JP6896708B2 - 2次元正孔ガスを組み込んだ紫外線発光デバイス - Google Patents
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Description
本出願は、2015年9月17日に出願された米国仮特許出願第62/219,881号、及び2015年10月5日に出願された米国仮特許出願第62/237,027号の利益及び優先権を主張する。これらの各々の開示全体は参照により本願にも含まれる。
実施例1
図1に示すものと同様の3つの異なるデバイス構造を製造して、本発明の実施形態に従った組成オフセットが内部デバイス効率に及ぼす効果を調査した。デバイス構造Aには、組成オフセット200、205が存在せず、したがって2次元正孔ガスは存在しなかった。具体的には、デバイス構造Aは、Al含有量が85%であるAlxGa1−xN電子ブロック層を組み込み、その上の傾斜層は、電子ブロック層との界面におけるAl含有量が85%であった。デバイス構造Bには、本発明の実施形態に従った組成オフセット200を組み込んだ。具体的には、デバイス構造Bは、Al含有量が85%であるAlxGa1−xN電子ブロック層を組み込み、その上の傾斜層は、電子ブロック層との界面におけるAl含有量が75%であった。デバイス構造Cには、電子ブロック層とその上の傾斜層との間に組成オフセットを組み込んだが、その方向は図2に示すものとは反対とした。すなわち、傾斜層の開始におけるAlモル分率はその下の層よりも大きかった。具体的には、デバイス構造Cは、Al含有量が85%であるAlxGa1−xN電子ブロック層を組み込み、その上の傾斜層は、電子ブロック層との界面におけるAl含有量が95%であった。
n型AlGan裏面コンタクト層、AlGaN多重量子井戸、多重量子井戸からp型GaNキャップ層の方へ連続的にAl組成を85%から20%まで傾斜させたAlGaN傾斜層、及びp型GaNキャップ層(10nmの厚さを有する)を、順番にAlN基板上に堆積した。したがって、傾斜層とキャップ層との界面では、20%のAl含有量の組成オフセットが存在した。塩素ベースのガスを用いて層構造の一部をドライエッチングして、n型AlGaN裏面コンタクト層の一部を露出させた。次いで、露出させたn型AlGaN裏面コンタクト層の上に、Ti、Al、Ni、及びAuの合金で構成されたn型電極を配置した。p型GaNキャップ層の一部の上に、Ni及びAuの合金で構成されたコンタクト電極を配置し、p型GaNキャップ層の露出部分及びコンタクト電極の上に、Alで構成された反射層を配置し、これによって本発明の実施形態に従った発光デバイスを得た。n型電極とコンタクト電極との間に電流を流した場合、100mAの電流によって、275nmの波長と3.2mWのパワーを有する発光が得られた。
n型AlGan裏面コンタクト層、AlGaN多重量子井戸、多重量子井戸からp型GaNキャップ層の方へ連続的にAl組成を85%から20%まで傾斜させたAlGaN傾斜層、及びp型GaNキャップ層(10nmの厚さを有する)を、順番にAlN基板上に堆積した。したがって、傾斜層とキャップ層との界面では、20%のAl含有量の組成オフセットが存在した。塩素ベースのガスを用いて層構造の一部をドライエッチングして、n型AlGaN裏面コンタクト層の一部を露出させた。次いで、露出させたn型AlGaN裏面コンタクト層の上に、Ti、Al、Ni、及びAuの合金で構成されたn型電極を配置した。p型GaNキャップ層の一部の上に、Ni及びAuの合金で構成されたコンタクト電極を配置し、これによって本発明の実施形態に従った発光デバイスを得た。n型電極とコンタクト電極との間に電流を流した場合、100mAの電流によって、275nmの波長と2.7mWのパワーを有する発光が得られた。
n型AlGan裏面コンタクト層、AlGaN多重量子井戸、多重量子井戸からp型GaNキャップ層の方へ連続的にAl組成を85%から0%まで傾斜させたAlGaN傾斜層、及びp型GaNキャップ層(10nmの厚さを有する)を、順番にAlN基板上に堆積した。したがって、傾斜層とキャップ層との界面では、Al含有量の組成オフセットは存在しなかった。塩素ベースのガスを用いて層構造の一部をドライエッチングして、n型AlGaN裏面コンタクト層の一部を露出させた。次いで、露出させたn型AlGaN裏面コンタクト層の上に、Ti、Al、Ni、及びAuの合金で構成されたn型電極を配置した。p型GaNキャップ層の一部の上に、Ni及びAuの合金で構成されたコンタクト電極を配置し、これによって発光デバイスを得た。n型電極とコンタクト電極との間に電流を流した場合、100mAの電流によって、275nmの波長と2.0mWのパワーを有する発光が得られた。実施例2及び実施例3と比較して、このデバイスにより示された低い発光パワーは、本発明の実施形態に従ったデバイスの1つの利点を実証している。
Claims (34)
- AluGa1-uN上面を有し、0.4≦u≦1.0である、基板と、
前記基板の上に配置された活性発光デバイス構造であって、各々がひずみAlxGa1-xN障壁とひずみAlyGa1-yN量子井戸とを含む複数の周期を含む多重量子井戸層を含み、x及びyは、前記多重量子井戸層における電荷キャリアの閉じ込めを容易にする量だけ異なる、活性発光デバイス構造と、
前記多重量子井戸層の上に配置され、AlvGa1-vNを含み、v>y及びv>xである、電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の上に配置された傾斜AlzGa1-zN層であって、前記傾斜層の組成は、Al濃度zが前記発光デバイス構造から離れる方向において低下するように前記Al濃度zが傾斜している、傾斜AlzGa1-zN層と、
前記傾斜層の上に配置され、0≦w≦0.2である、pドープAlwGa1-wNキャップ層と、
前記AlwGa1-wNキャップ層の上に配置され、少なくとも1つの金属を含む金属コンタクトと、
を備え、(i)前記傾斜層と前記電子ブロック層との界面において、前記傾斜層の前記Al濃度zは前記電子ブロック層の前記Al濃度vよりも0.1以上の量かつ0.55以下の量だけ小さく、(ii)前記傾斜層と前記キャップ層との界面において、前記キャップ層の前記Al濃度wは前記傾斜層の前記Al濃度zよりも0.1以上の量かつ0.75以下の量だけ小さく、
前記傾斜層はアンドープであり、ドーパント濃度及び/又はキャリア濃度が10 13 cm -3 未満である、紫外線(UV)発光デバイス。 - 前記傾斜層と前記キャップ層との界面において、20%以上のAl濃度の組成オフセットが存在する請求項1に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の前記Al濃度wは約0である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板はドープAlN又はアンドープAlNを含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記発光デバイスは発光ダイオードを含む、請求項1に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の厚さは1nm以上かつ20nm以下である、請求項1に記載のデバイス。
- 前記基板と前記多重量子井戸層との間に配置され、y<n<xであるnドープAlnGa1-nN下部コンタクト層を更に備える、請求項1に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の少なくとも一部の上に配置された反射層を更に備え、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記反射層の反射率は、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの反射率よりも大きい、請求項1に記載のデバイス。
- 前記反射層はAlを含む、請求項8に記載のデバイス。
- 前記反射層の少なくとも一部と前記キャップ層との間に配置された透過層を更に備え、前記発光構造によって放出される光に対する前記透過層の透過率は、前記発光構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの透過率よりも大きい、請求項8に記載のデバイス。
- 前記透過層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は酸化ガリウムのうち少なくとも1つを含む、請求項10に記載のデバイス。
- AluGa1-uN上面を有し、0.4≦u≦1.0である、基板と、
前記基板の上に配置された活性発光デバイス構造であって、各々がひずみAlxGa1-xN障壁とひずみAlyGa1-yN量子井戸とを含む複数の周期を含む多重量子井戸層を含み、x及びyは、前記多重量子井戸層における電荷キャリアの閉じ込めを容易にする量だけ異なる、活性発光デバイス構造と、
前記多重量子井戸層の上に配置され、AlvGa1-vNを含み、v>y及びv>xである、電子ブロック層と、
前記電子ブロック層の上に配置された傾斜AlzGa1-zN層であって、前記傾斜層の組成は、Al濃度zが前記発光デバイス構造から離れる方向において低下するように前記Al濃度zが傾斜している、傾斜AlzGa1-zN層と、
前記傾斜層の上に配置され、0≦w≦0.2である、pドープAlwGa1-wNキャップ層と、
前記AlwGa1-wNキャップ層の上に配置され、少なくとも1つの金属を含む金属コンタクトと、
を備え、前記傾斜層と前記電子ブロック層との界面において、前記傾斜層の前記Al濃度zは前記電子ブロック層の前記Al濃度vよりも0.1以上の量かつ0.55以下の量だけ小さく、
前記傾斜層はアンドープであり、ドーパント濃度及び/又はキャリア濃度が10 13 cm -3 未満である紫外線(UV)発光デバイス。 - 前記傾斜層と前記キャップ層との界面における前記傾斜層の前記Al濃度zは前記キャップ層の前記Al濃度wにほぼ等しく、前記界面には20%以上のAl濃度の組成オフセットが存在する請求項12に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の前記Al濃度wは約0である、請求項12に記載のデバイス。
- 前記基板はドープAlN又はアンドープAlNを含む、請求項12に記載のデバイス。
- 前記発光デバイスは発光ダイオードを含む、請求項12に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の厚さは1nm以上かつ20nm以下である、請求項12に記載のデバイス。
- 前記基板と前記多重量子井戸層との間に配置され、y<n<xであるnドープAlnGa1-nN下部コンタクト層を更に備える、請求項12に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の少なくとも一部の上に配置された反射層を更に備え、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記反射層の反射率は、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの反射率よりも大きい、請求項12に記載のデバイス。
- 前記反射層はAlを含む、請求項19に記載のデバイス。
- 前記反射層の少なくとも一部と前記キャップ層との間に配置された透過層を更に備え、前記発光構造によって放出される光に対する前記透過層の透過率は、前記発光構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの透過率よりも大きい、請求項19に記載のデバイス。
- 前記透過層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は酸化ガリウムのうち少なくとも1つを含む、請求項21に記載のデバイス。
- AluGa1-uN上面を有し、0.4≦u≦1.0である、基板と、
前記基板の上に配置された活性発光デバイス構造であって、各々がひずみAlxGa1-xN障壁とひずみAlyGa1-yN量子井戸とを含む複数の周期を含む多重量子井戸層を含み、x及びyは、前記多重量子井戸層における電荷キャリアの閉じ込めを容易にする量だけ異なる、活性発光デバイス構造と、
前記多重量子井戸層の上に配置された傾斜AlzGa1-zN層であって、前記傾斜層の組成は、Al濃度zが前記発光デバイス構造から離れる方向において低下するように前記Al濃度zが傾斜している、傾斜AlzGa1-zN層と、
前記傾斜層の上に配置され、0≦w≦0.2である、pドープAlwGa1-wNキャップ層と、
前記AlwGa1-wNキャップ層の上に配置され、少なくとも1つの金属を含む金属コンタクトと、
を備え、前記傾斜層と前記キャップ層との界面において、前記キャップ層の前記Al濃度wは前記傾斜層の前記Al濃度zよりも0.1以上の量かつ0.75以下の量だけ小さく、
前記傾斜層はアンドープであり、ドーパント濃度及び/又はキャリア濃度が10 13 cm -3 未満である紫外線(UV)発光デバイス。 - 前記多重量子井戸層と前記傾斜層との間に配置され、AlvGa1-vNを含み、v>y及びv>xである電子ブロック層を更に備える、請求項23に記載のデバイス。
- 前記傾斜層と前記電子ブロック層との界面における前記傾斜層の前記Al濃度zは前記電子ブロック層の前記Al濃度vにほぼ等しく、前記界面には20%以上のAl濃度の組成オフセットが存在する、請求項23に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の前記Al濃度wは約0である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記基板はドープAlN又はアンドープAlNを含む、請求項23に記載のデバイス。
- 前記発光デバイスは発光ダイオードを含む、請求項23に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の厚さは1nm以上かつ20nm以下である、請求項23に記載のデバイス。
- 前記基板と前記多重量子井戸層との間に配置され、y<n<xである、nドープAlnGa1-nN下部コンタクト層を更に備える、請求項23に記載のデバイス。
- 前記キャップ層の少なくとも一部の上に配置された反射層を更に備え、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記反射層の反射率は、前記発光デバイス構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの反射率よりも大きい、請求項23に記載のデバイス。
- 前記反射層はAlを含む、請求項31に記載のデバイス。
- 前記反射層の少なくとも一部と前記キャップ層との間に配置された透過層を更に備え、前記発光構造によって放出される光に対する前記透過層の透過率は、前記発光構造によって放出される光に対する前記金属コンタクトの透過率よりも大きい、請求項31に記載のデバイス。
- 前記透過層は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、又は酸化ガリウムのうち少なくとも1つを含む、請求項33に記載のデバイス。
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