JP2006086167A

JP2006086167A - 窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造

Info

Publication number: JP2006086167A
Application number: JP2004266533A
Authority: JP
Inventors: Cheng-Tsang Yu; 正璋游; 如欽 ▲と▼; Ru-Chin Tu; Liang-Wen Wu; 良文武; Tzu-Chi Wen; 子稷温; Honin Kan; 奉任簡
Original assignee: Formosa Epitaxy Inc
Current assignee: Formosa Epitaxy Inc
Priority date: 2004-09-14
Filing date: 2004-09-14
Publication date: 2006-03-30

Abstract

【課題】発光効率が高くエピタキシャル特性が良好なエピタキシャル膜を成長させられる窒化ガリウム系発光ダイオードの製造方法の提供。
【解決手段】ｎ型窒化ガリウムコンタクト層とｐ型窒化ガリウムコンタクト層の間に、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層より上に順に下位バリア層（ＬｏｗｅｒＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）と少なくとも一層の中間層（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＬａｙｅｒ）、及び、上位バリア層（ＵｐｐｅｒＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）を形成し、即ち上位と下位バリア層で少なくとも一層の中間層を挟み、中間層の数が一より大きい時、即ち上位と下位バリア層で複数の中間層を挟む時、上下の隣接する中間層と中間層の間に更に中位バリア層（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）を挟む。
【選択図】図４

Description

本発明は窒化ガリウム系発光ダイオードの構造に係り、特に窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造に関する。

発光ダイオードは高い耐振性、長い寿命、少ない電力消耗量、少ない発熱量の特性により、その応用範囲は広く日常生活中の各種の製品、例えば電子製品の指示ランプ或いは光源に使用されている。近年、発光ダイオードはマルチカラーと高輝度の方向に発展し、そのうち、実用レベルの高効率且つ高輝度の青色発光ダイオードは学界と産業界の研究開発の重点となっている。日本の日亜化学社が１９９５年１０月に高輝度の窒化ガリウムインジウム発光ダイオードの開発成功の宣言に世界の光電産業界は非常に大きく震撼し、各界は積極的に窒化ガリウム系（例えば窒化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、窒化ガリウムインジウム等）の発光ダイオードの研究開発に力を注いでいる。

図１は周知の窒化ガリウム系発光ダイオードを示し、その伝統的な構造は、サファイヤ基板１０の一側に、順に下から上に、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層１１、窒化ガリウムインジウム発光層１２、ｐ型窒化ガリウムコンタクト層１３がエピタキシャル成長させられ、最後にｐ型窒化ガリウムコンタクト層１３とｎ型窒化ガリウムコンタクト層１１上にそれぞれ正電極１４と負電極１５が形成される。この伝統構造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インジウム（Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ，０≦ｘ≦１）をポテンシャルウェル（ＰｏｔｅｎｔｉａｌＷｅｌｌ）とする多重量子井戸（Ｍｕｌｔｉ−ｑｕａｎｔｕｍＷｅｌｌ）構造とされ、電子と正孔がＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎポテンシャルウェルにあって結合し光子を釈放する。そのうち、窒化ガリウムインジウムのエピタキシャル成長には極めて高い温度が必要で、そうでなければ特性が良好なエピタキシャル膜を得ることはできない。ただし、発光の効率を増すため窒化ガリウムインジウム材料のＩｎセグレゲーション（ＩｎＳｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）と相分離（ＰｈａｓｅＳｅｐａｒａｔｉｏｎ）の特性を利用し、多くのインジウム局限態（ＬｏｃａｌｉｚｅｄＳｔａｔｅ）を形成して電子、正孔の結合確率を増そうとすると、そのエピタキシャル成長の温度はあまり高く（摂氏８５０度より大きく）することはできず、これは両立し難い状況である。

従来の技術の欠点を克服するため、本発明は数種類の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造を提供し、その発光効率を高めると共に成長させるエピタキシャル膜の特性を良好となすことができるようにする。

請求項１の発明は、サファイヤを基板とし、このサファイヤ基板の上に下から上に順にｎ型窒化ガリウムコンタクト層、該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の一部表面を被覆する発光層、及び該発光層を被覆するｐ型窒化ガリウムコンタクト層が設けられ、該ｐ型窒化ガリウムコンタクト層と該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の未被覆の表面に正電極と負電極が設けられた窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、
該発光層が、下から上に順に、
（１）アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ、０≦ｘ，ｙ≦１）を材料とする下位バリア層、
（２）少なくとも一層が重複重畳された中間層であって、該中間層の数が１より大きい時、上下の隣り合う中間層の間に、中位バリア層が挟まれ、該中位バリア層がアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-i-j Ｇａ_i Ｉｎ_j Ｎ、０≦ｉ，ｊ≦１）で形成された、上記少なくとも一層が重複重畳された中間層、
（３）アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ、０≦ｘ，ｙ≦１）を材料とする上位バリア層、
以上を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光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発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が下から上に、窒化インジウムを材料とする第１超薄量子ドット層と、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）を材料とする量子井戸層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項３の発明は、請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層の量子井戸層の上に窒化インジウムを材料とする第２超薄量子ドット層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項４の発明は、請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄量子ドット層の厚さが２〜３０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項５の発明は、請求項３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄量子ドット層、第２超薄量子ドット層の厚さがいずれも２〜３０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項６の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が下から上に、窒化インジウムを材料とする第１超薄層と、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）を材料とする量子井戸層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項７の発明は、請求項６記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層の量子井戸層の上に窒化インジウムを材料とする第２超薄層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項８の発明は、請求項６記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄層の厚さが２〜１０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項９の発明は、請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄層、第２超薄層の厚さがいずれも２〜１０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１０の発明は、請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が、少なくとも一層の、窒化インジウムを材料とする第１超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第２超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子量子井戸層であることを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１１の発明は、請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第１超薄モノ層と第２超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１２の発明は、請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１３の発明は、サファイヤを基板とし、このサファイヤ基板の上に下から上に順にｎ型窒化ガリウムコンタクト層、該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の一部表面を被覆する発光層、及び該発光層を被覆するｐ型窒化ガリウムコンタクト層が設けられ、該ｐ型窒化ガリウムコンタクト層と該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の未被覆の表面に正電極と負電極が設けられた窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、
該発光層が、下から上に順に、
（１）インジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第５超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第６超薄モノ層が、交互に重畳されてなる超格子バリア層である下位バリア層、
（２）少なくとも一層が重複重畳された中間層であり、該中間層の数が１より大きい時、上下の隣り合う中間層の間に、中位バリア層が挟まれ、該中位バリア層がインジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第７超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第８超薄モノ層が、交互に重畳されてなる超格子バリア層である、上記少なくとも一層が重複重畳された中間層、
（３）インジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第９超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第１０超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子バリア層である、上位バリア層、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１４の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が、少なくとも一層の、窒化インジウムを材料とする第３超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第４超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子量子井戸層であることを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１５の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１６の発明は、請求項１４記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第３超薄モノ層と第４超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１７の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第５超薄モノ層と第６超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１８の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第７超薄モノ層と第８超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。
請求項１９の発明は、請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第９超薄モノ層と第１０超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造としている。

本発明は発光効率を高めると共に成長させるエピタキシャル膜の特性を良好となす数種類の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造を提供し、従来の技術の欠点を克服している。

本発明の提出する窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造は、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層とｐ型窒化ガリウムコンタクト層の間に、ｎ型窒化ガリウムコンタクト層より上向きに順に下位バリア層（ＬｏｗｅｒＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）と少なくとも一層の中間層（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＬａｙｅｒ）、及び、上位バリア層（ＵｐｐｅｒＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）を形成し、即ち上位と下位バリア層で少なくとも一層の中間層を挟む。中間層の数が一より大きい時、即ち上位と下位バリア層で複数の中間層を挟む時、上下の隣接する中間層と中間層の間に更に中位バリア層（ＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅＢａｒｒｉｅｒＬａｙｅｒ）を挟む。

バリア層は中間層より高いバンドギャップを具え、電子、正孔の中間層内での結合の確率を増し、これにより発光ダイオードの発光効率を高める。バリア層の厚さは５〜３００Åの間とし、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とする。

図２、３、４は本発明の第１実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造表示図である。図２、３、４に示されるように、この窒化ガリウム系発光ダイオードはサファイヤを基板とし、その後、このサファイヤ基板２０の上に下から上に順にｎ型窒化ガリウムコンタクト層２１、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ、０≦ｘ，ｙ≦１）の下位バリア層２２、少なくとも一層の中間層２３、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-p-q Ｇａ_p Ｉｎ_q Ｎ、０≦ｐ，ｑ≦１）の上位バリア層２４、及びｐ型窒化ガリウムコンタクト層２５がエピタキシャル形成され、最後にｐ型窒化ガリウムコンタクト層２５とｎ型窒化ガリウムコンタクト層２１上にそれぞれ正電極２６と負電極２７が形成される。

本実施例の図２に示されるように、中間層２３は更に下から上に、窒化インジウム（ＩｎＮ）超薄量子ドット層（Ｕｌｔｒａ−ｔｈｉｎＱｕａｎｔｕｍ−ｄｏｔＬａｙｅｒ）２３１とアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）量子井戸層（Ｑｕａｎｔｕｍ−ＷｅｌｌＬａｙｅｒ）２３２を具えている。

本実施例の図３に示されるように、中間層２３は窒化アルミニウムガリウムインジウム量子井戸層２３２の上に、もう一つの窒化インジウム超薄量子ドット層２３１’を有し得る。

本実施例の図４に示されるように、中間層２３が一層より多い時、上下の隣り合う中間層２３、２３’の間には必ずアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-i-j Ｇａ_i Ｉｎ_j Ｎ、０≦ｉ，ｊ≦１）中位バリア層２８が挟まれる。

上位、中位、下位バリア層２４、２８、２２の厚さはいずれも５〜３００Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。窒化インジウム超薄量子ドット層２３１、２３１’の厚さは２〜３０Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。量子井戸層２３２の厚さは５〜１００Åの間とされ、量子井戸層とバリア層の材質はいずれも窒化アルミニウムガリウムインジウム化合物とされるが、その組成は必ずしも同じでなく、即ち、前述の分子式中の（ｘ，ｙ），（ｐ，ｑ），（ｍ，ｎ），（ｉ，ｊ）は必ずしも同じでない。

図５、６、７は本発明の第２実施例の発光ダイオードの構造表示図である。その構造は第１実施例のものと同じであり、その違いは中間層に採用された材質にある。本実施例の図５に示されるように、中間層３３は下から上に窒化インジウム超薄量子ドット層３３１とアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）量子井戸層（Ｑｕａｎｔｕｍ−ＷｅｌｌＬａｙｅｒ）３３２を具えている。

本実施例の図６に示されるように、中間層３３は窒化アルミニウムガリウムインジウム量子井戸層３３２の上にもう一つの窒化インジウム超薄量子ドット層３３１’を具えうる。

本実施例の図７に示されるように、中間層３３が一層より多く設けられる時、上下の隣り合う中間層３３と３３’の間に、必ずアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-i-j Ｇａ_i Ｉｎ_j Ｎ、０≦ｉ，ｊ≦１）の中位バリア層３８が挟まれる。

上位、中位、下位バリア層３４、３８、３２の厚さはいずれも５〜３００Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。窒化インジウム超薄量子ドット層３３１、３３１’の厚さは２〜１０Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。上位、中位、下位バリア層３４、３８、３２と量子井戸層３３２（その厚さは５〜１００Åの間）の材料はいずれも窒化アルミニウムガリウムインジウム化合物とされるが、その組成は必ずしも同じでなく、即ち、前述の分子式中の（ｘ，ｙ），（ｐ，ｑ），（ｍ，ｎ），（ｉ，ｊ）は必ずしも同じでない。

図８、９は本発明の第３実施例の発光ダイオードの構造表示図である。その構造は第１及び第２実施例のものと同じであり、その違いは中間層に採用された材質にある。本実施例の図８に示されるように、中間層４３は超薄窒化インジウムモノ層（Ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）４３１と超薄窒化ガリウムモノ層４３２が下から上に交互に重畳されてなる超格子量子井戸層（ＳｕｐｐｅｒＬａｔｔｉｃｅＷｅｌｌＬａｙｅｒ）を具え、即ち、下位バリア層４２より上に、順に超薄窒化インジウムモノ層４３１、超薄窒化ガリウムモノ層４３２、超薄窒化インジウムモノ層４３１’、超薄窒化ガリウムモノ層４３２’が順に堆積され、その後もこれにより類推されるとおりである。或いは、下位バリア層４２より上に、超薄窒化ガリウムモノ層４３２、超薄窒化インジウムモノ層４３１が堆積され、その後に順に超薄窒化ガリウムモノ層４３２’、超薄窒化インジウムモノ層４３１’が堆積され、その厚さは２〜２０Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされ、その後もこれにより類推されるとおりとされる。超薄窒化インジウムモノ層４３１、超薄窒化ガリウムモノ層４３２は少なくとも一層（総層数は２）、多くは５層（総層数は１０）が設けられる。

本実施例の図９に示されるように、中間層４３が一層より多く設けられる時、上下の隣り合う中間層４３と４３’の間に、必ずアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-i-j Ｇａ_i Ｉｎ_j Ｎ、０≦ｉ，ｊ≦１）の中位バリア層４８が挟まれる。

上位、中位、下位バリア層４４、４８、４２の厚さはいずれも５〜３００Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。上位、中位、下位バリア層４４、４８、４２の材質はいずれも窒化アルミニウムガリウムインジウム化合物とされるが、その組成は必ずしも同じでなく、即ち、前述の分子式中の（ｘ，ｙ），（ｐ，ｑ），（ｉ，ｊ）は必ずしも同じでない。

図１０、１１は本発明の第４実施例の発光ダイオードの構造表示図である。その構造は第３実施例のものと同じであり、その違いは上位、中位、下位バリア層に採用されている材質にある。本実施例の図１０、図１１に示されるように、上位、中位、下位バリア層５４、５８、５２には図３の実施例の中間層４３と類似の構造が採用され、インジウムドープされ、超薄窒化アルミニウムモノ層と超薄窒化ガリウムモノ層が下から上に順に交互に堆積されてなる超格子バリア層を具え、その厚さは２〜２０Åの間とされる。第３実施例の中間層４３と類似し、上位、中位、下位バリア層５４、５８、５２の超薄窒化アルミニウムモノ層と超薄窒化ガリウムモノ層はそれぞれ少なくとも一層（総層数は２）、多くは５層（総層数は１０）が設けられ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。上位、中位、下位バリア層５４、５８、５２の厚さは５〜３００Åの間とされ、成長温度は摂氏４００〜１０００度の間とされる。

以上の実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、以上の実施例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。

伝統的な窒化ガリウム系発光ダイオードの構造表示図である。本発明の第１実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造表示図である。本発明の第１実施例の窒化ガリウム系発光ダイオードの構造表示図である。本発明の第１実施例の窒化ガリウム系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発光ダイオードの構造表示図である。

符号の説明

１０サファイヤ基板
１１ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
１２窒化ガリウムインジウム発光層
１３ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
１４正電極
１５負電極
２０サファイヤ基板
２１ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
２２下位バリア層
２３中間層
２３’ 中間層
２３１窒化インジウム超薄量子ドット層
２３１’ 窒化インジウム超薄量子ドット層
２３２量子井戸層
２４上位バリア層
２５ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
２６正電極
２７負電極
２８中位バリア層
３０サファイヤ基板
３１ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
３２下位バリア層
３３中間層
３３’ 中間層
３３１窒化インジウム超薄量子ドット層
３３１’ 窒化インジウム超薄量子ドット層
３３２量子井戸層
３４上位バリア層
３５ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
３６正電極
３７負電極
３８中位バリア層
４０サファイヤ基板
４１ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
４２下位バリア層
４３中間層
４３’ 中間層
４３１超薄窒化インジウムモノ層
４３１’ 超薄窒化インジウムモノ層
４３２超薄窒化ガリウムモノ層
４３２’ 超薄窒化ガリウムモノ層
４４上位バリア層
４５ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
４６正電極
４７負電極
４８中位バリア層
５０サファイヤ基板
５１ｎ型窒化ガリウムコンタクト層
５２下位バリア層
５３中間層
５３’ 中間層
５３１超薄窒化インジウムモノ層
５３１’ 超薄窒化インジウムモノ層
５３２超薄窒化ガリウムモノ層
５３２’ 超薄窒化ガリウムモノ層
５４上位バリア層
５５ｐ型窒化ガリウムコンタクト層
５６正電極
５７負電極
５８中位バリア層

Claims

サファイヤを基板とし、このサファイヤ基板の上に下から上に順にｎ型窒化ガリウムコンタクト層、該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の一部表面を被覆する発光層、及び該発光層を被覆するｐ型窒化ガリウムコンタクト層が設けられ、該ｐ型窒化ガリウムコンタクト層と該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の未被覆の表面に正電極と負電極が設けられた窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、
該発光層が、下から上に順に、
（１）アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ、０≦ｘ，ｙ≦１）を材料とする下位バリア層、
（２）少なくとも一層が重複重畳された中間層であって、該中間層の数が１より大きい時、上下の隣り合う中間層の間に、中位バリア層が挟まれ、該中位バリア層がアンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-i-j Ｇａ_i Ｉｎ_j Ｎ、０≦ｉ，ｊ≦１）で形成された、上記少なくとも一層が重複重畳された中間層、
（３）アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-x-y Ｇａ_x Ｉｎ_y Ｎ、０≦ｘ，ｙ≦１）を材料とする上位バリア層、
以上を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が下から上に、窒化インジウムを材料とする第１超薄量子ドット層と、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）を材料とする量子井戸層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層の量子井戸層の上に窒化インジウムを材料とする第２超薄量子ドット層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項２記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄量子ドット層の厚さが２〜３０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄量子ドット層、第２超薄量子ドット層の厚さがいずれも２〜３０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が下から上に、窒化インジウムを材料とする第１超薄層と、アンドープの窒化アルミニウムガリウムインジウム（Ａｌ_1-m-n Ｇａ_m Ｉｎ_n Ｎ、０≦ｍ，ｎ≦１）を材料とする量子井戸層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項６記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層の量子井戸層の上に窒化インジウムを材料とする第２超薄層を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項６記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄層の厚さが２〜１０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされ、第１超薄層、第２超薄層の厚さがいずれも２〜１０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が、少なくとも一層の、窒化インジウムを材料とする第１超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第２超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子量子井戸層であることを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第１超薄モノ層と第２超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１０記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
サファイヤを基板とし、このサファイヤ基板の上に下から上に順にｎ型窒化ガリウムコンタクト層、該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の一部表面を被覆する発光層、及び該発光層を被覆するｐ型窒化ガリウムコンタクト層が設けられ、該ｐ型窒化ガリウムコンタクト層と該ｎ型窒化ガリウムコンタクト層の未被覆の表面に正電極と負電極が設けられた窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、
該発光層が、下から上に順に、
（１）インジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第５超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第６超薄モノ層が、交互に重畳されてなる超格子バリア層である下位バリア層、
（２）少なくとも一層が重複重畳された中間層であり、該中間層の数が１より大きい時、上下の隣り合う中間層の間に、中位バリア層が挟まれ、該中位バリア層がインジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第７超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第８超薄モノ層が、交互に重畳されてなる超格子バリア層である、上記少なくとも一層が重複重畳された中間層、
（３）インジウムドープの、少なくとも一層の、窒化アルミニウムを材料とする第９超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第１０超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子バリア層である、上位バリア層、
を具えたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、中間層が、少なくとも一層の、窒化インジウムを材料とする第３超薄モノ層、及び少なくとも一層の、窒化ガリウムを材料とする第４超薄モノ層が交互に重畳されてなる超格子量子井戸層であることを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、上位バリア層、中位バリア層、下位バリア層の厚さがいずれも５〜３００Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１４記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第３超薄モノ層と第４超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第５超薄モノ層と第６超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第７超薄モノ層と第８超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。
請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造において、第９超薄モノ層と第１０超薄モノ層の層数は同じで、且つ最多で各５層を超過せず、その厚さは２〜２０Åの間とされたことを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードの発光層の構造。