JP2006108297A - 窒化ガリウム系発光ダイオードの低電気抵抗ｎ型コンタクト層の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 窒化ガリウム系発光ダイオードの低電気抵抗ｎ型コンタクト層の構造の提供。
【解決手段】 このｎ型コンタクト層は二種類の組成の異なる窒化アルミニウムガリウムで形成された超格子構造が組み合わされてなり、高ドープ濃度（＞１×１０¹⁹ｃｍ^-3）で低電気抵抗のｎ型窒化ガリウムコンタクト層とされる。このほか、アルミニウム、インジウム、ガリウムの各成分の調合により各二つの格子定数の相互マッチングのエピタキシャル膜を得ることができ、ｎ型コンタクト層内のヘビードープによる亀裂を形成せず、ヘビードープコンタクト層の品質を改善し、且つｎ型オームコンタクトの製造の困難を減らし、これにより全体の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの操作電圧を大幅に下げる。
【選択図】 図２

Description

本発明は窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードに係り、特に窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオード中の、低電気抵抗ｎ型コンタクト層の構造に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）系発光ダイオードは、材料の組成を制御することにより必要なバンドギャップを達成でき、これにより各種の色光の発光ダイオード、特に、ハイバンドギャップの青光或いは紫光発光ダイオードを形成できる。窒化ガリウム系発光ダイオードの関係技術はこのため業界の積極的な研究開発の重点となっている。

周知の窒化ガリウム系発光ダイオードは、その発光層が窒化ガリウム及び窒化インジウムガリウム（Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ，０≦ｘ≦１）をポテンシャルウェル（Ｐｏｔｅｎｔｉａｌ Ｗｅｌｌ）とする多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍ Ｗｅｌｌ；ＭＱＷ）構造とされ、電子と正孔のＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０≦ｘ≦１）ポテンシャルウェルでの結合を利用して光子を釈放する。この発光層の下に、一般にはｎ型ドープ（例えばシリコンドープ）のｎ型窒化ガリウムコンタクト層が採用される。

このｎ型窒化ガリウムコンタクト層に低電気抵抗の要求を達成させるため、一般には高濃度（＞１×１０¹⁹ｃｍ^-3）のシリコン（Ｓｉ）をドープしてｎ型窒化ガリウムコンタクト層を形成する。但し、実際の製造過程中に分かったことは、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層は往々にしてシリコンヘビードープの結果、結晶格子のミスマッチにより過大な応力が形成されて亀裂、更には切断の現象を発生しやすい。このような現象は、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の製造品質に影響を与えるのみならず、製造行程中の次のステップで、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の上方にｎ型オームコンタクト電極を形成する困難を増す。このような欠点は生産される窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードを、一方で高い操作電圧を必要として運転時に消耗する電力パワーを増加させ、また一方で、製造の歩留りを下げ、生産コストを高くする。

このほかｎ型窒化ガリウムコンタクト層にシリコンヘビードープした結果、ピンホールが形成されやすく、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオード全体のダイオード特性が悪くなり、且つ操作上、リーク電流を発生させうる。

上述の従来の技術の欠点を克服するため、本発明は数種類のｎ型窒化ガリウムコンタクト層を提出するものである。

本発明の技術思想は、図１により明らかに提示される。図１は三族窒化物材料の格子定数とバンドギャップを示す。図１に示されるように、窒化ガリウム（ＧａＮ）の格子定数ａ₀ は約３．１８Åである。その格子マッチングラインを上下に延伸すると、特定組成の窒化アルミニウムインジウムガリウム（Ａｌ_x Ｉｎ_y Ｇａ_1-x-y Ｎ，０≦ｘ，ｙ＜１，ｘ＋ｙ≦１）が、同じ格子定数及び更に高いバンドギャップを有することが分かる。これにより、二種類の組成の異なるＡｌ_m Ｉｎ_n Ｇａ_1-m-n ＮとＡｌ_p Ｉｎ_q Ｇａ_1-p-q Ｎ（０≦ｍ，ｎ＜１；０＜ｐ，ｑ＜１；ｍ＋ｎ＜１；ｐ＋ｑ≦１；ｍ＜ｐ）で形成した超格子構造を組み合わせることにより、高ドープ濃度（＞１×１０¹⁹ｃｍ^-3）で且つ低電気抵抗のｎ型窒化ガリウムコンタクト層を得られることが分かる。このほか、アルミニウム、インジウム、ガリウムの各成分の調合により各二つの格子定数が相互にマッチングするエピタキシャル膜を得ることができ、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層内にヘビードープによる亀裂を発生させず、ヘビードープ窒化ガリウムコンタクト層の品質を改善し、且つｎ型オームコンタクトの製造の困難を減らし、これにより全体の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの操作電圧を大幅に下げることができる。

請求項１の発明は、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、該窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードは下から上に、基板、バッファ層、ｎ型コンタクト層、発光層、負電極、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層、正電極を具え、
該基板は、サファイヤ、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ或いはスピネル（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）、或いは格子定数が窒化物半導体に接近する単結晶酸化物のいずれかで形成され、
該バッファ層は、該基板の一側面に位置し特定組成の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-a-b Ｇａ_a Ｉｎ_b Ｎ，０≦ａ，ｂ＜１，ａ＋ｂ≦１）で構成され、
該ｎ型コンタクト層は該バッファ層の上に位置し、
該発光層は、該ｎ型コンタクト層の上に位置し、該ｎ型コンタクト層の一部表面を被覆し、窒化インジウムガリウムで構成され、
該負電極は該発光層と同一側に位置し及び該ｎ型コンタクト層表面の未被覆の部分の上に位置し、
該ｐ型クラッド層は、該発光層の上に位置し、マグネシウムドープ（Ｍｇ−ｄｏｐｅｄ）され、特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-c-d Ｇａ_c Ｉｎ_d Ｎ，０≦ｃ，ｄ＜１，ｃ＋ｄ≦１）で構成され、
該ｐ型コンタクト層は該ｐ型クラッド層の上に位置し、別の特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-e-f Ｇａ_e Ｉｎ_f Ｎ，０≦ｅ，ｆ＜１，ｅ＋ｆ≦１）で構成され、
該正電極は、該ｐ型コンタクト層の上に位置し、一部のｐ型コンタクト層の表面を被覆し、
そのうち、該ｎ型コンタクト層は全部で第１層数を具えてｎ型III 族窒化物で構成された第１ベース層と、全部で第２層数を具えてｎ型III 族窒化物で構成された第２ベース層とが交互の重畳されてなる超格子構造とされ、該第２ベース層のバンドギャップは第１ベース層のものより高く、最底層は第１ベース層と第２ベース層のいずれかとされ、最上層は第１ベース層と第２ベース層のいずれかとされることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、ｎ型コンタクト層の厚さが２〜５μｍの間であることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項３の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１層数と第２層数の和が５０〜５００の間であり、第１層数と第２層数の差が１より以下であることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項４の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層の各層が２０Å〜２００Åの間の独立厚さを具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項５の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自の濃度のシリコンドープの窒化ガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自の濃度のシリコンドープを有し且つ各自の成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項６の発明は、請求項５記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のシリコンドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項７の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成の窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項８の発明は、請求項５記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のインジウムとシリコンのドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項９の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項１０の発明は、請求項９記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のインジウムとシリコンのドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項１１の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のシリコンがドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のシリコンがドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。
請求項１２の発明は、請求項１１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のシリコンドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造としている。

本発明によると、二種類の組成の異なる窒化アルミニウムインジウムガリウムＡｌ_m Ｉｎ_n Ｇａ_1-m-n ＮとＡｌ_p Ｉｎ_q Ｇａ_1-p-q Ｎ（０≦ｍ，ｎ＜１；０＜ｐ，ｑ＜１；ｍ＋ｎ＜１；ｐ＋ｑ≦１；ｍ＜ｐ）で形成した超格子構造を組み合わせることにより、高ドープ濃度（＞１×１０¹⁹ｃｍ^-3）で且つ低電気抵抗のｎ型窒化ガリウムコンタクト層を得られることが分かる。このほか、アルミニウム、インジウム、ガリウムの各成分の調合により各二つの格子定数が相互にマッチングするエピタキシャル膜を得ることができ、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層内にヘビードープによる亀裂を発生させず、ヘビードープ窒化ガリウムコンタクト層の品質を改善し、且つｎ型オームコンタクトの製造の困難を減らし、これにより全体の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの操作電圧を大幅に下げることができる。

図２は本発明の第１実施例による窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造を示す。周知の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造は、図２に示されるように、一般にＣ−Ｐｌａｎｅ或いはＲ−Ｐｌａｎｅ或いはＡ−Ｐｌａｎｅのサファイヤ或いは単価シリコン（６Ｈ−ＳｉＣ或いは４Ｈ−ＳｉＣ）を基板１０とし、その他の基板に使用可能な材料は更に、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ或いはスピネル（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）、或いは格子定数が窒化物半導体に接近する単結晶酸化物を包含する。その後、この構造は、基板１０の一側面にバッファ層２０を具え、このバッファ層２０は特定組成の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-a-b Ｇａ_a Ｉｎ_b Ｎ，０≦ａ，ｂ＜１，ａ＋ｂ≦１）で構成される。このバッファ層２０の上に、この構造はｎ型コンタクト層３０を具え、このｎ型コンタクト層３０の構造が即ち本発明の焦点のあるところである。このｎ型コンタクト層３０の上は、一部のｎ型コンタクト層３０の表面を被覆する発光層（ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）４２とされ、この発光層４２は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で構成される。このほか、この発光層と同一側、及びこのｎ型コンタクト層３０の表面の未被覆の部分の上に、この構造は別に負電極４０を具えている。

この発光層４２の上に、この構造は下から上に順に堆積されたｐ型クラッド層５０、ｐ型コンタクト層６０、及び一部のｐ型コンタクト層６０表面を被覆する正電極７０を具えている。発光層の上に位置するｐ型クラッド層５０は、マグネシウムドープ（Ｍｇ−ｄｏｐｅｄ）され、特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-c-d Ｇａ_c Ｉｎ_d Ｎ，０≦ｃ，ｄ＜１，ｃ＋ｄ≦１）で構成される。ｐ型クラッド層５０の上に位置するｐ型コンタクト層６０は、マグネシウムドープ（Ｍｇ−ｄｏｐｅｄ）され、特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-e-f Ｇａ_e Ｉｎ_f Ｎ，０≦ｅ，ｆ＜１，ｅ＋ｆ≦１）で構成される。

図２に示されるように、この実施例のｎ型コンタクト層３０は多層とされ、シリコンドープの窒化ガリウムベース層３０１及びシリコンドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３０２が交互に積み重ねられてなる超格子構造とされる。そのうちシリコンドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３０２のバンドギャップはシリコンドープの窒化ガリウムベース層３０１より大きくする必要がある。更に明確に述べると、ｎ型コンタクト層３０は一層のシリコンドープの窒化ガリウムベース層３０１の上に一層の窒化アルミニウムガリウムベース層３０２を堆積し、その上に更にシリコンドープの窒化ガリウムベース層３０１を堆積し、これから類推されるようにして形成される。或いはｎ型コンタクト層３０はシリコンドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３０２の上に、一層のシリコンドープの窒化ガリウムベース層３０１を堆積し、その上に更にシリコンドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３０２を堆積し、これから類推されるようにして形成される。各窒化ガリウムベース層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。各窒化アルミニウムガリウム（Ａｌ_1-g Ｇａ_g Ｎ，０＜ｇ＜１）ベース層の組成（即ち前述の分子式中のパラメータｇ）は同じとする必要はなく、厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。ｎ型コンタクト層３０の総厚さは２〜５μｍの間とされ、全部で５０〜５００層の窒化ガリウムベース層３０１と窒化アルミニウムガリウムベース層３０２を具え、そのうち少なくとも一層（窒化ガリウムベース層３０１或いは窒化アルミニウムガリウムベース層３０２）のシリコンドープ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きい。窒化ガリウムベース層３０１と窒化アルミニウムガリウムベース層３０２の層数は同じか或いはその層数の差が１である。

図３は本発明の第２実施例による窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造を示す。図３に示されるように、この実施例の構造と第１実施例は完全に同じであるが、唯一の違いはｎ型コンタクト層３２に採用されている材質の違いである。この実施例のｎ型コンタクト層３２は多層で、インジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層３２１、及びインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３２２が交互に積み重ねられて構成された超格子構造であり、そのうちインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３２２のバンドギャップはインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層３２１のものより大きくなければならない。更に明確に述べると、ｎ型コンタクト層３２は一層のインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層３２１の上にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３２２を重畳させ、その上に更にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層３２１を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。或いは、ｎ型コンタクト層３２はインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３２２の上にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層３２１を重ね、その上に更に一層の窒化アルミニウムガリウムベース層３２２を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。各窒化ガリウムベース層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。各窒化アルミニウムガリウムベース層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。ｎ型コンタクト層３２の総厚さは２〜５μｍの間とされとされ、全部で５０〜５００層の窒化ガリウムベース層３２１と窒化アルミニウムガリウムベース層３２２を具え、そのうち少なくとも一層（窒化ガリウムベース層３２１或いは窒化アルミニウムガリウムベース層３２２）のシリコンドープ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きい。窒化ガリウムベース層３２１と窒化アルミニウムガリウムベース層３２２の層数は同じか或いはその層数の差が１である。

図４は本発明の第３実施例による窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造を示す。図４に示されるように、この実施例の構造と第１、２実施例は完全に同じであるが、唯一の違いはｎ型コンタクト層３４に採用されている材質の違いである。この実施例のｎ型コンタクト層３４は多層で、インジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４１、及びインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４２が交互に積み重ねられて構成された超格子構造であり、そのうちインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４２のバンドギャップはインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４１のものより大きくなければならない。更に明確に述べると、ｎ型コンタクト層３４は一層のインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４１の上にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４２を重畳させ、その上に更にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４１を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。或いは、ｎ型コンタクト層３４はインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４２の上にインジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層３４１を重ね、その上に更に一層の窒化アルミニウムガリウムベース層３４２を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。各窒化アルミニウムガリウムベース層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。隣り合う窒化アルミニウムガリウムベース層の組成は同じでないが、隣り合わない窒化アルミニウムガリウムベース層の組成は同じ或いは異なるものとなし得て、各層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。ｎ型コンタクト層３４の総厚さは２〜５μｍの間とされとされ、全部で５０〜５００層の窒化アルミニウムガリウムベース層３４１と窒化アルミニウムガリウムベース層３４２を具え、そのうち少なくとも一層（窒化アルミニウムガリウムベース層３４１或いは窒化アルミニウムガリウムベース層３４２）のシリコンドープ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きい。窒化ガリウムアルミニウムベース層３４１と窒化アルミニウムガリウムベース層３４２の層数は同じか或いはその層数の差が１である。

図５は本発明の第４実施例による窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造を示す。図５に示されるように、この実施例の構造と前述の実施例は完全に同じであるが、唯一の違いはｎ型コンタクト層３６に採用されている材質の違いである。この実施例のｎ型コンタクト層３６は多層で、シリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１、及びシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２が交互に積み重ねられて構成された超格子構造であり、そのうちシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２のバンドギャップはシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１のものより大きくなければならない。更に明確に述べると、ｎ型コンタクト層３６は一層のシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１の上にシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２を重畳させ、その上に更にシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。或いは、ｎ型コンタクト層３６はシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２の上にシリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１を重ね、その上に更に一層の窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２を重ね、以下はこれにより類推されるとおりとして形成される。各窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。隣り合う窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層の組成は同じでないが、隣り合わない窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層の組成は同じ或いは異なるものとなし得て、各層の厚さは同じくする必要はないが、２０Å〜２００Åの間とされ、成長温度は摂氏６００度から１２００度の間とされる。ｎ型コンタクト層３６の総厚さは２〜５μｍの間とされとされ、全部で５０〜５００層の窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１と窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２を具え、そのうち少なくとも一層（窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６１或いは窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２）のシリコンドープ濃度は１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きい。窒化ガリウムアルミニウムベース層３６１と窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層３６２の層数は同じか或いはその層数の差が１である。

この実施例中、二種類の組成の異なる窒化アルミニウムインジウムガリウムＡｌ_m Ｉｎ_n Ｇａ_1-m-n ＮとＡｌ_p Ｉｎ_q Ｇａ_1-p-q Ｎ（０≦ｍ，ｎ＜１；０＜ｐ，ｑ＜１；ｍ＋ｎ＜１；ｐ＋ｑ≦１；ｍ＜ｐ）で形成した超格子構造を組み合わせることにより、高ドープ濃度（＞１×１０¹⁹ｃｍ^-3）で且つ低電気抵抗のｎ型窒化ガリウムコンタクト層を得られることが分かる。このほか、アルミニウム、インジウム、ガリウムの各成分の調合により各二つの格子定数が相互にマッチングするエピタキシャル膜を得ることができ、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層内にヘビードープによる亀裂を発生させず、ヘビードープ窒化ガリウムコンタクト層の品質を改善し、且つｎ型オームコンタクトの製造の困難を減らし、これにより全体の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの操作電圧を大幅に下げることができる。

以上の実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明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。

三族窒化物材料の格子定数とバンドギャップを表示する図である。 本発明の第１実施例の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造表示図である。 本発明の第２実施例の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造表示図である。 本発明の第３実施例の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造表示図である。 本発明の第４実施例の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードの構造表示図である。

符号の説明

１ 基板
２０ バッファ層
３０ ｎ型コンタクト層
３２ ｎ型コンタクト層
３４ ｎ型コンタクト層
３６ ｎ型コンタクト層
４０ 負電極
４２ 発光層
５０ ｐ型クラッド層
６０ ｐ型コンタクト層
７０ 正電極
３０１ シリコンドープの窒化ガリウムベース層
３０２ シリコンドープの窒化アルミニウムガリウムベース層
３２１ インジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムベース層
３２２ インジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層
３４１ インジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層
３４２ インジウムとシリコンの共同ドープの窒化アルミニウムガリウムベース層
３６１ シリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層
３６２ シリコンドープの窒化アルミニウムインジウムガリウムベース層

Claims (12)

1. 窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、該窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードは下から上に、基板、バッファ層、ｎ型コンタクト層、発光層、負電極、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層、正電極を具え、
   該基板は、サファイヤ、６Ｈ−ＳｉＣ、４Ｈ−ＳｉＣ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＧａＡｓ或いはスピネル（ＭｇＡｌ₂ Ｏ₄ ）、或いは格子定数が窒化物半導体に接近する単結晶酸化物のいずれかで形成され、
   該バッファ層は、該基板の一側面に位置し特定組成の窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-a-b Ｇａ_a Ｉｎ_b Ｎ，０≦ａ，ｂ＜１，ａ＋ｂ≦１）で構成され、
   該ｎ型コンタクト層は該バッファ層の上に位置し、
   該発光層は、該ｎ型コンタクト層の上に位置し、該ｎ型コンタクト層の一部表面を被覆し、窒化インジウムガリウムで構成され、
   該負電極は該発光層と同一側に位置し及び該ｎ型コンタクト層表面の未被覆の部分の上に位置し、
   該ｐ型クラッド層は、該発光層の上に位置し、マグネシウムドープ（Ｍｇ−ｄｏｐｅｄ）され、特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-c-d Ｇａ_c Ｉｎ_d Ｎ，０≦ｃ，ｄ＜１，ｃ＋ｄ≦１）で構成され、
   該ｐ型コンタクト層は該ｐ型クラッド層の上に位置し、別の特定組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-e-f Ｇａ_e Ｉｎ_f Ｎ，０≦ｅ，ｆ＜１，ｅ＋ｆ≦１）で構成され、
   該正電極は、該ｐ型コンタクト層の上に位置し、一部のｐ型コンタクト層の表面を被覆し、
   そのうち、該ｎ型コンタクト層は全部で第１層数を具えてｎ型III 族窒化物で構成された第１ベース層と、全部で第２層数を具えてｎ型III 族窒化物で構成された第２ベース層とが交互の重畳されてなる超格子構造とされ、該第２ベース層のバンドギャップは第１ベース層のものより高く、最底層は第１ベース層と第２ベース層のいずれかとされ、最上層は第１ベース層と第２ベース層のいずれかとされることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
2. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、ｎ型コンタクト層の厚さが２〜５μｍの間であることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
3. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１層数と第２層数の和が５０〜５００の間であり、第１層数と第２層数の差が１より以下であることを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
4. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層の各層が２０Å〜２００Åの間の独立厚さを具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
5. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自の濃度のシリコンドープの窒化ガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自の濃度のシリコンドープを有し且つ各自の成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
6. 請求項５記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のシリコンドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
7. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンの共同ドープの窒化ガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成の窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
8. 請求項５記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のインジウムとシリコンのドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
9. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のインジウムとシリコンが共同ドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
10. 請求項９記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のインジウムとシリコンのドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
11. 請求項１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層の各層が各自濃度のシリコンがドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウムで構成され、第２ベース層の各層が各自濃度のシリコンがドープされ並びに各自成分組成を有する窒化アルミニウムガリウムインジウムで構成されたことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
12. 請求項１１記載の窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造において、第１ベース層と第２ベース層のうち、少なくとも一つのベース層のシリコンドープ濃度が１×１０¹⁹ｃｍ^-3より大きいことを特徴とする、窒化ガリウム系多重量子井戸発光ダイオードのｎ型コンタクト層の構造。
    

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