特表 2025-501297 発光ダイオードのエピタキシャル構造および発光ダイオード

(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】2025-01-17

(54)【発明の名称】発光ダイオードのエピタキシャル構造および発光ダイオード

(51)【国際特許分類】

   H10H 20/816 20250101AFI20250109BHJP

   H10H 20/811 20250101ALI20250109BHJP

   H10H 20/825 20250101ALI20250109BHJP

【ＦＩ】

H01L33/14

H01L33/04

H01L33/32

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024539877

(86)(22)【出願日】2022-11-08

(85)【翻訳文提出日】2024-08-22

(86)【国際出願番号】 CN2022130718

(87)【国際公開番号】W WO2023124552

(87)【国際公開日】2023-07-06

(31)【優先権主張番号】202211012734.2

(32)【優先日】2022-08-23

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(31)【優先権主張番号】202111655093.8

(32)【優先日】2021-12-30

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】524245842

【氏名又は名称】淮安澳洋順昌光電技術有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＨＵＡＩＡＮ ＡＵＣＫＳＵＮ ＯＰＴＯＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣＳ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ ＣＯ．， ＬＴＤ

【住所又は居所原語表記】Ｎｏ． ６ Ｊｉｎｇｘｉｕ Ｒｏａｄ， Ｑｉｎｇｈｅ Ｎｅｗ Ｚｏｎｅ Ｈｕａｉａｎ， Ｊｉａｎｇｓｕ ２２３００１ （ＣＮ）

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】黄理承

(72)【発明者】

【氏名】宋長偉

(72)【発明者】

【氏名】郭園

(72)【発明者】

【氏名】程志青

(72)【発明者】

【氏名】芦玲

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA03

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA22

5F241CA40

5F241CA49

5F241CA57

5F241CA58

(57)【要約】

本発明は半導体技術分野に関し、具体的には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に関する。この発光ダイオードのエピタキシャル構造は、多重量子井戸発光層と第１正孔注入層との間にＭｇ変調層を設け、前記Ｍｇ変調層中の不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層中の不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記電子遮断層中の不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、Ｂ＞Ａ＞Ｃ，この設定により、良好な電子の阻止および正孔注入効果が得られ、発光ダイオードの光効率を向上させる。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオードのエピタキシャル構造であって、基板と、Ｎ型半導体層と、多重量子井戸発光層と、Ｐ型半導体層とを備え、前記Ｎ型半導体層と前記多重量子井戸発光層と前記Ｐ型半導体層とが前記基板の上面に順次配置され、
前記Ｐ型半導体層は、第１正孔注入層と、電子遮断層と、第２正孔注入層とを含み、前記Ｐ型半導体層にはＰ型不純物Ｍｇがドーピングされ、前記Ｐ型不純物Ｍｇは、前記Ｐ型半導体層の異なるサブ層において異なるドーピング濃度又は濃度変化を有し、
前記多重量子井戸発光層と前記第１正孔注入層との間にＭｇ変調層が設けられ、
前記Ｍｇ変調層における不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層における不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記電子遮断層における不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、Ｂ＞Ａ＞Ｃである、ことを特徴とする発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項2】

前記第２正孔注入層から前記基板への方向を第１方向とし、
前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる、ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項3】

前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って先に増加してから減少し、且つ第１ピーク値が存在し、
前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、
第１ピーク値は第２ピーク値よりも小さい、ことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項4】

前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って一定の厚さ範囲内で変化しないまたは濃度の変動が極めて小さく、且つフラット値が存在し、
前記第１正孔注入層における不純物のドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、
前記フラット値は第２ピーク値よりも小さい、ことを特徴とする請求項２に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項5】

前記第２ピーク値は１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３よりも大きく、および／または、Ａ＞１×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、および／または、Ｃ＞５×１０^１８ａｔｏｍ／ｃｍ^３である、ことを特徴とする、請求項３または４に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項6】

前記多重量子井戸発光層は元素Ｉｎを含み、
前記Ｉｎの濃度は前記第１方向に沿って変動し、Ｉｎの濃度の変動においてはいくつかのピーク値といくつかのボトム値を含む、ことを特徴とする請求項３または４に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項7】

前記Ｐ型半導体に最も近いＩｎ元素のピーク値からＭｇ元素の第２ピーク値までの直線距離がｄであり、ｄ≧１５ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ≦ｄ≦５０ｎｍである、ことを特徴とする請求項６に記載の発光ダイオードのエピジェネリック構造。

【請求項8】

前記Ｐ型半導体層は元素Ｉｎを含み、前記Ｐ型半導体層において、元素Ｉｎの濃度は少なくとも２つの濃度ピーク値を含む、ことを特徴とする請求項３または４に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項9】

前記Ｐ型半導体層において、前記元素Ｉｎの濃度ピーク値が前記第２ピーク値の位置と重なる、ことを特徴とする請求項８に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項10】

前記Ｍｇ変調層におけるＡｌの濃度はＤであり、前記第１正孔注入層におけるＡｌの濃度はＥであり、前記電子遮断層におけるＡｌの濃度はＦであり、前記第２正孔注入層におけるＡｌの濃度はＧであり、Ｆ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｇであり、Ｄ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、Ｅ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、Ｆ＞２×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３である、ことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造体。

【請求項11】

前記Ｍｇ変調層におけるＡｌの濃度Ｄは、厚さ方向においてまず増加してから減少し、第３ピーク値が存在する、ことを特徴とする請求項１０に記載の発光ダイオードのエピタキシャル構造。

【請求項12】

発光ダイオードであって、基板を備え、前記基板表面には、バッファ層と、Ｎ型半導体層と、多重量子井戸発光層と、Ｐ型半導体層と、Ｐ型コンタクト層とが順次積層され、前記Ｎ型半導体層表面にＮ電極が設けられ、前記Ｐ型半導体層表面にＰ電極が設けられ、
前記Ｐ型半導体層は、前記多重量子井戸発光層の表面に順次積層配置された、第１電子遮断層と、第１正孔注入層と、第２電子遮断層と、第２正孔注入層とを含み、
前記第１電子遮断層のエネルギー準位は前記第２電子遮断層のエネルギー準位よりも低く、
前記第１電子遮断層は複数のサブ層を含み、前記複数のサブ層のうちの少なくとも１つはＰ型添加窒化物層である、ことを特徴とする発光ダイオード。

【請求項13】

前記第１電子遮断層はＭｇ変調層であり、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記第２電子遮断層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、Ｂ＞Ａ＞Ｃである、ことを特徴とする請求項１２に記載の発光ダイオード。

【請求項14】

前記第２正孔注入層から前記基板への方向を第１方向と定義し、
前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる、ことを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。

【請求項15】

前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って一定の厚さ範囲内で変化しないまたは変動が極めて小さく維持され、且つフラット値が存在し、
前記第１正孔注入層における不純物のドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、
フラット値は第２ピーク値よりも小さい、ことを特徴とする請求項１４に記載の発光ダイオード。

【請求項16】

前記第１電子遮断層は、順次積層されて設けられた、第１サブ層と、第２サブ層と、第３サブ層とを含み、
前記第１サブ層は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、
前記第２サブ層は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、
前記第３サブ層は、アルミニウムを含むＰ型窒化物層および／またはアルミニウムを含まないＰ型窒化物層を含む、ことを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。

【請求項17】

前記アルミニウムを含む窒化物層はＡｌＧａＮ層および／またはＡｌＮ層を含み、
前記アルミニウムを含まない窒化物層はＧａＮ層を含み、
前記アルミニウムを含むＰ型窒化物層は、Ｐ型ＡｌＧａＮ層および／またはＰ型ＡｌＮ層を含み、
好ましくは、前記アルミニウムを含まないＰ型窒化物層はＰ型ＧａＮ層を含む、ことを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。

【請求項18】

前記第１サブ層の厚さは、前記第２サブ層の厚さよりも大きく、および／または、前記第２サブ層の厚さが前記第３サブ層の厚さ以上であり、および／または、前記第２サブ層と前記第３サブ層の厚さの和は、前記第１サブ層の厚さよりも小さい、ことを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。

【請求項19】

前記第１サブ層の厚さが８～１２ｎｍであり、および／または、前記第２サブ層の厚さが１～２ｎｍであり、および／または、第３サブ層の厚さは１～２ｎｍである、ことを特徴とする請求項１８に記載の発光ダイオード。

【請求項20】

前記第１正孔注入層の厚さは、前記Ｍｇ変調層の厚さよりも大きく、および／または、前記第２電子遮断層の厚さは１０ｎｍよりも大きく、および／または、前記第２正孔注入層の厚さは５ｎｍよりも大きい、ことを特徴とする請求項１３に記載の発光ダイオード。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願］
本発明は、２０２１年１２月３０日に中国国家知識産権局に提出された出願番号が２０２１１１６５５０９３．８、名称が「発光ダイオード及びその製造方法」、及び２０２２年８月２３日に中国国家知識産権局に出願された出願番号が２０２２１１０１２７３４．２、名称が「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」である中国特許出願の優先権を主張し、そのすべての内容は参照により本発明に組み込まれている。

【0002】

本発明は半導体技術分野に関し、具体的には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に関するものである。

【背景技術】

【0003】

発光ダイオード（ＬＥＤと略称する）は一種の発光デバイスであり、省エネ、環境に優しく、サイズが小さく、且つ発色性と応答速度が良いことなどから、照明、ディスプレイ、医療デバイスなどの分野に広く使用されている。

【0004】

従来技術における発光ダイオード構造は、基板と、基板上に順次設けられたＮ型半導体層と、多重量子井戸層と、電子遮断層と、Ｐ型半導体層とを含む。ここで、Ｐ型半導体層は通常Ｐ型不純物が添加（ドーピング）され、Ｐ型不純物の濃度設定は電子の阻止及び正孔注入に影響を与えることができる。

【0005】

ただし、現在のところ、添加された不純物濃度の制限はない。

【0006】

本発明はこの問題に鑑みてなされたものである。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明の目的は、多重量子井戸発光層とＰ型半導体層の第１正孔注入層との間にＭｇ変調層を設け、不純物のドーピング濃度を制御することにより、より優れた電子の阻止及び正孔注入の効果が得られる発光ダイオードのエピタキシャル構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明の上記目的を達成するために、特に以下の技術案を採用する。

【0009】

本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造は、基板と、Ｎ型半導体層と、多重量子井戸発光層と、Ｐ型半導体層とを備え、前記Ｎ型半導体層と前記多重量子井戸発光層と前記Ｐ型半導体層とが前記基板の上面に順次配置され、前記Ｐ型半導体層は、第１正孔注入層と、電子遮断層と、第２正孔注入層とを含み、前記Ｐ型半導体層にはＰ型不純物Ｍｇがドーピングされ、前記Ｐ型不純物Ｍｇは、前記Ｐ型半導体層の異なるサブ層において異なるドーピング濃度又は濃度変化を有し、前記多重量子井戸発光層と前記第１正孔注入層との間にＭｇ変調層が設けられ、前記Ｍｇ変調層における不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層における不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記電子遮断層における不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、Ｂ＞Ａ＞Ｃである。

【0010】

好ましくは、前記第２正孔注入層から前記基板への方向を第１方向とし、前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる。

【0011】

好ましくは、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って先に増加してから減少し、且つ第１ピーク値が存在し、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、第１ピーク値は第２ピーク値よりも小さい。

【0012】

好ましくは、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って一定の厚さ範囲内で変化しないまたは濃度の変動が極めて小さく、且つフラット値が存在し、前記第１正孔注入層における不純物のドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、前記フラット値は第２ピーク値よりも小さい。

【0013】

好ましくは、前記第２ピーク値は１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３よりも大きく、および／または、Ａ＞１×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、および／または、Ｃ＞５×１０^１８ａｔｏｍ／ｃｍ^３である。

【0014】

好ましくは、前記多重量子井戸発光層は元素Ｉｎを含み、前記Ｉｎの濃度は前記第１方向に沿って変動し、Ｉｎの濃度の変動においてはいくつかのピーク値といくつかのボトム値を含む。

【0015】

好ましくは、前記Ｐ型半導体に最も近いＩｎ元素のピーク値からＭｇ元素の第２ピーク値までの直線距離がｄであり、ｄ≧１５ｎｍであり、好ましくは、２０ｎｍ≦ｄ≦５０ｎｍである。

【0016】

好ましくは、前記Ｐ型半導体層は元素Ｉｎを含み、前記Ｐ型半導体層においてＩｎ元素の濃度値は少なくとも２つの濃度ピークを含む。

【0017】

好ましくは、前記Ｐ型半導体層において、前記元素Ｉｎの濃度ピーク値は、Ｍｇ元素の第２ピーク値の位置と一致する。

【0018】

好ましくは、前記Ｐ型半導体層は不純物を添加したＡｌＩｎＧａＮ構造であり、前記Ｍｇ変調層におけるＡｌの濃度はＤであり、前記第１正孔注入層におけるＡｌの濃度はＥであり、前記電子遮断層におけるＡｌの濃度はＦであり、前記第２正孔注入層におけるＡｌの濃度はＧであり、Ｆ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｇという関係を満たし、好ましくは、Ｄ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、好ましくは、Ｅ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、好ましくは、Ｆ＞２×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３である。

【0019】

好ましくは、前記Ｍｇ変調層において、Ｄは最初に増加してから減少し、第３ピーク値が存在する。

【0020】

本発明は、発光ダイオードであって、基板を備え、前記基板表面には、バッファ層と、Ｎ型半導体層と、多重量子井戸発光層と、Ｐ型半導体層と、Ｐ型コンタクト層とが順次積層され、前記Ｎ型半導体層表面にＮ電極が設けられ、前記Ｐ型半導体層表面にＰ電極が設けられ、前記Ｐ型半導体層は、前記多重量子井戸発光層の表面に順次積層配置された、第１電子遮断層と、第１正孔注入層と、第２電子遮断層と、第２正孔注入層とを含み、前記第１電子遮断層のエネルギー準位は前記第２電子遮断層のエネルギー準位よりも低く、前記第１電子遮断層は複数のサブ層を含み、前記複数のサブ層のうちの少なくとも１つはＰ型添加窒化物層である、ことを特徴とする発光ダイオードを提供する。

【0021】

好ましくは、前記第１電子遮断層はＭｇ変調層であり、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記第２電子遮断層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、Ｂ＞Ａ＞Ｃである。

【0022】

好ましくは、前記第２正孔注入層から前記基板への方向を第１方向と定義し、前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる。

【0023】

好ましくは、前記Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１方向に沿って一定の厚さ範囲内で変化しないまたは変動が極めて小さく維持され、且つフラット値が存在し、前記第１正孔注入層における不純物のドーピング濃度は、前記第１方向に沿って最初に増加した後に減少し、且つ第２ピーク値が存在し、フラット値は第２ピーク値よりも小さい。

【0024】

好ましくは、前記第１電子遮断層は、順次積層されて設けられた、第１サブ層と、第２サブ層と、第３サブ層とを含み、前記第１サブ層は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、前記第２サブ層は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、前記第３サブ層は、アルミニウムを含むＰ型窒化物層および／またはアルミニウムを含まないＰ型窒化物層を含む。

【0025】

好ましくは、前記アルミニウムを含む窒化物層はＡｌＧａＮ層および／またはＡｌＮ層を含み、前記アルミニウムを含まない窒化物層はＧａＮ層を含み、前記アルミニウムを含むＰ型窒化物層は、Ｐ型ＡｌＧａＮ層および／またはＰ型ＡｌＮ層を含み、好ましくは、前記アルミニウムを含まないＰ型窒化物層はＰ型ＧａＮ層を含む。

【0026】

好ましくは、前記第１サブ層の厚さは、前記第２サブ層の厚さよりも大きく、および／または、前記第２サブ層の厚さが前記第３サブ層の厚さ以上であり、および／または、前記第２サブ層と前記第３サブ層の厚さの和は、前記第１サブ層の厚さよりも小さい。

【0027】

好ましくは、前記第１サブ層の厚さが８～１２ｎｍであり、および／または、前記第２サブ層の厚さが１～２ｎｍであり、および／または、第３サブ層の厚さは１～２ｎｍである。

【0028】

好ましくは、前記第１正孔注入層の厚さは、前記Ｍｇ変調層の厚さよりも大きく、および／または、前記第２電子遮断層の厚さは１０ｎｍよりも大きく、および／または、前記第２正孔注入層の厚さは５ｎｍよりも大きい。

【発明の効果】

【0029】

従来技術と比較して、本発明の有益な効果は以下の通りである。

【0030】

（１）本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造は、その構造において、前記多量子井戸発光層と第１正孔注入層の間にＭｇ変調層を含み、Ｍｇ変調層のＭｇの濃度は多量子井戸発光層と第１正孔注入層との間で、より良い電子の阻止及び正孔注入作用を果たすことができる。

【0031】

（２）本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造は、Ｍｇ変調層において１つのＡｌのピーク値に対応し、Ａｌが最大値を有することにより、より良い電子を阻止する効果が得られる。

【0032】

（３）本発明により提供される発光ダイオードは、その発光ダイオードはより良い電子を阻止する効果及びより良い正孔注入効果を有するため、より良い発光効率を有する。

【図面の簡単な説明】

【0033】

本発明の具体的な実施形態または先行技術における技術的解決策をより明確に説明するために、以下に、具体的な実施形態または先行技術の説明に使用する必要な図面を簡単に説明する。明らかに、以下の説明における図面は本発明のいくつかの実施形態であり、当業者であれば、創造的な作業をすることなくても、これらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。

【図1】本発明の実施例により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造を示す図である。

【図2】本発明の実施例により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造のＳＩＭＳ検出結果を示す図である。

【図3】本発明の別の実施例により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造のＳＩＭＳ検出結果を示す図である。

【図4】本発明により提供される発光ダイオードの構造を示す図である。

【図5】本発明により提供される発光ダイオードの他の構造を示す図である。

【図6】本発明により提供される発光ダイオードのさらに別の構造の部分構造を示す図である。

【符号の説明】

【0034】

１０、１１０－基板
２０、１２０－バッファ層、
３０、１３０－Ｎ型半導体層、
４０、１４０－多重量子井戸発光層、
３００、１５０－Ｐ型半導体層、
１５１－Ｍｇ変調層、
８０－第１電子遮断層、
８１－第１サブ層；
８１－第２サブ層；
８１－第３サブ層；
９０、１５２－第１正孔注入層、
１５３－電子遮断層、
５０、第２電子遮断層
６０、１５４－第２正孔注入層、
７０－Ｐ型コンタクト層、
１００－Ｎ電極、
２００－Ｐ電極

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、添付図面及び具体的な実施形態を参照して本発明の技術的解決策を明確かつ完全に説明するが、当業者であれば、以下に記載する実施例は、本発明の一部の実施例であって全ての実施例ではなく、本発明の説明のためだけに使用され、本発明の範囲を限定するものとはみなされないことを理解する必要がある。本発明中の実施例に基づいて、当業者が創造的な作業をすることなしに取得した他のすべての実施例は、本発明保護の範囲に属する。実施例に具体的な条件が明記されていない者は、通常の条件またはメーカーが提案した条件に従って行う。使用する試薬や機器にメーカーが明記されていない者は、市販で購入できる通常の製品である。

【0036】

本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造は、図１に示すように、基板１１０と、順に前記基板１１０の上面に設けられたＮ型半導体層１３０と多重量子井戸発光層１４０とＰ型半導体層１５０とを含み、ここで、前記Ｐ型半導体層１５０は、第１正孔注入層１５２、電子遮断層１５３、及び第２正孔注入層１５４を含み、前記Ｐ型半導体層１５０は、Ｐ型不純物Ｍｇで添加され（Ｐ型不純物Ｍｇでドーピングされ）、前記Ｐ型不純物Ｍｇは前記Ｐ型半導体層１５０の異なるサブ層に異なるドーピング濃度または濃度変化を有する。前記多重量子井戸発光層１４０と前記第１正孔注入層１５２との間にはＭｇ変調層１５１が設けられ、前記Ｍｇ変調層１５１における不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、前記第１正孔注入層１５２における不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記電子遮断層１５３における不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、ここで、Ｂ＞Ａ＞Ｃである。

【0037】

本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造は、この構造において、前記多重量子井戸発光層１４０と第１正孔注入層１５２の間にＭｇ変調層１５１を含み、Ｍｇ変調層１５１のＭｇ濃度を制御することによって、多重量子井戸発光層１４０と第１正孔注入層１５２との間に、より良い電子の阻止と正孔注入の効果を得ることができる。
好ましい実施形態では、前記第２正孔注入層１５４から前記基板１１０への方向を第１方向と定義し、前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層１５１におけるＭｇのドーピング濃度の変化幅（濃度変化の範囲）は、前記第１正孔注入層１５２におけるＭｇのドーピング濃度の変化幅（濃度変化の範囲）とは異なる。すなわち、前記Ｍｇ変調層１５１におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層１５２におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる。

【0038】

図２は、本発明により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造のＳＩＭＳ検出結果を示す図である。好ましい実施形態では、図２に示すように、前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層１５１中のＭｇのドーピング濃度は増加した後に減少し、第１ピーク値が存在する。前記第１方向に沿って、前記第１正孔注入層１５２において、Ｍｇのドーピング濃度が増加した後に減少し、第２ピーク値が存在する。

【0039】

好ましい実施形態では、前記第１ピーク値は前記第２ピーク値よりも小さい。

【0040】

図３は、本発明の別の実施例により提供される発光ダイオードのエピタキシャル構造ＳＩＭＳ検出結果を示す図である。好ましい実施形態では、図３に示すように、前記第１方向に沿って、前記Ｍｇ変調層１５１中のＭｇのドーピング濃度は一定の厚さ範囲内で変化しない（または変化が極めて小さい）ように維持され、フラット値（一定で変わらない平らな部分の数値、ｆｌａｔ ｖａｌｕｅ）が存在し、ここで、「一定の厚さ範囲」とは、Ｍｇ変調層１５１の厚さを超えない一定の厚さ区間（範囲）を指す、前記第１方向に沿って、前記第１正孔注入層１５２において、不純物のドーピング濃度が増加した後に減少し、第２ピーク値が存在する。

【0041】

好ましい実施形態では、前記フラット値は前記第２ピーク値よりも小さい。

【0042】

好ましい実施形態では、前記第２ピーク値は１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３よりも大きく、および／または、Ａ＞１×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３、および／または、Ｃ＞５×１０^１８ａｔｏｍ／ｃｍ^３である。

【0043】

好ましい実施形態では、前記多重量子井戸発光層１４０は元素Ｉｎを含有し、前記第１方向に沿って、Ｉｎの濃度は変動する特徴があり、例えば、図２に示すように、Ｉｎの濃度値の変動はいくつかのピーク値といくつかのボトム値を含む。

【0044】

好ましい実施形態では、前記Ｐ型半導体に最も近い前記ピーク値と前記第２ピーク値との直線距離はｄであり、ｄ≧１５ｎｍであり、より好ましくは、２０ｎｍ≦ｄ≦５０ｎｍである。

【0045】

好ましい実施形態では、前記Ｐ型半導体層１５０は元素Ｉｎを含み、前記Ｐ型半導体層１５０において、元素Ｉｎの濃度が少なくとも２つの濃度ピーク値を含む。

【0046】

好ましい実施形態では、前記Ｐ型半導体層１５０において、前記元素Ｉｎの濃度ピーク値が前記第２ピーク値の位置と重なる。

【0047】

Ｍｇ／Ｉｎの濃度比は正孔注入の効果に影響を与え、より良い光効率を実現することができる。

【0048】

好ましい実施形態では、前記Ｐ型半導体層１５０は不純物をドーピングされたＡｌＩｎＧａＮ構造であり、前記Ｍｇ変調層１５１において、Ａｌの濃度はＤであり、前記第１正孔注入層１５２において、Ａｌの濃度はＥであり、前記電子遮断層１５３において、Ａｌの濃度はＦであり、前記第２正孔注入層１５４において、Ａｌの濃度はＧであり、Ｆ＞Ｄ＞Ｅ＞Ｇという関係を満たす。

【0049】

好ましい実施形態では、Ｄ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、好ましい実施形態では、Ｅ＞１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３であり、好ましい実施形態では、Ｆ＞２×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３である。

【0050】

好ましい実施形態では、前記Ｍｇ変調層１５１において、Ｄはまず増加してから減少し、第３ピーク値が存在する。Ｍｇ変調層１５１には１つのＡｌのピーク値が対応しており、Ａｌは最大値を有することにより、より良い電子を阻止する効果を得ることができる。

【0051】

また、Ａｌの濃度はキャリアのオーバーフローを抑えるのに良い効果があり、Ｍｇ／Ｉｎの濃度と協同してダイオードのより良い光効率が得られる。

【0052】

本発明の１つの実施例は、一種の前記発光ダイオードのエピタキシャル構造の製造方法を提供し、以下のステップを含む。

【0053】

ステップ（１）：基板１１０を提供し、前記基板１１０が例えばサファイア基板１１０であり、前記サファイア基板１１０が高温環境でパージされる（掃気される）。

【0054】

ステップ（２）：サファイア基板上にバッファ層１２０を成長させる（形成させる）。

【0055】

ステップ（３）：バッファ層１２０上にドーピングされていないＧａＮ層を成長させる。

【0056】

ステップ（４）：ドーピングされていないＧａＮ層の上にｎ型のドーピングされたＧａＮ層を成長させる。

【0057】

ステップ（５）：ｎ型のドーピングされたＧａＮ層上に多重量子井戸発光層１４０を成長させる。

【0058】

ステップ（６）：多重量子井戸発光層１４０上にＭｇ変調層１５１、第１正孔注入層１５２、電子遮断層１５３、第２正孔注入層１５４を順次成長させる。

【0059】

また、本発明は発光ダイオードを提供する。図４に示すように、発光ダイオードは基板１０を含み、基板１０の表面にバッファ層２０、Ｎ型半導体層３０、多重量子井戸発光層４０、Ｐ型半導体層３００、Ｐ型コンタクト層７０が順次積層され、Ｎ型半導体層３０の表面にはＮ電極１００が設けられ、Ｐ型半導体層３００の表面にＰ電極２００が設けられる。

【0060】

Ｐ型半導体層３００は、多重量子井戸発光層４０の表面に順次積層されて設けられた第１電子遮断層８０、第１正孔注入層９０、第２電子遮断層５０、第２正孔注入層６０を含む。

【0061】

第１電子遮断層８０及び第２電子遮断層５０はいずれもアルミニウム元素を含み、第１電子遮断層８０におけるアルミニウム元素の含有量は第２電子遮断層５０中のアルミニウム元素の含有量よりも低い。

【0062】

さらに、第１電子遮断層８０は、Ｍｇを含むＭｇ変調層であり、このＭｇ変調層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＡであり、第１正孔注入層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＢであり、前記第２電子遮断層中のＭｇ不純物ドーピングの平均濃度はＣであり、ここで、Ｂ＞Ａ＞Ｃである。

【0063】

前記第２正孔注入層から前記基板への方向を第１方向と定義すると、第１方向に沿って、Ｍｇ変調層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差は、前記第１正孔注入層におけるＭｇのドーピング濃度の最大値と最小値との差と異なる。好ましくは、第１方向に沿って、Ｍｇ変調層において、Ｍｇのドーピング濃度は一定の厚さ範囲内で変化しない（または変動が極めて小さい）のように維持され、フラット値が存在する、前記第１方向に沿って、第１正孔注入層において、不純物のドーピング濃度が最初に増加した後に減少し、第２ピーク値が存在する、このフラット値は第２ピーク値より小さい。

【0064】

別の実施形態では、図５に示すように、第１電子遮断層８０は、順に積層配置された、第１サブ層８１、第２サブ層８２及び第３サブ層８３を含む。さらに、第１サブ層８１は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、第２サブ層８２は、アルミニウムを含む窒化物層および／またはアルミニウムを含まない窒化物層を含み、第３サブ層８３は、アルミニウムを含むＰ型窒化物層および／またはアルミニウムを含まないＰ型窒化物層を含む。好ましくは、アルミニウムを含む窒化物層は、ＡｌＧａＮ層および／またはＡｌＮ層を含み、アルミニウムを含まない窒化物層はＧａＮ層を含み、アルミニウムを含むＰ型窒化物層は、Ｐ型ＡｌＧａＮ層および／またはＰ型ＡｌＮ層を含み、アルミニウムを含まないＰ型窒化物層は、Ｐ型ＧａＮ層を含む。

【0065】

第１電子遮断層８０の厚さの３０％以上はＡｌを含む窒化物であり、例えば、第１サブ層８１はＡｌＧａＮ層であり、第２サブ層８２はＡｌＮ層であり、第３サブ層８３はＰ型ＡｌＮ層である。

【0066】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、第１サブ層８１は超格子構造層を含む。超格子構造層の交互周期は２～８周期であり、さらに３周期、４周期、５周期、６周期または７周期を選択することもできる。好ましくは、前記超格子構造層は、周期的に交互に積層されたＡｌＧａＮ層及びＧａＮ層を含む。図６に示すように、第１サブ層８１、第２サブ層８２、および第３サブ層８３は、前記多重量子井戸発光層４０の表面に順次積層配置され、前記第１電子遮断層８０において、前記第１サブ層８１は、ＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子構造層であり、前記第２サブ層８２はＡｌＮ層であり、前記第３サブ層８３はＰ型ＡｌＮ層である。

【0067】

一般に、第１サブ層８１の厚さは、前記第２サブ層８２の厚さよりも大きい。第２サブ層８２の厚さは、前記第３サブ層の厚さよりも小さくない（前記第３サブ層の厚さ以上である）。第２サブ層８２と前記第３サブ層８３の厚さの和は、前記第１サブ層８１の厚さよりも小さく、第３サブ層８３の厚さは、前記第１電子遮断層８０の厚さの２０％未満である。具体的には、第１サブ層８１の厚さは８～１２ｎｍであり、第２サブ層８２の厚さは１～２ｎｍであり、第３サブ層８３の厚さは１～２ｎｍである。

【0068】

第１正孔注入層９０は、低温Ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層を含む。好ましくは、低温Ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層に用いられるＰ型不純物はＭｇであり、ドーピング濃度は１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３以下であり、具体的に、例えば、３×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３、５×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３、８×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３または１×１０^２１ａｔｏｍ／ｃｍ^３を選択することができる。第１正孔注入層９０中のアルミニウム元素含有量は、前記第１電子遮断層８０中のアルミニウム元素含有量よりも小さい。ただし、第１正孔注入層９０の厚さは、第１電子遮断層８０の厚さよりも大きい。

【0069】

第２正孔注入層６０は、高温Ｐ型ＧａＮ層を含む。好ましくは、前記高温Ｐ型ＧａＮ層にドーピングされるＰ型不純物はＭｇであり、Ｐ型不純物のドーピング濃度は３×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３より大きく、さらに５×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３、８×１０^１９ａｔｏｍ／ｃｍ^３、１×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３、５×１０^２０ａｔｏｍ／ｃｍ^３または８×１０^２１ａｔｏｍ／ｃｍ^３を選択することができる。

【0070】

第２電子遮断層５０は、ＡｌＧａＮ層またはＰ型ＡｌＧａＮ層のうちの１つを含む。第２電子遮断層５０の厚さは１０ｎｍより大きく、好ましくは１０～１００ｎｍである（１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍまたは９５ｎｍを選択することもできる）、第２正孔注入層６０の厚さは５ｎｍより大きく、好ましくは５～１００ｎｍである（１０ｎｍ、１５ｎｍ、２０ｎｍ、２５ｎｍ、３０ｎｍ、３５ｎｍ、４０ｎｍ、５０ｎｍ、６０ｎｍ、７０ｎｍ、８０ｎｍ、９０ｎｍまたは９５ｎｍを選択することもできる）。

【0071】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、前記基板１０の材料は、サファイア、炭化ケイ素、およびシリコン基板のうちの少なくとも１つを含む。

【0072】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、前記バッファ層２０は、ＡｌＮバッファ層２０および／またはＧａＮバッファ層２０を含む。

【0073】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、前記Ｎ型半導体層３０は、Ｓｉが添加されたＮ型ＧａＮ層を含む。

【0074】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、前記多重量子井戸発光層４０は、積層配置されたＩｎＧａＮポテンシャル井戸層とＧａＮポテンシャル障壁層とを含む。好ましくは、前記多量子井戸発光層４０はＩｎＧａＮ／ＧａＮ超格子構造であり、第１電子遮断層８０は、ＩｎＧａＮポテンシャル井戸層上に配置され、多重量子井戸発光層４０の最後のＩｎＧａＮポテンシャルウェル層に相当する。

【0075】

本発明のいくつかの具体的な実施例では、前記Ｐ型コンタクト層７０はＰ型ＧａＮ層を含む。好ましくは、前記Ｐ型コンタクト層７０にドーピングされるＰ型不純物はＭｇである。より好ましくは、前記Ｐ型コンタクト層７０におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第２正孔注入層６０（高温Ｐ型ＧａＮ層）におけるＭｇのドーピング濃度よりも大きく、前記Ｐ型コンタクト層７０におけるＭｇのドーピング濃度は、前記第１正孔注入層９０（低温Ｐ型ＡｌＩｎＧａＮ層）におけるＭｇのドーピング濃度よりも小さい。

【0076】

本発明は具体的な実施例を用いて説明されたが、上記の各実施例は、本発明の技術的解決策を説明するためだけに使用され、それらに限定されるものではないことを認識すべきである。当業者であれば、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、上記の実施例に記載された技術案を修正したり、その一部又は全部の技術的特徴を均等に置き換えたりすることができ、これらの修正または置き換えは、対応する技術案の本質を本発明の各実施例の技術案の範囲から逸脱させるものではない。したがって、これは、本発明の範囲内に属するすべてのこれらの修正および置き換えが本発明に添付した請求の範囲に含まれることを意味する。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】