(57)【要約】  ここで開示されるものは、窒化ガリウム基板、前記窒化ガリウム基板上に配置される窒化ガリウム系第１コンタクト層、窒化ガリウム系第２コンタクト層、前記第１コンタクト層と第２コンタクト層の間に配置され、多重量子井戸構造を有する活性層、及び前記第１コンタクトと活性層の間に配置され、多層構造を有する超格子層を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）である。  窒化ガリウム基板を採用することで、半導体層の結晶性が改善され、加えて、第１コンタクト層と活性層の間に超格子層を配置することで、活性層中における結晶欠陥の発生を抑制できる。
2015511407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化ガリウム基板、
前記窒化ガリウム基板上に配置された窒化ガリウム系第１コンタクト層、
前記第１コンタクト層の上方に配置された窒化ガリウム系第２コンタクト層、
前記第１コンタクト層と第２コンタクト層の間に配置され、多重量子井戸構造を有する活性層、及び
前記第１コンタクトと活性層の間に配置され、多層構造を有する超格子層、
を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項２】
前記多層構造を有する超格子層は、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層、及びＧａＮ層が複数サイクル繰り返し積層された構造を有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項３】
前記多層構造を有する超格子構造は、それぞれのサイクルにおいてＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層の間にＧａＮ層を含む、請求項２に記載の発光ダイオード。
【請求項４】
前記多重量子井戸構造を有する活性層は、前記第１ｎ型コンタクト層に最も近接した第１井戸層と、前記第２ｐ型コンタクト層に最も近接した第ｎの井戸層との間に配置された（ｎ−１）個の障壁層を有し、
該（ｎ−１）個の障壁層間において、（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも厚い膜厚を有する障壁層が前記第１井戸層により近接して配置され、（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも薄い膜厚を有する障壁層が第ｎ井戸層により近接して配置された、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項５】
前記（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも厚い膜厚を有する障壁層の数が、前記（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも薄い膜厚を有する障壁層の数よりも多い、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項６】
それぞれの井戸層の膜厚がそれぞれの障壁層の膜厚よりも薄く、該障壁層の膜厚は平均膜厚よりも薄い、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項７】
平均膜厚よりも厚い膜厚の障壁層間に配置される井戸層の膜厚は、平均膜厚よりも薄い膜厚の障壁層間に配置される井戸層の膜厚以上である、請求項４に記載の発光ダイオード。
【請求項８】
前記活性層中の障壁層はＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＧａＮから形成される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項９】
前記窒化ガリウム基板がｍ面成長面を有する、請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１１】
前記障壁層におけるアルミニウム（Ａｌ）の組成比が０より大きく、０．１より小さい、請求項８に記載の発光ダイオード。
【請求項１２】
前記障壁層におけるアルミニウム（Ａｌ）の組成比が０．０２〜０．０５の範囲である、請求項１１に記載の発光ダイオード。
【請求項１３】
さらに、前記基板とｎ型コンタクト層との間に配置された中温バッファ層を有し、該中温バッファ層は７００℃〜８００℃の成長温度で、窒化ガリウム基板から成長させる、請求項１に記載の発光ダイオード。
【請求項１４】
前記中温バッファ層はＧａＮ層から形成される、請求項１３に記載の発光ダイオード。
【請求項１５】
さらに、前記基板とｎ型コンタクト層との間に配置された下部ＧａＮ層、及び前記ｎ型コンタクト層と該下部ＧａＮ層との間に形成された中間層、を有し、該中間層はＡｌＩｎＮ層又はＡｌＧａＮ層から形成される、請求項１に記載の発光ダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム系発光ダイオードに関し、より詳細には、窒化ガリウム基板を成長基板として用いる窒化ガリウム系発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、窒化ガリウム（ＧａＮ）のようなＩＩＩ族元素の窒化物は、優れた熱安定性と直接遷移型エネルギーバンド構造を有し、可視光及び紫外光領域の発光要素の材料として近年卓越した存在となってきている。特に、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）を用いた青色及び緑色の発光要素は、大規模フルカラーフラットパネルディスプレイ、交通信号機、屋内照明、高密度光源、高解像度出力システム、光通信等のような種々な用途に使用されている。
【０００３】
ＩＩＩ族元素の窒化物で形成された半導体層を成長させるためのホモ基板を製造することは難しいため、ＩＩＩ族元素の窒化物で形成された半導体層は、一般的に、同様の結晶構造を有するヘテロ基板上に、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）や分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）等により成長させる。ヘテロ基板としては、六方晶構造を有するサファイア基板が一般的に使用される。
【０００４】
しかしながら、ヘテロ基板上に成長したエピタキシャル層は、成長基板との間における格子不整合や熱膨張係数の違いのため、比較的転位密度が高い。サファイア基板上に成長したエピタキシャル層は、一般的に１Ｅ８／ｃｍ２以上の転位密度を有することが知られている。それゆえ、このような高い転位密度を有するエピタキシャル層により、発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光効率を改善することには限界がある。
加えて、高電流でＬＥＤを駆動させる場合、電流が転位を通して集中し、低電流で駆動させた場合と比較して、更に発光効率が悪化する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、発光効率の改善された発光ダイオードを提供することである。
また、本発明の別の課題は、高電流においても駆動し得る発光ダイオードを提供することである。
さらに、本発明の別の課題は、順電圧を低減できる発光ダイオードを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の主な実施形態によれば、窒化ガリウム基板；前記窒化ガリウム基板上に配置された窒化ガリウム系第１コンタクト層；前記第１コンタクト層の上部に配置された窒化ガリウム系第２コンタクト層；多重量子井戸構造を有し、前記第１コンタクト層と前記第２コンタクト層との間に配置された活性層；及び多層構造を有し、第１コンタクト層と活性層との間に配置された超格子層、を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。
ある実施形態では、多層構造を有する超格子層は、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層が複数サイクル繰り返し積層された構造を有してもよい。多層構造を有する超格子層は、それぞれのサイクルにおいてＩｎＧａＮ層とＡｌＧａＮ層との間にさらにＧａＮ層を有してもよい。
【０００７】
ある実施形態では、多重量子井戸構造を有する活性層は、前記第１ｎ型コンタクト層に最も近接した第１井戸層と前記第２ｐ型コンタクト層に最も近接した第ｎ井戸層との間に
配置される（ｎ−１）個の障壁層を有してもよく、該（ｎ−１）個の障壁層間において、（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも厚い膜厚を有する障壁層が、第１井戸層に近接して配置されてもよく、（ｎ−１）個の障壁層の平均膜厚よりも薄い膜厚を有する障壁層が、第ｎ井戸層に近接して配置されてもよい。加えて、平均膜厚よりも厚い膜厚を有する障壁層の数が、平均膜厚よりも薄い膜厚を有する障壁層の数よりも多くてもよい。
【０００８】
活性層中の障壁層は、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮにより形成されてもよい。また、障壁層中のアルミニウム組成比は０より大きく０．１より小さくてもよい。特に障壁層中のアルミニウム組成比は、好ましくは０．０１以上であり、より好ましくは０．０２以上であり、好ましくは０．０５以下であってもよい。
【０００９】
ある実施形態では、ＬＥＤは更に、基板とｎ型コンタクト層との間に配置された中温バッファ層を有してもよい。ここで中温バッファ層は、窒化ガリウム基板上で７００℃〜８００℃の成長温度で成長させた窒化ガリウム系層としてＧａＮ層であってもよい。
ある実施形態では、ＬＥＤは更に、基板とｎ型コンタクト層との間に配置された下部ＧａＮ層、及びｎ型コンタクト層と下部ＧａＮ層との間に配置された中間層を有してもよい。ここで、中間層はＡｌＩｎＮ層又はＡｌＧａＮ層から形成されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
図面は、発明の更なる理解のために含まれ、本明細書に組み込まれ、本明細書の一部を構成するものであり、発明の実施形態を図示し、文章とともに発明の主題の説明に資するものである。
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一つの実施形態における発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面図である。
【図２】図２は、本発明の一つの実施形態における発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面図である。
【図３】図３は、本発明の別の実施形態における超格子層の断面図である。
【図４】図４は、本発明の一つの実施形態における活性層の断面図である。
【図５】図５は、図４の活性層を説明するためのエネルギーバンドを示す図である。
【図６】図６は、中温バッファ層を使用したことによるエピタキシャル層の表面モルフォロジー説明するための光学写真である。
【図７】図７は、中間層を使用したことによるエピタキシャル層の表面モルフォロジー説明するための光学写真である。
【図８】図８は、窒化ガリウム基板を使用したことによる光パワーの増加を説明するグラフである。
【図９】図９は、障壁層におけるＡｌの組成比による、光パワーと順電圧の変化を説明するためのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施形態を、図面を用いてより詳細に説明する。これらの実施形態が提供されることで本開示は完全なものとなり、発明の概念は十分に当業者に理解される。本発明の実施形態は種々の変形がされてもよく、本発明の範囲は本明細書に示す実施形態に限定されない。図面においては、形状や大きさは説明を明確にするために誇張されることがあり、同じ符号は明細書を通して同様の構成を示すのに使用される。
【００１３】
図１は、本発明の実施形態における発光ダイオード（ＬＥＤ）の断面図である。
図１において、ＬＥＤは窒化ガリウム基板１１、ｎ型コンタクト層１９、超格子層２０、活性層３０、及びｐ型コンタクト層４３を含む。加えて、ＬＥＤは中温バッファ層１３、下部ＧａＮ層１５、中間層１７、ｐ型クラッド層４１、透明電極層４５、第１電極層４
７、及び第２電極層４９を含む。
【００１４】
窒化ガリウム基板１１はｃ面成長面を有してもよく、ｍ面成長面を有してもよく、又はａ面成長面を有してもよい。また、窒化ガリウム基板１１の成長面は、エピタキシャル層成長を補助するチルト角を有してもよい。窒化ガリウム基板１１は、例えばハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により形成されてもよい。
【００１５】
中温バッファ層１３は窒化ガリウム基板１１上に形成される。中温バッファ層１３は、約７００℃〜８００℃の温度で、厚さが約２ｎｍ〜１０ｎｍで形成されてもよい。
【００１６】
従来、基板上に窒化ガリウム系エピタキシャル層を成長させるため、６００℃以下の温度で低温バッファ層を形成する技術が用いられてきた。窒化ガリウム系エピタキシャル層は、低温バッファ層を用いることで、格子不整合と熱膨張係数において大きな差異を有し、サファイア基板上に成長し得る。しかしながら、窒化ガリウム基板１１は窒化ガリウムエピタキシャル層との間ではホモ基板であり、低温バッファ層を必要としない。加えて、低温バッファ層が窒化ガリウム基板１１上に形成されることで、窒化ガリウム基板１１上に成長した窒化ガリウム層内に発生した転位密度がより増大し、そのような状況は望ましくない。
【００１７】
一方で、９００℃以上の高い温度で、窒化ガリウムエピタキシャル層を窒化ガリウム基板１１から直接成長さることが検討されている。しかしながら窒化ガリウム基板１１が、ｍ面又はａ面のような無極性成長面を有する場合、高温で窒化ガリウム基板１１から成長させたエピタキシャル層は、非常に粗い表面となる。比較すると、バッファ層１３が７００℃〜８００℃で成長し、エピタキシャル層がバッファ層１３から成長した場合、バッファ層１３から成長したエピタキシャル層は滑らかな表面を有する。
【００１８】
下部ＧａＮ層１５はアンドープＧａＮ又はＳｉドープＧａＮから形成されてもよい。中温バッファ層１３が形成される際、下部ＧａＮ層１５は中温バッファ層１３から成長してもよく、中温バッファ層１３が形成されない場合、下部ＧａＮ層１５は窒化ガリウム基板１１から直接成長させてもよい。
【００１９】
中間層１７は下部ＧａＮ層１５上に配置される。中間層１７は、窒化ガリウム基板１１と異なる組成を有し、多重量子井戸構造を有する井戸層よりも広いバンドギャップを有する、窒化ガリウム系エピタキシャル層として形成される。例えば、中間層１７はＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＩｎＧａＮから形成されてもよい。ｎ型コンタクト層１９と下部ＧａＮ層１５は約１０００℃の高温で成長させ、一方で中間層１７は約８００℃〜９００℃で成長させる。ＧａＮ層１５と１９と間のＧａＮと異なる組成を有する中間層１７を形成することで、中間層１７上に形成されたｎ型コンタクト層１９において歪みが生じ、多重量子井戸構造の結晶性が改善される。
【００２０】
ｎ型コンタクト層１９はＳｉドープＧａＮから形成されてもよい。ｎ型コンタクト層１９は中間層１７から成長させてもよいが、本発明ではこれに限定されない。ｎ型コンタクト層１９は中間構造 バッファ層１３又は窒化ガリウム基板１１から直接成長させてもよ
い。第１電極４７は、ｎ型コンタクト層とオーミック接合している。
【００２１】
一方で、多層構造を有する超格子層２０は、ｎ型コンタクト層１９上に配置される。超格子層２０はｎ型コンタクト層１９と活性層３０の間に配置され、電流の通路として位置する。超格子層２０は、ＩｎＧａＮとＧａＮのペアで複数サイクル（例えば１５〜２０サイクル）繰り返し積層されることで形成されてもよいが、本発明はそれに限定されるものではない。例えば図２に示すように、超格子層２０は、ＩｎＧａＮ層２１／ＡｌＧａＮ層
２２／ＧａＮ層２３の３層構造が複数サイクル（例えば約１０〜２０サイクル）繰り返し積層された構造であってもよい。ＡｌＧａＮ層２２とＩｎＧａＮ層２１の順番は置き換わってもよい。ここで、ＩｎＧａＮ層２１は、活性層３０中の井戸層と比較して広いバンドギャップを有する。また好ましくは、ＡｌＧａＮ層２２は、活性層３０中の障壁層と比較して広いバンドギャップを有する。加えて、ＩｎＧａＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２は不純物を意図的にドープしないアンドープ層として形成されてもよく、ＧａＮ層２３はＳｉドープ層として形成されてもよい。好ましくは、超格子層２０の最上層は、不純物ドープＧａＮ層２３である。
【００２２】
超格子層２０はＡｌＧａＮ層２２を含むため、活性層３０における正孔がｎ型コンタクト層１９に向かって移動することを防ぐことができ、活性層３０における輻射再結合頻度を増大させる。ＡｌＧａＮ層２２は、１ｎｍ未満の厚さで形成されてもよい。
【００２３】
一方で、超格子層２０では、ＡｌＧａＮ層２２がＩｎＧａＮ層２１上に形成されるため、それらの間で格子不整合が大きく、界面において結晶欠陥を形成しやすい。それゆえ、図３に示すように、ＧａＮ層２４はＩｎＧａＮ層２１とＡｌＧａＮ層２２との間に挿入されてもよい。ＧａＮ層２４はアンドープ層として形成されてもよく、Ｓｉドープ層として形成されてもよい。
【００２４】
多重量子井戸構造を有する活性層３０は超格子層２０上に形成される。図４に示すように、活性層３０は障壁層３１ａ及び３１ｂ、並びに井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐが交互に積層された構造を有する。ここで、３３ｎは超格子層２０又はｎ型コンタクト層１９に最も近接した井戸層（第１井戸層）を意味し、３３ｐはｐ型クラッド層４１又はｐ型コンタクト層２３に最も近接した井戸層（第ｎ井戸層）を意味する。一方で、図５は活性層３０のエネルギーバンドを示す。
【００２５】
図４及び５に関連して、（ｎ−１）個の障壁層３１ａ及び３１ｂ、並びに（ｎ−２）個の井戸層３３は、井戸層３３ｎと井戸層３３ｐとの間に交互に積層される。障壁層３１ａの膜厚は、（ｎ−１）個の障壁層３１ａと３１ｂの平均膜厚よりも厚く、障壁層３１ｂの膜厚は、該平均膜厚よりも薄い。また、図示されているように、障壁層３１ａは第１井戸層３３ｎにより近接して配置され、障壁層３１ｂは第ｎ井戸層３３ｐにより近接して配置される。
【００２６】
加えて、障壁層３１ａは超格子層２０の最上層と接触して配置されてもよい。要するに障壁層３１ａは、超格子層２０と第１井戸層３３ｎの間に配置されてもよい。また、障壁層３５は第ｎ井戸層３３ｐの上に配置されてもよい。障壁層３５の膜厚は、障壁層３１ａの膜厚より大きくてもよい。
【００２７】
第ｎ井戸層３３ｐにより近接した障壁層３１ｂの膜厚を薄くすることで、活性層３０における抵抗成分が減少し、ｐ型コンタクト層４３から注入された正孔が、活性層３０中の井戸層３３に運ばれ、その結果、ＬＥＤの順電圧が低下し得る。また、障壁層３５の膜厚を厚くすることで、活性層３０、特に井戸層３３ｎ、３３、及び３３ｐが成長する際に生じた結晶欠陥が、その上で形成されるエピタキシャル層の結晶構造が改善されることで修復される。しかしながらこのケースでは、多数の障壁層３１ａよりも多くの障壁層３１ｂが形成されると、活性層３０の欠陥密度が増加し、発光効率を低下させ得る。それゆえ、多数の障壁層３１ｂよりも多くの障壁層３１ａが形成されることが好ましい。
【００２８】
一方で、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐは実質的に同じ膜厚であってもよく、そうすると、極めて小さい半値幅（ＦＷＨＭ）を有する光が放射される。別の方法として、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐの膜厚が異なるように調整することで、比較的大きな半値幅の光
が得られる。加えて、障壁層３１ｂ間に配置される井戸層３３の厚みは、障壁層３１ａ間に配置される井戸層３３と比較して薄くてもよく、その場合、結晶欠陥の発生を防ぐことができる。例えば、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐの膜厚さは１０Å以上３０Å以下であってよく、障壁層３１ａの膜厚は５０Å以上７０Å以下であってよく、障壁層３１ｂの膜厚は３０Å以上５０Å以下であってよい。
【００２９】
また、井戸層３３ｎ、３３、３３ｐは近紫外光又は青色光を放射する窒化ガリウム系層として形成されてもよい。例えば、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐはＩｎＧａＮにより形成されてもよく、この場合には、インジウム（Ｉｎ）の組成比は、要求される波長に応じて調整されてもよい。
【００３０】
一方、電子と正孔を井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐ内に閉じ込めるために、障壁層３１ａ及び３１ｂは、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐよりも広いバンドギャップを有する窒化ガリウム系層として形成されてもよい。例えば障壁層３１ａと３１ｂはＧＡＮ 、ＡｌＧ
ａＮ、又はＡｌＩｎＧａＮから形成されてもよい。特に、障壁層３１ａ及び３１ｂは、バンドギャップを更に大きくするために、アルミニウム（Ａｌ）を含む窒化ガリウム系層として形成されてもよい。好ましくは、障壁層３１ａ及び３１ｂにおけるアルミニウム（Ａｌ）の組成比は、０より大きく０．１未満である。特に、０．０２以上０．０５以下であってもよい。アルミニウム（Ａｌ）の組成比を上記範囲に限定することで、光パワーが増大する。
【００３１】
加えて、図示しないが、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐと、その上に配置される障壁層３１ａ及び３１ｂとのそれぞれの間にキャップ層を形成してもよい。キャップ層は、障壁層３１ａ及び３１ｂを成長させるためチャンバーの温度を上昇させる際に、井戸層がダメージを受けることを防ぐために形成される。例えば、井戸層３３ｎ、３３及び３３ｐは約７８０℃で成長させてもよく、障壁層３１ａ及び３１ｂは約８００℃で成長させてもよい。
【００３２】
ｐ型クラッド層４１は活性層３０上に配置され、ＡｌＧａＮにより形成されてもよい。または、ｐ型クラッド層４１は、ＩｎＧａＮ及びＡｌＧａＮが交互に積層された超格子構造を有してもよい。ｐ型クラッド層４１は電子ブロック層であり、電子がｐ型コンタクト層４３に移動することを防ぐため、発光効率が改善する。
【００３３】
図１に戻ると、ｐ型コンタクト層４３はＭｇドープＧａＮから形成されてもよい。ｐ型コンタクト層４３はｐ型クラッド層４１上に配置される。一方、ＩＴＯやＺｎＯなどの透明導電層４５は、ｐ型コンタクト層４３上に形成され、ｐ型コンタクト層４３とオーミック接合する。第２電極４９は、ｐ型コンタクト層４３と電気的に接続される。第２電極４９は、透明導電層４５を介してｐ型コンタクト層４３と接続されてもよい。
【００３４】
一方、ｐ型コンタクト層４３、ｐ型クラッド層４１、活性層３０、及び超格子層２０の特定部分は、ｎ型コンタクト層１９を露出させるため、エッチングプロセスにより除去されてもよい。第１電極４７は、露出されたｎ型コンタクト層１９上に形成される。
【００３５】
本実施形態では、窒化ガリウム基板１１から成長した中温バッファ層１３及びエピタキシャル層１５〜４３は、ＭＯＣＶＤ法により形成されてもよい。ここで、ＴＭＡＩ、ＴＭＧａ、ＴＭＩｎは、それぞれＡｌ源、Ｇａ源、及びＩｎ源として用いてもよく、ＮＨ３はＮ源として用いてよい。また、ＳｉＨ４はｎ型不純物であるＳｉ源として用いてよく、Ｃｐ２Ｍｇは、ｐ型不純物であるＭｇ源として用いてよい。
【実施例】
【００３６】
（実施例１）
図６は、中温バッファ層１３を使用したことによる、エピタキシャル層の表面モルフォロジーを説明するための光学写真である。図６において、（ａ）は中温バッファ層１３なしで、窒化ガリウム基板１１から成長させたｎ型ＧａＮ層の表面モルフォロジーであり、（ｂ）は窒化ガリウム基板１１上に中温バッファ層１３を形成した後に、中温バッファ層１３から成長させたｎ型ＧａＮ層の表面モルフォロジーである。
ここで、窒化ガリウム基板１１としてｍ面成長面を有する基板を用い、中温バッファ層１３は約７５０℃で５ｎｍの膜厚で形成した。
【００３７】
図６（ａ）において、ｎ型ＧａＮ層が、中温バッファ層１３を形成することなく直接成長すると、ｎ型ＧａＮ層の表面が大きく粗れることが理解される。これは、窒化ガリウム基板１１から成長したＧａＮ層の結晶方位が局所的に変化し、エピタキシャル層の表面が粗れるためである。ホモ基板を成長基板として用いた場合に、表面が粗れたエピタキシャル層が成長する正確な理由は明らかではないが、成長基板１１の表面が成長面と正確に一致していないためと推測される。
それと比較して図６（ｂ）では、中温バッファ層１３を使用することで、滑らかな表面を有するｎ型ＧａＮ層が成長したことが理解される。要するに、中温バッファ層１３が成長基板１１の表面欠陥を低減させるため、その上に形成されたエピタキシャル層の結晶性が改善されると思われる。
それゆえ、７００℃〜８００℃の温度で中温バッファ層１３を成長させることで、中温バッファ層１３から９００℃以上の高い温度で成長させたエピタキシャル層の結晶性が改善すると理解される。
【００３８】
（実施例２）
図７は、中間層を使用したことによるエピタキシャル層の表面モルフォロジーを説明するための光学写真である。図７において（ａ）は、窒化ガリウム基板１１から、中間層なしで、ｎ型コンタクト層１９、超格子層２０、活性層３０、ｐ型クラッド層４１、及びｐ型コンタクト層４３を順に成長させた後、光学顕微鏡で撮像されたｐ型コンタクト層４３の表面写真であり、（ｂ）は、下部ＧａＮ層１５とｎ型コンタクト層１９の間に、１０ｎｍ未満の膜厚のＡｌ０．８Ｉｎ０．２Ｎ中間層１７を形成し、その後ｎ型コンタクト層１９から超格子層２０、活性層３０、ｐ型クラッド層４１、及びｐ型コンタクト層４３を順に成長させた後、光学顕微鏡で撮像されたｐ型コンタクト層４３の表面写真である。窒化ガリウム基板１１としてｃ面成長基板が使用されることで、ここでは基板１１は平行に形成された転位欠陥線Ｌｄを有した。下部ＧａＮ層１５及びｎ型コンタクト層１９は、約１０５０℃〜１１００℃の温度範囲で同じ成長条件で形成させ、中間層１７は８３０℃の温度で成長させた。
【００３９】
図７（ａ）において、中間層１７が形成されない場合、最終エピタキシャル層であるｐ型コンタクト層４３は、非常に粗い表面を有して形成された。基板１１の結晶欠陥線Ｌｄはｐ型コンタクト層４３にまで転位し、表面からでも観察された。結晶欠陥線Ｌｄにおいて、表面は不良であったと理解される。加えて、表面欠陥線Ｌｄ間でも、表面は非常に粗いと理解される。
【００４０】
図７（ｂ）において、中間層１７が形成されることで、結晶欠陥線Ｌｄ間の表面が非常に滑らかになり、結晶欠陥線Ｌｄがあったとしても、図７（ａ）の場合と比較してエピタキシャル層が綺麗に成長する。
また、分離したＬＥＤは、窒化ガリウム基板１１上に組立られ、中間層１７の有無によりウエハーレベルで順電圧を比較した。結果、中間層１７を有するＬＥＤの順電圧は、中間層１７を有さないＬＥＤの順電圧よりも約０．１３Ｖ小さかった。
【００４１】
（実施例３）
図８は、窒化ガリウム基板を使用したことによる光パワーの増加を説明するグラフである。ここで、本発明の実施態様では、ｃ面窒化ガリウム基板を成長基板として使用し、エピタキシャル層は窒化ガリウム基板ｃ面に成長させ、ＬＥＤを形成した。ここで、超格子２０はＩｎＧａＮ及びＧａＮを交互に２０サイクル積層させて形成し、井戸層は近紫外線を放射するＩｎＧａＮ層として形成し、障壁層はＧａＮで形成した。一方で、比較例では成長基板としてサファイア基板を用い、近紫外線を放射するＬＥＤはサファイア基板上に形成した。ここで、成長基板の違いによる光パワーの変化を確認するために、障壁層と井戸層の膜厚は同じ厚さで形成した。
【００４２】
図８では、窒化ガリウム基板を用いた場合、サファイア基板を用いた場合と比較して、光パワーが３０％以上増加したことが確認された。成長基板の違いによる光パワーの変化は、エピタキシャル層、特に活性層３０における転位密度の差異に起因して発生したことを見出した。
【００４３】
（実施例４）
図９は、障壁層におけるＡｌの組成比による、光パワーと順電圧の変化を説明するためのグラフである。ここで、窒化ガリウム基板が成長基板として用いられ、障壁層はＡｌＧａＮから形成され、Ａｌの組成比による光パワーと順電圧は、Ａｌ組成比を変化させることで測定し、光パワーと順電圧の相対値は、ＧａＮ障壁層を用いたＬＥＤに基づくパーセンテージにより示した。
【００４４】
図９では、ＧａＮ障壁層を使用したＬＥＤと比較して、Ａｌ組成比が０．０２〜０．０５であるＡｌＧａＮ障壁層を形成した場合、光パワーは１０％以上増加し、順電圧は顕著に低下した。一方で、Ａｌの組成比を０．１まで増加させた場合、光パワーは減少し、順電圧は増加した。
それゆえ、ＬＥＤの光パワーは、障壁層におけるＡｌ組成比を０．０２〜０．０５の範囲にすることで改善されたと理解される。
【００４５】
本発明の実施形態によると、窒化ガリウム基板を採用することで、窒化ガリウム基板上に成長した半導体層の結晶性を改善することができ、加えて、超格子層が第１コンタクト層と活性層との間に配置されることで、結晶欠陥が活性層に発生することを防ぐことができる。それゆえ、ＬＥＤの発光効率は顕著に向上し、転位密度が低下することで高電流下でも駆動できるＬＥＤを提供することができる。
【００４６】
また、超格子層が、ＩｎＧａＮ層、ＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層が複数サイクル繰り返し積層される構造を有することで、電子がスムーズに活性層に注入され、正孔が活性層内に閉じ込められる。それゆえ、駆動電圧を増加させることなしに、発光効率が改善される。
【００４７】
加えて、比較的薄い障壁層がｐ型コンタクト層に近接して配置されることで、発光効率が低減することなしに、順電圧を低減できる。
また、中温バッファ層及び／又は中間層を使用することで、結晶欠陥をさらに低減できる。
【００４８】
種々の実施形態及び特徴を述べたが、本発明は既に説明した実施形態や特徴に限定されず、本発明の範囲を超えることなく様々な改変をしてもよい。
【図１】
2015511407.tif 000003
【図２】
2015511407.tif 000004
【図３】
2015511407.tif 000005
【図４】
2015511407.tif 000006
【図５】
2015511407.tif 000007
【図８】
2015511407.tif 000008
【図９】
2015511407.tif 000009
【図６】
2015511407.tif 000010
【図７】
2015511407.tif 000011
【国際調査報告】
2015511407.tif 000012
2015511407.tif 000013
2015511407.tif 000014