(57)【要約】  ３６０ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率が少なくとも４％である発光デバイス及びその製造方法が提供される。発光効率は、少なくとも５％又は少なくとも６％にすることができる。また、３４５ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率が少なくとも２％である発光デバイス及びその製造方法が提供される。３３０ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率が少なくとも０．４％である発光デバイス及びその製造方法が提供される。また、ピーク出力波長が３５０ｎｍ以下で、かつ、出力電力が少なくとも５ｍＷ、ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下で、かつ、出力電力が少なくとも３ｍＷ、及び／又はピーク出力波長が３３０ｎｍ以下で、かつ、出力電力が少なくとも０．３ｍＷ（いずれの場合も電流密度は約０．３５μＡ／μｍ２未満である）である発光デバイス及びその製造方法が提供される。この半導体発光デバイスは、少なくとも１００時間、少なくとも５００時間又は少なくとも１０００時間の直流寿命を有することができる。
2008543056.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約６０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、ＧａＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域と、
該量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層と、
該第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層と
を備え、前記第１の層が前記第２の層と前記量子井戸能動領域の間に位置し、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記井戸層の厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが３５Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが５０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
ピーク出力波長が約３４０ｎｍ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３】
３３０ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約５０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域と、
該量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層と、
該第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層と
を備え、前記第１の層が前記第２の層と前記量子井戸能動領域の間に位置し、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項４】
前記井戸層が、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．５、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮからなり、その厚さが２０Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが２３０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
ピーク出力波長が約３２５ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
少なくとも２％の発光効率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光効率が、少なくとも３％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記発光効率が、少なくとも４％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記発光効率が、約０．０８μＡ／μｍ２未満の電流密度で少なくとも６％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
少なくとも５００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
少なくとも１０００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記量子井戸能動領域が、低欠陥密度ベース構造上に位置していることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
少なくとも０．４％の発光効率を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１７】
少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
少なくとも５００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１９】
少なくとも１０００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項２０】
前記量子井戸能動領域が、低欠陥密度ベース構造上に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項２１】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であ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】
前記低欠陥密度ベース構造が、
ｎ型ＳｉＣ基板と、
ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層と
を備えたことを特徴とする請求項１３又は２０に記載の発光デバイス。
【請求項２３】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、約４×１０８ｃｍ−２未満の欠陥密度を有するドープＧａＮ層を備えたことを特徴とする請求項２２に記載の発光デバイス。
【請求項２４】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、ケイ素がドープされたＧａＮからなることを特徴とする請求項２２に記載の発光デバイス。
【請求項２５】
ｎ型ドーパントがドープされた、４×１０８ｃｍ−２以下のスレーディング転位密度を有するＧａＮ層をさらに備え、前記量子井戸能動領域が、ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項２６】
半導体基板をさらに備え、前記量子井戸能動領域が前記半導体基板上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項２７】
前記半導体基板が、導電基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項２８】
前記半導体基板が、ＳｉＣ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項２９】
前記半導体基板が、絶縁基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３０】
前記半導体基板が、サファイヤ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３１】
前記半導体基板が、ＧａＮ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３２】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約６０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、ＧａＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域を形成するステップと、
該量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層を形成するステップと
を有し、前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項３３】
前記井戸層の厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが３５Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが５０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３４０ｎｍであることを特徴とする請求項３２に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３４】
３３０ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約５０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域を形成するステップと、
前記量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層を形成するステップと
を有し、前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項３５】
前記井戸層が、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．５、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮからなり、その厚さが２０Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが２３０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３２５ｎｍであることを特徴とする請求項３４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３６】
前記発光デバイスが、少なくとも２％の発光効率を有することを特徴とする請求項３２又は３３に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３７】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３８】
前記発光デバイスが、少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３９】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、低欠陥密度ベース構造を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が前記低欠陥密度ベース構造上に形成されることを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４０】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項３９に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４１】
前記発光デバイスが、少なくとも０．４％の発光効率を有することを特徴とする請求項３４又は３５に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４２】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４３】
前記発光デバイスが、少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４４】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、低欠陥密度ベース構造を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が前記低欠陥密度ベース構造上に形成されることを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４５】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項４４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４６】
前記低欠陥密度ベース構造を形成するステップが、
ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層をｎ型ＳｉＣ基板上に形成するステップを有することを特徴とする請求項３９又は４４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４７】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、約４×１０８ｃｍ−２未満の欠陥密度を有するドープＧａＮ層を備えたことを特徴とする請求項４６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４８】
型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、ケイ素がドープされたＧａＮからなることを特徴とする請求項４６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４９】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、ｎ型ドーパントがドープされた、４×１０８ｃｍ−２以下のスレーディング転位密度を有するＧａＮ層を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が、ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層上に配置されることを特徴とする請求項３２乃至３５のいずれかに記載の発光デバイスの製造方法。
【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及び発光デバイス製造方法に関し、より詳細には、遠紫外線発光デバイス及び遠紫外線発光デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）又はレーザダイオードなどの半導体発光デバイスは、多くのアプリケーションに広く使用されている。当業者に良く知られているように、半導体発光デバイスは、電力が供給されると干渉性及び／又は非干渉性の光を放出するように構成された１つ又は複数の半導体層を有する半導体発光エレメントを備えている。より詳細には、発光ダイオード又はレーザダイオードは、通常、超小型電子技術基板上に能動領域を備えている。超小型電子技術基板は、例えば、ヒ化ガリウム、リン化ガリウム、それらの合金、炭化ケイ素及び／又はサファイヤであってもよい。絶えることのないＬＥＤの開発により、可視スペクトル及びそれを超えるスペクトルをカバーすることができる極めて有効で、かつ、機械的に頑丈な光源がもたらされている。固体デバイスの潜在的に長い寿命と相俟ったこれらの属性は、場合によっては、新しい様々な表示アプリケーションを可能にし、また、十分に確立した白熱電球及び蛍光燈と競合する位置にＬＥＤを置いている。最近では、スペクトルの遠ＵＶ（ＤＵＶ）領域（大まかに３７５ｎｍ未満）で放出するＬＥＤのアプリケーションが識別されている。これらのアプリケーションには、化学及び生物兵器検出システム、非高低線通信システム（ｎｏｎ−ｌｉｎｅ−ｏｆ−ｓｉｔｅ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ  ｓｙｓｔｅｍ）、水及び空気浄化システム及び／又は日焼けアプリケーション（ｔａｎｎｉｎｇ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ）が含まれている。
【０００３】
これらのＬＥＤは、可視スペクトルのブルー／グリーン部分の放射線を放出することができるため、最近の開発の関心及び化学的活動の多くは、炭化ケイ素の中又は上に製造されるＬＥＤに的が絞られている。例えば、本出願の譲受人に譲渡された、Ｅｄｍｏｎｄらに対する"Blue Light-Emitting Diode With High External Quantum Efficiency"という名称の特許文献１を参照されたい。この特許文献１の開示は、参照により、あたかもその全体が本明細書に示されているものとして本明細書に組み込まれている。また、これらのデバイスは、優れた効率で光を放出することができるため、窒化ガリウムをベースとするダイオード領域を炭化ケイ素基板の上に備えたＬＥＤに多くの関心が寄せられている。例えば、Ｌｉｎｔｈｉｃｕｍらに対する"Pendeoepitaxial Gallium Nitride Semiconductor Layers On Silicon Carbide Substrates"という名称の特許文献２を参照されたい。この特許文献２の開示は、参照により、あたかもその全体が本明細書に示されているものとして本明細書に組み込まれている。
【０００４】
また、例えば、Ｅｍｅｒｓｏｎらに対する"Ultraviolet Light Emitting Diode"という名称の特許文献３、Ｅｍｅｒｓｏｎらに対する"Ultraviolet Light Emitting Diode"という名称の特許文献４、Ｔｉｓｃｈｌｅｒに対する"High Brightness Electroluminescent Device Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum And Method Of Making The Same"という名称の特許文献５、Ｒｅｄｗｉｎｇらに対する"High Brightness Electroluminescent Device Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum And Method Of Making The Same"という名称の特許文献６、及びＴｉｓｃｈｌｅｒに対する"High Brightness Electroluminescent Device, Emitting In The Green To Ultraviolet Spectrum, And Method Of Making The Same"という名称の特許文献７に、紫外光放出デバイスが記載されている。これらの特許文献３乃至７の開示は、あたかもその全体が本明細書に示されているものとして本明細書に組み込まれている。
【０００５】
【特許文献１】米国特許第５，４１６，３４２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，１７７，６８８号明細書
【特許文献３】米国特許第６，７３４，０３３号明細書
【特許文献４】米国特許第６，６６４，５６０号明細書
【特許文献５】米国特許第５，６６１，０７４号明細書
【特許文献６】米国特許第５，８７４，７４７号明細書
【特許文献７】米国特許第５，５８５，６４８号明細書
【特許文献８】米国特許第Ｒｅ．３４，８６１号明細書
【特許文献９】米国特許第４，９４６，５４７号明細書
【特許文献１０】米国特許第６，７０６，１１４号明細書
【特許文献１１】米国特許第５，３９３，９９３号明細書
【特許文献１２】米国特許第５，５２３，５８９号明細書
【特許文献１３】米国特許第６，５８２，９８６号明細書
【特許文献１４】米国特許第６，６８６，２６１号明細書
【特許文献１５】米国特許第６，６２１，１４８号明細書
【特許文献１６】米国特許第６，６０８，３２７号明細書
【特許文献１７】米国特許第６，６０２，７６４号明細書
【特許文献１８】米国特許第６，６０２，７６３号明細書
【特許文献１９】米国特許第６，５８６，７７８号明細書
【特許文献２０】米国特許第６，５７０，１９２号明細書
【特許文献２１】米国特許第６，５４５，３００号明細書
【特許文献２２】米国特許第６，５２１，５１４号明細書
【特許文献２３】米国特許第６，４８９，２２１号明細書
【特許文献２４】米国特許第６，４８６，０４２号明細書
【特許文献２５】米国特許第６，４６２，３５５号明細書
【特許文献２６】米国特許第６，３８０，１０８号明細書
【特許文献２７】米国特許第６，３７６，３３９号明細書
【特許文献２８】米国特許第６，２６１，９２９号明細書
【特許文献２９】米国特許第６，２５５，１９８号明細書
【特許文献３０】米国特許第６，０５１，８４９号明細書
【特許文献３１】米国特許第５，２１０，０５１号明細書
【特許文献３２】米国特許第５，５９２，５０１号明細書
【特許文献３３】米国特許出願公開第２００３／０００６４１８号明細書
【非特許文献１】Edmond et al, "High efficiency GaN-based LEDs and laser on SiC", Journal of Crystal Growth,272(2004),pp.242-250
【非特許文献２】Chapter 6 of INTRODUCTION TO MICROELECTRONIC FABRICATION by R. Jaeger (2nd ED.2002)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
他にも、スペクトルのＤＵＶ領域における比較的優れた効率のＬＥＤが開発されている。例えば、Ｎｉｃｈｉａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎは、３６５ｎｍ及び３７５ｎｍの出力を有する発光ダイオードの開発を発表している。Ｎｉｃｈｉａ製品仕様書ＮＳＨＵ５５０Ａ、ＮＳＨＵ５９０Ａ、ＮＳＨＵ５５０Ｂ及びＮＳＨＵ５９０Ｂを参照されたい。しかしながら、今日まで、所与の駆動電流に対する出力電力が小さすぎる、発光効率が小さすぎる、デバイスの寿命が短すぎるなどを始めとするいくつかの基本的な技術的課題のため、放出波長が約３６０ｎｍ未満の高効率ＤＵＶ  ＬＥＤは、未だに達成されていない。
【０００７】
Ｅｄｍｏｎｄらに対する非特許文献１に、窒化ガリウムをベースとする優れた効率のＬＥＤ及び炭化ケイ素上のレーザが記載されている。この刊行物の要約書によれば、金属有機気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）を使用して単結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板の上にグループＩＩＩ窒化膜層を成長させることによって発光ダイオード（ＬＥＤ）及びレーザダイオード（ＬＤ）が製造される。２０ｍＡ、４．１Ｖで動作する３２１ｎｍから３４３ｎｍまでの遠紫外線（ＵＶ）ＬＥＤの出力は、それぞれ０．２〜２．９ｍＷであり、０．２６〜４．０％の外部量子効率（ＥＱＥ）に相当している。可視スペクトルでは、４５５〜４６０ｎｍのブルー領域で、２０ｍＡ、３．１Ｖにおける出力２５．５ｍＷに相当する最大４７％のＥＱＥが達成されている。３９５ｎｍ（バイオレット）ではＥＱＥの値は３０％以下に減少し、５３５ｎｍ（グリーン）では２２％以下に減少する。欠陥と電荷担体の間の相互作用が、より短い波長（＜〜４４０ｎｍ）における放射再結合過程を支配していると推測され、一方、グリーン領域で優勢であるより長い波長では圧電偏光が支配していることを証拠が示している。発光体励起を介した２４ｍＷブルーチップを使用して白色ＬＥＤが製造され、その発光効率は７８ルーメン／Ｗである。この発光効率は、標準の白熱電球の発光効率よりはるかに優れている。３４８ｎｍから４１０ｎｍまでの連続発振（ＣＷ）ＬＤ動作が達成され、また、３４３ｎｍの短い波長でのパルス動作が達成されている。
【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によれば、３６０ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率（ｗａｌｌｐｌｕｇ  ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）が少なくとも４％である発光デバイス及び発光デバイス製造方法が提供される。他の実施形態では、発光効率は少なくとも５％である。さらに他の実施形態では、発光効率は少なくとも６％である。また、半導体発光デバイスは、少なくとも１００時間、少なくとも５００時間又は少なくとも１０００時間の直流寿命を有することができる。
【０００９】
他の実施形態では、発光デバイスは、３４５ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率は少なくとも２％である。他の実施形態では、この波長レンジで放出するデバイスの発光効率は少なくとも３％である。さらに他の実施形態では、発光効率は少なくとも４％である。また、半導体発光デバイスは、少なくとも１００時間、少なくとも５００時間又は少なくとも１０００時間の直流寿命を有することができる。
【００１０】
さらに他の実施形態では、発光デバイスは、３３０ｎｍ未満の波長で放出し、発光効率は少なくとも０．４％である。また、半導体発光デバイスは、少なくとも１００時間、少なくとも５００時間又は少なくとも１０００時間の直流寿命を有することができる。
【００１１】
本発明の特定の実施形態では、発光デバイスは、３４５ｎｍ以下のピーク出力波長を有しており、また、０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度において少なくとも４％の発光効率及び／又は０．０８μＡ／μｍ２未満の電流密度において少なくとも６％の発光効率を有している。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、３６０ｎｍ以下のピーク出力波長を有し、かつ、チップサイズに正規化された少なくとも約０．０４７μＷ／μｍ２の放射出力を提供する発光デバイス及び発光デバイス製造方法が提供される。いくつかの実施形態では、ピーク出力波長は３４５ｎｍ以下である。このような実施形態では、発光デバイスは、少なくとも３％の発光効率を有することができ、さらには少なくとも６％の発光効率を有することができる。いくつかの実施形態では、ピーク出力波長は３２０ｎｍ以下である。
【００１３】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ｎ型ＳｉＣ基板及びｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層を備えた低欠陥密度ベース構造を含んだ発光デバイス及び発光デバイス製造方法が提供される。３６０ｎｍ未満の波長の光を放出する低欠陥密度ベース構造上に量子井戸能動領域が提供されている。量子井戸能動領域は、ＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層又はＡｌＩｎＧａＮ層及びドープされたＡｌＧａＮ障壁層を備えている。量子井戸能動領域上にＡｌＧａＮ層が提供され、また、ＡｌＧａＮ層上にＧａＮをベースとするコンタクト層が提供されている。ドープＧａＮ層は、欠陥密度が約４×１０８ｃｍ−２未満のドープＧａＮ層であってもよい。ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層は、ケイ素がドープされたＧａＮからなっていてもよい。量子井戸能動領域上のＡｌＧａＮ層は、ｐ型ドーパントがドープされた、量子井戸能動領域上のＡｌＧａＮ層を備えることができる。また、ＡｌＧａＮ層上のＧａＮをベースとするコンタクト層は、ｐ型ドーパントがドープされたＧａＮベースのコンタクト層を備えることができる。ｐ型ドーパントはＭｇからなっていてもよい。障壁層にはＳｉをドープすることができる。
【００１４】
他の実施形態では、量子井戸能動領域は、１０個の量子井戸層及び１１個の障壁層を備えており、隣接する障壁層の間に量子井戸層が配置されている。他の実施形態では、量子井戸能動領域は、５個の量子井戸層及び６個の障壁層を備えており、隣接する障壁層の間に量子井戸層が配置されている。発光デバイスは、その全体の厚さを約２．５μｍ未満にすることができる。さらに他の実施形態では、デバイスの全体の厚さを２．０μｍ未満にすることができ、さらには１．０μｍ未満にすることができる。
【００１５】
本発明のいくつかの実施形態によれば、ドープされたＧａＮ層上に量子井戸能動領域を含んだ発光デバイス及び発光デバイス製造方法が提供される。量子井戸能動領域は、３６０ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成されており、０＜ｗ≦１、０≦ｘ＜１及び０＜ｗ＋ｘ≦１であり、また、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供するＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなる障壁層と、この障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜１、０≦ｚ＜１及び０≦ｙ＋ｚ＜１であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなる井戸層とを備えている。
【００１６】
本発明の他の実施形態には、欠陥密度が４×１０８ｃｍ−２以下のバッファ構造が含まれている。いくつかの実施形態では、このバッファ構造は、ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層を備えており、量子井戸能動領域は、ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層上に提供されている。
【００１７】
本発明の追加実施形態には半導体基板が含まれており、量子井戸能動領域は、この半導体基板上に提供されている。半導体基板は、導電性であってもあるいは絶縁性であってもよい。いくつかの実施形態では、半導体基板はＳｉＣ又はＧａＮからなっている。他の実施形態では、半導体基板はサファイヤからなっている。
【００１８】
他の実施形態では、ｐ型ドーパントがドープされた、０＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮの第１の層を量子井戸能動領域上に提供することができ、また、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮの第２の層を第１の層上に提供することができる。
【００１９】
本発明の特定の実施形態では、障壁層はｎ型ドーパントでドープされている。ｎ型ドーパントはＳｉであってもよい。ｐ型ドーパントはＭｇであってもよい。障壁層は約１０Åから約１００Åの厚さにすることができ、また、井戸層は約１０Åから約３０Åの厚さにすることができる。第１の層は約５０Åの厚さにすることができ、また、第２の層は約３００Åの厚さにすることができる。
【００２０】
本発明の他の実施形態では、障壁層は、０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは約１０Åから約５０Åである。井戸層は、障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．４であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは約１０Åから約３０Åである。第１の層は、量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは約５０Åから約２５０Åである。第２の層は、第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは約２００Åから約６００Åである。量子井戸能動領域は、井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えており、発光デバイスのピーク出力波長は３６０ｎｍ以下である。
【００２１】
本発明の追加実施形態では、障壁層は、０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは約１０Åから約５０Åである。井戸層は、障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは約１０Åから約３０Åである。第１の層は、量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは約５０Åから約２５０Åである。第２の層は、第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは約２００Åから約６００Åである。量子井戸能動領域は、井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えており、発光デバイスのピーク出力波長は３３０ｎｍ以下である。
【００２２】
本発明のさらに他の実施形態では、井戸層は、ｗ＝０、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは１５Åである。井戸層は、障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは３５Åである。第１の層は、量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは８５Åである。第２の層は、第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは３００Åである。量子井戸能動領域は、井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備えており、発光デバイスのピーク出力波長は約３４０ｎｍである。
【００２３】
本発明のさらに他の実施形態では、井戸層は、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは１５Åである。障壁層は、障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｙ＝０．５、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは２０Åである。第１の層は、量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは２３０Åである。第２の層は、第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは３００Åである。量子井戸能動領域は、井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備えており、発光デバイスのピーク出力波長は約３２５ｎｍである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明について、本発明の実施形態を示す添付の図面を参照してより完全に説明する。しかしながら、本発明は、本明細書に示されているこれらの実施形態に限定されるものとして解釈してはならない。そうではなく、これらの実例実施形態は、本開示を綿密で、かつ、完全なものにし、また、本発明の技術的範囲を当業者に完全に伝えるために提供されたものである。図面では、層の厚さ及び領域は、分かり易くするために誇張されている。同様の番号は、すべての図面を通して同様の構成要素を表している。本明細書に使用されているように、「及び／又は」という用語には、記述されている関連項目のうちの１つ又は複数の任意の組合せ及びあらゆる組合せが含まれている。
【００２５】
本明細書に使用されている用語は、特定の実例実施形態の説明を目的としたものにすぎず、本発明の制限を意図したものではない。本明細書に使用されているように、単数の形で表現されている場合であっても、単数であることをコンテキストが明確に示していない限り、その表現には複数形が包含されているものとする。また、本明細書に使用されている「備えた」及び／又は「備えている」という用語は、言及されている特徴、完全体、ステップ、動作、エレメント及び／又はコンポーネントの存在を特定しているが、１つ又は複数の他の特徴、完全体、ステップ、動作、エレメント、コンポーネント及び／又はそれらのグループの存在又は追加を排除するものではない。
【００２６】
層、領域又は基板などのエレメントが、他のエレメントの「上に置かれている」、というように表現されている場合、それは、他のエレメントの上に直接置かれている場合もあれば、あるいはそれらの間に介在するエレメントが存在している場合もある。それに対して、あるエレメントが他のエレメントの「上に直接置かれている」、というように表現されている場合、それらの間に介在するエレメントは存在していない。また、あるエレメントが他のエレメントに「接続されている」あるいは「結合されている」、というように表現されている場合、それは、他のエレメントに直接接続又は結合されている場合もあれば、あるいはそれらの間に介在するエレメントが存在している場合もある。それに対して、あるエレメントが他のエレメントに「直接接続されている」あるいは「直接結合されている」、というように表現されている場合、それらの間に介在するエレメントは存在していない。同様の番号は、本明細書を通して同様の構成要素を表している。
【００２７】
第１、第２などの用語は、本明細書においては、様々なエレメント、コンポーネント、領域、層及び／又はセクションを示すために使用されているが、これらのエレメント、コンポーネント、領域、層及び／又はセクションをこれらの用語によって制限してはならない。これらの用語は、１つのエレメント、コンポーネント、領域、層又はセクションを他の領域、層又はセクションから区別するために使用されているにすぎない。したがって、以下で説明されている第１のエレメント、コンポーネント、領域、層又はセクションは、本発明の教示から逸脱することなく、第２のエレメント、コンポーネント、領域、層又はセクションとして表現することも可能である。
【００２８】
また、「下部」又は「底部」及び「上部」又は「頂部」などの相対語は、本明細書では、図に示されている１つのエレメントの他のエレメントに対する関係を示すべく使用されている。これらの相対語には、図に示されている配向以外に、デバイスの異なる配向を包含することが意図されている。例えば、図に示されているデバイスを上下逆さまにすると、他のエレメントの「下部」側に配向されている、というように説明されているエレメントは、今度は他のエレメントの「上部」側に配向されることになる。したがって、「下部」という典型的な用語には、図の特定の配向に応じて、「下部」及び「上部」の配向の両方が包含されている。同様に、ある図面に示されているデバイスを上下逆さまにすると、他のエレメントの「下方」又は「真下」として説明されているエレメントは、今度は他のエレメントの「上方」に配向されることになる。したがって「下方」又は「真下」という典型的な用語には、上方及び下方の配向の両方が包含されている。
【００２９】
本発明の実施形態は、本明細書においては、本発明の理想化された実施形態の概略を示す横断面図を参照して説明されている。したがって、例えば、製造方法及び／又は製造公差の結果として、図に示す形状からの変形形態が期待される。したがって、本発明の実施形態は、本明細書において示されている特定の領域形状に限定されるものとして解釈してはならず、例えば、製造に起因する形状の逸脱が包含されているものとする。例えば、長方形として図に示され、あるいは説明されているエッチング領域は、通常、丸い形状又は湾曲した形状を有している。したがって図に示されている領域は、本質的にその概要を示したものであり、それらの形状には、デバイスの領域の形状を正確に示すこと、及び本発明の技術的範囲を制限することは意図されていない。
【００３０】
特に定義されていない限り、本明細書に使用されているすべての用語（技術用語及び科学用語を含む）は、本発明に関連している当業者に広く理解されている意味と同じ意味を有している。また、広く使用されている辞書に定義されている用語は、関連する技術のコンテキストにおけるそれらの意味と矛盾しない意味を有するものとして解釈すべきであり、そうであることが本明細書において明確に定義されていない限り、理想化された、あるいは極端に形式的な意味で解釈してはならない。
【００３１】
また、他のフィーチャに「隣接して」配置される構造又はフィーチャ、という表現が使用されている場合、隣接するフィーチャと重畳する部分、又は隣接するフィーチャの下に横たわる部分を有している。
【００３２】
本明細書において開示されるＬＥＤの様々な実施形態には基板が含まれているが、ＬＥＤを備えたエピタキシャル層が成長するエピタキシャル成長基板を除去し、元の基板とは異なる熱特性、電気特性、構造特性及び／又は光学特性を有することができる代替キャリア基板、すなわち、サブマウントの上に自立型エピタキシャル層を実装することができる。本明細書において説明されている本発明は、結晶性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除去され、代替キャリア基板に結合された構造と共に利用することも可能である。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態は、本明細書中で説明されている低欠陥密度ベース構造上に形成された能動領域を有する遠紫外線発光デバイスを提供することができる。本明細書に使用されているように、特に明記されていない限り、遠紫外線は、３６０ｎｍ以下のピーク出力波長を意味している。本発明の他の実施形態によれば、発光効率が改善された遠紫外線発光デバイスが提供される。発光効率は、入力電力に対する出力電力の比率を意味している。また、本発明のいくつかの実施形態によれば、直流寿命が改善された遠紫外線発光デバイスが提供される。直流寿命は、デバイスの出力電力が連続波動作又は連続波動作と等価の動作で５０％まで低下するのに要する時間を意味している。例えば、パルス動作を利用する場合、直流寿命は、デバイスが活動状態である間の合計時間であり、非活動状態である時間は含まれていない。本発明のさらに他の実施形態によれば、高電流密度をサポートする遠紫外線発光デバイスが提供される。
【００３４】
本発明の実施形態は、場合によっては、窒化膜をベースとする発光デバイス、例えば、グループＩＩＩ窒化膜をベースとするデバイスなどに使用するためにとりわけ適している。本明細書に使用されているように、「グループＩＩＩ窒化膜」という用語は、窒素と、周期表のグループＩＩＩの元素、通常はアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）及び／又はインジウム（Ｉｎ）との間で形成される半導体化合物を意味している。また、この用語は、ＡｌＧａＮ及びＡｌＩｎＧａＮなどの三元化合物及び四元化合物を意味している。当業者には十分に理解されるように、グループＩＩＩの元素は、窒素と化合して二元化合物（例えば、ＧａＮ）、三元化合物（例えばＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮ）及び四元化合物（例えば、ＡｌＩｎＧａＮ）を形成することができる。これらの化合物は、すべて、１モルの窒素が合計１モルのグループＩＩＩ元素と化合する実験式を有している。したがって、０≦ｘ≦１であるＡｌＸＧａ１−ＸＮなどの式を使用してそれらを記述することができる。また、ＧａＮをベースとする材料、という表現は、ＧａＮを含有した材料を意味しており、ＧａＮを含有した二元材料、三元材料、四元材料又は他の材料を含むことができる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態による発光デバイスは、発光ダイオード、レーザダイオード及び／又は１つ又は複数の半導体層（ケイ素、炭化ケイ素、窒化ガリウム及び／又は他の半導体材料を含有することができる）を備えた他の半導体デバイスと、基板（サファイヤ基板、ケイ素基板、炭化ケイ素基板、窒化ガリウム基板及び／又は他の超小型電子技術基板など）と、１つ又は複数のコンタクト層（金属層及び／又は他の導電層など）とを備えることができる。いくつかの実施形態では、ＬＥＤなどの、ピーク出力波長が３６０ｎｍ以下の遠紫外線発光デバイスが提供される。いくつかの実施形態では、ＬＥＤなどの、ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下の遠紫外線発光デバイスが提供される。本発明の他の実施形態では、ＬＥＤなどの、ピーク出力波長が３３０ｎｍ以下の遠紫外線発光デバイスが提供される。
【００３６】
本発明の特定の実施形態では、ピーク出力波長が３６０ｎｍ以下で、発光効率が４％を超える発光デバイスが提供される。この発光効率は、いくつかの実施形態で５％を超え、また、他の実施形態では６％を超えている。いずれの場合においても電流密度は０．３５μＡ／μｍ２未満である。本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下で、発光効率が２％もしくは３％又は４％を超える発光デバイスが提供される。いずれの場合においても電流密度は０．３５μＡ／μｍ２未満である。他の実施形態では、電流密度が０．０８μＡ／μｍ２未満の場合に、発光効率が６％を超える。本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク出力波長が３３０ｎｍ以下で、電流密度が０．３５μＡ／μｍ２未満の場合に発光効率が少なくとも０．４％の発光デバイスが提供される。
【００３７】
本発明の特定の実施形態では、ピーク出力波長が３６０ｎｍ以下で、大まかに０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度における出力電力が少なくとも５ｍＷの発光デバイスが提供される。本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下で、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度における出力電力が少なくとも３ｍＷの発光デバイスが提供される。本発明の他の実施形態では、ピーク出力波長が３３０ｎｍ以下で、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度における出力電力が少なくとも０．３ｍＷの発光デバイスが提供される。
【００３８】
本明細書に使用されているように、電流密度は、単位面積当たりの電流を意味している。このような単位面積は、場合によっては発光デバイスの面積に対応しており、単位面積当たりの測値は、発光デバイスの面積における平均電流密度を表している。したがって、例えば、デバイスの特定の領域が平均電流密度より大きい場合もあれば、デバイスの他の領域が平均電流密度より小さい場合もある。
【００３９】
特に明記されていない限り、複数のチップのアレイ又は単一のチップに適用することができる発光デバイスの性能特性は、本明細書においては、複数のチップのアレイではなく、単一のチップを参照して提供されたものである。したがって、例えば、３ｍＷの出力電力は、複数のチップのアレイの出力電力ではなく、単一のチップの出力電力である。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態には、低欠陥密度ベース構造の上に能動領域が組み込まれている。本明細書に使用されているように、ベース構造は、その上に能動領域が形成される構造を意味している。低欠陥密度ベース構造は、欠陥密度が約４×１０８ｃｍ−２未満の能動領域がその上に形成される層を有するベース構造を意味している。本明細書に使用されているように、欠陥密度という用語は、単位面積当たりのスレーディング転位の数を意味している。このような単位面積は、場合によっては発光デバイスの面積に対応しており、単位面積当たりの測値は、発光デバイスの面積における平均欠陥数を表している。したがって、例えば、デバイスの特定の領域が平均欠陥数より多い場合もあれば、デバイスの他の領域が平均欠陥数より少ない場合もある。転位密度は、グループＩＩＩ窒化物材料のスレーディング転位欠陥の測定に使用されるような従来の欠陥測定法を使用して測定することができる。このような測定法には、例えば、エッチング及び光学イメージング及び／又は原子間力顕微鏡法がある。エッチング又は研磨に引き続いて、スレーディング転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ  ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）の場所に直径の小さい浅いピットが形成され、原子間力顕微鏡法によって容易に観察することができる。スレーディング転位密度がサンプルされ、平均値を使用してスレーディング転位欠陥密度が特性化される。
【００４１】
本発明の特定の実施形態では、ピーク出力波長が３６０ｎｍ以下で、直流寿命が１００時間を超え、いくつかの実施形態では５００時間を超え、また、いくつかの実施形態では１０００時間を超える発光デバイスが提供される。本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下で、直流寿命が１００時間を超え、いくつかの実施形態では５００時間を超え、また、いくつかの実施形態では１０００時間を超える発光デバイスが提供される。本発明のいくつかの実施形態によれば、ピーク出力波長が３３０ｎｍ以下で、直流寿命が１００時間を超え、いくつかの実施形態では５００時間を超え、また、いくつかの実施形態では１０００時間を超える発光デバイスが提供される。
【００４２】
図１は、本発明のいくつかの実施形態による、発光ダイオードなどの発光デバイスを示した横断面図である。図１に示すように、ｎ型ＳｉＣ基板１０は、基板１０の第１の表面に配置された任意選択のバッファ層１２を有している。ＳｉＣ基板は、Ｎｏｒｔｈ  Ｃａｒｏｌｉｎａ州Ｄｕｒｈａｎ在所のＣｒｅｅ社から入手することができるような基板であってもよい。ＳｉＣ基板を製造するための技術は当業者に知られており、したがって、本明細書においては詳細な説明は省略する。例えば、参照によりその内容全体が本明細書に組み込まれている特許文献８、特許文献９及び特許文献１０に、ＳｉＣ基板を製造するための方法が記載されている。本発明の特定の実施形態では、ＳｉＣ基板は、ＳｉＣの６Ｈポリタイプ又は４Ｈポリタイプであってもよい。本発明の例示的実施形態は、導電性ＳｉＣ基板を参照して説明されているが、導電性ＧａＮ基板などの他の基板を使用することも可能である。また、サファイヤなどの絶縁基板及び／又は絶縁又は半絶縁ＳｉＣ又はＧａＮを横型デバイス構造で利用することも可能である。
【００４３】
バッファ層１２は、ＡｌＧａＮであっても、あるいはバッファ層１２上に低欠陥密度グループＩＩＩ窒化膜層を成長させることができる他の適切なバッファ層であってもよい。いくつかの実施形態では、バッファ層１２は、任意選択で、炭化ケイ素基板の表面にＡｌＧａＮキャップで覆われた窒化ガリウムドット（図示せず）を含むことができる。したがってバッファ層１２は、ドット及びそれらのキャップ上に位置している、と記述することも可能である。特許文献３及び特許文献４に、このような構造及びこのような構造を製造する方法が記載されている。これらの特許文献の開示は、あたかもその全体が示されているものとして本明細書に組み込まれている。また、特許文献１１及び特許文献１２に、例示的バッファ構造及び組成が示されている。これらの特許文献の開示は、あたかもその全体が示されているものとして本明細書に組み込まれている。
【００４４】
図１にさらに示すように、バッファ層１２は、例えば、ＳｉＮ層であってもよい任意選択マスク領域１４、及びバッファ層及びマスク領域１４上に形成された、ＳｉがドープされたＧａＮ層などのグループＩＩＩ窒化膜層１６を含むことができる。ＳｉＣは、化学量論的であっても、あるいは非化学量論的であってもよい。ＳｉＮ層１４を含むことにより、グループＩＩＩ窒化膜層１６のエピタキシャルラテラルオーバグロース（ｅｐｉｔａｘｉａｌ  ｌａｔｅｒａｌ  ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）を提供することができ、それによりグループＩＩＩ窒化膜層１６の欠陥密度を小さくすることができる。ＧａＮ層などのグループＩＩＩ窒化膜層を成長させるための、カンチレバー成長又はペンデオ−エピタキシャル（ｐｅｎｄｅｏ−ｅｐｉｔａｘｉａｌ）成長などの他の技法を利用することも可能である。カンチレバー成長、ペンデオ−エピタキシャル成長及び／又はエピタキシャルラテラルオーバグロースのための方法は当業者に知られており、本明細書においては詳細な説明は省略する。しかしながら、例えば、特許文献２、特許文献１３乃至３０に、このような成長の例が記載されている。これらの特許文献の開示は、参照により、あたかもその全体が本明細書に示されているものとして本明細書に組み込まれている。同様に、例えば、特許文献３１、特許文献１１、特許文献１２及び特許文献３２に、場合によっては本発明のいくつかの実施形態に使用するために適した、グループＩＩＩ窒化物をエピタキシャル成長させるための他の方法が記載されている。これらの特許文献の内容は、同じく参照によりその全体が本明細書に組み込まれている。
【００４５】
上述したように、グループＩＩＩ窒化膜層１６は、バッファ層１２上に提供されている。本発明の特定の実施形態では、グループＩＩＩ窒化膜層には、Ｓｉなどのｎ型ドーパントがドープされている。本発明の他の実施形態では、グループＩＩＩ窒化膜層は、ＳｉがドープされたＧａＮである。グループＩＩＩ窒化膜層１６は、上述したように、低欠陥密度層にすることができ、４×１０８ｃｍ−２以下の欠陥密度を有している。本発明のいくつかの実施形態では、グループＩＩＩ窒化膜層１６の厚さは、約０．８μｍから約２．０μｍである。本発明の特定の実施形態では、基板１０、バッファ層１２及び／又はグループＩＩＩ窒化膜層１６は、発光デバイスの出力波長範囲内で吸収している。
【００４６】
量子井戸能動領域２０は、グループＩＩＩ窒化膜層１６上に提供されている。量子井戸能動領域２０は、１つ又は複数の量子井戸構造を含むことができ、量子井戸構造の障壁層は、ＧａＮのバンドギャップを有している。ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーに近い障壁エネルギー、例えば、ＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内の障壁エネルギーを有している。本発明の特定の実施形態では、量子井戸能動領域２０には、３個から１２個の量子井戸が含まれている。井戸層の厚さ及び組成は、所望の出力波長が提供されるように選択することができる。また、井戸層の厚さを変化させることにより、井戸層の組成の変化をオフセットさせることができる。例えば、約１５Åの厚さを有するＧａＮ井戸層を利用して、３４０ｎｍの出力波長を提供することができ、また、ＡｌＧａＮ井戸層を利用して、３２０ｎｍの出力波長を提供することができる。したがって、障壁層及び井戸層の厚さ及び組成を選択することによって量子井戸及び障壁層の特性を選択することができ、それにより最適性能が提供される。これには、性能を維持しつつ放出波長にキャリア拘束を提供するための十分な組成の平衡化を含むことができる。また、これには、膜中の応力（ひずみ）を最小化し、延いてはエピタキシャル層の亀裂を最小化しつつ十分なキャリア拘束を提供するための厚さの最適化を含むことができる。以下、量子井戸能動領域２０の特定の構造について、さらに詳細に説明する。
【００４７】
図２は、本発明のいくつかの実施形態による遠紫外線半導体発光デバイスの能動領域の詳細図である。図２には、５つの量子井戸構造を有する量子井戸能動領域２０が示されているが、本明細書の中で説明されているように、他の数の量子井戸構造を提供することも可能である。図２に示すように、量子井戸構造には、互いに複数回にわたって反復している障壁層２２及び井戸層２４が含まれている。井戸層２４の各々は、２つの相対する障壁層２２の間に配置されている。したがって、井戸層２４がｎ個の場合、ｎ＋１個の障壁層２２が提供されることになる。また、障壁層２２は、例えば、"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"という名称の特許文献３３に記載されているように、１つ又は複数の層として提供することも可能である。上記特許文献の開示は、あたかもその全体が示されているものとして本明細書に組み込まれている。障壁層２２及び井戸層２４は、上述したような従来のグループＩＩＩ窒化膜成長技法を使用して製造することができる。本発明の特定の実施形態では、障壁層２２の厚さは約１０Åから約１００Åであり、井戸層２４の厚さは約１０Åから約３０Åである。
【００４８】
もう一度図１を参照すると、量子井戸能動領域２０上に、ｐ型ドーパントがドープされたＡｌＧａＮ層３０が提供されている。本発明の特定の実施形態では、ＭｇをＡｌＧａＮ層３０にドープすることができる。本発明の他の実施形態では、ＡｌＧａＮ層３０は、約４０％から約６０％の百分率のアルミニウムを含有することができる。また、ＡｌＧａＮ層３０の厚さは、約５０Åから約２５０Åにすることができる。
【００４９】
また、ＡｌＧａＮ層３０上にコンタクト層３２を提供することも可能である。コンタクト層３２は、ＧａＮをベースとする層であってもよく、また、ＡｌＧａＮ層３０より少ない百分率のＡｌを含有することができる。コンタクト層３２には、Ｍｇなどのｐ型ドーパントをドープすることができ、また、その厚さは、約２００Åから約６００Åにすることができる。ＡｌＧａＮ層３０及びコンタクト層３２は、上で説明したような従来のグループＩＩＩ窒化膜成長法を使用して製造することができる。
【００５０】
図１にさらに示すように、コンタクト層３２の上にオーミックコンタクト４０を提供し、また、基板１０の第１の表面とは反対側の第２の表面にオーミックコンタクト４２を提供することができる。コンタクト４０は、白金コンタクトであってもよい。他の材料をオーミックコンタクト４０に使用することも可能である。例えばオーミックコンタクトは、ロジウム、酸化亜鉛、パラジウム、酸化パラジウム、チタン、ニッケル／金、酸化ニッケル／金、酸化ニッケル／白金、及び／又はチタン／金からなっていてもよい。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクトの平均厚さは５０Å未満である。いくつかの実施形態では、オーミックコンタクトの平均厚さは２５Å未満であり、また、他の実施形態では、オーミックコンタクトの平均厚さは１５Å未満である。さらに他の実施形態では、オーミックコンタクトの平均厚さは約１０Åである。他の実施形態では、オーミックコンタクトの平均厚さは５Å以下、３Å以下、さらには約１Åである。
【００５１】
オーミックコンタクト４０は、電子ビーム（ｅビーム）蒸着法、又は薄い金属膜を原子的に制御可能に形成するための他の適切な任意の方法を使用して形成することができる。例えば、適切なプロセス制御が維持されることを条件として、電気めっきによってオーミックコンタクトを形成することも可能である。電子ビーム蒸着法の場合、金属源ターゲットが真空チャンバ内で高強度電子ビームによって蒸発点まで加熱され、ターゲットのある領域が融解する。チャンバ内に置かれたエピタキシャルウェーハが蒸発した金属で制御可能にコーティングされる。非特許文献２に、Ｅビーム蒸着法及び他の膜蒸着法が記載されている。
【００５２】
プロセスの成膜速度は、電流及び電子ビームのエネルギーを変化させることによって制御することができる。いくつかの実施形態では、成膜速度は、膜の厚さの適切な制御を維持するために低速に維持され、例えば、１秒当たり０．１〜０．５Åの範囲内に維持されている。また、この膜蒸着は、膜が付着している間、オーミック金属膜が同時に付着するウィットネススライド（ｗｉｔｎｅｓｓ  ｓｌｉｄｅ）の透過特性を監視することによって制御することができる。ウィットネススライドには、サファイヤ、水晶、又は金属膜を付着させることができる他の任意の光透過材料を使用することができる。金属の厚さに対する透過感度は、監視プロセスに使用される光の波長によって決まる。つまり、透過感度は、波長が短いほど敏感である。したがって、いくつかの実施形態では、膜が付着している間、あるいは膜が付着した後に、ＵＶ分光光度計などの、３５０ｎｍ以下の波長で光を放出することができるＵＶ源を使用した監視システムによってサファイヤウィットネススライドの透過特性が測定されている。
【００５３】
コンタクト４２には、ｎ型ＳｉＣ基板１０にオーミックコンタクトを形成するための適切な任意の材料を使用することができる。例えば、基板がＳｉＣである実施形態の場合、オーミックコンタクト４２には、ニッケル又は他の適切な材料を使用することができる。また、基板１０は、デバイスの出力波長で吸収することができるため、コンタクト４２を透明又は反射性にする必要はない。したがって、基板１０にオーミックコンタクトを形成するための適切な任意の方法を利用することができる。このような方法は当業者に知られており、したがって、本明細書においては詳細な説明は省略する。
【００５４】
次に、本発明の特定の実施形態について、図１及び図２に示す発光デバイスの様々な層の特定の組成及び寸法を参照して説明する。
【００５５】
ピーク出力波長が３６０ｎｍ以下の発光デバイスを提供する本発明のいくつかの実施形態では、障壁層２２は、０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは約１０Åから６０Åである。井戸層２４は、障壁層２２上の、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは約１０Åから約３０Åである。ＡｌＧａＮ層３０は、量子井戸能動領域２０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは約５０Åから約２５０Åである。コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ層３０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは約２００Åから約６００Åである。量子井戸能動領域２０は、井戸層２４及び対応する障壁層２２の約３個から約１２個の量子井戸を備えている。
【００５６】
ピーク出力波長が３４５ｎｍ以下の発光デバイスを提供する本発明のいくつかの実施形態では、障壁層２２は、０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは約１０Åから約６０Åである。井戸層２４は、障壁層２２上に設けられ、ｙ＝０及びｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは約１０Åから約３０Åである。ＡｌＧａＮ層３０は、量子井戸能動領域２０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは約５０Åから約２５０Åである。コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ層３０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは約２００Åから約６００Åである。量子井戸能動領域２０は、井戸層２４及び対応する障壁層２２の約３個から約１２個の量子井戸を備えている。
【００５７】
ピーク出力波長が３３０ｎｍ以下の発光デバイスを提供する本発明のいくつかの実施形態では、障壁層２２は、０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは約１０Åから約５０Åである。井戸層２４は、障壁層２２上に設けられ、０＜ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは約１０Åから約３０Åである。ＡｌＧａＮ層３０は、量子井戸能動領域２０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは約５０Åから約２５０Åである。コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ層３０上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは約２００Åから約６００Åである。量子井戸能動領域２０は、井戸層２４及び対応する障壁層２２の約３個から約１２個の量子井戸を備えている。
【００５８】
出力波長が約３４０ｎｍの発光デバイスを提供する本発明のいくつかの実施形態では、井戸層２４は、ｗ＝０、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは１５Åである。障壁層２２は、ケイ素がドープされた、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは３５Åである。ＡｌＧａＮ層３０は、量子井戸能動領域２０上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは５０Åである。コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ層３０上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは３００Åである。量子井戸能動領域２０は、井戸層２４及び対応する障壁層２２の１０個の量子井戸を備えている。
【００５９】
出力波長が約３２５ｎｍの発光デバイスを提供する本発明のいくつかの実施形態では、井戸層２４は、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなっており、その厚さは１５Åである。障壁層２２は、ケイ素がドープされた、ｙ＝０．５、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなっており、その厚さは２０Åである。ＡｌＧａＮ層３０は、量子井戸能動領域２０上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなっており、その厚さは２３０Åである。コンタクト層３２は、ＡｌＧａＮ層３０上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなっており、その厚さは３００Åである。量子井戸能動領域２０は、井戸層２４及び対応する障壁層２２の１０個の量子井戸を備えている。
【００６０】
発光デバイスの出力波長が３３０ｎｍ未満である本発明の特定の実施形態では、ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層の欠陥密度は、約４×１０８ｃｍ−２未満である。
【００６１】
本発明の特定の実施形態では、発光デバイス全体の厚さは約２．５μｍ以下である。本発明の他の実施形態では、発光デバイス全体の厚さは、約１μｍから約２．５μｍである。
【００６２】
図１及び図２は、特定の発光デバイス構造に対する本発明の実施形態を示したものであるが、本発明のいくつかの実施形態によれば、他の構造を提供することも可能である。例えば、本発明のいくつかの実施形態では、ＳｉＣ基板ではなく、サファイヤ基板を利用することができる。このような実施形態では、サファイヤ基板と量子井戸能動領域の間にコンタクト層を提供することができる。したがって、本発明の実施形態は、導電基板又は絶縁基板の上に、縦型デバイス又は横型デバイスとして提供することができる。同様に、図１及び図２には、特定の材料又は特定の構造が示されているが、これらの例示的材料は、本明細書において説明されている材料以外の材料に対する本発明の技術的範囲の制限を意図したものではない。例えば、図２には５つの量子井戸構造が示されているが、他の数の量子井戸構造を利用することも可能である。したがって、本発明の実施形態は、図１及び図２に示す特定の実施例に限定されるものとして解釈してはならない。
【００６３】
以下の非制限実施例は、本発明の実施形態の様々な態様を示したものである。
【００６４】
図３は、３３５ｎｍのピーク波長で放出する本発明の実施形態によるＬＥＤのデバイス性能をグラフに示す図である。この実施例では、デバイスは、チップサイズ２９０μｍ×２９０μｍ、デバイスメササイズ２５０μｍ×２５０μｍ及びデバイスｐ電極サイズ２４０μｍ×２４０μｍを有している。したがって、２０ｍＡの駆動電流では、デバイスは、０．３４７μＡ／μｍ２の電流密度をサポートしている。デバイスの出力電力は、３．７Ｖの順方向電圧で２．６ｍＷである。この実施例の場合、２０ｍＡの駆動電流における対応する発光効率は３．５％である。駆動電流が減少すると発光効率が上昇し、５ｍＡ未満の駆動電流では発光効率は５％超えて上昇する。
【００６５】
図４は、本発明の実施形態による多重３４０ｎｍＬＥＤのバーンイン特性をグラフに示す図である。この実施例では、デバイスは、チップサイズ２９０μｍ×２９０μｍ、デバイスメササイズ２５０μｍ×２５０μｍ及びデバイスｐ電極サイズ２４０μｍ×２４０μｍを有している。したがって、２０ｍＡの駆動電流では、デバイスは、０．３４７μＡ／μｍ２の電流密度をサポートしている。デバイスは、２０ｍＡの定電流モードで駆動され、定期的に出力電力が測定された。１０００時間における低下は１０〜２０％であることが分かる。
【００６６】
図面及び明細書には本発明の実施形態が開示されており、また、特定の用語が使用されているが、それらは包括的かつ記述的な意味で使用されているにすぎず、特許請求の範囲に示されている本発明の技術的範囲を制限するためのものではない。また、特許請求の範囲を、本明細書において説明した実施例及び実施形態に限定してはならない。例えば、ピーク波長が３６０ｎｍ以下で、発光効率が少なくとも４％の半導体発光デバイスが説明されているが、対応する特許請求項によって、これらの特徴を有する他のあらゆる半導体デバイスが企図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明のいくつかの実施形態による遠紫外線半導体発光デバイスを示す横断面図である。
【図２】本発明のいくつかの実施形態による遠紫外線半導体発光デバイスの能動領域の詳細図である。
【図３】３３５ｎｍのピーク波長で放出する本発明の実施形態によるＬＥＤのデバイス性能をグラフに示す図である。
【図４】本発明の実施形態による多重３４０ｎｍＬＥＤのバーンイン特性をグラフに示す図である。
【図１】
2008543056.tif 000003
【図２】
2008543056.tif 000004
【図３】
2008543056.tif 000005
【図４】
2008543056.tif 000006
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月12日(2007.2.12)
【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】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約６０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、２成分ＧａＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域と、
該量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層と、
該第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層と
を備え、前記第１の層が前記第２の層と前記量子井戸能動領域の間に位置し、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項２】
前記井戸層の厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが３５Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが５０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３４０ｎｍ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３】
３３０ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約５０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域と、
該量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである単一の第１の層と、
該第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである単一の第２の層と
を備え、前記単一の第１の層が前記単一の第２の層と前記量子井戸能動領域の間に位置し、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイス。
【請求項４】
前記井戸層が、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．５、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮからなり、その厚さが２０Åであり、
前記単一の第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが２３０Åであり、
前記単一の第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、前記単一の第２の層の厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３２５ｎｍであることを特徴とする請求項３に記載の発光デバイス。
【請求項５】
少なくとも２％の発光効率を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の発光デバイス。
【請求項６】
前記発光効率が、少なくとも３％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項７】
前記発光効率が、少なくとも４％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項８】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項９】
前記発光効率が、約０．０８μＡ／μｍ２未満の電流密度で少なくとも６％であることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１０】
少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１１】
少なくとも５００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１２】
少なくとも１０００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１３】
前記量子井戸能動領域が、低欠陥密度ベース構造上に位置していることを特徴とする請求項５に記載の発光デバイス。
【請求項１４】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項１３に記載の発光デバイス。
【請求項１５】
少なくとも０．４％の発光効率を有することを特徴とする請求項３又は４に記載の発光デバイス。
【請求項１６】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１７】
少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１８】
少なくとも５００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項１９】
少なくとも１０００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項２０】
前記量子井戸能動領域が、低欠陥密度ベース構造上に位置していることを特徴とする請求項１５に記載の発光デバイス。
【請求項２１】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であ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】
前記低欠陥密度ベース構造が、
ｎ型ＳｉＣ基板と、
ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層と
を備えたことを特徴とする請求項１３又は２０に記載の発光デバイス。
【請求項２３】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、約４×１０８ｃｍ−２未満の欠陥密度を有するドープＧａＮ層を備えたことを特徴とする請求項２２に記載の発光デバイス。
【請求項２４】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、ケイ素がドープされたＧａＮからなることを特徴とする請求項２２に記載の発光デバイス。
【請求項２５】
ｎ型ドーパントがドープされた、４×１０８ｃｍ−２以下のスレーディング転位密度を有するＧａＮ層をさらに備え、前記量子井戸能動領域が、ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層上に配置されていることを特徴とする請求項１乃至４にいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項２６】
半導体基板をさらに備え、前記量子井戸能動領域が前記半導体基板上に配置されていたことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の発光デバイス。
【請求項２７】
前記半導体基板が、導電基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項２８】
前記半導体基板が、ＳｉＣ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項２９】
前記半導体基板が、絶縁基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３０】
前記半導体基板が、サファイヤ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３１】
前記半導体基板が、ＧａＮ基板からなることを特徴とする請求項２６に記載の発光デバイス。
【請求項３２】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．２＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．２＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約６０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、２成分ＧａＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域を形成するステップと、
前記量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである第２の層を形成するステップと
を有し、前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えたことを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項３３】
前記井戸層の厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．３、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが３５Åであり、
前記第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが５０Åであり、
前記第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３４０ｎｍであることを特徴とする請求項３２に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３４】
３３０ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
０．３＜ｗ≦０．８、０≦ｘ＜０．２及び０．３＜ｗ＋ｘ≦１であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｘ−ｗＮからなり、その厚さが約１０Åから約５０Åであり、ｗ及びｘが、ＧａＮのバンドギャップエネルギーより大きいか、あるいはＧａＮのバンドギャップエネルギーの約１ｅＶ以内である障壁エネルギーを提供する障壁層と、
該障壁層上に設けられ、０≦ｙ＜０．４、０≦ｚ＜０．１及び０≦ｙ＋ｚ＜０．５であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが約１０Åから約３０Åである井戸層と
を備えた量子井戸能動領域を形成するステップと、
前記量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０．３＜ｐ≦０．８であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが約５０Åから約２５０Åである単一の第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、その厚さが約２００Åから約６００Åである単一の第２の層を形成するステップと
を有し、前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の約３個から約１２個の量子井戸を備えることを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【請求項３５】
前記井戸層が、ｙ＝０．３、ｚ＝０であるＡｌｙＩｎｚＧａ１−ｙ−ｚＮからなり、その厚さが１５Åであり、
前記障壁層が、該障壁層上に設けられ、ケイ素がドープされた、ｗ＝０．５、ｘ＝０であるＡｌｗＩｎｘＧａ１−ｗ−ｘＮからなり、その厚さが２０Åであり、
前記単一の第１の層が、前記量子井戸能動領域上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｐ＝０．５であるＡｌｐＧａ１−ｐＮからなり、その厚さが２３０Åであり、
前記単一の第２の層が、前記第１の層上に設けられ、Ｍｇがドープされた、ｑ＝０であるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなり、前記単一の第２の層の厚さが３００Åであり、
前記量子井戸能動領域が、前記井戸層及び対応する障壁層の１０個の量子井戸を備え、
前記発光デバイスのピーク出力波長が約３２５ｎｍであることを特徴とする請求項３４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３６】
前記発光デバイスが、少なくとも２％の発光効率を有することを特徴とする請求項３２又は３３に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３７】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３８】
前記発光デバイスが、少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項３９】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、低欠陥密度ベース構造を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が前記低欠陥密度ベース構造上に形成されることを特徴とする請求項３６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４０】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項３９に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４１】
前記発光デバイスが、少なくとも０．４％の発光効率を有することを特徴とする請求項３４又は３５に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４２】
前記発光効率が、約０．３５μＡ／μｍ２未満の電流密度で提供されることを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４３】
前記発光デバイスが、少なくとも１００時間の直流寿命を有することを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４４】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、低欠陥密度ベース構造を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が前記低欠陥密度ベース構造上に形成されることを特徴とする請求項４１に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４５】
前記低欠陥密度ベース構造のスレーディング欠陥密度が、４×１０８ｃｍ−２未満であることを特徴とする請求項４４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４６】
前記低欠陥密度ベース構造を形成するステップが、
ｎ型ドーパントがドープされたＧａＮ層をｎ型ＳｉＣ基板上に形成するステップを有することを特徴とする請求項３９又は４４に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４７】
ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、約４×１０８ｃｍ−２未満の欠陥密度を有するドープＧａＮ層を備えることを特徴とする請求項４６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４８】
型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層が、ケイ素がドープされたＧａＮからなることを特徴とする請求項４６に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項４９】
前記量子井戸能動領域を形成するステップの前に、ｎ型ドーパントがドープされた、４×１０８ｃｍ−２以下のスレーディング転位密度を有するＧａＮ層を形成するステップが先行し、前記量子井戸能動領域が、ｎ型ドーパントがドープされた前記ＧａＮ層上に配置されることを特徴とする請求項３２から３５に記載の発光デバイスの製造方法。
【請求項５０】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
ＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層と、
該障壁層上に設けられ、二元ＧａＮからなる井戸層と
を備えた量子井戸能動領域と、
前記量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされたＡｌｐＧａ１−ｐＮからなる第１の層と、
該第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなる第２の層と
を備え、前記第１の層が前記第２の層と前記量子井戸能動領域の間に位置することを特徴とする発光デバイス。
【請求項５１】
３４５ｎｍ以下のピーク出力波長で放出するように構成され、
ＡｌＩｎＧａＮからなる障壁層と、
該障壁層上に設けられ、二元ＧａＮからなる井戸層と
を備えた量子井戸能動領域を形成するステップと、
前記量子井戸能動領域上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされたＡｌｐＧａ１−ｐＮからなる第１の層を形成するステップと、
前記第１の層上に設けられ、ｐ型ドーパントがドープされた、０≦ｑ＜ｐであるＡｌｑＧａ１−ｑＮからなる第２の層を形成するステップと
を有することを特徴とする発光デバイスの製造方法。
【国際調査報告】
2008543056.tif 000007
2008543056.tif 000008
2008543056.tif 000009