JP2023512354A - 単一チップマルチバンド発光ダイオード - Google Patents
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Abstract
一実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と；前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と；前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と；前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層と；を含み、前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分とを有し、単一チップレベルで少なくとも２個のピーク波長の光を放出する。
Description
本開示は、発光ダイオードに関し、特に、単一チップレベルでマルチバンドの光を放出する発光ダイオードに関する。
窒化物半導体は、ディスプレイ装置、信号機、照明や光通信装置の光源として用いられ、青色や緑色を発光する発光ダイオード（ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）やレーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ）に主に使用されている。また、窒化物半導体は、異種接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ）及び高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）などにも使用され得る。
一般に、窒化物半導体を用いた発光ダイオードは、Ｎコンタクト層とＰコンタクト層との間に量子井戸構造を有する異種接合構造を有する。発光ダイオードは、量子井戸構造内の井戸層の組成によって光を放出する。内部量子効率を増加させ、光吸収による損失を減少させるために、発光ダイオードは、単一ピークを有するスペクトルの光、すなわち、単色光を放出するように設計される。
照明などから放出される混色光、例えば、白色光は、単一ピークの単色光としては具現できない。よって、互いに異なる単色光を放出する複数の発光ダイオードを共に使用したり、発光ダイオードから放出された光を波長変換する蛍光体を使用して白色光を具現する技術が一般的に使用されている。
蛍光体の使用は、蛍光体自体の費用やストークスシフトとして知られている効率低下などの問題を伴う。また、蛍光体を発光ダイオード上に塗布するための多くの工程上の問題、及び蛍光体を担持する担持体の黄変などの問題を伴う。
また、複数の発光ダイオードを混合して使用することも工程を複雑にし、互いに異なる材料で製造された各発光ダイオードを準備しなければならないという煩わしさがある。
単一チップの発光ダイオードを用いてマルチバンドのスペクトルを有する光を具現できる場合、複数の発光ダイオードを使用する必要がなく、蛍光体を使用する必要がないので、既存の多くの問題を解決することができる。
従来の量子井戸構造内の各井戸層の組成を多様にすることによって、マルチバンドスペクトルの光を具現しようとする試みがあったが、満足できる成果が得られなかった。特に、電子と正孔の再結合が主に特定の井戸層で発生するので、マルチバンドの光を生成しにくい。
本開示が解決しようとする課題は、単一チップレベルでマルチバンドスペクトルの光を具現できる新しい構造の発光ダイオードを提供することにある。
本開示の一つ以上の実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と、前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層とを含む。前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分とを有する。前記発光ダイオードは、単一チップレベルで少なくとも２個のピーク波長の光を放出する。
本開示の一つ以上の実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と、前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置するｐ型ＡｌＧａＮ層と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上に位置するｐ型窒化物半導体層とを含む。前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分とを有する。前記第１井戸層部分及び第２井戸層部分は、互いに異なるピーク波長の光を放出する。
以下、添付の各図面を参照して本開示の各実施例を詳細に説明する。次に紹介する各実施例は、本開示の属する技術分野の通常の技術者に本開示の思想を十分に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、本開示は、以下で説明する各実施例に限定されなく、他の形態で具体化されることも可能である。そして、各図面において、構成要素の幅、長さ、厚さなどは、便宜のために誇張して表現する場合がある。また、一つの構成要素が他の構成要素の「上部に」又は「上に」あると記載した場合、一つの構成要素が他の構成要素の「直上部」又は「直上」にある場合のみならず、一つの構成要素と他の構成要素との間に更に他の構成要素が介在した場合も含む。明細書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。
本開示の一つ以上の実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と、前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置するｐ型窒化物半導体層とを含む。前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分とを有し、単一チップレベルで少なくとも２個のピーク波長の光を放出する。
少なくとも一つの変形例において、蛍光体を用いることなくマルチバンドスペクトルの光が放出可能であり、よって、蛍光体の使用による従来技術の多くの問題を解決することができる。
前記第１井戸層部分は第１ピーク波長の光を、前記第２井戸層部分は、少なくとも一つの第２ピーク波長の光を放出することができる。
他の変形例において、前記第１井戸層部分は、黄色系列のピーク波長の光を放出し、前記第２井戸層部分は、青色系列のピーク波長の光を放出することができる。
更に他の変形例において、前記第１井戸層部分は、黄色系列のピーク波長の光を放出し、前記第２井戸層部分は、青色系列のピーク波長の光及び緑色系列のピーク波長の光を放出することができる。
前記第１井戸層部分は、前記第２井戸層部分に比べてさらに多いインジウム（Ｉｎ）含量を有することができる。また、前記第１井戸層部分は、前記第２井戸層部分に比べてさらに厚くてもよい。
前記発光ダイオードは、前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に介在したｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層をさらに含むことができ、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さい。
さらに、前記ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有することができる。
一方、前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有することができる。また、前記Ｖ－ピット生成層に形成された各Ｖ－ピットは、入口の幅が３００ｎｍを超えるＶ－ピットを含むことができる。
一方、前記活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層を有する多重量子井戸構造を有することができ、前記井戸層と障壁層との間に前記井戸層を覆うキャッピング層をさらに含むことができ、前記キャッピング層はＡｌを含有することができる。
さらに、前記キャッピング層は、キャッピング層内の全体の組成に対して１０原子％以上のＡｌを含有することができる。
前記ｐ型窒化物半導体層は、前記Ｖ－ピット上に凹部を含むことができる。
他の変形例において、前記活性層は前記Ｖ－ピット生成層に接することができる。すなわち、活性層の障壁層がＶ－ピット生成層上に直接形成されてもよい。
本開示の一つ以上の実施例に係る発光ダイオードは、ｎ型窒化物半導体層と、前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と、前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と、前記活性層上に位置するｐ型ＡｌＧａＮ層と、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上に位置するｐ型窒化物半導体層とを含む。前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分とを有する。前記第１井戸層部分及び第２井戸層部分は、互いに異なるピーク波長の光を放出することができる。
前記第２井戸層部分は、前記第１井戸層部分に比べて短波長の光を放出することができる。一実施例において、前記第２井戸層部分は、少なくとも２個のピーク波長の光を放出することができる。
一方、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、一般式ＡｌｘＧａ１－ｘＮで表現することができ、ここで、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さくてもよい。
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有することができる。
一方、前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有することができ、前記Ｖ－ピット生成層に形成された各Ｖ－ピットは、入口の幅が３００ｎｍを超えるＶ－ピットを含むことができる。
図１は、本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するための概略的な断面図である。図２Ａは、本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するために図１の一部を拡大して示した概略的な部分断面図である。図２Ｂは、本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するために図２Ａの一部を拡大して示した概略的な部分断面図である。図３は、本開示の一実施例に係る発光ダイオードを説明するためにＶ－ピット生成層を拡大して示した概略的な斜視図である。
まず、図１を参照すると、発光ダイオードは、基板２１、核層２３、高温バッファ層２５、ｎ型窒化物半導体層２７、Ｖ－ピット生成層２９、活性層３０、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１、及びｐ型窒化物半導体層３３を含むことができる。
基板２１は、窒化ガリウム系半導体層を成長させるためのものであって、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、スピネル基板などであってもよい。基板２１は、図１に示したように、各突出部を有することができ、例えば、パターニングされたサファイア基板であってもよい。しかし、本開示がこれに限定されるのではなく、平らな上面を有する基板、例えば、サファイア基板であってもよい。
核層２３は、基板２１上に４００℃乃至６００℃の低温で（Ａｌ，Ｇａ）Ｎで形成されてもよく、一例として、ＡｌＧａＮ又はＧａＮで形成されてもよい。核層２３の組成は基板２１によって変更され得る。例えば、基板２１がパターニングされたサファイア基板である場合、核層２３はＡｌＧａＮで形成されてもよく、基板２１が平らな上面を有するサファイア基板である場合、核層２３はＧａＮで形成されてもよい。核層２３は、例えば、約２５ｎｍの厚さで形成されてもよい。
高温バッファ層２５は、基板２１とｎ型窒化物半導体層２７との間で転位などの欠陥が発生することを緩和するために相対的に高温で成長し得る。高温バッファ層２５は、アンドープＧａＮ又はｎ型不純物がドーピングされたＧａＮで形成されてもよい。高温バッファ層２５が形成される間に、基板２１と高温バッファ層２５との間の格子不整合によって貫通電位が発生する。高温バッファ層２５は、例えば、約４．２μｍの厚さで形成されてもよい。
ｎ型窒化物半導体層２７は、ｎ型不純物がドーピングされた窒化物系半導体層であって、例えば、ＳｉがドーピングされたＧａＮ層で形成されてもよい。ｎ型窒化物半導体層２７にドーピングされるＳｉドーピング濃度は、５Ｅ１７／ｃｍ２乃至５Ｅ１９／ｃｍ２であってもよい。ｎ型窒化物半導体層２７は、ＭＯＣＶＤ技術を使用してチャンバー内に金属ソースガスを供給し、１０００℃乃至１２００℃（例えば、１０５０℃乃至１１００℃）で１５０Ｔｏｒｒ乃至２００Ｔｏｒｒの成長圧力下で成長してもよい。このとき、ｎ型窒化物半導体層２７は、高温バッファ層２５上に連続的に形成されてもよく、高温バッファ層２５内に形成された貫通電位は、ｎ型窒化物半導体層２７に転写されてもよい。ｎ型窒化物半導体層２７は、高温バッファ層２５より相対的に薄く形成されてもよく、例えば、約２．５μｍの厚さで形成されてもよい。
Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７の上部に位置する。本開示の一実施例において、Ｖ－ピット生成層２９は、例えば、ＧａＮ層で形成されてもよい。Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７より相対的に低い温度、例えば、約９００℃で成長してもよく、これによって、Ｖ－ピット生成層２９で各Ｖ－ピットが形成される。
Ｖ－ピット生成層２９がｎ型窒化物半導体層２７より相対的に低い温度で成長することによって、結晶品質を人為的に低下させ、３次元成長を促進することによってＶ－ピット２９ｖを生成することができる。
図３に示したように、各Ｖ－ピット２９ｖは、窒化物半導体層の成長面がＣ面である場合、六角錐状を有することができる。各Ｖ－ピット２９ｖは、貫通電位の上端で形成されてもよい。
Ｖ－ピット生成層２９は、ｎ型窒化物半導体層２７より薄い厚さで形成されてもよく、例えば、約４５０ｎｍ乃至６００ｎｍの厚さで形成されてもよい。Ｖ－ピット生成層２９内に形成される各Ｖ－ピット２９ｖの大きさは、Ｖ－ピット生成層２９の成長条件及び成長時間などを通じて調節され得る。一実施例において、Ｖ－ピット生成層２９に形成されたＶ－ピット２９ｖの入口の最大幅は、概して約２３０ｎｍを超えてもよい。
Ｖ－ピット生成層２９の厚さは、特にＶ－ピット２９ｖの大きさに影響を及ぼす。さらに、Ｖ－ピット２９ｖの大きさは、マルチバンドスペクトルの光の生成に影響を及ぼすものと考慮される。
本実施例において、一例として、Ｖ－ピット生成層２９が単一層であることを説明するが、これに限定されるのではなく、Ｖ－ピット生成層２９が多重層であってもよい。例えば、Ｖ－ピット生成層２９は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＡｌＧａＩｎＮ層のうち少なくとも二つの層を含むことができる。
活性層３０は、Ｖ－ピット生成層２９上に位置する。活性層３０は、電子と正孔の再結合によって光を放出する。そして、図２Ａ及び図２Ｂに示したように、活性層３０は、単一量子井戸構造又は障壁層３０ｂと井戸層３０ｗが交互に積層された多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することができる。
活性層３０は、Ｖ－ピット生成層２９に接し得るが、本開示がこれに限定されるのではなく、活性層３０は、Ｖ－ピット２９ｖに沿って形成されてもよい。Ｖ－ピット２９ｖ内に形成された活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された活性層３０の厚さより小さい。Ｖ－ピット２９ｖ内の活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット２９ｖの深さによって異なり得る。Ｖ－ピット２９ｖの中間程度の深さでの活性層３０の厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された活性層３０の厚さの約１／３以下であってもよい。特に、Ｖ－ピット２９ｖの中間程度の深さでの井戸層３０ｗの厚さは、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された井戸層３０ｗの厚さの約１／３以下であってもよい。
一方、井戸層３０ｗは、ＩｎｘＡｌｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０＜ｘ＜１、０≦ｙ＜１）で形成されてもよい。Ｉｎ、Ａｌ、Ｇａの組成比は、要求される光によって選択され得る。特に、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面上に形成された井戸層３０ｗ（以下、第１井戸層部分）は、マルチバンドの長波長側スペクトルの光を放出する組成を有する。一方、Ｖ－ピット２９ｖ内に形成された井戸層３０ｗ（以下、第２井戸層部分）は、マルチバンドの短波長側スペクトルの光を放出する組成を有する。例えば、第１井戸層部分内のインジウム（Ｉｎ）組成比は、第２井戸層部分内のインジウム（Ｉｎ）組成比より高く、第１井戸層部分は、黄色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成されてもよく、第２井戸層部分は、緑色及び／又は青色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成されてもよい。
第２井戸層部分は、Ｖ－ピット２９ｖ内の各面上に同一の組成で形成されてもよいが、これに限定されるのではなく、各面に互いに異なる組成で形成されてもよい。これによって、本開示の発光ダイオードは、第１井戸層部分及び第２井戸層部分を用いて少なくとも２個のバンドを有する光を単一チップレベルで具現することができる。言い換えると、単一チップが第１井戸層部分及び第２井戸層部分を含み、これは、少なくとも２個のバンドを有する光が、蛍光体を使用することなく放出できるようにする。
障壁層３０ｂは、井戸層３０ｗに比べてバンドギャップが広いＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体層で形成されてもよい。例えば、第１井戸層部分が黄色系列の光を放出するようにＩｎＧａＮで形成された場合、障壁層３０ｂは、井戸層３０ｗよりインジウム（Ｉｎ）含量が少ないＩｎＧａＮで形成されてもよい。
一方、図２Ｂに示したように、井戸層３０ｗと障壁層３０ｂとの間にキャッピング層３０ｃが介在してもよい。キャッピング層３０ｃは、障壁層３０ｂを蒸着する間に井戸層３０ｗ内のＩｎが解離されることを防止するために障壁層３０ｂの蒸着前に形成され得る。キャッピング層３０ｃは、Ａｌを含むことができ、例えば、ＡｌＧａＮ又はＡｌＩｎＧａＮで形成されてもよい。キャッピング層３０ｃ内に含有されるＡｌ組成は、第１キャッピング層部分、すなわち、Ｖ－ピット生成層２９の平らな面の上部に配置されたキャッピング層部分と、第２キャッピング層部分、すなわち、Ｖ－ピット２９ｖ内に形成されたキャッピング層部分とが互いに異なり得る。第１キャッピング層部分内のＡｌ含量が第２キャッピング層部分内のＡｌ含量より多い。例えば、第１キャッピング層部分内のＡｌ組成は、キャッピング層内の全体の組成に対して１０原子％以上、さらに、１２原子％以上であってもよく、第２キャッピング層部分内のＡｌ組成は、キャッピング層内の全体の組成に対して約５原子％以上であってもよい。
各キャッピング層３０ｃは、隣接した井戸層３０ｗと概して類似する厚さ又はそれより小さい厚さで形成されてもよい。
ｐ型ＡｌＧａＮ層３１は活性層３０上に位置する。ｐ型ＡｌＧａＮ層３１は、Ｖ－ピット２９ｖ内にも形成され得る。ｐ型ＡｌＧａＮ層３１内のＡｌ組成比は、電子ブロック層に使用されるＡｌ組成比に比べて相対的に低い。また、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１内のＡｌ組成比は、キャッピング層３０ｃ内のＡｌ組成比より小さくてもよい。例えば、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１を一般式ＡｌｘＧａ１－ｘＮで表現することができ、ここで、ｘは、０より大きく、０．３より小さくてもよい。一方、一実施例において、ｐ型ＡｌＧａＮ層３１の厚さは、約１００ｎｍ未満であってもよく、特定の実施例において、約７０ｎｍであってもよい。
ｐ型窒化物半導体層３３は、Ｍｇなどのｐ型不純物がドーピングされた半導体層、例えば、ＧａＮで形成されてもよい。ｐ型窒化物半導体層３３は、単一層や多重層であってもよく、ｐ型コンタクト層を含むことができる。図１に示したように、ｐ型窒化物半導体層３３は、Ｖ－ピット２９ｖに凹状の溝を有することができる。ｐ型窒化物半導体層３３でＶ－ピット２９ｖを完全に充填しないので、Ｖ－ピット２９ｖ内の井戸層３０ｗで生成された光の損失を防止することができる。
図４Ａは、比較例１に係る黄色発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフで、図４Ｂは、実施例１に係る発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフである。一方、図５Ａは、比較例１に係る黄色発光ダイオードから放出される光を説明するための写真で、図５Ｂは、実施例１に係る発光ダイオードから放出される光を説明するための写真である。
比較例１及び実施例１は、平らな上面を有するサファイア基板を成長基板として使用し、類似する工程条件で各半導体層を成長させたものであって、Ｖ－ピット生成層２９の蒸着時間のみを異ならせたものである。すなわち、実施例１は、Ｖ－ピット生成層２９の蒸着時間が比較例１に比べてさらに長い。一方、比較例１及び実施例１において、それぞれ３個の井戸層が形成された。
図４Ａ及び図５Ａを参照すると、５０ｍＡの電流強さの下で、比較例１は、黄色波長帯域で単一ピークを有する単一バンドのスペクトルを示した。比較例１の発光ダイオードから放出される光は、図５Ａに示すように明らかな黄色を示した。
図４Ｂ及び図５Ｂを参照すると、５０ｍＡの電流強さの下で、実施例１は、黄色波長帯域、緑色波長帯域及び青色波長帯域でそれぞれピークを有するマルチバンドのスペクトルを示した。実施例１の発光ダイオードから放出される光は、図５Ｂに示すように冷たい白色を示した。
一方、図６Ａは、比較例１に係る黄色発光ダイオードのＶ－ピットを説明するためのＴＥＭ写真で、図６Ｂは、実施例１に係る発光ダイオードのＶ－ピットを説明するためのＴＥＭ写真である。
図６Ａ及び図６Ｂを参照すると、活性層が形成された後のＶ－ピットの大きさはそれぞれ約３０９ｎｍ及び３６２ｎｍであって、よって、比較例１のＶ－ピットに比べて実施例１のＶ－ピットがさらに大きいことを確認することができる。すなわち、Ｖ－ピット生成層の蒸着時間を調節することによってＶ－ピットの大きさを調節することができる。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、比較例１と実施例１は、Ｖ－ピット生成層２９の厚さを異ならせたものであって、Ｖ－ピットの大きさがスペクトルバンドに影響を与えたと判断され得る。特に、実施例１は、緑色系列のみならず、青色系列の波長帯域で明らかな各ピークを示した。これは、Ｖ－ピット２９ｖ内に形成された第２井戸層部分が互いに異なる組成及び／又は互いに異なる厚さで形成されたことに起因すると判断される。
図６Ｃは、図６Ｂの量子井戸構造を拡大したＴＥＭ写真である。
図６Ｃを参照すると、井戸層３０ｗ上にＡｌを含有するキャッピング層３０ｃが形成され、その上に障壁層３０ｂが形成されたことを確認することができる。ここで、井戸層３０ｗの厚さは約３．３ｎｍ～３．４ｎｍで、各キャッピング層３０ｃは約２．８ｎｍ～３．０ｎｍの厚さであることを確認することができる。
一方、第１井戸層部分及び第２井戸層部分に対するＡＰＴ（ａｔｏｍ ｐｒｏｂｅ ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）を通じた成分分析により、第１井戸層部分が第２井戸層部分に比べて相対的に高いインジウム（Ｉｎ）含量を有することを確認できた。ＡＰＴグラフ上で、第１井戸層部分のインジウム（Ｉｎ）含量及び第２井戸層部分のインジウム（Ｉｎ）含量は、比較例１の場合、それぞれ約２５％及び約１０．６％で、実施例１の場合、約２５．４％及び約１２．６％であった。
図７Ａは、実施例２に係る発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフで、図７Ｂは、実施例３に係る発光ダイオードの発光スペクトルを示すグラフである。一方、図８Ａは、実施例２に係る発光ダイオードから放出される光を説明するための写真で、図８Ｂは、実施例３に係る発光ダイオードから放出される光を説明するための写真である。そして、図９Ａは、実施例２に係る発光ダイオードのＶ－ピットを説明するためのＴＥＭ写真で、図９Ｂは、実施例３に係る発光ダイオードのＶ－ピットを説明するためのＴＥＭ写真である。
実施例２及び実施例３は、いずれもパターニングされたサファイア基板を成長基板として使用し、Ｖ－ピット生成層２９の成長条件は実施例１と同一にし、量子井戸構造内に５個の井戸層を形成した。ただし、実施例３は、井戸層に含有されるインジウム（Ｉｎ）含量を実施例２より少なくした。
図７Ａ及び図７Ｂを参照すると、実施例２及び実施例３は、いずれも黄色系列のピーク波長と共に、青色系列のピーク波長を有するスペクトルを示した。また、電流強さを増加させることによって、長波長側ピークの強度が短波長側ピークの強度よりさらに大きく増加した。さらに、短波長側ピークの強度は、電流強さが５００ｍＡであるときに最も高い値を示し、７００ｍＡであるときの値が、３００ｍＡであるときの値よりさらに小さかった。
図８Ａ及び図８Ｂを参照すると、３００ｍＡの同一の電流強さの下で、実施例２はピンク色を示し、実施例３は白色光を示した。
図９Ａ及び図９Ｂを参照すると、活性層が形成された後のＶ－ピットの大きさは、それぞれ約３６４ｎｍ及び約３５９ｎｍで、実施例１のＶ－ピットの大きさと類似した。すなわち、Ｖ－ピットの大きさは、平らなサファイア基板やパターニングされたサファイア基板の種類に大きく影響を受けないと判断される。
一方、ＡＰＴグラフ上で、第１井戸層部分及び第２井戸層部分のインジウム（Ｉｎ）含量は、それぞれ、実施例２の場合、約２６．６％及び約１１．６％で、実施例３の場合、約２７％及び約１０％であった。
実施例１は、平らな面を有するサファイア基板を、実施例２及び実施例３は、パターニングされたサファイア基板を成長基板として使用したものであって、成長基板の種類によって発光ダイオードから放出される光のスペクトルバンドが異なることが分かる。
図１０は、実施例４に係る発光ダイオードパッケージの発光スペクトルを示すグラフで、図１１は、実施例４に係る発光ダイオードのＶ－ピットを説明するためのＴＥＭ写真である。
実施例４の発光ダイオードは、Ｖ－ピット生成層の蒸着時間を減少させたことを除いては、実施例２と同一の条件で形成された。一方、実施例４の発光ダイオードを４８０×９２０μｍ２面積のチップとして製作し、透明モールディングで封止した後、波長による電気発光（ＥＬ）強度を測定し、図１０の結果を得た。
図１０を参照すると、実施例４の発光ダイオードは、５０ｍＡ以上の電流強さの下で青色領域のピーク及び黄色領域のピークを明らかに示し、電流強さが増加するほどピーク波長での強度が増加した。
図１１を参照すると、Ｖ－ピットの入口の大きさは約２３０ｎｍであった。平らなサファイア基板を使用した場合に比べて、パターニングされたサファイア基板を成長基板として使用するとき、Ｖ－ピットの大きさが相対的に小さくても、二つの明らかなピーク波長を有する発光ダイオードを提供することができる。一方、平らなサファイア基板を使用する場合、２３０ｎｍ付近のＶ－ピットの大きさで二つ以上のピーク波長を有する発光ダイオードを提供するために、パターニングされたサファイア基板を使用する場合に比べて井戸層のインジウム（Ｉｎ）組成比を増加させる必要がある。
上で説明した発光ダイオードは、多様なチップとして製作され、多様な用途で使用され得る。例えば、前記発光ダイオードは、垂直型構造、水平型構造、又はフリップチップ型構造の発光ダイオードチップとして製作されてもよい。また、前記発光ダイオードは、通常の一般的な大きさの発光ダイオードチップとして製作されてもよく、マイクロＬＥＤ又はミニＬＥＤとして製作されてもよい。前記発光ダイオードは、照明光源のみならず、バックライト光源又はディスプレイ光源として使用されてもよい。
以上で説明したように、本開示に対する具体的な説明は、添付の図面を参照した実施例によって行われたが、上述した説明は、本開示の実施例を挙げて説明したものに過ぎないので、本開示が前記実施例にのみ限定されると理解してはならなく、本開示の権利範囲は、後述する特許請求の範囲及びその等価概念で理解しなければならないだろう。
２１ 基板
２３ 核層
２５ 高温バッファ層
２７ ｎ型窒化物半導体層
２９ Ｖ－ピット生成層
２９ｖ Ｖ－ピット
３０ 活性層
３０ｂ 障壁層
３０ｃ キャッピング層
３０ｗ 井戸層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３３ ｐ型窒化物半導体層
２３ 核層
２５ 高温バッファ層
２７ ｎ型窒化物半導体層
２９ Ｖ－ピット生成層
２９ｖ Ｖ－ピット
３０ 活性層
３０ｂ 障壁層
３０ｃ キャッピング層
３０ｗ 井戸層
３１ ｐ型ＡｌＧａＮ層
３３ ｐ型窒化物半導体層
Claims (20)
- ｎ型窒化物半導体層と；
前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と；
前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と；
前記活性層の上部に位置するｐ型窒化物半導体層と；を含み、
前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分と、を有し、
蛍光体を使用することなく、単一チップレベルで少なくとも２個のピーク波長の光を放出する発光ダイオード。 - 前記第１井戸層部分は第１ピーク波長の光を、前記第２井戸層部分は、少なくとも一つの第２ピーク波長の光を放出する、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記第１井戸層部分は、黄色系列のピーク波長の光を放出し、
前記第２井戸層部分は、青色系列のピーク波長の光を放出する、請求項２に記載の発光ダイオード。 - 前記第１井戸層部分は、黄色系列のピーク波長の光を放出し、
前記第２井戸層部分は、青色系列のピーク波長の光及び緑色系列のピーク波長の光を放出する、請求項２に記載の発光ダイオード。 - 前記第１井戸層部分は、前記第２井戸層部分に比べてさらに多いインジウム（Ｉｎ）含量を有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記第１井戸層部分は、前記第２井戸層部分に比べてさらに厚い、請求項５に記載の発光ダイオード。
- 前記活性層と前記ｐ型窒化物半導体層との間に介在したｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層をさらに含み、
前記ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さい、請求項１に記載の発光ダイオード。 - 前記ｐ型ＡｌｘＧａ１－ｘＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有する、請求項７に記載の発光ダイオード。
- 前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有する、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記Ｖ－ピット生成層に形成されたＶ－ピットは、入口の幅が２３０ｎｍを超えるＶ－ピットを含む、請求項９に記載の発光ダイオード。
- 前記活性層は、複数の井戸層及び複数の障壁層を有する多重量子井戸構造を有し、
前記井戸層と障壁層との間に介在し、前記井戸層を覆うキャッピング層をさらに含み、
前記キャッピング層はＡｌを含有する、請求項１に記載の発光ダイオード。 - 前記キャッピング層は、キャッピング層内の全体の組成に対して１０原子％以上のＡｌを含有する、請求項１１に記載の発光ダイオード。
- 前記ｐ型窒化物半導体層は、前記Ｖ－ピット上に凹部を含む、請求項１に記載の発光ダイオード。
- 前記活性層は、前記Ｖ－ピット生成層に接する、請求項１に記載の発光ダイオード。
- ｎ型窒化物半導体層と；
前記ｎ型窒化物半導体層の上部に位置し、Ｖ－ピットを有するＶ－ピット生成層と；
前記Ｖ－ピット生成層上に位置する活性層と；
前記活性層上に位置するｐ型ＡｌＧａＮ層と；
前記ｐ型ＡｌＧａＮ層上に位置するｐ型窒化物半導体層と；を含み、
前記活性層は井戸層を含み、前記井戸層は、前記Ｖ－ピット生成層の平らな面に沿って形成された第１井戸層部分と、前記Ｖ－ピット生成層のＶ－ピット内に形成された第２井戸層部分と、を有し、
前記第１井戸層部分は第１ピーク波長の光を放出し、前記第２井戸層部分は、前記第１ピーク波長と異なる第２ピーク波長の光を放出し、
蛍光体を含まない発光ダイオード。 - 前記第２井戸層部分は、前記第１井戸層部分に比べて短波長の光を放出する、請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記第２井戸層部分は、少なくとも２個のピーク波長の光を放出し、前記２個のピーク波長は前記第１ピーク波長と異なる、請求項１６に記載の発光ダイオード。
- 前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、一般式ＡｌｘＧａ１－ｘＮで表現され、前記ｐ型ＡｌＧａＮ層内のＡｌの組成比ｘは、０より大きく、０．３より小さい、請求項１５に記載の発光ダイオード。
- 前記ｐ型ＡｌＧａＮ層は、１００ｎｍ未満の厚さを有する、請求項１８に記載の発光ダイオード。
- 前記Ｖ－ピット生成層は、４５０ｎｍを超える厚さを有し、
前記Ｖ－ピット生成層に形成されたＶ－ピットは、入口の幅が２３０ｎｍを超えるＶ－ピットを含む、請求項１５に記載の発光ダイオード。
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| A621 | Written request for application examination |
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