(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
紫外スペクトル領域用の発光ダイオードに使用するためのｐ型ドープコンタクト（１）であって、放射ゾーンに接する第１の表面（Ａ）、および前記第１の表面（Ａ）の逆を向く側の第２の表面（Ｂ）を有するｐ型コンタクト層（２）を含み、
（ａ）前記ｐ型コンタクト層（２）の前記第２の表面（Ｂ）の７５％〜９６％に直接接し、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の紫外領域の光に対して少なくとも６０％の最大反射率を有する材料を含みまたは該材料で構成されたコーティング（８）、および
（ｂ）前記ｐ型コンタクト層（２）の前記第２の表面（Ｂ）に直接設けられた複数のｐ型注入部（５）を有し、
前記ｐ型コンタクト層（２）がＡｌＧａＮを有しまたはＡｌＧａＮで構成され、
前記ｐ型注入部（５）が、前記ｐ型注入金属層（６）のほかに、少なくとも１つの他のｐ型注入層（７）を有し、追加のｐ型注入層（７）がｐ型ＧａＮもしくはｐ型（Ｉｎ）ＧａＮを含みまたはｐ型ＧａＮもしくはｐ型（Ｉｎ）ＧａＮで構成されることを特徴とするｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項２】
前記コーティング（８）が導電性であることを特徴とする請求項１に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項３】
前記コーティング（８）が、さらに、ｐ型ドープコンタクト（１）の１つ、数個または全てのｐ型注入部（５）を覆う、ことを特徴とする請求項１〜２のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項４】
前記コーティング（８）がＡｌを含むまたはＡｌで構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項５】
前記ｐ型注入部（５）が少なくとも１つのｐ型注入金属層（６）を有し、該ｐ型注入金属層（６）が、前記ｐ型コンタクト層（２）と電流源とのオーミック接続を可能にすることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項６】
前記ｐ型注入部（５）が、Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／ＡｕもしくはＰｔ／Ｔｉ／Ａｕを含むまたはＡｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／ＡｕもしくはＰｔ／Ｔｉ／Ａｕで構成されるｐ型注入金属層（６）を有する、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項７】
前記ｐ型コンタクト層（２）が１つ以上の異なる半導体層を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項８】
前記ｐ型コンタクト層の前記第２の表面（Ｂ）を形成し、前記ｐ型注入部が直接設けられた前記半導体層が、ｐ型ドープＡｌＧａＮを有しまたはｐ型ドープＡｌＧａＮで構成される、ことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項９】
前記ｐ型注入部（５）が１０ｎｍ〜５０μｍの最大幅Ｄを有することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項１０】
前記ｐ型注入部（５）が、それぞれの隣接するｐ型注入部（５）から２０ｎｍ〜２０μｍの距離Ａだけ離間する、ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項１１】
前記ｐ型注入部（５）とそれぞれの隣接するｐ型注入部（５）との距離Ａが、全てのｐ型注入部（５）について、同一であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項１２】
前記最大幅Ｄおよび前記距離Ａが、最大幅Ｄ対距離Ａの比が１：１〜１：４であるように選択される、ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項１３】
前記ｐ型注入部（５）が、前記ｐ型コンタクト層（２）の前記第２の表面（Ｂ）に、一定のパターンで配置されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載のｐ型ドープコンタクト（１）。
【請求項１４】
放射ゾーンを含み、該放射ゾーンが、ｎ型ドープコンタクトと請求項１に記載のｐ型ドープコンタクト（１）との間に設けられる、ことを特徴とする発光ダイオード。
【請求項１５】
２００ｎｍ〜４００ｎｍの紫外領域、好ましくは、ＵＶ−Ａ，ＵＶ−Ｂおよび／またはＵＶ−Ｃの領域の光を発することを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｐ型コンタクトおよび紫外スペクトル領域用の発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
多くの分野で利用が可能なので、紫外スペクトル領域用の発光ダイオード（ＵＶ−ＬＥＤ）の開発に、世界中で多大な活動が行われている。たとえば、その分野には、滅菌（たとえば、飲料水、廃水、プロセス水の）、食品の消毒、医療技術（たとえば、皮膚科、光線療法）、生物分析（たとえば、蛍光顕微鏡）、センサー技術（たとえば、亜硝酸ガスの測定、ブランコファー測定）、表面重合（たとえば、印刷インク、塗料、エポキシ樹脂）、および自由空間光通信のための放射源としての使用が含まれる。必要な発光波長と強度は、用途に大きく依存し、広いスペクトル範囲にわたって変わる。課題の１つは、ＵＶＡおよびＵＶＢの全スペクトル領域のほかＵＶＣ領域の一部における効率的なＬＥＤの実現である。
【０００３】
ＵＶ−ＬＥＤへの従来のアプローチにおいては、ｐ型ドープＩＩＩ族窒化物層上のオーミックコンタクトのために、主として、Ｎｉ／Ａｕ、Ｐｔ／Ｔｉ／ＡｕまたはＰｄ／Ｔｉ／Ａｕ金属層が、使用されている。これらは、ＬＥＤのｐ型ドープ半導体層（ｐ型コンタクト層）との良好なオーミックコンタクトを達成するが、紫外領域の光に対して良好な反射体ではない。
【０００４】
従来技術のＵＶ−ＬＥＤは、ｐ型ドープ窒化ガリウム（ｐ型ＧａＮ）で構成されるｐ型コンタクト層を利用している。しかし、ｐ型ＧａＮで構成されるｐ型コンタクト層は、紫外スペクトル領域の光に対して、特に２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の光に対して、顕著な吸収を示す。
【０００５】
その結果、従来技術のＵＶ−ＬＥＤは、紫外領域の抽出効率が低いという弱点がある。生成した光子の量に対して規格化した非結合光子の量は、僅か４％〜１０％である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の目的は、従来技術の１以上の不都合を回避または克服することである。特に、本発明の目的は、光の非結合が高いＵＶ−ＬＥＤを提供することである。
【０００７】
上記目的は、紫外スペクトル領域用の発光ダイオードに使用するための構造化されたｐ型コンタクトであって、放射ゾーンに接する第１の表面、および第１の表面の逆を向く側の第２の表面を有するｐ型コンタクト層を含み、
（ａ）ｐ型コンタクト層の第２の表面の５％〜９９．９９％に直接接し、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長の紫外領域の光、好ましくは２７０ｎｍの光に対して、少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％の最大反射率を有する材料を含むまたは該材料で構成されたコーティングを有し、
（ｂ）ｐ型コンタクト層の第２の表面に直接設けられた複数のｐ型注入部を有し、
ｐ型コンタクト層（２）がｐ型ドープＡｌＧａＮを有するまたはｐ型ドープＡｌＧａＮで構成されることを特徴とするｐ型コンタクトを提供することで達成される（以下の記述において、「ｐ型ドープコンタクト」および「ｐ型コンタクト」の用語は同じ意味で使用される）。
【０００８】
ＬＥＤのための光の非結合の向上に向けた１つの重要なアプローチは、紫外スペクトル領域において高反射性でありながら、同時に低抵抗性のｐ型ドープコンタクトを備えることである。両方の要件を満たし得る金属または合金は、現在まで見出されていない。アルミニウムなどの金属は、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光に対して好適な反射率を示す。たとえば、２７０ｎｍでの空気に対するＡｌの反射率は約８８％である。しかし、これらの金属は、ＧａＮ材料システムにおいて、低抵抗性のｐ型コンタクトを形成しない。本発明は、ｐ型コンタクト層への効率的な電流注入を達成するためには、この目的のために利用可能なｐ型コンタクト層の表面の一部分のみが実際に使用されれば、すなわち、低抵抗率で接触すれば、十分であるという知見に基づいている。ｐ型コンタクト層の対応する表面の残余の部分は、紫外領域において光を特に良く反射するコーティングを設けることが可能である。ｐ型注入部は、紫外光反射コーティングと比較して、ｐ型コンタクト層の対応する表面の相対的に小さな部分を覆うので、ｐ型コンタクト層への効率的な電流注入を確保し続けながら、全表面の紫外反射率を全体的に高めることが可能である。ｐ型注入部も反射コーティングによって覆われると、ｐ型コンタクトの紫外反射率はさらに向上し得る。反射コーティングが導電性であり、ｐ型注入部に加えて、この目的のために利用可能なｐ型コンタクト層の表面の全体に設けられると、反射コーティングが、同時に、反射層（これはｐ型注入部の領域の反射率を高めることにもなる）およびｐ型注入部のための電気的接続として機能することになるので、特に有利である。効率的で均一な電流注入に対する高い反射率の特に好ましい比率は、ｐ型注入部が、可及的に小さく、ｐ型コンタクト層の利用可能な表面に可及的に均一に、適当な距離だけ離間して分布し、必要であれば反射コーティングによって覆わるときに、達成される。
【０００９】
本発明のｐ型ドープコンタクトは、ｐ型コンタクト層および複数のｐ型注入部を包含する。ｐ型コンタクト層は、１つ以上の異なるｐ型ドープ半導体層を有する。半導体層は、ここでは、好適なｎ型ドープコンタクト層と共に、電圧が印加されると、ダイオードの前方に、紫外スペクトル領域、特にＵＶ−Ａ，ＵＶ−Ｂおよび／またはＵＶ−Ｃの領域の、好ましくは２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光を発する、放射ゾーンを有するダイオードを生成するように、選択される。ｐ型コンタクト層は、ｐ型ドープＡｌＧａＮを含みまたはｐ型ドープＡｌＧａＮで構成される。ｐ型コンタクト層の少なくとも半導体層が、ｐ型コンタクト層の第２の表面を有し、ｐ型注入部が直接設けられるｐ型ドープＡｌＧａＮを含みまたはｐ型ドープＡｌＧａＮで構成されることが、特に好ましい。これは発光が向上する結果となる。
【００１０】
本発明に係るｐ型コンタクトにおいて、ｐ型コンタクト層は、第１および第２の表面を有する。ｐ型コンタクト層の第１の表面は、放射ゾーンへの接続がこの第１の表面を介してなされるように設計される。放射ゾーンは、適切な電圧が印加されたときに、好ましくは紫外スペクトル領域の波長の、特にＵＶ−Ａ，ＵＶ−Ｂおよび／またはＵＶ−Ｃの領域の、好ましくは２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光子を発するゾーン、と理解される。たとえば、放射ゾーンは、適当なｎ型ドープ層を有するダイオード配置におけるｐ−ｎ界面によって形成され得る。放射ゾーンを、本発明に係るｐ型コンタクト層とｎ型ドープ層との間に設けられ、たとえば、（Ｉｎ）ＡｌＧａＮを有しまたは（Ｉｎ）ＡｌＧａＮで構成される多重量子井戸（ＭＱＷ）で構成される、いわゆる活性ゾーンによって形成することも可能である。第１の表面の逆を向く第２の表面の側は、コーティングによって直接覆われる領域に、かつ、複数のｐ型注入部によって直接占められる領域に、分割される。コーティングは、ここでは、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光、好ましくは２７０ｎｍの波長を有する光に対して、少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％の最大反射率を有する材料を有する。
【００１１】
コーティングによって直接覆われる領域の合計は、ｐ型コンタクト層の第２の表面の総面積の５％〜９９．９９％、好ましくは５０％〜９９．９９％、特に好ましくは５０％〜９９％、きわめて好ましくは７５％〜９９％、さらに好ましくは７５％〜９６％に及ぶ。ｐ型コンタクト層の第２の表面のうちのコーティングによって覆われない部分は、複数のｐ型注入部を配置するのに使用することが可能である。ｐ型注入部は、ここでは、ｐ型コンタクト層の第２の表面に直接設けられており、ｐ型注入部とｐ型コンタクト層の第２の表面との間には本発明に係るコーティングは存在しない。ただし、ｐ型コンタクト層上のｐ型注入部は、本発明に係るコーティングによって覆われおよび／またはコーティングと接し得る。この状況は、本発明に係るコーティングが、ｐ型注入部が既に設けられたｐ型コンタクト層の第２の表面の全表面に設けられまたは配置されるときに、特に生じる。
【００１２】
ｐ型注入部は、ｐ型注入部とｐ型コンタクト層とのオーミックコンタクトを達成し、したがって、ｐ型注入部を介する電流源からｐ型コンタクト層への効率的な電流注入を確保するために使用される。一般的な比接触抵抗は、ここでは、１０−２〜１０−４Ωｃｍ２の範囲またはそれ以下である。本質的なことは、ｐ型注入部がｐ型コンタクト層の第２の表面に直接設けられて、本発明に係るコーティングが、ｐ型注入部とｐ型コンタクト層との間には設けられないことである。コーティングによって覆われる面積にｐ型注入部によって占められる面積を加えた合計は、ここでは、ｐ型コンタクト層の第２の表面の総面積に等しいか、それ以下であり得る。好ましくは、ｐ型注入部によって占められないｐ型コンタクト層の第２の表面の全面積は、コーティングによって覆われる。
【００１３】
コーティングは、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光に対し、好ましくは２７０ｎｍの波長を有する光に対し、少なくとも６０％の、好ましくは少なくとも８０％の、特に好ましくは少なくとも８５％の最大反射率を有する材料を有する。最大反射率は、問題の材料の層の厚さがそれ以上増しても、増大することのない反射率であると理解される。専門家は、反射率の試験に好適な材料および好適な方法に精通しており、したがって、不必要な努力なしに、特定の材料について、２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光に対して、好ましくは２７０ｎｍの波長を有する光に対して、必要な最大反射率を有するか否かを、確実に判断し得る。そのような材料の１つの例はアルミニウム（Ａｌ）であり、これは２７０ｎｍでの最大反射率が約８８％である。コーティングの材料または材料混合物は好ましくは導電性であり、したがって、本発明に係るコーティングは、たとえば、この目的のために設けられたｐ型コンタクト層の表面とｐ型注入部との双方に設けられるとき、同時に反射層およびｐ型注入部間の電気的接続として機能する。
【００１４】
ｐ型注入部は、ｐ型コンタクト層と電流源または電圧源の極との効率的なオーミック接続を可能にする少なくとも１つのｐ型注入金属層を有する。ｐ型注入部はそれ自体が紫外反射性である必要はないので、好適な材料の選択は、紫外領域において良好な反射率を有するものに限られない。その結果、従来技術においてｐ型注入部の作製時に既に使用されている材料および金属を使用することが可能である。特に、ｐ型注入部は、Ａｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／ＡｕもしくはＰｔ／Ｔｉ／Ａｕを含みまたはＡｕ，Ｎｉ，Ｐｄ，Ｐｔ，Ｒｈ，Ｔｉ，Ｎｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｔｉ／Ａｕ，Ｐｄ／Ｐｔ／ＡｕもしくはＰｔ／Ｔｉ／Ａｕで構成される、ｐ型注入金属層を有することが可能である。ｐ型注入部は、このようなｐ型注入金属層のほかに、ｐ型コンタクト層と電流源または電源の極とのオーミック接続がｐ型注入部によって妨げられあるいは機能的に著しく損なわれるという事態を、追加の層が引き起こさない限り、追加の金属層および／または非金属層を有することが可能である。特に、ｐ型注入部は、たとえばｐ型ＧａＮもしくはｐ型ＩｎＧａＮの、ｐ型ドープ半導体を含みまたはｐ型ドープ半導体で構成されるｐ型注入層をも、有することができる。これは、特に、ｐ型コンタクト層（２）の第２の表面（Ｂ）を形成し、ｐ型注入部が直接設けられる半導体層が、ｐ型ドープＡｌＧａＮを有しまたはｐ型ドープＡｌＧａＮで構成されるときに、好ましい。結果として、電気的特性に対する発光の比率が特に良好であることを特徴とするｐ型コンタクトが得られる。
【００１５】
本発明に係るｐ型ドープコンタクトは、ｐ型コンタクト層の第２の表面に設けられるｐ型注入部が特別な形状、寸法および／または構造を有するときに、特に有利な特性を有する。ｐ型注入部は、ここでは、ｐ型コンタクト層の第２の表面全体にナノピクセルのように分布したオーミックコンタクトの形態で存在し得る。ｐ型注入部は、好ましくは、ｐ型コンタクト層の第２の表面に、一定のパターンで配置される。
【００１６】
ｐ型注入部は、四角形、長方形、正方形、円形、楕円形、三角形、および／または多角形の形状を有し得る。ｐ型注入部は、また、たとえば平行線または交差線として配置された、直線状でもあり得る。本発明に係るｐ型コンタクトのｐ型注入部は、ここでは、同一の形状または異なる形状を有し得る。
【００１７】
個々のｐ型注入部は、それぞれ好ましくは、１０ｎｍ〜５０μｍの、好ましくは１０ｎｍ〜２μｍの、特に好ましくは５０ｎｍ〜１μｍの最大幅Ｄを有する。最大幅とは、第２の次元ｙにおけるｐ型注入部の最大寸法（最大長）以下の第１の次元ｘにおけるｐ型注入部の最大寸法であると理解され、ここで、第１および第２の次元（ｘ、ｙ）は、互いに対して直角である。長方形の場合は、最大幅は長方形の短辺に対応し、最大長は長辺に対応し、円の場合は、最大幅は直径に対応し、正方形の場合は、最大幅は任意の辺に対応する、などである。
【００１８】
ｐ型注入部の大部分は、ｐ型コンタクト層の第２の表面に、無秩序に分布することが可能であるが、好ましくは、所定の態様で分布する。このために、ｐ型注入部は、隣接するそれぞれのｐ型注入部から、２０ｎｍ〜２０μｍの、好ましくは２０ｎｍ〜５μｍの、特に好ましくは１００ｎｍ〜２μｍの距離Ａだけ離間することができる。本発明に係るｐ型コンタクトのｐ型注入部は、ｐ型コンタクト層の第２の表面に均一に分布し得る。このために、ｐ型注入部と隣接するそれぞれのｐ型注入部との選択された距離Ａは、全てのｐ型注入部について、同一であり得る。
【００１９】
特に、最大幅Ｄおよび距離Ａは、最大幅Ｄ対距離Ａの比が１：１〜１：４であるように選択され得る。特別な実施形態において、最大幅Ｄは０．５μｍであり、距離Ａは０．５μｍ〜２μｍの範囲から選択される。これに代えて、最大幅Ｄは５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲から選択することができ、距離Ａは１００ｎｍ〜２００ｎｍの範囲から選択することができる。
【００２０】
本発明に係るｐ型コンタクトは、まず、公知の方法、たとえば、有機金属気相成長、分子線エピタキシー、ハイドライド気相成長などのエピタキシープロセスによって、この技術分野において公知の態様で、ｐ型コンタクト層を調製することで、作製することができる。ｐ型注入部は、異なる方法、たとえば、電子ビーム蒸着、熱蒸着、またはスパッタ技術で、分離することが可能である。コンタクトは、フォトリソグラフィー、ナノインプリンティング、および電子線プロセスなどのリソグフラフィープロセスを用いて、構造化される。
【００２１】
本発明は、本発明に係るｐ型ドープコンタクトを含む発光ダイオードに関する。特に、本発明は、ｎ型ドープコンタクトと本発明に係るｐ型ドープコンタクトとの間に配置された放射ゾーンを含み、好ましくは紫外領域の光、特に好ましくはＵＶ−Ａ，ＵＶ−Ｂおよび／またはＵＶ−Ｃの領域の光、最も好ましくは２００ｎｍ〜４００ｎｍの波長を有する光を発する発光ダイオードに関する。別の好ましい実施形態においては、発光ダイオードは、２００ｎｍ〜３８０ｎｍまたは２００ｎｍ〜３５０ｎｍの波長を有する光を発する。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係るｐ型ドープコンタクトの構成を示す図であって、ｐ型注入部がＮｉ／Ａｕ層およびｐ型（Ｉｎ）ＧａＮ層を有し、コーティングがＡｌで構成され、ｐ型コンタクト層がｐ型ＡｌＧａＮを有する構成を示す図である。
【図２】図１に示す本発明に係るｐ型ドープコンタクトの構成を示す図であって、反射コーティングがさらにｐ型注入部をも覆う構成を示す図である。
【図３】図１に示す本発明に係るｐ型ドープコンタクトのｐ型コンタクト層の第２の表面Ｂの構造を示す図であって、ｐ型注入部が、均一に分布し、１辺の長さが０．５μｍの正方形状を有し、互いに１μｍ離間している構造を示す図である。
【図４】Ａは、「コンタクトからの距離」（ｐ型注入部からの距離）の表示で表される長さを示す図であり、Ｂは、ｐ型注入部までの個々の距離の関数として算出した電流密度を示す図であって、異なるＬｓ（「電流発散長」＝電流密度が１／ｅに低下するｐ型注入部からの距離）を有する３つのｐ型コンタクトについての曲線を示す図である。
【図５】本発明に係るｐ型コンタクトを含む紫外発光ダイオードの層構造を示す図である。
【図６】非構造化Ｐｄコンタクトを有する参照ダイオードとの比較における種々のナノピクセルＬＥＤの光出力−電流曲線を示す図であり、コンタクト辺長Ｄ＝１μｍ、距離Ａ＝１μｍ（曲線因子ＦＦ＝７５％）の１つのＬＥＤ、およびコンタクト辺長Ｄ＝１μｍ、距離Ａ＝２μｍ（曲線因子ＦＦ＝８９％）の別のナノピクセルＬＥＤの２つのナノピクセルＬＥＤ配置を比較しており、ナノピクセルＬＥＤを有するウェハの半分はＴｉ／Ａｌ／Ｐｔ／Ａｕ（５／５０／４０／４００ｎｍ）反射層で作製され、他の半分はＴｉ接着層を有しない紫外反射金属層システム（５０／４０／４００ｎｍの層厚のＡｌ／Ｐｔ／Ａｕのみ）で作製されており、発光波長は全てのＬＥＤについて３８０ｎｍで測定した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、選択した典型的な実施形態に基づいて、本発明をより詳細に説明する。
【００２４】
例１：本発明に係るｐ型ドープコンタクトの構成
【００２５】
図１は、本発明に係るｐ型ドープコンタクトの典型的な実施形態を示す図である。本発明に係るｐ型ドープコンタクト１は、ｐ型コンタクト層２および複数のｐ型注入部５を有する。ｐ型コンタクト層２は、ここでは、ＬＥＤ配置において好適な放射ゾーンに接し得るように設計された第１の表面Ａを有する。ｐ型コンタクト層２は第２の表面を有しており、コーティング８および複数のｐ型注入部５が、第１の表面Ａの逆を向く表面Ｂの側に設けられている。ｐ型コンタクト層２は、ｐ型ＡｌＧａＮ層によって形成されており、したがって、特に紫外透明性である。
【００２６】
複数のｐ型注入部５はｐ型コンタクト層２の表面Ｂに配置されており、ｐ型注入部５は表面Ｂに直接接続されている。ｐ型注入部５は、ｐ型注入部５とｐ型コンタクト層２とのオーミックコンタクトを達成するように、設計されており、これによって、ｐ型コンタクト層２を（少ない抵抗損失で）電流源または電圧源の極に導電的に接続することが可能になる。ｐ型注入部５は２つの層を有しており、具体的には、表面Ｂの逆を向くｐ型注入金属層６、たとえばＮｉ／Ａｕ金属層、および、ｐ型注入金属層６とｐ型コンタクト層２との間に配置された追加のｐ型注入層７、たとえばｐ型（Ｉｎ）ＧａＮ半導体層である。ｐ型注入金属層６は、電流源および／または電圧源の極との低抵抗コンタクトをもたらすために使用されている。ｐ型注入層７は、ｐ型コンタクト層２への見込まれる最も効果的な電流注入を達成するために使用されている。ｐ型注入部５は、均等に離間して、ｐ型コンタクト層２の表面Ｂに固定されている。
【００２７】
ｐ型注入部５によって占められていない表面Ｂの部分は、波長２７０ｎｍの光の少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％を反射する材料のコーティング８を有している。図１の例においては、コーティング８は、５０〜３５０ｎｍの層厚を有するアルミニウム層（Ａｌ）で構成されている。
【００２８】
図２は、本発明に係るｐ型ドープコンタクトの別の実施形態を示す。この追加の実施形態は、Ａｌコーティングがｐ型注入部５をも覆う点でのみ、図１の実施形態と相違する。コーティング８はＡｌで構成されるので、導電性であり、ｐ型注入部５を相互に電気的に接続する。
【００２９】
図３は、図１に示す本発明に係るｐ型ドープコンタクトのｐ型コンタクト層の第２の表面Ｂの、コーティング８およびｐ型注入部５を含む構造を示す上面図である。ｐ型注入部５は、０．５μｍの最大幅の正方形状を有する。ｐ型注入部５は、ここでは、ｐ型コンタクト層２の表面Ｂに均一に分布し、各々が隣接するそれぞれのｐ型注入部５から均一な１μｍの距離だけ離間している。ｐ型注入部５によって占められていない表面Ｂの部分は、２７０ｎｍにて８８％の反射率を有するアルミニウムで構成されたコーティング８を有する。コーティング８は、ｐ型コンタクト層２の表面Ｂの９０％程度を覆う。結果として、コーティング８およびｐ型注入部５を含む全表面Ｂは、約７９％の最大反射率を有する。この反射率は、従来の低抵抗ｐ型コンタクトが達成し得るいかなる反射率よりも高い。
【００３０】
例２：ｐ型注入部からの距離の関数としての電流密度の低下のモデル計算
【００３１】
本発明に係るｐ型ドープコンタクトをＬＥＤにおいて使用可能にするためにも、ｐ型ドープコンタクトのｐ型コンタクト層に十分な電流が注入されることが必要である。図４のＢは、オーミックｐ型注入部からの距離の増大に伴う、ＬＥＤのｐ型コンタクト層の電流密度の算出した減少を示す。計算は、Ｇ．Ｈ．Ｂ．Thompson (Physics of Semiconductor Laser Devices, john Wiley & Sons (1980))およびHyunsoo Kim et al.(Measurements of current spreading length and design of GaN-based light emitting diodes, Appl. Phys. Lett. 90, 063510 (2007))による単純な解析モデルに基づいている。シミュレーション中には、（比較的高抵抗の）アルミニウム反射体を介して電流が注入されないと仮定した。モデルシミュレーションの残余のパラメータを表１に示す。
【００３２】
【表１】
0005689466.tif 000002
【００３３】
図４のＢは、ｐ型注入部からの距離の関数としてのｐ型ＡｌＧａＮ層（モデルおよび例１のｐ型コンタクト層）における算出電流密度を示す。図４のＡは、ここで言う距離を模式的に図示している。図４のＢは、それぞれ異なるＬｓを有する３つの別個のｐ型コンタクトについての結果を示している。ここで変数Ｌｓは、いわゆる「電流発散長」（die Stromausbreitungsstrecke）を、したがって、電流密度が１／ｅに低下するｐ型注入部からの距離を意味する。「電流発散長」は、一方、ｐ型ドープ層における厚さ、電荷キャリヤ密度および電荷移動度に依存する（表１を参照のこと）。
【００３４】
０．５μｍの最大幅および１μｍのｐ型コンタクト間距離Ａを有するｐ型注入部、（たとえば例１のような）モデルＣに対応するｐ型ＡｌＧａＮのｐ型コンタクト層については、電流密度は５０Ａ／ｃｍ２から２５Ａ／ｃｍ２まで僅かに低下するが、ＬＥＤにおけるｐ型ドープコンタクトの効果的な動作を確保するには、なお十分である。この場合、ｐ型コンタクト層の特定の点への最も近い隣接する注入部からの電荷キャリヤ注入の結果、それぞれに計算した周囲のｐ型注入部の電流密度の合計に達しているので、実際のナノピクセル構造における不均一性がはっきりと低下するであろうということは、計算には考慮していない。
【００３５】
例３：本発明に係るｐ型コンタクトを含む紫外発光ダイオード
【００３６】
図５は、本発明に係るｐ型コンタクトを含む本発明に係る発光ダイオードの典型的な実施形態の断面図である。
【００３７】
本発明によれば、紫外発光ダイオードは、ｐ型注入部を含むｐ型コンタクトを包含し、ｐ型注入部は各々、ｐ型注入金属層６およびｐ型（Ｉｎ）ＧａＮ注入層７で構成される。示した例では、ｐ型（Ｉｎ)ＧａＮ注入層７は、各々、マグネシウム（Ｍｇ）ドープ濃度［Ｍｇ］＝１Ｅ２０ｃｍ−３の、１０ｎｍ寸法のｐ型（Ｉｎ）ＧａＮを有する。Ｐ型（Ｉｎ）ＧａＮ注入層７は、ｐ型ドープＡｌＧａＮで構成されたｐ型コンタクト層２に直接接している。示した例では、ｐ型コンタクト層は、ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎおよびｐ型Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎの組成の２つのｐ型ドープＡｌＧａＮ層の交互配列２ａで構成され、個々の層は２ｎｍの厚さを有し、ｐ型コンタクト層は合計で一方の組成の５０層および他方の組成の５０層を有し、それらの層は［Ｍｇ］＝５Ｅ１９ｃｍ−３のＭｇドープ濃度を有する。ｐ型注入部の逆を向くｐ型コンタクト層の側は、ｐ型Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ（［Ｍｇ］＝１Ｅ２０ｃｍ−３）の組成を有する、２０ｎｍ厚の終端層２ｂを有する。ｐ型注入部に接するｐ型コンタクト層２の表面は、本発明に係るコーティングで覆われている。示した例では、コーティング８は、ｐ型コンタクト層２の表面のみを覆うのではなく、ｐ型注入部をも覆うように構成されている。示した例では、ｐ型注入部の逆を向くｐ型コンタクト層２の側には、多重量子井戸構造９が接している。この多重量子井戸構造９は、ｎ層の量子井戸層とｎ＋１層のバリヤー層の規則的配列で構成することができる。示した例では、多重量子井戸構造９は、６ｎｍ厚の（Ｉｎ）Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎバリヤー層９ａ、ならびに、２ｎｍ厚の（Ｉｎ）Ａｌ０．４Ｇａ０．６Ｎ量子井戸層９ｂおよび６ｎｍ厚の（Ｉｎ）Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎバリヤー層９ｃが３回繰り返す層配列で構成されている。ｐ型コンタクト層の逆を向く多重量子井戸構造９の側には、シリコン（Ｓｉ）ドープ濃度［Ｓｉ］＝５Ｅ１８ｃｍ−３のｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎで構成される１５００ｎｍ厚の層１０が、バリヤー層９ｃに続いている。ｎ型ドープ層１０には、非ドープＡｌ０．５Ｇａ０．５Ｎで構成される２００ｎｍ厚の層１１が続く。これにはさらに、非ドープＡｌＮで構成される１０００ｎｍ厚の層１２が続く。この層１２は、ｐ型コンタクトの逆を向く側のサファイヤ層１３で覆われている。
【００３８】
例４：本発明に係るＵＶ−ＬＥＤと従来技術との比較
【００３９】
ＵＶ−ＬＥＤ構造は、２インチ（５０ｍｍ）の直径を有する（０００１）方位のサファイヤ基板上に、有機金属気相成長（縮めてＭＯＶＰＥ）と呼ばれる物理的コーティングプロセスで成長させられた。層構造は、３．４μｍ厚のシリコンドープＧａＮバッファ層、１０ｎｍ厚のＳｉドープＡｌ０．２３Ｇａ０．７７Ｎホールバリヤー、６ｎｍ厚のＩｎ０．０４Ａｌ０．１６ＧａＮバリヤーで隔てられた５つの３ｎｍ厚のＩｎ０．０４ＧａＮ量子膜（英語：multiple-quantum well、縮めてＭＱＷ）で構成される活性ゾーン、これに続く１０ｎｍ厚のマグネシウムドープＡｌ０．２３Ｇａ０．７７Ｎ電子バリヤー層、および、最後の２００ｎｍ厚のＭｇドープＧａＮ層で構成される。ＭＯＶＰＥの後、ｐ型ドープが、急速熱アニーリング（ＲＴＡ）炉で窒素雰囲気中で、８１５℃にて１０分間活性化された。
【００４０】
部品は、次いで、プロセス技術を用いて構造化された。多くの正方形Ｐｄコンタクトが、ｐ型コンタクト層の第２の表面に、０．０２２５ｍｍ２の面積で形成された。パラジウムは、３０ｎｍの層厚を有し、電子線蒸着を経て分離された。Ｐｄ被覆因子は、Ｄ＝１μｍのコンタクト辺長およびＡ＝１μｍの距離について２５％であり、Ｄ＝１μｍ、Ａ＝２μｍについて１１％である。ｐ型電極は、紫外反射性アルミニウム層を含み、Ａｌ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（４０ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）の金属システムで構成される。紫外反射性金属システムは、ｐ型注入部およびフリーのＧａＮ領域の双方を覆う。換言すれば、紫外反射性層によって覆われる面積の割合（曲線因子、縮めてＦＦ、に相当する）は、それぞれ７５％および８９％である。半数のサンプルにおいて、薄いＴｉ層が、ＡｌとＧａＮとの接着性を向上させるための結合材として、ＧａＮ表面とアルミニウム反射体との間に挿入された。すなわち、この場合の層配列は、Ｔｉ（５ｎｍ）／Ａｌ（５０ｎｍ）／Ｐｔ（４０ｎｍ）／Ａｕ（４００ｎｍ）の金属システムに対応する。Ｔｉは良好な紫外反射体ではないので、吸収を最小にするために、５ｎｍ厚のＴｉ層のみが蒸着された。ｐ側のメタライゼーションが終了した後、誘導結合プラズマドライエッチングプロセスが、ｎ型ドープＧａＮバッファ層に達する１５０μｍ×１５０μｍのメサ構造を現出するために、Ｃｌ２およびＢＣｌ３の雰囲気中で行われた。次いで、ｎ型メタライゼーションＴｉ（１０ｎｍ）／Ａｌ（５０ｎｍ）／Ｍｏ（２０ｎｍ）／Ａｕ（２００ｎｍ）が蒸着された。チップ全体のサイズは、５００μｍ×５００μｍである。
【００４１】
図６は、非構造化Ｐｄコンタクトを有しかつＡｌコーティングを有しない参照ダイオードとの比較における、種々のナノピクセルＬＥＤについての測定した光出力−電流曲線を示す。最良の結果は、ＦＦ＝８９％でかつＴｉ接着層を有しないナノピクセルＬＥＤで達成された。５０ｍＡの順方向電流にて、このナノピクセルＬＥＤは、１．３６ｍＷの光出力を有し（ウェハ上で測定した）、これは、参照ダイオードの光量（５０ｍＡで０．４５ｍＷ）の３倍を超えている。
【符号の説明】
【００４２】
１ ... ｐ型コンタクト
２ ... ｐ型ドープＡｌＧａＮで構成されるｐ型コンタクト層
２ａ ... ｐ型Ａｌ０．４５Ｇａ０．５５Ｎおよびｐ型Ａｌ０．５５Ｇａ０．４５Ｎの組成を有する２つのｐ型ＡｌＧａＮ層の交互配列
２ｂ ... ｐ型Ａｌ０．６０Ｇａ０．４０Ｎ
５ ... ｐ型注入部
６ ... Ｎｉ／Ａｕで構成されるｐ型注入金属層
７ ... （Ｉｎ）ＧａＮで構成されるｐ型注入層
８ ... ２７０ｎｍの波長を有する光の少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％を反射する材料を有するコーティング
９ ...  多重量子井戸層
９ａ ... （Ｉｎ）Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎバリヤー層
９ａ ... （Ｉｎ）Ａｌ０．４Ｇａ０．６量子井戸層
９ａ ... （Ｉｎ）Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎバリヤー層
１０ ... ｎ型Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎで構成されるｎ型ドープ層
１１ ... Ａｌ０．５Ｇａ０．５Ｎで構成される非ドープ層
１２ ... ＡｌＮで構成される非ドープ層
１３ ... サファイヤ層
Ａ ... ｐ型コンタクト層２の第１の表面
Ｂ ... ｐ型コンタクト層２の第２の表面
【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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【図６】
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