表面を達成するために、井戸支持層２１８ａを、約７００℃と９００℃との間の成長温度で成長させることができる。次に、成長室の温度は、高品質のＩｎＧａＮ量子井戸層２２０の成長を許容するために約０℃から約２００℃低下される。次に、温度は、より低いＩｎＧａＮの成長温度に維持される間に、キャップ層２１８ｂを成長させる。そのように、高品質のＩｎＧａＮ層を含む多重量子井戸領域が製造されることができる。
【００４２】
図２および図３の活性領域１２５および２２５は、好ましくは、より高いＩｎＧａＮ結晶品質を提供することができる窒素雰囲気で成長される。バリア層１１８、井戸支持層２１８ａ、および／またはキャップ層２１８ｂは、これらを含めて約５０Åと４００Åとの間の厚みであることができる。井戸支持層２１８ａおよびキャップ層２１８ｂの一方に対応する組み合わせられた厚みは、これらを含めて約５０Åから４００Åの厚みであることができる。好ましくは、バリア層１１８、井戸支持層２１８ａ、および／またはキャップ層２１８ｂは、約９０Åの厚みより厚く、最も好ましくは約２２５Åの厚みである。また、井戸支持層２１８ａがキャップ層２１８ｂより厚いことが好ましい。したがって、キャップ層２１８ｂは、量子井戸層２２０からインジウムの吸着または量子井戸層２２０の劣化を減少しつつ、可能な限り薄いことが好ましい。量子井戸層１２０および２２０は、これらを含めて約１０Åから５０Åの厚みであることができる。好ましくは、量子井戸層１２０および２２０は、約２０Åの厚みより厚く、最も好ましくは約２５Åの厚みである。量子井戸層１２０および２２０における厚みおよびインジウムの割合は、所望の波長の光を生成するように変えることができる。一般に、量子井戸層１２０および２２０におけるインジウムの割合は、約２５％から３０％であるが、所望の波長に応じてインジウムの割合は、約５％から約５０％まで変えられている。
【００４３】
本発明の好ましい実施形態において、超格子構造１６のバンドギャップは、量子井戸層１２０のバンドギャップを超える。これは、超格子１６におけるインジウムの平均割合を調整することによって達成することができる。超格子層の厚み（または周期）および層の平均インジウム割合は、超格子構造１６のバンドギャップが、量子井戸１２０のバンドギャップより大きいように選択されるべきである。超格子１６のバンドギャップを量子井戸１２０のバンドギャップより大きく維持することによって、デバイスにおける望ましくない吸着は最小化され、発光効率を最大化することができる。超格子構造１６のバンドギャップは、約２．９５ｅＶから約３．３５ｅＶであることができる。好ましい実施形態において、超格子構造１６のバンドギャップは、約３．１５ｅＶである。
【００４４】
本発明のさらなる実施形態において、図２に示すＬＥＤ構造は、超格子１６と活性領域１２５との間に配置されるスペーサ層１７を含む。スペーサ層１７は、好ましくはドープされていないＧａＮを含む。ドープされた超格子１６と活性領域１２５との間の任意選択のスペーサ層１７の存在は、活性領域１２５内に組み込まれることからシリコン不純物を阻止することができる。これは、次に、より一定のデバイス性能およびより良好な均一性を提供する活性領域１２５の材料品質を改善することができる。同様に、スペーサ層は、超格子１６と活性領域１８との間とする図１に示すＬＥＤ構造で提供されることもできる。
【００４５】
図２に戻ると、活性領域１２５上に層２２が設けられることができ、好ましくはこれらを含めて約０Åから１２０Åの間の厚みドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮである。層２２は、好ましくは約３５Åの厚みである。層２２がＡｌＧａＮを含むなら、そのような層におけるアルミニウム割合は、好ましくは約１０％から３０％であり、最も好ましくは約２４％である。層２２におけるアルミニウムのレベルは、段階的にまたは連続して低減する態様で勾配がつけられることもできる。層２２は、層２２の結晶品質を改善するために、活性領域１２５での成長温度より高い温度で成長されることができる。ドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮの追加層は、層２２の近傍に含まれることができる。例えば、図２に示されるＬＥＤは、活性領域１２５と層２２との間に約６Åから９Åの厚みのドープされていないＡｌＧａＮの追加層を含むことができる。
【００４６】
層２２上にマグネシウムなどのｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層３０が設けられる。ＡｌＧａＮ層３０は、これらを含めて約０Åと３００Åとの間の厚みであることができ、好ましくは約１３０Åの厚みである。層３０上にｐ型ＧａＮのコンタクト層３２が設けられ、好ましくは約１８００Åの厚みである。ｐ型ＧａＮのコンタクト層３２および基板１０上にそれぞれオーミックコンタクト２４および２５が設けられる。ｐ型ＧａＮのコンタクト層３２および基板１０上にそれぞれオーミックコンタクト２４および２５が設けられる。
【００４７】
図４は、デバイスの活性領域上にインジウムを組み込む第ＩＩＩ属窒化物層を組み込む本発明のさらなる実施形態を示す。例えば、ＩｎＡｌＧａＮキャップ構造は設けられることができる。図４に示される本発明の実施形態は、基板１０上に成長させられた窒化ガリウムベースの半導体層を含む層状の半導体構造４００を含む。上述のように、基板１０は、ＳｉＣ、サファイヤ、またはバルクの窒化ガリウムであることができる。本発明の特定の実施形態において、基板１０は、約５０μｍから約８００μｍの厚みを有するＳｉＣ基板であり、いくつかの実施形態において約１００μｍである。
【００４８】
図４に示されるように、本発明の特定の実施形態によるＬＥＤは、導電性のバッファ層１１、第１のシリコンドープされたＧａＮ層１２、第２のシリコンドープされたＧａＮ層１４、シリコンドープされたＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮの交互層を含む超格子構造１６、多重量子井戸構造を含む活性領域１２５、ドープされていないＡｌＩｎＧａＮ層４０、ｐ型不純物でドープされたＡｌＧａＮ層３０、および同様にｐ型不純物でドープされたＧａＮコンタクト層３２を含むことができる。ＬＥＤは、基板１０上のｎ型オーミックコンタクト２３、およびコンタクト層３２上のｐ型オーミックコンタクト２４をさらに含むことができる。基板１０がサファイヤである本発明の実施形態において、ｎ型オーミックコンタクト２３は、ｎ型ＧａＮ層１２および／またはｎ型ＧａＮ層１４上に設けられる。
【００４９】
図１および図２を参照して上述されたように、バッファ層１１は、ｎ型ＡｌＧａＮであることができる。例えば、バッファ層１１は、ＳｉでドープされたＡｌＧａＮでドープされることができ、約１００Åから１００００Åの厚みを有する。ある実施形態において、厚みは約１５００Åである。ＧａＮ層１２は、Ｓｉでドープされることができ、これらを含めて約５０００Åから５００００Åの厚みを有することができ、特定の実施形態において、約１８０００Åの厚みである。ＧａＮ層１２は、約５×１０17ｃｍ-3から５×１０18ｃｍ-3のレベルにシリコンでドープされることができる。超格子構造１６は、図１を参照して上述されたように設けられることもできる。例えば、超格子構造１６は、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの３から３５の周期を有することができる。周期の厚みは、約３０Åから１００Åの厚みであることができる。本発明の特定の実施形態において、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの２５の周期には、約７０Åである層の周期の厚みを有し、および残りを形成する他の層を有する約１５ÅであるＧａＮまたはＩｎＧａＮ層の厚みが与えられる。
【００５０】
活性領域３２５は、バリア層３１８によって分離された複数のＩｎＧａＮ量子井戸層３２０を含む多重量子井戸構造を含むことができる。バリア層３１８は、ＩｎXＧａ1-XＮを含み、ここで０≦Ｘ＜１である。好ましくは、バリア層３１８のインジウム組成は、バリア層３１８が、量子井戸層３２０より大きなバンドギャップを有するように、量子井戸層３２０のインジウム組成より少ない。バリア層３１８および量子井戸層３２０は、ドープされないことができる（すなわち、シリコンまたはマグネシウムなどの不純物原子で意図的にドープされない）。しかしながら、特に紫外線放射が所望であるなら、５×１０19ｃｍ-3未満のレベルにＳｉでバリア層３１８をドープすることが望ましいことがある。
【００５１】
本発明のさらなる実施形態において、バリア層３１８は、ＡｌXＩｎYＧａ1-X-YＮを含み、ここで、０＜Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、かつＸ＋Ｙ≦１である。バリア層３１８の結晶内にアルミニウムを含むことによって、バリア層３１８は、量子井戸層３２０に格子整合されることができ、それによって、量子井戸層３２０における改善された結晶品質を提供し、デバイスの発光効率を増大することができる。
【００５２】
活性領域３２５は、図３に示し、かつ図１から図３を参照した上述のように設けられることもできる。本発明の特定の実施形態において、活性領域３２５は、３つ以上の量子井戸を含み、ある実施形態において、８つの量子井戸が設けられる。量子井戸構造の厚みは、約３０Åから２５０Åであることができる。本発明の特定の実施形態において、量子井戸構造の厚みは、約１２０Åであることができ、井戸層の厚みは、約２５Åである。
【００５３】
図４に示されるＬＥＤ構造は、上述のように、超格子１６と活性領域３２５との間に配置されるスペーサ層を含むことができる。
【００５４】
図４に戻ると、インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物キャッピング層４０は、活性領域３２５上、より詳細には活性領域３２５の量子井戸３２０上に設けられることができる。第ＩＩＩ属窒化物キャッピング層４０は、これらを含めて約１０Åと３２０Åとの間の厚みのＩｎＡｌＧａＮを含むことができる。キャッピング層４０は、均一の組成、異なる組成の複数層、および／または勾配づけされる組成であることができる。本発明の特定の実施形態において、キャッピング層４０は、ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮの組成を有する第１のキャッピング層を含み、ここで０＜ｘ≦０．２であり、かつ０≦ｙ≦０．４であり、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、さらに、ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮの組成を有する第２のキャッピング層を含み、ここで０＜ｗ≦０．２であり、かつｙ≦ｚ＜１であり、約１０Åから約１２０Åの厚みを有する。本発明のある実施形態において、第１のキャッピング層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、第２のキャッピング層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５である。キャッピング層４０は、層４０の結晶品質を改善するために、活性領域３２５での成長温度より高い温度で成長させられることができる。ドープされていないＧａＮまたはＡｌＧａＮの追加層は、層４０の近傍に含まれることができる。例えば、ＧａＮの薄層は、最後の量子井戸層とキャッピング層４０との間に設けられることができる。インジウムを含むキャッピング層４０は、活性領域３２５の量子井戸により近く格子整合されることができ、ｐ型層の格子構造に活性領域３２５の格子構造からの遷移を提供することができる。そのような構造は、結果としてデバイスの増大される輝度を生じることができる。
【００５５】
マグネシウムなどのｐ型不純物でドープされるＡｌＧａＮ正孔注入層４２が、キャッピング層４０上に設けられる。ＡｌＧａＮ層４２は、これらを含めて約５０Åと２５００Åとの間の厚みであることができ、特定の実施形態において、約１５０Åの厚みである。ＡｌＧａＮ層４２は、ＡｌＧａ1-xＮの組成であることができ、ここで０≦ｘ≦０．４である。本発明の特定の実施形態において、ＡｌＧａＮ層４２に関してｘ＝０．２３である。ＡｌＧａＮ層４２は、Ｍｇでドープされることができる。本発明のいくつの実施形態において、層４２は、インジウムを含むこともできる。
【００５６】
ｐ型ＧａＮのコンタクト層３２は、層４２上に設けられ、約２５０Åから約１００００Åの厚みを有することができ、いくつかの実施形態において、約１５００Åの厚みである。いくつかの実施形態において、コンタクト層３２は、インジウムを含むこともできる。ｐ型ＧａＮのコンタクト層３２および基板１０上にそれぞれオーミックコンタクト２４および２５が設けられる。ｐ型ＧａＮのコンタクト層３２および基板１０上にそれぞれオーミックコンタクト２４および２５が設けられる。
【００５７】
本発明のいくつの実施形態において、インジウムを含むキャッピング層４０は、例えば、名称「ULTRA-THIN OHMIC CONTACTS FOR P-TYPE NITRIDE LIGHT EMITTING DEVICES」であり、本出願と同時に出願された米国特許仮出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．５３０８−４６３ＰＲ）、名称「LIGHT EMITTING DEVICES HAVING A REFLECTIVE BOND PAD AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING REFLECTIVE BOND PADS」であり、本出願と同時に出願された米国特許仮出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．５３０８−４６８）、特許文献５、名称「LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES AND METHODS OF FABRICATING LIGHT EMITTING DEVICES HAVING CURRENT BLOCKING STRUCTURES」である米国特許仮出願（Ａｔｔｏｒｎｅｙ  Ｄｏｃｋｅｔ  Ｎｏ．５３０８−４５７）、名称「LIGHT EMITTING DIODES INCLUDING SUBSTRATE MODIFICATIONS FOR LIGHT EXTRACTION AND MANUFACTURING METHODS THEREFOR」の２００４年６月３０日に出願された特許文献６、および／または名称「REFLECTIVE OHMIC CONTACTS FOR SILICON CARBIDE INCLUDING A LAYER CONSISTING ESSENTIALLY OF NICKEL, METHODS OF FABRICATING SAME, AND LIGHT EMITTING DEVICES INCLUDING THE SAME」の特許文献７に記載されるような発光デバイスに設けられることができ、それらの開示は、あたかもその全体が示されるかのように本明細書に組み込まれる。
【００５８】
エレクトロルミネセンス（ＥＬ）試験が、キャッピング層、特に図４に示されるようなＩｎＡｌＧａＮキャッピング層を含む、インジウムを有するおよびインジウムを有さないデバイスを有するＬＥＤウェハについて実行された。ＥＬ試験は、ＬＥＤエピタキシャル構造の輝度を測定するオンウェハ試験である。この試験は、ＬＥＤ製造方法、チップ成形、またはパッキング方法によって影響されない。インジウムを含む層を含む構造を有するほぼ１７６個のウェハ、およびインジウムを含む層を有さない６１５個のウェハが試験された。両方の構造は、多数の反応装置で連続して成長させられた。反応装置は、すべて本質的に同一であった（すなわち、増大された輝度に関する任意の特別の修正はなく、すべては、これまでの製造使用に適しておりかつ依然として適している）。ウェハからのデータは、貯蔵され（ｂｉｎｎｅｄ）、インジウムを含む層を有する構造は、インジウムを含む層を有さない構造よりほぼ１．１５倍から１．２５倍明るいことを示した。
【００５９】
本発明の実施形態は、多重量子井戸で記載されたが、本発明の教示からの利点は、単一の量子井戸構造においても達成されることができる。したがって、例えば、発光ダイオードには、デバイスの活性領域として図３の単一発生の構造２２１を設けられることができる。したがって、異なる数の量子井戸が、本発明の実施形態により利用されることができるが、量子井戸の数は、一般に１個から１０個の量子井戸の範囲である。
【００６０】
本発明の実施形態は、窒化ガリウムベースのデバイスを参照して記載されたが、本発明の教示および利点は、他の第ＩＩＩ属窒化物にも与えられることができる。したがって、本発明の実施形態は、第ＩＩＩ属窒化物ベースの超格子構造、量子井戸構造、および／または超格子および／または量子井戸を有する第ＩＩＩ属窒化物発光ダイオードを提供する。
【００６１】
図面および明細書において、本発明の典型的な好ましい実施形態が開示され、特定の用語が用いられたが、それらは、一般的で記述的な意味だけで使用され、限定の目的ではなく、本発明の範囲は、添付の請求項に示される。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施形態を組み込む第ＩＩＩ属窒化物発光ダイオードの概略図を示す図である。
【図２】本発明のさらなる実施形態を組み込む第ＩＩＩ属窒化物発光ダイオードの概略図である。
【図３】本発明の追加の実施形態による量子井戸構造および多重量子井戸構造の概略図である。
【図４】本発明のさらなる実施形態を組み込む第ＩＩＩ属窒化物発光ダイオードの概略図である。
【図１】
2008508720.tif 000003
【図２】
2008508720.tif 000004
【図３】
2008508720.tif 000005
【図４】
2008508720.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成18年5月17日(2006.5.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスであって、
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層と、
少なくとも１つの量子井戸構造を有する、前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域と、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記活性領域上のインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層と、
前記活性領域に対向する前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上のアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層と
備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、さらにアルミニウムを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項３】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＡｌＧａＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項４】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、ＩｎＧａＮを含むことを特徴とする請求項２に記載の発光デバイス。
【請求項５】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、約２０Åから約３２０Åの厚みであることを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、前記活性領域に近接する領域内に存在するより、前記活性領域から遠位の領域により高いＡｌ組成を有するＩｎＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、連続的に勾配がつけられることを特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、異なるＡｌ組成を有する複数のＩｎＡｌＧａＮ層を含むことを特徴とする請求項６に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦０．２かつ０≦ｙ≦０．４）の第１の層と
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮ（０＜ｗ≦０．２かつｙ≦ｚ＜１）の第２の層と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項９に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項１０に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上のｐ型第ＩＩＩ属窒化物層と、
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上の第２の接点と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項１２に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
前記活性領域に対向する前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上の炭化シリコン基板と、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記炭化シリコン基板上の第１の接点と
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層は、ｎ型窒化ガリウム層を含み、前記第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域は、窒化ガリウムベースの活性領域を含み、前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムを含む窒化ガリウムベースの層を含み、前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、アルミニウムを含むｐ型窒化ガリウムベースの層を含むことを特徴とする請求項１に記載の発光デバイス。
【請求項１７】
前記ｎ型窒化ガリウム層は、
基板上のｎ型ＡｌＧａＮ層と、
前記基板に対向する前記ｎ型ＡｌＧａＮ層上のｎ型ＧａＮ層と
を含むことを特徴とする請求項１６に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
前記窒化ガリウムベースの活性領域は、複数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を含むことを特徴とする請求項１７に記載の発光デバイス。
【請求項１９】
前記ｐ型窒化ガリウムベースの層は、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上のｐ型ＡｌＧａＮ層と、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上のｐ型ＧａＮ層とを含み、
前記第２の接点は、前記ｐ型ＧａＮ層上にあることを特徴とする請求項１８に記載の発光デバイス。
【請求項２０】
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層は、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦０．２かつ０≦ｙ≦０．４）の第１の層と
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮ（０＜ｗ≦０．２かつｙ≦ｚ＜１）の第２の層と
を含むことを特徴とする請求項１９に記載の発光デバイス。
【請求項２１】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項２０に記載の発光デバイス。
【請求項２２】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項２１に記載の発光デバイス。
【請求項２３】
前記基板は、炭化シリコンを含み、前記第１の接点は、前記ｎ型ＡｌＧａＮ層に対向する前記炭化シリコン基板上にあることを特徴とする請求項１９に記載の発光デバイス。
【請求項２４】
第ＩＩＩ属窒化物ベースの発光デバイスを製造する方法であって、
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層上に、少なくとも１つの量子井戸構造を有する第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域を形成するステップと、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記活性領域上にインジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記活性領域に対向する前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層上にアルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと
を有することを特徴とする方法。
【請求項２５】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、ＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
インジウムおよびアルミニウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、ＩｎＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、約２０Åから約３２０Åの厚みであることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２９】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、前記活性領域に近接する領域内に存在するより、前記活性領域から遠位の領域により高いＡｌ組成を有するＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＩｎＡｌＧａＮ層は、連続的に勾配がつけられることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】
ＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップは、異なるＡｌ組成を有する複数のＩｎＡｌＧａＮ層を形成するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】
インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦０．２かつ０≦ｙ≦０．４）の第１の層を形成するステップと、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮ（０＜ｗ≦０．２かつｙ≦ｚ＜１）の第２の層を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３３】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項３３に記載の方法。
【請求項３５】
前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上にｐ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップと、
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層上に第２の接点を形成ステップと
をさらに備えたことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３６】
前記ｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムも含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３８】
ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップは、炭化シリコン基板上にｎ型第ＩＩＩ属窒化物層を形成するステップを含み、
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層に対向する前記炭化シリコン基板上に第１の接点を形成するステップをさらに備えたことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項３９】
前記ｎ型第ＩＩＩ属窒化物層は、ｎ型窒化ガリウム層を含み、前記第ＩＩＩ属窒化物ベースの活性領域は、窒化ガリウムベースの活性領域を含み、前記インジウムを含む第ＩＩＩ属窒化物層は、インジウムを含む窒化ガリウムベースの層を含み、前記アルミニウムを含むｐ型第ＩＩＩ属窒化物層は、アルミニウムを含むｐ型窒化ガリウムベースの層を含むことを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項４０】
ｎ型窒化ガリウム層を形成するステップは、
基板上にｎ型ＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
前記ｎ型ＡｌＧａＮ層上にｎ型ＧａＮ層を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
【請求項４１】
窒化ガリウムベースの活性領域を形成するステップは、複数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
ｐ型窒化ガリウムベースの層を形成するステップは、
前記インジウムを含む窒化ガリウムベースの層上にｐ型ＡｌＧａＮ層を形成するステップと、
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上にｐ型ＧａＮ層を形成するステップとを含み、
第２の接点を形成するステップは、前記ｐ型ＧａＮ層上に第２の接点を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
インジウムを含む窒化ガリウムベースの層を形成するステップは、
ＩｎxＡｌyＧａ1-x-yＮ（０＜ｘ≦０．２かつ０≦ｙ≦０．４）の第１の層を形成するステップと、
ＩｎwＡｌzＧａ1-w-zＮ（０＜ｗ≦０．２かつｙ≦ｚ＜１）の第２の層を形成するステップと
を含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記第１の層は、約１０Åから約２００Åの厚みを有し、前記第２の層は、約１０Åから約１２０Åの厚みを有することを特徴とする請求項４３に記載の方法。
【請求項４５】
前記第１の層は、約８０Åの厚みを有し、ｘ＝０．１、およびｙ＝０．２５であり、前記第２の層は、約３０Åの厚みを有し、ｗ＝０．０５、およびｚ＝０．５５であることを特徴とする請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記基板は、炭化シリコンを含み、第１の接点を形成するステップは、前記ｎ型ＡｌＧａＮ層に対向する前記炭化シリコン基板上に第１の接点を形成するステップを含むことを特徴とする請求項４２に記載の方法。
【国際調査報告】
2008508720.tif 000007
2008508720.tif 000008