特許 7530998 マイクロ発光ダイオード

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-07-31

(45)【発行日】2024-08-08

(54)【発明の名称】マイクロ発光ダイオード

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/14 20100101AFI20240801BHJP

【ＦＩ】

H01L33/14

【請求項の数】 23

(21)【出願番号】P 2022574138

(86)(22)【出願日】2020-08-31

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-08-29

(86)【国際出願番号】 CN2020112656

(87)【国際公開番号】W WO2022041230

(87)【国際公開日】2022-03-03

【審査請求日】2023-02-14

(73)【特許権者】

【識別番号】523451347

【氏名又は名称】湖北三安光電有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】李 水清

(72)【発明者】

【氏名】杜 偉華

(72)【発明者】

【氏名】頼 昭序

(72)【発明者】

【氏名】▲ドン▼ 和清

【審査官】百瀬 正之

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－３２４２８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特許第６６９６０２５（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００２－３４４０１５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６４１０９４３（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】特開２０１２－２２２３６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０５３４６２２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０７８１９０５８（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１０６３５００４（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１７－２２０５８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－０５３７６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０５９９３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２４７７４４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０１０３２８９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を少なくとも含んでいるマイクロ発光ダイオードであって、
前記遷移層の構造は、成長方向に沿って、第１遷移層と、第２遷移層と、第３遷移層と、を含んでおり、
前記遷移層のバンドギャップは、Ｎ型層のものと発光層のものとの間にあり、Ｎ型層のバンドギャップをＥｇｎと定義し、第１遷移層のバンドギャップをＥｇ１と定義し、第２遷移層のバンドギャップをＥｇ２と定義し、第３遷移層のバンドギャップをＥｇ３と定義し、発光層のバンドギャップをＥｇａと定義すると、以下の関係：Ｅｇｎ≧Ｅｇ１＞Ｅｇ２＞Ｅｇ３＞Ｅｇａを満たしており、
前記発光層においては、意図せずにドーピングされた周期数をＮ１と定義し、意図的にドーピングされた周期数をＮ２と定義し、意図的にドーピングされたドーピング濃度をｃ３と定義し、かつ以下の関係：Ｎ２≦Ｎ１、且つ１≦Ｎ１≦２０、０≦Ｎ２＜１０を満たしており、
前記第３遷移層は、Ｍ組の積み重ねられた構造を少なくとも含んでおり、
前記第３遷移層におけるＮ型側に近い周期数をＮ _Ｌ と定義し、Ｐ型側に近い残りのＭ－Ｎ _Ｌ の周期数をＮ _Ｈ と定義し、Ｎ _Ｌ 周期のドーピング濃度をｃ１と定義し、Ｎ _Ｈ 周期のドーピング濃度をｃ２と定義し、前記発光層における意図的にドーピングされた周期数Ｎ２＝０である場合、Ｎ _Ｈ ＞０、且つｃ２＞ｃ１となっており、前記発光層における意図的にドーピングされた周期数Ｎ２≠０である場合、Ｎ _Ｈ ≧０、ｃ３≧ｃ２≧ｃ１となっている、
ことを特徴とする、マイクロ発光ダイオード。

【請求項2】

前記第１遷移層は、ドーピングが異なるＡセクションの半導体層を含んでおり、且つ１≦Ａ≦３０となっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項3】

前記第１遷移層のドーピング濃度は、１Ｅ１７～５Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にある、 ことを特徴とする請求項２に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項4】

前記第１遷移層の厚さは、５０Å～５０００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項5】

前記第１遷移層の組成材料は、Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{（１－ａ－ｂ）}Ｎ、且つ０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１となっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項6】

前記第２遷移層は、構造がＬ組のバンドギャップが異なる２種類の半導体層からなる積み重ねられた構造を少なくとも含んでおり、且つバンドギャップが異なる２種類の半導体層を、第１バンドギャップ半導体層及び第２バンドギャップ半導体層とそれぞれ定義する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項7】

前記Ｌは１～１００の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項６に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項8】

前記第２遷移層のドーピング濃度は、１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項9】

前記第２遷移層の厚さは、１００Å～５０００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項10】

前記第２遷移層においては、第１バンドギャップ半導体層の材料がＡｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{（１－ｃ－ｄ）}Ｎであり、第２バンドギャップ半導体層の材料がＡｌ_ｅＩｎ_ｆＧａ_{（１－ｅ－ｆ）}Ｎであり、０≦ｃ＜１、０≦ｄ＜１、０≦ｅ＜１、０≦ｆ＜１、ｄ≠ｆ、且つｃ＞０又はｅ＞０である場合、ｃ≠ｅとなっている、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項11】

前記第３遷移層は、構造がＭ組のバンドギャップが異なる２種類の半導体層からなる積み重ねられた構造を少なくとも含んでおり、該２種類の半導体層を、第１半導体層及び第２半導体層とそれぞれ定義する、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項12】

前記Ｍは、１～５０の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項13】

前記第３遷移層においては、Ｍ≧２である場合、Ｎ型側に近いＮ_Ｌ個の周期の積み重ねられた構造のドーピング濃度が、Ｐ型側に近い残りのＭ－Ｎ_Ｌの積み重ねられた構造のドーピング濃度以下であり、残りのＭ－Ｎ_Ｌの周期数をＮ_Ｈと定義すると、１≦Ｎ_Ｌ≦５０、０≦Ｎ_Ｈ＜５０となっている、
ことを特徴とする請求項１２に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項14】

前記第３遷移層の厚さは、５０Å～５０００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項15】

前記第３遷移層における第１半導体層及び第２半導体層は、それぞれの組成材料がＡｌ_ｍＩｎ_ｎＧａ_{（１－ｍ－ｎ）}Ｎ、Ｉｎ_ｋＧａ_１－ｋＮであり、０＜ｋ＜１、０≦ｍ＜１、０≦ｎ＜１となっている、
ことを特徴とする請求項１１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項16】

前記第３遷移層の構造には、第３半導体層と、第４半導体層と、が更に含まれている、
ことを特徴とする請求項１３に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項17】

前記第３遷移層における第３半導体層及び第４半導体層は、組成材料がＡｌ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{（１－ｐ－ｑ）}Ｎであり、０≦ｐ＜１、０≦ｑ＜１となっている、
ことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項18】

ｃ３が１Ｅ１７～１Ｅ２０／ｃｍ^３の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項19】

基板と、Ｕ型層と、Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を少なくとも含んでいるマイクロ発光ダイオードであって、
遷移層は、Ｎ型層と発光層との間に介在しており、遷移層の総厚さをｔ１と定義し、発光層は、遷移層とＰ型層との間に介在しており、井戸層と障壁層からなる積み重ねられた構造であり、発光層の総厚さをｔ２と定義すると、ｔ１＞ｔ２となり、更に、遷移層の総厚さｔ１の発光層の総厚さｔ２に対する比率をｘと定義すると、ｘが以下の関係：５≦ｘ≦１５０を満たしている、
ことを特徴とする、マイクロ発光ダイオード。

【請求項20】

発光層の総厚さは、５０Å～２０００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１９に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項21】

遷移層の総厚さは、５００Å～１５０００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１９に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項22】

前記マイクロ発光ダイオードの水平サイズは、１μｍ×１μｍ～３００μｍ×３００μｍの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１又は請求項１９に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項23】

請求項１～２２のいずれか一項に記載のマイクロ発光ダイオードを含んでいる、
ことを特徴とする、発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体の光電技術分野に属し、マイクロ発光ダイオードの発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

スマートフォン（或いは、スマートウォッチやスマートバンド）などにおけるディスプレイに用いられるマイクロ発光ダイオードは、駆動電流が通常ナノアンペア（ｎＡ）レベルにあり、電流密度が０～１Ａ／ｃｍ^２の範囲内にあり、低いものでは０～０．１Ａ／ｃｍ^２の範囲内にある。従来のマイクロ発光ダイオードは、光電変換効率のピーク値が通常は電流密度で５Ａ／ｃｍ^２よりも大きな範囲に分布しており、電流密度が１Ａ／ｃｍ^２以下にある場合、光電変換効率が非常に不安定な範囲にあり、電流の微小な変化につれて光電変換効率が急に下がることがあり、そのため従来のエピタキシャル構造は、低電流で操作されるニーズのある製品に適用されることができない。したがって、スマートフォン（或いは、スマートウォッチやスマートバンド）に用いられるマイクロ発光ダイオードのチップに対しては、光電変換効率のピーク値が低電流密度の範囲内にあり、かつ光電変換効率が安定したエピタキシャル構造を開発する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

本発明は、従来技術に存在している問題を解決するために、マイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及びそのマイクロ発光ダイオードを提供することを旨とする。

【課題を解決するための手段】

【0004】

本発明の第１の態様として、本発明は、マイクロ発光ダイオードを提出する。該マイクロ発光ダイオードは、Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を含んでいる。その中で、遷移層の構造は、成長方向に沿って、第１遷移層と、第２遷移層と、第３遷移層と、を含んでいる。前記遷移層のバンドギャップは、Ｎ型層のものと発光層のものとの間にある。Ｎ型層のバンドギャップをＥｇｎと定義し、第１遷移層のバンドギャップをＥｇ１と定義し、第２遷移層のバンドギャップをＥｇ２と定義し、第３遷移層のバンドギャップをＥｇ３と定義し、発光層のバンドギャップをＥｇａと定義すると、以下の関係：Ｅｇｎ≧Ｅｇ１＞Ｅｇ２＞Ｅｇ３＞Ｅｇａを満たしている。

【0005】

前記第１遷移層は、ドーピングが異なるＡセクションの半導体層を含んでおり、且つ１≦Ａ≦３０となっていることが好ましい。

【0006】

前記第１遷移層のドーピング濃度は、１Ｅ１７～５Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあることが好ましい。

【0007】

前記第１遷移層の厚さは、５０Å～５０００Åの範囲内にあることは好ましい。

【0008】

前記第１遷移層の組成材料は、Ａｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{（１－ａ－ｂ）}Ｎ、且つ０≦ａ＜１、０≦ｂ≦１となっていることが好ましい。

【0009】

前記第２遷移層は、構造がＬ組のバンドギャップが異なる２種類の半導体層からなる積み重ねられた構造を少なくとも含んでおり、且つバンドギャップが異なる２種類の半導体層を、第１バンドギャップ半導体層及び第２バンドギャップ半導体層とそれぞれ定義することが好ましい。

【0010】

前記Ｌは１～１００の範囲内にあることが好ましい。

【0011】

前記第２遷移層のドーピング濃度は、１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあることが好ましい。

【0012】

前記第２遷移層の厚さは、１００Å～５０００Åの範囲内にあることが好ましい。

【0013】

第２遷移層においては、第１バンドギャップ半導体層の材料がＡｌ_ｃＩｎ_ｄＧａ_{（１－ｃ－ｄ）}Ｎであり、第２バンドギャップ半導体層の材料がＡｌ_ｅＩｎ_ｆＧａ_{（１－ｅ－ｆ）}Ｎであり、その中で、０≦ｃ＜１、０≦ｄ＜１、０≦ｅ＜１、０≦ｆ＜１、ｄ≠ｆ、且つｃ＞０又はｅ＞０である場合、ｃ≠ｅとなっていることが好ましい。

【0014】

前記第３遷移層は、構造がＭ組のバンドギャップが異なる２種類の半導体層からなる積み重ねられた構造を少なくとも含んでおり、該２種類の半導体層を、第１半導体層及び第２半導体層とそれぞれ定義することが好ましい。

【0015】

前記Ｍは１～５０の範囲内にあることが好ましい。

【0016】

前記第３遷移層においては、Ｍ≧２である場合、Ｎ型側に近いＮ_Ｌ個の周期の積み重ねられた構造のドーピング濃度が、Ｐ型側に近い残りのＭ－Ｎ_Ｌの積み重ねられた構造のドーピング濃度以下であり、残りのＭ－Ｎ_Ｌの周期数をＮ_Ｈと定義すると、１≦Ｎ_Ｌ≦５０、０≦Ｎ_Ｈ＜５０となっていることが好ましい。

【0017】

前記Ｎ_Ｌ周期のドーピング濃度をｃ１と定義し、前記Ｎ_Ｈ周期のドーピング濃度をｃ２と定義すると、ｃ１≦ｃ２、且つｃ１が１Ｅ１７～５Ｅ１８／ｃｍ^３の範囲内にあり、ｃ２が１Ｅ１７～１Ｅ２０／ｃｍ^３の範囲内にあることが好ましい。

【0018】

前記第３遷移層の厚さは、５０Å～５０００Åの範囲内にあることが好ましい。

【0019】

前記第３遷移層における第１半導体層及び第２半導体層は、それぞれの組成材料がＡｌ_ｍＩｎ_ｎＧａ_{（１－ｍ－ｎ）}Ｎ、Ｉｎ_ｋＧａ_１－ｋＮであり、その中で、０＜ｋ＜１、０≦ｍ＜１、０≦ｎ＜１となっていることが好ましい。

【0020】

前記第３遷移層の構造には、第３半導体層と、第４半導体層と、が更に含まれていることが好ましい。

【0021】

前記第３遷移層における第３半導体層及び第４半導体層は、組成材料がＡｌ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{（１－ｐ－ｑ）}Ｎであり、その中で、０≦ｐ＜１、０≦ｑ＜１となっていることが好ましい。

【0022】

前記発光層においては、意図せずにドーピングされた周期数をＮ１とし、意図的にドーピングされた周期数をＮ２とすると、以下の関係：Ｎ２≦Ｎ１、且つ１≦Ｎ１≦２０、０≦Ｎ２＜１０を満たしていることが好ましい。

【0023】

前記発光層における意図的にドーピングされた周期数Ｎ２のドーピング濃度をｃ３と定義すると、ｃ３が１Ｅ１７～１Ｅ２０／ｃｍ^３の範囲内にあることは好ましい。

【0024】

前記発光層の周期数Ｎ２＝０である場合、Ｎ_Ｈ＞０、且つｃ２＞ｃ１となっていることが好ましい。

【0025】

前記発光層の周期数Ｎ２≠０である場合、Ｎ_Ｈ≧０、且つｃ３≧ｃ２≧ｃ１となっていることが好ましい。

【0026】

本発明の第２の態様として、マイクロ発光ダイオードは、基板と、Ｕ型層と、Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を少なくとも含んでおり、その中で、遷移層は、Ｎ型層と発光層との間に介在しており、遷移層の総厚さをｔ１と定義し、発光層は、遷移層とＰ型層との間に介在しており、井戸層と障壁層からなる積み重ねられた構造であり、発光層の総厚さをｔ２と定義すると、ｔ１＞ｔ２となり、更に、遷移層の総厚さｔ１の発光層の総厚さｔ２に対する比率をｘと定義すると、ｘが以下の関係：５≦ｘ≦１５０を満たしていることが好ましい。

【0027】

発光層の総厚さは、５０Å～２０００Åの範囲内にあることが好ましい。

【0028】

遷移層の総厚さは、５００Å～１５０００Åの範囲内にあることが好ましい。

【0029】

前記マイクロ発光ダイオードの水平サイズは、１μｍ×１μｍ～３００μｍ×３００μｍの範囲内にあることが好ましい。

【0030】

本発明は、マイクロ発光装置を更に提供する。前記マイクロ発光装置は、上記のマイクロ発光ダイオードを含んでいる。

【発明の効果】

【0031】

本発明が提供するマイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及び発光ダイオードは、以下の有益な効果を具えている。

【0032】

（１）遷移層のバンドギャップが漸次に変化する構造によって、発光層と底層と間の不整合転位を更に低減して発光層と底層と間の応力を緩和して、発光層の結晶の成長品質を向上させて、効率のピーク値を電流密度に対して左側へ移動させて、低電流での発光効率を更に向上させることができる。

【0033】

（２）発光層の厚さを薄くして、遷移層の厚さを厚くして、遷移層と発光層との厚さの比率を調整することによって、キャリアの生成効率を向上させて、発光層と底層と間の格子不整合応力を改善させて、発光層の結晶体の品質を向上させて、放射再結合効率を向上させて、低電流での特性を改善させることができる。

【0034】

（３）発光層と遷移層との段階式ドーピングの構造によって、キャリアの局部分布を減少させて、キャリアの注入を改善させて、キャリアの均一分布を促進させて、キャリアの寿命を増加させて、放射再結合効率を向上させて、効率のピーク値を電流密度に対して左側へ移動させて、低電流での発光効率を更に向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0035】

本発明の実施例や従来技術における技術方案をより明確に説明するために、以下、実施例または従来技術の説明に用いられる添付図面に対して簡単に説明する。以下の説明における添付図面は、本発明の実施例に過ぎず、本分野における通常の知識を有する者にとって、提供された添付図面から何ら創造的な作業をせずに他の添付図面を得ることができることは明らかであろう。

【0036】

【図1】実施例１に係るエピタキシャル構造を示す模式図である。

【図2】実施例１に係る第１遷移層を示す構造模式図である。

【図3】実施例１に係る第２遷移層を示す構造模式図である。

【図4】実施例１に係る第３遷移層の第１部分のＮ_Ｌ周期を示す構造模式図である。

【図5】実施例１に係る第３遷移層の第２部分のＮ_Ｈ周期を示す構造模式図である。

【図6】実施例１に係る発光層を示す構造模式図である。

【図7】従来のエピタキシャルを示す構造模式図である。

【図8】実施例１に係るエピタキシャル構造を有するマイクロ発光ダイオードのＷＰＥ（光電変換効率）－Ｊ（電流密度）に関連するテストデータの比較を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

以下、添付図面及び実施例を組み合わせて、本発明の実施方式について詳細に説明し、これによって本発明に対してどのように技術手段を応用すれば技術問題を解決し、且つ技術効果を得るのかといった実現過程を十分に理解して実施できるようにする。説明するべきことは、矛盾しない限り、本発明の各実施例および各実施例における各特徴は互いに組み合わせることができ、それにより形成された技術態様も全て本発明に係る請求の範囲内にあることである。

【0038】

実施例１
図１～図８を参照されたい。本発明の目的に基づいて、本実施例は、マイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及びその製造方法を提供する。該製造方法は、以下のステップを含んでいる。

【0039】

（１）基板１を用意する。該基板１の材料は、サファイア、酸化ガリウム（ＩＩＩ）（Ｇａ_２Ｏ_３）、炭化ケイ素、窒化ガリウム、酸化亜鉛、シリコン、又はゲルマニウムなどを選択することができる。該基板の表面は、平面構造又はパターンを有する構造であることができる。また、基板の表面の上に、一層の窒化アルミニウム又は窒化ケイ素をメッキすることもできる。本実施例は、一層の窒化アルミニウムのメッキが行われたサファイア基板を選択することが好ましい。

【0040】

（２）基板１の上に核生成層２をエピタキシャル成長する。該核生成層は、ＡｌＧａＮ又はＧａＮ材料を選択することが好ましい。エピタキシャル成長の方法は、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相成長法）方法と、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）方法と、ＣＶＤ（化学気相成長）方法と、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長法）方法と、ＰＥＣＶＤ（プラズマ増強化学気相成長）方法と、を採用することができ、本実施例はＭＯＣＶＤを選択することが好ましいが、実施例はそれに限定されない。具体的に、基板１を、ＭＯＣＶＤの反応室に載置して、まず水素化処理を行なって基板の表面にある不純物を取り除き、そして温度を約５００～６００℃に下げて、厚さが約５～３０ｎｍである核生成層２を成長する。

【0041】

（３）核生成層２の上にＵ－ＧａＮ層３及びＮ－ＧａＮ層４を順にエピタキシャル成長する。その中で、Ｕ－ＧａＮ層３は厚さが約１～４μｍにあって、底層から上に延伸した転位を減少且つ抑制することができる。Ｎ－ＧａＮ層４は、厚さが約１～４μｍにあってドーピング濃度が１Ｅ１７～５Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあって、放射再結合効率の電子を提供することができる。

【0042】

（４）Ｎ－ＧａＮ層４を成長し終えた後、遷移層を成長し始める。
まず、第１遷移層５を成長する。温度を７５０～１０００℃に下げて、第１遷移層を成長する。まず、第１ドーピング半導体層５Ａを成長する。第１ドーピング半導体層は、材料がＡｌ_ａＩｎ_ｂＧａ_{（１－ａ－ｂ）}Ｎであり、ＧａＮであることが好ましく、ドーピング濃度が５Ｅ１８～５Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが２００～１０００Åの範囲内にある。次に、第２ドーピング半導体層５Ｂを成長する。第２ドーピング半導体層５Ｂは材料がＧａＮであることが好ましく、ドーピング濃度が５Ｅ１７～５Ｅ１８／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが２００～１０００Åの範囲内にある。そして、第３ドーピング半導体層５Ｃを成長する。第３ドーピング半導体層５Ｃは材料がＧａＮであることが好ましく、ドーピング濃度が５Ｅ１７～５Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが３００～３０００Åの範囲内にある。第１ドーピング半導体層と第２ドーピング半導体層と第３ドーピング半導体層との成長温度は、同じであっても異なってもよい。本実施例においては、同じ温度を採用する。第１遷移層は、発光層と底層との間の不整合転位を効果的に減少して、発光層と底層との間の応力を緩和して、発光層の結晶体の品質を向上させることができる。

【0043】

いくつかの実施例において、第１遷移層は、ドーピングが異なる３種類の半導体層における一層のみ含むことができ、それにより成長時間を短縮して、生産効率を向上させることができる。

【0044】

いくつかの実施例において、第１遷移層は、ドーピングが異なる３種類の半導体層における二層の組み合わせによる形式のみ含むことができ、高ドーピングと低ドーピングからなる差異を維持することによって、電流拡散の能力を効果的に改善させて、デバイスのＥＳＤ性能を向上させることができる。

【0045】

いくつかの実施例において、第１遷移層は、Ａ種類の異なるドーピングの半導体層からなることができ、且つＡは１～３０の範囲内にある。

【0046】

（５）次に、第２遷移層６を成長する。
第２遷移層は、第１バンドギャップ半導体層６Ａ及び第２バンドギャップ半導体層６Ｂからなる積み重ねられた周期構造である。温度を７００～９５０℃に下げて、まず、第１バンドギャップ半導体層６Ａを成長する。第１バンドギャップ半導体層６Ａは、材料がＩｎＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが１０～１００Åの範囲内にある。次に、第２バンドギャップ半導体層６Ｂを成長する。第２バンドギャップ半導体層６Ｂは、材料がＧａＮであることが好ましく、ドーピング濃度が５Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが５０～５００Åの範囲内にある。周期数が２～３０の範囲内にあることが好ましい。第１バンドギャップ半導体層と第２バンドギャップ半導体層との成長温度は、同じであっても異なってもよく、本実施例においては、同じ温度を採用する。周期内のＩｎの成分は、同じであっても異なってもよく、本実施例において同じであることが好ましい。本実施例において、第２遷移層の周期数が３つであり、上記３つの周期のバンドギャップが同じであることは好ましい。第２遷移層のバンドギャップが、第１遷移層のものよりも小さいので、第２遷移層は底層とそれに続く高Ｉｎ成分の材料との不整合転位を減少して、発光層の結晶体の品質を向上させることができる。

【0047】

（６）そして、第３遷移層７を成長し始める。第３遷移層７は、隣り合うものの間でバンドギャップ、又は、ドーピングが異なる４セクションの半導体層の積み重ねられた周期構造である。

【0048】

まず、第３遷移層の第１部分のＮ_Ｌ周期を成長する。即ち、材料がＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが５～３０Åの範囲内にある第１半導体層７Ａ１を成長し、次に、温度を下げて、材料がＩｎＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが１０～５０Åの範囲内にある第２半導体層７Ｂ１を成長し、そして、材料がＡｌＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが１０～５０Åの範囲内にある第３半導体層７Ｃ１を成長し、最後に、材料がＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、ドーピング濃度が１Ｅ１７～１Ｅ１８／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが３０～１００Åの範囲内にある第４半導体層７Ｄ１を成長する。なお、周期数は１～２０の範囲内にある。

【0049】

そして、第３遷移層の第２部分のＮ_Ｈ周期を成長する。即ち、材料がＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが５～３０Åの範囲内にある第１半導体層７Ａ２を成長し、次に、温度を下げて、材料がＩｎＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが１０～５０Åの範囲内にある第２半導体層７Ｂ２を成長し、そして、材料がＡｌＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、厚さが１０～５０Åの範囲内にある第３半導体層７Ｃ２を成長し、最後に、材料がＧａＮであることが好ましく、意図せずにドーピングされた層であり、ドーピング濃度が１Ｅ１８～１Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にあり、厚さが３０～１００Åの範囲内にある第４半導体層７Ｄ２を成長する。なお、周期数は１～１０の範囲内にある。第３遷移層の第２部分のＮ_Ｈ周期のドーピング濃度は、第３遷移層の第１部分のＮ_Ｌ周期のものよりも大きい。それは遷移層の段階式ドーピング及び続いての発光層の意図的でないドーピングの構造の組み合わせによって、キャリアの局部分布を効果的に減少させて、キャリアの注入を改善させて、キャリアの均一分布を促進させて、放射再結合効率を効果的に向上させることを目的とするものである。

【0050】

以上の第３遷移層の周期においては、Ｉｎの成分が互いに同じであっても異なってもよく、本実施例において同じであることが好ましい。第３遷移層の周期においては、バンドギャップが互いに同じであっても異なってもよく、本実施例において同じであることが好ましい。第３遷移層の平均バンドギャップは、第２遷移層のものよりも小さい。遷移層とＮ型層と発光層とのバンドギャップは、依然として以下の関係：Ｅｇｎ≧Ｅｇ１＞Ｅｇ２＞Ｅｇ３＞Ｅｇを満たしている。第３遷移層は、発光層と底層と間の不整合転位を更に低減して、発光層の結晶の成長品質を向上させて、ひいては効率のピーク値を電流密度に対して左側へ移動させることができる。

【0051】

いくつかの実施例において、第３遷移層は、第２半導体層及び第４半導体層からなる周期構造、第２半導体層と第３半導体層と第４半導体層からなる周期構造、或いは第１半導体層と第３半導体層と第４半導体層からなる周期構造、のみ含むことができ、それにより成長時間を短縮して、生産効率を向上させることができる。

【0052】

他のいくつかの実施例において、第３遷移層における各層は、すべて同じ温度で成長され、Ｉｎ、Ａｌ、又はＧａを入れる量を通して、Ｉｎ成分の漸次変化を制御して、結晶体の品質を改善すると同時に、成長時間を効果的に短縮して、生産効率を向上させることもできる。

【0053】

他のいくつかの実施例において、第３遷移層における第２部分のＮ_Ｈ周期と第１部分のＮ_Ｌ周期とのドーピング濃度は、同じであってもよく、１Ｅ１７～５Ｅ１８／ｃｍ^３の範囲内にある。この方式及び続いての発光層の高ドーピングの方式を組み合わせることによって、キャリアの局部分布を効果的に減少させて、キャリアの注入を改善させることができる。

【0054】

他のいくつかの実施例において、第３遷移層における第１部分のＮ_Ｌ周期と第２部分のＮ_Ｈ周期とのドーピング濃度は、同じであってもよく、１Ｅ１８～１Ｅ１９／ｃｍ^３の範囲内にある。この方式は、材料の抵抗値を効果的に減少して、電圧を減少させることができる。

【0055】

（７）発光層８は、単一の周期内に井戸層８Ａと、障壁層８Ｂと、を少なくとも含んでいる。

【0056】

発光層の総厚さは、５０～１０００Ａの範囲内にある。更に、遷移層の総厚さ、及び発光層の総厚さの比率は、５≦ｘ≦５０となっており、本実施例の厚さの比率は、約５：１～２０：１にある。これは、主に発光層の厚さを薄くして、遷移層の厚さを厚くして、遷移層と発光層との厚さの比率を調整することによって、キャリアの生成効率を向上させて、発光層と底層と間の格子不整合応力を改善させて、活性領域の結晶体の品質を向上させて、放射再結合効率を向上させて、低電流での特性を改善させることができるからである。

【0057】

発光層の周期数は、１～１５の範囲内にあることが好ましい。該実施例において、意図せずにドーピングされた周期数はＮ１であり、３～１０の範囲内にあることが好ましく、意図的にドーピングされた周期数はＮ２であり、０であることが好ましい。意図せずにドーピングされたものとは、一般的にドーピング濃度が１Ｅ１７／ｃｍ^３よりも低いものを指す。発光層における意図的にドーピングされた周期数Ｎ２＝０である場合、第３遷移層におけるＮ_Ｈ個周期のドーピング濃度は、第３遷移層における前のＮ_Ｈ個周期のものよりも高い。この方式は、キャリアの注入を改善させるためである。

【0058】

いくつかの実施例において、発光層における意図的にドーピングされた周期数Ｎ２≠０である場合、発光層のドーピング濃度は、第３遷移層におけるすべての周期のものよりも高く、或いは、発光層のドーピング濃度は、第３遷移層におけるＮ_Ｈ個周期のドーピング濃度と同じであり、第３遷移層における前のＮ_Ｌ個周期のものよりも高い。発光層と遷移層との段階式ドーピングの構造によって、キャリアの局部分布を効果的に減少させて、キャリアの注入を改善させて、キャリアの均一分布を促進させて、キャリアの寿命を増加させて、放射再結合効率を向上させて、効率のピーク値を電流密度に対して左側へ移動させて、低電流での発光効率を向上させることができる。

【0059】

（８）発光層を成長し終えた後、低温のＰ型層９を成長する。これはＭＱＷを続いての高温で破壊されないように保護することに加え、比較的に高い濃度の正孔を提供することを目的とする。

【0060】

（９）そして、温度を上げて高温のＰＡｌＧａＮ１０及び高温のＰＧａＮ層１１を成長して、表面を充填して平坦にする。

【0061】

（１０）該エピタキシャル構造を有するエピタキシャルウェハーを用いて、マイクロ発光ダイオードのチップを製作する。チップの水平サイズは８９μｍ×１２９μｍである。単一のチップをパッケージした後、光電変換効率（ＷＰＥ）の電流密度（Ｊ）に伴う変化に関するテストを行なった。図８に示されるように、光電変換効率のピーク値（ｐｅａｋＷＰＥ）に対応する電流密度（Ｊ）が、０．６Ａ／ｃｍ^２から０．０５Ａ／ｃｍ^２に左側へ移動した。光電変換効率のピーク値は、約６％上がって、０．０５Ａ／ｃｍ^２での注入電流密度で、光電変換効率は、従来の構造と比べて約２０％上がった。

【0062】

実施例２
本実施例が実施例１と異なっているのは、本実施例に係る遷移層のバンドギャップの関係が従来の構造と同じであることにある。従来の構造は、一般的にＵ型層と、Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を含んでいる。図７に示されるように、遷移層の総厚さと発光層の厚さとの比率は、一般的に１：１～５：１の範囲内にある。従来の構造と異なっているのは、本実施例においては発光層の厚さと遷移層の厚さとの比率を調整することによって、遷移層の総厚さ及び発光層の総厚さの比率が５≦ｘ≦５０となっており、本実施例においては厚さの比率が５：１～２０：１の範囲内にあることが好ましい。発光層の厚さを薄くして、遷移層の厚さを増加して、遷移層と発光層との厚さの比率を調整することによって、キャリアの生成効率を向上させて、活性領域の結晶体の品質を向上させて、放射再結合効率を向上させて、低電流での特性を改善させることができる。

【0063】

実施例３
本実施例が実施例１と異なっているのは、本実施例に係る遷移層、発光層の厚さが従来の構造と同じであることにある。従来の構造は、一般的にＵ型層と、Ｎ型層と、遷移層と、発光層と、Ｐ型層と、を含んでいる。図７に示されるように、遷移層は、一般的に従来のＩｎＧａＮ／ＧａＮからなる交互に積み重ねられた周期構造である。従来の構造と異なっているのは、本実施例においては遷移層が複合遷移層構造となっており、発光層と遷移層との間が段階式ドーピングとなっており、且つ遷移層、Ｎ型層、及び発光層のバンドギャップが、以下の関係：Ｅｇｎ≧Ｅｇ１＞Ｅｇ２＞Ｅｇ３＞Ｅｇを満たしていることにある。それにより、発光層と底層と間の不整合転位を大いに減少させて、キャリアの局部分布を減少させて、キャリアの注入を改善させて、キャリアの均一分布を促進させて、放射再結合効率を向上させて、効率のピーク値を電流密度に対して左側へ移動させて、低電流での発光効率を向上させることができる。

【0064】

実施例４
本実施例が実施例１と異なっているのは、本実施例に係る積み重ねられた層における第２遷移層において、周期ごとの各周期内でＩｎ、Ａｌ成分が漸次に変化し、増大又は減少となり、平均バンドギャップの漸次的な減少又は増大を示すことにある。これは、格子不整合応力を更に減少させることが目的である。

【0065】

実施例５
本実施例が実施例１と異なっているのは、本実施例に係る積み重ねられた層における第３遷移層において、周期ごとにＩｎ、Ａｌ成分が漸次に変化し、増大又は減少となり、平均バンドギャップの漸次的な減少又は増大を示すことにある。これは、格子不整合応力を更に減少させることが目的である。

【0066】

実施例６
本実施例が実施例１と異なっているのは、本実施例に係る積み重ねられた層における第２遷移層と第３遷移層において、Ｉｎ、Ａｌ成分の変化及びバンドギャップの変化が、実施例４と実施例５からの任意の組み合わせ方式となっていることにある。

【0067】

上述の実施例は、本発明の原理や効果を例示的に説明したものに過ぎず、本発明を限定するものではない。本技術を熟知する者であれば、本発明の精神や範囲を違反しない状態で、上述の実施例に対して修飾や変更を行なうことができる。したがって、本技術分野における通常の知識を有する者が、本発明に開示される精神や技術思想から外れない状態で完成した各種の同様な効果を奏する修飾や変更は、依然として本発明の特許請求範囲に入るものである。

【符号の説明】

【0068】

１ 基板
２ 核生成層
３ Ｕ－ＧａＮ層
４ Ｎ－ＧａＮ層
５ 第１遷移層
５Ａ 第１ドーピング半導体層
５Ｂ 第２ドーピング半導体層
５Ｃ 第３ドーピング半導体層
６ 第２遷移層
６Ａ 第１バンドギャップ半導体層
６Ｂ 第２バンドギャップ半導体層
７ 第３遷移層（第１部分：第１半導体層７Ａ１、第２半導体層７Ｂ１、第３半導体層７Ｃ１、第４半導体層７Ｄ１、第２部分：第１半導体層７Ａ２、第２半導体層７Ｂ２、第３半導体層７Ｃ２、第４半導体層７Ｄ２、を含む）
８ 発光層（井戸層８Ａ、障壁層８Ｂ、を含む）
９ 低温のＰ型層
１０ 高温のＰＡｌＧａＮ層
１１ 高温のＰＧａＮ層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】