DE112014000592B4

DE112014000592B4 - Verfahren zum Herstellen von lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtungen

Info

Publication number: DE112014000592B4
Application number: DE112014000592.4T
Authority: DE
Inventors: Nam-Goo Cha; Geon-Wook YOO; Han-kyu SEONG
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2020-12-31
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: US20150372186A1; US9379283B2; CN105009309B; WO2014119910A1; US20140209859A1; DE112014000592T5; CN105009309A; KR20140096980A; KR101603207B1; US9525102B2

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst:Bereitstellen einer Basisschicht (12), die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist;Bilden einer Maske (13) mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht (12);Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (H) mit Bereichen der Basisschicht (12), die dadurch in der Maske (13) freigelegt sind;Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen (15a) durch Wachsen des Halbleiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht (12) zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen (H) derart, dass gesamte Seitenoberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a) durch eine Gestalt der Mehrzahl von Öffnungen (H) festgelegt werden und sich nicht über die Mehrzahl von Öffnungen (H) hinaus erstrecken;teilweises Entfernen der Maske (13) unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen (15a); undsequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht (15b) und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (15c) auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a).

Description

Technisches Gebiet
Das vorliegende erfinderische Konzept betrifft Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhal bleitervorrichtu ng.
Hintergrund
Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung, wie z.B. eine lichtemittierende Diode (LED), ist eine Vorrichtung, die Licht aus davon umfassten Materialien durch die Umwandlung von Energie, erzeugt durch Rekombination von Elektronen und Löchern, erzeugen kann. LEDs werden gemeinhin in Leuchtvorrichtungen und Anzeigevorrichtungen und als allgemeine Lichtquellen verwendet, und die Entwicklung davon wurde deshalb beschleunigt.
Die KR 10 2012 0 058 137 A offenbart eine lichtemittierende Vorrichtung, bei der eine erste Halbleiterschicht auf einem Substrat ausgebildet ist. Eine Maskierungsschicht, die eine Vielzahl von Löchern aufweist, ist auf der ersten Halbleiterschicht ausgebildet. Ein Halbleiter-Nanokern der Vorrichtung besteht aus einem Halbleitermaterial, das entsprechend einem Typ der ersten Halbleiterschicht dotiert ist. Eine lichtemittierende aktive Schicht umgibt die Oberfläche des Nanokerns. Ein zweite Halbleiterschicht bedeckt die Oberfläche der aktiven Schicht. Der Typ der zweiten Halbleiterschicht ist unterschiedlich zu dem Typ der ersten Halbleiterschicht.
Offenbarung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, verbesserte Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierende Nanostruktur-Halbleitervorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei denen eine Nanostruktur stabil gebildet werden kann.
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstände der Unteransprüche.
Technische Lösung
Gemäß einem Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Basisschicht, die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist; Bilden einer Maske mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht; Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen mit Bereichen der Basisschicht, die dadurch in der Maske freigelegt sind; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen durch Wachsen des Halbleiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen derart, dass gesamte Seitenoberflächen der Mehrzahl von Nanokernen durch eine Gestalt der Öffnungen festgelegt werden und sich nicht über die Öffnungen hinaus erstrecken; teilweises Entfernen der Maske unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen; und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen.
Die Maske kann eine erste Materialschicht, die auf der Basisschicht gebildet ist und als die Ätzstoppschicht bereitgestellt wird, und eine zweite Materialschicht umfassen, die auf der ersten Materialschicht gebildet ist und eine Ätzrate aufweist, die höher ist als die der ersten Materialschicht.
Die Maske kann erste bis dritte Materialschichten umfassen, die sequenziell auf der Basisschicht gebildet sind, und die zweite Materialschicht kann aus einem Material gebildet sein, das sich von dem der ersten und dritten Materialschichten unterscheidet und kann als die Ätzstoppschicht bereitgestellt sein.
Die ersten und dritten Materialschichten können aus dem gleichen Material gebildet sein.
Ein Ätzstoppniveau durch die Ätzstoppschicht kann bei einer Tiefe gleich oder unterhalb eines Punkts gleich 1/3 der Gesamthöhe der Maske von einer oberen Oberfläche der Basisschicht angeordnet sein.
Ein Aspektverhältnis der Öffnung kann ungefähr 5:1 oder größer betragen.
Das Verfahren kann ferner zwischen der Bildung der Mehrzahl von Öffnungen und der Bildung der Mehrzahl von Nanokernen ein Bilden eines Diffusionsunterdrückungsfilms, der aus einem Material gebildet ist, das sich von dem der Maske auf entsprechenden inneren Seitenwandoberflächen der Mehrzahl von Öffnungen unterscheidet, umfassen.
Die Bildung des Diffusionsunterdrückungsfilms kann ein Bilden eines Materialfilms für den Diffusionsunterdrückungsfilm auf der Oberfläche der Maske und ein Entfernen von Bereichen des Materialfilms, die auf einer oberen Oberfläche der Maske und der freiliegenden Bereiche der Basisschicht angeordnet sind, umfassen, so dass lediglich der Materialfilm auf einer inneren Seitenwand der Öffnung verbleibt.
Das Verfahren kann ferner ein Entfernen des Diffusionsunterdrückungsfilms von der freiliegenden Oberfläche der Nanokerne umfassen, bevor die aktive Schicht und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp sequenziell gewachsen werden.
Nach dem Entfernen des Diffusionsunterdrückungsfilms kann ein Bereich des Diffusionsunterdrückungsfilms, der unter einem oberen Oberflächenniveau der Ätzstoppschicht angeordnet ist, verbleiben.
Das Verfahren kann ferner ein Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen zwischen der teilweisen Entfernung der Maske und des sequenziellen Wachsens der aktiven Schicht und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp umfassen.
Das Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen kann bei einer Temperatur in einem Bereich von ca. 600 bis ca. 1200 °C durchgeführt werden.
Das Verfahren kann ferner ein Anwenden eines Planarisierungsprozesses auf obere Oberflächen der Mehrzahl von zu planarisierenden Nanokernen umfassen, so dass sie das gleiche Niveau aufweisen.
Wenigstens ein Bereich der Mehrzahl von Nanokernen kann einen Querschnitt und/oder einen Abstand dazwischen aufweisen, der sich von dem der übrigen Nanokerne unterscheidet.
Gemäß einem weiteren Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Basisschicht, die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist; Bilden einer Maske mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht; Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen mit Bereichen der Basisschicht, die dadurch in der Maske freiliegen; Bilden eines Diffusionsunterdrückungsfilms, der aus einem Material gebildet ist, das von dem der Maske auf entsprechenden inneren Seitenwänden der Mehrzahl von Öffnungen verschieden ist; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen durch Wachsen des Halbleiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen; teilweises Entfernen der Maske unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen; und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen.
Gemäß einem weiteren Aspekt des vorliegenden erfinderischen Konzepts wird ein Verfahren zur Herstellung einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung bereitgestellt, wobei das Verfahren umfasst: Bilden einer Maske mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht; Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen mit Bereichen, die in der Maske dadurch freigelegt sind; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen durch Wachsen des Hableiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen; teilweises Entfernen der Maske unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen; Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen zum Stabilisieren einer Kristallebene der Mehrzahl von Nanokernen; und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen.
Das Wärmebehandeln kann durch Zuführen eines Quellgases für den Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp bei einer Temperatur in einem Bereich von ca. 600 °C bis ca. 1200 °C durchgeführt werden.
Die Nanokerne können vor dem Wärmebehandeln eine zylindrische Gestalt aufweisen und die wärmebehandelten Nanokerne können eine hexagonale Kristallspaltengestalt.
Die Breiten der wärmebehandelten Nanokerne können größer sein als jene der Nanokerne vor der Wärmebehandlung.
Die Bildung der Mehrzahl von Nanokernen kann ein Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokerne nach einem zeitweisen Stoppen des Wachsens der Mehrzahl von Nanokernen umfassen.
Effekt der Erfindung
Eine 3D-Nanostruktur mit einem relativ hohen Aspektverhältnis kann durch eine Maske, die als eine Form dient, stabil gewachsen werden, wodurch eine lichtemittierende Fläche vergrößert werden kann.
Zusätzlich kann eine gleichförmige Höhe in einer finalen Nanostruktur sichergestellt werden, sogar in einem Fall, in dem sich eine Wachstumshöhe einer Nanostruktur aufgrund einer unebenen Abscheidung entsprechend Bereichen in einem Kristallwachstumsprozess unterscheidet, da ein Planarisierungsprozess leicht angewendet werden kann. Insbesondere kann ein solcher Prozess nützlich im Differenzieren von Querschnitten von Nanostrukturen und einem Abstand dazwischen verwendet werden, um mehrere Wellenlängen von Licht, z.B. weißes Licht, zu implementieren.
Die obigen und andere Aspekte, Merkmale und andere Vorteile gehen klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung zusammen mit den folgenden Ausführungsformen hervor.
Figurenliste

1 bis 5 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellen,
6 und 7 zeigen ebene Ansichten von Masken, die Gestalten von Öffnungen in Aufsicht darstellen, die in der Maske gebildet sind;
8 und 9 zeigen Querschnittansichten, die in der Maske gebildete Öffnungen darstellen;
10 bis 14 zeigen Querschnittansichten, die Beispiele von Hauptprozesse zur Bildung einer Elektrode darstellen, die auf eine lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung angewendet werden, die in einem Prozess aus 5 bereitgestellt wird;
15 bis 21 zeigen Querschnittansichten, die entsprechend der Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung darstellen;
22 und 23 zeigen schematisch Ansichten, die einen Wärmebehandlungsprozess darstellen, der auf die Prozesse in den 18 und 19 anwendbar ist;
24 bis 27 zeigen Querschnittansichten, die ein Beispiel eines Elektrodenbildungsprozesses hinsichtlich des sich ergebenden Produkts darstellen, das in 21 dargestellt ist;
28 bis 31 zeigen Querschnittansichten, die entsprechend der Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform (eine Änderung in einer Maskenstruktur) darstellen;
32 bis 38 zeigen Querschnittansichten, die entsprechend der Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform (die Verwendung eines Diffusionsunterdrückungsfilms) darstellen;
39 zeigt eine Querschnittansicht, die ein Beispiel einer finalen Struktur in einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung darstellt, die in 38 bereitgestellt ist;
40 bis 43 zeigen Querschnittansichten, die Prozesse zum Erhalten von Nanokernen darstellen;
44 ist ein Rasterelektronenmikroskop (REM)-Foto, das in einem experimentellen Beispiel verwendet wird;
45(a) und 45(b) zeigen REM-Fotos, die durch Abbilden einer ebenen Anordnung von Nanokernen und einer seitlichen Querschnittstruktur gewachsen unter Verwendung einer Maske, die in einem experimentellen Beispiel eingesetzt wird, erhalten werden;
46(a) und 46(b) zeigen REM-Fotos, die durch Abbilden einer ebenen Anordnung von Nanokernen und einer seitlichen Querschnittstruktur, die in einem experimentellen Beispiel wärmebehandelt wurde, erhalten wurden;
47 bis 50 zeigen Querschnittansichten, die Hauptprozesse in einem Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen-Ausführungsform darstellen;
51 und 52 zeigen Ansichten, die verschiedene Beispiele einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtungspackung darstellen, die in einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung eingesetzt wird;
53 und 54 zeigen Ansichten, die eine Rücklichteinheit darstellen, welche eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet;
55 zeigt eine auseinandergenommene perspektivische Ansicht, die ein Beispiel einer Leuchtvorrichtung darstellt, welche eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet; und
56 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer Scheinwerferlampe darstellt, welche eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet.

Detaillierte Beschreibung
Ausführungsformen von Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden
Nanostrukturhalbleitervorrichtung werden nun ausführlich mit Bezug auf die beiliegenden Figuren beschrieben.
In den Figuren können die Gestalten und Dimensionen von Elementen aus Klarheitsgründen übertrieben dargestellt sein und gleiche Bezugszeichen werden durchgängig verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu bezeichnen.
1 bis 5 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer Ausführungsform darstellen.
Das Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann anfänglich eine Basisschicht 12 bereitstellen, die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist.
Gemäß der Darstellung in 1 kann die Basisschicht 12 durch Wachsen eines Halbleiters von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf dem Substrat 11 bereitgestellt werden.
Das Substrat 11 kann ein isolierendes, leitfähiges oder halbleitendes Substrat sein, falls erforderlich. Das Substrat 11 kann ein kristallgewachsenes Substrat zum Wachsen der Basisschicht 12 sein. Wird die Basisschicht 12 auf einem Nitridhalbleiter gebildet, kann das Substrat 11 selektiv aus Saphir, SiC, Si, MgAl₂O₄, MgO, LiAlO₂, LiGaO₂ oder GaN gebildet sein.
Die Basisschicht 12 kann ein Ende der Mehrzahl von lichtemittierenden Nanostrukturen 15 miteinander elektrisch verbinden, sowie eine Kristallwachstumsoberfläche zum Wachsen der lichtemittierenden Nanostrukturen 15 darauf bereitstellen. Demzufolge kann die Basisschicht 12 aus einem Einkristallhalbleiter mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet sein. Die Basisschicht 12 kann ein Kristallhalbleiter sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt.
Die Basisschicht 12 kann mit Verunreinigungen vom n-Typ dotiert sein, wie z.B. Silizium (Si), um einen speziellen Leitfähigkeitstyp aufzuweisen. Die Basisschicht 12 kann GaN mit einer Verunreinigungskonzentration vom n-Typ von 1 x 10¹⁸/cm³ oder mehr umfassen. Eine Dicke der Basisschicht 12, die zum Wachstum der Nanokerne 15a bereitgestellt wird, kann gleich oder größer als 1 µm sein. Angesichts eines nachfolgenden Elektrodenbildungsprozesses oder dergleichen kann die Dicke der Basisschicht 12 in einem Bereich von 3 µm bis 10 µm liegen.
In einem Fall, in dem ein Nitridhalbleitereinkristall als Basisschicht 12 gewachsen wird, kann das Substrat 11 ein GaN-Substrat sein, das aus dem gleichen Material gebildet ist, wie die Basisschicht, oder kann ein Saphir-Substrat, ein Silizium (Si)-Substrat, oder ein Siliziumkarbid (SiC) -Substrat als ein heterogenes Substrat sein, das aus einem Material gebildet ist, das von dem der Basisschicht 11 verschieden ist. Zwischen dem Substrat 11 und der Basisschicht 12 kann eine Pufferschicht (nicht dargestellt) angeordnet sein, falls erforderlich, um einen Unterschied in Gitterfehlabgleichungen zu entspannen. Die Pufferschicht (nicht dargestellt) kann eine Schicht von Al_xIn_yGa_1-x-yN (0≤x≤1, 0≤y≤1) oder insbesondere kann es eine GaN-, AIN-, AlGaN-, InGaN- oder InGaAlN-Schicht sein. Zusätzlich kann die Pufferschicht durch Kombination einer Mehrzahl von Schichten oder durch eine graduelle Änderung einer Zusammensetzung verwendet werden.
In einem Fall, in dem das Substrat 11 ein Siliziumsubstrat ist, kann das Substrat aufgrund der Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen GaN und Silizium gewölbt oder gebrochen sein, oder die Möglichkeit des Auftretens von Defekten kann aufgrund eines konstanten Unterschieds erhöht sein. Demzufolge kann in diesem Fall eine Pufferschicht mit einer Zusammensetzungsstruktur verwendet werden, da die Defekterzeugung zu steuern ist, während Verspannung zur Unterdrückung von Wölbungen gesteuert wird. Auf dem Substrat 11 kann z.B. unter Verwendung eines Kristalls, der nicht Ga umfasst, wie z.B. AIN oder SiC, eine Pufferschicht gebildet werden, um eine Reaktion zwischen Si und Ga zu verhindern. Insbesondere kann, wenn eine Mehrzahl von AIN-Schichten verwendet wird, eine AlGaN-Zwischenschicht dazwischen eingefügt sein, um eine Verspannung darin zu steuern.
Das Substrat 11 kann während eines Chipherstellungsprozesses zur Verbesserung von Lichtemissions- oder elektrischen Eigenschaften eines LED-Chips vor oder nach dem Wachstum einer LED-Struktur komplett oder teilweise entfernt oder strukturiert werden.
Zum Beispiel werden im Falle eines Saphirsubstrats Laserstrahlen auf eine Grenzfläche zwischen dem Substrat und der Basisschicht 12 durch das Substrat 11 gestrahlt, um folglich das Substrat davon zu trennen und es kann ein Silizium- oder ein Siliziumkarbidsubstrat durch ein Schleifverfahren, ein Ätzverfahren oder dergleichen entfernt werden.
Falls das Substrat 11 entfernt wird, kann ein anderes Trägersubstrat verwendet werden. In dem Trägersubstrat kann ein reflektives Metall daran befestigt sein oder es kann eine reflektive Struktur an einer Verbindungsstruktur mit dem Trägersubstrat hinzugefügt sein, um die Lichtextraktionseffizienz eines LED-Chips zu verbessern.
Wenn das Substrat strukturiert wird, können konkave-konvexe Bereiche oder eine geneigte Oberfläche auf Hauptoberflächen (beide Seitenoberflächen) des Substrats vor oder nach dem Wachstum eines Einkristalls zur Verbesserung der Lichtextraktionseffizienz und von kristallinen Eigenschaften gebildet werden. Die Struktur kann eine Größe in einem Bereich von 5 nm bis 500 µm aufweisen und kann eine reguläre Struktur oder eine irreguläre Struktur sein. Die Struktur kann verschiedentlich ausgebildet sein, z.B. kann sie eine kissenartige Form, eine Gipfel-Tal-Form, eine Halbkugelform oder dergleichen aufweisen.
Anschließend können, wie in 2 dargestellt ist, eine Maske 13 mit einer Mehrzahl von Öffnungen H und einer darin bereitgestellten Ätzstoppschicht auf der Basisschicht 12 gebildet werden.
Die Maske 13 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann eine erste Materialschicht 13a, die auf der Basisschicht gebildet ist, und eine zweite Materialschicht 13b umfassen, die auf der ersten Materialschicht 13a gebildet ist und eine Ätzrate aufweist, die unter Ätzbedingungen der zweiten Materialschicht 13b größer ist als die der ersten Materialschicht 13a.
Die erste Materialschicht 13a kann bezüglich der zweiten Materialschicht 13b als Ätzstoppschicht dienen. Das heißt, dass die erste Materialschicht 13a eine Ätzrate aufweisen kann, die unter den Ätzbedingungen der zweiten Materialschicht 13b kleiner ist als die der zweiten Materialschicht 13b.
Wenigstens die erste Materialschicht 13a kann aus einem Material mit elektrisch isolierenden Eigenschaften gebildet sein und die zweite Materialschicht 13b kann auch aus einem isolierenden Material gebildet sein, falls erforderlich. Die ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, um einen gewünschten Unterschied in den Ätzraten sicherzustellen. Die erste Materialschicht 13a kann z.B. eine SiN-Schicht sein und die zweite Materialschicht 13b kann eine SiO₂-Schicht sein.
Ein solcher Unterschied in den Ätzraten kann durch Verwendung eines Unterschieds in Luftspaltdichten erhalten werden. Die zweite Materialschicht 13b oder beide von den ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b können aus einem Material mit einer porösen Struktur gebildet sein, um einen Unterschied in den Ätzraten zwischen den ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b unter Verwendung eines Unterschieds in der Porosität gebildet sein. In diesem Fall können die ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b aus dem gleichen Material gebildet sein. Die erste Materialschicht 13a kann z.B. aus SiO₂ mit einer ersten Porosität und das zweite Material 13b kann aus dem gleichen SiO₂ wie dem der ersten Materialschicht 13a gebildet sein, jedoch kann die zweite Materialschicht 13b eine Porosität größer als die erste Porosität aufweisen. Auf diese Weise kann die erste Materialschicht 13a unter den Bedingungen, in denen die zweite Materialschicht 13b geätzt wird, eine Ätzrate aufweisen, die kleiner ist als die der zweiten Materialschicht 13b.
Die Gesamtdicke der ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b kann angesichts einer Höhe einer erforderlichen Nanostruktur festgelegt sein. Die erste Materialschicht 13a kann eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die der zweiten Materialschicht 13b. Ein Ätzstoppniveau durch die erste Materialschicht 13a kann an einer Tiefe gleich oder unter einem Punkt gleich 1/3 der Gesamthöhe der Maske 13 angeordnet sein. Mit anderen Worten, die erste Materialschicht 13a kann eine Dicke aufweisen, die gleich oder kleiner als 1/3 der Gesamtdicke der ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b ist oder weniger.
Die Gesamthöhe der Maske 13, d.h. die Gesamtdicke der ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b, kann ungefähr 1 µm oder mehr betragen und kann insbesondere in einem Bereich von ungefähr 5 bis ungefähr 10 µm liegen. Die erste Materialschicht 13a kann eine Dicke von ungefähr 0,5 µm aufweisen.
Nachdem die ersten und zweiten Materialschichten 13a und 13b sequenziell auf der Basisschicht 12 gebildet wurden kann eine Mehrzahl von Öffnungen H in den ersten und zweiten Materialschichten gebildet werden, um Bereiche der Basisschicht 12 dadurch freizulegen (2).- Die Größe entsprechender Öffnungen H, die die Oberfläche der Basisschicht 12 freilegen, kann angesichts einer erforderlichen Größe der lichtemittierenden Nanostruktur festgelegt sein. Die Öffnungen H können z.B. eine Breite von ungefähr 300 nm oder weniger aufweisen, insbesondere von 50 bis 500 nm.
Die Öffnungen H der Maske 13 können durch einen Halbleiterprozess gebildet werden, wie z.B. Fotolithografie. Zum Beispiel einen Tiefätzprozess, um ein relativ hohes Aspektverhältnis aufzuweisen. Die Öffnungen H können ausgebildet sein, so dass sie ein Aspektverhältnis von ungefähr 5:1 oder mehr aufweisen, insbesondere ungefähr 10:1 oder mehr.
Im Allgemeinen kann ein Trockenätzprozess als Tiefätzprozess verwendet werden und es können reaktive Ionen erzeugt aus einem Plasma oder lonenstrahlen erzeugt in Hochvakuum eingesetzt werden. Im Vergleich zum Nassätzen erlaubt der Tiefätzprozess eine genaue Bearbeitung auf einer Mikrostruktur ohne geometrische Bedingungen. Ein Gas auf CF-Basis kann zum Ätzen eines Oxidfilms der Maske 13 verwendet werden. Es kann z.B. ein Ätzmittel erhalten durch Kombination von O₂ und/oder Ar mit einem Gas, wie z.B. CF₄, C₂F₆, C₄F₈ oder CHF₆, verwendet werden.
Gestalten der Öffnungen H und die Ausrichtung davon können verschiedentlich implementiert werden. Zum Beispiel können die Öffnungen in Aufsicht im Falle einer ebenen Gestalt verschiedene Gestalten aufweisen, wie z.B. eine polygonale Gestalt, eine viereckige Gestalt, eine elliptische Gestalt oder eine kreisförmige Gestalt. Die Maske 13, die in 2 dargestellt ist, kann die Öffnungen H mit einer von oben gesehenen kreisförmigen Gestalt aufweisen, die darin ausgerichtet ist, wie in 6 dargestellt ist, jedoch kann sie unterschiedliche Gestalten und Ausrichtungen aufweisen, falls erforderlich. Die Öffnungen mit einer von oben gesehenen regulären hexagonalen Gestalt können z.B., wie in einer Maske 13' in 7 dargestellt ist, ausgerichtet sein.
Obwohl der Fall, in dem die in 2 dargestellten Öffnungen H eine Stabform aufweisen, dargestellt ist, ist die beispielhafte Ausführungsform nicht als hierauf begrenzt anzusehen. Die Öffnungen H können verschiedene Gestalten unter Verwendung geeigneter Ätzprozesse aufweisen. Die Gestalt der Öffnungen H kann abhängig von den Ätzbedingungen variieren.
Als entsprechende Beispiele stellen 8 und 9 unterschiedlich gestaltete Öffnungen dar, die in der Maske gebildet sind. Mit Bezug auf 8 weist eine Maske 33 mit ersten und zweiten Materialschichten 33a und 33b Öffnungen H auf, die eine kissenförmige Gestalt mit einer graduell nach unten abnehmenden Breite auf. Dem gegenüber kann mit Bezug auf 9 eine Maske 33' mit ersten und zweiten Materialschichten 33a' und 33b', Öffnungen H mit einer kissenförmigen Gestalt aufweisen, die eine graduell nach unten zunehmende Breite aufweisen.
Anschließend, wie in 3 dargestellt ist, kann ein Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 12 gewachsen werden, so dass die Mehrzahl von Öffnungen H mit dem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp bereitgestellt werden, wodurch eine Mehrzahl von Nanokernen 15a gebildet wird.
Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Nanokerne 15a kann ein Nitridhalbleiter vom n-Typ sein, z.B. kann er ein Kristall sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN vom n-Typ mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp, der die Nanokerne bildet, kann aus dem gleichen Material gebildet sein, wie der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Basisschicht 12. Die Basisschicht 12 und die Nanokerne 15a können z.B. aus GaN vom n-Typ gebildet sein.
Ein die Nanokerne 15a bildender Nitrideinkristall kann unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder einer Molekularstrahlepitaxie (MBE) gebildet werden. Die Maske 13 kann als eine Form zum Wachsen eines Nitrideinkristalls für die Breitstellung der Nanokerne 15a mit einer Form entsprechend der der Öffnungen H dienen. Das heißt, der Nitrideinkristall kann auf Bereichen der Basisschicht 12 unter Verwendung der Maske 13 zum Füllen der Öffnungen H selektiv gewachsen werden, wobei die Bereiche der Basisschicht 12 durch die Öffnungen H freigelegt werden. Der auf Bereichen der Basisschicht 12, die durch die Öffnungen freigelegt werden, selektiv gewachsene Nitrideinkristall kann eine Form entsprechend der der entsprechenden Öffnungen H aufweisen.
Als Nächstes kann, wie in 4 dargestellt ist, die Maske 13 unter Verwendung der ersten Materialschicht 13a als einer Ätzstoppschicht teilweise entfernt werden, so dass Seitenbereiche der Mehrzahl von Nanokerne 15a freigelegt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der Ätzprozess in den Bedingungen zum selektiven Entfernen der zweiten Materialschicht 13b angewendet werden, um folglich nur die zweite Materialschicht 13b zu entfernen, während die erste Materialschicht 13a verbleibt. In dem vorliegenden Ätzprozess kann die erste Materialschicht 13a als eine Ätzstoppschicht verwendet werden und in einem anschließenden Prozess kann die erste Materialschicht 13a dazu dienen, zu verhindern, dass eine aktive Schicht 15b und eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp 15c die Basisschicht 12 kontaktieren.
Dann, wie in 5 dargestellt ist, können die aktive Schicht 15b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15c sequenziell auf den Oberflächen der Mehrzahl von Nanokerne 15a sequenziell gewachsen werden.
Durch die oben beschriebenen Prozesse kann die lichtemittierende Nanostruktur 15 eine Kern-Hülle-Struktur aufweisen, in der der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp als die Nanokerne 15a bereitgestellt wird und die den Nanokern 15a umgebende aktive Schicht 15b und Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15c werden als die Hüllenschichten bereitgestellt.
Die aktive Schicht 15b kann eine Multi-Quantentopf (MQW)-Struktur aufweisen, in der Quantentopfschichten und Quantenbarrierenschichten abwechselnd aufeinandergestapelt sind. Zum Beispiel kann diese im Falle eines Nitridhalbleiters eine GaN/InGaN-Struktur aufweisen. Hier kann auch eine Einzel-Quantentopf (SQW)-Struktur verwendet werden.
Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15c kann einen Kristall aufweisen, der Al_xl-n_yGa_1-x-yN vom p-Typ mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15c kann ferner eine Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) auf einem Bereich davon an der aktiven Schicht 15b umfassen. Die Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) kann eine Struktur aufweisen, in der eine Mehrzahl von unterschiedlich zusammengesetzten Al_xIn_yGa_1-x-yN-Schichten mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 gestapelt sind oder kann wenigstens eine oder mehr Schichten aufweisen, die aus Al_yGa_(1-y)N mit 0 ≤ y < 1 gebildet ist. Die Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) kann eine Bandlücke aufweisen, die größer ist als die der aktiven Schicht 15b, um demzufolge zu verhindern, dass Elektronen zu der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ) 15c fließen.
Obwohl die vorliegende beispielhafte Ausführungsform den Fall darstellt, in dem die lichtemittierende Nanostruktur 15 eine Kern-Hülle-Struktur und eine Stabform aufweist, sind die beispielhaften Ausführungsformen nicht als solche als beschränkend anzusehen. Das heißt, dass die lichtemittierende Nanostruktur 15 verschiedentlich ausgebildet sein kann, z.B. kann sie eine Pyramidenform oder eine Form aufweisen, in der eine Pyramide und eine Stabform kombiniert sind.
In einem Prozess zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostruktur unter Verwendung einer Maske mit darin gebildeten Öffnungen als einer Form kann eine zusätzliche Wärmebehandlung zur Verbesserung von Kristalleigenschaften eingeführt sein.
Nach Entfernung der Maske kann eine Nanokernoberfläche einer Wärmebehandlung in einem vorbestimmten Zustand ausgesetzt sein, so dass eine Nanokernkristallebene in eine stabile Ebene geändert werden kann, die für ein Kristallwachstum geeignet ist, wie z.B. eine semipolare oder nichtpolare Kristallebene. Ein solcher Prozess kann mit Bezug auf die 6A und 6B erläutert werden.
Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung, die in 5 dargestellt ist, kann eine Elektrode umfassen, die auf verschiedene Arten gebildet ist. 10 bis 14 zeigen Querschnittansichten, die Beispiele von Hauptprozessen zur Bildung einer Elektrode darstellen.
Als Erstes kann eine Kontaktelektrodenschicht 16, wie in 10 dargestellt ist, auf der lichtemittierenden Nanostruktur 15 gebildet werden, die im Prozess von 1E bereitgestellt wird.
Die Kontaktelektrodenschicht 16 kann durch Bilden einer Saatschicht auf der Oberfläche der lichtemittierenden Nanostruktur 15 und einem anschließenden Durchführen einer Galvanisierung darauf erhalten werden. Diese Saatschicht kann aus einem Material gebildet werden, das geeignet für einen ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 15c ist. Als ein Material für den ohmschen Kontakt kann GaN, InGaN, ZnO oder Graphen verwendet werden. Die Kontaktelektrodenschicht 16 kann ein Material umfassen, wie z.B. eine Graphenschicht, Ag, Ni, AI, Rh, Pd, Ir, Ru, Mg, Zn, Pt, Au oder dergleichen und kann eine Struktur aus zwei oder mehr Schichten aufweisen, wie z.B. eine Schichtstruktur aus Ni/Ag, Zn/Ag, Ni/Al, Zn/Al, Pd/Ag, Pd/Al, Ir/Ag, Ir/Au, Pt/Ag, Pt/Al, Ni/Ag/Pt oder dergleichen. Zum Beispiel kann Cu/Ni nach Bildung einer Ag/Ni/Cr-Schicht als einer Saatschicht unter Verwendung eines Sputterverfahrens durch Galvanisierung gebildet werden, um eine gewünschte Kontaktelektrodenschicht 16 zu bilden.
Die Kontaktelektrodenschicht 16, die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet wird, umfasst eine reflektive Metallschicht, von der Licht zum Substrat extrahiert wird, jedoch ist die beispielhafte Ausführungsform nicht hierauf beschränkt. Die Kontaktelektrodenschicht 16 kann unter Verwendung eines transparenten Materials, wie z.B. ZnO, Graphen, Indiumzinnoxid (ITO) gebildet werden, so dass Licht auch zu der lichtemittierenden Nanostruktur 15 extrahiert werden kann.
Obwohl nicht in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendet, kann die obere Elektrodenoberfläche unter Verwendung eines Planarisierungsprozesses, wie z.B. CMP (chemisch-mechanisches Polieren) planarisiert werden, falls die Oberfläche der darauf gebildeten Kontaktelektrodenschicht 16 nicht gleichförmig ist.
Dann kann die lichtemittierende Nanostruktur 15, wie in 11 dargestellt ist, durch selektives Entfernen eines Elektrodenbereichs e1, der in einem Bereich angeordnet ist, indem eine andere Elektrode zu bilden ist, freigelegt werden, und als Nächstes, wie in 12 dargestellt ist, kann ein Bereich e2 der Basisschicht 12 durch selektives Entfernen der freiliegenden lichtemittierenden Nanostruktur 15 freigelegt werden.
Der in 11 dargestellte Prozess ist ein Prozess zum Ätzen eines Elektrodenmaterials, wie z.B. ein Metall. Der in 12 dargestellte Prozess ist ein Prozess des Ätzens eines Halbleitermaterials. Diese Ätzprozesse können unter Bedingungen durchgeführt werden, die voneinander verschieden sind.
Als Nächstes kann, wie in 13 dargestellt ist, ein isolierender Film gebildet werden, so dass Kontaktbereiche Ta der Elektroden und Tb freigelegt werden. Ein Bereich der Basisschicht 12 wird in dem Kontaktbereich Ta einer ersten Elektrode bereitgestellt und ein Bereich der Kontaktelektrodenschicht 16 kann in einem Kontaktbereich Tb einer zweiten Elektrode bereitgestellt werden.
Daraufhin können erste und zweite Elektroden 19a und 19b gebildet werden, wie in 14 dargestellt ist, um mit den Kontaktbereichen Ta und Tb verbunden zu werden. Ein Elektrodenmaterial, das in dem vorliegenden Prozess verwendet wird, kann aus einem Elektrodenmaterial der ersten und zweiten Elektroden 19a und 19b gebildet sein. Zum Beispiel kann ein Material für die ersten und zweiten Elektroden 19a und 19b Au, Ag, AI, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn oder eutektische Metalle davon aufweisen.
Das Herstellungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform kann verschiedentlich modifiziert sein. 15 bis 21 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse in einem Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellen.
Wie in 15 dargestellt ist, kann eine Basisschicht 52 durch Wachsen eines Halbleiters von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf einem Substrat 51 bereitgestellt werden.
Die Basisschicht 52 kann eine Kristallwachstumsoberfläche zum Wachsen von lichtemittierende Nanostrukturen darauf bereitstellen und kann zum elektrischen Verbinden von lichtemittierenden Nanostrukturen 55 miteinander verwendet werden. Die Basisschicht 52 kann demzufolge aus einem Halbleitereinkristall mit elektrischer Leitfähigkeit gebildet sein. In einem Fall, in dem die Basisschicht 52 direkt aufgewachsen wird, kann das Substrat 51 ein Kristallwachstumssubstrat sein.
Die Basisschicht 52 kann ein Nitridhalbleiter sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1 erfüllt, und kann mit Verunreinigungen vom n-Typ dotiert sein, wie z.B. Silizium (Si). In diesem Fall kann das Substrat 51 aus Saphir, SiC, Si, MgAl₂O₄, MgO, LiAlO₂, LiGaO₂ oder GaN gebildet sein.
Als Nächstes können, wie in 16 dargestellt ist, eine Maske 53 mit einer Mehrzahl von Öffnungen H und eine dazwischen gelegte Ätzstoppschicht auf der Basisschicht 52 gebildet werden.
Ähnlich der vorangehenden beispielhaften Ausführungsform kann die Maske 53 gemäß der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform eine erste Materialschicht 53a, die auf der Basisschicht 52 gebildet ist, und eine zweite Materialschicht 53b umfassen, die auf der ersten Materialschicht 53a gebildet ist und eine Ätzrate aufweist, die größer ist als die der ersten Materialschicht 53a. Die erste Materialschicht6 53a kann als Ätzstoppschicht bereitgestellt werden.
Die ersten und zweiten Materialschichten 53a und 53b können aus unterschiedlichen Materialien gebildet werden, um einen erforderlichen Unterschied in den Ätzraten zu bilden. Die erste Materialschicht 53a kann z.B. eine SiN-Schicht sein und die zweite Materialschicht 53b kann eine SiO₂-Schicht sein. Demgegenüber kann die zweite Materialschicht 53b oder beide aus den ersten und zweiten Materialschichten 53a und 53b aus einem Material gebildet sein, das eine poröse Struktur aufweist, um ein Unterschied in Ätzraten unter Verwendung eines Unterschieds in der Porosität sicherzustellen. In diesem Fall können die ersten und zweiten Materialschichten 53a und 53b aus dem gleichen Material gebildet sein.
Nachdem die ersten und zweiten Materialschichten 53a und 53b sequenziell auf der Basisschicht 52 gebildet wurden, kann eine Mehrzahl von Öffnungen H in den ersten und zweiten Materialschichten gebildet werden, um Bereiche der Basisschicht 52 dadurch freizulegen. Die Größe jeder Öffnungen H, die die Oberfläche der Basisschicht 53 freilegt, kann angesichts einer gewünschten Größe der lichtemittierenden Nanostruktur festgelegt sein. Die Öffnungen H können z.B. eine Breite (Durchmesser) von 600 nm oder weniger, insbesondere in einem Bereich von 50 bis 500 nm, aufweisen.
Die Bereiche, in denen die Öffnungen H gebildet werden, sind Bereiche, in denen Nanokerne, d.h. lichtemittierende Nanostrukturen, wachsen sollen, und folglich sind Bereiche E1 und E2, in denen Elektroden zu bilden sind, vorab festzulegen und die Öffnungen H können nicht in den Bereichen E1 und E2 gebildet werden. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass ein Prozess zum Entfernen von lichtemittierenden Nanostrukturen in nachfolgenden Elektrodenbildungsprozessen durchgeführt wird.
Die Öffnungen H der Maske 53 können durch einen Halbleiterprozess gebildet werden, z.B. einen Tiefätzprozess, um relativ hohes Aspektverhältnis aufzuweisen. Die Öffnungen H können gebildet werden, so dass sie ein Aspektverhältnis von 5:1 oder höher haben, insbesondere 10:1 oder höher. Im Allgemeinen können die Öffnung H in den ersten und zweiten Materialschichten 53a und 53b eine Breite aufweisen, die in einer Richtung zu der Basisschicht abnimmt (vgl. die experimentellen Beispiele und 44 unten), während sie abhängig von den Ätzbedingungen variiert werden.
Als Nächstes wird ein Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 52 gewachsen, wie in 17 dargestellt ist, so dass die Mehrzahl von Öffnungen H mit dem ersten Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp gefüllt werden, wodurch eine Mehrzahl von Nanokernen 55a gebildet wird.
Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Nanokerne 55a kann ein Nitridhalbleiter vom n-Typ sein, z.B. ein Kristall, der Al_xIn_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp, der die Nanokerne bildet, kann aus demselben Material gebildet sein, wie der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Basisschicht 52. Die Basisschicht 52 und die Nanokerne 55a können z.B. aus GaN vom n-Typ gebildet werden.
Ein Nitrideinkristall, der die Nanokerne 55a bildet, kann unter Verwendung einer metallorganischen chemischen Gasphasenabscheidung (MOCVD) oder einer Molekularstrahlepitaxie (MBE) gebildet werden. Die Maske 53 kann für einen gewachsenen Nitrideinkristall als Form dienen, um die Nanokerne 55a mit Gestalten entsprechend denen der Öffnungen bereitzustellen. Das heißt, dass der Nitrideinkristall selektiv auf Bereichen der Basisschicht 52 gebildet werden kann, die darin unter Verwendung der Maske 53 zum Füllen der Öffnungen H zu den Öffnungen H freigelegt sind. Der Nitrideinkristall, der selektiv auf Bereichen der Basisschicht 52 gewachsen ist, die zu den Öffnungen H freigelegt sind, kann eine Form entsprechend der der Öffnungen H aufweisen.
Als Nächstes kann die Maske 53, wie in 18 dargestellt ist, teilweise unter Verwendung der ersten Materialschicht 53a als Ätzstoppschicht entfernt werden, so dass Seitenoberflächen der Mehrzahl von Nanokerne 55a freigelegt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein Ätzprozess auf eine solche Art durchgeführt werden, dass nur die zweite Materialschicht 53b selektiv entfernt werden kann, während die erste Materialschicht 53a verbleibt. In dem vorliegenden Ätzprozess kann die erste Materialschicht 53a als Ätzstoppschicht verwendet werden und in einem nachfolgenden Prozess kann die erste Materialschicht 53a verhindern, dass eine aktive Schicht 55b und eine Halbleiterschicht 55c vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit der Basisschicht 52 in Kontakt tritt.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann weiterhin ein Wärmebehandlungsprozess vorgesehen sein, um kristalline Eigenschaften in dem Prozess der Herstellung lichtemittierender Nanostrukturen unter Verwendung einer Maske mit darin bereitgestellten Öffnungen als Form zu verbessern. 19 stellt einen Nanokern 55' dar, der wärmebehandelt wurde, um verbesserte kristalline Eigenschaften aufzuweisen.
Nach Entfernung der Maske kann eine Oberfläche des Nanokerns 55a einer Wärmebehandlung in einem vorbestimmten Zustand ausgesetzt sein, so dass eine Kristallebene des Nanokerns 55a in eine stabile Oberfläche geändert wird, die für Kristallwachstum geeignet ist, wie z.B. eine semipolare oder nichtpolare Kristallebene. Ein entsprechender Prozess kann mit Bezug auf die 22 und 23 erläutert werden.
22 und 23 zeigen mimetische Diagramme, die entsprechend Wärmebehandlungsprozesse zeigen, die auf die Ausführungsform von 18 angewendet werden.
22 kann Nanokerne 55a darstellen, die in dem Prozess aus 18 erhalten werden. Jeder der Nanokerne kann Kristallebenen aufweisen, die abhängig von einer Querschnittgestalt einer Öffnung bestimmt sind. Obwohl der erhaltene Nanokern 55a Kristallebenen aufweist, die abhängig von einer Querschnittgestalt der Öffnung H bestimmt sind, können die Kristallebenen der Nanokerne 55a, die wie oben beschrieben, bereitgestellt werden, relativ instabil sein, was ein Faktor zur Verschlechterung nachfolgender Kristallwachstumszustände sein kann.
Wie in der vorliegenden Ausführungsform kann eine Seitenoberfläche des Nanokerns 55a in einem Fall, in dem die Öffnung eine zylindrische Stabgestalt aufweist, eine gekrümmte Oberfläche anstelle einer speziellen Kristallebene aufweisen, wie in 22 dargestellt ist.
Wenn dieser Nanokern einer Wärmebehandlung ausgesetzt ist, können instabile Kristalle an der Oberfläche davon neu angeordnet sein, so dass eine stabile Kristallebene, wie in Semipolarität oder Nichtpolarität, gebildet werden kann, wie in 24 dargestellt ist. Die Wärmebehandlung kann bei einer Temperatur von 600 °C oder höher durchgeführt werden oder bei einer Temperatur in einem Bereich von 800 °C bis 1200 °C in einem speziellen Beispiel, für ein Paar Sekunden bis einige zehn Minuten (1 Sekunde bis 60 Minuten), wodurch eine instabile Kristallebene in eine stabile Kristallebene umgewandelt wird.
Falls die Substrattemperatur kleiner ist als 600 °C ist es in dem Wärmebehandlungsprozess schwierig, Kristalle der Nanokerne zu wachsen und neu anzuordnen, was es erschwert, einen Wärmebehandlungseffekt zu erhalten. Wenn die Substrattemperatur höher ist als 1200 °C wird Stickstoff (N) von den GaN-Kristallebenen verdampft, um die Kristallqualität zu verschlechtern. Auch ist es für eine Zeitperiode kürzer als 1 Sekunde schwierig, einen ausreichenden Wärmebehandlungseffekt zu erhalten, und für einige zehn Minuten, z.B. für eine Zeitperiode länger als 60 Minuten, ist es hinsichtlich eines Herstellungsprozesses und Herstellungskosten nicht erwünscht.
Wenn der Nanokern 55 unter Verwendung einer C (0001) -Ebene des Saphirsubstrats ((111)-Ebene im Falle eines Siliziumsubstrats) gewachsen wird, kann z.B. ein Nanokern 55a mit einer zylindrischen Gestalt, wie in 23 dargestellt ist, in einem geeigneten Temperaturbereich gemäß vorangehender Erläuterung wärmebehandelt werden, um eine gekrümmte Oberfläche (Seitenoberfläche), eine instabile Kristallebene, in eine hexagonale Kristallspalte (55a' in 23) mit einer nichtplanaren Oberfläche (m-Ebene) als einer stabilen Kristallebene umzuwandeln. Die Stabilisierung der Kristallebene kann durch den Wärmebehandlungsprozess realisiert werden, der bei einer hohen Temperatur durchgeführt wird.
Obwohl es schwierig ist, ein solches Prinzip klar zu erläutern, kann verstanden werden, dass ein teilweises Wiederwachsen durchgeführt wird, um eine stabile Kristallebene durch Abscheidung des verbleibenden Quellgases zu haben, in einem Fall, in dem Kristalle auf der Oberfläche bei einer relativ hohen Temperatur wieder ausgerichtet werden oder ein Quellgas in einer Kammer verbleibt.
Insbesondere kann ein Wärmebehandlungsprozess angesichts eines Wiederaufwachsens in einer Atmosphäre durchgeführt werden, in der ein Quellgas in einer Kammer verbleibt, oder es kann eine Wärmebehandlung in einem Zustand durchgeführt werden, in dem absichtlich eine relativ geringe Menge an Quellgas zugeführt wird. In dem Fall einer MOCVD-Kammer, TMGa und NH₃ verbleiben, wie in 22 dargestellt ist, wird z.B. die Wärmebehandlung durchgeführt, so dass das Quellgas mit einer Nanokernoberfläche reagiert, um demzufolge ein teilweises Wiederaufwachsen zu realisieren, so dass eine stabile Kristallebene erhalten wird. Aufgrund dieses Wiederaufwachsens können Breiten der wärmebehandelten Nanokerne 55a' gegenüber denen der Nanokerne 55a vor dem Wärmebehandlungsprozess (vgl. 22 und 23) leicht erhöht werden.
Auf diese Weise kann die Kristallisierung des Nanokerns durch Einführen des zusätzlichen Wärmebehandlungsprozesses verbessert werden. Durch den Wärmebehandlungsprozess können nämlich Ungleichförmigkeit (z.B. ein Defekt oder dergleichen), die auf den Oberflächen des Nanokerns nach Entfernung der Maske vorhanden ist, entfernt werden und die Stabilität der internen Kristalle kann stark durch die Neuanordnung verbessert werden. Der Wärmebehandlungsprozess kann unter Bedingungen durchgeführt werden, die ähnlich denen des Wachstumsprozesses der Nanokerne innerhalb einer Kammer sind, nachdem die Maske entfernt wurde. Der Wärmebehandlungsprozess kann z.B. bei einer Temperatur (z.B. einer Substrattemperatur) in einem Bereich von 800 °C bis 1200 °C durchgeführt werden, jedoch kann auch ein ähnlicher Effekt sogar mit einem Wärmebehandlungsprozess erreicht werden, der bei einer Temperatur gleich oder größer als 600 °C durchgeführt wird.
Als Nächstes kann, wie in 20 dargestellt ist, die aktive Schicht 55b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 55c sequenziell auf Oberflächen der Mehrheit von Nanokernen 55a' gewachsen werden.
Durch den Prozess, wie vorangehend beschrieben, können lichtemittierende Nanostrukturen 55 eine Kern-Hülle-Struktur aufweisen, in der der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp als die Nanokerne von 55a' bereitgestellt werden. Die aktive Schicht und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 55c, die die entsprechenden Nanokerne 55a' umgeben, werden als Hüllenschichten bereitgestellt.
Die aktive Schicht 55b kann eine Multi-Quantentopf (MQW) -Struktur aufweisen, in der Quantentopfschichten und Quantenbarrierenschichten alternativ gestapelt sind, z.B. kann sie eine GaN/InGaN- oder GaN/AIGaN-Struktur im Falle eines Nitridhalbleiters aufweisen. Hier kann die aktive Schicht 55b auch eine Single-Quantentopf (SQW) -Struktur haben.
Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 55c kann ein Kristall sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN erfüllt, wobei 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 55c kann eine Elektronenblockierschicht (nicht dargestellt) in einem Bereich davon an der aktiven Schicht 55b aufweisen. Die Elektronenblockierschicht (nicht dargestellt) kann eine Multischichtstruktur aufweisen, in der eine Mehrzahl von Schichten mit unterschiedlichen Zusammensetzungen von Al_xIn_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1, 0 ≤ x + y < 1, gestapelt sind oder wenigstens eine Schicht aufweist, die aus Al_yGa_(1-y)N gebildet ist, wobei 0 ≤ y < 1. Die Elektronenblockierschicht (nicht dargestellt) kann eine größere Bandlücke aufweisen als die aktive Schicht 55b, um demzufolge zu verhindern, dass Elektronen zu der Halbleitschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ) 55c fließen.
Jeder der Nanokerne 55a' kann einen Hauptteil umfassen, der eine Seitenoberfläche mit einer ersten Kristallebene in einer Aufwachsrichtung bereitstellt und einen oberen Teil, der eine obere Oberfläche mit einer zweiten Kristallebene aufweist, die sich von der ersten Kristallebene unterscheidet.
Wenn die Basisschicht 52 ein Nitrideinkristall ist, der eine obere Oberfläche mit einer c-Ebene umfasst, kann die Seitenoberfläche des Hauptteils eine Kristallebene senkrecht zu der Wachstumsoberfläche der Basisschicht 52 aufweisen, d.h. eine nichtplanare n-Ebene, und die Oberfläche des oberen Teils kann eine semipolare r-Ebene aufweisen, die von der m-Ebene verschieden ist. Auf diese Weise können die Oberflächen des Nanokerns 55a eine Mehrzahl von verschiedenen Kristallebenen aufweisen.
Sogar in dem Fall, in dem die aktive Schicht 55b auf den Oberflächen der Nanokerne 55a', durch den gleichen Prozess gewachsen wird, kann demzufolge, wie vorangehend beschrieben ist, eine Zusammensetzung (insbesondere der Anteil an Indium) der aktiven Schicht 55b gemäß der entsprechenden Kristallebenen verschieden sein. Der aktive Schichtbereich, der in dem oberen Teil gebildet ist, kann auch relativ dünn sein. Daraufhin, wie in 21 dargestellt ist, wird eine Kontaktelektrode 56 auf den lichtemittierenden Nanostrukturen 55 gebildet. Zusätzlich kann eine schützende isolierende Schicht 57 auf der Kontaktelektrode 56 gebildet werden.
Die Kontaktelektrode 56 kann aus einem Material gebildet werden, das einen ohmschen Kontakt mit dem Halbleiterelement vom zweiten Leitfähigkeitstyp bildet. Die Kontaktelektrode 56 kann Ag und/oder Ni und/oder Al und/oder Rh und/oder Pd und/oder Ir und/oder Ru und/oder Mg und/oder Zn und/oder Pt und/oder Au umfassen und kann als eine Monoschicht oder eine Mehrzahl von Schichten vorgesehen sein. Zusätzlich zu diesen Elektrodenmaterialien kann die Kontaktelektrode 56 auch aus einem transparenten Elektrodenmaterial, wie z.B. ITO gebildet sein und es kann auch ZnO oder Graphen verwendet werden, falls erforderlich.
Die schützende isolierende Schicht 57 kann aus einem elektrisch isolierenden Material gebildet sein, das eine Passivierungsschicht durch einen Halbleiterprozess bereitstellt. Eine schützende isolierende Schicht, die aus SiO₂ oder SiN_x gebildet ist, kann als die schützende isolierende Schicht 57 verwendet werden. Im Detail kann die schützende isolierende Schicht 57 aus Tetraethylorthosilan (TEOS), Borphosphorsilikatglas (BPSG), CVD-SiO₂, aufgeschleudertes Glas (SOG) oder einem aufgeschleuderten Dielektrikum (SOD)-Material gebildet werden, um die Räume zwischen den lichtemittierenden Strukturen 55 leicht zu füllen.
In dieser Ausführungsform ist dargestellt, dass die Kontaktelektrode 56 als eine dünne Schicht entlang der Oberfläche der lichtemittierenden Strukturen 56 vorgesehen ist und die schützende isolierende Schicht 57 wirkt als Passivierungsschicht, die die Räume zwischen den lichtemittierenden Nanostrukturen 56 füllt. Alternativ kann jedoch, wie die in 10 dargestellte Struktur, auch die Kontaktelektrode als ein dicker Film ausgebildet werden, um die Räume zwischen den lichtemittierenden Nanostrukturen 55 zu füllen.
Es ist beschrieben, dass der Wärmebehandlungsprozess, der in der voran genannten beispielhaften Ausführungsform eingeführt ist, durchgeführt wird, nachdem die Maske 53 entfernt ist. Der Wärmebehandlungsprozess kann jedoch auch während des Wachstumsprozesses der Nanokerne 55a vor der Entfernung der Maske oder vor der Entfernung der Maske nach Vervollständigung des Aufwachsens der Nanokerne 55a angewendet werden.
Der vor der Entfernung der Maske durchgeführte Wärmebehandlungsprozess kann unter Bedingungen durchgeführt werden, die ähnlich der Aufwachstemperatur sind, und kann einen ausreichenden Effekt erreichen, sogar mit einer Zeitperiode, die größer ist als die des Wärmebehandlungsprozesses, der vor der Entfernung der Maske durchgeführt wird. Der vor der Entfernung der Maske durchgeführte Wärmebehandlungsprozess kann als Verbesserung der Kristallinität der Nanokerne hinsichtlich einer Neuordnung des Kristalls verstanden werden. Dies wird mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform im Anschluss ausführlicher beschrieben.
In der lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung aus 21 kann eine Elektrode gebildet werden, die verschiedene Strukturen aufweist. 24 bis 27 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse in einem Beispiel eines Elektrodenbildungsprozesses darstellen.
Gemäß Darstellung in 24 kann die schützende isolierende Schicht 57 selektiv entfernt werden, um einen Bereich O der Basisschicht 52 freizulegen.
Der freigelegte Bereich O der Basisschicht 52 kann einen Bereich bereitstellen, indem eine erste Elektrode zu bilden ist. Der vorliegende Entfernungsprozess kann durch einen Ätzprozess durchgeführt werden, wie z.B. einen Fotolithografieprozess. In einem Fall, in dem die lichtemittierende Nanostruktur 55 in dem zu ätzenden Bereich O angeordnet wird, kann ein Prozess zum Entfernen der entsprechenden lichtemittierenden Struktur erforderlich sein. Wie in 16 dargestellt ist, ist jedoch keine lichtemittierende Struktur 55 vorhanden, die in diesem Prozess zu entfernen ist, da Nanokerne 55a nicht in den Bereichen e1 und e2 wachsen, in denen Elektroden zu bilden sind.
In einem speziellen Beispiel kann ein Bereich der lichtemittierenden Nanostrukturen 25, in dem der gewünschte freiliegende Bereich e1 angeordnet ist, entfernt werden, jedoch wird der Nanokern 25a in dem Bereich nicht gewachsen, in dem eine Elektrode zu bilden ist, so dass die lichtemittierende Nanostruktur 25, die während des vorangegangenen Prozesses entfernt wird, nicht vorhanden ist (vgl. 15).
Daraufhin kann ein Fotolack PR mit den ersten und zweiten Öffnungen e1 und e2 gebildet werden, wie in 25 dargestellt ist.
Die ersten und zweiten Öffnungen e1 und e2 können erste und zweite Elektrodenbildungsbereiche festlegen. Während des vorliegenden Prozesses kann die erste Öffnung e1 einen Bereich der Basisschicht 52 freilegen und die zweite Öffnung e2 kann einen Bereich der Kontaktelektrode 56 freilegen.
Daraufhin können die ersten und zweiten Elektroden 59a und 59b in den ersten und zweiten Öffnungen e1 und e2 entsprechend gebildet werden, wie in 26 dargestellt ist. Als ein in dem vorliegenden Prozess verwendetes Material kann ein herkömmliches Elektrodenmaterial der ersten und zweiten Elektroden 59a und 59b verwendet werden. Zum Beispiel kann ein Material für die ersten und zweiten Elektroden 59a und 59b Au, Ag, AI, Ti, W, Cu, Sn, Ni, Pt, Cr, NiSn, TiW, AuSn oder eutektische Metalle davon umfassen.
Daraufhin kann eine Passivierungsschicht 58 zusätzlich gebildet werden, wie in 27 dargestellt ist. Die Passivierungsschicht 58 kann als eine schützende Schicht gebildet werden, die die lichtemittierenden Nanostrukturen zusammen mit der schützenden isolierenden Schicht 57 bedeckt. Die Passivierungsschicht 58 kann die ersten und zweiten Elektroden 59a und 59b fest haltern, sowie den freigelegten Halbleiterbereich bedecken. Die Passivierungsschicht 58 kann aus einem Material gebildet sein, das gleich oder ähnlich dem Material ist, das für die schützende isolierende Schicht 27 verwendet wird.
Die oben beschriebene vorliegende beispielhafte Ausführungsform stellt den Fall bereit, in dem die Maske aus zwei Materialien gebildet ist, jedoch soll die beispielhafte Ausführungsform nicht als beschränkend angesehen werden. Das heißt, dass drei oder mehr Materialschichten verwendet werden können.
28 bis 31 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform (eine Änderung in einer Maskenstruktur) darstellen.
Gemäß Darstellung in 28 kann eine Basisschicht 62 auf einem Substrat 61 bereitgestellt werden und auf der Basisschicht 62 können eine Maske 63 mit einer Mehrzahl von darin gebildeten Öffnungen H und einer dazwischen gelegten Ätzstoppschicht 63b gebildet werden.
Die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform verwendete Maske 63 kann erste bis dritte Materialschichten 63a, 63b und 63c umfassen, die sequenziell auf der Basisschicht 62 gebildet sind. Die zweite Materialschicht 63b kann als Ätzstoppschicht bereitgestellt werden und kann aus einem Material gebildet sein, das von dem der ersten und dritten Materialschichten 63a und 63c verschieden ist. Die ersten und dritten Materialschichten 63a und 63c können aus dem gleichen Material gebildet sein, falls erforderlich.
Unter den Ätzbedingungen der dritten Materialschicht 63c weist wenigstens die zweite Materialschicht 63b eine Ätzrate auf, die kleiner ist als die der dritten Materialschicht 63c. Folglich kann die zweite Materialschicht 63b als Ätzstoppschicht dienen. Wenigstens die erste Materialschicht 63a kann aus einem Material mit elektrisch isolierenden Eigenschaften gebildet sein und die zweite oder dritte Materialschicht 63b oder 63c aus einem isolierenden Material gebildet sein, falls erforderlich.
Die ersten bis dritten Materialschichten 63a, 63b und 63c können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, um in den Ätzraten einen erforderlichen Unterschied zu erhalten. Die zweite Materialschicht 63b kann z.B. eine Schicht aus SiN sein und die erste und dritte Materialschicht 63a und 63c können Schichten aus SiO₂ sein. Entgegen der obigen Beschreibung kann ein solcher Unterschied in den Ätzraten unter Verwendung einer Porendichte realisiert werden. In diesem Fall können die zweite und die dritte Materialschicht 63b und 63c aus dem gleichen Material gebildet sein, jedoch kann das Material unterschiedliche Porendichten aufweisen.
Eine Gesamtdicke der ersten bis dritten Materialschichten 63a, 63b und 63c kann angesichts einer Höhe einer lichtemittierenden Nanostruktur festgelegt werden. Die ersten und zweiten Materialschichten 63a und 63b können eine Dicke aufweisen, die kleiner ist als die der dritten Materialschicht 63c. Ein Ätzstoppniveau durch die zweite Materialschicht 63b kann an einer Tiefe gleich oder unter einem Punkt gleich 1/3 der Gesamthöhe der Maske 63 angeordnet sein, d.h. an einer Position einer Tiefe gleich oder unter einem Punkt gleich 1/3 der Gesamtdicke der ersten bis dritten Materialschichten 63a, 63b und 63c oder weniger von der Oberfläche der Basisschicht 62.
Die Gesamthöhe der Maske 63, d.h. die Gesamtdicke der ersten bis dritten Materialschichten 63a, 63b und 63c kann 1 µm oder höher betragen, insbesondere in einem Bereich von 5 bis 10 µm liegen. Die ersten und zweiten Materialschichten 63a und 63b können eine Dicke von 0,5 µm oder weniger aufweisen.
Die ersten bis dritten Materialschichten 63a, 63b und 63c können sequenziell auf der Basisschicht 62 gebildet werden und eine Mehrzahl von Öffnungen H kann dann darin durch einen Fotolithografieprozess unter Verwendung eines Fotolacks (PR) zum Freilegen von Bereichen der Basisschicht 62 gebildet werden (28). Die Größe entsprechender Öffnungen H kann angesichts einer Größe einer erforderlichen lichtemittierenden Nanostruktur festgelegt werden. Die Öffnung H kann z.B. eine Breite von ungefähr 600 nm oder weniger, insbesondere in einem Bereich von 50 bis 500 nm aufweisen.
Die Öffnungen H können unter Verwendung eines Halbleiterprozesses gebildet werden, wie z.B. Fotolithografie. Zum Beispiel können die Öffnungen H mit einem relativ hohen Aspektverhältnis unter Verwendung eines Tiefätzprozesses gebildet werden. Ein Aspektverhältnis der Öffnungen H kann als ungefähr 5:1 oder mehr, insbesondere ungefähr 10:1 oder mehr, implementiert werden.
Anschließend kann, wie in 29 dargestellt ist, ein Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 12 gebildet werden, so dass die Mehrzahl von Öffnungen H mit dem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp bereitgestellt wird, wodurch eine Mehrzahl von Nanokernen 65a gebildet wird.
Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Nanokerne 65a kann ein Nitridhalbleiter vom n-Typ sein, z.B. kann er ein Kristall sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN vom n-Typ mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp, der die Nanokerne 65a bildet, kann aus dem gleichen Material gebildet sein, wie der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp mit Basisschicht 62. Die Basisschicht 62 und die Nanokerne 65a können z.B. aus GaN vom n-Typ gebildet sein.
Ein Nitrideinkristall, der die Nanokerne 65a bildet, kann unter Verwendung eines MOCVD-Prozesses oder eines MBE-Prozesses gebildet werden. Die Maske 63 kann als eine Form für einen gewachsenen Nitrideinkristall dienen, um Nanokerne 65a mit einer Form entsprechend der Form der Öffnung bereitzustellen. Das heißt, der Nitrideinkristall kann auf Bereichen der Basisschicht 62, die durch die Öffnungen H unter Verwendung der Maske 63 freigelegt werden, zum Füllen der Öffnungen H selektiv gewachsen werden. Der Nitrideinkristall, der auf Bereichen der Basisschicht 62, die durch die Öffnungen H freigelegt werden, selektiv gewachsen wird, kann eine Form entsprechend der der entsprechenden Öffnungen H aufweisen.
Als Nächstes kann, wie in 30 dargestellt ist, die Maske 63 unter Verwendung der zweiten Materialschicht 63b, eine Ätzstoppschicht, entfernt werden, so dass Seitenbereiche der Mehrzahl von Nanokernen 65a freigelegt werden.
In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann der Ätzprozess in den Bedingungen zum selektiven Entfernen der dritten Materialschicht 63c angewendet werden, um nur die dritte Materialschicht 63c zu entfernen und zu ermöglichen, dass die ersten und zweiten Materialschichten 63a und 63b verbleiben. In dem vorliegenden Ätzprozess kann die zweite Materialschicht 63b als eine Ätzstoppschicht verwendet werden und in einem nachfolgenden Prozess kann die zweite Materialschicht 63b verhindern, dass eine aktive Schicht 65b und eine Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp 65c mit der Basisschicht 62 zusammen mit der ersten Materialschicht 63a in Kontakt kommen.
Falls notwendig, kann der Wärmebehandlungsprozess, der mit Bezug auf die 22 und 23 beschrieben ist, zur Verbesserung der Kristallqualität auf die Nanokerne 65a angewendet werden.
Dann kann, wie in 31 dargestellt ist, die aktive Schicht 65b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 65c sequenziell auf den Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen 65a gewachsen werden.
Durch die oben beschriebenen Prozesse kann die lichtemittierende Nanostruktur 65 eine Kern-Hülle-Struktur aufweisen, in der der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp für die Nanokerne 65a bereitgestellt wird, und in der die aktive Schicht 65b und die Halbleiterschicht 65c, die die Nanokerne 65a umgeben, als Hüllschichten vorgesehen sind.
Die aktive Schicht 65b kann eine Multi-Quantentopf (MQW) -Struktur aufweisen, in der Quantentopfschichten und Quantenbarrierenschichten abwechselnd aufeinandergestapelt sind. Zum Beispiel kann diese Struktur eine GaN/InGaN-Struktur im Falle eines Nitridhalbleiters aufweisen. Hier kann auch eine Single-Quantentopf (SQW) -Struktur verwendet werden.
Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 65c kann ein Kristall gemäß Al_xIn_yGa_1-x-yN vom p-Typ mit 0 ≤ x < 1,0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 sein. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 65c kann ferner auf einem Bereich davon an der aktiven Schicht 65b eine Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt sein) umfassen. Die Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) kann eine Struktur aufweisen, in der eine Mehrzahl von unterschiedlich zusammengesetzten Al_xIn_yGa_1-x-yN -Schichten mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 gestapelt sind oder wenigstens ein oder mehrere Schichten aufweisen können, die aus Al_yGa_(1-y)N mit 0 ≤ y < 1 gebildet sind. Die Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) kann eine Bandlücke aufweisen, die größer ist als die der aktiven Schicht 65b, um demzufolge zu verhindern, dass Elektronen zu der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (p-Typ) 65c fließen.
Obwohl die vorliegende beispielhafte Ausführungsform den Fall darstellt, in dem die lichtemittierende Nanostruktur beispielhaft eine Kern-Hülle-Struktur und eine Stabform aufweist, sollen die beispielhaften Ausführungsformen nicht als beschränkend angesehen werden. Das heißt, dass die lichtemittierende Nanostruktur 65 verschiedentlich ausgebildet sein kann, z.B. eine Pyramidenform oder eine Form aufweisen kann, in der Pyramiden- und Stabformen kombiniert sind.
In der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsform kann die Maske die Oberflächen der anschließend zu wachsenden Nanokerne direkt kontaktieren, da die Maske als Form zum Wachsen der Nanokerne verwendet wird. In diesem Fall kann eine Komponente der Maske zu den Nanokernen diffundiert werden, um eine Verschlechterung in den Kristalleigenschaften davon zu bewirken, da der Halbleiterwachstumsprozess für Nanokerne bei einer relativ hohen Temperatur durchgeführt wird. Zur Verhinderung solcher Defekte kann ein Schema, in dem ein Diffusionsunterdrückungsfilm auf Seitenwänden der Öffnungen der Maske eingesetzt wird, hierin zusätzlich vorgeschlagen sein.
32 bis 38 zeigen Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse eines Verfahrens zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform zeigen (die Verwendung eines Diffusionsunterdrückungsfilms).
Gemäß der Darstellung in 32 kann eine Basisschicht 72 auf einem Substrat 71 bereitgestellt sein und auf der Basisschicht 72 kann eine Maske mit einer darin gebildeten Mehrzahl von Öffnungen H und einer dazwischen gelegten Ätzstoppschicht 73b gebildet sein.
Die in der vorliegenden Ausführungsform eingesetzte Maske 73 kann eine Struktur aufweisen, die ähnlich der in der vorab beschriebenen beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Maske 63 ist. Das heißt, die Maske kann erste bis dritte Materialschichten 73a, 73b und 73c umfassen, die sequentiell auf der Basisschicht 72 gebildet sind. Die zweite Materialschicht 73b kann als Ätzstoppschicht bereitgestellt sein und kann aus einem Material gebildet sein, das sich von dem der ersten und dritten Materialschichten 73 und 73c unterscheidet. Die ersten und dritten Materialschichten 73a und 73c können aus dem gleichen Material gebildet sein.
Unter den Ätzbedingungen der dritten Materialschicht 73c weist wenigstens die zweite Materialschicht 73b eine Ätzrate auf, die kleiner ist als die der dritten Materialschicht 73c, und folglich kann die zweite Materialschicht 73b als eine Ätzstoppschicht dienen. Wenigstens die erste Materialschicht 73a kann aus einem Material mit elektrisch isolierenden Eigenschaften gebildet sein und die ersten und dritten Materialschichten 73a und 73c können aus einem isolierenden Material gebildet sein, falls erforderlich.
Die ersten bis dritten Materialschichten 73a, 73b und 73c können aus unterschiedlichen Materialien gebildet sein, um nötige Unterschiede in den Ätzraten zu erhalten. Im Gegensatz zu diesem Fall kann ein solcher Unterschied in den Ätzraten unter Verwendung einer Porendichte realisiert werden. In diesem Fall können die zweiten und dritten Materialschichten 73b und 73c aus dem gleichen Material gebildet sein, jedoch kann das Material unterschiedliche Porendichten aufweisen.
33 und 34 stellen als nächstes einen Prozess der Bildung eines Diffusionsunterdrückungsfilms auf einer Seitenwand der Öffnung beispielhaft dar. Als erstes kann ein Materialfilm 74', wie in 33 dargestellt ist, für den Diffusionsunterdrückungsfilm auf der Oberfläche der Maske 73 gebildet werden.
Der Materialfilm 74', der als Diffusionsunterdrückungsfilm verwendet wird, kann aus einem Material mit einer thermischen Stabilität gebildet werden, die größer ist als die eines für die Maske 73 verwendeten Materials (insbesondere die dritte Materialschicht 73c). Als dieser Materialfilm kann z.B. TiN, TaN oder eine Kombination davon verwendet werden. Da solch ein Materialfilm 74' im Vergleich mit einer allgemeinen Maske, wie z.B. eine SiO₂-Maske, eine exzellente thermische Stabilität aufweist, kann der Materialfilm 74' als ein Diffusionsunterdrückungsfilm verwendet werden.
Dann können Bereiche des Materialfilms 74', wie in 34 dargestellt ist, selektiv entfernt werden, so dass nur der Materialfilm 74' auf einer inneren Seitenwand der Öffnung H verbleibt, wodurch ein gewünschter Diffusionsunterdrückungsfilm 74 erhalten wird.
Ein Bereich des Diffusionsunterdrückungsfilms 74 ist auf eine Seitenwand der Öffnungen H in Kontakt mit einem Nanokern 75a und der Maske 73 begrenzt. Folglich werden in diesem Prozess Bereiche des Materialfilms 74', der auf der oberen Oberfläche der Maske 73 angeordnet ist, und die freiliegenden Bereiche der Basisschicht 73 entfernt, um den Diffusionsunterdrückungsfilm 74 zu erhalten. Falls der Diffusionsunterdrückungsfilm auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 73 verbleibt, kann es insbesondere schwierig sein, ein nachfolgendes Kristallwachstum durchzuführen und folglich ist es erforderlich, dass die Bereiche des Diffusionsunterdrückungsfilms 74, die auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 72 angeordnet sind, entfernt werden.
Da die Seitenwand der Öffnungen H ungefähr vertikal gebildet ist, kann ein solcher selektiver Entfernungsprozess in einer Weise durchgeführt werden, dass nur ein Materialfilm, der auf der oberen Oberfläche der Maske 73 angeordnet ist, und die freiliegenden Bereich der Basisschicht 72 durch ein anisotropes Ätzen, wie z.B. ein Trockenätzen, entfernt werden.
Wie in 35 dargestellt ist, kann dann die Mehrzahl von Nanokernen 75a dadurch entfernt werden, dass ermöglicht wird, dass ein Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht 72 gewachsen wird, um die Mehrzahl von Öffnungen H zu füllen.
Der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp der Nanokerne 75a kann ein Nitridhalbleiter vom n-Typ sein, z.B. ein Kristall, der Al_xIn_yGa_1-x-yN mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Ein die Nanokerne 75a bildender Nitrideinkristall kann durch den MOCVD-Prozess oder den MBE-Prozess gebildet werden. Die Maske 73 kann als eine Form zum Wachsen des Nitrideinkristalls dienen, um Nanokerne 75a mit einer Form entsprechend der der Öffnungen H bereitzustellen.
Durch Anordnen des Diffusionsunterdrückungsfilms 74 zwischen der Maske 73 und den Nanokernen 75a wird verhindert, dass ein Element (z.B. Silizium (Si)) der Maske 73 zu den Nanokernen 75a diffundiert wird.
Als nächstes kann die Maske 73, wie in 36 dargestellt ist, unter Verwendung der zweiten Materialschicht 73b, der Ätzstoppschicht, teilweise entfernt werden, so dass Seitenbereiche der Mehrzahl von Nanokerne 75a freigelegt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann der Ätzprozess in dem Zustand, dass die dritte Materialschicht 73c selektiv entfernt wird, nur zum Entfernen der dritten Materialschicht 73c angewendet werden, was ermöglicht, dass die ersten und zweiten Materialschichten 73a und 73b verbleiben.
Dann, wie in 37 dargestellt ist, kann der Diffusionsunterdrückungsfilm 74 von der freigelegten Oberfläche des Nanokerns 75a entfernt werden.
Da der Diffusionsunterdrückungsfilm aus einem relativ stabilisierten Material gebildet ist, kann der Diffusionsunterdrückungsfilm 74 in dem vorrangehenden Ätzprozess des Entfernens der dritten Materialschicht 73a nicht entfernt werden, sondern kann auf der Oberfläche des Nanokerns 75a verbleiben. In dem Fall, in dem der Diffusionsunterdrückungsfilm 74 verbleibt kann es schwierig sein, einen nachfolgenden Kristallwachstumsprozess durchzuführen. Folglich kann es in diesem Fall erforderlich sein, den Diffusionsunterdrückungsfilm 74 zu entfernen, um eine Kristallebene des Nanokerns 75a freizulegen.
Der Diffusionsunterdrückungsfilm 74 kann durch einen separaten Ätzprozess zum Entfernen eines den Diffusionsunterdrückungsfilm 74 bildenden Materials entfernt werden. Sogar wenn ein solcher Entfernungsprozess angewendet wird, können eine Restmaske, d.h., die ersten und zweiten Materialschichten, und nicht-entfernte Bereiche des Diffusionsunterdrückungsfilms zwischen den Nanokernen 75a entfernt werden, insbesondere verbleiben. Da diese Bereiche nicht als Kristallwachstumsoberflächen verwendet werden, wird auf die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung kein schlechter Einfluss ausgeübt.
Falls erforderlich kann der mit Bezug auf die 22 und 23 beschriebene Wärmebehandlungsprozess angewendet werden, um die Kristallqualität der Nanokerne 75a zu verbessern.
Als nächstes können, wie in 38 dargestellt ist, die aktive Schicht 75b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 75c auf den Oberflächen der Mehrzahl von Nanokerne 75a sequentiell gewachsen werden.
Durch die oben beschriebenen Prozesse kann die lichtemittierende Nanostruktur 75 eine Kern-Hüll-Struktur aufweisen, in der der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp als Nanokerne 75a bereitgestellt werden und die aktive Schicht 75b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 75c, die den Nanokern 75a umgeben, werden als Hüllschichten bereitgestellt.
Die aktive Schicht 75b kann eine Multiple-Quantentopf (MQW)-Struktur aufweisen, in der Quantentopfschichten und Quantenbarrierenschichten, die alternierend aufeinandergestapelt sind, eine GaN/InGaN-Struktur im Falle eines Nitridhalbleiters aufweisen können. Hier kann auch eine Einzel-Quantentopf (SQW)-Struktur verwendet werden.
Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 75c kann ein Kristall sein, der Al_xIn_yGa_1-x-yN vom p-Typ mit 0 ≤ x < 1, 0 ≤ y < 1 und 0 ≤ x + y < 1 erfüllt. Die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 75c kann ferner an einem Bereich davon eine Elektronenstoppschicht (nicht dargestellt) an der aktiven Schicht 75b umfassen.
Gemäß der obigen Beschreibung kann die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung, die in der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform erhalten wird, eine Elektrode mit verschiedenen Strukturen umfassen. 39 stellt ein Beispiel einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung dar, die eine andere Elektrodenstruktur verwendet, wobei ein Beispiel einer finalen Struktur der lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung mit Bezug auf 38 erhalten wird.
Gemäß der Darstellung in 39 kann die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 70 eine Mehrzahl von lichtemittierenden Nanostrukturen 75 umfassen, die über das Substrat 71 ausgebildet sind.
Die lichtemittierenden Nanostrukturen 75 können lichtemittierende Nanostrukturen 75 sein, die vorangehend mit Bezug auf 38 beschrieben sind. In der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform umfasst die lichtemittierende Nanostruktur 75 einen Rest-Diffusionsunterdrückungsfilm 74", der zwischen dem Nanokern 75c und der inneren Seitenwand der Öffnungen H angeordnet ist. Der Rest-Diffusionsunterdrückungsfilm 74" kann aus einem Material mit relativ exzellenter thermischer Stabilität im Vergleich zu einem maskenbildenden Material gebildet werden und als dieses Material kann TiN, TaN oder eine Kombination davon verwendet werden.
Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 70 gemäß dem vorliegenden Beispiel kann eine Kontaktelektrodenschicht in der Form einer Füllung der lichtemittierenden Nanostrukturen 75 umfassen. Die Kontaktelektrodenschicht 76 kann strukturell die lichtemittierende Nanostruktur 75 stabilisieren, während sie einen ohmschen Kontakt mit der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 75c bildet. Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung 70 kann erste und zweite Elektroden 79a und 79b umfassen, die entsprechend mit der Basisschicht 72 verbunden sind, die aus dem Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp und der Kontaktelektrodenschicht 76 gebildet ist.
Die 40 bis 43 sind Querschnittansichten, die sequenzielle Prozesse bei der Bildung lichtemittierender Nanostrukturen unter Verwendung einer Maske 83 aus einem speziellen Beispiel darstellen.
Gemäß Darstellung in 40 können Nanokerne 85a auf einer Basisschicht 82 unter Verwendung der Maske 83 gewachsen werden. Die Maske 83 weist Öffnungen H mit einer Breite auf, die zu einem unteren Bereich davon abnehmen. Die Nanokerne 65a können gewachsen werden, so dass sie verschiedene Gestalten entsprechend denen der Öffnungen H aufweisen.
Um weiterhin die Kristallqualität der Nanokerne 85a zu verbessern, kann ein Wärmebehandlungsprozess ein oder mehrere Male während des Aufwachsens der Nanokerne 85a durchgeführt werden. Insbesondere kann eine Oberfläche eines oberen Teils von jedem Nanokern 85a neu angeordnet werden, so dass er eine hexagonale pyramidenförmige Kristallebene aufweist, so dass eine stabile Kristallstruktur erhalten wird und eine große Qualität in einem Kristallwachstum in einem folgenden Prozess garantiert wird.
Der Wärmebehandlungsprozess kann unter den Temperaturbedingungen durchgeführt werden, wie vorangehend beschrieben. Der Wärmebehandlungsprozess kann z.B. zur Vereinfachung des Prozesses bei einer Temperatur gleich oder ähnlich der Aufwachstemperatur der Nanokerne 85a durchgeführt werden. Der Wärmebehandlungsprozess kann auch in einer Weise durchgeführt werden, dass eine Metallquelle, wie z.B. TMGa, gestoppt wird, während ein Druck und eine Temperatur gleich oder ähnlich dem Aufwachsdruck und der Aufwachstemperatur der Nanokerne 65a aufrechterhalten wird. Der Wärmebehandlungsprozess kann für ein paar Sekunden bis einige zehn Minuten (z.B. 5 Sekunden bis 30 Minuten) fortgeführt werden, jedoch kann ein ausreichender Effekt erhalten werden, sogar bei einer Zeitdauer in einem Bereich von ungefähr 10 Sekunden bis 60 Sekunden.
Der Wärmebehandlungsprozess, der während des Aufwachsprozesses der Nanokerne 85a eingeführt wurde, kann eine Verschlechterung der Kristallisierung hervorgerufen beim Aufwachsen der Nanokerne 85a unter einer schnelleren Geschwindigkeit verhindert werden und folglich kann ein schnelles Kristallwachstum und eine exzellente Kristallqualität erreicht werden.
Eine Zeit eines Wärmebehandlungsabschnitts und die Anzahl von Wärmebehandlungsprozessen für die Stabilisierung können gemäß einer Höhe und einem Durchmesser der finalen Nanokerne auf verschiedene Weisen modifiziert werden. In einem Fall, in dem eine Breite von jeder Öffnung in einem Bereich von 300 nm bis 400 nm liegt und eine Höhe von jeder Öffnung (Dicke der Maske) ungefähr 2 µm beträgt, kann z.B. eine Stabilisierungszeitdauer im Bereich von ungefähr 10 Sekunden bis 60 Sekunden an einem Mittelpunkt eingeführt werden, d.h. ungefähr 1,0 µm zum Aufwachsen von Kernen mit einer gewünschten hohen Qualität. Der Stabilisierungsprozess kann gemäß den Kernwachstumsbedingungen unterdrückt sein.
Anschließend, wie in 41 dargestellt ist, kann eine Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84, eine hoch resistive Schicht, auf dem oberen Teil der Nanokerne 85a gebildet werden.
Nachdem die Nanokerne 85a mit einer gewünschten Höhe gebildet sind, kann die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 auf den Oberflächen der oberen Teile der Nanokerne 85a mit der Maske 83 gebildet werden, die gehaltert wird, wie sie ist. Folglich, da die Maske 83 verwendet wird, wie sie ist, kann die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 leicht in den gewünschten Bereichen (die Oberfläche des oberen Teils) der Nanokerne 85a ohne einen Prozess der Bildung einer zusätzlichen Maske gebildet werden.
Die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 kann eine Halbleiterschicht sein, die absichtlich nicht dotiert ist, oder sie kann eine Halbleiterschicht sein, die mit Verunreinigungen eines zweiten Leitfähigkeitstyps entgegen dem der Nanokerne 85a dotiert ist. In einem Fall, in dem die Nanokerne 85a GaN vom n-Typ aufweisen, kann die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 aus undotiertem GaN oder GaN dotiert mit Magnesium (Mg) als eine Verunreinigung vom p-Typ sein. In diesem Fall können die Nanokerne 85a und die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 durch Wechseln des Typs einer Verunreinigung während des gleichen Aufwachsprozesses fortwährend gebildet werden. Im Falle des Unterbrechens des Dotierens von Silizium (Si) und Injizierens mit Magnesium (Mg) und Aufwachsens für ungefähr 1 Minute unter den gleichen Bedingungen, als die des Aufwachsens der GaN-Nanokerne vom p-Typ, kann z.B. die Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 eine Dicke in einem Bereich von ungefähr 200 nm bis 300 nm gebildet werden. Solch eine Strom-unterdrückende Zwischenschicht 84 kann effektiv einen Leckstrom von ein paar µA oder mehr blockieren. Auf diese Weise kann die Strom-unterdrückende Zwischenschicht einfach während des Formprozesses in der vorliegenden Ausführungsform gebildet werden.
Anschließend, wie in 42 dargestellt ist, werden Bereiche der Maskenschicht 83 zum Erreichen der ersten Materialschicht 83a als einer Ätzstoppschicht zum Freilegen von seitlichen Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen 85a entfernt.
In der vorliegenden Ausführungsform unter Anwendung des Ätzprozesses eines selektiven Entfernens der zweiten Materialschicht 83b kann nur die zweite Materialschicht 83b entfernt werden, während die erste Materialschicht 83a erhalten bleibt. Die verbleibende erste Materialschicht 83a kann dazu dienen, zu verhindern, dass die aktive Schicht und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp mit der Basisschicht 82 in einem nachfolgenden Wachstumsprozess verbunden werden.
In der vorliegenden Ausführungsform kann ein zusätzlicher Wärmebehandlungsprozess während des Prozesses zum Bilden der lichtemittierenden Nanostrukturen unter Verwendung der Maske mit Öffnungen als einer Form zur Verbesserung der Kristallinität eingeführt werden.
Nachdem die zweite Materialschicht 83b der Maske 83 entfernt wurde, können die Oberflächen der Nanokerne 85a unter vorbestimmten Bedingungen wärmebehandelt werden, um nichtstabile Kristallebenen der Nanokerne 85a in stabile Kristallebenen zu ändern (vgl. 22 und 23). Insbesondere in der vorliegenden Ausführungsform werden die Nanokerne 85a auf den Öffnungen mit geneigten Seitenwänden gewachsen, so dass sie geneigte Seitenwände entsprechend der Gestalt der Öffnungen aufweisen. Jedoch werden, nachdem der Wärmebehandlungsprozess durchgeführt wurde, die Kristalle neuangeordnet und wieder gewachsen, so dass die Nanokerne 85a' einen im Wesentlichen gleichförmigen Durchmesser (oder Breite) aufweisen. Die oberen Teile der Nanokerne 85a können auch eine unvollständige hexagonale pyramidenförmige Gestalt sofort aufweisen, nachdem sie aufgewachsen sind, jedoch können die Nanokerne 85a' nach dem Wärmebehandlungsprozess eine hexagonale pyramidenförmige Gestalt mit gleichförmigen Oberflächen aufweisen. Auf diese Weise können die Nanokerne mit ungleichförmiger Breite nach der Entfernung der Maske neu aufgewachsen (und wiederangeordnet) werden, so dass sie eine hexagonale pyramidenförmige spaltenartige Struktur mit gleichförmiger Breite über den Wärmebehandlungsprozess hinweg aufweisen.
Nachfolgend werden die Ergebnisse des Wiederaufwachsens (der Neuanordnung) der Nanokerne basierend auf dem Wärmebehandlungsprozess gemäß obiger Beschreibung anhand spezieller experimenteller Beispiele beschrieben.
Experimentelles Beispiel (Wärmebehandlungsprozess)
Auf einer Basisschicht aus GaN vom n-Typ wurden zwei Schichten aus SiN/SiO₂ gebildet und es wurden Öffnungen gebildet. Hier wurde die SiN-Schicht („a“ in 44) gebildet, so dass sie eine Dicke von ungefähr 100 µm aufweist, und die SiO₂-Schicht („b“ in 44) wurde mit einer Dicke von 2500 nm gebildet. Unter Durchführung eines Ätzens mit einem Plasma, erhalten durch eine Kombination von C₄F₈, O₂ und Ar, für ungefähr 5 Minuten durch einen Fotolack (Schicht, die auf „b“ in 44 angeordnet ist) -Prozess wurden Öffnungen der Maske gebildet. 44 ist ein Rasterelektronenmikroskop (REM) -Bild, das durch Abbildung eines Querschnitts einer Öffnung erhalten wurde, die durch den Prozess erhalten wurde. Gemäß Darstellung in 44 weist die Öffnung in der Maske eine Breite auf, die zu einem unteren Bereich davon abnimmt.
Auf den Öffnungen der Maske wurden unter Verwendung eines MOCVD-Prozesses Nanokerne gebildet. Hier wurden TMGa und NH₃ als Quellengase verwendet und es wurden Nanokerne für ungefähr 20 Minuten aufgewachsen, während die Temperatur eines Substrats bei ungefähr 1100 °C gehalten wurde.
Zur Verbesserung der Kristallqualität der Nanokerne wurde zusätzlich während des Wachsens der Nanokerne ein Stabilisierungsprozess (Wärmebehandlungsprozess) durchgeführt. Beim Wachsen der Nanokerne 35a zum Erreichen einer Höhe von ungefähr 1,0 µm wurde nämlich an einem gewünschten Zwischenpunkt (ungefähr 10 Minuten) der Nanokerne die Zuführung einer TMGa-Quelle unterbrochen und es wurde eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur (ungefähr 1100 °C) ähnlich der des Substrats während des Aufwachsens für ungefähr 30 Sekunden bis 50 Sekunden unter einer NH₃-Atmosphäre durchgeführt.
Nachdem das Wachstum der gewünschten Nanokerne abgeschlossen wurde, wurde die SiO2-Schicht („b“ in 44) der Maske entfernt. Die Nanokerne, die der Gestalt der Öffnungen entsprechen, traten mit einer zylindrischen Gestalt auf, die geneigte Seitenwände aufwies (vgl. 45). Die Nanokerne mit der zylindrischen Struktur wurden mit einer Höhe von ungefähr 2467 nm und einem Durchmesser von ungefähr 350 nm bestimmt.
Nachdem die Maske entfernt wurde, wurde ein Wärmebehandlungsprozess angewendet. Der Wärmebehandlungsprozess wurde nämlich bei einer Substrattemperatur von ungefähr 1100 °C (1000 °C bis 1200 °C) für ungefähr 20 Minuten (15 Minuten bis 25 Minuten) durchgeführt.
Nach dem Wärmebehandlungsprozess wurden Kristalle der Nanokerne neu gewachsen und neu angeordnet und es wurde bestätigt, dass der Durchmesser, der nicht in der Höhenrichtung gleichförmig war, sich in einen im Wesentlichen gleichförmigen Durchmesser in der Höhenrichtung geändert wurde und die nicht vollständige hexagonale pyramidenförmige Gestalt der oberen Teile der Nanokerne wurde in eine hexagonale pyramidenförmige Gestalt mit gleichförmigen Oberflächen nach dem Wärmebehandlungsprozess geändert (vgl. 33).
Im Detail betrug ein Durchmesser w1 von jedem Nanokern vor dem Wärmebehandlungsprozess 350 nm, jedoch betrug die Breite (w2: Grenzflächenintervall des Hexagons) nach dem Wärmebehandlungsprozess ungefähr 410 nm, ungefähr 60 nm oder mehr. Auch wurde bestätigt, dass eine Höhe von jedem Nanokern von 2467 nm auf 2470 nm geändert wurde, was eine Zunahme von ungefähr 3 nm darstellt, während ein Vergrößerungsgrad kleiner ist.
Es wurde bestätigt, dass wie in dem experimentellen Beispiel die Nanokerne mit einer ungleichen Breite nach Entfernung der Maske neu gewachsen (und neu angeordnet) wurden, so dass sie die hexagonale pyramidenförmige spaltenartige Struktur mit einer gleichförmigen Breite über den Wärmebehandlungsprozess hinweg aufwiesen.
Während des vorangegangenen Wärmebehandlungsprozesses kann eine Größe und eine Gestalt der Nanokerne nach dem Neuwachsen abhängig von einer Wärmebehandlungsprozesstemperatur (nämlich einer Substrattemperatur) und einer Wärmebehandlungsprozesszeit relativ geändert werden, ob ein Quellgas zugeführt wurde oder nicht, oder von einer Menge an zugeführtem Quellgas. Zum Beispiel kann eine Wärmebehandlung bei einer Temperatur von 1000 °C oder mehr für 5 oder mehr Minuten in einem Zustand durchgeführt werden, indem ein Zuführen eines Quellgases unterbrochen wurde, Kristalle können auf den Oberflächen der Nanokerne neu angeordnet werden, wobei eine Änderung in der Größe der Nanokerne aufgrund eines Ätzeffekts (nämlich N-Verdampfung) verringert wird. Die Änderung im Durchmesser der Nanokerne kann auf einem Niveau von 50% oder weniger angesichts einer Prozesszeit, Bedingung und Kosten aufrechterhalten werden. Gemäß der obigen Beschreibung kann eine Gleichförmigkeit des Durchmessers (oder Breite) der Nanokerne bei 95% oder mehr aufrechterhalten werden. In diesem Fall kann der Durchmesser von jedem Nanokern, der in einer Gruppe aufgewachsen wurde, in der Größen von Öffnungen der Maske gleich sind, im Wesentlichen gleich sein.
Die oben beschriebene Ausführungsform zeigt beispielhaft ein Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung für das Aufwachsen von Nanokernen unter Verwendung einer Maske mit Öffnungen als einer Form. Das Verfahren gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann jedoch modifiziert oder in verschiedenen Ausführungsformen verbessert werden.
Wenigstens ein Bereich der Nanokerne aus der Mehrzahl von Nanokernen kann derart ausgebildet sein, so dass Querschnittsfläche (oder Durchmesser) und/oder Abstände zwischen wenigstens einem Bereich der Nanokerne von denen der verbleibenden Nanokerne verschieden sind.
Durch Ausbildung von einem Beliebigen von den Querschnittsflächen (oder Durchmesser) der lichtemittierenden Strukturen und den Abständen dazwischen, die zu unterscheiden sind, sogar wenn der gleiche Bildungsprozess der aktiven Schicht darauf angewendet wird, kann eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenlängen von Licht emittiert werden. Gemäß der obigen Beschreibung kann weißes Licht in einer einzigen Vorrichtung erhalten werden, da eine Mehrzahl von unterschiedlichen Wellenlängen von Licht durch Unterscheidung der Ausbildung der Nanostrukturen emittiert werden kann. Die 47 bis 50 sind Querschnittansichten, die entsprechende Hauptprozesse in einem Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden weißen Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß einer anderen Ausführungsform darstellen.
Als Erstes, wie in 47 dargestellt ist, wird eine Maske 93 mit einer Mehrzahl von Öffnungen H und eine Ätzstoppschicht, die dazwischen angeordnet ist, auf einer Basisschicht 92 gebildet, die auf einem Substrat 91 gebildet ist.
Ähnlich dem in 2 dargestellten Beispiel kann die Maske 93 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erste Materialschicht 93a, die auf der Basisschicht 92 gebildet ist, und eine zweite Materialschicht 93b, die auf der ersten Materialschicht 93a gebildet ist und eine Ätzrate größer als die der ersten Materialschicht 93a aufweist, umfassen.
Die Öffnungen H können als unterschiedliche Strukturen aufweisend gebildet werden. Im Detail, drei unterschiedliche Gruppen von Öffnungen können in der vorliegenden Ausführungsform gebildet werden. Öffnungen einer zweiten Gruppe A2 weisen einen Abstand d1 dazwischen auf, der gleich einem Abstand d2 zwischen Öffnungen einer ersten Gruppe A1 ist. Die zweite Gruppe kann eine Breite w2 größer als eine Breite w1 der Öffnungen der ersten Gruppe A1 aufweisen. Eine Öffnung einer dritten Gruppe A3 kann eine Breite w1 gleich der Breite w1 der Öffnungen der ersten Gruppe A1 aufweisen und die Öffnungen der dritten Gruppe A3 können einen Abstand w2 dazwischen aufweisen, der größer ist als der Abstand d1 zwischen den Öffnungen der ersten Gruppe A1.
Im Wesentlichen bezeichnet die Zunahme in einem Abstand zwischen den Öffnungen eine relative Zunahme in einem Grad an Kontakt eines Quellgases bezüglich der gleichen Fläche und folglich kann eine Wachstumsgeschwindigkeit von Nanokernen 95a relativ schnell sein. Die Zunahme in einer Breite der Öffnung bezeichnet eine relative Abnahme in der Kontaktmenge eines Quellgases in der gleichen Fläche und folglich kann die Aufwachsgeschwindigkeit der Nanokerne 95a relativ langsam sein.
In dieser Ausführungsform wird die Konfiguration dargestellt, in der der Abstand d zwischen den Öffnungen und die Breite w der Öffnungen unterschieden wird, jedoch können auch zwei oder mehr Gruppen durch Differenzierung von lediglich dem Abstand d zwischen den Öffnungen oder der Breite w der Öffnungen gebildet werden. Wenn zwei oder mehr Gruppen mit unterschiedlichen Abständen d zwischen Öffnungen gebildet werden, kann z.B. die Breite w der Öffnungen gleich sein, während bei Bildung von zwei oder mehr Gruppen mit unterschiedlichen Breiten der Öffnungen die Abstände d zwischen den Öffnungen gleichförmig sein können. Hier kann das von den zwei oder mehr Gruppen emittierte Licht einander komplementieren oder die zwei oder mehr Gruppen können ausgebildet sein, weißes Licht bei Kombination zu emittieren. In dem Fall zweier Gruppen können die zwei Gruppen derart gewünscht sein, dass wenn eine Gruppe blaues Licht emittiert, die andere Gruppe gelbes Licht emittiert. In dem Fall von drei Gruppen können die Abstände d zwischen den Öffnungen und/oder die Breiten w der Öffnungen unterschiedlich ausgebildet sein, um blaues, grünes und bzw. rotes Licht zu emittieren.
Mit zunehmendem Abstand zwischen den Öffnungen nimmt die Wellenlänge des Lichts zu und folglich kann eine aktive Schicht, die blaues Licht emittiert, aus einer Gruppe erhalten werden, in der der Abstand d zwischen den Öffnungen relativ klein ist, und eine aktive Schicht, die rotes Licht emittiert, kann aus einer Gruppe erhalten werden, in der der Abstand d zwischen Öffnungen relativ groß ist. Mit zunehmendem Abstand d zwischen den Öffnungen tendieren die Dicken (laterale Richtung bezüglich dem Kern) der aktiven Schicht und/oder die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp dazu, sich zu vergrößern. Folglich kann ein Durchmesser einer lichtemittierenden Nanostruktur (ein Nanokern, eine aktive Schicht und eine Halbliterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp, die rotes Licht emittieren, im Allgemeinen größer sein als die lichtemittierenden Nanostrukturen, die blaues und grünes Licht emittieren. Der Durchmesser der lichtemittierenden Nanostruktur, die grünes Licht emittiert, kann größer sein als die der lichtemittierenden Nanostruktur, die grünes Licht emittiert.
Gemäß der obigen Beschreibung können die Nanokerne 95a für entsprechende Gruppen, beispielsweise drei Gruppen, da der Unterschied in einer Wachstumsgeschwindigkeit der Nanokerne 95a zwischen der Breite der Öffnung und dem Abstand zwischen den Öffnungen, wie in 48 gezeigt ist, unterschiedliche Höhen aufweisen. Zur Verbesserung der ungleichförmigen Höhe kann eine Planarisierung zur Bildung eines geeigneten Niveaus L1 in dem vorliegenden Prozess durchgeführt werden, wie in 48 und 49 dargestellt ist, wodurch eine gleichförmige Höhe der Nanokerne 95a pro entsprechender Gruppe erreicht wird.
Da die Maske 93 als eine Strukturunterstützung der Nanokerne 95a während des Planarisierungsprozesses gemäß der obigen Beschreibung verwendet wird, kann der Planarisierungsprozess leicht durchgeführt werden, ohne die Nanokerne 95a zu beschädigen. Der Planarisierungsprozess kann durchgeführt werden, nachdem eine Kern-Hülle-Struktur und eine Kontaktelektrode gebildet wurden und in diesem Fall kann der Planarisierungsprozess in diesem Prozess gemäß den Vorrichtungsstrukturen unterdrückt sein.
Gemäß der Darstellung in 49 kann die Maske 93 unter Verwendung der Ätzstoppschicht teilweise entfernt werden, um Seitenoberflächen der planarisierten Nanokerne 95a freizulegen. Das heißt, dass im vorliegenden Prozess nur die zweite Materialschicht 93b entfernt werden kann, und die erste Materialschicht 93a verbleiben kann.
Anschließend können eine aktive Schicht 95b und eine Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 95c sequenziell auf den Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen 95a gewachsen werden, wie in 50 dargestellt ist.
Durch den oben genannten Prozess kann die lichtemittierende Nanostruktur 95 eine Kern-Hülle-Struktur aufweisen, in der der Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp als die Nanokerne 95a bereitgestellt werden und die aktive Schicht 95b und die Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp 95c, die die Nanokerne 95a umgeben, werden als Hüllen-Schichten bereitgestellt.
Die vorliegende beispielhafte Ausführungsform stellt als solche den Fall bereit, in dem die lichtemittierende Halbleiterstruktur 95 eine Stabform in der Kern-Hülle-Struktur aufweist. Die lichtemittierende Nanostruktur kann gemäß anderer beispielhafter Ausführungsformen kann verschiedene unterschiedliche Formen aufweisen, wie z.B. eine Pyramidenstruktur oder eine Struktur, in der eine Pyramidenform und eine Stabform kombiniert sind.
In der vorangehenden beispielhaften Ausführungsform kann der Planarisierungsprozess der 48 und 49 unterdrückt sein und eine weißes Licht emittierende Vorrichtung kann unter Verwendung von lichtemittierende Nanostrukturen mit einer Kern-Hülle-Struktur hergestellt werden, die die Nanokerne 95a mit unterschiedlichen Höhen verwendet. Ein Wachstumsprozess von Nanokernen und ein Prozess zum Bilden von Elektroden einer lichtemittierenden Struktur kann in der gleichen Weise durchgeführt werden, wie die der oben beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen.
Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung gemäß der beispielhaften Ausführungsform, wie oben beschrieben, kann in verschiedenen Packungen implementiert sein.
51 und 52 zeigen anschauliche Beispiele einer Packung, die die vorangehende lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet.
Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtungspackung 500, die in 51 dargestellt ist, kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 501, einen Packungskörper 502 und ein Paar von Leiterrahmen 503 umfassen.
Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 501 kann die oben genannte lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung sein. Die Nanostrukturhalbleitervorrichtung 501 kann an den Leiterrahmen 503 angebracht und mit den Leiterrahmen 503 über Drähte W elektrisch verbunden sein.
Falls erforderlich, kann die Nanostrukturhalbleitervorrichtung 501 auf einem unterschiedlichen Bereich auf dem Packungskörper 503 angebracht sein, anstatt auf den Leiterrahmen 503. Der Packungskörper 502 kann auch eine Becherform haben, um die Reflexionseffizienz von Licht zu verbessern. Eine Einkapselung 505, gebildet aus einem Licht-durchlässigen Material, kann in dem reflektiven Becher zur Einkapselung der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 501, des Drahts W und dergleichen gebildet sein.
Eine lichtemittierende Halbleitervorrichtungspackung 600, wie in 52 dargestellt, kann eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung 601, eine Befestigungsplatte 610 und eine Einkapselung 603 aufweisen.
Eine Wellenlängenumwandlungseinheit 602 kann auf einer Oberfläche und einer Seitenoberfläche der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 601 gebildet sein. Die lichtemittierende Halbleitervorrichtung 601 kann an der Befestigungsplatte 601 angebracht und mit der Befestigungsplatte 601 über einen Draht W elektrisch verbunden sein.
Die Befestigungsplatte 610 kann eine obere Elektrode 613, eine untere Elektrode 614 und eine Durchelektrode 612 umfassen, die die obere Elektrode 613 und die untere Elektrode 614 verbindet. Die Befestigungsplatte 610 kann als eine Platine, wie z.B. eine PCB eine MCPCB, eine MPCB, eine FPCB oder dergleichen, gebildet sein und die Struktur der Befestigungsplatte 610 kann auf verschiedene Formen angewendet sein.
Die Wellenlängenumwandlungseinheit 602 kann einen Phosphor, einen Quantenpunkt oder dergleichen umfassen. Die Einkapselung 603 kann ausgebildet sein, so dass es eine Linsenstruktur mit einer oberen Oberfläche aufweist, die eine konvexe Gestalt umfasst. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Einkapselung 603 jedoch eine Linsenstruktur mit einer konvexen oder konkaven Oberfläche zur Anpassung eines Strahlwinkels von Licht, das durch eine obere Oberfläche des Einkapselungsmittels 603 emittiert wird, aufweisen.
Die lichtemittierende Nanostrukturhalbleitervorrichtung und eine Packung mit selbiger gemäß der beispielhaften Ausführungsform wie oben beschrieben, kann vorteilhaft auf verschiedene Anwendungsprodukte angewendet werden.
53 und 54 zeigen Ansichten, die eine Rücklichteinheit darstellen, welche eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwenden.
Es wird auf 53 Bezug genommen. Eine Rücklichteinheit 1000 umfasst Lichtquellen 1001, die an einem Substrat 1002 angebracht sind, und ein oder mehrere optische Lagen 1003, die über den Lichtquellen 1001 angeordnet sind. Die voran genannte lichtemittierende Halbleitervorrichtung oder eine Packung, die die lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet, können als Lichtquellen 1001 verwendet werden.
Entgegen der in 53 dargestellten Rücklichteinheit 1000, in der die Lichtquellen 1001 Licht zu einer Oberseite emittieren, auf der ein Flüssigkristalldisplay angeordnet ist, ist eine Rücklichteinheit 2000 gemäß einem anderen Beispiel, das in 54 dargestellt ist, so konfiguriert, dass die Lichtquellen 2001, die an einer Platte 2002 angebracht sind, Licht in einer lateralen Richtung emittieren. Das emittierte Licht kann auf eine Lichtführungsplatte 2003 einfallen, so dass es in eine Oberflächenlichtquelle umgewandelt wird. Das Licht, das durch die Lichtführungsplatte 2003 geführt wird, wird nach oben emittiert und es kann eine reflexive Schicht 2004 auf einer unteren Oberfläche der Lichtführungsplatte 2003 angeordnet sein, um eine Lichtextrahierungseffizienz zu verbessern.
55 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer Leuchtvorrichtung darstellt, welche eine lichtemittierende Halbleitervorrichtung verwendet.
Eine Leuchtvorrichtung 3000 ist z.B. als eine birnenartige Lampe in 55 dargestellt und umfasst ein leichtemittierendes Modul 3003, eine Betriebseinheit 3008 und eine äußere Verbindungseinheit 3010.
Die Leuchtvorrichtung 3000 kann auch externe Strukturen umfassen, wie z.B. externe und interne Gehäuse 3006 und 3009 und eine Abdeckeinheit 3007. Das lichtemittierende Modul 3003 kann eine Lichtquelle 3001 mit der voran genannten lichtemittierenden Halbleitervorrichtungspackungsstruktur oder einer Struktur ähnlich dazu und eine Schaltplatte 3002 mit darauf montierter Lichtquelle 3001 umfassen. Die ersten und zweiten Elektroden der vorangehend genannten lichtemittierenden Halbleitervorrichtung kann z.B. elektrisch mit einer Elektrodenstruktur der Schaltplatte 3002 verbunden sein. In der vorliegenden Ausführungsform ist dargestellt, dass eine einzelne Lichtquelle 3001 an der Schaltplatte 3002 angebracht ist. Es kann jedoch auch eine Mehrzahl von Lichtquellen angebracht sein, falls dies erforderlich ist.
Das externe Gehäuse 3006 kann als eine Wärmeabführeinheit wirken und eine Wärmedissipationsplatte 3004 umfassen, die im direkten Kontakt mit dem lichtemittierenden Modul 3001 angeordnet ist, um eine Wärmedissipation zu verbessern, und wärmedissipierende Stege 3005 umfassen, die die Seitenoberflächen der Leuchtvorrichtung umgeben. Die Abdeckeinheit 3007 kann auch auf dem lichtemittierenden Modul 3003 installiert sein und eine Gestalt einer konvexen Linse aufweisen. Die Betriebseinheit 3008 ist in dem internen Gehäuse 3009 installiert und mit der externen Verbindungseinheit 3010 verbunden, die eine Sockelstruktur aufweist, um Leistung von einer äußeren Energiequelle aufzunehmen. Die Betriebseinheit 3008 kann auch zum Umwandeln von Leistung in eine geeignete Stromquelle zum Betrieb der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung 3001 des lichtemittierenden Moduls 3003 dienen und das Gleiche bereitstellen. Die Betriebseinheit 3008 kann z.B. als ein AC-DC-Konverter oder eine Gleichrichtschaltungskomponente ausgebildet sein.
56 zeigt eine Ansicht, die ein Beispiel einer Scheinwerferlampe mit einer lichtemittierenden Halbleitervorrichtung darstellt.
Es wird auf 56 Bezug genommen. Eine Scheinwerferlampe 4000, die als eine Fahrzeuglampe oder dergleichen verwendet wird, kann eine Lichtquelle 4001, eine reflektive Einheit 4005 und eine Linsenabdeckeinheit 4004 umfassen. Die Linsenabdeckeinheit 4004 kann eine hohle Führung 4003 und eine Linse 4002 umfassen. Die Lichtquelle 4001 kann die vorangehend genannte lichtemittierende Halbleitervorrichtung oder eine Verpackung mit der lichtemittierenden Halbleitervorrichtung umfassen.
Die Scheinwerferlampe 4000 kann ferner eine Wärmedissipationseinheit 4012 umfassen, die Wärme erzeugt durch die Lichtquelle 4001 nach außen abführt. Zur effektiven Wärmeabführung kann die Wärmedissipationseinheit 4012 eine Wärmesenke 4010 und einen Kühlventilator 4011 umfassen. Die Scheinwerferlampe 4000 kann ferner ein Gehäuse 4009, das die Wärmedissipationseinheit 4012 und die reflektive Einheit 4005 fest haltert, umfassen und das Gehäuse 4009 kann eine zentrale Öffnung 4008, die in einer Oberfläche davon gebildet ist, aufweisen, in der die Wärmedissipationseinheit 4012 gekoppelt ist.
Das Gehäuse 4009 kann ein Vorderloch 4007, das in der anderen Oberfläche, die integral mit der anderen Oberfläche verbunden ist und in einem rechten Winkel gebeugt ist, aufweisen. Das Vorderloch 4007 kann ermöglichen, dass die reflektive Einheit 4005 fest über der Lichtquelle 4001 angeordnet ist. Entsprechend ist eine Vorderseite durch die reflektive Einheit 4005 geöffnet. Die reflektive Einheit 4005 ist an dem Gehäuse 4009 angebracht, so dass die offene Vorderseite dem Vorderloch 4007 entspricht und durch die reflektive Einheit 4005 reflektiertes Licht durch das Vorderloch 4007 durchgeführt wird, so dass es nach außen ausgegeben wird.

Claims

Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Basisschicht (12), die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist; Bilden einer Maske (13) mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht (12); Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (H) mit Bereichen der Basisschicht (12), die dadurch in der Maske (13) freigelegt sind; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen (15a) durch Wachsen des Halbleiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht (12) zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen (H) derart, dass gesamte Seitenoberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a) durch eine Gestalt der Mehrzahl von Öffnungen (H) festgelegt werden und sich nicht über die Mehrzahl von Öffnungen (H) hinaus erstrecken; teilweises Entfernen der Maske (13) unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen (15a); und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht (15b) und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (15c) auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (13) eine erste Materialschicht (13a), die auf der Basisschicht (12) gebildet ist und als die Ätzstoppschicht bereitgestellt wird, und eine zweite Materialschicht (13b) umfasst, die auf der ersten Materialschicht (13a) gebildet ist und eine Ätzrate aufweist, die höher ist als die der ersten Materialschicht (13a).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maske (13) erste bis dritte Materialschichten umfasst, die sequenziell auf der Basisschicht gebildet sind, und die zweite Materialschicht aus einem Material verschieden von dem der ersten und dritten Materialschichten gebildet ist und als die Ätzstoppschicht bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die erste und dritte Materialschicht aus dem gleichen Material gebildet sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Ätzstoppniveau durch die Ätzstoppschicht an einer Tiefe gleich oder weniger als einem Punkt entsprechend 1/3 der Gesamthöhe der Maske (13) von einer oberen Oberfläche der Basisschicht (12) angeordnet ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Aspektverhältnis der Mehrzahl von Öffnungen (H) ca. 5:1 oder mehr beträgt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner zwischen der Bildung der Mehrzahl von Öffnungen (H) und der Bildung der Mehrzahl von Nanokernen (15a) umfassend ein Bilden eines Diffusionsunterdrückungsfilms, der aus einem Material gebildet ist, das von dem der Maske (13) auf entsprechenden inneren Seitenwänden der Mehrzahl von Öffnungen (H) verschieden ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Bilden des Diffusionsunterdrückungsfilms ein Bilden eines Materialfilms für den Diffusionsunterdrückungsfilm auf der Oberfläche der Maske (13) und ein Entfernen von Bereichen des Materialfilms umfasst, die auf einer oberen Oberfläche der Maske (13) und der freiliegenden Bereiche der Basisschicht (12) angeordnet sind, so dass nur der Materialfilm auf einer inneren Seitenwand der Öffnung (H) verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 7, ferner umfassend ein Entfernen des Diffusionsunterdrückungsfilms von der freigelegten Oberfläche der Mehrzahl von Nanokernen (15a) vor dem sequenziellen Wachsen der aktiven Schicht (15b) und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (15c).
Verfahren nach Anspruch 9, wobei nach dem Entfernen des Diffusionsunterdrückungsfilms ein Bereich des Diffusionsunterdrückungsfilms, der unter einem oberen Oberflächenniveau der Ätzstoppschicht angeordnet ist, verbleibt.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen (15a) zwischen dem teilweisen Entfernen der Maske (13) und dem sequenziehen Wachsen der aktiven Schicht (15b) und der Halbleiterschicht vom zweiten Leitfähigkeitstyp (15c).
Verfahren nach Anspruch 11, wobei Breiten der wärmebehandelten Mehrzahl von Nanokernen (15a) größer sind als jene der Mehrzahl von Nanokernen (15a) vor der Wärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend, nach dem Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen (15a), ein Anwenden eines Planarisierungsprozesses auf obere Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a), die zu planarisieren sind, um das gleiche Niveau aufzuweisen.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei wenigstens ein Bereich der Mehrzahl von Nanokernen (15a) einen Durchmesser davon und/oder einen Abstand dazwischen aufweist, der sich von dem anderer Nanokerne (15a) unterscheidet.
Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Basisschicht (72), die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist; Bilden einer Maske (73) mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht (72); Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (H) mit Bereichen der Basisschicht (72), die dadurch in der Maske (73) freiliegen; Bilden eines Diffusionsunterdrückungsfilms (74), der aus einem Material gebildet ist, das von dem der Maske (73) auf entsprechenden inneren Seitenwänden der Mehrzahl von Öffnungen (H) verschieden ist; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen (75a) durch Wachsen des Halbleiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht (72) zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen (H); teilweises Entfernen der Maske (73) unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen (75a); und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht (75b) und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (75c) auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (75a).
Verfahren zum Herstellen einer lichtemittierenden Nanostrukturhalbleitervorrichtung, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Basisschicht (12), die aus einem Halbleiter von einem ersten Leitfähigkeitstyp gebildet ist; Bilden einer Maske (13) mit einer Ätzstoppschicht auf der Basisschicht (12); Bilden einer Mehrzahl von Öffnungen (H) mit Bereichen, die in der Maske (13) dadurch freigelegt sind; Bilden einer Mehrzahl von Nanokernen (15a) durch Wachsen des Hableiters vom ersten Leitfähigkeitstyp auf den freiliegenden Bereichen der Basisschicht (12) zum Füllen der Mehrzahl von Öffnungen (H); teilweises Entfernen der Maske (13) unter Verwendung der Ätzstoppschicht zum Freilegen von Seitenbereichen der Mehrzahl von Nanokernen (15a); Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen (15a) zum Stabilisieren einer Kristallebene der Mehrzahl von Nanokernen (15a); und sequenzielles Wachsen einer aktiven Schicht (15b) und einer Halbleiterschicht von einem zweiten Leitfähigkeitstyp (15c) auf Oberflächen der Mehrzahl von Nanokernen (15a).
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Wärmebehandlung durch Zuführen eines Quellgases für den Halbleiter vom ersten Leitfähigkeitstyp bei einer Temperatur in einem Bereich von ca. 600 °C bis ca. 1200 °C durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Mehrzahl von Nanokernen (15a) vor dem Wärmebehandeln eine zylindrische Gestalt aufweisen und die wärmebehandelte Mehrzahl von Nanokernen (15a) eine hexagonale Kristallspaltengestalt aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei Breiten der wärmebehandelten Mehrzahl von Nanokernen (15a) größer sind als jene der Mehrzahl von Nanokernen (15a) vor der Wärmebehandlung.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei die Bildung der Mehrzahl von Nanokernen (15a) ein Wärmebehandeln der Mehrzahl von Nanokernen (15a) nach einem zeitweisen Stoppen des Wachsens der Mehrzahl von Nanokernen (15a) umfasst.