JP4110222B2 - 発光ダイオード - Google Patents

Description

本発明は、発光ダイオードに関し、より具体的には紫外光を発する窒化物半導体を用いた発光ダイオードに関するものである。

ＧａＮ系化合物半導体はバンドギャップが大きいために、青色ＬＥＤ(Light Emitting Diode)や紫外光ＬＥＤとして機能し、白色ＬＥＤの励起光源に多く用いられている。これら波長の短い紫外光を発光するＧａＮ系ＬＥＤは、その性能を向上させるために、たとえば下記の提案がなされてきた。
（ｄ1）ＳｉＣ基板を用い、ＩｎＡｌＧａＮ層を発光層として、そのＩｎＡｌＧａＮ層におけるＩｎなどの組成比を調整することにより波長３６０ｎｍ以下の紫外域での発光を高効率化する（特許文献１)。
（ｄ2）ＧａＮ基板上に形成したＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層／Ａｌ_0.4Ｇａ_0.6Ｎ層からなる単層量子井戸構造を発光層として高輝度化をはかる（非特許文献１)。
特開２００１−２３７４５５号公報 T.Nishida, H.Saito, N.Kobayashi; Appl. Phys. Lett., Vol.79(2001) 711

しかしながら上記の紫外発光素子は、発光効率が低く、また照明などに用いるために大電流を流すと発熱のために発光効率が低下してしまうという問題があった。上記の紫外発光素子の発光効率が低い理由として、基板や発光層などにおける転位密度が高いために、これら転位が非発光中心として働くことを挙げることができる。とくにサファイア基板を用いた場合、放熱性が悪く、発光効率が入力に比例してリニアに上がらずに途中で飽和する傾向が強い。

本発明は、高効率発光および高出力発光を実現することができる発光ダイオードを提供することを目的とする。

本発明の発光ダイオードは、貫通転位密度が１×１０^７ｃｍ^-2以下であるＧａＮ基板の主表面の側に形成された第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１≦１）層と、ＧａＮ基板から見て第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層より遠くに位置する第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１）層と、第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層および第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層の間に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の井戸層と障壁層とを含む発光層とを備え、第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層と、第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層との厚みの合計が０．４μｍ以下であり、発光層と第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層との間に、厚みが１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、障壁層とは異なる層であり、緩衝層となるＩｎ _x Ａｌ _y Ｇａ _1-x-y Ｎ（０<ｘ<０．２、０<ｙ<０．５）層を有する。
他の局面では、発光ダイオードは、貫通転位密度が１×１０^７ｃｍ^-2以下であるＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）基板と、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ基板の主表面の側に形成された第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１≦１）層と、Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ基板から見て第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層より遠くに位置する第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１）層と、第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層および第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層の間に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の井戸層と障壁層とを含む発光層とを備え、第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層と、第２導電型のＡｌ _ｘ２ Ｇａ _１−ｘ２ Ｎ層との厚みの合計が０．４μｍ以下であり、発光層と第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層との間に、厚みが１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、障壁層とは異なる層であり、緩衝層となるＩｎ _x Ａｌ _y Ｇａ _1-x-y Ｎ（０<ｘ<０．２、０<ｙ<０．５）層を有し、発光層における発光により波長３３０ｎｍ〜３７０ｎｍの範囲の光を発する。

上記の構成によれば、低転位密度のＧａＮ基板を用いることにより、発光素子内において非発光中心として作動する貫通転位密度を抑制し、発光効率を高めることができる。また、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶に含まれるＩｎによる組成変調効果により、発光効率をさらに高めることができる。なお、基板は、Ａｌ_xＧａ_1-xＮ基板（０<ｘ≦１）でもよい。

なお、Ａ層の上にＢ層が位置するとは、窒化物半導体基板から見てＡ層よりも遠い位置にＢ層が位置することをさし、Ｂ層はＡ層に接していてもよいし、接していなくてもよい。

次に本発明の実施例について説明する。

（実施例１）
図１は、本発明の実施例１のＬＥＤを示す図である。図１において、ＧａＮ基板１の上に、（ｎ型ＧａＮ層２／ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３／ＩｎＡｌＧａＮ発光層４／ｐ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層５／ｐ型ＧａＮ層６）の積層構造が形成されている。ＧａＮ基板１の第２の主平面である裏面にはｎ電極１１が、また、ｐ型ＧａＮ層６の上にはｐ電極１２が配置されている。これら対のｎ電極１１とｐ電極１２とに電流を印加することにより、ＩｎＡｌＧａＮ発光層から紫外光が発光される。ＩｎＡｌＧａＮ発光層は、Ｉｎ_xaＡｌ_yaＧａ_1-xa-yaＮの組成を有する。

図１に示すＧａＮ系ＬＥＤは、次の処理工程により製造される。厚み４００μｍ、転位密度５Ｅ６ｃｍ^-2、比抵抗１Ｅ−２ΩｃｍのＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ(有機金属気相成長法:Metal Organic Chemical Vapor Deposition)成膜装置内のサセプタ上に配置し、成膜装置内を減圧に保ち、下記のＭＯＣＶＤ法により積層構造を形成し、紫外発光ダイオードを作製した。

ＭＯＣＶＤの原料にはトリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムアダクト、アンモニア、テトラエチルシラン、ビスエチルシクロペンタジニチルマグネシウムを用いた。まず、成長温度１０５０℃で、ＧａＮ基板１の上に厚さ０．１μｍのｎ型ＧａＮ層２を下地層として形成し、次いでその上に厚さ０．２μｍのｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層３を成膜した。

その後、成長温度を８３０℃に降下し、６０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ発光層４を成長した。このときの原料ガスの流量はアンモニアが２ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム３μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム０．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウムアダクト６０μｍｏｌ／ｍｉｎ、であった。その後、再び成長温度を１０５０℃に上昇し、厚さ０．２μｍのｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層５を形成した。さらに、この上に厚さ３０ｎｍのｐ型ＧａＮ層をコンタクト層として成長した。

こうして成長したＬＥＤエピタキシャル構造に、適当な金属材料によりｐ型ＧａＮ層６上に半透明のｐ電極１２、ＧａＮ基板の第２面の主平面でエピタキシャル層とは反対側の面（裏面）にｎ電極１１を形成した。こうして作製した紫外発光ダイオードは図１に示す構造を取る。

上記の紫外発光ダイオードに連続電流印加を行なったところ、図２に示すように、波長３６０ｎｍのＩｎＡｌＧａＮ発光層のバンド端発光が得られた。印加電流値を３００ｍＡまで上げても、図３に示すように、光出力は飽和することなく線形に増加した。このことからＧａＮ基板上の高い放熱性が実証された。また、本実施例では、ＧａＮ基板に転位密度が低い基板を用いたために、貫通転位密度が低下し、発光効率を高めることができた。

（実施例２）
図４は、本発明の実施例２の紫外発光ダイオードを示す図である。この紫外発光ダイオードは、図１に示す紫外ＬＥＤの積層構造と比べて、発光層４と接してＧａＮ基板１に近い側に緩衝層のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ層１７を配置した点に特徴がある。また、発光層も多重量子井戸構造としているが、発光層についてはこの後に説明する。

本実施例の紫外ＬＥＤの製造方法は次のとおりである。ＧａＮ基板１としては、厚み４００μｍ、貫通転位密度５Ｅ６／ｃｍ²の基板を用いた。実施例１と同様の方法により、ＧａＮ基板１の上にｎ型ＧａＮ層２およびｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３を順に形成した。次いで、ｎ型Ａｌ_xＧａ_1-xＮ層３に接して、成長温度８３０℃で厚み５０ｎｍのＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ緩衝層１７を成長させる。

その後、そのＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ緩衝層１７の上に、図５に示すように（Ｉｎ_x5Ａｌ_y5Ｇａ_1-x5-y5Ｎ障壁層４ａ／Ｉｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ井戸層４ｂ）の２層構造を３周期積層しての多重量子井戸構造を形成した。実施例２では、この多重量子井戸構造が発光層４を構成する。

Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ緩衝層を成長させるとき、およびＩｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ障壁層を成長させるときの原料ガスの流量は、アンモニアが２ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム１．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム０．６５μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウムアダクト３０μｍｏｌ／ｍｉｎ、とした。

Ｉｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ井戸層を成長させるときの原料ガスの流量は、アンモニアが２ｌ／ｍｉｎ、トリメチルガリウム１．５μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルアルミニウム０．５２μｍｏｌ／ｍｉｎ、トリメチルインジウムアダクト５３μｍｏｌ／ｍｉｎ、であった。

本実施例では、緩衝層のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ層を配置したこと、および発光層を、ＩｎＡｌＧａＮ層の多重量子井戸構造にしたこと、の２点で、実施例１と相違する。

上記の２点の改良により、図６に示すように、発光出力は飛躍的に向上した。たとえば、図３では１００ｍＡの印加電流に対する光出力は０．０１ｍＷ程度であったが、図６では１００ｍＡの印加電流に対する光出力は１．７ｍＷと１５０倍強の大幅な向上が得られた。また、図７に示すように、発光スペクトルの半値幅は１２ｎｍと小さくなった。これは発光層を多重量子井戸としたことによって量子準位間での発光が支配的となるためである。

（実施例３）
本発明の実施例３では、ＧａＮ基板上に形成した紫外ＬＥＤ（本発明例）と、ＧａＮテンプレート（サファイア基板上に低温成長ＧａＮバッファ層を介してｎ型ＧａＮを３μｍ成長した基板）上に形成した紫外ＬＥＤ（比較例）との光出力の比較を行なった。ＧａＮテンプレートは予め作製したものを用いた。上記本発明例および比較例ともに、図４および図５に示す積層構造を形成した。ただし、ＧａＮテンプレートは裏面側は絶縁体なので、ｎ電極は予め露出させたｎ型ＧａＮ層上に形成した。

まず、製造にあたり、ＧａＮ基板およびＧａＮテンプレートの両方をともにＭＯＣＶＤ成膜装置内のサセプタ上に配置した。次いで、ＧａＮ基板と、ＧａＮテンプレートとにｎ型ＧａＮ層、ｎ型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層および緩衝層のＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ層を成膜した。この後、実施例２と同様に、（Ｉｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ障壁層／Ｉｎ_x3Ａｌ_y3Ｇａ_1-x3-y3Ｎ井戸層）の２層構造を３周期積層して、多重量子井戸構造を作製した。この後、ｐ型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層／ｐ型ＧａＮ層を形成し、ｐ電極およびｎ電極を形成した。上記の成膜処理を通じて、成長温度、原料ガスの流量は実施例２と同じに揃えた。ただし、ＧａＮテンプレートへのｎ電極は上述したように、ｎ型ＧａＮ層上に形成する。

上記のようにして作製した本発明例および比較例の両方に、電流を印加して光出力を測定した。結果を比較できるようにして、図８に示す。図８では、ＧａＮテンプレートを用いた比較例は、実際の光出力の５倍の値が表示されている。

図８によれば、電流５０ｍＡでＧａＮ基板上のＬＥＤでＧａＮテンプレート上の約１０倍の出力が得られている。またＧａＮテンプレートを用いたＬＥＤでは電流１００ｍＡで出力が飽和傾向を示すのに対し、ＧａＮ基板上では出力が線形に増加した。よって低転位ＧａＮ基板はＩｎＡｌＧａＮ発光層を用いた紫外ＬＥＤの高効率化、高電流注入によるＬＥＤの高出力化に有効である。本発明例のＬＥＤでは、熱伝導の良好なＧａＮ基板を用いているため発熱による高温化が抑制されること、および貫通転位密度が低いために非発光中心が抑制されること、の２点により上記の高出力が得られた。

（実施例４）
図９は、本発明の実施例４における発光素子の積層構造を示す図である。まず、製造方法について説明する。Ａｌ_xＧａ_1-xＮ基板（ｘ＝０.１８）をサセプタ上に配置し、有機金属気相成長法の成膜装置内を減圧に保ちながら積層構造を作製し、紫外発光ダイオード構造を得た。原料には、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム、トリメチルインジウムアダクト、アンモニア、テトラエチルシラン、ビスエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを用いた。まず、成長温度１０５０℃で、厚さ０.５μｍのｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎバッファ層２２を成長させた。

その後、成長温度を８３０℃に降下させ、上述の実施例２と同様に、ＩｎＡｌＧａＮ障壁層２４ａおよびＩｎＡｌＧａＮ井戸層２４ｂを３周期有する多重量子井戸構造の発光層２４を形成した。その後、再び成長温度を１０５０℃に上昇させ、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ｎ層２５および厚さ５０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層２６を成長した。

上記のように形成したＬＥＤエピタキシャル構造のｐ型ＡｌＧａＮ層２６の上に、金属材料により半透明ｐ電極１２を形成し、またＡｌＧａＮ基板２１の裏面側にｎ電極１１を形成した。

上記のように形成した紫外発光ダイオードに連続電流を印加したところ、波長３５１ｎｍのＩｎＡｌＧａＮのバンド端発光を得ることができた。このバンド端発光の光出力として電流１００ｍＡのとき８ｍＷを得ることができた。

以上本発明の実施例について説明したが、上記の実施例も含めて本発明の実施の形態について羅列的に説明する。

上記の窒化物半導体基板をＧａＮ基板とすることができる。ＧａＮ基板は大型で安価なものが入手可能なため、量産に適している。

また上記の窒化物半導体基板をＡｌ_xＧａ_1-xＮ基板（０<ｘ≦１）としてもよい。Ａｌ_xＧａ_1-xＮ基板を用いることによりＩｎＡｌＧａＮ発光層の結晶性を高めることができる。すなわち、発光層と窒化物半導体基板との結晶格子の違いを小さくすることができ、発光層に生じる格子不整を抑制することができる。

上記のＡｌ_xＧａ_1-xＮ基板（０<ｘ≦１）のバンドギャップエネルギーを、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を含む発光層が発する光の波長に対応するエネルギー以上とすることができる。このような窒化物半導体基板のバンドギャップとすることにより、発光層から発した光が窒化物半導体基板に吸収されず、有効に利用することができる。

上記の窒化物半導体基板の第１の主表面の側に、第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層（０≦ｘ1≦１）と、窒化物半導体基板から見て第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層より遠くに位置する第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層（０≦ｘ2≦１）とを備え、第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層および第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層の間に、上記のＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を含む構成としてもよい。

上記の構成により、ｐ導電型層とｎ導電型層とから、その間に挟むＩｎＡｌＧａＮ４元混晶に電流を注入することにより、高い効率の発光を得ることができる。

上記の発光素子は、発光層における発光により波長３３０ｎｍ〜３７０ｎｍの範囲の光を発することができる。

上記範囲の波長が放射されるように発光層を調整することにより、発光効率の優れた紫外線域の発光素子を得ることができる。

上記の窒化物半導体基板の貫通転位密度は１Ｅ７ｃｍ^-2以下とするのがよい。

この構成により、本発明の発光素子中の貫通転位密度を減らすことができ、非発光中心密度を低減することができる。

また、上記の窒化物半導体基板と第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層との間に、第１導電型の窒化物半導体基板と同種の窒化物半導体層を有する構成にしてもよい。

この構成によれば、窒化物半導体基板に接して第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層を形成する構造よりも、上記の第１導電型の窒化物半導体基板と同種の窒化物半導体層を緩衝層として機能させることにより第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層の結晶性を高めることができる。

上記の第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層の上に、厚み１ｎｍ〜５００ｎｍの第２導電型のＡｌ_x3Ｇａ_1-x3Ｎ層（０≦ｘ3<１、ｘ3<ｘ2）を有する構成にしてもよい。

上記の構成によれば、第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層に接して電極を形成するよりも接触抵抗を低くでき、電力−光変換効率を高めることができる。第２導電型のＡｌ_x3Ｇａ_1-x3Ｎ層は、厚み１ｎｍ未満では接触抵抗を低下できるほど良好な層を得ることができず、また厚みが５００ｎｍを超えると波長３６０ｎｍ以下の紫外光の吸収量が増える。このため、第２導電型のＡｌ_x3Ｇａ_1-x3Ｎ層の厚みは１ｎｍ〜５００ｎｍの範囲とする。

上記の第１の主表面とは反対側の第２の主表面に第１の電極が、また第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層の上に第１の電極と対をなす第２の電極が形成される構成をとることができる。

上記の構成によれば、窒化物半導体基板の第２の主表面である裏面に第１の電極を配置することができるので、直列抵抗を小さくすることができる。このため、電圧効率を向上させ、発熱を小さくできるので、発光効率を高めることができる。さらに、窒化物半導体は熱伝導率が良好なので発熱の影響を受けにくいことも良い方向に作用する。

上記の発光層が、Ｉｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ（０<ｘ4<０．２、０<ｙ4<０．５）で表される井戸層と、Ｉｎ_x5Ａｌ_y5Ｇａ_1-x5-y5Ｎ（０≦ｘ5<０．２、０<ｙ5<０．５）で表される障壁層とを含む量子井戸構造を有する構成をとってもよい。

上記のように、発光層を量子井戸構造にすることにより発光効率を大幅に向上させることができる。そして、井戸層および障壁層ともにＩｎＡｌＧａＮの結晶を用いることにより、歪みを小さくでき、発光効率を高めることができる。

上記の発光層と窒化物半導体基板との間に、厚み１０ｎｍ〜２００ｎｍのＩｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ（０<ｘ<０．２、０<ｙ<０．５）層を有する構成をとってもよい。

上記の構成により、発光層にかかる歪みを小さくすることができ、ピエゾ効果による電子と正孔の空間的分離を防止し、発光効率を向上させることができる。

上記の第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層（０≦ｘ1≦１）と、第２導電型のＡｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層（０≦ｘ2≦１）層との厚みの合計が０．４μｍ以下であるようにしてもよい。

第１導電型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層および第２導電型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層の厚みの合計が０．４μｍを超えるとクラックが発生し、これらの層の一部に対応する部分でしか発光しなくなるので、上記厚み合計を０．４μｍ以下とするのがよい。

上記別の本発明の発光素子では、窒化物半導体基板がエッチングまたは剥離されて発光層から見て第１導電型のＡｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層より遠くに、窒化物半導体層を有しないようにしてもよい。

この構成により、窒化物半導体基板（窒化物半導体層）による短波長域の吸収をなくすことができる。

上記において、本発明の実施の形態および実勢例について説明を行ったが、上記に開示された本発明の実施の形態および実施例は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれら発明の実施の形態に限定されない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明の発光素子およびその製造方法を用いることにより、高効率発光により高出力発光を実現することができるので、白色発光素子の励起用光源などとして照明用途などに広範に適用されることが期待される。

本発明の実施例１における紫外ＬＥＤを示す図である。 図１の紫外ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 図１の紫外ＬＥＤの印加電流と光出力との関係を示す図である。 本発明の実施例２における紫外ＬＥＤを示す図である。 図４の発光層の拡大図である。 図４の紫外ＬＥＤの印加電流と光出力との関係を示す図である。 図４の紫外ＬＥＤの発光スペクトルを示す図である。 本発明の実施例３における本発明例の紫外ＬＥＤと、比較例の紫外ＬＥＤの印加電流と光出力との関係を示す図である。 本発明の実施例４における紫外ＬＥＤの積層構造を示す図である。

符号の説明

１ ＧａＮ基板、２ ｎ型ＧａＮ層、３ ｎ型Ａｌ_x1Ｇａ_1-x1Ｎ層、４ ＩｎＡｌＧａＮ発光層、４ａ Ｉｎ_x5Ａｌ_y5Ｇａ_1-x5-y5Ｎ層（障壁層）、４ｂ Ｉｎ_x4Ａｌ_y4Ｇａ_1-x4-y4Ｎ層（井戸層）、５ ｐ型Ａｌ_x2Ｇａ_1-x2Ｎ層、６ ｐ型ＧａＮ層、１１ ｎ電極、１２ ｐ電極、１７ Ｉｎ_xＡｌ_yＧａ_1-x-yＮ緩衝層、２１ ｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ基板、２２ ｎ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層、２４ａ ＩｎＡｌＧａＮ障壁層、２４ｂ ＩｎＡｌＧａＮ井戸層、２４ ＩｎＡｌＧａＮ発光層、２５ ｐ型Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ｎ層、２６ ｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層。

Claims (4)

1. 貫通転位密度が１×１０^７ｃｍ^-2以下であるＧａＮ基板と、
   前記ＧａＮ基板の主表面の側に形成された第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１≦１）層と、
   前記ＧａＮ基板から見て前記第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層より遠くに位置する第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１）層と、
   前記第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層および第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層の間に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の井戸層と障壁層とを含む発光層とを備え、
   前記第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層と、前記第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層との厚みの合計が０．４μｍ以下であり、
   前記発光層と前記第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層との間に、厚みが１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、前記障壁層とは異なる層であり、緩衝層となるＩｎ _x Ａｌ _y Ｇａ _1-x-y Ｎ（０<ｘ<０．２、０<ｙ<０．５）層を有する、発光ダイオード。
2. 貫通転位密度が１×１０^７ｃｍ^-2以下であるＡｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ（０＜ｘ≦１）基板と、
   前記Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ基板の主表面の側に形成された第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ（０≦ｘ１≦１）層と、
   前記Ａｌ_ｘＧａ_１−ｘＮ基板から見て前記第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層より遠くに位置する第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ（０≦ｘ２≦１）層と、
   前記第１導電型のＡｌ_ｘ１Ｇａ_１−ｘ１Ｎ層および第２導電型のＡｌ_ｘ２Ｇａ_１−ｘ２Ｎ層の間に、ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶の井戸層と障壁層とを含む発光層とを備え、
   前記第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層と、前記第２導電型のＡｌ _ｘ２ Ｇａ _１−ｘ２ Ｎ層との厚みの合計が０．４μｍ以下であり、
   前記発光層と前記第１導電型のＡｌ _ｘ１ Ｇａ _１−ｘ１ Ｎ層との間に、厚みが１０ｎｍ〜２００ｎｍであり、前記障壁層とは異なる層であり、緩衝層となるＩｎ _x Ａｌ _y Ｇａ _1-x-y Ｎ（０<ｘ<０．２、０<ｙ<０．５）層を有し、
   前記発光層における発光により波長３３０ｎｍ〜３７０ｎｍの範囲の光を発する、発光ダイオード。
3. 前記Ａｌ_xＧａ_1-xＮ基板のバンドギャップエネルギーが、前記ＩｎＡｌＧａＮ４元混晶を含む発光層が発する光の波長に対応するエネルギー以上である、請求項２に記載の発光ダイオード。
4. 前記発光層が、Ｉｎ_x３Ａｌ_y３Ｇａ_1-x３-y３Ｎ（０<ｘ３<０．２、０<ｙ３<０．５）で表される前記井戸層と、Ｉｎ_x４Ａｌ_y４Ｇａ_1-x４-y４Ｎ（０≦ｘ４<０．２、０<ｙ４<０．５）で表される前記障壁層とを含む量子井戸構造を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の発光ダイオード。

Images