JP5032130B2 - 電流拡散構造を有する薄膜ｌｅｄ - Google Patents

Description

本発明は請求項１の上位概念による薄膜ＬＥＤに関する。

本願は、ドイツ連邦共和国特許出願第１０ ２００４ ００３ ９８６．０の優先権を主張するものであり、その開示内容は本願に含まれるものとする。

オプトエレクトロニクス素子を製造するための公知の方法、殊に窒素化合物半導体をベースとした発光ダイオードを製造するための方法はいわゆる薄膜技術を基礎としている。この方法においては、殊にビームを放射するアクティブ層を包含する機能的な半導体層列が先ず成長基板上にエピタキシャルに成長され、引き続き新たな支持体が半導体層列の成長基板側とは反対側の表面に取り付けられ、続いて成長基板が取り除かれる。窒素化合物半導体のために使用される成長基板、例えばＳｉＣ、サファイアまたはＧａＮは比較的高価なので、この方法は殊に成長基板を再利用できるという利点を提供する。窒素化合物半導体からなる半導体層列からのサファイアからなる成長基板の除去は例えばＷＯ ９８／１４９８６から公知のレーザリフトオフ法を用いて行うことができる。

薄膜ＬＥＤは殊に以下の特徴を有する：
−ビームを形成するエピタキシ層列において支持体側の主面には反射層（ミラー層）が被着または形成されており、この反射層は少なくとも部分的にエピタキシ層列内で形成された電磁ビームをこのエピタキシ層列へと逆反射させる。
−エピタキシ層列は２０μｍまたはそれ以下の範囲、殊に約６μｍの厚さを有する。
−エピタキシ層列は混合構造を有する少なくとも１つの面を備えた少なくとも１つの半導体層を包含し、理想的な場合にはこの面によりエピタキシ層列内にほぼエルゴード的な光分布を生じさせ、つまりこの光分布はできるかぎりエルゴード的な確率分散特性を有する。

この種の薄膜ＬＥＤの原理については、例えばＩ．Ｓｃｈｎｉｔｚｅｒ等によるＡｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６３（１６）、１９９３年１０月１８日、第２１７４〜２１７６頁に記載されており、この刊行物を本願の参考文献とする。

薄膜ＬＥＤの電気的な接触は通常の場合２つの電気的なコンタクト層、例えば支持体の裏面のｐ型のコンタクト層と、半導体層列における支持体側とは反対側にのｎ型のコンタクト層とによって行われる。通常の場合、薄膜ＬＥＤの支持体側とは反対側の面はビームを出力結合するために設けられているので、放射されるビームに対して非透過性であるコンタクト層は半導体層列の表面の部分領域にしか被着させることができない。この理由により多くの場合チップ表面の中央の比較的小さい領域にのみコンタクト面（ボンディングパッド）が設けられている。

側縁の長さが３００μｍ以下のである従来の発光ダイオードチップは通常の場合、チップ表面上の中央に配置されているボンディングパッドを用いることにより半導体チップにおける比較的均一な電流分布を既に達成できている。しかしながら、側縁の長さが例えば約１ｍｍである広面積の半導体チップの場合には、このような接触では半導体チップの不均一な電流の流れを生じさせる可能性があるので不利である。このような不均一な電流の流れは順方向電圧を高め、またアクティブ領域における量子効率を低減させる。この作用は殊に横方向導電性が小さい半導体材料、殊に窒素化合物半導体において生じる。この場合最大電流密度は半導体チップの中央領域において生じる。しかしながら半導体チップのこの中央領域において放射されるビームは少なくとも部分的に非透過性のボンディングパッドに向かって放射され、したがってこのビームは少なくとも部分的に吸収される。

電流拡散を改善するために、例えば、薄い半透明の金属化層、例えばＰｔまたはＮｉＡｕをチップ表面の面全体にわたり被着させることが公知である。しかしながらこの際、放出されるビームの無視できない程度、例えば５０％のビームが半透明の層において吸収される。さらにはこの種のコンタクト層はｎ型にドープされた窒素化合物半導体と容易に接触させることには適していない。

ＩｎＧａＡｌＰ−ＬＥＤの電流入力結合を改善するためにＤＥ１９９ ４７ ０３０ Ａ１からは、横方向に構造化された電気的なコンタクト層が設けられている比較的厚い透明な電流拡散層を使用することが公知である。この際電流供給は中央のボンディングパッドならびにチップ表面においてこのボンディングパッドと接続されている複数のコンタクトウェブを介して行われる。この種の接触は、横方向導電性の小さい半導体材料、殊に窒素化合物半導体を包含する広面積の発光ダイオードチップには容易に転用することができない。比較的厚い電流拡散層は電圧降下を高め、また製造時に長時間の成長時間を必要とする。さらに比較的厚い電流拡散層においては、場合によっては亀裂を生じさせる可能性のある張力が生じる恐れがある。

本発明の課題は、殊にコンタクト層材料によるチップ表面の覆いが比較的小さい場合でのチップ表面にわたる比較的均一な電流分布を特徴とする、改善された電流拡散構造を有する薄膜ＬＥＤを提供することである。

この課題は、請求項１記載の特徴を備えた薄膜ＬＥＤにより解決される。本発明の有利な実施形態および構成は従属請求に記載されている。

本発明によれば、電磁ビームを主ビーム方向に放射するアクティブ層と、主ビーム方向においてアクティブ層の後段に配置されている第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層と、主ビーム方向に放射されたビームを出力結合する主面と、主面上に配置されている第１のコンタクト層とを備えた薄膜ＬＥＤにおいて、電流拡散層の横方向導電性が二次元の電子ガスまたはホールガスを形成することにより高められる。

電流拡散層の横方向導電性を高めることによりアクティブ層の電流の流れは均一になり、またこれにより薄膜ＬＥＤの効率が高まる。

電流拡散層において二次元の電子ガスまたはホールガスを形成するために、有利には第１の窒素化合物半導体材料よりも大きい電子的なバンドギャップを有する第２の窒素化合物半導体材料からなる少なくとも１つの層が電流拡散層に埋め込まれている。

第１の窒素化合物半導体材料および第２の窒素化合物半導体材料は有利にはそれぞれ組成Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１を有し、この際第２の窒素化合物半導体材料の組成は第１の窒素化合物半導体材料の組成と、この第２の窒素化合物半導体材料の電子的なバンドギャップが第１の窒素化合物半導体材料の電子的なバンドギャップよりも大きいという点で区別される。それぞれの材料は必ずしも上述の式による数学的に正確な組成を有していなくてもよい。むしろそれらの材料は、この材料の物理的な特性を実質的に変化させない１つまたは複数のドーパントならびに付加的な構成要素を含有することができる。しかしながら分かり易くするために、僅かな量の他の材料によって部分的に置換されている可能性があるにしても、上述の式には結晶格子（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ，Ｎ）の主要な構成要素のみが含まれている。

第２の窒素化合物半導体材料からなる少なくとも１つの層と第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層との間の境界面においては、殊に高い横方向導電性を備えた領域が形成される。この領域の高まった横方向導電性はバンドモデルにおいて以下のように説明することができる。すなわち、第１の窒素化合物半導体材料と第２の窒素化合物半導体材料との間の境界面において、伝導帯と価電子帯のバンド縁の歪みがそれぞれ生じ、この歪みにより殊に高い横方向導電性を有する電子ガスまたはホールガスが生じる電位井戸が形成される。

本発明による薄膜ＬＥＤの有利な実施形態においては、第２の窒素化合物半導体材料からなる複数の層が電流拡散層に埋め込まれている。このようにして有利には、第１の窒素化合物半導体材料と第２の窒素化合物半導体材料との間に複数の境界面が形成され、この境界面においてはバンドベンディングに基づき高い横方向導電性を有する二次元の電子ガスまたはホールガスが生じる電位井戸がそれぞれ形成される。これによって電流拡散層全体の横方向導電性は、第１の窒素化合物半導体材料よりも大きい電子的なバンドギャップを有する埋め込み層を１つだけ有する電流拡散層に比べてさらに高められる。第２の窒素化合物半導体材料からなる層の数は有利には１から５である。

第２の窒素化合物半導体材料からなる少なくとも１つの層の厚さは例えば約１０ｎｍ〜１００ｎｍである。

電流拡散層を形成している第１の窒素化合物半導体材料は有利にはＧａＮである。

第２の窒素化合物半導体材料は例えばＡｌ_xGa_1-xN、ただし０＜ｘ≦１、有利には０．１≦ｘ≦２である。

第２の窒素化合物半導体材料からなる少なくとも１つの層は有利にはドーパントを有し、この際電流拡散層に接している領域におけるドーパント濃度はこの層の中央領域におけるドーパント濃度よりも高い。第２の窒素化合物半導体材料の電流拡散層に接している領域における高いドーパント濃度は、二次元の電子ガスないしホールガスの形成により横方向導電性が高められている領域においてより多くの自由なキャリアが存在するという利点を有する。横方向導電性および電流拡散はこれによりさらに改善される。

第１の窒素化合物半導体材料および第２の窒素化合物半導体材料は例えばそれぞれｎ型にドープされている。この場合には、二次元の電子ガスが第１の窒素化合物半導体材料と第２の窒素化合物半導体材料との間の境界面に形成される。択一的に、第１の窒素化合物半導体材料ならびに第２の窒素化合物半導体材料がそれぞれｐ型にドープされていてもよい。

この場合には前述の場合とは異なり、二次元の電子ガスではなく二次元のホールガスが第１の窒素化合物半導体材料と第２の窒素化合物半導体材料との間の境界面に形成される。本発明の別の有利な実施形態においては、第２の窒素化合物半導体材料からなる非常に薄いｎ型にドープされた層がｐ型にドープされた第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層に埋め込まれている。このようにして、ｐ型にドープされた第１の窒素化合物半導体材料においても二次元の電子ガスを生じさせることが可能である。

薄膜ＬＥＤのアクティブ層は例えばＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、ただし０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１、を有する。アクティブ層を例えばヘテロ構造、ダブルへテロ構造または量子井戸構造として構成することができる。量子井戸構造の概念には、キャリアが閉じこめによりそのエネルギ状態の量子化を受けるあらゆる構造を含む。殊に、量子井戸構造の概念には量子化の次元数に関する規定は含まれない。したがって量子井戸構造は殊に量子箱、量子細線、量子点およびこれらの構造の各組み合わせを含む。

薄膜ＬＥＤの実施形態においては、ビームを出力結合するために設けられている主面の少なくとも１つの側縁の長さが４００μｍまたはそれ以上、殊に有利には８００μｍまたはそれ以上である。それどころか殊に１ｍｍまたはそれ以上の長さの側縁を設けることができ、この場合には主面が殊に正方形の形状を有することができる。電流拡散層の横方向導電性を高めることによって、薄膜ＬＥＤの面積が大きい場合であってもアクティブ層における比較的均一な電流分布を達成することができる。横方向導電性が高められないのであれば、このような電流分布は従来の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層を用いては容易に実現できないであろう。

ビームの出力結合のために設けられている主面上に配置されている薄膜ＬＥＤの第１のコンタクト層は有利には金属または金属化部を包含する。有利には第１のコンタクト層はＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ層列であり、この層列は接している窒素化合物半導体層から出発して例えば約５０ｎｍの厚さのＴｉ層、約５０ｎｍの厚さのＰｔ層および約２μｍのＡｕ層を包含する。Ｔｉ−Ｐｔ−Ａｕ層列は有利にはエレクトロマイグレーションに対して鈍感である。さもなければ、例えば第１のコンタクト層がアルミニウムを含有する場合エレクトロマイグレーションが生じる可能性がある。したがって第１のコンタクト層は有利にはアルミニウムを含有しない。

有利には第１のコンタクト層は、コンタクト面（ボンディングパッド）および複数のコンタクトウェブを包含する横方向の構造を有する。有利な実施形態においては、コンタクト面が少なくとも１つのフレーム状のコンタクトウェブによって包囲されており、この際フレーム状のコンタクトウェブは少なくとも１つの別のコンタクトウェブによってコンタクト面と接続されている。少なくとも１つのフレーム状のコンタクトウェブは例えば正方形、長方形または円形の形状を有する。

本発明による薄膜ＬＥＤにおいては、電流拡散層の横方向導電性が高まっていることに基づき、有利には主面の比較的僅かな部分のみをコンタクト層によって覆えばよい。有利には主面の全体の面積の１５％以下、殊に有利には１０％以下が第１のコンタクト層によって覆われている。電流拡散層の良好な横方向導電性は、薄膜ＬＥＤにおけるアクティブ層内の比較的均一な電流密度分布を生じさせるためにコンタクト層の比較的荒い構造で既に十分であるという利点を有する。有利には例えばコンタクト面が１，２または３つのフレーム上のコンタクトウェブによって包囲されている。薄膜ＬＥＤの効率を高めるためにコンタクト層をより精密に構造化すること、殊に比較的多くの数のコンタクトウェブを使用することは、電流拡散層の高横方向導電性に基づき必要とされない。したがって有利には第１のコンタクト層の構造化のためのコストは僅かである。

別の有利な実施形態はアクティブ層から見て第１のコンタクト層とは反対側に第２のコンタクト層を有する。第２のコンタクト層はコンタクト面に対向する領域において切欠きを有する。すなわち第２のコンタクト層は、少なくとも１つのコンタクトウェブと一緒に第１のコンタクト層を形成するコンタクト面がアクティブ層から見て、第２のコンタクト層によって覆われていない領域と対向するように構造化されている。このことは、コンタクト面の下方に位置するアクティブ層の領域における電流密度が低減されているという利点を有する。このことは第１のコンタクト層が不透明な金属から構成されている場合には殊に有利である。何故ならば、さもなければコンタクト面の下方において形成されるビームの少なくとも一部がコンタクト面において吸収されてしまうからである。このようにして薄膜ＬＥＤの効率が有利には高められる。

有利には、第２のコンタクト層は放射されたビームに対して反射性の層である。このことは、薄膜ＬＥＤが主面と反対側の面において接続層、例えばはんだ層を用いて支持体と接続されている場合には殊に有利である。この場合には、支持体の方向に放射されたビームが反射性のコンタクト層によって主面に向かって逆反射され、このようにして支持体および／または接続層におけるビーム吸収が低減される。

本発明は３００ｍＡまたはそれ以上の電流強度を用いて駆動される薄膜ＬＥＤに対して殊に有利である。何故ならば、このような高い駆動電流強度では従来の薄膜ＬＥＤの場合、発光ダイオードチップの中央領域において最大値を有することになる不均一な電流分布が観測されることになるからである。

以下では本発明を図１〜７に示された実施例に基づき詳細に説明する。
ここで、
図１Ａは本発明の第１の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な断面図を示し、
図１Ｂは本発明の第１の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な俯瞰図を示し、
図２Ａは本発明の第２の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な断面図を示し、
図２Ｂは本発明の第２の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な俯瞰図を示し、
図３Ａおよび３Ｂは、第２の半導体材料からなる比較的大きい電子的なバンドギャップを有するｎ型にドープされた層が埋め込まれているｎ型にドープされた半導体層の電子的なバンド構造の概略図を示し、
図４は、図２に示された半導体層のドーパント濃度の経過の概略図を示し、
図５は、比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなる複数の半導体層が埋め込まれている半導体層のバンドモデルの概略図を示し、
図６は、比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなるｐ型にドープされた半導体層が埋め込まれているｐ型にドープされた半導体層の価電子帯の経過の概略図を示し、
図７Ａおよび７Ｂは、比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなるｎ型にドープされた半導体層が埋め込まれているｐ型にドープされた半導体層のバンドモデルの概略図を示す。

同一また同様に作用する構成素子には図面において同一の参照番号が付されている。

図１Ｂに示した俯瞰図の線Ｉ−ＩＩの断面に沿った図１Ａに表されている本発明の第１の実施例による薄膜ＬＥＤはアクティブ層７を包含するエピタキシャル層列１６を有する。アクティブ層７は例えばヘテロ構造、ダブルへテロ構造または量子井戸構造として構成されている。アクティブ層７からは例えば紫外、青または緑のスペクトル領域にある電磁ビーム１９が主ビーム方向１５に放射される。アクティブ層７は例えば少なくとも１つのｐ型にドープされた半導体層６と少なくとも１つのｎ型にドープされた半導体層８との間に配置されている。アクティブ層７から主ビーム方向１５に放射される電磁ビーム１９は主面１４を介して薄膜ＬＥＤから出力結合される。

主面１４側とは反対側においてエピタキシャル層列１６は接続層３、例えばはんだ層を用いて支持体２に固定されている。支持体の裏面には例えば電極１が設けられている。

薄膜ＬＥＤのエピタキシャル層列の電気的な接触のために第１のコンタクト層１１，１２，１３が薄膜ＬＥＤの主面１４上に設けられている。アクティブ層７と第１のコンタクト層１１，１２，１３との間には電流拡散層９が配置されており、この電流拡散層９は第１の窒素化合物半導体材料、有利にはＧａＮを含有する。第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層９には、第２の窒素化合物半導体材料、有利にはＡｌＧａＮからなる少なくとも１つの層１０が埋め込まれている。すなわち電流拡散層９は埋め込みＡｌＧａＮ層１０によって相互に隔てられている例えば２つのＧａＮ部分層９ａ，９ｂを包含する多層性の層である。ＡｌＧａＮ層１０は有利には組成Ａｌ_xＧａ_1-xN、ただし０．１≦ｘ≦０．２、を有する。

以下詳細に説明するように、電流拡散層９に埋め込まれている半導体層１０によって、電流拡散層９の横方向導電性が改善される。第２の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層９に埋め込まれている層１０は有利には１０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の厚さを有する。

第１のコンタクト層１１，１２，１３は有利にはＴｉ−Ｐｔ−Ａｕ層列（図示せず）であり、この層列は接している電流拡散層９から出発して例えば約５０ｎｍの厚さのＴｉ層、約５０ｎｍの厚さのＰｔ層および約２μｍのＡｕ層を包含する。エレクトロマイグレーションを回避するために、第１のコンタクト層１１，１２，１３は有利にはアルミニウムを含有しない。薄膜ＬＥＤの主面１４上に配置されている第１のコンタクト層１１，１２，１３の横方向の構造は図１Ｂに示されている。第１のコンタクト層はコンタクト面１１を包含し、このコンタクト面１１は主面１４の中央領域に配置されている。さらに第１のコンタクト層は複数のコンタクトウェブ１２を包含し、これらのコンタクトウェブ１２はコンタクト面１１から半径方向において薄膜ＬＥＤの端部に向かって延在している。これらのコンタクトウェブ１２は少なくとも部分的に、コンタクト面１１を包囲する別の枠状のコンタクトウェブ１３によって相互に接続されている。

枠状のコンタクトウェブ１３は図示されているように入れ子的な正方形または長方形として実施することができる。これに代替的に例えば円形状の枠または規則的な多角形状の枠も可能であり、この際有利には枠状のコンタクトウェブ１３は同心円状に配置されている。すなわち、コンタクトウェブ１３は共通の中心点を有し、この中心点に有利にはコンタクト面１１が配置されている。枠状のコンタクトウェブの数は有利には１，２または３である。コンタクト面１１およびコンタクトウェブ１２，１３を包含する第１のコンタクト層は金属、殊にアルミニウムから構成されている。

薄膜ＬＥＤの半導体層列１６の支持体２側は第２のコンタクト層５と接しており、この第２のコンタクト層５は有利には接している半導体層６とのオーム接触を形成する。第２のコンタクト層５は有利には金属、例えばアルミニウム、銀または金を含有する。第２のコンタクト層５に接している半導体層６がｐ型にドープされている場合には、殊に銀がこの第２のコンタクト層５に適した材料である。何故ならば、銀はｐ型にドープされた窒素化合物半導体との良好なオーム接触を確立するからである。

有利には第２のコンタクト層５は放射されたビームを反射する層である。このことは、アクティブ層７から支持体２の方向に放射された電磁ビームが少なくとも部分的に主面１４に向かって反射され、その主面１４において薄膜ＬＥＤから出力結合されるという利点を有する。このようにして、例えば支持体２または接続層３の内部において生じる可能性のある吸収損失が低減される。

第１のコンタクト層のコンタクト面１１側と対向する領域において第２のコンタクト層５が有利には切欠き１８を有する。この切欠き１８の大きさおよび形状は有利には実質的にコンタクト面１１の大きさおよび形状と一致する。切欠き１８の領域においては第２のコンタクト層５とこの第２のコンタクト層５に接している半導体層６との間のオーム接触は生じていないので、主面１４上の第１のコンタクト層１１，１２，１３と支持体２の裏面における電極１との間の電流の流れは切欠き１８の領域によって低減される。このようにして、第１のコンタクト面１１と第２のコンタクト層５における切欠き１８との間に配置されているアクティブ層７の領域を流れる電流が有利には低減される。したがってアクティブ層７のこの領域における電流形成は低減され、これにより有利には非透明なコンタクト面１１の内部におけるビームの吸収は少なくとも部分的に低減される。

第２のコンタクト層５と接続層３との間には有利にはバリア層４が配置されている。バリア層４は例えばＴｉＷＮを含有する。バリア層４によって殊に、例えばはんだ層である接続層３の材料の第２のコンタクト層への拡散が阻止される。このような材料の拡散は殊にミラー層として機能する第２のコンタクト層５の反射を劣化させる可能性がある。

図２Ａに断面図として、また図２Ｂに俯瞰図として概略的に示されている本発明による薄膜ＬＥＤの第２の実施例は本発明の第１の実施例とは一方では、第２の窒素化合物半導体からなる単一の層の代わりに３つの層１０ａ，１０ｂ，１０ｃが電流拡散層９に埋め込まれている点、すなわち、電流拡散層９が多層性の層であり、これらの層が例えば３つの埋込みＡｌＧａＮ層１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって相互に隔てられている４つのＧａＮ部分層９ａ，９ｂ，９ｃ，９ｄを包含する点で異なる。択一的に、第２の窒素化合物半導体からなるさらに別の層を第１の窒素化合物半導体からなる電流拡散層９に埋め込むこともできる。

埋込み層の有利な数は１〜５である。複数の層１０ａ，１０ｂ，１０ｃはそれぞれ１０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有するが、必ずしも周期的に配置されている必要はない。例えば、層１０ａ，１０ｂ，１０ｃの厚さは異なる、および／または、相互に異なる間隔を有する。

第２の窒素化合物半導体材料からなる複数の埋込み層１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって、電流拡散層９の横方向導電性は図１に示した単一の埋め込み層を有する実施例に比べて有利にはさらに高められる。例えば、電流拡散層９に埋め込まれている３つの埋め込み層１０ａ，１０ｂ，１０ｃによって、第１の窒素化合物半導体材料と第２の窒素化合物半導体材料との間に比較的大きい電子的なバンドギャップを有する６つの境界面が形成される。これらの境界面においては電子に対する電位井戸がそれぞれ形成され、この電位井戸においては電子が殊に高い移動度を有する。

電流拡散層の横方向導電性を高めることの利点は、第２の窒素化合物半導体材料からなる層１０ａ，１０ｂ，１０ｃを電流拡散層９に埋込むことによってコンタクトウェブの数、コンタクトウェブ相互間の距離およびコンタクトウェブ１２，１３とコンタクト面１１によって覆われるチップ面積を低減できるように電流拡散層９の横方向導電性が高められ、この際薄膜ＬＥＤ内部の電流拡散は実質的に妨害されないということである。

図２Ｂに示した俯瞰図からも分かるように本発明の第２の実施例は、主面１４上の第１のコンタクト層が３つの枠状のコンタクトウェブ１３の代わりにただ２つの枠状のコンタクトウェブ１３によって包囲されているという点で本発明の第１の実施例とは異なる。すなわち電流拡散層９の横方向導電性を高めることによって、第１のコンタクト層１１，１２，１３の構造を簡略化することができ、これによって製造コストが低減され、またこのコンタクト層１１，１２，１３内部でのビームの吸収が低減される。

二次元の電子ガスまたはホールガスの形成により横方向導電性が高まることを以下では図３から図７に基づき詳細に説明する。図３Ａには、比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の窒素化合物半導体材料、例えばｎ型にドープされたＡｌＧａＮからなる半導体層が埋め込まれている、窒素化合物半導体材料、例えばｎ型にドープされたＧａＮからなる半導体層のバンドモデルにおける電子的なバンド構造が概略的に示されている。図３Ａは伝導帯２０の経過および価電子帯２１の経過ならびにＧａＮのフェルミ準位２２およびＡｌＧａＮのフェルミ準位２３を示し、ここでは半導体材料間の相互作用は考慮されていない。ＧａＮに比べてＡｌＧａＮの電子的なバンドギャップは大きいので、ＧａＮ層に埋め込まれているＡｌＧａＮ層における伝導帯２０と価電子帯２１との距離は接しているＧａＮ層における伝導帯２０と価電子帯２１との距離よりも大きい。

図３Ｂは２つの半導体材料の相互作用を考慮した伝導帯２１の経過を示す。フェルミ準位２２，２３は相互に適応されているので、ＧａＮ層のＡｌＧａＮ層に接している領域においては、電子のための電位井戸２５がそれぞれ１つずつこの領域内に形成されるようなバンドベンディングが生じ、この電位井戸２５において電子は、この領域内に二次元の電子ガスが形成されるように高い移動度を有する。

図４には電流拡散層の有利な実施形態に関して、ドーパント濃度の経過δと電流拡散層に垂直、すなわち主ビーム方向に水平に延びる位置座標ｚの関係が概略的に示されている。この実施例においてはＡｌＧａＮ層がＧａＮからなる電流拡散層に埋め込まれており、この際ＧａＮ層もＡｌＧａＮ層もそれぞれｎ型にドープされている。ＡｌＧａＮ層はＧａＮ層に接している領域２４において内部よりも高いドーパント濃度（いわゆるドーパントスパイク（dopant spike））を有する。図３Ｂに示されている電位井戸２５において高い移動度を有する自由な電極の数はこれによってさらに増加され、したがって横方向導電性がさらに改善される。

図３においてバンドモデルに基づき示したように、第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層に第２の窒素化合物半導体材料からなる単一つの層を埋め込む代わりに、本発明の第２の実施例に基づき前述したように、第２の窒素化合物半導体材料からなる複数の層を挿入することもできる。図５はこの場合に関して、半導体材料、例えばＧａＮとＡｌＧａＮとの相互作用を考慮していない伝導帯２０および価電子帯２１の経過を示す。半導体材料間の各境界面においては相互作用を考慮してそれぞれ図３Ｂと関連させて説明したバンドベンディングが生じ、また相応の電位井戸（図示せず）が形成される。

電流拡散層およびこの電流拡散層に埋め込まれている第２の窒素化合物半導体材料からなる半導体層はそれぞれ必ずしもｎ型にドープされている必要はない。択一的にこれら２つの層を例えばｐ型にドープすることもできる。図６はｐ型にドープされたＧａＮ層に埋め込まれているＡｌＧａＮ層がｐ型にドープされている場合の価電子帯２１の経過を概略的に示す。この場合には境界面にそれぞれバンドベンディングが生じ、これらの境界面はそれぞれ正孔のための電位井戸２６を表す。このようにして、複数の境界面領域においてそれぞれ１つの二次元のホールガスを形成することができる。

本発明のさらに有利な実施形態においては、ｐ型にドープされた電流拡散層、例えばｐ型ＧａＮの内部において二次元の電子ガスを形成するために、ｐ型にドープされた層よりも大きい電子的なバンドギャップを有するｎ型にドープされた層が電流拡散層に埋め込まれている。この実施形態の円滑なバンドモデルは概略的に図７Ａに示されており、また半導体層の相互作用を考慮したバンドモデルは図７Ｂに示されている。ＧａＮ層も埋込みＡｌＧａＮ層もそれぞれｎ型にドープされている図３Ｂに示した実施例と同様に、この場合においてもｐ型にドープされたＧａＮとｎ型にドープされたＡｌＧａＮとの間の境界面においては半導体−半導体境界面におけるバンドベンディングに基づき、横方向の導電性が高まった二次元の電子ガスが形成されることによって、電子のための電位井戸２５がそれぞれ１つ生じる。

本発明は実施例に基づいたこれまでの説明によって限定されるものではない。むしろ本発明はあらゆる新規の特徴ならびにそれらの特徴のあらゆる組み合わせを含むものであり、これには殊に特許請求の範囲に記載した特徴の組み合わせ各々が含まれ、このことはそのような組み合わせ自体が特許請求の範囲あるいは実施例に明示的には記載されていないにしてもあてはまる。

本発明の第１の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な断面図。 本発明の第１の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な俯瞰図。 本発明の第２の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な断面図。 本発明の第２の実施例による薄膜ＬＥＤの概略的な俯瞰図。 第２の半導体材料からなる比較的大きい電子的なバンドギャップを有するｎ型にドープされた層が埋め込まれているｎ型にドープされた半導体層の電子的なバンド構造の概略図。 第２の半導体材料からなる比較的大きい電子的なバンドギャップを有するｎ型にドープされた層が埋め込まれているｎ型にドープされた半導体層の電子的なバンド構造の概略図。 図２に示された半導体層のドーパント濃度の経過の概略図。 比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなる複数の半導体層が埋め込まれている半導体層のバンドモデルの概略図。 比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなるｐ型にドープされた半導体層が埋め込まれているｐ型にドープされた半導体層の価電子帯の経過の概略図。 比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなるｎ型にドープされた半導体層が埋め込まれているｐ型にドープされた半導体層のバンドモデルの概略図。 比較的大きい電子的なバンドギャップを有する第２の半導体材料からなるｎ型にドープされた半導体層が埋め込まれているｐ型にドープされた半導体層のバンドモデルの概略図。

Claims (16)

1. 電磁ビーム（１９）を主ビーム方向（１５）に放射するアクティブ層（７）と、前記主ビーム方向（１５）において前記アクティブ層（７）の出射側に配置されている第１の窒素化合物半導体材料からなる電流拡散層（９）と、前記主ビーム方向（１５）に放射された前記ビーム（１９）を出力する主面（１４）と、前記主面（１４）上に配置されている第１のコンタクト層（１１，１２，１３）とを備えた薄膜ＬＥＤにおいて、
   前記電流拡散層（９）の横方向導電性が二次元の電子ガスの形成により高められており、
   前記電流拡散層（９）において二次元の電子ガスを形成するために、第１の窒素化合物半導体材料よりも大きい電子的なバンドギャップを有する第２の窒素化合物半導体材料からなる少なくとも１つの層（１０）が前記電流拡散層（９）に埋め込まれており、前記第１の窒素化合物半導体材料および前記第２の窒素化合物半導体材料はそれぞれｎ型にドープされており、
   前記第２の窒素化合物半導体材料からなる前記少なくとも１つの層（１０）はドーパントを有し、前記電流拡散層（９）に接する領域におけるドーパント濃度は前記少なくとも１つの層（１０）の中央領域におけるドーパント濃度よりも高く、
   前記少なくとも１つの層（１０）は２０ｎｍから１００ｎｍの厚さを有することを特徴とする、薄膜ＬＥＤ。
2. 前記第２の窒素化合物半導体材料からなる複数の層（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）が前記電流拡散層（９）に埋め込まれている、請求項１記載の薄膜ＬＥＤ。
3. 前記第２の窒素化合物半導体材料からなる複数の層（１０ａ，１０ｂ，１０ｃ）の数は１から５である、請求項１または２記載の薄膜ＬＥＤ。
4. 前記第１の窒素化合物半導体材料はＧａＮである、請求項１から３までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
5. 前記第２の窒素化合物半導体材料はＡｌ_xＧａ_1-xＮ、ただし０．１≦ｘ≦０．２、である、請求項１から４までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
6. 前記アクティブ層（７）はＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ、ただし０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１かつｘ＋ｙ≦１、を有する、請求項１から５までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
7. 少なくとも前記主面（１４）の側縁の長さは４００μｍまたはそれ以上である、請求項１から６までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
8. 少なくとも前記主面（１４）の側縁の長さは８００μｍまたはそれ以上である、請求項７記載の薄膜ＬＥＤ。
9. ３００ｍＡまたはそれ以上の電流強度で駆動される、請求項１から８までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
10. 前記第１のコンタクト層（１１，１２，１３）はアルミニウムを含有しない、請求項１から９までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
11. 前記主面（１４）の全体の面積の１５％以下が前記第１のコンタクト層（１１，１２，１３）によって覆われている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
12. 前記第１のコンタクト層（１１，１２，１３）は横方向の構造を有し、該第１のコンタクト層（１１，１２，１３）はコンタクト面（１１）および複数のコンタクトウェブ（１２，１３）を包含する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。
13. 前記コンタクト面（１１）は少なくとも１つのフレーム状のコンタクトウェブ（１３）によって包囲されており、該フレーム状のコンタクトウェブ（１３）は少なくとも１つの別のコンタクトウェブ（１２）によって前記コンタクト面と接続されている、請求項１２記載の薄膜ＬＥＤ。
14. 前記フレーム状のコンタクトウェブ（１３）は正方形、長方形または円形の形状を有する、請求項１３記載の薄膜ＬＥＤ。
15. 前記フレーム状のコンタクトウェブ（１３）の数は１，２または３である、請求項１３または１４記載の薄膜ＬＥＤ。
16. 前記アクティブ層（７）の前記第１のコンタクト層（１１，１２，１３）側とは反対側に、前記ビームを反射させる第２のコンタクト層（５）が設けられており、前記第１のコンタクト層（１１，１２，１３）はコンタクト面（１１）を有し、前記第２のコンタクト層（５）は前記コンタクト面（１１）と対向する領域において切欠き（１８）を有する、請求項１から１５までのいずれか１項記載の薄膜ＬＥＤ。

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