特表 2023-511822 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

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-03-23

(54)【発明の名称】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

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/06 20100101AFI20230315BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230315BHJP

   C30B 29/40 20060101ALI20230315BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20230315BHJP

【ＦＩ】

H01L33/06

H01L33/32

C30B29/40 D

C23C16/34

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2022535096

(86)(22)【出願日】2020-03-09

(85)【翻訳文提出日】2022-07-29

(86)【国際出願番号】 CN2020078410

(87)【国際公開番号】W WO2021179116

(87)【国際公開日】2021-09-16

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】518281982

【氏名又は名称】廈門市三安光電科技有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＸＩＡＭＥＮ ＳＡＮ’ＡＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】５Ｆ．， Ｚｏｎｇｈｅ Ｂｌｄｇ．， Ｎｏ．１７２１， Ｌｕｌｉｎｇ Ｒｄ．， Ｓｉｍｉｎｇ Ｄｉｓｔ． Ｘｉａｍｅｎ， Ｆｕｊｉａｎ ３６１００９， Ｃｈｉｎａ

(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

【テーマコード（参考）】

4G077

4K030

5F241

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB01

4G077BE13

4G077BE15

4G077EF01

4G077HA02

4K030AA11

4K030AA13

4K030BA02

4K030BA08

4K030BA11

4K030BB12

4K030CA05

4K030CA12

4K030JA01

4K030JA05

4K030JA09

4K030LA14

5F241AA03

5F241AA21

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA57

5F241CA65

(57)【要約】

【解決手段】
本発明はマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造し、それはＮ型層と発光層とＰ型層を少なくとも含む。発光層はｎ個の周期の量子井戸構造を含み、周期ごとの量子井戸構造は井戸層と障壁層を含み、ｎ１個及びｎ２個の周期の量子井戸構造をそれぞれ第１及び第２の発光セクションと定義し、ｎ１とｎ２が１以上であり、ｎ１＋ｎ２がｎ以下であり、第１の発光セクションが第２の発光セクションよりもＮ型層に近く、両発光セクションの障壁層材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも小さく、両発光セクションの井戸層材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも大きい。該エピタキシャル構造によるマイクロＬＥＤは、光電変換効率のピーク値が電流密度の1A/cm²よりも低く光電変換効率が約30%向上することを実現できる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｎ型層と、発光層と、Ｐ型層と、を少なくとも含んでいるマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造であって、
発光層は、ｎ個の周期の量子井戸構造を含んでおり、
周期ごとの量子井戸構造は、井戸層と、障壁層と、を含んでおり、
ｎ１個の周期の量子井戸構造を第１の発光セクションと定義し、かつｎ２個の周期の量子井戸構造を第２の発光セクションと定義し、ｎ１とｎ２とが１以上であり、かつｎ１＋ｎ２がｎ以下であり、第１の発光セクションが第２の発光セクションよりもＮ型層に近く、
両発光セクションにおける障壁層の材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも小さいという条件を満たしており、
両発光セクションにおける井戸層の材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも大きいという条件を満たしている、
ことを特徴とする、マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項2】

前記第１の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、を少なくとも含んでおり、第２の障壁層が第１の障壁層と第３の障壁層との間に介在しており、第１の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第２の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項3】

前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、第４の障壁層と、を少なくとも含んでおり、第２の障壁層が第１の障壁層と第３の障壁層との間に介在しており、第４の障壁層が井戸層の後ろに配置されており、第２の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第２の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きく、かつ第４の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ、第２の障壁層の材料のバンドギャップ、及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項4】

前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層と第４の障壁層とのそれぞれの厚さは、１０Å～１０００Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、１Å～１００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項5】

周期ごとの量子井戸構造においては、前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、５：１～２０：１の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項6】

前記第４の障壁層の厚さと井戸層の厚さとの比率は、５：１～２０：１の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項7】

周期ごとの量子井戸構造においては、第２の障壁層の厚さが第１の障壁層の厚さ及び第１の障壁層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項8】

前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第４の障壁層の厚さが第１の障壁層の厚さ及び第３の障壁層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項9】

前記両発光セクションにおいては、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とが全部または部分的にｎ型ドーピングされており、第４の障壁層が意図せずにドーピングされた層である、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項10】

前記両発光セクションにおいては、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とが全部または部分的にｎ型ドーピングされており、ｎ型ドーピング濃度が１Ｅ１７／ｃｍ^２～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項９に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項11】

前記第１の発光セクションの周期数は、１～５の範囲内にあり、かつ第２の発光セクションの周期数は、１～５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ＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項12】

前記井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料から作成されており、前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層と第４の障壁層とは、ＡＬ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{１－ｐ－ｑ}Ｎ材料から作成されており、かつ周期ごとの量子井戸構造においては、０≦ｘ＜ｐ＜１、０≦ｑ＜ｙ＜１となる、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項13】

両発光セクションにおける障壁層の材料におけるＡｌの平均組成比は、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも小さいという条件を満たしており、
両発光セクションにおける井戸層の材料におけるＩｎの平均組成比は、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクション以下であるという条件を満たしている、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項14】

周期ごとの量子井戸構造においては、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２または請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項15】

前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第４の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比、及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項３に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項16】

前記発光セクションは、第３の発光セクションを更に含んでおり、第３の発光セクションは、ｎ３個の周期の量子井戸構造を含んでおり、第３の発光セクションは、第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間に介在しており、前記第３の発光セクションは障壁層のバンドギャップが第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にあり、前記第３の発光セクションにおける井戸層のバンドギャップは、第１の発光セクションのものと第２の発光セクションのものとの間にある、
ことを特徴とする請求項１に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項17】

前記第３の発光セクションは障壁層のＡｌの平均組成比が第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にあり、前記第３の発光セクションは井戸層のＩｎの平均組成比が第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にある、
ことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項18】

前記第３の発光セクションは、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、を含んでおり、前記第３の発光セクションにおける第２の障壁層の材料のバンドギャップは、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項19】

前記第３の発光セクションにおいては、第２の障壁層の厚さが、第１の障壁層の厚さ及び第３の障壁層の厚さよりも大きい
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項20】

前記第３の発光セクションにおける第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とのそれぞれの厚さは、１０Å～１０００Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、１Å～１００Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項21】

前記第３の発光セクションにおける第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、５：１～２０：１の範囲内にある
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項22】

前記第３の発光セクションにおいて、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とが全部または部分的にｎ型ドーピングされており、ｎ型ドーピング濃度が１Ｅ１７／ｃｍ^２～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項23】

前記第３の発光セクションの周期数は、０～５の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項１６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項24】

前記第３の発光セクションにおいて、井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料から作成されており、前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とは、ＡＬ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{１－ｐ－ｑ}Ｎ材料から作成されており、かつ０≦ｘ＜ｐ＜１、０≦ｑ＜ｙ＜１となる、
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項25】

前記第３の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項１８に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造。

【請求項26】

請求項１～２５のいずれか一項に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法であって、
以下のステップ：
（１）基板を用意し、
（２）核生成層と、Ｎ型層と、発光層と、を前記基板の上に成長し、
（３）Ｐ型層を成長する、
を含むことを特徴とする、マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項27】

前記第１の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度は、第２の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項28】

前記第１の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度は、第２の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項29】

各量子井戸構造においては、第１の障壁層の平均成長速度と第３の障壁層の平均成長速度とが、第２の障壁層の平均成長速度以下である、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項30】

障壁層の成長速度は、０．１～１０Å／ｓの範囲内にあり、井戸層の成長速度は、０～１Å／ｓの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項31】

障壁層の成長温度は、７００～９５０℃の範囲内にあり、井戸層の成長温度は、７００～９００℃の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項32】

再結合発光セクションにおける障壁層と井戸層との成長方式は、連続成長または不連続成長である、
ことを特徴とする請求項２６に記載のマイクロＬＥＤのエピタキシャル構造の製造方法。

【請求項33】

請求項１～２５のいずれか一項に記載のエピタキシャル構造を含んでいる、
ことを特徴とする、マイクロ発光ダイオード。

【請求項34】

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３３に記載のマイクロ発光ダイオード。

【請求項35】

請求項３３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、マイクロ発光装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、半導体の光電分野に関し、マイクロＬＥＤ発光デバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

従来のエピタキシャル構造を具えるＬＥＤの光電変換効率は、図９に示されるように、ピーク値が電流密度の５Ａ／ｃｍ^２よりも大きな範囲に分布しており、現在の応用では多くが高電流密度（１０Ａ／ｃｍ^２よりも大きなもの）の範囲で作動されている。しかしながら、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ＬＥＤは、非常に小さな電流を使用しており、その電流は、大抵ｎＡレベルにあり、電流密度に換算すると、０．１～１Ａ／ｃｍ^２の範囲内にある。従来のエピタキシャル構造は、電流密度が１Ａ／ｃｍ^２以下にある場合、光電変換効率が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、それで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。

【0003】

従って、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ＬＥＤ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にあり、かつ光電変換効率が安定なＬＥＤエピタキシャルチップを開発する必要がある。中国特許出願公開第１０７８３３９５３号明細書には、マイクロＬＥＤの多量子井戸層にかかる成長方法が開示されている。ＭＱＷ（multi quantum well）構造は、井戸層（ＩｎＧａＮ）／ブロッキング層（ＧａＮ）／障壁層（Ｈ２をＧａＮに通し）である。障壁層にＨ２を通すとともに、井戸層及び障壁層の間にブロッキング層を挿入することによってＭＱＷにかかる結晶の品質及び井戸の応力を改善することは、限りがあり、それでマイクロＬＥＤの低電流での特性を更に向上させる技術方案を提出する必要がある。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

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ＬＥＤのエピタキシャル構造及びその製造方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の第１の態様として、本発明は、マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造を提出する。前記マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造は、Ｎ型層と、発光層と、Ｐ型層と、を少なくとも含んでいる。発光層は、ｎ個の周期の量子井戸構造を含んでいる。周期ごとの量子井戸構造は、井戸層と、障壁層と、を含んでいる。ｎ１個の周期の量子井戸構造を第１の発光セクションと定義し、かつｎ２個の周期の量子井戸構造を第２の発光セクションと定義し、ｎ１とｎ２とが１以上であり、かつｎ１＋ｎ２がｎ以下であり、第１の発光セクションが第２の発光セクションよりもＮ型層に近い。両発光セクションにおける障壁層の材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも小さいという条件を満たしており、両発光セクションにおける井戸層の材料の平均バンドギャップは、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも大きいという条件を満たしている。

【0006】

前記第１の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、を少なくとも含んでおり、第２の障壁層が第１の障壁層と第３の障壁層との間に介在しており、第１の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第２の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きいことは好ましい。

【0007】

前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、第４の障壁層と、を少なくとも含んでおり、第２の障壁層が第１の障壁層と第３の障壁層との間に介在しており、第４の障壁層が井戸層の後ろに配置されており、第２の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第２の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きく、かつ第４の障壁層の材料のバンドギャップが、第１の障壁層の材料のバンドギャップ、第２の障壁層の材料のバンドギャップ、及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きいことは好ましい。

【0008】

前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層と第４の障壁層との厚さは、１０Å～１０００Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、１Å～１００Åの範囲内にあることは好ましい。周期ごとの量子井戸構造においては、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、５：１～２０：１の範囲内にあることは更に好ましい。

【0009】

周期ごとの量子井戸構造においては、第２の障壁層の厚さが第１の障壁層の厚さ及び第１の障壁層の厚さよりも大きいことは好ましい。

【0010】

前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第４の障壁層の厚さが第１の障壁層の厚さ及び第３の障壁層の厚さよりも大きいことは好ましい。

【0011】

前記両発光セクションにおいては、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とが全部または部分的にｎ型ドーピングされており、第４の障壁層が意図せずにドーピングされた層であることは好ましい。前記ｎ型ドーピング濃度が１Ｅ１７／ｃｍ^２～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあることは更に好ましい。

【0012】

前記第１の発光セクションの周期数は、１～５の範囲内にあり、かつ第２の発光セクションの周期数は、１～５の範囲内にある。前記第１の発光セクション及び第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造の材料成分は、同じであることは好ましい。

【0013】

前記井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料から作成されており、前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層と第４の障壁層とは、ＡＬ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{１－ｐ－ｑ}Ｎ材料から作成されており、かつ周期ごとの量子井戸構造においては、０≦ｘ＜ｐ＜１、０≦ｑ＜ｙ＜１となることは好ましい。

【0014】

両発光セクションにおける障壁層の材料のＡｌの平均組成比は、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクションよりも小さいという条件を満たしており、両発光セクションにおける井戸層の材料のＩｎの平均組成比は、第１の発光セクションにおいて第２の発光セクション以下であるという条件を満たしている。周期ごとの量子井戸構造においては、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きい。前記第２の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第４の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比、及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きいことは好ましい。

【0015】

本発明の他の実施形態として、前記発光セクションは、第３の発光セクションを更に含んでおり、第３の発光セクションは、ｎ３個の周期の量子井戸構造を含んでおり、第３の発光セクションは、第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間に介在しており、前記第３の発光セクションは障壁層のバンドギャップが第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にあり、前記第３の発光セクションにおける井戸層のバンドギャップは、第１の発光セクションのものと第２の発光セクションのものとの間にある。

【0016】

前記第３の発光セクションは障壁層のＡｌの平均組成比が第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にあり、前記第３の発光セクションは井戸層のＩｎの平均組成比が第１の発光セクションと第２の発光セクションとの間にあることは好ましい。

【0017】

前記第３の発光セクションは、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、を含んでおり、前記第３の発光セクションにおける第２の障壁層の材料のバンドギャップは、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きいことは好ましい。

【0018】

前記第３の発光セクションは、第１の障壁層と、第２の障壁層と、第３の障壁層と、井戸層と、を含んでおり、前記第３の発光セクションにおける第２の障壁層の材料にかかるバンドギャップは、第１の障壁層の材料にかかるバンドギャップ及び第３の障壁層の材料にかかるバンドギャップよりも大きいことは好ましい。

【0019】

前記第３の発光セクションにおいては、第２の障壁層の厚さが、第１の障壁層の厚さ及び第３の障壁層の厚さよりも大きいことは好ましい。

【0020】

前記第３の発光セクションにおける第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とのそれぞれの厚さは、１０Å～１０００Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、１Å～１００Åの範囲内にある。前記第３の発光セクションにおける第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、５：１～２０：１の範囲内にあることは好ましい。

【0021】

前記第３の発光セクションにおいて、第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とが全部または部分的にｎ型ドーピングされていることは好ましい。前記ｎ型ドーピング濃度が１Ｅ１７／ｃｍ^２～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあることは更に好ましい。

【0022】

前記第３の発光セクションの周期数は、０～５の範囲内にある。前記第３の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造の材料成分は、同じであることは好ましい。

【0023】

前記第３の発光セクションにおいて、井戸層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ材料から作成されており、前記第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層とは、ＡＬ_ｐＩｎ_ｑＧａ_{１－ｐ－ｑ}Ｎ材料から作成されており、かつ０≦ｘ＜ｐ＜１、０≦ｑ＜ｙ＜１となることは好ましい。

【0024】

前記第３の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第２の障壁層の材料のＡｌの平均組成比が、第１の障壁層の材料のＡｌの平均組成比及び第３の障壁層の材料のＡｌの平均組成比よりも大きいことは好ましい。

【0025】

本発明の第２の態様として、本発明は、前記マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造を製造する方法を提供する。前記製造方法は、以下のステップを含んでいる。

【0026】

（１）基板を用意する。

【0027】

（２）核生成層と、Ｎ型層と、発光層と、を前記基板の上に成長する。

【0028】

（３）Ｐ型層を成長する。

【0029】

前記第１の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度は、第２の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度よりも大きく、かつ前記第１の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度は、第２の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度よりも大きいことは好ましい。

【0030】

各量子井戸構造においては、第１の障壁層の平均成長速度と第３の障壁層の平均成長速度とが、第２の障壁層の平均成長速度以下であることは好ましい。

【0031】

障壁層の成長速度は、０．１～１０Å／ｓの範囲内にあり、井戸層の成長速度は、０～１Å／ｓの範囲内にあることは好ましい。

【0032】

障壁層の成長温度は、７００～９５０℃の範囲内にあり、井戸層の成長温度は、７００～９００℃の範囲内にあることは好ましい。

【0033】

再結合発光セクションにおける障壁層と井戸層との成長方式は、連続成長または不連続成長であることは好ましい。

【0034】

本発明の第３の態様として、本発明は、マイクロ発光ダイオードを提供する。前記マイクロ発光ダイオードは、上記のエピタキシャル構造を含んでいる。

【0035】

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は好ましい。

【0036】

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】

【0037】

本発明に提出されたマイクロＬＥＤ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。

【0038】

（１）発光層が再結合発光セクションを有する構造となるように設計されることによって、発光セクションにおけるキャリアの溢れ出しを効果的に抑えて電子と正孔との波動関数の重なり合いが増加し、同時に発光セクションの材料にかかる応力を効果的に緩和することを保証することができ、ひいては小電流が注入される状態でのキャリアの輸送や再結合挙動を改善することができ、キャリアの放射の再結合効率や光電変換効率を向上させることができる。

【0039】

（２）各発光セクションについては、比較的に薄い井戸層及び比較的に厚い障壁層を成長することによって、井戸層及び障壁層の厚さの比率を比較的に大きくすることで、ＭＱＷの成長における欠陥密度を減少してＭＱＷの成長品質を著しく改善することができ、非放射再結合中心を減少して光電変換効率のピーク値が電流密度に対して著しく下がり光電変換効率のピーク値が著しく上がることができる。

【0040】

（３）異なる発光セクションに異なる成長速度を設定することによって、ＭＱＷセクションにおける井戸層及び障壁層の格子不整合応力を更に改善して、ＭＱＷ結晶の品質を向上させることができる。また、ＬＥＤのメイン発光層は、主にＰ型側の発光層に近いので、Ｎ型側に近いＭＱＷ（第１の発光セクション）を相対的に高速で成長させ、かつＰ型側に近いＭＱＷ（第２の発光セクション）を相対的に低速で成長させることによって、発光層におけるＩｎの高いセクションと底層のＧａＮとの格子不整合応力を更に低減することができ、それによりＭＱＷにおけるメイン発光セクションの結晶の品質を効果的に向上させることができるとともに、成長時間を比較的に短く維持して製造効率を向上させることができる。

【0041】

（４）周期ごとの量子井戸においては、異なる成長温度範囲内にある障壁層及び井戸層の成長速度を調整することによって、単一の発光セクションの成長周期内の障壁層及び井戸層の格子不整合応力を更に改善して、ＭＱＷ結晶の品質を改善させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0042】

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。

【図1】第１の実施例に係るエピタキシャル構造を示す模式図である。

【図2】第１の実施例に係る第１の発光セクションを示す構造模式図である。

【図3】第１の実施例に係る第３の発光セクションを示す構造模式図である。

【図4】第１の実施例に係る第２の発光セクションを示す構造模式図である。

【図5】第１の実施例に係る再結合発光セクションのエネルギーバンドを示す構造模式図である。

【図6】第２の実施例に係る第１の発光セクションを示す構造模式図である。

【図7】第２の実施例に係る第３の発光セクションを示す構造模式図である。

【図8】第２の実施例に係る第２の発光セクションを示す構造模式図である。

【図9】従来のエピタキシャル構造を有するマイクロＬＥＤに係るＷＰＥ（光電変換効率）－Ｊ（電流密度）を示す傾向図である。

【図10】第１の実施例に係るエピタキシャル構造を有するマイクロＬＥＤ及び従来の構造に関連する０．５Ａ／ｃｍ^２の電流密度での明るさ（ＬＯＰ）－波長（ＷＬＤ）に係る比較を示す図である。

【図11】第１の実施例に係るエピタキシャル構造を有するマイクロＬＥＤ及び従来の構造の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】

【0043】

以下、添付図面を組み合わせて、本発明の発光ダイオードの構成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実現過程を十分に理解して実施できるようにする。要するに、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、本発明に係る請求の範囲は以下の実施例に関する記述及び説明に制限されない。

【0044】

実施例１
図１～図５に示されるように、本発明の目的に基づいて、本実施例は、マイクロＬＥＤのエピタキシャル構造及びその製造方法を提出する。該製造方法は、以下のステップを含んでいる。

【0045】

（１）基板１を用意する。該基板１は、サファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）と、ＡｌＮのメッキまたはＳｉＮｘのメッキが行われたサファイア（Ａｌ_２Ｏ_３）と、Ｇａ_２Ｏ_３と、ＡｌＮのメッキまたはＳｉＮｘのメッキが行われたＧａ_２Ｏ_３と、ＳｉＣと、ＧａＮと、ＺｎＯと、Ｓｉと、Ｇｅと、の少なくとも一者を採用することができる。本実施例は、ＡｌＮ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。

【0046】

（２）基板１の上に核生成層（図示せず）をエピタキシャル成長する。該核生成層は、ＡｌＧａＮ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、ここでＭＯＣＶＤを選択することが好ましいが、他の実施例ではそれに限定されない。ＡｌＮのメッキが行われたサファイア基板を、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）室内に載置して、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く、そして温度を約５００～６００℃に下げて、厚さが約２０ｎｍである核生成層を成長する。

【0047】

（３）核生成層の上にＵ－ＧａＮ層２及びＮ－ＧａＮ層３を順にエピタキシャル成長する。Ｕ－ＧａＮ層２は、基板とＮ－ＧａＮ層との間における格子定数の差による格子不整合を減少して該核生成層の上にある半導体層の結晶の性能を強めるためのものであるが、本実施例においてそれに限定されない。Ｕ－ＧａＮ層２の成長タイプは、三次元タイプ+二次元タイプであり、それは核生成層を基礎にして、まずアイランド状成長を形成して転位の転向や集結が最大限に起こるようにさせ、次に二次元タイプに変えて平坦な表面を形成して厚さが約１～３μｍのものを成長することである。そして、Ｎ－ＧａＮ層３を成長し、該Ｎ－ＧａＮ層３については、厚さが１～３μｍの範囲内にあり、かつドーピング濃度が１Ｅ１９～２．５Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にある。

【0048】

（４）応力緩和層４について、温度を７５０～９５０℃に下げて、応力緩和層４を成長する。その材料としてはＩｎＧａＮ及びＧａＮを選択することが好ましい。該応力緩和層４は、交互成長の超格子構造またはその内の材料の組み合わせによる形式をとり、続いての発光層における高いＩｎ成分の材料と底層のＧａＮ材料との不整合転位を減少して応力を緩和して結晶体の品質を改善することを目的とするものである。

【0049】

（５）第１の発光セクション５：温度を障壁層の温度に変えて、それは８００～９００℃であり、第１の障壁層５Ａを成長する。本実施例では、該第１の障壁層は、ＳｉドーピングのＧａＮ材料であり、厚さが約５～５０Åにあり、成長速度が約０．９Å／ｓであり、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあることが好ましい。第１の障壁層５Ａを成長し終えた後、温度を１０～５０℃上げて第２の障壁層５Ｂを成長する。該第２の障壁層５Ｂは、ＳｉドーピングのＡｌＧａＮ材料であり、厚さが約３０～１００Åにあり、成長速度が約１．５Å／ｓであり、ＴＭＡＬ ２ｓｃｃｍを入れて作成されたものであり、Ａｌの成分が約１～１０％であるが、本実施例において１．５％を選択することが好ましく、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあるものである。第２の障壁層５Ｂを成長し終えた後、ＴＭＡＬを入れることを停止して、温度を１０～５０℃下げて第３の障壁層５Ｃを成長する。該第３の障壁層５Ｃは、ＳｉドーピングのＧａＮ材料であり、厚さが約５～５０Åにあり、成長速度が約０．９Å／ｓであり、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあるものである。第３の障壁層５Ｃを成長し終えた後、ＳｉＨ４を入れることを停止して、温度を７００～８００℃まで下げて、井戸層５Ｄを成長する。該井戸層５Ｄは、材料がＩｎＧａＮであり、ＴＭＩＮ ８００ｓｃｃｍを入れて作成され、厚さが約５～５０Åにあり、成長速度が約０．３Å／ｓであり、本実施例において厚さが２０Åを選択することが好ましく、井戸層のＩｎの平均組成が約１８％であるものである。第１の発光セクションの周期数は、１～５の範囲内にあり、かつ周期ごとの量子井戸構造の材料成分は、同じである。本実施例では、第１の発光セクションにおける交互に積層された回数は、２回であることが好ましい。ここで、第２の障壁層の材料のバンドギャップは、第１の障壁層の材料のバンドギャップ及び第３の障壁層の材料のバンドギャップ以上であり、これはキャリアの溢れ出しを効果的に抑えて発光セクションのエネルギーバンドを調節することを目的とする。第１の障壁層と第２の障壁層と第３の障壁層との温度変化や成長速度の変化は、製造効率を上げると共に、異なる成長温度の範囲における障壁層の成長速度を調整することによって、ＭＱＷセクションの材料の結晶体の品質を改善させることを目的とする。

【0050】

（６）第３の発光セクション６について、温度を８００～９００℃に上げて、第３の発光セクション６を成長する。まず第１の障壁層６Ａを成長し、本実施例では、該第１の障壁層６Ａは、ＧａＮ材料を選択し、意図せずにドーピングされた層であり、成長速度が約０．６Å／ｓであり、かつ厚さが約５～５０Åであることは好ましい。第１の障壁層６Ａを成長し終えた後、温度を１０～５０℃上げて第２の障壁層６Ｂを成長する。該第２の障壁層の材料は、ＳｉドーピングのＡｌＧａＮ材料であり、成長速度が約０．９Å／ｓであり、厚さが約３０～１００Åにあり、ＴＭＡＬ ２．５ｓｃｃｍを入れて作成され、Ａｌの成分が約１～１０％であるが、本実施例において２％を選択することが好ましく、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあるものである。第２の障壁層６Ｂを成長し終えた後、ＴＭＡＬを入れることを停止して、温度を１０～５０℃下げて第３の障壁層６Ｃを成長する。該第３の障壁層６Ｃは、材料がＳｉドーピングのＧａＮ材料であり、成長速度が約０．６Å／ｓであり、厚さが約５～５０Åにあり、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあるものである。第３の障壁層６Ｃを成長し終えた後、ＳｉＨ４を入れることを停止して、温度を７００～８００℃に下げて、井戸層６Ｄを成長する。該井戸層６Ｄは、材料がＩｎＧａＮであり、ＴＭＩＮ ９００ｓｃｃｍを入れて作成され、成長速度が約０．２Å／ｓであり、厚さが約５～５０Åにあり、本実施例において厚さが２０Åを選択することが好ましく、井戸層にかかるＩｎの平均組成が約１９％であるものである。第３の発光セクションの周期数は、０～５の範囲内にあり、かつ周期ごとの量子井戸構造の材料成分は、同じである。本実施例では、第３の発光セクションが交互に積層された回数は、２回であることが好ましい。ここで、第３の発光セクションの障壁層の平均バンドギャップは、第１の発光セクションの平均バンドギャップよりも大きく、かつ第３の発光セクションの井戸層の平均バンドギャップは、第１の発光セクションの平均バンドギャップよりも小さく、これはＰ型側に近い発光セクションのキャリアの溢れ出しを効果的に抑えることを効果的に保証するとともに、発光セクションの材料にかかる応力を効果的に緩和することも保証することができ、ひいては小電流が注入される状態でのキャリアの輸送や再結合行為を改善することができることを目的とする。第３の発光セクションにおける障壁層の成長速度は、第１の発光セクションの障壁層の成長速度以下であり、かつ第３の発光セクションの井戸層の成長速度は、第１の発光セクションの井戸層の成長速度以下であり、これは、Ｐ型側に近い発光セクションが、比較的低い成長速度により更に良好な結晶体の品質を得ることができることを目的とする。

【0051】

（７）第３の発光セクションを成長し終えた後、温度を８００～９００℃に上げて、第２の発光セクション７を成長する。まず第１の障壁層７Ａを成長し、本実施例では、該第１の障壁層７Ａは、ＧａＮ材料を選択し、意図せずにドーピングされた層であり、成長速度が約０．３Å／ｓであり、かつ厚さが約５～５０Åであることは好ましい。第１の障壁層７Ａを成長し終えた後、温度を１０～５０℃上げて第２の障壁層７Ｂを成長する。該第２の障壁層材料は、ＳｉドーピングのＡｌＧａＮ材料であり、成長速度が約０．５Å／ｓであり、厚さが約３０～１００Åにあり、ＴＭＡＬ ３ｓｃｃｍを入れて作成され、Ａｌの成分が約１～１０％であるが、本実施例において２．５％を選択することが好ましく、かつＳｉドーピングレベルが約１Ｅ１７～１Ｅ１９／ｃｍ^２の範囲内にあるものである。第２の障壁層７Ｂを成長し終えた後、ＴＭＡＬを入れることを停止して、温度を１０～５０℃下げて第３の障壁層７Ｃを成長する。該第３の障壁層７Ｃは、材料がＳｉドーピングのＧａＮ材料であり、成長速度が約０．３Å／ｓであり、厚さが約５～５０Åにあるものである。第３の障壁層７Ｃを成長し終えた後、温度を７００～８００℃に下げて、井戸層７Ｄを成長する。該井戸層７Ｄは、材料がＩｎＧａＮであり、ＴＭＩＮ １０００ｓｃｃｍを入れて作成され、成長速度が約０．１Å／ｓであり、厚さが約５～５０Åにあり、本実施例において厚さが２０Åを選択することが好ましく、井戸層のＩｎの平均組成が約２０％であるものである。井戸層を成長し終えた後、温度を８００～９００℃に上げて、第４の障壁層７Ｇを成長する。該第４の障壁層７Ｇは、材料がＧａＮ／ＡｌＧａＮであり、成長速度が約０．５Å／ｓであり、厚さが約５０～１００Åにあり、かつ該該第４の障壁層のＡｌの平均組成が約５～５０％にあるが、本実施例において１５％を選択することが好ましい。第２の発光セクションの周期数は、１～５の範囲内にあり、かつ周期ごとの量子井戸構造の材料成分は、同じである。本実施例では、第２の発光セクションが交互に積層された回数は、１回であることが好ましい。図５に示されるように、第２の発光セクションの障壁層の平均バンドギャップは、第３の発光セクションの平均バンドギャップ及び第１の発光セクションの平均バンドギャップよりも大きく、かつ第２の発光セクションの井戸層の平均バンドギャップは、第３の発光セクションの平均バンドギャップ及び第１の発光セクションの平均バンドギャップよりも小さく、第４の障壁層材料のバンドギャップは、第１の障壁層材料のバンドギャップと第２の障壁層材料のバンドギャップと第３の障壁層材料のバンドギャップ以上であり、第４の障壁層材料のバンドギャップを最も高く設計するのは、電子の溢れ出しを効果的に防いで、小電流が注入される状態でのキャリアの輸送や再結合行為を改善するためである。第２の発光セクションの井戸層の成長速度は、第３の発光セクションの井戸層の成長速度及び第１の発光セクションの井戸層の成長速度以下であり、これは、Ｐ型側に近い発光セクションが、比較的低い成長速度により更に良好な結晶体の品質を得ることができ、小電流が注入される状態でのキャリアの再結合行為を改善し、ひいては小電流が注入される状態での発光効率を向上させることができることを目的とする。

【0052】

上記をまとめると、該実施例は、ＭＱＷ発光セクションが再結合構造となるように設計することによって、キャリアの注入効率や再結合効率を向上させて、キャリアの溢れ出しを効果的に抑えて電子と正孔との波動関数の重なり合いが増加し、ひいては小電流が注入される状態でのキャリアの輸送や再結合挙動を改善することができる。ＭＱＷの異なるセクションの厚さや成長速度を制御して、ＭＱＷと底層との格子不整合やＭＱＷにおける井戸層の格子不整合を減少して応力を減少して、ＭＱＷの成長品質を改善して、効率のピーク値が小さい電流密度へ移動させて、低電流での発光効率を向上させることができる。

【0053】

（８）発光層を成長し終えた後、低温のＰ型層を成長し、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。

【0054】

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

【0055】

（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、水平サイズが１９μｍ*３１μｍであるＬＥＤチップを製造し、チップの状態でテストした。図１０に示されるように、データから見られるように、電流密度が０．５Ａ／ｃｍ^２である場合、従来のものと比べて明るさが約３０％向上した。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１１に示されるように、データから見られるように、光電変換効率のピーク値（ｐｅａｋ－ＷＰＥ）に対応する電流密度（Ｊ）が、４．０Ａ／ｃｍ^２から０．７Ａ／ｃｍ^２に下がった。

【0056】

実施例２
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的には以下のように提供する。

【0057】

発光セクションについて、以下のように説明する。実施例１と異なっている点は以下の通りである。本実施例は、多重井戸層となるように設計されたものである。第１の発光セクションについて、図６を参照する。第３の障壁層５Ｃを成長し終えた後、井戸層の温度（７００～８００℃）に下げる過程で第１の井戸層５２Ｄを成長し始める。該第１の井戸層５２Ｄは、ＴＭＩＮ １０００ｓｃｃｍを入れて作成され、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．６Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åにあるものである。第１の井戸層を成長し終えた後、第２の井戸層５２Ｅを成長する。該第２の井戸層５２Ｅは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．３Å／ｓであり、かつ厚さが約５～１５Åである。第２の井戸層を成長し終えた後、障壁層の温度（８００～９００℃）に上げる過程で第３の井戸層５２Ｆを成長し始める。該第３の井戸層５２Ｆは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．６Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åである。Ｉｎの平均組成は、約２０％である。

【0058】

第３の発光セクションについて、図７を参照する。第３の障壁層６Ｃを成長し終えた後、井戸層の温度（７００～８００℃）に下げる過程で第１の井戸層６２Ｄを成長し始める。該第１の井戸層６２Ｄは、材料がＩｎＧａＮであり、ＴＭＩＮ １０００ｓｃｃｍを入れて作成され、成長速度が約０．４Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åであるものである。第１の井戸層を成長し終えた後、第２の井戸層６２Ｅを成長する。該第２の井戸層６２Ｅは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．２Å／ｓであり、かつ厚さが約５～１５Åである。第２の井戸層を成長し終えた後、障壁層の温度（８００～９００℃）に上げる過程で第３の井戸層６２Ｆを成長し始める。該第３の井戸層６２Ｆは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．４Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åであものである。Ｉｎの平均組成は約２０％である。

【0059】

第２の発光セクションについて、図８を参照する。第３の障壁層７Ｃを成長し終えた後、井戸層の温度（７００～８００℃）に下げる過程で第１の井戸層７２Ｄを成長し始める。該第１の井戸層７２Ｄは、材料がＩｎＧａＮであり、ＴＭＩＮ １０００ｓｃｃｍを入れて作成され、成長速度が約０．２Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åであるものである。第１の井戸層７２Ｄを成長し終えた後、第２の井戸層７２Ｅを成長する。該第２の井戸層７２Ｅは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．１Å／ｓであり、かつ厚さが約５～１５Åであるものである。第２の井戸層７２Ｅを成長し終えた後、温度を障壁層の温度（８００～９００℃）に上げる過程で第３の井戸層７２Ｆを成長し始める。該第３の井戸層７２Ｆは、材料がＩｎＧａＮであり、成長速度が約０．１Å／ｓであり、かつ厚さが約３～８Åであるものである。Ｉｎの平均組成は、約２０％である。

【0060】

本実施例は、高いＩｎの平均組成の井戸層及び障壁層の格子不整合応力を更に改善することができるように、多層の井戸層となるように設計されるものである。この設計は、異なる成長温度の範囲における井戸層の成長速度を調整することによって、単一の成長周期内の障壁層及び井戸層の格子不整合応力を更に改善して、ＭＱＷ結晶の品質を改善して、ひいてはディバイスの低電流にかかる特性を改善させることができる。

【0061】

実施例３
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的に以下のように提供する。実施例１と異なっている点は、再結合発光セクションが、第１の発光セクションと第２の発光セクションとの組み合わせ形式となっている点にある。

【0062】

実施例４
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的に以下のように提供する。エピタキシャル構造は、基板と、核生成層と、Ｕ－ＧａＮ層と、Ｎ－ＧａＮ層と、応力緩和層と、Ｐ型層と、を備えている。発光セクションについて、以下のように説明する。実施例１と異なっている点は、第２の発光セクションにおける第４の障壁層の材料がＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＮの組み合わせまたはその重なり合いの組み合わせの構造となっていることにあり、例えば、（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ）のＮ回の重なり合い、（ＧａＮ／ＡｌＧａＮ）のＮ回の重なり合い／ＡｌＮ、ＧａＮ／（ＡｌＧａＮ／ＡｌＮ）のＮ回の重なり合いであり、かつ１≦Ｎ≦２０となっている。Ａｌの平均組成は、約５～５０％にある。本実施例にかかる第４の障壁層は、ＧａＮ／ＡｌＧａＮ／ＡｌＮの組み合わせまたはその重なり合いの組み合わせの構造となるように設計されたものであり、これは、キャリアの溢れ出しをより一層抑えて電子と正孔との波動関数の重なり合いが増加し、ひいては小電流が注入される状態でのキャリアの再結合挙動を改善して、低電流での明るさを向上させることができることを目的とする。

【0063】

上述の具体的な実施方式は本発明の部分的な好ましい実施例に過ぎず、以上の実施例は更にあらゆる組み合わせや変形を行える。本発明の範囲は以上の実施例に限定されるものではなく、本発明に基づくあらゆる変更も、本発明の保護の範囲内にあることを理解されたい。

【符号の説明】

【0064】

１ 基板
２ Ｕ－ＧａＮ層
３ Ｎ－ＧａＮ層
４ 応力緩和層
５ 第１の発光セクション（第１の障壁層５Ａと、第２の障壁層５Ｂと、第３の障壁層５Ｃと、井戸層５Ｄと、を含む）
６ 第３の発光セクション（第１の障壁層６Ａと、第２の障壁層６Ｂと、第３の障壁層６Ｃと、井戸層６Ｄと、を含む）
７ 第２の発光セクション（第１の障壁層７Ａと、第２の障壁層７Ｂと、第３の障壁層７Ｃと、井戸層７Ｄと、第２の障壁層７Ｇと、を含む）
８ Ｐ－ＧａＮ層
５１Ｄ／６２Ｄ／７２Ｄ 第１の井戸層
５２Ｅ／６２Ｅ／７２Ｅ 第２の井戸層
５２Ｆ／６２Ｆ／７２Ｆ 第３の井戸層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【図】

【国際調査報告】