JP2006108487A - 窒化ガリウム系発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】 発光輝度を高めた窒化ガリウム系発光ダイオードの提供。
【解決手段】 最底層がサファイヤ材質の基板で、基板の上のバッファ層の材質が窒化アルミニウムガリウムインジウムで、ｎ型窒化ガリウム層がバッファ層の上に形成され、ｎ型窒化ガリウム層の上の活性発光層の材質が窒化インジウムガリウムとされ、活性発光層の上のｐ型クラッド層の材質がマグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウムとされ、ｐ型クラッド層の上のｐ型コンタクト層の材質が窒化ガリウムとされ、ｐ型コンタクト層の上のバリアバッファ層の材質が窒化マグネシウム或いは窒化マグネシウム／窒化インジウム或いは窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウムとされ、バリアバッファ層の上の透明電極の材質がＩＴＯとされ、ｎ型窒化ガリウム層の上のｎ型電極層の材質がＴｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕとされる。
【選択図】 図３

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ＩＴＯを材料として形成した上部の透明コンタクト層により、光線透射効率をを増し発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードの構造に関する。

周知のとおり、周知の技術において窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）／窒化ガリウム（ＧａＮ）多重量子井戸発光ダイオード（ＭＱＷ ＬＥＤｓ）は発光装置として広く各種の静態表示機能と用途、例えば、時計、ディスプレイスクリーン、広告看板等の数字或いは影像の表示に用いられている。しかしこのような装置の発光輝度と透光率はその上部の透明コンタクト層の制限を受け、その現在の透光率は多くとも６２％であり、このため、その使用効果は理想的ではない。

図１はこのような周知の技術の多重量子井戸発光ダイオード（ＭＱＷ ＬＥＤｓ）の構造とその受ける制限を示す。図１に示されるように、このような構造は、基板１１、バッファ層１２、アンドープｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１３、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１４、多重量子井戸層１５、窒化ガリウム（ＧａＮ）クラッド層１６、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１７、Ｎｉ／Ａｕ透明コンタクト層１８、及びＮｉ／Ａｌ透明コンタクト層１９を具えている。

上述の構造中の最底層は基板１１とされ、その材質はサファイヤとされ、基板１１の上に形成されるバッファ層１２の材質は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）とされる。アンドープｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１３がバッファ層１２の上に形成される。次に、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１４がこのアンドープｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１３の上に形成される。その後、多重量子井戸層１４がｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１４の上に形成され、その材質はＩｎＧａＮ／ＧａＮである。この多重量子井戸層の上に形成されるのが窒化ガリウム（ＧａＮ）クラッド層１６である。その後、ｐ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１７が窒化ガリウム（ＧａＮ）クラッド層１６の上に形成され、最後にＮｉ／Ａｕ透明コンタクト層１８、及びＮｉ／Ａｌ透明コンタクト層１９がｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層１４の上に形成される。

このような周知の多重量子井戸発光ダイオード（ＭＱＷ ＬＥＤｓ）構造は、ｎ型クラッド層が下にある構造（ｎ−Ｄｏｗｎ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）であり、即ち、ＩｎＧａＮ／ＧａＮの多重量子井戸（ＭＱＷ）活性層がｎ型クラッド層（ｎ−ＧａＮ）の上に成長させられ、その後、ｐ型ＧａＮクラッド層がこの多重量子井戸活性層の上に成長させられる。この方式で形成された発光ダイオードは、その目的がそのうちの多重量子井戸活性層の優れた結晶品質を使用して、下部のｎ−ＧａＮ層で良好な電流拡散を達成し、及びこれによりこのダイオード装置の比較的低いターンオン電圧を達成することにある。

このような周知の多重量子井戸発光ダイオード（ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷ ＬＥＤ）の主要な特色は、即ち、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層をコンタクト層として使用し、Ｎｉ／Ａｕをｐ型導電電極と透明コンタクト層として使用していることにある。図２の実験データが示すように、このＮｉ／Ａｕ透明コンタクト層の透光率（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔａｎｃｅ）（即ち入射光の透射百分率）の緑色スペクトル波域（５０５−５２５ｎｍ）は僅かに７５％で、その透光率は青色スペクトル波域（４６０−４７０ｎｍ）にあって７０％に達しない。このため、周知の技術の発光ダイオードはこのような透明コンタクト層の自身の透光特性の影響を受け、その発光輝度を高めることができず、これがその重大な欠点と制限であった。

本発明は周知の技術の発光ダイオードの上述の欠点と制限を解決し、大幅にその発光輝度と出力パワーを高める機能と目的を達成するものである。

即ち、本発明の目的は、一種の多重量子井戸発光ダイオード（ＭＱＷ ＬＥＤｓ）を提供し、それは伝統的な周知の発光ダイオード構造を大幅に改善と調整し、且つ良好な透光効率を具えた透明コンタクト層を使用し、大幅に発光ダイオードの発光輝度と光線出力効率を高めたものとする。

請求項１の発明は、発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
サファイヤを材料とする基板と、
該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）で形成されたバリアバッファ層と、
該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
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において、バリアバッファ層の厚さが５Åから２００Å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発光ダイオードにおいて、バリアバッファ層の成長温度が摂氏５００度から１２００度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発光ダイオードにおいて、バリアバッファ層の成長温度が摂氏５００度から１２００度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発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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において、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項７の発明は、発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
サファイヤを材料とする基板と、
該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＮ）で形成された短周期超格子バリアバッファ層と、
該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
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としている。
請求項８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において、短周期超格子バリアバッファ層の材料が窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＮ）で、且つその構造は、窒化マグネシウムが上で窒化インジウムが下であるか、或いは窒化マグネシウムが下で窒化インジウムが上であり、この構造の重複回数が２以上とされ、その厚さがそれぞれ５Åから２００Å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において、短周期超格子バリアバッファ層（ＭｇＮ／ＩｎＮ）の成長温度が摂氏５００度から１２００度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としている。
請求項１０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において、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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としている。
請求項１１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において、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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としている。
請求項１２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において、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。
請求項１３の発明は、発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
サファイヤを材料とする基板と、
該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）で形成された短周期超格子バリアバッファ層と、
該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
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において、短周期超格子バリアバッファ層の材料が窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）で、且つその構造は、窒化マグネシウムが上で窒化インジウムガリウムが下であるか、或いは窒化マグネシウムが下で窒化インジウムガリウムが上であり、この構造の重複回数が２以上とされ、その厚さがそれぞれ５Åから２００Å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において、短周期超格子バリアバッファ層の成長温度が摂氏５００度から１２００度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としている。
請求項１６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において、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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において、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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において、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオードとしている。

本発明は、一種の多重量子井戸発光ダイオード（ＭＱＷ ＬＥＤｓ）を提供し、それは伝統的な周知の発光ダイオード構造を大幅に改善と調整し、且つ良好な透光効率を具えた透明コンタクト層を使用し、大幅に発光ダイオードの発光輝度と光線出力効率を高めたものである。

本発明の発光ダイオードの構造は、基板、バッファ層、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層、活性発光層、ｐ型クラッド層、ｐ型コンタクト層、バリアバッファ層、及び透明コンタクト層を具えている。この発光ダイオードの最底層はサファイヤ材質の基板で、基板の上のバッファ層の材質が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）で、バッファ層の上にｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層が形成される。その後、活性発光層がｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に形成され、その材質は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）とされる。次に、ｐ型クラッド層が活性発光層の上に形成され、その材質はマグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）とされる。その後、ｐ型クラッド層の上にｐ型コンタクト層が形成され、その材質は窒化ガリウム（ＧａＮ）とされる。ｐ型コンタクト層の上に形成されるのがバリアバッファ層とされ、その材質は窒化マグネシウム（ＭｇＮ）或いは窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＭ）或いは窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）とされる。バリアバッファ層の上に形成されるのが透明コンタクト層であり、その材質はＩＴＯとされる。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上にｎ型電極層が形成され、その材質はＴｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕとされる。

上述の本発明のこのような特殊設計の多重量子井戸発光ダイオードの特徴は、その上層の透明コンタクト層にＩＴＯが材料として使用され、周知の技術で使用されたＮｉ／Ａｕが材料とされていないことである。これにより、図２の実験データに示されるように、このＩＴＯを材料とする透明コンタクト層の透光率は緑色スペクトル波域（５０５−５２５）中の５２０ｎｍ部分で９５％が透射される。このような設計により、本発明の多重量子井戸発光ダイオードは大幅にその発光輝度と光線透射効率を高めることができる。

図３は本発明の第１実施例の発光輝度が増された窒化ガリウム系発光ダイオード３０を示す。それは、基板３１、バッファ層３２、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層３３、活性発光層３４、ｐ型クラッド層３５、ｐ型コンタクト層３６、バリアバッファ層３７、透明コンタクト層３８、及びｎ型電極層３９を具えている。

この構造の最低層は基板３１とされ、その材料はサファイヤとされる。基板３１の上に形成されるのがバッファ層３２で、その材料は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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層３３はバッファ層３２の上に形成される。活性発光層３４はｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層３３の上に形成され、その材質は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）とされる。次に、ｐ型クラッド層３５が活性発光層３４の上に形成され、その材質はマグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１である。ｐ型クラッド層３５の上にｐ型コンタクト層３６が形成され、その材質は窒化ガリウム（ＧａＮ）とされる。ｐ型コンタクト層３６の上に形成されるのがバリアバッファ層３７とされ、その材質は窒化マグネシウム（ＭｇＮ）とされる。バリアバッファ層３７の上に形成されるのが透明コンタクト層３８とされ、その材質はＩＴＯとされる。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層３３の上にｎ型電極層３９が形成され、その材質はＴｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕとされる。

この構造中、バリアバッファ層（ＭｇＮ）３７の厚さは５Åから２００Åの間とされ、その成長温度は摂氏５００度から１２００度の間とされる。

図４は本発明の第２実施例の発光輝度が増された窒化ガリウム系発光ダイオード４０を示す。それは、基板４１、バッファ層４２、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層４３、活性発光層４４、ｐ型クラッド層４５、ｐ型コンタクト層４６、短周期超格子バリアバッファ層４７、透明コンタクト層４８、及びｎ型電極層４９を具えている。

この構造の最低層は基板４１とされ、その材料はサファイヤとされる。基板４１の上に形成されるのがバッファ層４２で、その材料は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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層４３はバッファ層４２の上に形成される。活性発光層４４はｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層４３の上に形成され、その材質は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）とされる。次に、ｐ型クラッド層４５が活性発光層４４の上に形成され、その材質はマグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１である。ｐ型クラッド層４５の上にｐ型コンタクト層４６が形成され、その材質は窒化ガリウム（ＧａＮ）とされる。ｐ型コンタクト層４６の上に形成されるのが短周期超格子バリアバッファ層（ｓｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ ｓｕｐｅｒｌａｔｉｃｅ ｂａｒｒｉｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）４７で、その材質は窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＮ）とされる。短周期超格子バリアバッファ層４７の上に形成されるのが透明コンタクト層４８とされ、そのその材質はＩＴＯとされる。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層４３の上にｎ型電極層４９が形成され、その材質はＴｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕとされる。

上述の構造中、短周期超格子バリアバッファ層（ＭｇＮ／ＩｎＮ）４７の厚さは５Åから２００Åの間とされ、その重複回数は２以上、その構造はＭｇＮが下でＩｎＮが上であるか、或いはＭｇＮが下でＩｎＮが上とされ、その成長温度は摂氏５００度から１２００度の間とされる。

図５は本発明の第３実施例の発光輝度が増された窒化ガリウム系発光ダイオード５０を示す。それは、基板５１、バッファ層５２、ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層５３、活性発光層５４、ｐ型クラッド層５５、ｐ型コンタクト層５６、短周期超格子バリアバッファ層５７、透明コンタクト層５８、及びｎ型電極層５９を具えている。

この構造の最低層は基板５１とされ、その材料はサファイヤとされる。基板５１の上に形成されるのがバッファ層５２で、その材料は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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１である。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層５３はバッファ層５２の上に形成される。活性発光層５４はｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層５３の上に形成され、その材質は窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）とされる。次に、ｐ型クラッド層５５が活性発光層５４の上に形成され、その材質はマグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１である。ｐ型クラッド層５５の上にｐ型コンタクト層５６が形成され、その材質は窒化ガリウム（ＧａＮ）とされる。ｐ型コンタクト層５６の上に形成されるのが短周期超格子バリアバッファ層（ｓｈｏｒｔ−ｐｅｒｉｏｄ ｓｕｐｅｒｌａｔｉｃｅ ｂａｒｒｉｅｒ ｂｕｆｆｅｒ ｌａｙｅｒ）５７で、その材質は窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）とされる。短周期超格子バリアバッファ層５７の上に形成されるのが透明コンタクト層５８とされ、その材質はＩＴＯとされる。ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層５３の上にｎ型電極層５９が形成され、その材質はＴｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕとされる。

上述の構造中、短周期超格子バリアバッファ層（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）５７の厚さは５Åから２００Åの間とされ、その重複回数は２以上、その構造はＭｇＮが下でＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎが上であるか、或いはＭｇＮが下でＩｎ_x Ｇａ_1-x Ｎが上とされ、その成長温度は摂氏５００度から１２００度の間とされる。

以上の三つの実施例中の透明導電層にはＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が材料として使用されるが、本発明の透明導電層に使用される材料はＩＴＯに限定されるわけではなく、以下の材料を使用可能である。即ち、
ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）、例えば、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎ、或いは、ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）、例えば、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２。

以上に詳細に説明された三つの実施例及び図２の関係実験データから分かるように、本発明の発光ダイオードは、周知の技術による発光ダイオードの欠点と制限を改善し、特に発光ダイオードの透光率を周知の技術の６２％より本発明の９５％以上に高め、大幅にその発光輝度と光線透射効率を増す。これにより本発明は確実に産業上の利用価値を有し、且つ特許の要件に符合する。なお、以上の実施例は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の精神範囲の下でなし得て同じ効果を有する改変及び修飾はいずれも本発明の請求範囲に属する。

周知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ＩＴＯを透明コンタクト層材料として使用したものと周知の技術のＮｉ／Ａｕを透明コンタクト層材料として使用したものとの透光率比較図である。 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。

符号の説明

１０ 発光ダイオード
１１ 基板
１２ バッファ層
１３ アンドープｎ型窒化ガリウム層
１４ ｎ型窒化ガリウム層
１５ 多重量子井戸層
１６ クラッド層
１７ ｐ型窒化ガリウム層
１８ 透明コンタクト層
１９ 透明コンタクト層
３０ 発光ダイオード
３１ 基板
３２ バッファ層
３３ ｎ型窒化ガリウム層
３４ 活性発光層
３５ ｐ型クラッド層
３６ ｐ型コンタクト層
３７ バリアバッファ層
３８ 透明コンタクト層
３９ ｎ型電極層
４０ 発光ダイオード
４１ 基板
４２ バッファ層
４３ ｎ型窒化ガリウム層
４４ 活性発光層
４５ ｐ型クラッド層
４６ ｐ型コンタクト層
４７ バリアバッファ層
４８ 透明コンタクト層
４９ ｎ型電極層
５０ 発光ダイオード
５１ 基板
５２ バッファ層
５３ ｎ型窒化ガリウム層
５４ 活性発光層
５５ ｐ型クラッド層
５６ ｐ型コンタクト層
５７ バリアバッファ層
５８ 透明コンタクト層
５９ ｎ型電極層

Claims (18)

1. 発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
   サファイヤを材料とする基板と、
   該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
   該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
   該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
   該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
   該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
   該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム（ＭｇＮ）で形成されたバリアバッファ層と、
   該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
   該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
   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。
2. 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、バリアバッファ層の厚さが５Åから２００Å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。
3. 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、バリアバッファ層の成長温度が摂氏５００度から１２００度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。
4. 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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。
5. 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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。
6. 請求項１記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
   ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
   ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
7. 発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
   サファイヤを材料とする基板と、
   該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
   該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
   該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
   該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
   該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
   該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＮ）で形成された短周期超格子バリアバッファ層と、
   該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
   該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
   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。
8. 請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、短周期超格子バリアバッファ層の材料が窒化マグネシウム／窒化インジウム（ＭｇＮ／ＩｎＮ）で、且つその構造は、窒化マグネシウムが上で窒化インジウムが下であるか、或いは窒化マグネシウムが下で窒化インジウムが上であり、この構造の重複回数が２以上とされ、その厚さがそれぞれ５Åから２００Å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。
9. 請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、短周期超格子バリアバッファ層（ＭｇＮ／ＩｎＮ）の成長温度が摂氏５００度から１２００度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。
10. 請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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。
11. 請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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。
12. 請求項７記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
    ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
    ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
13. 発光輝度を増した窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、
    サファイヤを材料とする基板と、
    該基板の上に位置し、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）、そのうち０≦ｘ＜１、０≦ｙ＜１、で形成されたバッファ層と、
    該バッファ層の上に位置するｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層と、
    該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）で形成された活性発光層と、
    該活性発光層の上に位置し、マグネシウムドープ窒化アルミニウムインジウム（Ａｌ_1-x Ｉｎ_x Ｎ）、そのうち０≦ｘ＜１、で形成されたｐ型クラッド層と、
    該ｐ型クラッド層の上に位置し、窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成されたｐ型コンタクト層と、
    該ｐ型コンタクト層の上に位置し、窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）で形成された短周期超格子バリアバッファ層と、
    該バリアバッファ層の上に位置し、ＩＴＯで形成された透明コンタクト層と、
    該ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）層の上に位置し、Ｔｉ／Ａｌ或いはＣｒ／Ａｕで形成されたｎ型電極層と、
    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。
14. 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、短周期超格子バリアバッファ層の材料が窒化マグネシウム／窒化インジウムガリウム（ＭｇＮ／Ｉｎ_x Ｇａ_1-x Ｎ）で、且つその構造は、窒化マグネシウムが上で窒化インジウムガリウムが下であるか、或いは窒化マグネシウムが下で窒化インジウムガリウムが上であり、この構造の重複回数が２以上とされ、その厚さがそれぞれ５Åから２００Å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。
15. 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、短周期超格子バリアバッファ層の成長温度が摂氏５００度から１２００度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。
16. 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の厚さが５０００Å以下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。
17. 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の成長温度が摂氏１００度から６００度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。
18. 請求項１３記載の窒化ガリウム系発光ダイオードにおいて、透明コンタクト層の材料が、ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）或いはｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）を包含し、
    ｎ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＩＴＯ、ＣＴＯ、ＺｎＯ：Ａｌ、ＺｎＧａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．４、ＳｎＯ．ｓｕｂ２：Ｓｂ、Ｇａ．ｓｕｂ２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ、Ｇａ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｓｎ，ＡｇＩｎＯ．ｓｕｂ．２：Ｓｎ，Ｉｎ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．３：Ｚｎを包含し、
    ｐ型透明導電酸化物層（ＴＣＯ）は、ＣｕＡｌＯ．ｓｕｂ．２、ＬａＣｕＯＳ、ＮｉＯ、ＣｕＧａＯ．ｓｕｂ．２、ＳｒＣｕ．ｓｕｂ．２Ｏ．ｓｕｂ．２を包含することを特徴とする、窒化ガリウム系発光ダイオード。
    

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