(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板の上に配置された窒化ガリウムからなるテンプレート層と、
前記テンプレート層上に形成され、窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを１つの周期とする複数の周期からなる超格子構造の半導体層と、
前記半導体層の上に接触して配置されるｎ形層であって、少なくとも５００ナノメートルを超える厚さを有するｎ形層と、
前記ｎ形層の上に配置され、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む活性層であって、少なくともインジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む、活性層と、
前記ｎ形層と前記活性層との間に配置され、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む超格子層であって、第１のインジウム濃度を有する第１のインジウム窒化ガリウムサブレイヤーと、前記第１のインジウム濃度とは異なる第２のインジウム濃度を有する第２のインジウム窒化ガリウムサブレイヤーと、を少なくとも含むか、もしくは、インジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む超格子層と、
前記活性層の上に配置されるｐ形層と、
前記ｎ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第１電極と、
前記ｐ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第２電極と、
を備え、
前記半導体層のシート抵抗は、室温で１５Ω／□未満であり、
前記ｎ形層の前記シート抵抗は、室温で１５Ω／□よりも高く、
前記半導体層において、前記窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーの厚さは、前記窒化ガリウムサブレイヤーの厚さの半分未満であり、  
前記活性層は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流により非単色光を放射し、
前記非単色光は、前記ｐ形層を通過する発光ダイオード。
【請求項２】
窒化ガリウムからなるテンプレート層と、
前記テンプレート層上に形成され、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む超格子構造の半導体層であって、少なくとも窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び前記窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーよりも厚い窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む半導体層と、
前記半導体層の上に接触して配置されるｎ形層と、
前記ｎ形層の上に配置され、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む活性層であって、少なくともインジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む活性層と、
前記活性層の上に配置されるｐ形層と、
前記ｎ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第１電極と、
前記ｐ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第２電極と、
を備え、
前記活性層は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流により光を放射し、
前記光は、前記ｐ形層を通過し、
前記半導体層は、前記ｎ形層よりも高導電性である、発光ダイオード。
【請求項３】
周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む半導体層であって、少なくとも窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期を含む半導体層と、
前記半導体層の上に接触して配置されるｎ形層と、
前記ｎ形層の上に配置され、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含む活性層であって、少なくともインジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む活性層と、
前記活性層の上に配置されるｐ形層と、
前記ｎ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第１電極と、
前記ｐ形層の少なくとも一部分上に電気的接触して配置される第２電極と、
を備え、
前記活性層は、前記第１電極と前記第２電極との間を流れる電流により光を放射し、
前記光は、前記ｐ形層を通過し、
前記半導体層のシート抵抗は前記ｎ形層のシート抵抗よりも小さい、発光ダイオード。
【請求項４】
前記半導体層において、前記窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーの厚さは、前記窒化ガリウムサブレイヤーの厚さの半分未満である請求項２または３に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記半導体層において、前記窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーの厚さは、前記窒化ガリウムサブレイヤーの厚さと実質的に同じである請求項３記載の発光ダイオード。
【請求項６】
前記ｎ形層と前記活性層との間に配置される超格子層を更に備え、
前記超格子層は、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含み、第１のインジウム濃度を有する第１のインジウム窒化ガリウムサブレイヤーと、前記第１のインジウム濃度とは異なる第２のインジウム濃度を有する第２のインジウム窒化ガリウムサブレイヤーと、を少なくとも１つの周期に含む請求項２乃至５のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項７】
前記ｎ形層と前記活性層との間に配置される超格子層を更に備え、
前記超格子層は、周期的な構成を有する複数のサブレイヤーを含み、インジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを少なくとも１つの周期に含む請求項２乃至５のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項８】
基板と前記半導体層との間に配置され、アンドープ窒化ガリウム及びｎ形窒化ガリウムのいずれかを材料とするテンプレート層を更に備え、
前記基板は、サファイア層である請求項３に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記半導体層のシート抵抗は、室温で１５Ω／□未満であり、
前記ｎ形層の前記シート抵抗は、室温で１５Ω／□よりも高い請求項２乃至８のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項１０】
前記半導体層は、窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを１つの周期とする超格子層である請求項２乃至９のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記ｎ形層は、少なくとも５００ナノメートルを超える厚さを有する請求項２乃至１０のいずれか１つに記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、一般に、面内方向に接触するＧａＮ系青色ＬＥＤに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、電気エネルギーを光に変換する固体素子である。光は、ドープ層の両端間に電圧が印加されるとき、互いに反対の導電形にドープされた層の間に挟みこまれた、半導体材料の活性層から放射される。種々の材料で作製され、種々の構造を有し、種々の方式で機能する、多種多様なＬＥＤ装置構造が存在する。或るものはレーザ光を放射し、他のものは非単色光を発生する。特定用途での性能に関して最適化されるものもある。高出力装置であるものもあれば、そうではないものもある。赤外線を放射するものもあれば、様々な色の可視光を放射するものもあり、更に、紫外線を放射するものもある。製造に費用がかかるものもあれば、その一方で、より安価なものもある。汎用の一般照明用途に対しては、いわゆる「面内方向に接触された」青色ＬＥＤ構造が高電流密度でしばしば使用される。窒化インジウムガリウムを含む多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）活性層を有するこのような青色ＬＥＤは、例えば、３８アンペア／平方センチメートル以上の平均電流密度を有する一方で、４４０ナノメートル〜５００ナノメートルの範囲の波長を有する非単色光を放射し得る。放射される青色光の一部を吸収する蛍光体コーティングが提供されてよい。この蛍光体が、蛍光を発して、他の波長の光を放射することにより、そのＬＥＤ装置全体が放射する光は、より広範囲の波長を有することになる。このような青色ＬＥＤ素子の改善が求められている。
【発明の概要】
【０００３】
面内方向に接触する青色ＬＥＤ素子は、絶縁性基板の上に配置されるＰＡＮ構造を備える。このＰＡＮ構造はレーザ光を生成するためのキャビティでなく、むしろ、非単色光を生成するためのｎ形層、光放射活性層、及びｐ形層を含む。この２つの反対の導電形にドープされた層の間に挟みこまれる活性層の構造は、本明細書では、「ＰＡＮ構造」と称される。一例では、絶縁性基板はサファイア基板であり、ｎ形層は少なくとも５００ナノメートルの厚さを有するｎ−ドープ窒化ガリウム層であり、活性層はある量のインジウムを含む多重量子井戸（ＭＱＷ:Multi Quantum Well）構造であり、ｐ形層はｐ−ドープ窒化ガリウム層である。
【０００４】
低抵抗層（ＬＲＬ）は、ＬＲＬの最上部境界部分がＰＡＮ構造のｎ層の底部境界部分と接触するように、絶縁性基板と上層のＰＡＮ構造との間に配置される。ＬＲＬは、一例では、複数の周期を有する超格子構造であり、周期の少なくとも１つは窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを含む。ＬＲＬは、上層のＰＡＮ構造のｎ形層よりも相対的に高導電性である。その上面境界から考慮された場合、ＬＲＬはシート抵抗を有する。その底面境界から考慮された場合、ｎ形層はシート抵抗を有する。ＬＲＬのシート抵抗はｎ形層のシート抵抗よりも小さい。
【０００５】
青色ＬＥＤ素子は面内方向に接触する素子である。第１電極は、ｎ形層の一部分上にかつこれと電気的接触して配置される。接触が行われるｎ形層はＬＲＬ超格子層の上にある。第２電極は、ｐ形層の一部分上にかつこれと電気的接触して配置される。両方の電極は青色ＬＥＤ素子の最上部から接続可能である。反射層は基板の底面を被覆するように形成される。青色ＬＥＤ素子が動作しているときは、電流は、第２電極から、ｐ形層を通り、活性層を通り、ｎ形層から下方及び横方向に、更に第１電極に、絶縁性基板を通過せずに流れる。
【０００６】
ＬＲＬ層の第１の機能は、ｎ形層の下で横方向の電流の流れを促進することである。動作時に、若干の電流は、ｎ形層の一部から、ＬＲＬ層内に、ＬＲＬ層を通って横方向に、及びｎ形層の別の部分内に、更に第１電極に流れる。ＬＲＬ層を通るこのような電流の流れは、電流拡散を促進し、ＬＥＤ素子中の電流集中を低減する。
【０００７】
ＬＲＬ層の第２の機能は、ＰＡＮ構造中のｎ形層及び他の上層の層の格子転位欠陥の密度を低減することである。一例では、絶縁性基板はサファイア基板であり、窒化ガリウムのテンプレート層をサファイア基板上に成長させる。次に、ＬＲＬ層はテンプレート層上に形成される。サファイア材料と窒化ガリウム材料との間の格子定数が異なることにより、窒化ガリウムはサファイア上に成長して、これにより窒化ガリウムは格子転位欠陥を有する。窒化ガリウムの層が次々と形成されるにしたがって、これらの欠陥は、各後続の層中で繰り返されて、格子欠陥の「スレッド（threads）」と呼ばれるものを形成する。これらのスレッドは、サファイアから窒化ガリウム界面まで上方に延びる。これらのスレッドの一部は、窒化ガリウムテンプレート層からずっと延びることもある。窒化ガリウムテンプレート層上に配置されるＬＲＬ層は、スレッドがＬＲＬ層の後及び上層のｎ形窒化ガリウム層内に延びないように、これらの転位スレッドを中断する。それゆえ、ＰＡＮ構造のｎ形窒化ガリウム層は、下層の窒化ガリウムテンプレート層の高転位欠陥密度を呈さない。ｎ形窒化ガリウム層中の低減した転位欠陥密度がＬＥＤ素子性能を改善する。
【０００８】
更なる詳細並びに実施形態及び技術は、以下の「発明を実施するための形態」で、説明される。この「発明の概要」は、本発明を規定することを意図するものではない。本発明は、特許請求の範囲によって規定される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
添付図面は、同様の符号が同様の構成要素を示し、本発明の実施形態を例示する。
【００１０】
【図１】青色ＬＥＤ素子のトップダウン図である。
【００１１】
【図２】図１の青色ＬＥＤ素子の簡略化された断面図である。
【００１２】
【図３】図１及び図２の青色ＬＥＤ素子の各層の組成、構造、及び厚さを説明する表である。
【００１３】
【図４】図１及び図２の青色ＬＥＤ素子の動作を示す図である。
【００１４】
【図５】一新規態様による、方法のフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
その実施例が添付図面で例示される、本発明の一部の実施形態を、ここで詳細に参照する。以下の説明及び特許請求の範囲では、第１層が、第２層の「上に」配置されているとして言及される場合には、その第１層は、第２層上に直接存在し得るか、又は介在層が、第１層と第２層との間に存在し得ることを理解されたい。「上」、「下」、「上方」、「下方」、「頂部」、「底部」、「上向き」、「下向き」、「垂直に」、及び「横方向に」などの用語は、本明細書では、説明されている青色ＬＥＤの種々の構成部品間の、相対配向を説明するために使用されるものであり、説明されている青色ＬＥＤ構造の全体は、実際には、３次元空間内で、任意の方式で配向することができる点を理解されたい。
【００１６】
図１は一新規態様による青色発光ダイオード（ＬＥＤ）素子１のトップダウン図である。青色ＬＥＤ素子１は第１電極２及び第２電極３を含む。第１電極２は金属のボンディングパッドである。第２電極３は透明導電層（ＴＣＬ）４及び金属５のボンディングパッドを含む。第２電極はＬＥＤ素子１の表面の７０パーセント超を被覆する。ＬＥＤ素子１は、両方の電極のボンディングパッドがＬＥＤ構造の同一の面に配置されて、図１の見え方において相互に対して横方向に向けられているように見えるために、「面内方向に接触する」ＬＥＤ素子であるといわれる。金属２及び５の両方のボンディングパッドは、ＬＥＤ素子の最上部から接続可能である。
【００１７】
図２は図１のＬＥＤ素子１の断面図である。ＬＥＤ素子１の底部層は、サファイア基板６（Ａｌ２Ｏ３）など、青色光に対して実質的に透明である基板である。この基板は電気絶縁性である。ｎ−ドープ窒化ガリウム（ｎ−ＧａＮ）のテンプレート層７は、サファイア基板６上に配置される。本実施例では、テンプレート層７は２０００ｎｍの厚さを有する。窒化ガリウムは、ｎ形ドーパントシリコンが１×１０１８原子／立方センチメートルの濃度までドープされる。他の実施形態では、テンプレート層７はアンドープ窒化ガリウム（ｕ−ＧａＮ）である。
【００１８】
低抵抗層（ＬＲＬ）８はテンプレート層７上に配置される。ＬＲＬ８は上層のｎ形コンタクト層よりも低いシート抵抗を有するために「低抵抗」と呼ばれる。ＬＲＬ８は、本実施例では、５つの周期を有する超格子構造である。５つの周期の各々は、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）の相対的に薄いサブレイヤー及び窒化ガリウム（ＧａＮ）の相対的に厚いサブレイヤーを含む。一例では、窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーは、窒化ガリウムサブレイヤーの厚さの半分未満である。窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー中のアルミニウム及びガリウムの相対的濃度はＡｌ０．３Ｇａ０．７Ｎにより与えられる。ＬＲＬ８の各薄い窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーは、窒化ガリウムの隣接する厚い層及び／又は窒化ガリウムの隣接する厚いサブレイヤーに合わせて歪んでいる。このようにして、窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーは窒化ガリウムの格子定数に合わせて歪んでいる。本実施例では、下層の窒化ガリウムテンプレート層７上にかつこれと接触して配置される第１の周期の底部サブレイヤーは、窒化アルミニウムガリウムのサブレイヤーである。ＬＲＬ８の材料は、シリコンが１×１０１８原子／立方センチメートルの濃度でドープされる。超格子は、いわゆる電子ガスの領域が窒化ガリウムサブレイヤー中に形成されるように構造化される。当該技術分野において理解されるように、これらの電子は高移動性を有する。これはＬＲＬ８全体の所望の低抵抗を生じる。その上面境界から考慮すると、ＬＲＬ８は、本実施例では、上層のｎ形層のシート抵抗よりも小さいシート抵抗を有する。
【００１９】
ｎ形層９がＬＲＬ８上に配置される。このｎ形層９は、２０００ｎｍの厚さを有するｎ−ドープ窒化ガリウム層である。窒化ガリウムは、ｎ形ドーパントシリコンが５×１０１８原子／立方センチメートルの濃度までドープされる。本実施例では、その底面境界から考慮されると、ｎ形層９は、室温で約１８Ω／□（１５Ω／□超）のシート抵抗を有する。ｎ形層９は薄過ぎてはならず、さもなければ下層のＬＲＬ超格子の電流集中を低減する能力は実質的に劣化し、結果として、ｎ形層９は５００ｎｍを超える厚さでなければならない。
【００２０】
歪み緩和層１０がｎ形層９上に配置される。本実施例では、歪み緩和層１０は３０の周期を含み、各周期はインジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを含む。インジウム窒化ガリウムサブレイヤーは、２ｎｍの厚さを有し、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎにより与えられるインジウム濃度を有する。窒化ガリウムサブレイヤーは２ｎｍの厚さを有する。全歪み緩和層１０は１２０ｎｍの厚さを有する。
【００２１】
活性層１１が歪み緩和層１０上に配置される。活性層１１は、１０の周期を含み、各周期はインジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを含む。インジウム窒化ガリウムサブレイヤーは３ｎｍの厚さを有する。窒化ガリウムサブレイヤーは１０ｎｍの厚さを有する。活性層１１は１３０ｎｍの合計厚さを有する。
【００２２】
ｐ形層１２が活性層１１上に配置される。ｐ形層１２は、均一にドープされたｐ形窒化ガリウムの単一層である。本実施例では、ｐ形層１２の上面は、電流の集束のためにレーザーダイオード中に通常設けられるような電流集束性隆起部構造を持たない。ｐ形層１２は３００ｎｍの厚さを有する。窒化ガリウムは、ｐ形ドーパントマグネシウムが１×１０２０原子／立方センチメートルの濃度まで、全体に均一にドープされる。ｎ形層９、歪み緩和層１０、活性層１１、及びｐ形層１２は、一緒にＰＡＮ構造と呼ばれる。
【００２３】
第２電極３の透明導電層（ＴＣＬ）４が、図２に示すようにｐ形層１２上に配置される。本実施例では、ＴＣＬはインジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）の８０ｎｍ厚の層である。第１電極２の金属ボンディングパッドは、３４０ｎｍの厚さを有する多層金属構造（Ｔｉ−Ａｌ−Ｎｉ−Ａｕ）である。第２電極３の金属ボンディングパッド５は、２２０ｎｍの厚さを有する多層金属構造（Ｎｉ−Ａｕ）である。
【００２４】
図３は、図１及び図２の青色ＬＥＤ素子１の構成層の組成、構造及び厚さを説明する表である。
【００２５】
図４は、図１及び図２の青色ＬＥＤ素子１の動作を図解する断面図である。電流が第２電極３から第１電極２に流れるとき、電子及び空孔は活性層１１中で結合して、非単色光１４を放射する。ＬＥＤ素子１は、放射する光１４が約４４０ｎｍ〜約５００ｎｍの範囲の波長を有するという点で「青色」ＬＥＤ素子といわれる。光１４は多くの方向に放射し、光の一部はＬＥＤ素子から外に出る途中でｐ層１２を通過する。
【００２６】
「面内方向に接触された」青色ＬＥＤ構造においては、電流の流れは、光を生じる活性層を通って下方に通り、活性層の上面境界の領域を横断する電流密度は均一でなければならない。電流が活性層を垂直に下方に通過したところで、電流は、ｎ形層から横方向に変位された第１電極に向きを変え、横方向に流れるにしたがって、一般に、高電流密度に高密度化される。それにもかかわらず、ｎ層中の電流密度の局所化されたピークは最小化されなければならない。しかしながら、現実世界のＬＥＤ素子では、活性層の一部分で他の部分におけるよりも著しく高い電流密度が存在して、電流集中が起こる場合もある。大電流が小さいＬＥＤ構造に強制的に流される商業照明用途で使用される青色ＬＥＤでは、局所化された電流集中が存在するこれらの領域を流れる電流の流れは、極めて大きく、ＬＥＤ素子が破損する可能性がある。それにもかかわらず破損が生じない場合は、望ましくない局所化された電流集中は、破損を生じずにＬＥＤ構造中に流すことができる最大電流を低下させる場合がある。
【００２７】
一新規態様によれば、ＬＲＬ８は、上層の層中の電流集中の低減及び／又は上層の層中の最大電流密度を低減させる点で第１の機能を果たす。ＬＲＬ８は上層のｎ形層９と比較して相対的に導電性である。ＬＲＬ８はｎ形層９の直接下に及びそれと接触して配置される。結果として、一部の電流は、図４中の矢印１３により概念的に図示するように、ＬＲＬ８から横方向に流れる。
【００２８】
一例では、ｎ形窒化ガリウム層９のシート抵抗は、これらのシート抵抗を層９／層８の界面で考慮した場合、ＬＲＬ８のシート抵抗よりも高い。この目的の層のシート抵抗は、種々の既知の破壊的、非破壊的、直接的及び間接的な方法で測定可能である。１つの直接的及び破壊的な方法では、対象とする層の上の全てのＬＥＤ素子層は研磨除去されるか、又は他の方法で除去される。既知の化学機械研磨及びエッチング法を使用することができる。次いで、対象とする層の露出上面が絶縁性基板に取り付けられ、対象とする層より下の全部の層が研磨除去されるか、又は他の方法で除去される。残っているのは、ＬＥＤ素子の全ての他の層から単離され、絶縁性基板に実装されている対象の層である。次いで、層の露出上面にプローブを当てることにより、単離された層のシート抵抗を測定する。本実施例では、この手順を使用するとき、下層のＬＲＬ８のシート抵抗は、層９のシート抵抗よりも低いが、約２０００ｎｍの厚さのｎ形窒化ガリウム層９のシート抵抗は、１５Ω／□超と測定される。
【００２９】
ＬＲＬ８は、サファイア基板上で成長させた窒化ガリウムテンプレートの上で低欠陥膜の成長を促進することおいて第２の機能も果たす。サファイア基板上に成長させた窒化ガリウムエピタキシャル層は、その上でＧａＮ系ＬＥＤのＰＡＮ構造を製造するのに良好な下地であるということが判明した。サファイア上に成長させた窒化ガリウム中の格子転位密度は、典型的には、５×１０８転位／平方センチメートル未満である。したがって、サファイアは、青色ＧａＮ系ＬＥＤに好ましい基板であると一般に考えられる。それにもかかわらず、サファイアと窒化ガリウムとの間の格子定数の差異がなお存在する。結果として、窒化ガリウムテンプレート層をサファイア基板上に成長させるとき、若干の格子転位が成長する窒化ガリウム中で生じる。一新規態様によれば、ＬＥＤ素子１内にＬＲＬ８を設けることは、青色ＬＥＤの上層のエピタキシャル層中で、他の方法で起こるよりも低い格子欠陥密度を生じる。ＬＲＬ８の超格子は、ＰＡＮ構造のｎ層がｎ−ドープＡｌＧａＮである、ディープＵＶＬＥＤで使用されるＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＡｌｙＧａ１−ｙＮ超格子でない。このようなＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＡｌｙＧａ１−ｙＮ超格子は、青色ＬＥＤで使用されるならば、転位密度を実際に増加させることもある。図１及び図２の青色ＬＥＤ素子では、ｎ層９は、アルミニウムを実質的に含有しないｎ−ドープ窒化ガリウムである。したがって、ＬＲＬ８はＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子である。超格子のＡｌＧａＮサブレイヤーは、窒化ガリウムの厚い層の格子及び／又は窒化ガリウムの厚いサブレイヤーの格子に合わせて歪んでいる。したがって、ＬＲＬ８の格子定数は、下層の窒化ガリウムテンプレート層７の格子定数に密にマッチして、これにより界面での応力を低減し、並びに、テンプレート層７から上方に向かう欠陥スレッドの連続した形成を防止する。ＬＲＬ８の超格子は、テンプレート層７中の転位のスレッドが上方にｎ形層９内に延びるのを阻止する。図４中の参照番号１５は１つのこのような転位スレッドを識別する。この転位スレッド１５は基板からテンプレート界面１６に上方に延びるが、ＬＲＬ８により終結する。ｎ形層９など、ＬＥＤのエピタキシャル層をＬＲＬ８上に成長させるとき、エピタキシャル層は、同一のスレッド１５の連続を含まない。
【００３０】
図５は方法１００のフローチャートである。低抵抗層（ＬＲＬ）がサファイア基板層の上に設けられる（工程１０１）。一例では、ＬＲＬは周期を有する超格子構造である。少なくとも１つの周期は、窒化アルミニウムガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを含む。窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーは窒化ガリウム格子に合わせて歪んでいる。その上面境界から考慮される場合、ＬＲＬは上層のｎ形層のシート抵抗未満のシート抵抗を有する。一例では、このＬＲＬは図２のＬＲＬ８であり、上層のｎ形層は図２の層９である。
【００３１】
ｎ形窒化ガリウム層がＬＲＬ上にかつこれと接触して設けられる（工程１０２）。このｎ形窒化ガリウム層は少なくとも５００ナノメートルの厚さである。その下面境界から考慮される場合、ｎ形窒化ガリウム層は１５Ω／□を超えるシート抵抗を有する。一例では、このｎ形窒化ガリウム層は図２の層９である。
【００３２】
活性層がｎ形窒化ガリウム層上に設けられる（工程１０３）。一例では、活性層は、インジウム窒化ガリウムサブレイヤー及び窒化ガリウムサブレイヤーを含む多重量子井戸構造である図２の層１１である。一例では、歪み緩和層が活性層と下層のｎ形窒化ガリウム層との間に配置される。別の例では、介在歪み緩和層は存在しない。
【００３３】
ｐ形窒化ガリウム層が活性層上に設けられる（工程１０４）。一例では、ｐ形窒化ガリウム層は図２の層１２である。
【００３４】
第１電極が設けられる（工程１０５）。第１電極は、ｎ形窒化ガリウム層の少なくとも一部分上にかつこれと電気的に接触して配置される。一例では、第１電極は図２電極２である。
【００３５】
第２電極が設けられる（工程１０６）。第２電極は、ｐ形窒化ガリウム層の少なくとも一部分上にかつこれと電気的に接触して配置される。一例では、第２電極は図２電極３である。反射層が形成されて、基板の底面を被覆する。動作中、電流は、第２電極から、ｐ形窒化ガリウム層、活性層、ｎ形窒化ガリウム層を通り第１電極まで流れて、ＬＥＤ素子が非単色青色光を放射する。一部の電流は、ｎ形窒化ガリウム層から下方に、ＬＲＬから横方向に流れ、及び上方にｎ形窒化ガリウム層の中に、更に第１電極まで流れる。
【００３６】
ＬＥＤ素子を別の事業体に販売することにより、又はＬＥＤ素子を別の事業体に別な方法で供給又は提供することにより、方法１００の工程１０１〜１０６を同時に行うことができる。ＬＥＤ素子の製造において工程１０１〜１０６を順次行うことにより、方法１００を行うこともできる。ＬＥＤ素子の例は図１及び図２のＬＥＤ素子１である。
【００３７】
特定の具体的実施形態が、指示目的のために上述されているが、本特許文書の教示は、一般的な適用性を有するものであり、上述の具体的実施形態に限定されるものではない。ＬＲＬは数多くの異なる適当な方式で作製することができる。一実施例では、ＬＲＬは周期を含み、各周期は、第１の窒化アルミニウムガリウム層、及び第２の窒化アルミニウムガリウム層を含み、この２つのサブレイヤー中のアルミニウム濃度は、互いに異なる。２つのサブレイヤーの組成は、ＡｌｘＧａ１−ｘＮ／ＡｌｙＧａ１−ｙＮにより与えられ、式中、ｘ及びｙは異なる非ゼロの数である。ＬＲＬの窒化アルミニウムガリウムサブレイヤーと窒化ガリウムサブレイヤーとが、異なる厚さである、具体的実施例が上述されているが、他の実施例では、それらのサブレイヤーは、実質的に同じ厚さである。ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子又はＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ超格子では、アルミニウムを含有するサブレイヤーの中の１つにおいてアルミニウム濃度を等級付けることができる。このＬＲＬは、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ超格子とすることができる。このＬＲＬは、ＡｌＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子とすることができ、各周期は、３つのサブレイヤーを含む。
【００３８】
ＬＲＬがサファイア基板と上層のｎ形窒化ガリウム層との間に配置される青色ＬＥＤを上述しているが、基板はサファイアである必要はなく、別の適当な絶縁性基板又は別の適当な導電性基板であってもよい。テンプレート層は全ての例でｎ形窒化ガリウムである必要はないが、別の適当なテンプレート材料であってもよい。例えば、窒化アルミニウムのテンプレート層をシリコンの基板の上にかつこれと接触して使用してもよい。したがって、説明される実施形態の様々な特徴の、様々な修正、応用、及び組み合わせは、特許請求の範囲に記載されるような、本発明の範囲から逸脱することなく、実践することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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