JP2023524483A - Ｕｖ発光デバイス用埋め込みコンタクト層 - Google Patents

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Abstract

いくつかの実施形態では、発光構造体は、ドープ層の第１のセット、第２の層、ドープ層の第１のセットと第２の層の間に配置された発光層、及びドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状半導体スタックを備える。ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え得、第３のサブ層は、発光層に隣接する。ドープ層の第１のセットへの電気接点は、第２のサブ層に対して行うことができる。第１、第２、及び第３のサブ層は、ドープｎ型であり得、第２のサブ層の電気伝導度は、第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高くあり得る。場合によっては、第２のサブ層は、第１または第３のサブ層よりも発光層から放出される光をより多く吸収することができる。

Description

関連出願
本出願は、２０２０年５月１日に出願された「ＵＶ発光デバイス用埋め込みコンタクト層」と題された米国非仮特許出願番号第１６／８６４，８３８号に対する優先権を主張するものであり、それは、あらゆる目的で参照により本明細書に援用される。
深紫外線（ｄｅｅｐ－ＵＶ）発光ダイオード（ＬＥＤ）は、滅菌、水処理、科学分析、及びその他の用途に大きな可能性を有する。しかしながら、従来の紫外線Ｃ－帯域（ＵＶＣ）ＬＥＤの性能は、高いターンオン電圧及び駆動電圧に悩まされてきた。従来のＬＥＤで高エネルギーＵＶＣ光を放出するのに、高バンドギャップ半導体材料が使用される。しかしながら、高バンドギャップ材料は、ｎ型またはｐ型に効率的にドープすることも困難であり、したがって、高バンドギャップ材料に作られたコンタクトは、通常、低伝導度に悩まされる。ＵＶＣ ＬＥＤに使用される高バンドギャップ材料の低伝導度は、特にｎコンタクトに使用されるワイドバンドギャップｎ型半導体を介して発光するデバイスに必要とされる高い駆動電圧に寄与する原因の１つである。
例えば、ウルツ鉱型半導体を利用する従来のＵＶＣ ＬＥＤは、通常、ＵＶＣ光を放出する活性層に高いＡｌ含有量を有するＡｌＧａＮを使用する。このようなデバイスのいくつかは、活性層においてＡｌ含有量が低い井戸及びＡｌ含有量が高い障壁を有する量子井戸構造を使用する。場合によっては、従来のＬＥＤは、デバイスのエッジを通してまたは構造体のｐ側を通して光を放出する。これらの場合、放出された光は、ｎ型コンタクト層を通過する必要はなく、高伝導度を有する低バンドギャップ材料を、構造体のｎコンタクト層に使用することができる。光が構造体のｎ側を通して放出される従来のデバイスでは、ｎコンタクト層に、伝導度がより低い高バンドギャップの光学的に透明な材料が使用される。しかしながら、これらの高バンドギャップ材料の低い伝導度は、例えば、デバイスを動作させるのに必要なターンオン電圧及び駆動電圧の増加によって、デバイスの性能を低下させる。
いくつかの実施形態では、発光構造体は、ドープ層の第１のセット、第２の層、ドープ層の第１のセットと第２の層の間に配置された発光層、及びドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックを備え、ドープ層の第１のセット、第２の層、及び発光層は、半導体材料を備える。場合によっては、ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え、第３のサブ層は、発光層に隣接する。第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層は、それぞれ、第１の超格子、第２の超格子、及び第３の超格子を備え得る。第２の超格子の井戸層は、第１及び第３の超格子の井戸層より厚くあり得る。第２の超格子の障壁層は、第１及び第３の超格子の障壁層より薄くあり得る。ドープ層の第１のセットへの電気接点は、第２のサブ層に対して行うことができる。第１、第２、及び第３のサブ層は、ｎ型にドープすることができ、第２のサブ層の電気伝導度は、第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高くあり得る。
いくつかの実施形態では、発光構造体は、ドープ層の第１のセット、第２の層、ドープ層の第１のセットと第２の層の間に配置された発光層、及びドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックを備え、ドープ層の第１のセット、第２の層、及び発光層は、半導体材料を備える。ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え得、第３のサブ層は、発光層に隣接する。ドープ層の第１のセットへの電気接点は、第２のサブ層に対して行うことができる。第１、第２、及び第３のサブ層は、ｎ型にドープすることができ、第２のサブ層の電気伝導度は、第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高くあり得る。第１、第２、及び第３のサブ層は、それぞれ、第１、第２、及び第３の超格子を備え得る。発光層は、第４の超格子を備え得、第２の層は、第５の超格子を備え得る。第１、第２、第３、第４、及び第５の超格子は、各々、ＧａＮ井戸層及びＡｌＮ障壁層のセットを備え得る。
いくつかの実施形態では、発光構造体は、ドープ層の第１のセット、第２の層、ドープ層の第１のセットと第２の層の間に配置された発光層、及びドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックを備え、ドープ層の第１のセット、第２の層、及び発光層は、半導体材料を備える。ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え得、第３のサブ層は、発光層に隣接する。ドープ層の第１のセットへの電気接点は、第２のサブ層に対して行うことができる。第１、第２、及び第３のサブ層は、ｎ型にドープすることができ、第２のサブ層の電気伝導度は、第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高くあり得る。３００ｎｍよりも短い波長の光が、発光層から放出され得、構造体から放出される前に、ドープ層の第１のセットを通過し得、第２のサブ層は、第１のまたは第３のサブ層よりも、発光層から放出された光をより多く吸収し得る。
従来の半導体構造体の簡略図である。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を組み込んだ半導体発光構造体の簡略図である。 いくつかの実施形態による、第１、第２、及び第３のサブ層を含むドープ層のセットの例の簡略図である。 埋め込みｎコンタクト層のない半導体発光ダイオード構造体の簡略図である。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する半導体発光ダイオード構造体の簡略図である。 いくつかの実施形態による、総厚が異なる短周期超格子（ＳＰＳＬ）からの吸収スペクトルの測定値の図である。 いくつかの実施形態による、総厚が異なるＳＰＳＬからの２３３ｎｍでの吸収の測定値を含むプロットである。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する構造体及び有さない構造体からの放出スペクトルの測定値を含むプロットである。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する構造体及び有さない構造体からの電力出力のプロットである。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する構造体及び有さない構造体からのピーク発光波長のプロットである。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する構造体及び有さない構造体からの電流電圧（ＩＶ）曲線のプロットである。 いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層を有する構造体及び有さない構造体からの１００ｍＡの注入電流での動作（すなわち、駆動）電圧のプロットである。
半導体エピタキシャル構造体にｎコンタクト層として挿入された埋め込み層が、本明細書に記載されている。本明細書に記載の半導体エピタキシャル構造体は、短波長で（例えば、ＵＶＣ帯域において、または３００ｎｍ未満の波長で）発光する発光ダイオード（ＬＥＤ）に使用することができる。本埋め込み層は、高いｎ型導電率を有し、これは、ｎコンタクトから構造体の活性層への電流注入に有益である。埋め込み層の高導電率材料はまた、対象の波長範囲（例えば、３００ｎｍを下回る波長での）において高い吸収係数を有する。したがって、埋め込み層の厚さは、埋め込み層における許容可能な量の光吸収及び許容可能な電気抵抗（すなわち、構造体のｎコンタクトと活性層の間の）を有するように調整される。換言すれば、埋め込み層の厚さは、吸収の増加と層抵抗の減少をトレードオフすることによって、従来の構造体と比較してデバイスの性能（例えば、ターンオン電圧、駆動電圧、及び出力電力効率）を向上させるように調整される。いくつかの実施形態では、微細なエピタキシャル成長厚さ制御を用いて正確な厚さの埋め込みｎコンタクト層を形成し、ｎコンタクト層を、精密なエッチングプロセスを用いて、ｎ金属をその上に堆積することができるように露出させる。
いくつかの実施形態では、半導体エピタキシャル構造体は、ドープ層の第１のセット、第２の層、及びドープ層の第１のセットと第２の層の間に配置された発光層を含む。ドープ層の第１のセットは、ｎ型ドープされ、ｎ型電気接点（すなわち、ｎ金属を用いる）が、ドープ層の第１のセットに対してなされる。ドープ層の第１のセットは、出力電力を大幅に低下させることなく低い駆動電圧を得ることを可能とする許容可能な光透過性（放出される光の波長に対して）を有する高伝導度の埋め込みｎコンタクト層を提供する。場合によっては、埋め込みｎコンタクト層により、構造体の出力電力を、伝導度がより低い透明ｎコンタクト層を有する構造体と比較して、増加させることが可能となる。
いくつかの実施形態では、ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え、第３のサブ層は、発光層に隣接している（すなわち、第２のサブ層が、第３のサブ層の下に「埋め込まれる」ように、または第３のサブ層が、活性層と第２のサブ層の間になるように）。第２のサブ層は、ｎコンタクト層であり、すなわち、第２のサブ層は、ｎ金属接点に接続されている、構造体内の層である。第２のサブ層は、第１及び第３のサブ層よりも高いドーピング密度及び／または高い電気伝導度を有し得る。いくつかの実施形態では、第２のサブ層は、第１または第３のサブ層よりも、発光層から放出される光に対して、高い吸収係数を有する。いくつかの実施形態では、第２のサブ層を第１のサブ層と第３のサブ層の間に配置する、または、第１のサブ層を第２のサブ層と第３のサブ層の間に配置することができる。
いくつかの実施形態では、埋め込みｎコンタクト層は、以下の特性を有する。まず、埋め込みｎコンタクト層は、構造体内の残りの層と同じエピタキシャル成長プロセスを使用して堆積することができ、それにより、構造体製造に容易に組み込まれることが可能となる。第２に、埋め込みｎコンタクト層は、周囲の層（例えば、上記の第１及び第３のサブ層）よりも伝導度が高く、それにより、高導電ｎコンタクトを有さない類似のデバイスと比較して、電流注入が向上される。第３に、埋め込みｎコンタクト層は、構造体の活性層から放出される光を許容可能な量吸収するのに十分に薄くすることができ（例えば、埋め込みｎコンタクト層は、放出光の６０％未満、５０％未満、４０％未満、もしくは３０％未満、または放出光の１０％から５０％、もしくは１０％から６０％を吸収する）、層は、埋め込みｎコンタクト層を露出させるためのエッチングプロセスを通して容易にアクセスされるほど薄すぎるということはない（例えば、埋め込みｎコンタクト層は、約１０ｎｍより厚い、または約２０ｎｍよりも厚い）。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載の半導体エピタキシャル構造体は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、有機金属化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、または水素化物気相エピタキシー（ＨＶＰＥ）を使用して成長させられる。いくつかの実施形態では、埋め込みｎコンタクト層は、エピタキシャル構造体の形成中にドープされる（例えば、ＭＢＥシステムで１つまたは２つのドーパント源を使用して）。半導体エピタキシャル構造体の成長に続いて、標準的な半導体製造方法を使用して、メサ構造体を形成するためのエッチング（例えば、ドライエッチングを用いて）ならびにｎ及びｐ金属接点を堆積するための金属堆積（例えば、蒸着またはスパッタリングを用いて）を含む、半導体エピタキシャル構造体の処理を行うことができる。いくつかの実施形態では、ｎコンタクト層は、層の伝導度及び／またはドーピング密度を高めるために、エピタキシャル成長後に処理することができる。例えば、層内のドーパント活性化を向上させるために、レーザまたは熱処理を使用することができる。いくつかの実施形態では、そのようなレーザまたは熱処理は、エピタキシャル成長プロセス中に、例えば埋め込みｎコンタクト層形成直後の成長一時停止中に実行することができる。いくつかの実施形態では、イオン注入を使用して、層のドーピング密度を高めることもできる。
いくつかの実施形態では、ドープ層の第１のセットの第１、第２、及び第３のサブ層は各々半導体材料の単層である。いくつかの実施形態では、第１及び第３のサブ層は、第２のサブ層の半導体よりも高いバンドギャップを有する半導体を含む。より低いバンドギャップの材料は通常、より効率的にドープされるため（例えば、外因性ドーパントで）、第２のサブ層のより低いバンドギャップは、その層が、第１または第３のサブ層よりもより高くドープされ、より高い電気伝導度を有することを可能にする。しかしながら、より低いバンドギャップはまた、第２のサブ層の光吸収（発光波長における）を、第１及び第３のサブ層の光吸収よりも高くすることができ、場合によっては、それは、構造体から放出される光の量を減少させるだろう。第２のサブ層のより高い電気伝導度は、デバイスのｎ金属接点と活性層の間の抵抗を減少させることによって、必要とされる駆動電圧（一定量の電流注入に対して）を減少させるだろう（すなわち、ｎコンタクトから活性層にキャリアを注入することがより容易となるだろう）。本実施形態では、第２のサブ層の厚さは、特に、第２のサブ層における吸収増加による性能低下が、改良されたキャリア注入によって相殺され得、そして予想外に、デバイス全体の出力電力が、第２のサブ層が第１及び第３のサブ層と同じバンドギャップを有する構造体と比較してほぼ同じまたは改良さえされ得るように調整される。
例えば、第１及び第３のサブ層は、０≦ｘ≦１のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（すなわち、ＡｌＧａＮ）とすることができ、第２のサブ層は、第１及び第３のサブ層より低いＡｌ含有量を有するＡｌＧａＮとすることができる（すなわち、ＡｌｘＧａ１―ｘＮ材料においてより低い値のｘを有する）。言い換えると、第１及び第３のサブ層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮの単層とすることができ、第２のサブ層は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮの単層とすることができ、ｘはｙより大きくすることができる。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３のサブ層は、互いに異なる組成を有する単層であり、第２のサブ層は、第１及び第３のサブ層よりも低いバンドギャップを有する。例えば、第１のサブ層は、０≦ｘ≦１のＡｌｘＧａ１－ｘＮとすることができ、第２のサブ層は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮの単層とすることができ、第３のサブ層は、０≦ｚ≦１のＡｌｚＧａ１－ｚＮとすることができ、ｘはｙよりも大きくすることができ、ｘはｚよりも大きくすることができ、ｙとｚは互いと異なるようにすることができる。いくつかの実施形態では、より低いＡｌ含有量を有するＡｌＧａＮは、その層のバンドギャップを減少させ、より効率的にドープさせ（例えば、Ｓｉ、Ｇｅ、またはＳｅなどの外因性ドーパントで）、第２のサブ層のより低いＡｌ含有量は、その層が、第１または第３のサブ層よりも高くドープされより高い電気伝導度を有することを可能とするだろう。しかしながら、第２のサブ層の減少されたバンドギャップはまた、第１及び第３のサブ層と比較して、第２のサブ層の光吸収（発光波長における）を増加させ得る。そのようなサブ層の組成は、構造体から放出される光の波長に応じて異なるものとすることができる。例えば、発光波長が２９０ｎｍの場合、第１及び第３のサブ層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘはほぼ０．４５に等しい）とすることができ、第２のサブ層は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮとすることができる（ｙはほぼ０．１に等しい）。そのような構造体では、第１及び第３のサブ層は、２９０ｎｍの光を最小限に吸収することができ、第２のサブ層の低いバンドギャップは、そのサブ層の伝導度を向上させることができる。しかしながら、第２のサブ層の低いＡｌ含有量は、その層に、２９０ｎｍの放出光の一部を吸収させることとなる。別の例では、発光波長が２５０ｎｍである場合、第１及び第３のサブ層は、ＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ｘはほぼ０．６に等しい）とすることができ、第２のサブ層は、ＡｌｙＧａ１－ｙＮとすることができる（ｙはほぼ０．１に等しい）。この構造体では、第１及び第３のサブ層のより高いＡｌ含有量により、それらがより短い波長２５０ｎｍの光を最小限に吸収することを可能とし得る。この例では、第２のサブ層の低いバンドギャップは、そのサブ層の伝導度を向上させることができるが、第２のサブ層の低いＡｌ含有量はまた、その層に、２５０ｎｍの放出光の一部を吸収させることとなる。上記の例の両方で、第２のサブ層の０．１というｙ値はおおよそであり、より高いまたはより低いｙ値が、異なる程度の伝導度及び吸収を提供し得、それは、異なる構造体に対して調整され得る（例えば、第２のサブ層の組成及び／または厚さを変更することによって）。さらに、これらの例における波長における組成は、異なる成長技術を使用して製造されるＡｌＧａＮ化合物のバンドギャップ及び吸収係数の変動に部分的に起因する、おおよそのものである。これらの例では、第２のサブ層の高い伝導度は、第２のサブ層のない構造体と比較して、構造体の動作電圧を改良することができる。さらに、これらの例では、第２のサブ層の厚さを調整することによって、第２のサブ層における吸収増加による性能低下が、改良されたキャリア注入によって相殺され得、そして予想外に、デバイス全体の出力電力が、第２のサブ層が第１及び第３のサブ層と同じＡｌ含有量を有する構造体と比較してほぼ同じまたは改良さえされ得る。
いくつかの実施形態では、ドープ層の第１のセットの第１、第２、及び第３のサブ層は各々、半導体材料で構成される井戸層及び障壁層を有する超格子を含み、井戸層は、障壁層よりも低いバンドギャップを有する。第２のサブ層の超格子を構成する井戸及び／または障壁の半導体及び／または厚さは、第１及び／または第３のサブ層の超格子を構成するものとは異なり得、そのことは、第２のサブ層が、第１及び／または第３のサブ層よりも高い伝導度を有することを可能とし得る。いくつかの実施形態では、第２のサブ層（すなわち、ｎコンタクト層）は、単層であるが、第１及び第３のサブ層は、超格子である。いくつかの実施形態では、第２のサブ層（すなわち、ｎコンタクト層）は、超格子であるが、第１及び第３のサブ層は各々単層である。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３のサブ層のうちの１つは超格子であり、他の２つは単層である。いくつかの実施形態では、第１、第２、及び第３のサブ層のうちの２つは超格子であり、他の層は単層である。例えば、第３のサブ層は単層（例えば、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮの）であり得、一方、第１のサブ層は超格子であり、第２のサブ層は単層または超格子のいずれかである。さらに、いくつかの実施形態では、第３のサブ層は、活性層に隣接する厚い障壁層を有する超格子を含む。例えば、第３のサブ層は、井戸（例えば、ＧａＮまたはＡｌＧａＮから構成される）及び障壁（例えば、ＡｌＮまたはＡｌＧａＮから構成される）を含む繰り返し単位セルを有する超格子を含み得、障壁厚さは、超格子を通して一定ではなく、最後の障壁が非常に厚くあり得る（例えば、１ｎｍを超える、または１０ｎｍを超える）。
いくつかの実施形態では、第２のサブ層の超格子の井戸及び／または障壁を構成する半導体は、第１及び／または第３のサブ層の超格子を構成するものよりも低いバンドギャップを有する。いくつかの実施形態では、第２のサブ層の超格子の井戸層は、第１及び／または第３のサブ層の超格子の井戸層よりも厚く、及び／または、第２のサブ層の超格子の障壁層は、第１及び／または第３のサブ層の超格子の障壁層よりも薄い。いくつかの実施形態では、井戸及び／または障壁を構成する半導体のバンドギャップは、第２のサブ層の超格子において、第１及び／または第３のサブ層の超格子と比べて、より低く、井戸はより厚く、及び／または、障壁はより薄い。
上記のすべての場合において、第２のサブ層の超格子の実効バンドギャップは、第１及び第３のサブ層の超格子の実効バンドギャップよりも低くあり得る。超格子の井戸及び障壁はミニバンドを作成することができ、実効バンドギャップは、ミニバンドの効果を含む、超格子全体の光学的かつ電子的特性を反映することができる。第２のサブ層の実効バンドギャップは、第１及び／または第３のサブ層よりも低い。なぜなら、第２のサブ層の超格子は、第１または第３のサブ層の超格子よりも低いバンドギャップ材料及び／またはより高い割合のより低いバンドギャップ材料を有するためである。さらに、第２のサブ層の超格子がより厚い井戸及び／またはより薄い障壁を有する場合において、キャリアは、井戸内に閉じ込められにくくなる。言い換えると、第２のサブ層における超格子ミニバンドは、第１及び第３のサブ層の超格子よりも低いエネルギーで発生し、それにより、第１及び第３のサブ層の超格子と比較して、ミニバンド間の遷移がより低いエネルギーで発生することを可能とし、バンドギャップを効率的に減少させることとなる（そして対象の波長での光吸収を増大させ得る）。
より低いバンドギャップ材料は通常、より効率的にドープされるため（例えば、外因性ドーパントで）、第２のサブ層のより低い実効バンドギャップは、その層が、第１または第３のサブ層よりも高くドープされより高い電気伝導度を有することを可能にすることとなる。しかしながら、より低い実効バンドギャップはまた、第２のサブ層の光吸収（発光波長における）を、第１及び第３のサブ層の光吸収よりも高くし得る。上記と同様の理由により、第２のサブ層のより高い電気伝導度は、デバイスのｎ金属コンタクトと活性層の間の抵抗を減少させることによって、デバイスのターンオン電圧及び駆動電圧を減少することとなる（すなわち、ｎコンタクトから活性層にキャリアを注入することがより容易となることとなる）。本ケースでは、第２のサブ層の厚さが正しく調整されると、第２のサブ層における吸収増加による性能低下は、改良されたキャリア注入によって相殺され得、そして予想外に、デバイス全体の出力電力は、第２のサブ層が第１及び第３のサブ層と同じ実効バンドギャップを有する構造体と比較してほぼ同じまたは改良さえされ得る。
図１は、従来の半導体発光構造体１００の簡略図である。構造体１００は、基板１１０、バッファ層１２０、ｎコンタクト層１３０、活性層１４０、任意層１５０、及びｐコンタクト層１６０を含む。任意層１５０は、場合によっては電子ブロック層（ＥＢＬ）として構成することができる。ｎ金属１７０は、ｎコンタクト層１３０に接触し、ｐ金属１８０は、ｐコンタクト層１６０に接触する。金属コンタクト１７０と１８０の間に外部バイアスを印加することができ、それにより、活性層１４０は、例えばＵＶＣ波長帯域で光を放出することができる。ｎ金属１７０が接触することになるｎコンタクト層１３０を露出させるために、エッチングプロセスを使用してｎコンタクト層１３０を部分的にエッチングし、メサ構造体を生成する。ｎコンタクト層１３０がエッチングによって露出された後、ｎ金属１７０をｎコンタクト層１３０上に堆積させることができる。構造体１００において、ｎ金属及びｐ金属は、基板１１０とは反対側の、構造体１００の表面の大部分を覆い、したがって、構造体１００は、デバイスのエッジから光を放出することができ、または、ｎコンタクト層１３０、バッファ層１２０、及び基板１１０を通して光を放出することができる。上述のように、構造体のｎ側を通して光を放出する従来の構造では、ｎコンタクト層１３０は、通常、放出光の光吸収が低い、ワイドバンドギャップ材料であり、ワイドバンドギャップのために、通常、相対的に高い電気抵抗も有する。結果として、そのような従来のＵＶＣ ＬＥＤは、高いターンオン電圧及び駆動電圧を含む低い性能に悩まされる。
図２は、いくつかの実施形態による、埋め込みｎコンタクト層（すなわち、第２のサブ層）２３０ｂを組み込んだ半導体発光構造体２００の簡略図である。構造体２００は、基板２１０、バッファ層２２０、ドープ層のセット２３０（第１のサブ層２３０ａ、第２のサブ層２３０ｂ、及び第３のサブ層２３０ｃを含む）、活性層２４０、ＥＢＬ２５０、及びｐコンタクト層２６０を含む。いくつかの実施形態では、バッファ層２２０、ドープ層のセット２３０、活性層２４０、ＥＢＬ２５０、及びｐコンタクト層２６０はすべて半導体材料を備え、半導体材料は、異なる層間で変わり得る。いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０、第１のサブ層２３０ａ、第２のサブ層２３０ｂ、及び第３のサブ層２３０ｃはすべて、ドープｎ型である。いくつかの実施形態では、第２のサブ層２３０ｂは、ドープｎ型であり（例えば、Ｓｉのような外因性ドーパントを使用して）、第１のサブ層２３０ａ及び／または第３のサブ層２３０ｃは、意図的にドープされていない（すなわち、外因性ドーパントは意図的に添加されていないが、場合によってドーパントとして作用し得る不純物が意図せず添加され得る）。構造体はエッチングされて、第２のサブ層２３０ｂが露出されｎ金属２７０が第２のサブ層２３０ｂと接触し得るメサ構造体を形成する。したがって、サブ層２３０ｂは、ｎコンタクト層と呼ぶことができる。ｐ金属２８０は、ｐコンタクト層２６０に接触する。構造体２００は、外部バイアスがｎ金属２７０コンタクトとｐ金属２８０コンタクトの間に印加されると、例えばＵＶＣ波長帯域においてまたは３００ｎｍ未満の波長で光を放出することができる。この場合、光は、活性層２４０から放出され、構造体２００から放出される前に、ドープ層のセット２３０、バッファ層２２０、及び基板２１０を通過する。上述のように、いくつかの実施形態では、サブ層２３０ｂは、サブ層２３０ａ及び２３０ｃよりも高い電気伝導度を有する（例えば、より高いドーピング密度により）。一部の実施形態では、サブ層２３０ｂのシート抵抗は、１０，０００オーム/スクエア未満、または１０００オーム/スクエア未満、または１０オーム/スクエアから１０００オーム/スクエア、または１０オーム/スクエアから１００００オーム/スクエアであり得る。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ｂのシート抵抗は、サブ層２３０ａ及び／または２３０ｃのシート抵抗よりも約１０倍、約１００倍、約１０００倍、または約１０，０００倍高くあり得る。埋め込みｎコンタクト層の伝導度は、使用される材料に応じて変わり得る（例えば、上に挙げた値よりも高くまたは低く）。例えば、中程度の導電度（例えば、約１０００オーム/スクエアを超えるまたは約１０，０００オーム／スクエアを超えるシート抵抗）の埋め込みｎコンタクト層を、非常に抵抗性の高い（例えば、約１０，０００オーム/スクエアを超えるまたは約１００，０００オーム／スクエアを超えるシート抵抗）ｎコンタクト層材料を有する従来の構造体に加えることは、有益であり得る。さらに、場合によっては、サブ層２３０ｂは、サブ層２３０ａ及び２３０ｃと比較して、活性層２４０によって放出される波長でのより高い光吸収を有する。
いくつかの実施形態では、サブ層２３０ａ及び２３０ｂは、サブ層２３０ｂ（ｎコンタクト層）がバッファ層２２０に隣接しサブ層２３０ａがサブ層２３０ｂと２３０ｃの間にあるように、位置を入れ替えることができる。場合によっては、層２３０ａを、構造体２００から省略することができる。そのような場合、構造体は、バッファ層２２０、その後にｎコンタクト層２３０ｂ、サブ層２３０ｃ、及び活性層２４０が続くように含むこととなる。場合によっては、層２３０ｃを、構造体２００から省略することができる。そのような場合、構造体は、バッファ層２２０、その後にサブ層２３０ａ、ｎコンタクト層２３０ｂ、及び活性層２４０が続くように含むこととなる。いくつかの実施形態では、第１及び第３のサブ層２３０ａ及び２３０ｃは、同じ組成、厚さ、及び／または構造（多層または超格子のサブ層の場合）を有し、一方、いくつかの実施形態では、第１及び第３のサブ層２３０ａ及び２３０ｃは、互いと異なる組成、厚さ、及び／または構造（多層または超格子のサブ層の場合）を有する。
ｎ金属２７０は、ｎコンタクト層２３０ｂの上面（すなわち、基板の反対側の、層２３０ｂの表面）と接触し得、または、サブ層２３０ｂは、部分的にエッチング除去され得ｎ金属がサブ層２３０ｂの内部と接触し得る。サブ層２３０ｂが超格子を含む実施形態では、ｎ金属２７０は、サブ層２３０ｂの超格子の井戸または障壁と接触し得る。いくつかの実施形態では、ｎ金属２７０は、サブ層２３０ｂの超格子内の層と接触して、サブ層２３０ｂの超格子内の高くドープされた井戸層と接触することによって、可能な限り最小のショットキーｎ障壁を生成する。一部の実施形態では、サブ層２３０ｂは、超格子を含み、超格子の井戸は非常に薄く（例えば、約１モノレイヤ（ＭＬ）厚さ、または１ＭＬ未満の厚さ）、サブ層２３０ｂを露出させるために使用されるエッチングプロセスは、サブ層２３０ｂをわずかに異なる深さまでエッチングして、サブ層２３０ｂの露出面をわずかに粗く、でこぼこに、または不均一にする。そのような場合、ｎ金属は、サブ層２３０ｂの超格子内の異なる横方向（すなわち、基板表面と平行）の位置で、井戸及び障壁の両方と接触することが可能であり得る。
この開示全体にわたって、分数モノレイヤ、すなわち１ＭＬ未満の厚さを有する層、または分数ＭＬ（例えば、１．５ＭＬ）に等しい厚さを有する層が記載される。厚さが１ＭＬ未満の、半導体の分数ＭＬは、半導体の３次元の島を含み得、したがって、層は不連続であり得る。例えば、両側がＡｌＮ障壁によって囲まれた厚さ１ＭＬ未満のＧａＮ井戸層は、ＡｌＮによって囲まれたＧａＮの３次元の島を含み得る。厚さが１ＭＬより大きい分数ＭＬは、整数のＭＬを含む第１の層と、厚さが１ＭＬ未満の第２の分数ＭＬ層の連結によって記述することができ、厚さが１ＭＬ未満の第２の分数ＭＬ層は、上記の特性を有する。
場合によっては、超格子（例えば、短周期超格子（ＳＰＳＬ））は、ＡｌＮとＧａＮの交互層を含むものであり、三元ＡｌＧａＮ層を含むものではなく、ＡｌＮ及び／またはＧａＮ層は、それぞれ、１ＭＬ未満のＡｌＮ及び／またはＧａＮを含む。したがって、そのような層の一部の領域（またはナノ領域）には、混合化合物ＡｌｘＧａ１－ｘＮがまだ存在し得る。同様に、場合によっては、超格子は、ＧａＮ層及びＡｌＮ層のみを有し得、ＡｌＮ層及び／またはＧａＮ層の厚さは、非整数のＭＬである。そのような場合、層の一部の領域（またはナノ領域）には、混合化合物ＡｌｘＧａ１－ｘＮが超格子内にまだ存在し得る。
基板２１０は、サファイア、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、シリコン、またはダイヤモンドなどの多くの異なる材料であり得る。いくつかの実施形態では、基板２１０は、活性層２４０から放出される光に対して低い吸収係数を有し、及び／または、エピタキシャル構造体２００の他の層を形成する材料と同様の格子定数を有する。いくつかの実施形態では、基板は、対象の波長の光を著しく吸収し、基板は、デバイス処理中に薄くされるかまたは除去される。場合によっては、活性層２４０から放出された光が構造体から逃げるための窓を形成するために、基板は局所的に薄くされる。
いくつかの実施形態では、バッファ層２２０は、５０ｎｍから１０００ｎｍの厚さ、または５０ｎｍから５０００ｎｍの厚さであり、活性層２４０から放出される光に対して低い吸収係数及びエピタキシャル構造体２００の他の層を形成する材料と同様の格子定数を有する半導体材料から構成される。バッファ層２２０に使用することができる材料のいくつかの例は、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮである。バッファ層２２０は、様々な実施形態において、単層、複数層、または超格子であり得る。
いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０は、ドープｎ型である半導体エピタキシャル層を含む。ドープ層のセット２３０用の材料のいくつかの例は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮである。ドープ層のセット２３０におけるサブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃの各々は、層及び全体構造に応じて、約１０ｎｍ未満から３０００ｎｍ、または約１０ｎｍ未満から１０００ｎｍ、または１００ｎｍから１０００ｎｍ、または１０ｎｍから３００ｎｍ、または１０ｎｍから１００ｎｍ、または約５０ｎｍ、または５０ｎｍ未満の厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ａは、活性層２４０の材料品質を向上させるために、１００ｎｍを超える厚さである。例えば、厚い（例えば、１００ｎｍよりも大きい、または１００ｎｍから５００ｎｍ、または１００ｎｍから１０００ｎｍ）サブ層２３０ａは、貫通転位が活性層２４０に到達してデバイス性能を劣化することが可能となる前に、貫通転位を除去することができる。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ｃは、歪み整合を向上させ電子を活性層２４０により良く閉じ込めるのに適した厚さ及び自然格子定数（すなわち、緩和したまたは歪みのない格子定数）を有する。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ａ及び２３０ｃのバンドギャップまたは実効バンドギャップは、サブ層２３０ｂのバンドギャップまたは実効バンドギャップよりも広く、サブ層２３０ｂが、活性層２４０から放出される光をより多く吸収するようにする。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ａ及び２３０ｃのドーピング密度は、サブ層２３０ｂのドーピング密度よりも低く、サブ層２３０ｂが、より高い電気伝導度を有するようにする。サブ層２３０ｂのより高い電気伝導度はまた、外因性ドーパントからのドーピング密度とは無関係の理由にもより得る。例えば、サブ層２３０ｂの電気伝導度は、サブ層の分極ドーピング、自由キャリア移動度、もしくは他の材料特性により、またはサブ層の構造及び／または寸法により、２３０ａ及び２３０ｃの電気伝導度よりも高くあり得る。ドープ層のセット２３０の異なる構成について、以下でさらに論じる。
いくつかの実施形態では、活性層２４０は、光を放出するように構成された半導体材料を含む。いくつかの実施形態では、活性層２４０は、（例えば、量子井戸構造、超格子、または短周期超格子（ＳＰＳＬ）において）よりワイドなバンドギャップ障壁によって囲まれた１つまたは複数のよりナローなバンドギャップ井戸を含み得、ここで、井戸及び障壁のバンドギャップ及び厚さは、３００ｎｍ未満の波長（例えば、ＵＶＣ帯域において）の光を放出するように選択される。活性層２４０の井戸及び／または障壁の材料のいくつかの例は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮである。活性層は、例えば、約１０ｎｍ未満から１０００ｎｍ、または１０ｎｍから１００ｎｍまで、または約５０ｎｍの厚さを有し得る。いくつかの実施形態では、活性層２４０に超格子（またはＳＰＳＬ）を使用することは、構造体からの光放出及び／または光抽出の効率において有益であり得る。
いくつかの実施形態では、ＥＢＬ２５０は、電子が活性層２４０を出てｐコンタクト層２６０に入るのをブロックするように構成されたワイドバンドギャップ半導体材料を含む。場合によっては、ＥＢＬ層２５０は、外因的にドープされたｐ型であり得る。場合によっては、ＥＢＬ２５０はドープされていないか、または、分極ドーピングなどの機構を介してドープされ得る。ＥＢＬ２５０は、活性層２４０内に電子を閉じ込めるように構成された伝導バンドオフセットを有する単層を含み得、または、複数の層を含み得る。いくつかの実施形態では、ＥＢＬは、井戸及び障壁を有するチャープＳＰＳＬであり、井戸及び／または障壁の厚さは、ＥＢＬ２５０全体にわたって変化する。例えば、井戸の厚さは、活性層２４０に隣接するより薄い厚さ（例えば、１ＭＬ未満、約０．５ＭＬ、または約０．２５ＭＬ）からｐコンタクト層２６０に隣接するより高い厚さ（例えば、５ＭＬを超える、または約１０ＭＬ）まで直線的に変化し得る。障壁の厚さは、ＥＢＬ層２５０全体にわたって一定であり得、または、変化もし得る。ＥＢＬ２５０は、変わりゆく井戸層の厚さ、変わりゆく障壁層の厚さ、または層を通して変わりゆく井戸層及び障壁層の厚さを備えるｐ型チャープ超格子であり得る。ＥＢＬ層の厚さは、例えば、５ｎｍから５０ｎｍ、または約２０ｎｍであり得る。
長波長ＬＥＤ用のチャープＥＢＬを含むＥＢＬは、国際特許出願公開番号第ＷＯ２０１９／１９３４８７号により完全に記載され、その全体は参照により本明細書に援用される。
いくつかの実施形態では、ｐコンタクト層２６０は、ｐ金属と活性層２４０の間の低い接触抵抗を可能にする高導電度を有する材料である。ｐコンタクト層は、ナローバンドギャップ材料（例えば、高い電気伝導度を提供するため）またはワイドバンドギャップ材料（例えば、活性層２４０から放出される光の二次吸収を低減するため）であり得る。いくつかの実施形態では、ｐコンタクト層材料は、構造体から放出される光の波長に対して低抵抗接触そして低吸収係数も提供するバンドギャップを有する。ｐコンタクト層２６０の材料のいくつかの例は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、及びＩｎＡｌＧａＮである。ｐコンタクト層２６０は、Ｍｇなどのｐ型ドーパントでドープされる。ｐコンタクト層の厚さは、例えば、１０ｎｍから１００ｎｍ、または約４０ｎｍであり得る。場合によっては、ｐコンタクト層２６０は、超格子、例えば、ＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁またはＡｌＧａＮ井戸及び障壁を有するＳＰＳＬであり得る。場合によっては、ｐコンタクト層２６０は、例えば、層全体でＡｌｘＧａ１－ｘＮの第１の組成から第２の組成までの傾斜組成を有し得る。
ｎ金属２７０及びｐ金属２８０は、それぞれｎコンタクト層２３０ｂ及びｐコンタクト層２６０へのオーミックコンタクトを形成する金属の任意の組み合わせを含み得る。ｎ金属及び／またはｐ金属に使用することができる材料のいくつかの例は、Ｔｉ、Ａｌ、Ｔａ、及びＮｉである。例えば、ｎ金属及びｐ金属は、ｎコンタクト層２３０ｂまたはｐコンタクト層２６０に隣接するＴｉの層と、それに続くＡｌの層を含み得る。場合によっては、ｎ金属及びｐ金属コンタクト層は各々、ｎコンタクト層２３０ｂまたはｐコンタクト層２６０上に堆積された１ｎｍから１０ｎｍ（または約２ｎｍ）のＴｉと、それに続く２０ｎｍから４００ｎｍのＡｌを含む。ｎ金属２７０とｐ金属２８０の合計厚さは、約２０ｎｍから約４００ｎｍまでであり得る。
いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０（サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃを含む）、活性層２４０、ＥＢＬ２５０、及び任意選択的なｐコンタクト層２６０は、全体が、ＧａＮ井戸とＡｌＮ障壁の交互対からなるＳＰＳＬで構成される。そのような場合、井戸及び／または障壁の厚さは、層２３０、２４０、２５０、及び２６０の各々の実効バンドギャップを調整するように調整することができる。
いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０（サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃを含む）、活性層２４０、ＥＢＬ２５０、そしてｐコンタクト層２６０は、全体が、ＳＰＳＬから構成され、ＳＰＳＬの複数の単位セルの各々の平均合金含有量（すなわち、ＳＰＳＬの繰り返し単位、例えばＧａＮ／ＡｌＮ）は、成長方向に沿って一定であるまたは一定ではない。いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０（サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃを含む）ならびに活性層２４０は、全体が、ＳＰＳＬから構成され、ＳＰＳＬの複数の単位セルの各々の平均合金含有量（すなわち、ＳＰＳＬの繰り返し単位、例えばＧａＮ／ＡｌＮ）は、成長方向に沿って一定であるまたは一定ではない。厚さｔＧａＮのＧａＮ層と厚さｔＡｌＮのＡｌＮ層などの２つの組成物を含む単純な単位セルの平均合金含有量は、ｘａｖｅ＝ｔＡｌＮ／（ｔＡｌＮ＋ｔＧａＮ）で与えられ、ここで、ｘａｖｅは、単位セルにおける対の有効なＡｌ割合を表す。代替実施形態では、ＳＰＳＬの単位セルは、３つ以上のＡｌｘＧａ１－ｘＮ組成物を含み得、そのような実施形態では、有効合金含有量を同様に決定することができる。二元、三元、及び四元材料を含む他の層組成物の平均合金含有量は、１つまたは複数の元素成分にしたがって定義することができる。例えば、層２３０、２４０、２５０、及び２６０は、ＡｌＮ／ＡｌｘＧａ１－ｘＮ／ＧａＮまたはＡｌＮ／ＡｌｘＧａ１－ｘＮ／ＡｌｙＩｎｚＧａ１－ｙ－ｚＮの３層を備える３層単位セルを有するＳＰＳＬを含み得、これら単位セル中の平均合金含有量（例えば、Ａｌ割合）も決定することができる。一定の平均合金含有量を維持することで、異なる超格子の単位セルの実効面内格子定数の格子整合が可能になる（例えば、層２３０、２４０、２５０、及び／または２６０において）。いくつかの実施形態では、半導体構造体全体にわたって、互いと隣接する単位セルは、実質的に同じ平均合金含有量を有する。いくつかの実施形態では、複数の単位セルの各々の平均合金含有量は、半導体構造体２００の大部分において一定である。
ドープ層のセット２３０は、異なる構成を有し得る。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃはすべて単層（例えば、半導体材料の単層）であり、第２のサブ層２３０ｂのバンドギャップは、第１のサブ層２３０ａ及び／または第３のサブ層２３０ｃのバンドギャップよりも低い。他の場合では、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃはすべて超格子（例えば、第１の半導体材料の井戸及び第２の半導体材料の障壁を含む超格子）であり、第２のサブ層の超格子の実効バンドギャップは、第１のサブ層２３０ａの超格子及び／または第３のサブ層２３０ｃ超格子の実効バンドギャップより低い。さらに他の場合では、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃのうちの１つまたは２つは単層であり、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃのうちの１つまたは２つは超格子を含み、第２のサブ層のバンドギャップまたは実効バンドギャップは、第１のサブ層２３０ａ及び／または第３のサブ層２３０ｃのバンドギャップまたは実効バンドギャップよりも低い。サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃの各々は、バンドギャップ、または超格子の場合には実効バンドギャップを有し得、それはサブ層全体にわたって一定であるかまたはサブ層全体にわたって変化し得る。サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃの各々は、組成物、または超格子の場合には各単位セル（例えば、井戸／障壁の対）の平均組成を有し得、それは、サブ層全体にわたって一定であるかまたはサブ層全体にわたって変化し得る。例えば、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び／または２３０ｃの各々の超格子内の井戸及び／または障壁の厚さは、一定であり得、または、サブ層の厚さを通して変化し得る。
サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃの厚さ（すなわち、基板２１０表面に垂直な成長方向における）は、すべて同じであっても、または互いに異なっていてもよい。サブ層２３０ａは、１０ｎｍから３０００ｎｍ、または１０ｎｍから１０００ｎｍ、または１００ｎｍから５００ｎｍ、または約４００ｎｍの厚さを有し得る。サブ層２３０ｂ（すなわち、ｎコンタクト層２３０ｂ）は、材料系に応じて、１０ｎｍ未満から１００ｎｍ、または約５０ｎｍの厚さを有し得る。サブ層２３０ｃは、活性層２４０に隣接し、１０ｎｍ未満から１００ｎｍ、または約５０ｎｍの厚さを有し得る。例えば、サブ層２３０ａは、サブ層２３０ｂ及び２３０ｃよりも厚くあり得、サブ層２３０ａは、約４００ｎｍの厚さであり得る。サブ層２３０ｃは、構造体における歪み整合を向上させ、電子を活性領域に閉じ込めるのを助けることができ（例えば、バンドギャップまたは実効バンドギャップは通常、サブ層２３０ｂよりも大きいため）、したがって、５０ｎｍ未満の厚さを有し得る。サブ層２３０ｂの厚さは、層の抵抗及び光吸収を支配するので重要である。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ｂは、サブ層２３０ａ及び／または２３０ｃよりも薄くあり得、約１０ｎｍから約１００ｎｍ、または約２０ｎｍから約１００ｎｍの厚さを有し得る。サブ層２３０ｂの厚さは、上記のように、ターンオン電圧及び／または駆動電圧を、構造体から放出される出力電力とトレードオフするように調整することができる。
図３は、いくつかの実施形態による、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃを含むドープ層のセット２３０の例の簡略図を示す。この例では、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び２３０ｃはすべて超格子である。サブ層２３０ａの超格子は、井戸３１０と障壁３１５の繰り返し対を含み、サブ層２３０ｂの超格子は、井戸３２０と障壁３２５の繰り返し対を含み、サブ層２３０ｃの超格子は、井戸３３０と障壁３３５の繰り返し対を含む。サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び／または２３０ｃ内の井戸と障壁の繰り返し対（すなわち、繰り返し単位）の数は、小さいもの（例えば、薄い層については約１０の繰り返し単位）から大きいもの（例えば、より厚い層については約１０００の繰り返し単位またはそれ以上）まであり得る。例えば、サブ層２３０ａ、２３０ｂ、及び／または２３０ｃは、約１０から約１０００まで、または約１０から約２００まで、または約１０から約１００までの繰り返し単位を含み得る。いくつかの実施形態では、サブ層２３０ｂの超格子の井戸３２０及び障壁３２５は、サブ層２３０ａ及び２３０ｃの超格子の井戸３１０及び３３０ならびに障壁３１５及び３３５と異なる組成であり及び／または厚さである。
図３は、サブ層の超格子の各々において、井戸３１０、３２０、及び３３０ならびに障壁３１５、３２５、及び３３５の多くの繰り返し対が存在し得ることを示している。さらに、サブ層の超格子の各々は、井戸または障壁のいずれかで開始かつ終了することができる。しかしながら、いくつかの実施形態では、隣接する超格子間に、互いに隣接する井戸または障壁が存在することはできない。言い換えれば、いくつかの実施形態では、隣接する超格子の井戸３１０及び３２０は、それらの間に障壁（３１５または３２５のいずれか）を有し、隣接する超格子の井戸３２０及び３３０は、それらの間に障壁（３２５または３３５のいずれか）を有する。同様に、いくつかの実施形態では、隣接する超格子の障壁３１５及び３２５は、それらの間に井戸（３１０または３２０のいずれか）を有し、隣接する超格子の障壁３２５及び３３５は、それらの間に井戸（３２０または３３０のいずれか）を有することとなる。
井戸３１０、３２０、及び３３０ならびに障壁３１５、３２５、及び３３５の厚さは、これらの層（及び構造体２００の他の層）に使用される材料に応じて変えることができる。いくつかの実施形態では、井戸３１０、３２０、及び３３０は、０．１ＭＬから１０ＭＬ、または０．１ＭＬから４ＭＬであり得、障壁は、２ＭＬから２０ＭＬであり得る。
いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０は、井戸３１０、３２０、及び３３０及び／または障壁３１５、３２５、及び３３５を形成するのに、異なる組成のＡｌｘＧａ１－ｘＮ（ここで、ｘは０から１であり得る）を含む。例えば、井戸３２０は、井戸３１０及び３３０よりも低いＡｌ含有量を有するＡｌｘＧａ１－ｘＮとすることができる。この場合、サブ層２３０ｂは、井戸３２０のＡｌ割合が低いため、サブ層２３０ａ及び２３０ｃよりも低い実効バンドギャップを有することになる。サブ層２３０ｂ内の井戸３２０のより低いＡｌ含有量は、その層が、第１のサブ層２３０ａ及び第３のサブ層２３０ｃよりも、より高く（例えば、Ｓｉなどの外因性ドーパントで）ドープされ、より高い電気伝導度を有することを可能とする。しかしながら、より低いＡｌ含有量によって引き起こされるサブ層２３０ｂの減少された実効バンドギャップはまた、サブ層２３０ａ及びサブ層２３０ｃと比較して、サブ層２３０ｂの光吸収を増加させ得る。この例では、サブ層２３０ｂの井戸３２０の組成及びサブ層２３０ｂの総厚を調整することによって、サブ層２３０ｂにおける吸収増加による性能低下は、向上されたキャリア注入によって相殺され得、構造体から放出される光の全体出力電力は、サブ層２３０ｂの井戸３２０が第１のサブ層２３０ａ及び第３のサブ層２３０ｃの井戸３１０及び３３０と同じＡｌ含有量を有する構造体と比較してほぼ同じでまたは改良さえされ得る。
いくつかの実施形態では、ドープ層のセット２３０は、井戸３１０、３２０、及び３３０及び／または障壁３１５、３２５、及び３３５の異なる厚さ（すなわち、基板２１０表面に垂直な成長方向において）を含む。例えば、井戸３２０は、井戸３１０及び３３０より厚くあり得る。別の例では、井戸３２０は、井戸３１０及び３３０より厚くあり得、障壁３２５は、障壁３１５及び３３５より薄くあり得る。別の例では、井戸３２０は、井戸３１０及び３３０と同じ厚さであり得、障壁３２５は、障壁３１５及び３３５より薄くあり得る。これらすべての場合において、サブ層２３０ｂは、上述のように、より厚い井戸３２０及び／またはより薄い障壁３２５により、サブ層２３０ａ及び２３０ｃよりも低い実効バンドギャップを有し、サブ層２３０ｂの井戸内のキャリアの閉じ込めを低減することとなる。サブ層２３０ｂのより低い実効バンドギャップは、その層が、第１のサブ層２３０ａ及び第３のサブ層２３０ｃよりも、より高く（例えば、Ｓｉなどの外因性ドーパントで）ドープされ、より高い電気伝導度を有することを可能とすることとなる。しかしながら、サブ層２３０ｂの減少された実効バンドギャップはまた、サブ層２３０ａ及びサブ層２３０ｃと比較して、サブ層２３０ｂの光吸収（活性層２４０によって放出される波長における）を増加させ得る。この例では、サブ層２３０ｂの井戸３２０及び／または障壁３２５の厚さならびにサブ層２３０ｂの総厚を調整することによって、サブ層２３０ｂにおける吸収増加による性能低下は、改良されたキャリア注入によって相殺され得、構造体から放出される光の全体的出力電力は、サブ層２３０ｂの井戸３２０及び／または障壁３２５が第１のサブ層２３０ａ及び第３のサブ層２３０ｃの井戸３１０及び３３０及び／または障壁３１５及び３３５と同じ厚さを有する構造体と比較して、ほぼ同じまたは改良さえされ得る。
いくつかの実施形態では、サブ２３０ｂの井戸３２０及び／または障壁３２５の組成及び厚さの両方は、サブ層２３０ａ及び２３０ｃの井戸３１０及び３３０ならびに障壁３１５及び３３５とは異なる。この場合、サブ層２３０ｂの実効バンドギャップは、サブ層２３０ａ及び２３０ｃの井戸３１０及び３３０及び／または障壁３１５及び３３５と比較して、井戸３２０及び／または障壁３２５のより低いバンドギャップ組成とより厚い井戸３２０及び／またはより薄い障壁３２５の組み合わせにより、サブ層２３０ａ及び２３０ｃの実効バンドギャップより低くされ得る。場合によっては、サブ層２３０ｂの井戸３２０を構成する材料の組成は、井戸３２０を構成する材料のバルクバンドギャップが増加するように変化し得、同時に、井戸３２０の厚さは、サブ層２３０ｂの超格子全体の実効バンドギャップが減少し得るように増大し得る。別の場合には、サブ層２３０ｂの井戸３２０を構成する材料の組成は、井戸３２０を構成する材料のバルクバンドギャップが減少するように変化し得、同時に、井戸３２０の厚さは、サブ層２３０ｂの超格子の実効バンドギャップが減少し得るように減少し得る。上記の場合と同様に、サブ層２３０ｂの井戸３２０及び／または障壁３２５の組成及び厚さならびにサブ層２３０ｂの総厚を調整することによって、サブ層２３０ｂにおける吸収増加による性能低下は、改良されたキャリア注入によって相殺され得、構造体から放出される光の全体的な出力電力は、サブ層２３０ｂの井戸３２０及び／または障壁３２５が第１のサブ層２３０ａ及び第３のサブ層２３０ｃの井戸３１０及び３３０及び／または障壁３１５及び３３５と同じ組成及び厚さを有する構造体と比較してほぼ同じまたは改良さえされ得る。
いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体（例えば、図２の構造体２００と同様の構造体を有する）は、３００ｎｍ未満、または２００ｎｍから３００ｎｍの波長を有する非コヒーレント光を放出する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、０．１％から９０％の総ウォールプラグ効率（すなわち、消費された電気入力電力に対する光出力電力の比率）を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、０．１ｍＷから１Ｗの総出力電力を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、３Ｖから１０Ｖ、または３Ｖから２０Ｖのターンオン電圧及び／または動作電圧を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、埋め込みｎコンタクト層を組み込まない同様のＬＥＤ構造体の動作電圧の６０％未満、または５０％未満、または４０％未満、または３５％未満、または３０％未満である動作電圧を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、埋め込みｎコンタクト層を組み込まない同様のＬＥＤ構造体のターンオン電圧の６０％未満、または５０％未満、または４０％未満、または３５％未満、または３０％未満であるターンオン電圧を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、埋め込みｎコンタクト層を組み込まない同様のＬＥＤ構造体の出力電力と比較して、１００％より大きく、または８０％より大きく、または６０％より大きく、または４０％より大きく、または２０％より大きく、または１０％より大きく向上された出力電力を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体は、埋め込みｎコンタクト層を組み込まない同様のＬＥＤ構造体のＷＰＥと比較して、１０００％より大きく、７５０％より大きく、または５００％より大きく、または４００％より大きく、または３００％より大きく、または２００％より大きく、または１００％より大きく、または５０％より大きく向上されたウォールプラグ効率（ＷＰＥ）を有する。いくつかの実施形態では、本明細書に記載のＬＥＤ構造体の出力電力は、埋め込みｎコンタクト層を組み込まない同様のＬＥＤ構造体の出力電力とほぼ同じか、それよりも小さい出力電力を有するが、構造体のＷＰＥは、動作電圧の向上により、向上される。
図４Ａ及び４Ｂは、ＭＢＥを使用して製造されたエピタキシャル層、ドライエッチングを使用してエッチングされたメサ、及び蒸着によって堆積された金属接点を有する、それぞれ２つのＵＶＣ ＬＥＤ構造体４０１及び４０２の簡略図を示す。図４Ａ及び４Ｂは両方とも、基板４１０、バッファ層４２０、活性層４４０、ＥＢＬ層４５０、ｐコンタクト層４６０、ｎ金属４７０、及びｐ金属４８０を含んでいた。しかしながら、図４Ａは、単一のｎコンタクト層４３５を組み込んだベースライン構造体（すなわち、制御構造体）を示し、図４Ｂは、ドープ層のセット４３０を組み込んだ改良された構造を示している。層４３０は、第１のサブ層４３０ａ、第２のサブ層４３０ｂ（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂとして機能する）、及び第３のサブ層４３０ｃを含んでいた。構造体４０１及び４０２は両方とも、構造体のｐ側を通してではなく、基板を通して約２３３ｎｍのＵＶ光を放出する。このことは、放出された光が金属コンタクト４７０及び４８０によって吸収または遮断されることがほとんどないため、有利である。
構造体４０１及び４０２の両方において、基板４１０はサファイアであり、バッファ層４２０は厚さ４００ｎｍのＡｌＮバッファ層であった。両方の構造体４０１及び４０２はまた、同じ活性層４４０を組み込み、これは非ドープ（すなわち、層成長中にドーパントが意図的に添加されなかった）短周期超格子（ＳＰＳＬ）の５０ｎｍ厚の層であった。活性層４４０のＳＰＳＬは、ＧａＮ井戸４４４とＡｌＮ障壁４４２の繰り返し対を含み、ここで、ＧａＮ井戸４４４とＡｌＮ障壁４４２は、構造体４０１と４０２の両方における活性層４４０が約２３３ｎｍの波長を有するＵＶ光を放出するような厚さを有していた。構造体４０１及び４０２の両方のＥＢＬ層４５０は、厚さ２０ｎｍのチャープＳＰＳＬ ＥＢＬであり、それはＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁を含み、ＧａＮ井戸の厚さは層４５０全体で線形に変化した。両方の構造体４０１及び４０２のｐコンタクト層４６０は、十分な正孔を提供するような、Ｍｇでｐドープされた厚さ４０ｎｍのＧａＮ層であった。構造体４０１及び４０２の両方におけるｎ及びｐ金属コンタクト層４７０及び４８０は、Ｔｉ／Ａｌ層であり、それらは、構造体の上層（すなわち、４６０、４５０、４４０、及び４３５または４３０ｃのいずれかの部分）をエッチングすることによってＬＥＤメサ構造が生成された後に堆積された。
構造体４０１のｎコンタクト層４３５は、交互のＧａＮ井戸４３４とＡｌＮ障壁４３２を有する厚さ４００ｎｍのＳＰＳＬであった。この例では、ＧａＮ井戸４３４及びＡｌＮ障壁４３２は、活性層４４０において、それぞれＧａＮ井戸４４４及びＡｌＮ障壁４４２と同じ厚さである。ｎコンタクト層４３５は、Ｓｉでドープされて、層を導電性にした。ｎコンタクト層４３５のシート抵抗は、約５ｘ１０４オーム/スクエアから約２ｘ１０５オーム/スクエアであった。後述するように、ｎコンタクト層４３５を通る比較的高いシート抵抗は、１００ｍＡの電流注入を達成するために必要な比較的高いターンオン電圧及び駆動電圧をもたらした。ｎコンタクト層４３５は、活性層と同じＳＰＳＬ井戸及び障壁の組成及び厚さを有することに留意されたい。しかしながら、ｎコンタクト層４３５は、活性層から有意な量の光を吸収しない。なぜなら、放出エネルギーは、そのようなＳＰＳＬの吸収端のエネルギーよりも高いからである。
構造体４０２内のドープ層のセット４３０は、３つのＳＰＳＬサブ層：４００ｎｍ厚のＳＰＳＬサブ層４３０ａ、５０ｎｍ厚のサブ層４３０ｂ（すなわち、ｎコンタクト層４３０ｂ）、及び３０ｎｍ厚のＳＰＳＬサブ層４３０ｃを含み、各々は、ＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁を含む。ドープ層のセット４３０も、すべてＳｉでドープされたｎ型である。改良された構造体４０２では、ｎコンタクト層４３０ｂは、サブ層４３０ａ及び４３０ｃの井戸及び障壁の厚さと比較して、ＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁の厚さを変えることによって、より導電的になされた。層４３０ａ及び４３０ｃでは、ＧａＮ井戸４３４の厚さ及びＡｌＮ障壁４３２の厚さは、図４Ａのｎコンタクト層４３５のものと同じであった。しかしながら、層４３０ｂでは、ＧａＮ井戸４３８の厚さは、図４Ｂの層４３０ａ及び４３０ｃ（及び図４Ａにおける４３５）におけるＧａＮ井戸４３４の厚さよりも約４倍厚かった。ＡｌＮ障壁４３６の厚さは、図４Ｂの層４３０ａ及び４３０ｃ（図４Ａの４３５）におけるＡｌＮ障壁４３２の厚さの約半分であった。サブ層４３０ａ及び４３０ｃの厚さと比較して、サブ層４３０ｂのＧａＮ井戸４３８の厚さはより広く、ＡｌＮ障壁４３６の厚さはより狭いため、サブ層４３０ｂは、サブ層４３０ａ及び４３０ｃよりも導電性が高くなることを可能とする。サブ層４３０ｂのシート抵抗は、約１００オーム/スクエアから約３００オーム/スクエアであり、またはサブ層４３０ａ及び４３０ｃよりも約２から３桁高い導電性を有した。
構造体４０１のｎコンタクト層４３５の設計と比較して構造体４０２のｎコンタクト層４３０ｂの改良された設計は、以下に説明するように、１００ｍＡの電流注入を達成するために必要なターンオン電圧及び駆動電圧を大幅に減少させた。しかし、構造体４０１のｎコンタクト層４３５のものと比較して構造体４０２のｎコンタクト層４３０ｂのより広い井戸４３８及びより狭い障壁４３６により、次のデータに示すように、ｎコンタクト層４３０ｂは、活性層４４０から放出された光のかなりの量を吸収した。驚くべきことに、次のデータに示すように、構造体４０２からの出力電力も、構造体４０１の出力電力と比較して改良された。理論面で制限されるものではないが、ｎコンタクト層４３０ｂの厚さ、ならびに層内のＧａＮ井戸４３８及びＡｌＮ障壁４３６の厚さが、以下でさらに論じるように、ｎコンタクト層４３０ｂの低減された抵抗が、層内の吸収が出力電力を低下させる以上に改良するように調整されたことによって、出力電力は改良された場合がある。換言すれば、サブ層４３０ｂが活性層からの光を吸収したとしても、ｎコンタクト層４３０ｂの改良された構造体が、４０１のそれらと比べて、ターンオン電圧、動作中の駆動電圧、及び構造体４０２からの電力出力を改良した。
図５Ａは、各々が図４Ｂのｎコンタクト層４３０ｂと同じ構造を有する（すなわち、ＧａＮ井戸４３８及びＡｌＮ障壁４３６を有する）、異なる総厚のＳＰＳＬからの吸収スペクトル５１０の測定値を示す。厚さ４０５ｎｍのＳＰＳＬを、厚いＡｌＮバッファ層を備えたサファイア基板上に成長させた。厚いＳＰＳＬを順次測定し、エッチングによって薄くし、再度測定して、７つの吸収スペクトル５１０を生成した。図５Ａのプロットのｙ軸は、吸収率であり、ｘ軸は、ｎｍ単位の波長である。吸収スペクトル５１０を生成したＳＰＳＬサンプルの厚さは、７１ｎｍ、９７ｎｍ、１５１ｎｍ、２５３ｎｍ、３０１ｎｍ、３５２ｎｍ、及び４０５ｎｍであった。矢印５２０で示されるように、２３３ｎｍでのより厚いＳＰＳＬ層の吸収はより高かった。図５Ａはまた、３つの異なる厚さのＡｌＮ層の吸収スペクトル５３０も示しており、これは、ＡｌＮ層（吸収スペクトル５１０を生成するために測定されたＳＰＳＬで使用されたものと同様の厚さを有する）が２３３ｎｍの光の約１０％を吸収することを示している。図５Ａはまた、サファイア基板の吸収データ５４０も示しており、これは、基板が２３３ｎｍで最小量の光を吸収することを示している。
図５Ｂは、波長２３３ｎｍにおける図５Ａで測定されたＳＰＳＬの吸収データ５５０、及び、厚さの関数としての吸収データの多項式適合５５５を示す。図５Ｂのプロットのｙ軸は、ＳＰＳＬの吸収率であり、ｘ軸は、ｎｍ単位のＳＰＳＬの厚さである。ＳＰＳＬのみの吸収である吸収データ５５０を得るために、厚いＡｌＮ層（すなわち、２３３ｎｍで約１０％）及び基板からの吸収は、図５Ａに示される２３３ｎｍでの実験的吸収データから除去された。図５Ｂは、そのようなＳＰＳＬの推定吸収が、３００ｎｍのＳＰＳＬ厚さでの約７０％吸収から５０ｎｍのＳＰＳＬ厚さに伴う約３０％吸収まで低減され得ることを示す。
図６Ａ～６Ｅは、構造体４０１及び４０２からの実験データを示し、駆動電圧の低減及び出力電力の改良における埋め込みｎコンタクト層４３０ｂの効果を示す。テストされた構造体の横方向寸法（すなわち、基板の表面に平行な）は、９３０ミクロン×９３０ミクロンであった。
図６Ａは、構造体４０１及び４０２からの発光スペクトルを示し、３つの構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）からの３つのスペクトル６１０及び３つの構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）からの３つのスペクトル６２０を含む。ｙ軸は、Ｗ／ｎｍの単位のスペクトルフラックスであり、ｘ軸は、ｎｍ単位の波長である。スペクトル６１０及び６２０はすべて、同様のピーク発光波長を有する。驚くべきことに、構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）からのスペクトル６２０は、構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）からのスペクトル６１０と比較して、より高い出力強度を示す。
図６Ｂは、３つの構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）からの出力電力６３０及び３つの構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）からの出力電力６３５を示す。ｙ軸は、ｍＷ単位の出力電力であり、ｘ軸は、構造体がテストされたウェハ上の位置のｍｍ単位の半径である。このプロットは、より高い伝導度を有する埋め込みコンタクト層のみならずより高い光吸収の、ＵＶＣ ＬＥＤ構造体への組み込みにより、出力電力が約０．８ｍＷから約１．２ｍＷまたは約１．３ｍＷに改良されることを示し、これは約６０％の改良である。
図６Ｃは、３つの構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）からのピーク発光波長６４０及び３つの構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）からのピーク発光波長６４５を示す。ｙ軸は、ｎｍ単位のピーク発光波長であり、ｘ軸は、構造体がテストされたウェハ上の位置のｍｍ単位の半径である。すべてのピーク発光波長は、２３３ｎｍから２３５ｎｍの間にある。６４５と比較したピーク発光６４０の変動（すなわち、２ｎｍ未満）は、同じ設計を有する半導体構造体の異なるエピタキシャル成長間で観察される典型的な変動と一致しており、埋め込みコンタクト層が、生成される波長に大きな影響を与えないことを示している。また、この例では、ピーク発光波長６４５がピーク発光波長６４０よりも短いにもかかわらず、埋め込みｎコンタクト層４３０ｂを有するデバイスは、（例えば、図６Ｂに示されるように）より明るい発光を有することにも注目すべきであり、より高い出力電力は、異なるｎコンタクト設計によるものであり、波長の違いによるアーチファクトによるものではないことを確認する。
図６Ｄは、３つの構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）からの電流－電圧（ＩＶ）応答６５０及び３つの構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）からのＩＶ応答６５５を示す。ｙ軸は、アンペア単位の電流であり、ｘ軸は、ボルト単位の電圧である。３つの構造体４０２からのＩＶ応答６５５の電流は、約７Ｖの電圧を超える測定ハードウェアの２００ｍＡの電流コンプライアンス限界で飽和したことに留意されたい。図６Ｅは、３つの構造体４０１（埋め込みｎコンタクト層なし）に必要な駆動電圧６６０及び３つの構造体４０２（埋め込みｎコンタクト層４３０ｂあり）が１００ｍＡの注入電流に達するのに必要な駆動電圧６６５を示す。ｙ軸は、ボルト単位の駆動電圧（１００ｍＡにおける）であり、ｘ軸は、構造体がテストされたウェハ上の位置のｍｍ単位の半径である。図６Ｄから６Ｅは、埋め込み層の挿入が、１００ｍＡでの駆動電圧（すなわち、１００ｍＡでデバイスを駆動するのに必要な電圧）を約２０Ｖから約６．５Ｖに減少させたことを示している。改良された出力電力及びより低い作動電圧により、ＷＰＥは、構造体４０１（図４Ａ）における約０．０４％から、埋め込みｎコンタクト層４３０ｂを有する構造体４０２（図４Ｂ）の約０．１８％に増加し、これは、約４００％の増加であった。
開示された発明の実施形態を詳細に参照したが、その１つまたは複数の例が添付の図に示されている。各例は、本技術を限定するものではなく、本技術を説明するものとして提供されたものである。事実、本明細書は、本発明の特定の実施形態に関して詳細に記載したが、当業者であれば、前述の理解を得ると、これらの実施形態に対する変更形態、変形形態、及び均等物を容易に着想し得ることが理解されるものとする。例えば、一実施形態の一部として図示または説明されている特徴を別の実施形態に使用して、さらに別の実施形態を生み出してもよい。したがって、本主題が、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内に入るそのような変更形態及び変形形態を網羅することが意図される。本発明に対するこれらの及び他の修正形態及び変形形態は、添付の特許請求の範囲により具体的に記載される本発明の範囲を逸脱することなく当業者によって実施され得る。さらに、当業者は、前述の記載が例示のみを目的とし、本発明を制限することを意図しないことを理解するであろう。

Claims (26)

  1. 発光構造体であって、
    ドープ層の第１のセット、第２の層、前記ドープ層の第１のセットと前記第２の層の間に配置された発光層、及び前記ドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックであって、
    前記ドープ層の第１のセット、前記第２の層、及び前記発光層は、半導体材料を備え、
    前記ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え、前記第３のサブ層は、前記発光層に隣接し、
    前記第１、第２、及び第３のサブ層は、それぞれ第１、第２、及び第３の超格子を備え、
    前記第２の超格子の井戸層は、前記第１及び前記第３の超格子の井戸層より厚く、
    前記第２の超格子の障壁層は、前記第１及び第３の超格子の障壁層より薄く、
    前記ドープ層の第１のセットへの前記電気接点は、前記第２のサブ層に対して行われ、
    前記第１、第２、及び第３のサブ層は、ドープｎ型であり、
    前記第２のサブ層の電気伝導度は、前記第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高い、前記層状スタックを備える、前記発光構造体。
  2. 前記発光層から放出される３００ｎｍよりも短い波長を有する光が、前記発光構造体から放出される前に、前記ドープ層の第１のセットを通過し、
    前記第２のサブ層が、前記第２のサブ層に到達する前記発光層から放出された前記光の１０％から６０％を吸収する、請求項１に記載の発光構造体。
  3. 前記第２の超格子の前記井戸層が、前記第１及び第３の超格子の前記井戸層より低いバンドギャップを有する材料を備える、請求項１に記載の発光構造体。
  4. 前記発光層が、第４の超格子を備え、
    前記第２の層が、第５の超格子を備える、請求項１に記載の発光構造体。
  5. 前記第１、第２、第３、第４、及び第５の超格子が各々、ＧａＮ井戸層及びＡｌＮ障壁層のセットを備える、請求項４に記載の発光構造体。
  6. 前記第５の超格子が、変わりゆく井戸層の厚さ、変わりゆく障壁層の厚さ、または前記第５の超格子を通しての変わりゆく井戸層及び障壁層の厚さを備えるｐ型チャープ超格子である、請求項４に記載の発光構造体。
  7. ドープ層の第１のセット、第２の層、前記ドープ層の第１のセットと前記第２の層の間に配置された発光層、及び前記ドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックであって、
    前記ドープ層の第１のセット、前記第２の層、及び前記発光層は、半導体材料を備え、
    前記ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え、前記第３のサブ層は、前記発光層に隣接し、
    前記ドープ層の第１のセットへの前記電気接点は、前記第２のサブ層に対して行われ、
    前記第１、第２、及び第３のサブ層は、ドープｎ型であり、
    前記第２のサブ層の電気伝導度は、前記第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高く、
    前記第１、第２、及び第３のサブ層は、それぞれ、第１、第２、及び第３の超格子を備え、
    前記発光層は、第４の超格子を備え、
    前記第２の層は、第５の超格子を備え、
    前記第１、第２、第３、第４、及び第５の超格子は各々、ＧａＮ井戸層及びＡｌＮ障壁層のセットを備える、前記層状スタックを備える、発光構造体。
  8. 前記発光層から放出される３００ｎｍよりも短い波長を有する光が、前記発光構造体から放出される前に、前記ドープ層の第１のセットを通過し、
    前記第２のサブ層が、前記第２のサブ層に到達する前記発光層から放出された前記光の１０％から６０％を吸収する、請求項７に記載の発光構造体。
  9. 前記第２超格子の井戸層が、前記第１及び第３超格子の井戸層より厚い、請求項７に記載の発光構造体。
  10. 前記第５の超格子が、変わりゆく井戸層の厚さ、変わりゆく障壁層の厚さ、または前記第５の超格子を通しての変わりゆく井戸層及び障壁層の厚さを備えるｐ型チャープ超格子である、請求項７に記載の発光構造体。
  11. ドープ層の第１のセット、第２の層、前記ドープ層の第１のセットと前記第２の層の間に配置された発光層、及び前記ドープ層の第１のセットへの電気接点を備える層状スタックであって、
    前記ドープ層の第１のセット、前記第２の層、及び前記発光層は、半導体材料を備え、
    前記ドープ層の第１のセットは、第１のサブ層、第２のサブ層、及び第３のサブ層を備え、前記第３のサブ層は、前記発光層に隣接し、
    前記ドープ層の第１のセットへの前記電気接点は、前記第２のサブ層に対して行われ、
    前記第１、第２、及び第３のサブ層は、ドープｎ型であり、
    前記第２のサブ層の電気伝導度は、前記第１及び第３のサブ層の電気伝導度より高く、
    前記発光層から放出された３００ｎｍよりも短い波長を有する光は、前記発光構造体から放出される前に、前記ドープ層の第１のセットを通過し、
    前記第２のサブ層は、前記第１または第３のサブ層よりも、前記発光層から放出された光をより多く吸収する、前記層状スタックを備える、発光構造体。
  12. 前記第２のサブ層が、前記第２のサブ層に到達する前記発光層から放出された前記光の１０％から６０％を吸収する、請求項１１に記載の発光構造体。
  13. 前記第１及び第３のサブ層が各々、第１の半導体材料の単層を備え、
    前記第２のサブ層が、第２の半導体材料の単層を備え、
    前記第１の半導体材料のバンドギャップが、前記第２の半導体材料のバンドギャップより広い、請求項１１に記載の発光構造体。
  14. 前記第１及び第３のサブ層が各々、ＡｌｘＧａ１－ｘＮの単層を備え、ｘは０より大きく、１以下であり、
    前記第２のサブ層が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮの単層を備え、ｙは０以上であり、１未満であり、
    ｘはｙより大きい、請求項１１に記載の発光構造体。
  15. 前記第１及び第３のサブ層が、ＡｌＮを備え、前記第２のサブ層が、ＧａＮを備える、請求項１４に記載の発光構造体。
  16. 前記第１のサブ層が、ＡｌｘＧａ１－ｘＮの単層を備え、ｘは０より大きく、１以下であり、
    前記第２のサブ層が、ＡｌｙＧａ１－ｙＮの単層を備え、ｙは０以上であり、１未満であり、
    前記第３のサブ層が、ＡｌｚＧａ１－ｚＮの単層を備え、ｚは０より大きく、１以下であり、
    ｘはｙより大きく、
    ｘはｚより大きく、
    ｙとｚは互いに異なる、請求項１１に記載の発光構造体。
  17. 前記第１及び第３のサブ層が、それぞれ、第１及び第３の超格子を備え、
    前記第１及び第３の超格子が各々、ＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁を備え、
    前記第２のサブ層が、ＡｌｘＧａ１－ｘＮの単層を備え、ｘは０以上、１以下である、請求項１１に記載の発光構造体。
  18. 前記第１及び第３のサブ層が、それぞれ、第１及び第３の単層を備え、
    前記第１及び第３の単層が各々、ＡｌｘＧａ１－ｘＮを備え、ｘは０以上、１以下であり、
    前記第２のサブ層が、ＧａＮ井戸及びＡｌＮ障壁を有する超格子を備える、
    請求項１１に記載の発光構造体。
  19. 前記第１、第２、及び第３のサブ層が、それぞれ、第１、第２、及び第３の超格子を備える、請求項１１に記載の発光構造体。
  20. 前記第２の超格子の井戸層が、前記第１及び第３の超格子の井戸層より厚く、
    前記第２の超格子の障壁層が、前記第１及び第３の超格子の障壁層より薄い、請求項１９に記載の発光構造体。
  21. 前記第２の超格子の井戸層が、前記第１及び第３の超格子の井戸層よりも低いバンドギャップを有する材料を備える、請求項１９に記載の発光構造体。
  22. 井戸層の厚さ、障壁層の厚さ、または井戸層と障壁層の両方の厚さが、前記第１の超格子を通して変化し、
    井戸層の厚さ、障壁層の厚さ、または井戸層と障壁層の両方の厚さが、前記第３の超格子を通して変化する、請求項１９に記載の発光構造体。
  23. 前記第１または第３のサブ層が、互いと異なる井戸の厚さを備え、
    前記第１または第３のサブ層が、互いと異なる障壁の厚さを備える、請求項１９に記載の発光構造体。
  24. 前記発光層が第４の超格子を備え、
    前記第２の層が第５の超格子を備える、請求項１９に記載の発光構造体。
  25. 前記第１、第２、第３、第４、及び第５の超格子が各々、ＧａＮ井戸層及びＡｌＮ障壁層のセットを備える、請求項２４に記載の発光構造体。
  26. 前記第５の超格子が、変わりゆく井戸層の厚さ、変わりゆく障壁層の厚さ、または前記第５の超格子を通しての変わりゆく井戸層及び障壁層の厚さを備えるｐ型チャープ超格子である、請求項２４に記載の発光構造体。
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