JP2008311658A - 多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオード - Google Patents

Abstract

【課題】窒化ガリウム系のＮ型化合物半導体層と窒化ガリウム系のＰ型化合物半導体層との間にウェル層と障壁層が交互に積層された多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを提供すること。
【解決手段】この発光ダイオードは、Ｎ型化合物半導体層５７と隣接する第１障壁層５９ｂ及びＰ型化合物半導体層６３と隣接する第ｎ障壁層５９ｂに比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層５９ｃを含む。中間障壁層は、第１障壁層と第ｎ障壁層との間に位置する。これにより、多重量子ウェル構造内で電子と正孔が結合し、光を放出する位置を調節することができ、発光効率を向上させることができる。さらに、バンドギャップエンジニアリングまたは不純物ドープ技術を利用して発光効率を向上させた発光ダイオードが提供される。
【選択図】 図５

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、特に多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードに関する。

一般に、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）などのようなIII族元素の窒化物は、熱的安定性に優れ、直接遷移型のエネルギーバンド構造を有していて、最近、青色及び紫外線領域の発光ダイオード用物質として多くの脚光を浴びている。特に、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）化合物半導体は、狭いバンドギャップにより、多くの注目を集めている。このような窒化ガリウム系の化合物半導体を用いた発光ダイオードは、大規模の天然色フラットパネルディスプレイ、バックライト光源、信号灯、室内照明、高密度光源、高解像度出力システム、及び光通信などの様々な応用分野に活用されている。

図１は、従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図であり、図２は、図１の発光ダイオードの多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイアグラムである。

図１及び図２を参照すれば、発光ダイオードは、Ｎ型半導体層１７とＰ型半導体層２３とを含み、Ｎ型半導体層１７とＰ型半導体層２３との間に活性領域１９が介在される。また、電子と正孔の再結合効率を高めるために、Ｐ型半導体層２３と活性領域１９との間に相対的に広いバンドギャップを有するＰ型クラッド層またはブロッキング層２１を介在させることができ、Ｎ型半導体層１７と活性領域１９との間にＮ型クラッド層（図示せず）を介在させることができる。

前記Ｎ型半導体層及びＰ型半導体層は、III族元素の窒化物半導体層、すなわち、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系の化合物半導体層で形成される。一方、活性領域１９は、一般に、ウェル層１９ａと障壁層１９ｂが交互に積層された多重量子ウェル構造で形成される。ＩｎＧａＮ発光ダイオードにおいて、多重量子ウェル構造の活性領域は、一般に、ＩｎＧａＮウェル層１９ａとＧａＮ障壁層１９ｂが交互に積層されて形成される。前記ウェル層１９ａは、Ｎ型及びＰ型半導体層１７、１９と障壁層１９ｂに比べてバンドギャップが小さい半導体層で形成され、電子と正孔が再結合する量子ウェルを提供する。

このようなIII族元素の窒化物半導体層は、六方晶系構造を有するサファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）などの異種基板１１にて、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）などの工程を通じて成長される。しかしながら、III族元素の窒化物半導体層が異種基板１１上に形成される場合、半導体層と基板との間の格子定数及び熱膨張係数の差により、半導体層内にクラックまたは反りが発生し、転位が生成してしまう。

これを防ぐために、基板１１上にバッファ層が形成され、一般に、低温バッファ層１３と高温バッファ層１５が形成される。低温バッファ層１３は、一般に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）であり、ＭＯＣＶＤ工程などを用いて４００〜８００℃の温度で形成される。次いで、低温バッファ層１３上に高温バッファ層１５が形成される。高温バッファ層１５は、９００〜１２００℃の温度でＧａＮ層で形成される。

従来技術による発光ダイオードは、多重量子ウェル構造を採用することにより、単一量子ウェル構造の発光ダイオードに比べて発光効率が向上し、これに加えて、クラッド層またはブロッキング層２１を採用して再結合効率を増加させることができる。しかし、電子の移動度は、正孔の移動度に比べて約１００倍高いため、電子が正孔に比べて相対的に速く多重量子ウェル構造内を移動し、これにより、電子と正孔の再結合する位置がＰ型クラッド層２１の付近に集中する。Ｐ型クラッド層２１は、相対的に広いバンドギャップを有するＡｌＧａＮで形成される。したがって、Ｐ型クラッド層は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮに対する格子不整合が大きくて、且つＭｇのような不純物を含有するので、Ｐ型クラッド層と活性領域１９との間に結晶欠陥が多く存在する。このような結晶欠陥は、非発光再結合を誘発し、発光ダイオードの発光効率を減少させる。

非発光再結合に比べて電子と正孔の再結合による発光効率を向上させるために、多重量子ウェル構造の最上にウェル層を配置し、ウェル層１９ａがクラッド層２１に接するようにすることができる。これによれば、クラッド層２１の付近に集中した電子が最上のウェル層１９ａ内で正孔と結合し、発光効率を向上させることと予想される。しかし、最上のウェル層１９ａとＰ型クラッド層２１の格子不整合が、障壁層１９ｂとＰ型クラッド層２１の格子不整合に比べてさらに増加するので、クラッド層２１の付近の結晶欠陥がさらに増加し、発光効率の増加を期待しにくい。

図３及び図４は、従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードのさらに他の問題点を説明するためのバンドダイアグラムである。図３の（ａ）は、各層のバンドダイアグラムを単純に示すものであり、（ｂ）は、平衡状態でのバンドダイアグラムを示すものである。一方、図４は、図３の発光ダイオードに順方向電圧が印加された時の概略的なバンドダイアグラムを示す。ここでは、説明の便宜上、３つの障壁層と３つのウェル層が交互に積層されたものを示した（Ｎ型半導体層１７及びＰ型半導体層２３の位置を図２と反対方向に示したことを注目されたい）。

図３を参照すれば、図１及び図２を参照して説明したように、発光ダイオードは、Ｎ型半導体層１７とＰ型半導体層２３とを含み、Ｎ型半導体層１７とＰ型半導体層２３との間に活性領域１９が介在される。また、電子と正孔の再結合効率を高めるために、Ｐ型半導体層２３と活性領域１９との間に相対的に広いバンドギャップを有するブロッキング層２１が介在されている。
ここで、窒化ガリウム系の半導体層で形成された活性領域は、ピエゾ電場によって分極が発生するので、分極を考慮して、図３の（ｂ）には、ウェル層１９ａのバンドが障壁層１９ｂのバンドと異なる方向に傾斜するものとして示した。
図４を参照すれば、前記発光ダイオードに順方向電圧Ｖｆが印加される場合、Ｎ型半導体層１７のバンドが上方に移動する。順方向電圧がＰ型半導体層２３のバンドギャップに相当する電圧と類似するか、またそれよりさらに高い電圧で印加される場合、前記Ｎ型半導体層１７の伝導帯Ｅｃは、前記Ｐ型半導体層２３の伝導帯Ｅｃよりさらに高く位置するようになる。この時、前記活性領域内の障壁層１９ｂの各伝導帯は、図示のように、Ｎ型半導体層１７に近いほど、高く位置する。このような障壁層１９ｂのバンド配置は、Ｎ型半導体層１７から注入されたキャリアが活性領域１９内で再結合を経ることなく、Ｐ型半導体層２３に流入することができる駆動力をキャリアに提供し、したがって、点線矢印で示すようなキャリアオーバーフローを発生させる。このようなキャリアオーバーフローの過多発生は、電子−正孔の再結合率を低下させ、発光効率を減少させる。

一方、前記ブロッキング層２１は、キャリアオーバーフローを減少させるために採用される。前記ブロッキング層２１をバンドギャップがさらに広い半導体で形成し、キャリアオーバーフローを防止することができるが、バンドギャップがさらに広い半導体で形成されたブロッキング層２１は、Ｐ型半導体層２３と格子不一致が増加し、ブロッキング層２１上に成長されるＰ型半導体層２３の結晶品質を劣化させる。したがって、ブロッキング層２１を利用してキャリアオーバーフローを防止することは、一定の限界がある。
また、一般照明分野など発光ダイオードの適用分野が拡大されるに伴って、発光ダイオードに印加される順方向電圧Ｖｆが既存の３Ｖ内外に限定されず、次第に増加している。したがって、高電圧（または高電流）下で動作し得る発光ダイオードにおいて、ブロッキング層２１以外にキャリアオーバーフローを防止することができる新しい技術が要求される。

一方、ピエゾ電場による分極を緩和させるために、障壁層にｎ型不純物をドープする技術が用いられている。しかし、ｎ型不純物ドープは、障壁層の表面を荒くして、障壁層及びウェル層の結晶品質を劣化させて、均一の膜厚を有する障壁層及びウェル層の形成を邪魔する。したがって、ピエゾ電場による分極を緩和しつつ障壁層の結晶品質を向上させる必要がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、電子と正孔の再結合率を増加させて、発光効率を改善した発光ダイオードを提供することにある。
本発明の他の目的は、多重量子ウェル構造内で電子と正孔の再結合する位置を調節し、発光効率を改善した発光ダイオードを提供することにある。

本発明のまた他の目的は、多重量子ウェル構造の中央部で電子と正孔の再結合率を増加させることができる発光ダイオードを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、キャリアオーバーフローを減少させて、電子−正孔の再結合率を向上させることができる発光ダイオードを提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、高電圧下でキャリアオーバーフローを減少させることができる発光ダイオードを提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、ピエゾ電場による分極を緩和し、電子と正孔の再結合率を向上させると共に、結晶品質に優れた多重量子ウェル構造の活性領域を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、窒化ガリウム系のＮ型化合物半導体層と窒化ガリウム系のＰ型化合物半導体層との間にウェル層と障壁層が交互に積層された多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを提供する。前記多重量子ウェル構造の活性領域内の障壁層にバンドギャップエンジニアリングまたは不純物ドープ技術が適用され、発光効率が向上した発光ダイオードが提供される。

本発明の第１実施形態において、前記発光ダイオードは、前記Ｎ型化合物半導体層と隣接する第１障壁層及び前記Ｐ型化合物半導体層と隣接する第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層を含む。前記中間障壁層は、前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間に位置する。前記中間障壁層は、電子が移動する速度を制御し、多重量子ウェル構造内で電子と正孔とが再結合する位置を調節することができ、これにより、前記Ｐ型化合物半導体層の付近またはＰ型クラッド層の付近で発生する非発光再結合を減少させて、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。

前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間には、一つ以上の障壁層が存在し得、前記中間障壁層は、前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間のいずれの部位にも位置し得る。例えば、前記中間障壁層は、前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間の中央部に位置してもよい。この場合、電子と正孔の再結合する位置が、多重量子ウェル構造の中央側に移動し、発光効率が向上する。

前記第１障壁層及び前記第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する他の中間障壁層が、前記第１障壁層と前記中間障壁層との間に位置し得る。すなわち、前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間に複数の中間障壁層が位置し得、このような中間障壁層は、電子の移動を制限し、電子と正孔の再結合位置を調節する。

一方、前記中間障壁層及び他の中間障壁層に比べて相対的に狭いバンドギャップを有する少なくとも一つの障壁層が、前記中間障壁層と前記他の中間障壁層との間に位置し得る。これにより、前記中間障壁層と他の中間障壁層との間で電子と正孔の再結合率が増加する。また、前記他の中間障壁層は、前記中間障壁層と同一のバンドギャップを有し得るが、これに限定されるものではなく、前記中間障壁層に比べて相対的に狭いバンドギャップを有してもよい。

前記第１実施形態において、前記第１及び第ｎの障壁層は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成され得、前記中間障壁層または前記他の中間障壁層は、ＡｌＧａＮで形成され得る。
一方、前記中間障壁層または前記他の中間障壁層は、相対的に狭いバンドギャップを有する層の間に相対的に広いバンドギャップを有する層が介在された積層構造であってもよい。ここで、前記積層構造の全体バンドギャップは、前記相対的に広いバンドギャップにより定義される。このような積層構造は、相対的に広いバンドギャップを有する層と隣接するウェル層の間の格子不整合を緩和し、結晶欠陥の発生を防止する。

これに加えて、前記相対的に狭いバンドギャップを有する層の各々は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成された層であり、前記相対的に広いバンドギャップを有する層は、ＡｌＧａＮで形成された層であり得る。

本発明の第１実施形態において、前記障壁層のうち少なくとも一つは、ｎ型不純物でドープされた第１領域と、アンドープされた第２領域とを含む。ｎ型不純物でドープされた領域とアンドープされた領域とを含むことにより、ピエゾ電場による分極を緩和すると共に、障壁層内にドープされる全体ｎ型不純物の濃度を低減することができるので、障壁層及びウェル層の結晶品質を向上させることができる。

前記第１領域は、前記障壁層の一面に形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面に形成され得る。すなわち、前記第１領域は、前記障壁層の一面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面と隣接して形成され得る。
前記障壁層の一面は、前記Ｐ型化合物半導体層に対向し、前記障壁層の他面は、前記Ｎ型化合物半導体層に対向し得る。また、前記第１領域は、前記障壁層の一面に近いほど、ドープされた不純物濃度を高くすることができる。

一方、前記第１領域は、前記障壁層の一面及び他面に形成され、前記第２領域は、前記第１領域の間に形成され得る。
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さの１．５倍乃至２０倍であることができる。

前記第１実施形態において、前記ｎ障壁層は、前記Ｐ型化合物半導体層と隣接し、前記第１領域及び第２領域を有することができる。また、前記発光ダイオードは、前記第ｎ障壁層以外に第１領域及び第２領域を有する障壁層を含むことができる。前記第ｎ障壁層の第１領域は、前記第１領域及び第２領域を有する障壁層の第１領域に比べて不純物濃度が低いことができる。

本発明の第２実施形態において、前記活性領域内の障壁層は、前記Ｎ型化合物半導体層に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有する。このような障壁層のバンドを配置することにより、キャリアを移動させる駆動力を除去または減少させることができるので、キャリアオーバーフローを減少させることができる。

順方向の動作電圧が印加された場合、前記障壁層の伝導帯がほぼ同一のエネルギーレベルに位置するように、前記障壁層のバンドギャップが制御され得る。これにより、順方向の動作電圧の印加時に、障壁層のバンド傾斜を実質的に除去することができる。

一方、前記障壁層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で形成されることができ、したがって、Ａｌ及び／またはＩｎの組成比を変化させて、前記Ｎ型化合物半導体層に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有するように障壁層を形成することができる。これに加えて、前記ウェル層は、ＩｎＧａＮで形成され得る。

一方、ブロッキング層が前記Ｐ型化合物半導体層と前記活性領域との間に介在され得る。前記ブロッキング層は、電子の移動を制限し、活性領域内で電子−正孔の再結合を助ける。前記ブロッキング層は、ＡｌＧａＮで形成され得る。

本発明の第２実施形態において、前記障壁層のうち少なくとも一つは、ｎ型不純物でドープされた第１領域とアンドープされた第２領域とを含む。ｎ型不純物でドープされた領域とアンドープされた領域とを含むことにより、ピエゾ電場による分極を緩和することができると共に、障壁層内にドープされる全体ｎ型不純物の濃度を低減することができるので、障壁層及びウェル層の結晶質を向上させることができる。

前記第１領域は、前記障壁層の一面に形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面に形成され得る。すなわち、前記第１領域は、前記障壁層の一面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面と隣接して形成され得る。

前記障壁層の一面は、前記Ｐ型化合物半導体層に対向し、前記障壁層の他面は、前記Ｎ型化合物半導体層に対向することができる。また、前記第１領域は、前記障壁層の一面に近いほど、ドープされた不純物濃度が高くし得る。

一方、前記第１領域は、前記障壁層の一面及び他面に形成され、前記第２領域は、前記第１領域の間に形成され得る。
前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さの１．５倍乃至２０倍であり得る。

前記第２実施形態において、前記発光ダイオードは、前記Ｐ型化合物半導体層と隣接し、第１及び第２領域を有する第１障壁層と、前記第１障壁層以外に第１領域及び第２領域を有する第２障壁層とを含み得る。また、前記第１障壁層の第１領域は、前記第２障壁層の第１領域に比べて不純物濃度が低くし得る。

本発明の実施形態によれば、電子と正孔の再結合率を向上させて、発光効率が改善された発光ダイオードを提供することができる。また、相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層を利用して発光ダイオードの多重量子ウェル構造内で電子と正孔の再結合する位置を調節することができる。特に、前記中間障壁層を多重量子ウェル構造の中央部に配置することにより、電子と正孔の再結合率が増加した発光ダイオードを提供することができる。これにより、Ｐ型化合物半導体層またはＰ型クラッド層の付近で発生する非発光再結合を減少させて、発光ダイオードの発光効率を向上させることができる。

また、障壁層のバンドギャップを制御することにより、キャリアオーバーフローを発生させる駆動力を除去し、活性領域内で電子−正孔の再結合率が向上した発光ダイオードを提供することができる。また、不純物がドープされた領域とアンドープされた領域とを含む障壁層を採用することにより、ピエゾ電場による分極を緩和すると共に、不要な不純物ドープを最小化し、障壁層及び／またはウェル層の結晶品質を向上させることができる。

以下、添付した図面に基づき、本発明の実施形態について詳述する。以下に紹介される実施形態は、本発明の思想を当業者に充分伝達するために、例として提供されるものである。したがって、本発明は、後述する実施形態に限定されず、他の形態に具体化され得る。なお、図面において、構成要素の幅、長さ、厚さ等は、便宜のために誇張して表現されることもある。明細書の全体にわたって、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図５は、本発明の第１実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図であり、図６は、本発明の第１実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイアグラムである。
図５を参照すれば、基板５１上にＮ型化合物半導体層５７が位置する。また、基板５１とＮ型化合物半導体層５７との間にバッファ層を介在させることができ、前記バッファ層は、低温バッファ層５３及び高温バッファ層５５を含むことができる。前記基板５１は、特に限定されず、例えば、サファイア、スピネル、炭化ケイ素基板などであってもよい。一方、低温バッファ層５３は、一般に、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０≦ｘ≦１）で形成されることができ、前記高温バッファ層５５は、例えば、アンドープされたＧａＮ層またはＮ型不純物がドープされたＮ型ＧａＮ層であってもよい。

前記Ｎ型化合物半導体層５７の上方にＰ型化合物半導体層６３が位置し、前記Ｎ型化合物半導体層５７とＰ型化合物半導体層６３との間に活性領域５９が介在される。前記Ｎ型化合物半導体層及びＰ型化合物半導体層は、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系のIII族窒化物半導体層で形成され得る。例えば、前記Ｎ型化合物半導体層５７及びＰ型化合物半導体層６３は、それぞれＮ型及びＰ型ＧａＮ層、またはＮ型及びＰ型ＡｌＧａＮ層であってもよい。これに加えて、前記Ｐ型化合物半導体層６３と活性領域５９との間にＰ型クラッド層またはブロッキング層６１が介在され得る。前記Ｐ型クラッド層６１は、また、Ａｌ、Ｉｎ、ＧａＮ系のIII族窒化物半導体層で形成されることができ、例えば、ＡｌＧａＮで形成されてもよい。また、図示してはいないが、Ｎ型化合物半導体層５７と活性領域５９との間にＮ型クラッド層を介在させることができる。

一方、前記活性領域５９は、交互に積層されたウェル層５９ａ及び障壁層５９ｂを含む多重量子ウェル構造を有する。前記ウェル層５９ａは、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されることができ、要求される光の波長によってその組成元素及び組成範囲を選択することができる。前記ウェル層５９ａは、例えば、ＩｎＧａＮ層であってもよい。一方、前記障壁層５９ｂは、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成され得る。前記Ｎ型化合物半導体層５７にウェル層５９ａが接するものとして示したが、障壁層５９ｂが接してもよく、前記Ｐ型クラッド層６１に障壁層５９ｂが接するものとして示したが、ウェル層５９ａが接してもよい。

また、前記活性領域５９は、前記障壁層５９ｂに比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層５９ｃを含む。前記中間障壁層５９ｃは、例えば、Ａｌ、Ｉｎ、ＧａＮで形成されてもよく、例えば、ＡｌＧａＮで形成されてもよい。前記中間障壁層５９ｃを含む前記多重量子ウェル構造の活性領域５９について図６を参照して説明する。

図６を参照すれば、多重量子ウェル構造の活性領域５９は、Ｎ型化合物半導体層５７とＰ型化合物半導体層６３、またはＰ型クラッド層６１との間に位置する。前記活性領域５９は、相対的に狭いバンドギャップを有するウェル層５９ａと相対的に広いバンドギャップを有する障壁層５９ｂが交互に積層されて形成される。説明の便宜上、前記Ｎ型化合物半導体層５７と隣接する障壁層を第１障壁層５９ｂ−１として定義し、前記Ｐ型化合物半導体層６３（またはＰ型クラッド層６１）と隣接する障壁層を第ｎ障壁層５９ｂ−ｎとして定義する。

前記障壁層のうち前記第１及び第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層５９ｃが、前記第１障壁層５９ｂ−１と第ｎ障壁層５９ｂ−ｎとの間に位置する。前記中間障壁層５９ｃは、相対的に広いバンドギャップを有するので、Ｎ型化合物半導体層５７から流入された電子が活性領域５９を通過する時、前記電子の移動を制限する。これにより、前記中間障壁層５９ｃによって、電子と正孔が再結合する位置を調節することができる。例えば、前記中間障壁層５９ｃを前記第１及び第ｎ障壁層の中央部に配置する場合、電子と正孔の再結合する位置を多重量子ウェルの中央側に移動させることができる。

電子と正孔とが再結合する位置を多重量子ウェル構造の内部に移動させることにより、Ｐ型クラッド層６１の付近で電子が集中することを防止することができ、これにより、非発光再結合が減少し、発光効率を向上させることができる。

一方、前記中間障壁層５９ｃ以外に第１及び第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する他の中間障壁層を多重量子ウェル構造内に位置させることができる。これについて図７及び図８を参照して詳細に説明する。

図７は、本発明の第１実施形態の変形例に係る多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイアグラムである。
図７を参照すれば、図６を参照して説明したように、第１障壁層５９ｂ−１と第ｎ障壁層５９ｂ−ｎとの間にこれらの障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層５９ｃが位置する。これに加えて、第１障壁層５９ｂ−１及び第ｎ障壁層５９ｂ−ｎに比べて相対的に広いバンドギャップを有する他の中間障壁層５９ｃ’がこれらの間に位置する。前記他の中間障壁層５９ｃ’は、第１障壁層と中間障壁層５９ｃとの間に位置することができる。

前記他の中間障壁層５９ｃ’は、前記中間障壁層５９ｃのように相対的に広いバンドギャップを有しており、電子の移動を制限する。特に、前記他の中間障壁層５９ｃ’が中間障壁層５９ｃに近くに配置される場合、前記中間障壁層５９ｃの付近で電子と正孔の再結合率がさらに増加する。これに加えて、図示したように、前記中間障壁層５９ｃと他の中間障壁層５９ｃ’との間にこれらの中間障壁層に比べて相対的に狭いバンドギャップを有する障壁層が少なくとも一つ介在され得る。これにより、前記中間障壁層５９ｃと他の中間障壁層５９ｃ’との間で電子と正孔の再結合率を高くすることができる。

前記他の中間障壁層５９ｃ’は、前記中間障壁層５９ｃと同一の組成及び組成比、例えば、ＡｌＧａＮで形成されてもよいが、これに限定されるものではなく、他の組成または他の組成比の（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成されてもよい。例えば、図８に示したように、中間障壁層５９ｃに比べて相対的に狭いバンドギャップを有する他の中間障壁層５９ｍが第１障壁層と中間障壁層５９ｃとの間に配置されてもよい。

一方、前記中間障壁層５９ｃまたは他の中間障壁層５９ｃ’または５９ｍは、前述したように、単一層で形成され得るが、これに限定されるものではない。例えば、図９に示したように、中間障壁層５９ｃ及び／または他の中間障壁層５９ｃ’または５９ｍは、相対的に狭いバンドギャップを有する層５８ａ、５８ｂの間に相対的に広いバンドギャップを有する層５８ｃが介在された積層構造であってもよい。例えば、前記相対的に狭いバンドギャップを有する層５８ａ、５８ｂの各々は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成されてもよく、前記相対的に広いバンドギャップを有する層５８ｃは、ＡｌＧａＮで形成されてもよい。

このような積層構造は、中間障壁層５９ｃまたは他の中間障壁層とそれに隣接するウェル層５９ａとの格子不整合を緩和し、結晶欠陥の発生を防止する。
本実施形態において、第１障壁層及び第ｎ障壁層は、同一のバンドギャップを有するが、これに限定されるものではなく、互いに異なるバンドギャップを有してもよい。また、前記多重量子ウェル構造の活性領域５９は、第１障壁層及び第ｎ障壁層以外に障壁層をさらに含むことができ、また、前記中間障壁層または他の中間障壁層以外に中間障壁層をさらに含むこともできる。

一方、前記障壁層にｎ型不純物をドープすることができる。このようなｎ型不純物のドープは、障壁層の一部領域に限定され得る。障壁層の一部領域にｎ型不純物をドープすることについては、第３実施形態に関連して後述する。

図１０は、本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図であり、図１１は、本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための概略的なバンドダイアグラムであり、図１２は、本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードに順方向電圧が印加された時の概略的なバンドダイアグラムである。

図１０を参照すれば、図５を参照して説明したように、基板５１の上方にＮ型化合物半導体層５７が位置し、基板５１とＮ型化合物半導体層５７との間にバッファ層を介在させることができ、前記バッファ層は、低温バッファ層５３及び高温バッファ層５５を含み得る。また、前記Ｎ型化合物半導体層５７の上方にＰ型化合物半導体層６３が位置する。前記Ｎ型化合物半導体層５７とＰ型化合物半導体層６３との間に活性領域７９が介在される。

図５を参照して説明したように、前記Ｎ型化合物半導体層及びＰ型化合物半導体層を、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系のIII族窒化物半導体層で形成し、前記Ｐ型化合物半導体層６３と活性領域７９との間にブロッキング層６１を介在させることができる。前記ブロッキング層６１は、また、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎ系のIII族窒化物半導体層で形成され得、例えば、ＡｌＧａＮで形成されてもよい。また、図示してはいないが、Ｎ型化合物半導体層５７と活性領域７９との間に他のブロッキング層が介在され得る。

一方、前記活性領域７９は、交互に積層されたウェル層７９ａ及び障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄを含む多重量子ウェル構造を有する。前記ウェル層７９ａは、（Ａｌ、Ｉｎ、Ｇａ）Ｎで形成することができ、要求される光の波長によってその組成元素及び組成範囲を選択することができる。前記ウェル層７９ａは、例えば、ＩｎＧａＮ層であってもよい。一方、前記障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で形成され得る。Ａｌ及び／またはＩｎの組成比を変化させて、前記Ｎ型化合物半導体層に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有するように障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄを形成することができる。

一方、前記Ｎ型化合物半導体層５７にウェル層７９ａが接するものとして示したが、障壁層７９ｂが接してもよく、前記ブロッキング層６１に障壁層７９ｄが接するものとして示したがが、ウェル層７９ａが接してもよい。

図１１を参照すれば、多重量子ウェル構造の活性領域７９は、Ｎ型化合物半導体層５７とＰ型化合物半導体層６３（または、ブロッキング層６１）との間に位置する。前記活性領域７９は、相対的に狭いバンドギャップを有するウェル層７９ａと相対的に広いバンドギャップを有する障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄが交互に積層されて形成される。

前記障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄは、Ｎ型化合物半導体層５７に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有するように形成される。すなわち、障壁層７９ｂ、障壁層７９ｃ及び障壁層７９ｄの順にバンドギャップが増加する。前述したように、前記障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄは、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で形成され得る。一般的に、Ａｌの組成比が増加するほど、障壁層のバンドギャップが増加し、Ｉｎの組成比が増加するほど、障壁層のバンドギャップが減少する。したがって、Ａｌ及び／またはＩｎの組成比を変化させて、前記Ｎ型化合物半導体層に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有するように前記障壁層を形成することができる。

図１２を参照すれば、発光ダイオードに順方向電圧Ｖｆが印加された場合、Ｎ型半導体層５７のバンドが上方に移動する。順方向電圧がＰ型半導体層６３のバンドギャップに相当する電圧と近似するか、またそれよりさらに高い電圧で印加される場合、前記Ｎ型半導体層５７の伝導帯Ｅｃは、前記Ｐ型半導体層６３の伝導帯Ｅｃよりさらに高く位置するようになる。

同一の物質で形成された従来の障壁層は、高電圧の順方向電圧が印加される場合、障壁層１９ｂの伝導帯が、図４に示したように、Ｎ型半導体層１７に近いほど、高く位置する。このような伝導帯のバンド傾斜は、Ｎ型半導体層１７から流入されたキャリア電子をＰ型半導体層２３の方向に移動させる駆動力を提供し、オーバーフローを容易に発生させる。

しかし、本発明の第２実施形態に係る発光ダイオードは、Ｎ型半導体層５７に近い障壁層７９ｂが、Ｐ型半導体層６３に近い障壁層７９ｄに比べてさらに狭いバンドギャップを有するので、高電圧の順方向電圧が印加されても障壁層のバンド傾斜を減少させることができる。特に、順方向電圧が印加された時、前記障壁層の伝導帯がほぼ同一のエネルギーレベルに位置するように、障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄのバンドギャップを調節することができる。したがって、活性領域７９内でキャリアオーバーフローを誘発する駆動力を除去することができ、電子−正孔の再結合率を向上させることができる。

本発明の第２実施形態において、三つの障壁層７９ｂ、７９ｃ、７９ｄを図示及び説明したが、これらに限定されるものではなく、さらに多い数の障壁層をウェル層と交互に積層することができる。この場合、Ｎ型半導体層５７に近い障壁層が、Ｐ型半導体層６３に近い障壁層に比べてさらに狭いバンドギャップを有するように前記障壁層が形成される。

一方、前記第２実施形態において、ピエゾ電場によってウェル層に分極が発生することを考慮してバンドダイアグラムを示した。このような分極は、窒化ガリウム系のウェル層及び障壁層がｃ−面、すなわち、（０００１）面に垂直な方向に成長した場合に発生する。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、ウェル層に分極が発生しない場合にも適用され得る。例えば、窒化ガリウム系のウェル層及び障壁層がａ−面またはｍ−面に垂直な方向に成長された場合、分極が発生しないこともあるが、本発明は、この場合にも適用され得る。

一方、前記障壁層にｎ型不純物をドープすることができる。このようなｎ型不純物のドープは、障壁層の一部領域に限定され得る。障壁層の一部領域にｎ型不純物をドープすることについて第３実施形態で詳しく説明される。
図１３は、本発明の第３実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図である。本実施形態に係る発光ダイオードは、図５を参照して説明した発光ダイオードとほぼ同一の積層構造を有するので、これについて簡略に説明し、その相違点について詳しく説明する。

図１３を参照すれば、基板１１０上にＮ型半導体層１２０、活性領域１３０及びＰ型半導体層１４０が積層されて形成される。また、ｐ−電極１５０は、Ｐ型半導体層１４０上に形成され、ｎ−電極１６０は、メサエッチングを通じてＮ型半導体層１２０の所定領域を露出させた後、露出したＮ型半導体層１２０上に形成される。

活性領域１３０は、エネルギーバンドギャップが狭いウェル層１３１と前記ウェル層１３１よりエネルギーバンドギャップが広い障壁層１３２が交互に積層されて形成された量子井戸構造で形成される。この時、活性領域１３０は、ウェル層１３１と障壁層１３２が２回以上交互に積層された多重量子井戸構造で形成される。

ここでは、５つの障壁層１３２の間に４つのウェル層１３１が挿入されて形成されたものを示しているが、ウェル層や障壁層の個数は、これに限定されるものではなく、多様に変更され得る。ウェル層１３１として、ＩｎＧａＮを使用することができ、ウェル層１３１のＩｎ組成によってバンドギャップエネルギーが決定され、紫外線から赤色までの多様な波長の光を具現することができる。障壁層１３２として、ＧａＮが使用され得る。しかし、ウェル層１３１や障壁層１３２の材料がこれらに限定されるものではなく、多様に変化し得る。

また、障壁層１３２のうち少なくとも一つは、ｎ型不純物でドープされる。この時、ｎ型化合物でドープされる各障壁層は、その全体領域にわたって均一にドープされるものではなく、その一部領域がｎ型不純物でドープされる。本実施形態において、ｎ型不純物として、Ｓｉを使用することができ、Ｓｉのソースとして、ＳｉＨ_４またはＳｉ_２Ｈ_６などを使用することができる。しかし、ｎ型不純物がＳｉに限定されず、Ｇｅ、Ｓｎ、ＴｅまたはＳなどもｎ型不純物として使用することができる。

障壁層にｎ型不純物をドープする場合、ウェル層に形成されたピエゾ電場を緩和させて発光効率を高めることができる。しかし、障壁層にドープされるｎ型不純物は、障壁層の表面を粗くして、障壁層の品質を劣化させる問題点が発生し得る。このため、多重量子井戸構造の活性領域を非常に薄く形成する場合、障壁層及びウェル層を均一の膜厚で形成することが困難である。

したがって、本実施形態のように、ｎ型不純物を障壁層の一部領域にドープする場合には、ウェル層のピエゾ電場を緩和させて、電子と正孔の再結合率を増加させるなどの電気的特性を向上させると共に、不要なｎ型不純物のドープを抑制することにより、障壁層の膜品質を向上させて、発光ダイオードの発光効率を改善することができる。

以下では、障壁層にｎ型不純物が非対称的にドープされる多様な例を説明する。
図１４は、前記第３実施形態に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図であり、図１５は、前記第３実施形態に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。

図１４及び図１５を参照すれば、発光ダイオードは、Ｎ型半導体層１２０上に活性領域１３０が形成され、活性領域１３０上にＰ型半導体層１４０が形成される。活性領域１３０は、ウェル層１３１と障壁層１３２が２回以上交互に積層された多重量子井戸構造で形成される。

障壁層１３２の第１領域１３２ａは、ｎ型不純物でドープされ、第２領域１３２ｂは、アンドープされる。すなわち、障壁層１３２は、全体領域が均一にドープされるものではなく、一部領域（すなわち、第１領域１３２ａ）がｎ型不純物でドープされることにより、非対称的にドープされる。

この時、第１領域１３２ａは、障壁層１３２の一面、すなわち、Ｐ型半導体層に対向する面と隣接して形成され、第２領域１３２ｂは、障壁層１３２の他面、すなわち、Ｎ型半導体層に対向する面と隣接して形成され得る。すなわち、各障壁層１３２の上部領域は、第１領域１３２ａであって、ｎ型不純物がドープされ、下部領域は、第２領域１３２ｂであって、アンドープされる。

障壁層１３２の第１領域１３２ａにドープされるｎ型不純物の濃度は、１０^１８／ｃｍ^３〜１０^１９／ｃｍ^３であり得る。また、第２領域１３２ｂの厚さは、第１領域１３２ａの厚さの１．５倍乃至２０倍で形成され得る。

一方、Ｐ型半導体層１４０と隣接する障壁層の第１領域にドープされるｎ型不純物の濃度を他の障壁層の第１領域にドープされるｎ型不純物濃度より低くすることができる。
図１６は、本発明の第３実施形態の変形例に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図であり、図１７は、前記第３実施形態の変形例に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。

図１６及び図１７を参照すれば、発光ダイオードにおいて、Ｎ型半導体層２２０上に活性領域２３０が形成され、活性領域２３０上にＰ型半導体層２４０が形成される。活性領域２３０は、ウェル層２３１と障壁層２３２が２回以上交互に積層された多重量子井戸構造で形成される。

障壁層２３２の第１領域２３２ａ、２３２ｃは、ｎ型不純物でドープされ、第２領域２３２ｂは、アンドープされる。すなわち、障壁層２３２は、全体領域が均一にドープされるものではなく、一部領域（すなわち、第１領域２３２ａ、２３２ｃ）がｎ型不純物でドープされる。

この時、第１領域２３２ａ、２３２ｃは、障壁層２３２の一面及び他面と隣接して形成され、第２領域２３２ｂは、このような第１領域２３２ａ、２３２ｃの間に挿入されて形成される。すなわち、第１領域２３２ａは、障壁層２３２の一面、すなわち、Ｐ型半導体層に対向する面と隣接して形成され、第１領域２３２ｃは、障壁層２３２の他面、すなわち、Ｎ型半導体層に対向する面と隣接して形成され、第２領域２３２ｂは、それらの間に形成される。

この時、障壁層２３２の第１領域２３２ａ、２３２ｃにドープされるｎ型不純物の濃度は、１０^１８／ｃｍ^３〜１０^１９／ｃｍ^３であり得、第２領域２３２ｂの厚さは、第１領域２３２ａ及び２３２ｃの全体厚さの１．５倍乃至２０倍で形成され得る。

図１８は、本発明の第３実施形態の他の変形例に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図であり、図１９は、前記第３実施形態の他の変形例に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。

図１８及び図１９を参照すれば、発光ダイオードは、Ｎ型半導体層３２０上に活性領域３３０が形成され、活性領域３３０上にＰ型半導体層３４０が形成される。活性領域３３０は、ウェル層３３１と障壁層３３２が２回以上交互に積層された多重量子井戸構造で形成される。

障壁層３３２の第１領域は、第１層３３２ｂ、第２層３３２ｃ及び第３層３３２ｄを含み、第１領域の第１層乃至第３層３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄは、ｎ型不純物でドープされ、第２領域３３２ａは、アンドープされる。

この時、第１領域の第３層３３２ｄは、障壁層３３２の一面、すなわち、Ｐ型半導体層に対向する面と隣接して形成され、第２領域３３２ａは障壁層３３２の他面、すなわち、Ｎ型半導体層に対向する面と隣接して形成される。

また、第１領域の第１層乃至第３層３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄは、互いに異なる濃度のｎ型不純物がドープされ、Ｐ型半導体層３４０やウェル層３３１に近いほど、ｎ型化合物の濃度を増加することができる。本実施形態の場合、第１層３３２ｂ、第２層３３２ｃ及び第３層３３２ｄの順にｎ型不純物の濃度が増加する。この時、ｎ型不純物の濃度は、１０^１８／ｃｍ^３〜１０^１９／ｃｍ^３であり得る。

図２０乃至図２４は、本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。
図２０を参照すれば、まず、基板１１０が用意され、基板１１０上にＮ型半導体層１２０が形成される。基板１１０の材料としては、サファイアや炭化ケイ素（ＳｉＣ）など多様な物質を使用することができる。

第３実施形態において、Ｎ型半導体層１２０としてＮ型ＧａＮを使用することができるが、これに限定されず、多様な組成の窒化物系化合物を使用することができる。また、ｎ型不純物として、Ｓｉを使用することができるが、これに限定されず、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｔｅ、Ｓなどを使用することもできる。

図２１を参照すれば、Ｎ型半導体層１２０上に活性領域１３０が形成される。活性領域１３０は、ウェル層１３１と障壁層１３２を２回以上交互に積層した多重量子井戸構造で形成される。一方、障壁層１３２の第１領域１３２ａは、ｎ型不純物でドープされ、第２領域１３２ｂは、アンドープされる。

図２２を参照すれば、前記活性領域１３０上にＰ型半導体層１４０が形成される。本実施形態の場合、Ｐ型半導体層１４０としてＰ型ＧａＮが使用されるが、これに限定されず、多様な組成の窒化物系化合物を使用することができる。また、ｐ型不純物としては、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａなどを使用することができるが、これらに限定されるものではない。

図２３及び図２４を参照すれば、Ｐ型半導体層１４０からＮ型半導体層１２０の一部分までメサエッチングした後、Ｐ型半導体層１４０上に、ｐ−電極１５０が形成され、所定の領域が露出したＮ型半導体層１２０上に、ｎ−電極１６０が形成され、発光ダイオードが完成される。

以上、本発明の多様な実施形態及び発光ダイオードの製造方法が説明されたが、これらは、本発明の発光ダイオード及びその製造方法の理解を助けるために、ただ例示的な目的で紹介されたものである。

従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図である。 従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための概略的なバンドダイアグラムである。 従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための概略的なバンドダイアグラムである。 従来の多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードに順方向電圧が印加された時の概略的なバンドダイアグラムである。 本発明の第１実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図である。 本発明の第１実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイアグラムである。 本発明の第１実施形態の変形例に係る多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイオードグラムである。 本発明の第１実施形態の他の変形例に係る多重量子ウェル構造の活性領域を説明するためのバンドダイアグラムである。 本発明の第１実施形態のさらに他の変形例に係る中間障壁層を説明するためのバンドダイアグラムである。 本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図である。 本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための概略的なバンドダイアグラムである。 本発明の第２実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードに順方向電圧が印加された時の概略的なバンドダイアグラムである。 本発明の第３実施形態に係る多重量子ウェル構造の活性領域を有する発光ダイオードを説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。 本発明の第３実施形態の変形例に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図である。 前記第３実施形態の変形例に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。 本発明の第３実施形態の他の変形例に係る発光ダイオードの活性領域を示す断面図である。 前記第３実施形態の他の変形例に係る発光ダイオードの障壁層のドープ状態を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係る発光ダイオードの製造工程を説明するための断面図である。

符号の説明

５１ 基板
５３ 低温バッファ層
５５ 高温バッファ層
５７ Ｎ型化合物半導体層
５９ 活性領域
６１ ブロッキング層
６３ Ｐ型化合物半導体層
５９ａ ウェル層
５９ｂ 障壁層
５９ｃ 中間障壁層
７９ａ ウェル層
７９ｂ、７９ｃ、７９ｄ 障壁層
１１０ 基板
１２０、２２０、３２０ Ｎ型半導体層
１３０、２３０、３３０ 活性領域
１３１、２３１、３３１ ウェル層
１３２、２３２、３３２ 障壁層
１４０、２４０、３４０ Ｐ型半導体層
１５０ ｐ−電極
１６０ ｎ−電極
２３２ａ、２３２ｃ、３３２ｂ、３３２ｃ、３３２ｄ 第１領域
２３２ｂ 第２領域

Claims (28)

1. 窒化ガリウム系のＮ型化合物半導体層と、
   窒化ガリウム系のＰ型化合物半導体層と、
   前記Ｎ型化合物半導体層と前記Ｐ型化合物半導体層との間に介在され、ウェル層と障壁層が交互に積層された多重量子ウェル構造の活性領域と、
   前記Ｎ型化合物半導体層と隣接する第１障壁層と前記Ｐ型化合物半導体層と隣接する第ｎ障壁層との間に位置し、前記第１障壁層及び第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する中間障壁層と、
   を含むことを特徴とする発光ダイオード。
2. 前記中間障壁層は、前記第１障壁層と前記第ｎ障壁層との間の中央部に位置することを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
3. 前記第１障壁層と前記中間障壁層との間に位置し、前記第１障壁層及び前記第ｎ障壁層に比べて相対的に広いバンドギャップを有する他の中間障壁層をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
4. 前記中間障壁層及び他の中間障壁層に比べて相対的に狭いバンドギャップを有する少なくとも一つの障壁層が、前記中間障壁層と前記他の中間障壁層との間に位置することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード。
5. 前記他の中間障壁層は、前記中間障壁層に比べて相対的に狭いバンドギャップを有することを特徴とする請求項３に記載の発光ダイオード。
6. 前記第１及び第ｎ障壁層は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成され、
   前記中間障壁層は、ＡｌＧａＮで形成されることを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
7. 前記中間障壁層は、相対的に狭いバンドギャップを有する層の間に相対的に広いバンドギャップを有する層が介在された積層構造であることを特徴とする請求項１または３に記載の発光ダイオード。
8. 前記相対的に狭いバンドギャップを有する層の各々は、Ｉｎ_ｘＡｌ_ｙＧａ_ｚＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１、０＜ｚ＜１）またはＧａＮで形成された層であり、
   前記相対的に広いバンドギャップを有する層は、ＡｌＧａＮで形成された層であることを特徴とする請求項７に記載の発光ダイオード。
9. 前記障壁層のうち少なくとも一つは、ｎ型不純物でドープされた第１領域と、アンドープされた第２領域とを含むことを特徴とする請求項１に記載の発光ダイオード。
10. 前記第１領域は、前記障壁層の一面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面と隣接して形成されることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
11. 前記障壁層の一面ば、前記Ｐ型化合物半導体層に対向し、前記障壁層の他面は、前記Ｎ型化合物半導体層に対向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。
12. 前記第１領域は、前記障壁層の一面に近いほど、ドープされた不純物濃度が高いことを特徴とする請求項１１に記載の発光ダイオード。
13. 前記第１領域は、前記障壁層の一面及び他面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記第１領域の間に形成されることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
14. 前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さの１．５倍乃至２０倍であることを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
15. 前記Ｐ型化合物半導体層と隣接し、前記第１領域及び第２領域を有する前記第ｎ障壁層と、
    前記第ｎ障壁層以外に前記第１領域及び第２領域を有する障壁層と、を含み、
    前記第ｎ障壁層の第１領域は、前記第１領域及び第２領域を有する障壁層の第１領域に比べて不純物濃度が低いことを特徴とする請求項９に記載の発光ダイオード。
16. 窒化ガリウム系のＮ型化合物半導体層と、
    窒化ガリウム系のＰ型化合物半導体層と、
    前記Ｎ型化合物半導体層と前記Ｐ型化合物半導体層との間に介在され、ウェル層と障壁層が交互に積層された多重量子ウェル構造の活性領域とを含み、
    前記活性領域内の障壁層は、前記Ｎ型化合物半導体層に近いほど、さらに狭いバンドギャップを有することを特徴とする発光ダイオード。
17. 前記障壁層は、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ、ｙ＜１、０≦ｘ＋ｙ＜１）で形成されることを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。
18. 前記ウェル層は、ＩｎＧａＮで形成されることを特徴とする請求項１7に記載の発光ダイオード。
19. 前記Ｐ型化合物半導体層と前記活性領域との間にブロッキング層をさらに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。
20. 前記ブロッキング層は、ＡｌＧａＮで形成されることを特徴とする請求項１９に記載の発光ダイオード。
21. 順方向の動作電圧が印加される場合、前記障壁層の伝導帯がほぼ同一のエネルギーレベルに位置することを特徴とする請求項１６に記載の発光ダイオード。
22. 前記障壁層のうち少なくとも一つは、ｎ型不純物でドープされた第１領域と、アンドープされた第２領域と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。
23. 前記第１領域は、前記障壁層の一面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記障壁層の他面と隣接して形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオード。
24. 前記障壁層の一面は、前記Ｐ型化合物半導体層に対向し、前記障壁層の他面は、前記Ｎ型化合物半導体層に対向することを特徴とする請求項２３に記載の発光ダイオード。
25. 前記第１領域は、前記障壁層の一面に近いほど、ドープされた不純物濃度が高いことを特徴とする請求項２４に記載の発光ダイオード。
26. 前記第１領域は、前記障壁層の一面及び他面と隣接して形成され、前記第２領域は、前記第１領域の間に形成されることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオード。
27. 前記第２領域の厚さは、前記第１領域の厚さの１．５倍乃至２０倍であることを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオード。
28. 前記Ｐ型化合物半導体層と隣接し、第１及び第２領域を有する第１障壁層と、
    前記第１障壁層以外に第１領域及び第２領域を有する第２障壁層とを含み、
    前記第１障壁層の第１領域は、前記第２障壁層の第１領域に比べて不純物濃度が低いことを特徴とする請求項２２に記載の発光ダイオード。

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