(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード装置の底端に位置する基板と、
該基板の上に位置してｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を具え、そのうち、該発光層がｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に介在する半導体層と、
を具え、
該ｐ型半導体層は、マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０20ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型被覆層、該ｐ型被覆層の上に位置しマグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０19ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型遷移層、該ｐ型遷移層の上のｐ型オームコンタクト層を具え、
該ｐ型半導体層の表面にエピタキシャル工程中に発生した溝を具えたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層の表面の溝が光ガイド効果を中断することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項３】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層の表面の溝がｐ型半導体エピタキシャル層中のひずみ量制御により形成されたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項４】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層の下に反射層を具えたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項５】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が、サファイヤ基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、二ほう化ジルコニウム基板、砒素化ガリウム基板、或いはシリコン基板のいずれかとされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項６】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層が、Ｎ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＮ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項７】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層が、Ｐ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＰ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項８】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がＢx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＢx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層のいずれか或いはこれらが組み合わされてなる量子井戸構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項９】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型被覆層は延伸ひずみ量（ｔｅｎｓｉｏｎ  ｓｔｒａｉｎ）を改変した被覆層とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１０】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型遷移層が半導体層で組成された超格子構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１１】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型オームコンタクト層がｐ型遷移層が半導体層で組成された超格子構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１２】
請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型ｐ型オームコンタクト層が含有するマグネシウム原子の含有濃度は該ｐ型被覆層と該ｐ型遷移層の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１３】
請求項１０又は請求項１１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、超格子構造は異なる組成、異なる厚さ及び異なる不純物ドープ濃度の半導体層が交互に堆積されてなることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１４】
請求項４記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、反射層は半導体層が交互に堆積されてなる分布式ブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード。
【請求項１５】
高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
半導体層を該基板の上に形成して発光装置を形成する工程と、
を具え、該半導体層は少なくとも、発光層、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を具え、該発光層はｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に位置するものとし、該ｐ型半導体層を形成する工程は、
マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０20ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型被覆層をそれと各層との間のひずみ量を増加させるように該発光層の上に形成する工程と、
マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０19ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型遷移層を該ｐ型被覆層の上に形成する工程と、
該ｐ型遷移層の上にｐ型オームコンタクト層を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項１６】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層はマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量が増されることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項１７】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項１８】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項１９】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２０】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２１】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２２】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２３】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層中のアルミニウムの組成或いはマグネシウム原子のドープ量を制御することでｐ型被覆層との間のひずみ量を減らすことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２４】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２５】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２６】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型遷移層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２７】
請求項１７又は２０又は２４記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、中断時間は１秒から２分の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２８】
請求項１８又は２１又は２５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、温度変化は摂氏５度から３００度の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項２９】
請求項１９又は２２又は２６記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、モノレイヤーは１から５個の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【請求項３０】
請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型オームコンタクト層の形成工程では、エピタキシャル成長時にジシクロペンタジエンマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）流量を増すか或いは温度を下げてマグネシウム原子のドープ濃度を増すことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一種の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法に係り、特に窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法に係り、エピタキシャル成長過程中のエピタキシャル層のひずみ量を制御して表面溝構造を具えたｐ型半導体層を形成することで、光ガイド効果を中断する効果を達成するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のサファイヤ基板を使用して成長させた発光ダイオード装置は図１に示されるようであり、これを周知の構造と称する。それは窒化ガリウムバッファ層２、ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層３、窒化インジウムガリウムの発光層４、ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層５、及びｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６が順にサファイヤ基板１の上にエピタキシャル成長させられ、最後にｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層６の上にｐ型半透過金属導電層７が形成され、並びにｐ型金属電極８がｐ型半透過金属導電層７の上に形成され、及び、ｎ型金属電極９がｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層３の上に形成されてなる。この多層の窒化ガリウムエピタキシャル構造の屈折係数（ｎ＝２．４）、サファイヤ基板の屈折係数（ｎ＝１．７７）、パッケージ用の樹脂シールカバー材料の屈折係数（ｎ＝１．５）の分布により、発光層の発生する光はほぼ２８％だけが界面に反射されずに一次射出される。残りの７５％の光はサファイヤ基板及びパッケージ用の樹脂シールカバー材料で構成された光ガイド構造に局限され並びに多次の界面反射を通して光が吸収される確率が増し、有効に取り出して利用できなくなる。ゆえにこのような発光ダイオード装置の構造はその光線取り出しのメカニズムが半透過金属導電層の吸収及び内部エピタキシャル構造の再吸収に制限される。
【０００３】
上述の発光ダイオード装置構造の光線取り出しの効率を高めるため、例えば特許文献１に一種の光ガイド効果中断の方法が記載されている。その方法はサファイヤ基板の表面を粗化する溝を形成するというもので、もう一つの方法は、窒化ガリウム系発光ダイオードの多層エピタキシャル構造をサファイヤ基板の上に直接成長させ、続いてエピタキシャル構造の表面よりトンネルを形成し、このトンネルをサファイヤ基板の方向に延伸させ並びに屈折係数が多層窒化ガリウムエピタキシャル構造の屈折係数（ｎ＝２．４）より小さい材料をインプラントする。
【０００４】
しかし、前者の方法は機械式つや出し或いはエミカルエッチングの方法を利用して粗化溝を形成する必要があるため、サファイヤ基板の表面粗化程度が不均一となり後続のエピタキシャルの条件に影響を与え且つその生産歩留りを制御しにくい。また後者の方法はトンネル形成と材料インプラントのために製造の複雑度が増しまた製造コストが高くなる。      
【０００５】
別に特許文献２には表面凸化の窒化ガリウム系発光ダイオード装置が記載され、それによると、発光層の発生する光が半透過金属層とパッケージ用の樹脂シールカバーの界面に反射されることで外部量子効率が増すものとされている。しかし、このような表面円柱或いは半円形凸化溝の形成はその製造の複雑度を増し、製造コストを増す。
【０００６】
また、特許文献３には光ガイド効果を中断し並びに応力により発生するエピタキシャル片の湾曲変形を減らす方法が記載され、それによると、エピタキシャル成長の条件を利用し織状ストライプ溝構造を有する窒化アルミニウムの内層を成長させ、この織状ストライプ溝構造の窒化アルミニウムの内層を発光層とサファイヤ基板の間に介在させて光ガイド効果を中断してその外部量子効果を増すものとし、更に窒化アルミニウム内層の上に金属反射層を設けて発光層よりサファイヤ基板方向に射出される光を反射してその外部量子効果を反射させる。この特許はＭＯＣＶＤを使用してこの窒化アルミニウム内層を成長させる時、アンモニアガス（ＮＨ３）及びトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）をチャンバ中に通入させ並びにアンモニアガスの流量を制御して織状溝の形状の制御を達成し、続いてその他の多層エピタキシャル構造を成長させる。非特許文献１に基づいたこの方法は、六角形のピット（ｈｅｘａｇｏｎａｌ  ｓｈａｐｅｄ  ｐｉｔｓ）を形成しやすく、このようなピットは窒化アルミニウム内層より発光層を通り表面のｐ型オームコンタクト層に至り、続いての半透過金属層或いは金属電極製作時にその金属原子がこのピットを通り拡散して発光層に進入して発光ダイオードの装置特性を破壊し並びに装置の作業寿命を減らす。
【０００７】
非特許文献２の指導に基づきＭＯＣＶＤエピタキシャル技術を利用してサファイヤ基板の上に窒化ガリウム薄膜を成長させる時、異なるエピタキシャル成長条件により、表面に現出する形態は六角錐型粗化面、平坦面、顆粒状粗化面の三種類に大きく分けられる。実験により、表面に現出する形態は表面原子層の分極方向及び表面原子遷移速度により決定されることが証明されており、表面成長メカニズムが窒素原子分極により制御される時、その表面状態は粗化面とされ、表面成長メカニズムがガリウム原子分極により制御される時、その表面状態は平坦面とされ、窒化ガリウム薄膜の表面が平坦面とされる時、六角形のピットの発生確率は低減し甚だしくは発生しなくなる。
【０００８】
以上の従来の技術を鑑み、新規な高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供し、従来の技術における光ガイド効果中断のために余分の加工（例えば機械式つや出し或いはケミカルエッチング）を必要とする欠点を改善することが望まれている。
【０００９】
【特許文献１】米国特許第６，０９１，０８５号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４９５，８６２号明細書
【特許文献３】米国特許第６，５３１，７１９号明細書
【非特許文献１】ＡＰＬ７１，（９），ｓｅｐ．１（１９９７），ｐ．１２０４
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ−Ｒｅｓｅａｒｃｈ，Ｖｏｌ．１，（１９９６）Ａｒｔ．３３  Ｊ．Ｌ．Ｒｏｕｖｉｅｒｅ氏等
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の主要な目的は、一種の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供することにあり、それはｐ型被覆層をエピタキシャル成長させる時及びｐ型被覆層の上にｐ型遷移層を形成する時に、この二つの層のひずみ量を制御し、さらにｐ型オームコンタクト層をこのｐ型遷移層の上に形成し、ｐ型半導体層の表面に溝構造を形成し、溝構造により光ガイド効果を中断し、その外部の量子効率を増すようにした発光ダイオード及びその製造方法であるものとする。
【００１１】
本発明の次の目的は、一種の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法を提供し、該ｐ型半導体層の生成方式により発光ダイオード中の六角形ピットの発生確率を減らしてその作業寿命を延長することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１の発明は、発光ダイオード装置の底端に位置する基板と、
該基板の上に位置してｎ型半導体層、発光層、及びｐ型半導体層を具え、そのうち、該発光層がｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に介在する半導体層と、
を具え、
該ｐ型半導体層は、マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０20ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型被覆層、該ｐ型被覆層の上に位置しマグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０19ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型遷移層、該ｐ型遷移層の上のｐ型オームコンタクト層を具え、
該ｐ型半導体層の表面にエピタキシャル工程中に発生した溝を具えたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項２の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層の表面の溝が光ガイド効果を中断することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項３の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層の表面の溝がｐ型半導体エピタキシャル層中のひずみ量制御により形成されたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項４の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層の下に反射層を具えたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項５の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、基板が、サファイヤ基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、二ほう化ジルコニウム基板、砒素化ガリウム基板、或いはシリコン基板のいずれかとされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項６の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｎ型半導体層が、Ｎ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＮ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項７の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型半導体層が、Ｐ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＰ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項８の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、発光層がＢx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＢx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層のいずれか或いはこれらが組み合わされてなる量子井戸構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項９の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型被覆層は延伸ひずみ量（ｔｅｎｓｉｏｎ  ｓｔｒａｉｎ）を改変した被覆層とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型遷移層が半導体層で組成された超格子構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１１の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型オームコンタクト層がｐ型遷移層が半導体層で組成された超格子構造とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１２の発明は、請求項１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、ｐ型ｐ型オームコンタクト層が含有するマグネシウム原子の含有濃度は該ｐ型被覆層と該ｐ型遷移層の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１３の発明は、請求項１０又は請求項１１記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、超格子構造は異なる組成、異なる厚さ及び異なる不純物ドープ濃度の半導体層が交互に堆積されてなることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１４の発明は、請求項４記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、反射層は半導体層が交互に堆積されてなる分布式ブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とされたことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１５の発明は、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、
基板を提供する工程と、
半導体層を該基板の上に形成して発光装置を形成する工程と、
を具え、該半導体層は少なくとも、発光層、ｐ型半導体層及びｎ型半導体層を具え、該発光層はｎ型半導体層とｐ型半導体層の間に位置するものとし、該ｐ型半導体層を形成する工程は、
マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０20ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型被覆層をそれと各層との間のひずみ量を増加させるように該発光層の上に形成する工程と、
マグネシウム原子濃度５×１０17〜５×１０19ｃｍ-3の間のマグネシウム原子を含有するｐ型遷移層を該ｐ型被覆層の上に形成する工程と、
該ｐ型遷移層の上にｐ型オームコンタクト層を形成する工程と、
を具えることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項１６の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層はマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量が増されることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項１７の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項１８の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項１９の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではマグネシウム原子ドープにより各層との間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２０の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２１の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２２の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型被覆層の形成工程ではｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２３の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層中のアルミニウムの組成或いはマグネシウム原子のドープ量を制御することでｐ型被覆層との間のひずみ量を減らすことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２４の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２５の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２６の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型遷移層の形成工程では、エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型遷移層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤーを形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変することを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２７の発明は、請求項１７又は２０又は２４記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、中断時間は１秒から２分の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２８の発明は、請求項１８又は２１又は２５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、温度変化は摂氏５度から３００度の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項２９の発明は、請求項１９又は２２又は２６記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、モノレイヤーは１から５個の間とされることを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
請求項３０の発明は、請求項１５記載の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法において、ｐ型オームコンタクト層の形成工程では、エピタキシャル成長時にジシクロペンタジエンマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）流量を増すか或いは温度を下げてマグネシウム原子のドープ濃度を増すことを特徴とする、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオード及びその製造方法は、ｐ型半導体層の表面溝構造を生成する製造方法及びその構造を提示し、該溝構造により光ガイド効果を中断し並びに六角形ピット欠陥の発生確率を減らす。本発明に記載の方法は、ｐ型被覆層及びｐ型遷移層を生成する時、その延伸（ｔｅｎｓｉｏｎ）と圧縮（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ）のひずみ量を制御し、更にｐ型オームコンタクト層をｐ型遷移層の上に形成し、このようなエピタキシャル成長過程中の制御方法とその構造を通して、ｐ型半導体層表面に溝構造を形成し、外部の量子効率を増すとともにその作業寿命を増す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明は光ガイド効果を中断する方法とその構造とされ、それは周知の技術がいずれも後工程例えば機械式つや出し或いはケミカルエッチングを溝形成のために必要とし、且つその生産歩留りを制御しにくいという問題、或いは、ＭＯＣＶＤエピタキシャル技術で紋を生成すると、六角形のピットを形成しやすく装置寿命の短縮をもたらす問題を解決する。本発明に記載の製造方法及び構造は、いずれも後処理加工を必要とせず、且つ六角形のピットを発生せず、新規な技術とされている。
【００１５】
図２は本発明の実施例の発光ダイオードの製造フロチャートである。図示されるように、本発明は高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法であり、その主要な工程は以下を包含する。
工程Ｓ１１：基板を提供する
工程Ｓ１２：該基板の上にｎ型半導体層を形成する
工程Ｓ１３：該ｎ型半導体層の上に発光層を形成する
工程Ｓ１４：該発光層の上にｐ型被覆層を各層との間のひずみ量が増すようにして形成する
工程Ｓ１５：該ｐ型被覆層の上にｐ型遷移層を形成する
工程Ｓ１６：該ｐ型遷移層の上にｐ型オームコンタクト層を形成する。
【００１６】
そのうち、工程Ｓ１４から工程Ｓ１６において、被覆層のひずみ量増加と溝を具えたｐ型半導体層の方法には以下のような数種類がある。
１．ｐ型被覆層中に高濃度のマグネシウム原子をドープしてエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変する。そのうち、中断時間は１秒から２分の間とされ、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
２．ｐ型被覆層中に高濃度のマグネシウム原子をドープしてエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち該温度変化は摂氏５度から３００度の間とし、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
３．ｐ型被覆層中に高濃度のマグネシウム原子をドープしてエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち該モノレイヤーは１〜５個の間とし、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
４．ｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち、該中断時間は１秒から２分間の間とし、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
５．ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち、該温度変化は摂氏５度から３００度の間とし、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
６．ｐ型被覆層中のアルミニウムの組成を増してエピタキシャル層の間のひずみ量を増し、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型被覆層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち該モノレイヤーは１〜５個の間とし、続いてマグネシウム原子を低濃度でドープしたｐ型遷移層を成長させ、最後にマグネシウム原子を適当な濃度でドープしたオームコンタクト層を成長させる。
【００１７】
また、ｐ型遷移層の形成方法は以下のとおりである。
１．エピタキシャル層中のアルミニウムの組成或いはマグネシウム原子のドープ量を制御してｐ型被覆層との間のひずみ量を減らす。
２．エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに中断時間を制御してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち中断時間は１秒から２分の間とする。
３．エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びに温度変化制御を利用してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち該温度変化は摂氏５度から３００度の間とする。
４．エピタキシャル層とｐ型被覆層の間のひずみ量を減らし、続いてエピタキシャル層の成長を中断し並びにｐ型遷移層の表面に複数のガリウム原子、インジウム原子或いはアルミニウム原子のモノレイヤー（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）を形成してエピタキシャル層のひずみ量を改変し、そのうち該モノレイヤーは１〜５個の間とし、これによりエピタキシャル層のひずみ量を改変する。
該ｐ型オームコンタクト層の形成方法は、エピタキシャル成長時にジシクロペンタジエンマグネシウム（Ｃｐ2 Ｍｇ）流量を増すか或いは温度を下げてマグネシウム原子のドープ濃度を増すものとされる。
【００１８】
更に図３に示されるように、本発明の実施例の発光ダイオードは、高発光効率の窒化ガリウム系発光ダイオードであり、それは、該発光ダイオードの底端に位置する基板と、該基板１０の上に接続された半導体層２０を具えている。該半導体層２０は、ｎ型半導体層２２、発光層２４、及びｐ型半導体層２６を具え、そのうち、該発光層２４はｎ型半導体層２２とｐ型半導体層２６の間にあり、該ｐ型半導体層２６は発光層２４の上に順に成長したｐ型被覆層２６０、ｐ型遷移層２６２、及びｐ型オームコンタクト層２６４を具え、更に該発光層２４の下に反射層２４０があり、その構造は半導体層が交互に堆積されてなる分布式ブラッグ反射層（Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｔｅｄ  Ｂｒａｇｇ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒ）とされる。
【００１９】
該基板１０はサファイヤ基板、炭化シリコン基板、酸化亜鉛基板、二ほう化ジルコニウム基板、砒素化ガリウム基板、或いはシリコン基板のいずれかとされる。該ｎ型半導体層２２は、Ｎ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＮ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）とされる。該ｐ型半導体層２６は、Ｐ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＰ−Ｂx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層とされる。該発光層２４はＢx ＡｌyＩｎz Ｇａ1-x-y-z Ｎp Ａｓq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）、或いはＢx Ａｌy Ｉｎz Ｇａ1-x-y-zＮp Ｐq 層（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦ｚ≦１，０≦ｐ≦１，０≦ｑ≦１且つｘ＋ｙ＋ｚ＝１及びｐ＋ｑ＝１）層のいずれか或いはこれらが組み合わされてなる量子井戸構造とされる。
【００２０】
また、該ｐ型遷移層２６２及び該ｐ型オームコンタクト層２６４は半導体層で組成された超格子構造とされ、該超格子構造は異なる組成、異なる厚さ及び異なる不純物ドープ濃度の半導体層が交互に堆積されてなるものとされうる。
【００２１】
該ｐ型半導体層２６は溝を具え、該溝は光ガイド効果を中断できる。該ｐ型被覆層はマグネシウム原子５×１０17〜５×１０20ｃｍ-3を含有し、該ｐ型遷移層はマグネシウム原子５×１０17〜５×１０19ｃｍ-3を含有し、該ｐ型オームコンタクト層が含有するマグネシウム原子の含有量は該ｐ型被覆層と該ｐ型遷移層の間とされる。そのうち、該ｐ型半導体層の溝は図４から図７に示されるようであり、図４から図８は本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。図示されるように、該溝の発生はエピタキシャル工程中であり、並びに周知の技術のように後加工工程を使用して発生させるのではなく、ゆえに本発明の方法によりエピタキシャル工程中に併せて該溝を発生させて光ガイド効果を中断する目的を達成できる。
【００２２】
総合すると、本発明は新規性、進歩性及び産業上の利用価値を有する発明であり、特許の要件を具備している。なお、以上の実施例の説明及び図面の記載は本発明の範囲を限定するものではなく、それらに基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】周知の技術の発光ダイオードの表示図である。
【図２】本発明の実施例の発光ダイオードの製造フローチャートである。
【図３】本発明の実施例の発光ダイオードの表示図である。
【図４】本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。
【図５】本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。
【図６】本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。
【図７】本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。
【図８】本発明の実施例のｐ型半導体層の溝のＳＥＭ図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  サファイヤ基板
２  窒化ガリウムバッファ層
３  ｎ型窒化ガリウムオームコンタクト層
４  窒化インジウムガリウムの発光層
５  ｐ型窒化アルミニウムガリウム被覆層
６  ｐ型窒化ガリウムオームコンタクト層
７  ｐ型半透過金属導電層
８  ｐ型金属電極
９  ｎ型金属電極
１０  基板
２０  半導体層
２２  ｎ型半導体層
２４  発光層
２４０  反射層
２６  ｐ型半導体層
２６０  ｐ型被覆層
２６２  ｐ型遷移層
２６４  ｐ型オームコンタクト層
【図１】
0004738772.tif 000002
【図２】
0004738772.tif 000003
【図３】
0004738772.tif 000004
【図４】
0004738772.tif 000005
【図５】
0004738772.tif 000006
【図６】
0004738772.tif 000007
【図７】
0004738772.tif 000008
【図８】
0004738772.tif 000009