JP2009238732A - マイクロヒーターアレイ及びマイクロヒーターアレイを備えたｐｎ接合、並びにその形成方法 - Google Patents

マイクロヒーターアレイ及びマイクロヒーターアレイを備えたｐｎ接合、並びにその形成方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ガラス基板などの低価で且つ用意し易い基板上に高品質のｐｎ接合を形成することができ、ｐｎ接合を大面積化することができるマイクロヒーターアレイ及びｐｎ接合の形成方法を提供する。
【解決手段】本発明による一実施の形態によるマイクロヒーターアレイは、基板上に互いに交差して設けられる、または互いに並設される第１及び第２マイクロヒーターを含む。また、一実施の形態によるｐｎ接合の形成方法は、上記マイクロヒーターアレイに電圧を印加し第１及び第２加熱部からの発熱を利用して第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する。このようにマイクロヒーターを利用してｐｎ接合を形成する場合、ガラス基板上の大面積にわたって高品質のｐｎ接合を形成することができる。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、マイクロヒーターアレイ及びこれを利用したｐｎ接合の形成方法、並びにマイクロヒーターアレイを含むｐｎ接合素子に関する。また、本発明は、基板上に互いに交差して設けられる、または互いに並設される一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターを含むマイクロヒーターアレイを提供し、互いに交差して設けられる、または互いに並設される一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターを含むマイクロヒーターアレイに電圧を印加することで発生する相対的な高温を利用してｐｎ接合を形成する方法を提供する。
ｐｎ接合は、整流作用を持つダイオードに使用されるだけでなく、太陽電池（Ｓｏｌａｃｅｌｌ）、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ；ＬＥＤ）、イメージセンサー（Ｉｍａｇｅ ｓｅｎｓｏｒ）などの光電子装置（Ｏｐｔｏ−ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅ）に幅広く使用される。ｐｎ接合を含む太陽電池を形成するために、シリコン（Ｓｉ）を主にホスト物質として使用し、リン（Ｐ）とホウ素（Ｂ）をｎ−型ドーピング物質とｐ−型ドーピング物質としてそれぞれ添加することができる。ＬＥＤを形成するために、窒化ガリウム（ＧａＮ）を主にホスト物質として使用し、マグネシウム（Ｍｇ）とシリコン（Ｓｉ）をｎ−型ドーピング物質とｐ−型ドーピング物質としてそれぞれ添加することができる。
結晶性（ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｉｔｙ）などの薄膜特性が良好な高品質のｐｎ接合を形成するためには、通常、相対的に高温が要求される。ホスト物質が非晶質シリコンであるｐｎ接合を形成する場合、成長温度が３００℃程度であればよいが、ＬＥＤに利用される単結晶（ＧａＮ）のｐｎ接合を形成する場合は、約１０００℃の成長温度が要求されることがある。このような高温により、ガラス基板が軟化してしまうことで大面積のｐｎ接合を形成し難いことがある。また、このような高温により、単結晶（ＧａＮ）のｐｎ接合を形成することができる基板がシリコンウェハー、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣなどの高価の基板に制限されてしまうこともある。
本発明は、ガラス基板などの低価で且つ用意し易しい基板上に高品質のｐｎ接合を形成することができ、ｐｎ接合を大面積化することができるマイクロヒーターアレイ及びｐｎ接合の形成方法を提供することをその目的とする。
上記目的を達成するための本発明による一実施の形態は、基板と、上記基板上において第１方向に並設された一つ以上の第１マイクロヒーター、及び第２方向に並設された一つ以上の第２マイクロヒーターと、を含んでなるマイクロヒーターアレイを提供する。
各々の第１マイクロヒーターは、上記基板と離間して存在し、第１方向に延びる第１加熱部、及び互いに離間して上記基板上に備えられ、上記第１加熱部を支持する第１支持体を含んでよい。各々の第２マイクロヒーターは、第２方向に延びる第２加熱部、及び互いに離間して上記基板上に備えられ、上記第２加熱部を支持する第２支持体を含んでよい。第１方向は第２方向に対し垂直であるか、または第２方向と同じ方向であればよい。第１方向が第２方向に対し垂直である場合、一つ以上の第１マイクロヒーターは一つ以上の第２マイクロヒーターと交差する。一実施の形態において、第１及び第２加熱部が交差する領域において互いに離間するように上記第１加熱部及び上記基板の間の間隔は、上記第２加熱部及び上記基板の間の間隔より小さくてよい。
本発明の一実施の形態において、上記第１及び第２加熱部が交差する領域において、上記第２加熱部に開口部が形成されてよい。また、上記第２加熱部は透明電極物質からなってよい。また、第１及び第２マイクロヒーターは、独立してそれぞれ駆動されてよい。
本発明の一実施の形態において、上記第１及び第２加熱部が交差する領域以外において、上記第１支持体は上記基板と第１加熱部との間に部分的に備えられ、上記第２支持体は上記基板と第２加熱部との間に部分的に備えられてよい。本発明の一実施の形態において、第１及び第２加熱部の各々は接触領域（ｃｏｎｔａｃｔ ａｒｅａ；ＣＡ）に該当する第１領域、及び第１領域同士の間の第２領域を含んでよい。第１領域は、第１及び第２支持体にそれぞれ接触する第１及び第２加熱部を含んでよい。
本発明の他の実施の形態において、上記第１及び第２加熱部が交差する領域以外において、一つ以上の第１マイクロヒーターは、一つ以上の第１マイクロヒーターの第１加熱部の両側からそれぞれ延び、上記第１加熱部の長手方向に沿って互いに離間して配列された第１連結部をさらに含んでよい。また、一つ以上の第２マイクロヒーターは、一つ以上の第２マイクロヒーターの第２加熱部の両側からそれぞれ延び、上記第２加熱部の長手方向に沿って互いに離間して配列された第２連結部をさらに含んでよい。上記第１支持体は、上記基板と上記第１連結部の間にそれぞれ備えられて上記第１加熱部及び第１連結部を支持し、上記第２支持体は、上記基板と上記第２連結部の間にそれぞれ備えられて上記第２加熱部及び第２連結部を支持する。本発明の一実施の形態において、一つ以上の第１マイクロヒーターだけが第１連結部を含むか、または／また一つ以上の第２マイクロヒーターだけが第２連結部を含んでよい。
また、本発明は、上記本発明の実施の形態によるマイクロヒーターアレイに電圧を印加することによる第１及び／または第２加熱部からの発熱を利用して上記第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成するマイクロヒーターアレイを利用したｐｎ接合の形成方法を提供する。本発明の一実施の形態によるｐｎ接合の形成方法は、マイクロヒーターアレイをチャンバ内に備え、一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターの一方側に電圧を印加する過程を含んでよい。上記チャンバ内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入して第１加熱部及び／または第２加熱部にｐ−型物質層を成長させることができ、上記チャンバ内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入して上記ｐ−型物質層上にｎ−型物質層を成長させることができる。
本発明の一実施の形態において、第１方向が第２方向に対し垂直し、一つ以上の第１マイクロヒーターが一つ以上の第２マイクロヒーターと交差すればよい。本発明の一実施の形態において、第１方向は第２方向と同じであり、一つ以上の第１マイクロヒーター及び第２マイクロヒーターは並んで、または／また交互に配置されてよい。第１方向と第２方向が同じである場合、第１及び第２加熱部にそれぞれｐ−型物質層及びｎ−型物質層が形成されてよい。
上記方法において、上記ｐ−型物質層とｎ−型物質層は、薄膜形態及び／またはナノワイヤ形態で形成されてよい。また、上記第１及び第２加熱部の一部分に触媒層及び／またはバッファー層を形成してよい。上記方法において、上記ｐ−型物質層及びｎ−型物質層の間にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層を形成し、第１及び第２加熱部の少なくとも一つに電圧を印加してｐ−型及び／またはｎ−型物質層を加熱する段階を含んでよい。上記基板としてガラス基板を使用してよい。
さらに、本発明は、上記の本発明によるマイクロヒーターアレイを含むｐｎ接合素子、及び上記のｐｎ接合の形成方法によるｐｎ接合を提供する。
本発明のマイクロヒーターアレイ及びｐｎ接合の形成方法によれば、ガラス基板などの低価で且つ用意し易しい基板上に高品質のｐｎ接合を形成することができ、ｐｎ接合を大面積化することができるという効果を奏する。
図１ａは、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す斜視図であり、図１ｂは、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図であり、図１ｃは、図１ｂに示されたＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。図１ａないし図１ｃを参照すれば、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１０１は、基板１０と、この基板１０上において第１方向Ｄ１に並設された複数個の第１マイクロヒーター２０、及び第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に備えられ上記複数個の第１マイクロヒーター２０と交差する複数個の第２マイクロヒーター３０とを含んでなる。上記複数個の第１マイクロヒーター２０の各々は、第１加熱部２１及び第１支持体２２を含んでよい。上記第１加熱部２１は、上記基板１０と離間して存在し、第１方向Ｄ１に延びてよい。上記第１支持体２２は、上記基板１０と第１加熱部２１との間に部分的に備えられて第１加熱部２１を支持すればよい。
上記複数個の第２マイクロヒーター３０の各々は、第２加熱部３１及び第２支持体３２を含んでよい。上記第２加熱部３１は、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に延びて上記第１加熱部２１上において上記第１加熱部２１と交差すればよい。上記第２支持体３２は、上記基板１０と第２加熱部３１との間に部分的に備えられ上記第２加熱部３１を支持すればよい。
上記第１及び第２支持体２２、３２は、上記第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域以外において、上記第１及び第２加熱部２１、３１の長手方向に沿って互いに離間してそれぞれ配列されてよい。第１及び第２マイクロヒーター２０、３０は、その構造及び形状が互いに同じであるか、または異なってもよい。
図１ｃに示されたように、上記第２加熱部３１は、上記第１加熱部２１から所定の間隔または与えられた間隔だけ離間して上記第１加熱部２１上に備えられてよい。上記第１加熱部２１及び上記基板１０間の間隔Ｓ１が、上記第２加熱部３１及び上記基板１０間の間隔Ｓ２より小さくてよい。例えば、第１及び第２加熱部２１、３１は、上記第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域において互いに離間してよく、上記第１支持体２２の高さが第２支持体３２の高さより小さくてよい。
図１ｂに示されたように、上記第１及び第２加熱部２１、３１の各々は、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２に区画されてよい。上記第１領域Ａ１は、上記第１及び第２加熱部２１、３１と上記第１及び第２支持体２２、３２がそれぞれ接触する接触領域ＣＡに対応し、第２領域Ａ２は、上記第１領域Ａ１の間にそれぞれ存在してよい。接触領域ＣＡの面積は、第１及び第２支持体２２、３２が上記第１及び第２加熱部２１、３１のそれぞれの支持を保持できる限度までできる限り減少するように調節されてよい。上記接触領域ＣＡの面積が小さいほど上記第１加熱部２１及び第１支持体２２間の熱伝逹と上記第２加熱部３１及び第２支持体３２間の熱伝逹が減少し、これにより、マイクロヒーターアレイ１０１の駆動に消耗される電力を減少させることができる。図１ａないし図１ｃでは、第１領域Ａ１や接触領域ＣＡの形状が円形に示されているが、エッチングによっては、上記第１領域Ａ１や接触領域ＣＡの形状が、円形でない四角形やその他の形状であってもよい。一方、上記第１領域Ａ１の各幅が上記第２領域Ａ２の各幅より大きくてよい。その理由は、第１及び第２支持体２２、３２のエッチング、特に接触領域ＣＡのエッチングを容易にするためには、上記第１領域Ａ１の各幅を上記第２領域Ａ２の各幅より大きくする必要があるからである。また、第２領域Ａ２の各幅が上記第１領域Ａ１の各幅より小さいと、上記第２領域Ａ２の発光及び発熱が上記第１領域Ａ１よりも大きくなるからである。このような技術構成は、発光及び発熱位置の調節を可能にする。
このように第１及び第２加熱部２１、３１を第１領域Ａ１と第２領域Ａ２とに区画することができる。第２領域Ａ２における発光及び発熱を大きくし、第１及び第２支持体２２、３２により支持される第１領域Ａ１における発光及び発熱を小さくすることができる。さらに、第１領域Ａ１における熱伝逹面積を最小化することで、不要な電力の無駄遣いを軽減し且つ印加された電圧が第２領域Ａ２の高温のヒーティングに効率よく使われるようにすることができる。
第１及び第２加熱部２１、３１は、上記第２領域Ａ２において互いに交差するため、上記交差した領域における高温のヒーティングを利用して上記第１及び第２加熱部２１、３１の間にｐｎ接合を形成することができる。上記第１及び第２加熱部２１、３１は、モリブデン、タングステン、炭化シリコンなどからなってよい。第１及び第２加熱部２１、３１は、同種の物質で形成してよく、または、互いに異なる物質で形成してもよい。また、マイクロヒーター２０及び／または３０は、電力の印加によって発光及び発熱可能となる。
また、実施の形態によっては、上記第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域において、上記第２加熱部３１に開口部３３を形成してよく、または上記第２加熱部３１を透明電極物質で形成してもよい。これは、上記第１及び第２加熱部２１、３１の間に形成されるｐｎ接合から発光または吸光できるようにするためである。
上記第１及び第２支持体２２、３２は、上記第１及び第２加熱部２１、３１から発生する熱の損失を防止するために、熱伝導率が小さい物質からなってよい。一例として、上記第１及び第２支持体２２、３２は、ＳｉＯｘまたはＳｉ３Ｎ４などの絶縁物質からなってよい。
上記基板１０は、ガラスまたはプラスチック材質からなってよい。上記基板１０がガラス材質からなる場合、輻射熱（可視光線やＩＲ）を透過するため、相対的に高温のヒーティングが可能であり、大面積にわたってｐｎ接合を形成することができる。本発明のマイクロヒーターアレイでは、ガラス基板の温度を、例えば５０℃以下に保ちながら第１及び第２加熱部で６００〜２０００℃の温度にてヒーティングを行うことができる。したがって、マイクロヒーターアレイは、相対的に高温のヒーティングを要求するｐｎ接合の形成に利用することができる。
図２ａ及び図２ｂは、本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す図である。第１及び第２マイクロヒーター２０’、３０’の構成要素のうちの第１及び第２加熱部２５、３５は、図１ａないし図１ｃに示された第１及び第２加熱部に対応し、上記第１及び第２支持体２６、３６は、図１ａないし図１ｃに示された第１及び第２支持体に対応する。なお、第１及び第２マイクロヒーター２０’、３０’の各々が第１及び第２連結部２７、３７をさらに含むこともできる。第１及び第２マイクロヒーター２０’、３０’は、上記第１及び第２加熱部２５、３５の下部ではない第１及び第２連結部２７、３７の下部にそれぞれ備えられる第１及び第２支持体２６、３６をさらに含むこともできる。マイクロヒーターアレイ１０２における基板１０、第１及び第２加熱部２５、３５、第１及び第２支持体２６、３６の材質は、図１ａないし図１ｃに示された基板、第１及び第２加熱部、第１及び第２支持体の材質とそれぞれ同じものであればよい。
図２ａ及び図２ｂを参照すれば、マイクロヒーターアレイ１０２は、基板１０と、上記基板１０上において第１方向Ｄ１に並設された複数個の第１マイクロヒーター２０’、及び第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に備えられ上記複数個の第１マイクロヒーター２０’と交差する複数個の第２マイクロヒーター３０’と、を含んでなる。上記複数個の第１マイクロヒーター２０’の各々は、第１加熱部２５、第１支持体２６及び第１連結部２７を含んでよい。上記第１加熱部２５は、基板１０と離間して存在し、第１方向Ｄ１に延びてよい。上記第１連結部２７は、上記第１加熱部２５の両側からそれぞれ延び、上記第１加熱部２５の長手方向に沿って互いに離間してよい。上記第１支持体２６は、上記基板１０と上記第１連結部２７の間にそれぞれ備えられて上記第１加熱部２５及び第１連結部２７を支持することができる。
上記複数個の第２マイクロヒーター３０’の各々は、第２加熱部３５、第２支持体３６及び第１連結部３７を含んでよい。上記第２加熱部３５は、基板１０と離間して存在し、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に延びて上記第１加熱部２５上において上記第１加熱部２５と交差すればよい。上記第２連結部３７は、上記第２加熱部３５の両側からそれぞれ延び、上記第２加熱部３５の長手方向に沿って互いに離間してよい。上記第１支持体３６は、上記基板１０と上記第２連結部３７の間にそれぞれ備えられて上記第２加熱部３５及び第２連結部３７を支持することができる。
第１及び第２加熱部２５、３５が互いに交差する領域において、上記第１及び第２加熱部２５、３５が、所定の距離または与えられた距離だけ離間するように上記第１支持体２６の高さが上記第２支持体３６の高さより小さくてよい。上記第１及び第２加熱部２５、３５の各々は、両端の電圧印加によって発光及び発熱可能であり、独立して駆動され得る。上述したように、第２加熱部３５を透明電極物質で形成すればよい。
複数個の第２マイクロヒーター３０’は、複数個の第１マイクロヒーター２０’と直交する方向に基板１０上に備えられたことを除いては、その構成及び形状が上記複数個の第１マイクロヒーター２０’の構成及び形状に対応する。以下、上記複数個の第１マイクロヒーター２０’を基準にし、その構造についてさらに詳細に説明する。
図２ａ及び図２ｂに示されたように、上記第１連結部２７は、上記第１及び第２加熱部２５、３５が交差する領域以外において、第１加熱部２５の両側にそれぞれ備えられてよい。第１連結部２７は、上記第１加熱部２５の長手方向Ｄ１と直交した第２方向Ｄ２にそれぞれ延び、上記第１加熱部２５の両側に対称に備えられてよい。なお、上記第１連結部２７は、上記第１加熱部２５の両側に互い違いにそれぞれ備えられてもよい。上記第１連結部２７は、第１加熱部２５の材質と同じ材質からなり、同じ工程を施して上記第１加熱部２５と一体で形成されてよい。
上記第１支持体２６は、上記第１連結部２７の各下部に部分的に備えられて、上記第１連結部２７と部分的に接触することができる。上記第１連結部２７の各々は、第３領域Ａ３及び第４領域Ａ４に区画することができる。上記第３領域Ａ３は、上記第１連結部２７と上記第１支持体２６がそれぞれ接する接触領域ＣＡに対応すればよい。上記第４領域Ａ４は、上記第１加熱部２５と第３領域Ａ３との間に存在すればよい。上記第１支持体２６は、上記第１加熱部２５から相対的に遠い上記第１連結部２７の各端部の下部にそれぞれ備えられてよい。この場合、上記第１連結部２７の各第３領域Ａ３は、上記第１連結部２７の各端部に該当してもよい。
図２ａ及び図２ｂに示されたように、第１連結部２７が上記第１支持体２６によって支持されることで上記第１連結部２７と一体で形成された第１加熱部２５を上記第１支持体２６と接触することなく上記第１支持体２６によって支持することができる。また、上記第１加熱部２５と上記第１支持体２６は、上記第１連結部２７によって互いに離間して存在するため、上記第１支持体２６の各形状による上記第１加熱部２５の温度分布への影響が抑えられる。これにより、上記第１加熱部２５は、均一な温度分布を保持することができる。
第１マイクロヒーター２０’において、第１加熱部２５及び第１連結部２７間の熱伝逹と第１連結部２７及び上記第１支持体２６間の熱伝逹が生じる領域の面積を減少させ、且つ支持を保ち得る限度まで最小化させると、上記第１マイクロヒーター２０’の駆動に消耗される電力を節減することができる。例えば、上記第１加熱部２５の両側から上記第１連結部２７へとそれぞれ伝達される熱伝導度は、上記第１連結部２７の第４領域Ａ４の長さＬが長いほど小さくなり、上記第１連結部２７の幅Ｗ１、Ｗ２が小さいほど小さくなる。また、上記第１連結部２７から上記第１支持体２６へとそれぞれ伝達される熱伝導度は、上記接触領域ＣＡの幅が小さいほど小さくなる。
さらに、上記第１加熱部２５の支持を保ち得る限度まで上記第１連結部２７の第４領域Ａ４の長さＬを最大化させるか、上記第１連結部２７の幅Ｗ１、Ｗ２及び上記接触領域ＣＡを最小化させると、上記第１加熱部２１から生じた熱の損失を減少させることができる。その結果、第１マイクロヒーター２０’の駆動に消耗される電力を節減することができ、また印加された電力が上記第１加熱部２５の相対的に高温のヒーティングに効率よく使われるようにすることができる。
一例として、図２ｂに示されたように、上記第１連結部２７の第４領域Ａ４の幅Ｗ２を上記第１加熱部２５の幅Ｗ３より小さく形成することで上記第１加熱部２５から上記第１連結部２７の第４領域Ａ４へと伝達される熱量を減少させることができる。また、第１連結部２７から第１支持体２６へと伝達される熱の損失を減少させるために、接触領域ＣＡの幅を第３領域の幅Ｗ１より小さく形成することもできる。
上記接触領域ＣＡ及び上記第１連結部２７の第３領域Ａ３の面積が小さ過ぎると、上記第１支持体２６による支持自体が難しくなって構造的安定性を確保することができなくなる。よって、接触領域ＣＡ及び上記第３領域Ａ３の面積は、第１支持体２６が第１加熱部２５及び第１連結部２７の支持を保ち得る最小限の面積以上になる必要がある。例えば、図２ｂに示されたように上記第３領域Ａ３の幅Ｗ１及び上記接触領域ＣＡの幅は、上記第４領域Ａ４の幅Ｗ２より大きく形成すればよい。
第２マイクロヒーター３０’の場合も、上記したように、第２加熱部３５及び第２連結部３７間の熱伝逹と第２連結部３７及び上記第２支持体３６間の熱伝逹が生じる領域の面積を調節することで第２マイクロヒーター３０’の駆動に消耗される電力を節減することができる。図２ａ及び図２ｂには、上記第１及び第２連結部２７、３７の第３領域Ａ３と接触領域ＣＡの形状が円形に示されているが、エッチングによっては、上記第３領域Ａ３や接触領域ＣＡの形状を円形ではない四角形やその他の形状にしてもよい。
本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１０２は、複数の第１及び第２マイクロヒーター２０’、３０’が互いに交差してマトリックスの形態を有するようになってもよく、第１及び第２加熱部２５、３５が全体として均一な温度分布を有し得る。上記マイクロヒーターアレイ１０２は、大面積の発熱及び発光を要求する電子装置に利用され得る。
図３ａは、本発明のまた他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図である。図３ａに示された構成要素のうち、図１ａないし図２ｂに示された構成要素と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を付し、それに関する具体的な説明は省くことにする。上記マイクロヒーターアレイ１０３は、基板１０と、上記基板１０上において第１方向Ｄ１に並設された複数個の第１マイクロヒーター２０、及び第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に備えられ上記複数個の第１マイクロヒーター２０と交差する複数個の第２マイクロヒーター３０’と、を含んでなる。
上記複数個の第１マイクロヒーター２０の各々は、第１加熱部２１及び第１支持体２２を含んでよい。上記第１加熱部２１は、上記基板１０と離間して存在し、第１方向Ｄ１に延びてよい。上記第１支持体２２は、上記基板１０と第１加熱部２１との間に部分的に備えられて第１加熱部２１を支持することができる。
上記複数個の第２マイクロヒーター３０’の各々は、第２加熱部３５、第２支持体３６及び第１連結部３７を含んでよい。上記第２加熱部３５は、基板１０と離間して存在し、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に延びて上記第１加熱部２１上において上記第１加熱部２１と交差すればよい。上記第２連結部３７は、上記第２加熱部３５の両側からそれぞれ延び、上記第２加熱部３５の長手方向に沿って互いに離間して配列されてよい。上記第２支持体３６は、上記基板１０と上記第２連結部３７の間にそれぞれ備えられて上記第２加熱部３５及び第２連結部３７を支持することができる。
第１及び第２加熱部２１、３５が互いに交差する領域において、上記第１及び第２加熱部２１、３５が所定の距離または与えられた距離だけ離間するように上記第１支持体２６の高さが上記第２支持体３６の高さより小さくてよい。上記第１及び第２加熱部２１、３５の各々は、両端の電圧印加によって発光及び発熱することができ、独立して駆動され得る。
本発明のまた他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイにおいて、図３ａに示された第２マイクロヒーター３０’の第２加熱部３５が図３ａに示された第１マイクロヒーター２０の第１加熱部２１の下部に備えられた場合も本発明によるマイクロヒーターアレイに含まれる。図３ｂは、図３ａに示されたマイクロヒーターアレイの発熱状態を示すＣＣＤイメージである。上記ＣＣＤイメージは、図３ａに示された複数個の第２マイクロヒーター３０’に電圧を印加した場合における第２加熱部３５の発熱状態を示す。図３ｂに示されたように、複数個の第２マイクロヒーター３０’は、相対的に均一な発熱状態を示し得る。
図４ａないし図４ｅは、図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。なお、本発明は、図１ａないし図１ｃに示されたものに制限されることなく、例えば、マイクロヒーターアレイ１０２または１０３を形成するために使用されてもよい。図４ａを参照すれば、基板１０上に第１支持体２２及び第２支持体３２の下部でエッチングすべき第１犠牲層２２ａを蒸着することができる。上記第１犠牲層２２ａ上に第１加熱部２１でパターニングすべき第１加熱層２１ａを蒸着することができる。
図１ｂ及び４ｂを参照すれば、上記第１加熱層２１ａは、第１方向Ｄ１に延び、第１及び第２領域Ａ１、Ａ２に区画される第１加熱部２１でパターニングすればよい。上記パターニングは、乾式や湿式などの通常の方法にてエッチングすることによって実施されてよい。
図４ｃを参照すれば、上記パターニングされた第１加熱部２１及び第１犠牲層２２ａ上に第２支持体２２の上部でエッチングすべき第２犠牲層３２ａを蒸着することができる。上記第２犠牲層３２ａ上に第２加熱部３１でパターニングすべき第２加熱層３１ａを蒸着することができる。
図１ｂ及び４ｄに示されたように、第２加熱層３１ａは、第１方向Ｄ１と直交する第２方向Ｄ２に延びて第１加熱部２１と交差する第２加熱部３１でパターニングすればよい。第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域において上記第２加熱部３１が開口部３３を有するようにパターニングすればよい。
上記第１及び第２犠牲層２２ａ、３２ａを湿式（等方性）エッチングすることにより、図１ａないし図１ｃ、図４ｅに示されたように第１及び第２支持体２２、３２を形成することができる。上記エッチング時間を調節して第１及び第２支持体２２、３２と第１及び第２加熱部２１、３１の各接触領域ＣＡの面積が減少されるようにエッチングを実施することができる。
基板１０としてガラス基板を使用する場合、上記第１犠牲層２２ａの蒸着を省き、上記基板１０の上部をエッチングすることで上記第１支持体２２と上記第２支持体３２の下部を形成することができる。また、上記第２加熱部３１には透明電極物質が蒸着されてもよい。
本発明の一実施の形態によるｐｎ接合の形成方法を、例えば、図１ａないし図１ｃに示されたマイクロヒーターアレイ１０１を利用してｐｎ接合を形成する例に適用して説明しているが、他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してｐｎ接合を形成する場合にも同様に適用される。
図５は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用して第１及び第２加熱部の間に形成されたｐｎ接合を示す図である。図５に示された構成要素のうち、図１ａないし図１ｃに示された構成要素と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を付し、それに関する具体的な説明は省くことにする。
第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域、すなわち、第１及び第２加熱部２１、３１の間にｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２を形成することでｐｎ接合４０を形成することができる。ｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２は、マイクロヒーターアレイ１０１への電圧印加時における第１及び第２加熱部２１、３１の少なくとも一つから発生する発熱を利用して形成することができる。なお、ｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２が逆になってｎｐ接合を形成することもできる。
図１ａないし図１ｃにおいて説明したように、複数個の第１マイクロヒーター２０及び第２マイクロヒーター３０は独立してそれぞれ駆動され得る。上記複数個の第１マイクロヒーター２０及び／または複数個の第２マイクロヒーター３０を駆動させて第１加熱部２１及び第２加熱部３１の間にｐｎ接合４０を形成することができる。また、複数個の第１マイクロヒーター２０及び第２マイクロヒーター３０を順次駆動させて第１加熱部２１の第２領域Ａ２にｐ−型物質層４１を形成し、第２加熱部３１の第２領域Ａ２にｎ−型物質層４２を形成することで、第１及び第２加熱部２１、３１の間にｐｎ接合４０を形成することもできる。図５では、複数個の第１マイクロヒーター２０への電圧印加時における加熱部２１からの発熱を利用してｐｎ接合を形成した例を示している。また、複数個の第１マイクロヒーター２０の各々に含まれた第１加熱部２１は、独立して発熱し得るため、第１及び第２加熱部２１、３１の交差領域の一部だけにｐｎ接合４０を形成することができる。
上記第１加熱部２１の第２領域Ａ２における局所において相対的に高温のヒーティングが可能であるため、上記第１加熱部２１のうちの第２領域Ａ２にｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２を形成することでｐｎ接合４０を形成させることができる。上記第１及び第２加熱部２１、３１の第２領域Ａ２において第１及び第２加熱部２１、３１が互いに交差するため、上記第１及び第２加熱部２１、３１の交差領域においてｐｎ接合４０が形成され得るのである。
図６は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してｐｎ接合部を形成する過程を説明するための図である。図６に示されたマイクロヒーターアレイは、説明の便宜上、図１ａに示されたマイクロヒーターを簡略化したものである。図７ａないし図７ｃは、図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に、第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する事例を説明するための図である。
図６及び図７ａないし図７ｃを参照すれば、本発明の一実施の形態によるｐｎ接合の形成方法は次のとおりである。マイクロヒーターアレイ１０１をチャンバ２１０内に備えることができる。外部の電源部２２０によって第１及び第２マイクロヒーター２０、３０の一方側に電圧を印加することができ、第１マイクロヒーター２０に電圧を印加して第１加熱部２１を相対的に高温にヒーティングすることができる。上記第１加熱部２１は、相対的に高温にて発熱して通常の可視光線及び／または赤外線形態の輻射熱を放出することができる。
上記チャンバ２１０の外部から上記チャンバ２１０に連結された第１ガス供給管２３０を介して上記チャンバ２１０内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入して、図７ａに示されたように、第１加熱部２１にｐ−型物質層４１を成長させることができる。上記チャンバ２１０内部に注入されたソースガス及びｐ−型ドーピングガスが相対的に高温の第１加熱部２１において直接反応を起こしてｐ−型物質層４１に成長され得る。工程条件によって、第１加熱部２１の発熱温度、ガスの種類及び加熱時間によってｐ−型物質層４１の成長領域を調節することができる。例えば、ｐ−型物質層４１を第１加熱部２１の上部だけに成長させるか、第１加熱部２１の上面及び／または下面に成長させることもできる。また、第１加熱部２１における第１支持体２２と接触しない第２領域において相対的に高温の発熱が可能であるため、ｐ−型物質層４１は、主に第１加熱部２１の第２領域に成長され得る。
次いで、第１加熱部２１のヒーティング状態を保持しつつ、上記チャンバ２１０の外部から上記チャンバ２１０に連結された第２ガス供給管２４０を介して上記チャンバ２１０内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入して、図７ｂに示されたように、ｐ−型物質層４１と第２加熱部３１の間にｎ−型物質層４２を成長させることができる。上記チャンバ２１０内部に注入されたソースガス及びｎ−型ドーピングガスが相対的に高温の第１加熱部２１上で直接反応を起こして上記ｐ−型物質層４１上において成長され得る。その結果、上記第１及び第２加熱部２１、３１の間にｐｎ接合４０を形成することができる。また、ｎ−型物質層４２を形成するために、上記第１マイクロヒーター２０に電圧を印加することなく上記第２マイクロヒーター３０に電圧を印加することによる上記第２加熱部３１からの発熱を利用してｎ−型物質層４２を成長させることもできる。
図７ｃに示されたように、ｐｎ接合４０を形成した後、上記ｐ−型物質層４１とｎ−型物質層４２をアニーリングする過程をさらに施してもよい。アニーリングにより上記ｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２の結晶化が完全でない非晶質薄膜の場合は、後熱処理を施してｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２を結晶化させることができる。また、ｐｎ接合４０と上記第１及び第２加熱部２１、３１間の接触抵抗を低減させることができる。上記アニーリング過程は、第１及び第２マイクロヒーター２０、３０を同時にまたは別個に駆動し、上記第１及び第２加熱部２１、２３の少なくとも一つから発生する相対的に高温の熱を利用して施すことができる。上記チャンバ２１０の下部には、スクラバー２５０が備えられており、ｐ−型物質層４１及び／またはｎ−型物質層４２の形成後、チャンバ２１０の内部に残留しているガスを吸い込んで中和させることができる。
例えば、上記マイクロヒーターアレイ１０１を利用してＳｉ ｐｎ接合を形成する場合、ＳｉＨ４をＳｉのソースガスとして使用し、ｐ−型物質層の成長時はＢ２Ｈ６をｐ−型ドーピングガスとして使用し、ｎ−型物質層の成長時はＰＨ３をｎ−型ドーピングガスとして使用することができる。または、ＧａＮ ｐｎ接合を金属有機ソースで形成する場合は、ＴＭＧａ、ＮＨ３をＧａＮ形成のためのソースガスとして使用し、ｐ−型物質層の成長時はｐ−型ドーピングガスとしてＣｐ２Ｍｇを使用し、ｎ−型物質層の成長時はＳｉＨ４をｎ−型ドーピングガスとして使用することができる。
以上、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１０１を利用してｐｎ接合を金属有機化学蒸着法（Ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ、ＭＯＣＶＤ）にて形成した例を説明した。本発明によるマイクロヒーターアレイを利用する場合、通常のＣＶＤとは異なって、チャンバ内部の温度、特に基板の温度を低温に保持しつつ、ｐｎ接合が形成される第１及び第２加熱部だけを局所的に相対的に高温にヒーティングすることができる。それにより、ガラス基板上に相対的に高温のヒーティングを要求する高品質のｐｎ接合を形成することができる。高品質のｐｎ接合とは、例えば、マイクロクリスタルまたはポリクリスタル構造を有するｐｎ接合のように結晶性に優れたｐｎ接合のことをいう。また、ｐｎ接合を形成するためにプラズマや複雑な加熱機構を不要とするため、工程チャンバを単純化することができ、且つｐｎ接合素子の製造コストを下げることができる。
例えば、発光ダイオード（Ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ：ＬＥＤ）に利用される単結晶ＧａＮを成長させるためには、約１０００℃の成長温度が要求される。ガラス基板を使用する場合、５５０℃以上で軟化するためそれ以下の温度でＧａＮを成長させる必要があるが、その温度では高品質の単結晶ＧａＮを成長させることが難しい。したがって、かかる相対的な高温のヒーティング条件のため、使用可能な基板がシリコンウェハー、Ａｌ２Ｏ３基板、ＳｉＣ基板などと高価の基板に制限されてしまい、ガラス基板を使用することができなくなることもある。このため、大面積にわたってｐｎ接合を形成し難くなり、ＬＥＤを面光源やディスプレイの光源として使用するのに限界があった。
しかし、本発明によるマイクロヒーターアレイを利用してｐｎ接合を形成する場合、ガラス基板の温度を相対的に低温に保持することができるため、ガラス基板上に高品質の単結晶ＧａＮ ｐｎ接合を形成させることができる。それによって大面積のＧａＮ ｐｎ接合を形成することができ、このようなＧａＮ ｐｎ接合でＬＥＤ面光源を実現することができる。また、これを大面積ディスプレイの光源として利用することができる。結果的に高効率、長寿命のＬＥＤディスプレイの実現が可能である。また、第１及び第２加熱部２１、３１からの高温の発熱を利用してｐｎ接合を第１及び第２加熱部２１、３１上に直接成長させることができるため、ｐｎ接合素子の製作が容易となる。
図８ａないし図８ｃは、図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に、第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する他の例を説明するための図である。図８ａないし図８ｃに示された構成要素のうちの図７ａないし図７ｃに示された構成要素と同じ構成要素に対しては同じ図面符号を付し、それに関する具体的な説明は省くことにする。
本実施の形態では、ｐｎ接合を形成する前に第１及び第２加熱部２１、３１の一部分に触媒層５１を形成してナノワイヤ形態のｐｎ接合を形成する例を説明する。本実施の形態によるｐｎ接合形成過程は、ｐｎ接合を形成する前に別途のチャンバで触媒層を形成する過程を含むことを除いては、図７ａないし図７ｃで説明されたｐｎ接合形成過程と同じであってよい。
別途のチャンバで第１及び第２加熱部２１、３１のうちのｐｎ接合を形成したい部分に触媒層５１を形成することができる。触媒層５１を形成した後、ナノワイヤ形態のｐｎ接合を第１及び第２加熱部２１、３１のうちの特定の領域に形成させることができる。図８ａに示されたように、上記第１及び第２加熱部２１、３１が交差する領域における第１加熱部２１の上面に触媒層５１を形成することができる。上記触媒層５１は、別途の工程、一例として、スパッタリングや、電子ビーム蒸着法などの蒸着法によって形成すればよい。
上記触媒層５１が形成されたマイクロヒーターアレイ１０１をチャンバ２１０の内部に備えることができる。図６及び図８ｂに示されたように、第１マイクロヒーター２０に電圧を印加することで第１加熱部２１を相対的に高温にヒーティングした状態で、上記チャンバ２１０内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入して第１加熱部２１の触媒層５１上にナノワイヤ形態のｐ−型物質層４１を成長させることができる。第１加熱部２１のヒーティング状態を保持しつつ、上記チャンバ２１０内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入して図８ｃに示されたようなｐ−型物質層４１と第２加熱部３１の間にナノワイヤ形態のｎ−型物質層４２を成長させることができる。上記第１及び第２加熱部２１、３１の間にナノワイヤ形態のｐｎ接合４０が形成され得る。上記電圧が印加された第１加熱部２１は、発熱することで通常、可視光線及び／または赤外線形態である輻射熱を放出することができる。約５００℃以上の温度になれば、ナノ構造のｐｎ接合が形成され得る。触媒層を利用してナノワイヤ形態のｐｎ接合を形成した例として、炭素ナノチューブ（ｃａｒｂｏｎｎａｎｏ−ｔｕｂｅ；ＣＮＴ）を利用したｐｎ接合素子またはＧａＮナノワイヤｐｎ接合素子などがある。
ｐｎ接合を利用してＣＮＴを形成する場合、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｉｎｖａｒなどの触媒を利用して触媒層５１を形成することができる。次いで、チャンバ内部にマイクロヒーターアレイを備え、ＣＮＴの成長のためにアセチレン（Ｃ２Ｈ２）とアルゴン（Ａｒ）を投入すればよい。その後、ｐ−型ドーピング物質とｎ−型ドーピング物質をチャンバ内に順次投入すればよい。
一方、本発明の他の実施の形態によるｐｎ接合の形成方法における、ｐｎ接合を形成する前に別途の工程において、上記第１及び第２加熱部の一部分にバッファー層を形成する過程をさらに含んでよい。例えば、ガラス基板上にＧａＮのｐｎ接合を形成する場合、ＧａＮとガラス基板との格子不整合（ｌａｔｔｉｃｅ ｍｉｓｍａｔｃｈ）によってＧａＮの完全な単結晶成長が難しいことがある。したがって、第１及び第２加熱部２１、３１上にバッファー層を形成した後、上記バッファー層上にｐｎ接合ＧａＮを成長させると、例えば、ガラス基板とＧａＮとの格子不整合を緩和させてエピタキシャル成長を可能にする。これにより、高品質のポリ−ＧａＮを得ることができる。バッファー層は、ＧａＮと格子整合する物質を薄膜形態でガラス基板上に形成し特定の方向に配向してなるものであって、ＧａＮもバッファー層の配向方向によってエピタキシャル成長が可能になる。例えば、第１加熱部２１上にＺｎＯ薄膜をスパッタリングなどの蒸着法にて［０００１］面の特定の配向性を有するように形成すれば、ＧａＮもこれに応じて［０００１］面に特定の配向性を有するように成長可能になる。これにより、マイクロヒーターアレイの基板１０としてＳｉＣ、ＧａＮなどの単結晶基板を使用することなく、低廉で且つ用意し易いガラス基板を使用して高品質のＧａＮを形成することができ、これをＬＥＤに使用することができる。
図９は、図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に、第１及び第２加熱部の間にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層を含むｐｎ接合を形成するまた他の例を説明するための断面図である。本実施の形態では、ｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２の間にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を形成する段階をさらに含む。
図６及び図９を参照すれば、第１加熱部２１上にｐ−型物質層４１を形成した後、ｐ−型物質層４１上にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を形成することができる。このためにＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、及びＮＨ３をチャンバ２１０内部へそれぞれ供給する別途のガス供給管をチャンバ２１０の外部に備えることができる。ＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、及びＮＨ３を、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層を形成するためのＩｎ、Ｇａ及びＮのソースとしてそれぞれ使用すればよい。チャンバ２１０内部へそれぞれ注入されるＴＭＩｎ、ＴＥＧａ、及びＮＨ３の供給量を調節して各種の組成比を有するＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を形成することができる。
次いで、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５と第２加熱部３１との間にｎ−型物質層４２を形成することでＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を有するｐｎ接合を形成することができる。ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層は、ｘ値によってＩｎ、Ｇａ及びＮの組成が変わり、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層の組成比によって他の波長の光を放出することができる。したがって、ｐ−型物質層４１とｎ−型物質層４２との間にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を形成することにより、ｐｎ接合から放出される光の波長を調節することでレッド、グリーン、ブルーを含めた各種のカラーを実現することができる。その結果、ＩｎＸＧａ１−ＸＮ層４５を有するｐｎ接合素子をディスプレイに適用する場合、カラーを実現するための別途の素子を有することなく各種のカラーを実現することができるため、ディスプレイ素子の軽量化及び薄型化に貢献することができる。
図１０は、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法にてＧａＮ ｐｎ接合を形成する過程を説明するための図である。図１０に示されたマイクロヒーターアレイは、説明の便宜上、図１ａに示されたマイクロヒーターを簡略に示したものである。図１０を参照すれば、チャンバ３１０内部にＧａ金属が収めされた反応器３２０と、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１０１を備えることができる。上記チャンバ３１０として石英管を使用すればよく、上記チャンバ３１０の外部には、上記チャンバ３１０内部へＨＣｌ、ＮＨ３、ＳｉＨ４、Ｃｐ２Ｍｇ（ｃｙｌｃｌｏｐｅｎｔａ−ｄｉｅｎｙｌ ｍａｇｎｅｓｉｕｍ）をそれぞれ供給する供給管が連結されてよい。
ＨＣｌを反応器３２０内部へ供給し、６００ないし９００℃の温度範囲、例えば８００℃でＧａ金属と反応させてＧａのソースであるＧａＣｌ２を得ることができる。チャンバ３１０の外部に設けられた電源部３３０から第１マイクロヒーター２０に電圧を印加して第１加熱部２１をヒーティングさせることができる。次いで、ＧａＮのＮのソースとしてＮＨ３を、ｐ−型ドーピングガスとしてＣｐ２Ｍｇをチャンバ３１０内部へそれぞれ注入してｐ−型ＧａＮ層を第１加熱部２１上に形成することができる。
第１加熱部２１のヒーティング状態を保持しつつ、ＮのソースとしてＮＨ３、ｎ−型ドーピングガスとしてＳｉＨ４をチャンバ３１０内部へそれぞれ注入してｎ−型ＧａＮ層をｐ−型ＧａＮ層と第２加熱部３１との間に形成することができる。その結果、第１及び第２加熱部２１、３１の間にＧａＮ ｐｎ接合が形成され得る。ＧａＮ ｐｎ接合を形成する過程において、基板１０の温度を約８０℃に保持しつつ、第１加熱部２１を相対的に高温にヒーティングすることができる。これにより、ガラス基板上にｐｎ接合ＧａＮを形成することができる。
図１１ａないし図１１ｃは、本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ法にて形成されたポリ−ＧａＮを示す写真である。例えば、ＨＶＰＥ法を用いてＧａＮを形成する場合、工程条件を変えて第１加熱部の上面にＧａＮを形成するか、または第１加熱部の上下両面にＧａＮを形成することができる。一例として、第１加熱部２１上に発熱温度５５０℃で、５分間非晶質ＧａＮを成長させた場合、第１加熱部２１の上面に非晶質ＧａＮが形成され得る。また、第１加熱部２１のうちの相対的に高温でヒーティングされる第２領域に形成された非晶質ＧａＮの厚さが、相対的に温度の低い第１領域に形成された非晶質ＧａＮの厚さより大きくてよい。
また、ＨＶＰＥ法を用いてポリ−ＧａＮを第１加熱部２１の温度１０００℃で、８分間成長させた場合、図１１ａに示されたように、第１加熱部の上下両面にポリ−ＧａＮが成長され得る。図１１ｂは、図１１ａに示されたポリ−ＧａＮの各結晶を示す写真であり、図１１ｃは、ポリ−ＧａＮの各結晶のＳＡＤ（Ｓｅｌｅｃｔｅｄ ａｒｅａ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ ｐａｔｔｅｒｎ）を示す写真である。図１１ｃに示されたように、ポリ−ＧａＮの各結晶が単結晶を有し得る。
図１２は、図５に示されたＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面図である。図１２に示されたように、第１及び第２加熱部２１、３１の間に形成されたｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２によってｐｎ接合４０が形成され得る。上記ｐ−型物質層４１と接する第１加熱部２１及びｎ−型物質層４２と接する第２加熱部２１に順方向バイアスを印加すると、ｐｎ接合４０から光が放出され得る。これにより、本発明によるマイクロヒーターアレイ１０１と上記ｐｎ接合４０を利用してＬＥＤ、光ダイオード（Ｐｈｏｔｏ ｄｉｏｄｅ）などの電子素子を実現することができる。ｐｎ接合４０から発生した光を放出させるために、図１２に示されたように第２加熱部３１に開口部３３を形成するか、または第２加熱部３１を透明電極物質で形成すればよい。
また、本発明によるマイクロヒーターアレイ及びｐｎ接合を利用したＬＥＤをディスプレイなどの電子装置にＬＥＤ面光源として適用することができる。さらには、第１及び第２加熱部２１、３１上にｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２を直接成長させることができるため、ｐｎ接合４０の形成後、第１及び第２加熱部２１、３１をｐｎ接合４０に電圧を印加する電極として使用することができる。これにより、別途の電極層を備える必要がなくなるため、ディスプレイの薄型化及び軽量化が可能となる。本発明によるマイクロヒーターアレイ及びｐｎ接合は、太陽電池にも利用することができる。この場合、第２加熱部３１の開口部３３から光をｐｎ接合４０に照射すればよい。このように、本発明によるマイクロヒーターアレイ及びこれを利用して形成されたｐｎ接合は、ｐｎ接合を利用する各種の電子装置に利用することができる。
図１３ａないし図１３ｄは、本発明の他の実施の形態によってｐｎ接合を形成する過程を説明するための図である。図１３ａは、本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図であり、図１３ｂは、図１３ａに示されたＩＶ−ＩＶ’線に沿う断面図である。図１３ａ及び図１３ｂを参照すれば、本実施の形態で利用されるマイクロヒーターアレイ１１１は、基板１１０と、この基板１１０上に互いに交互に並設される第１マイクロヒーター１２０、及び第２マイクロヒーター１３０とを含んでなる。
第１マイクロヒーター１２０は、第１加熱部１２１及び第１支持体１２２を含んでよい。上記第１加熱部１２１は、上記基板１１０と離間して存在し、第１方向に延びてよい。上記第１支持体１２２は、上記基板１１０と上記第１加熱部１２１との間に部分的に備えられて上記第１加熱部１２１を支持することができる。
上記第２マイクロヒーター１３０は、上記第１マイクロヒーター１２０と同様に第２加熱部１３１及び第２支持体１３２を含んでよい。上記第２加熱部１３１は、上記基板１１０と離間して存在し、上記第１加熱部１２１と並んで備えられてよい。上記第２支持体１３２は、上記基板１１０と上記第２加熱部１３１との間に部分的に備えられて上記第２加熱部１３１を支持することができる。
上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の各々は、第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２に区画することができる。上記第１領域Ａ１は、上記第１及び第２加熱部１２１、１３１と上記第１及び第２支持体１２２、１３２がそれぞれ接触する接触領域ＣＡに対応することができ、上記第２領域Ａ２は、上記第１領域Ａ１の間にそれぞれ存在することができる。上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の第１領域Ａ１より第２領域Ａ２で相対的に高温の発熱が可能である。
図１３ａ及び図１３ｂに示されたように、第１マイクロヒーター１２０及び第２マイクロヒーター１３０は、第１加熱部１２１の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２と第２加熱部１３１の第１領域Ａ１及び第２領域Ａ２が互いにそれぞれ隣接するように並設されてよい。
本実施の形態による第１及び第２加熱部１２１、１３１は、図１ａ及び図１ｂに示された第１加熱部２１自体と同じ形状及び構造を有すればよい。したがって、本実施の形態による第１及び第２加熱部１２１、１３１に関する具体的な説明は省くことにする。
図１３ｃは、図１３ａ及び図１３ｂに示されたマイクロヒーターアレイを利用して第１及び第２加熱部の間に形成されたｐｎ接合を示す平面図であり、図１３ｄは、図１３ｃに示されたＶ−Ｖ’線に沿う断面図である。
上記マイクロヒーターアレイ１１０への電圧印加時に発生する第１及び第２加熱部１２１、１３１からの発熱を利用して図１３ｃ及び図１３ｄに示されたように、上記第１及び第２加熱部１２１、１３１にｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２をそれぞれ形成することで上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の間にｐｎ接合４０を形成する過程を説明する。
図６で説明したように、ＭＯＣＶＤ法を用いてｐｎ接合を形成した例を説明する。図６に示されたマイクロヒーターアレイ１０１に代えて本実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１１１をチャンバ（図示せず）内に備えることができる。上記第１マイクロヒーター１２０に電圧を印加することで第１加熱部１２１を相対的に高温に発熱させることができる。上記チャンバ内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入して第１加熱部１２１にｐ−型物質層４１を成長させることができる。第１マイクロヒーター１２０への電圧印加を止め、上記第２マイクロヒーター１３０に電圧を印加して第２加熱部１３１を相対的に高温に発熱させることができる。上記チャンバ内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入して上記ｐ−型物質層４１と接するｎ−型物質層４２を第２加熱部１３１に成長させることができる。上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の各々の第２領域Ａ２で相対的に高温の発熱が可能であるため、上記ｐ−型物質層４１は、主に上記第１加熱部１２１の第２領域Ａ２にそれぞれ形成され、上記ｎ−型物質層４２は、上記第２加熱部１３１の第２領域Ａ２にそれぞれ形成され得る。上記ｐ−型物質層４１及びｎ−型物質層４２をそれぞれ形成する過程において、加熱温度及び成長時間などをそれぞれ調節して、互いに隣接する第１及び第２加熱部１２１、１３１の間でｐ−型物質層４１及びn-物質層４２を成長させることができる。その結果、上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の間にｐｎ接合４０が形成され得る。また、ｐｎ接合４０を形成した後、上記第１及び第２加熱部１２１、１３１の少なくとも一つに電圧を印加することで上記ｐ−型物質層４１とｎ−型物質層４２に対し後熱処理を施すことができる。
第１及び第２加熱部１２１、１３１にｐ−型物質層４１とｎ−型物質層を直接成長させることができるため、ｐｎ接合４０を形成した後に第１及び第２加熱部１２１、１３１に順方向バイアスを印加してｐｎ接合４０から光を放出させることができる。したがって、一実施の形態によるマイクロヒーターアレイ１１１及び上記マイクロヒーターアレイ１１１を利用して形成されたｐｎ接合４０を利用してＬＥＤなどの電子素子を実現することができる。
一実施の形態によるマイクロヒーターアレイは、大面積のｐｎ接合を要する大面積の装置などに有利に適用することができる。また、一実施の形態では、ｐｎ接合の形成時における基板温度を相対的に低温または常温近傍にすることができるため、ｐｎ接合をガラス基板、プラスチック基板などに実現可能である。例えば、ＧａＮ ｐｎ接合を利用したＬＥＤなどをシステム・オン・ガラス（ＳＯＧ）、システム・オン・プラスチック（ＳＯＰ）の基盤になるガラス上に実現可能である。
以上、本発明を上述した実施の形態に関連して説明したが、本発明の要旨と範囲を逸脱することなく各種の修正や変形が可能である。したがって、特許請求の範囲は、本発明の要旨に属するかかる修正や変形を含むものである。
本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す斜視図である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図である。 図１ｂに示されたＩ−Ｉ’線断面図である。 本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す図である。 本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す図である。 本発明のまた他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図である。 図３ａに示されたマイクロヒーターアレイの発熱状態を示すＣＣＤイメージである。 図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。 図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。 図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。 図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。 図１ａないし図１ｃに示された本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイの製造方法を説明する断面図である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用して第１及び第２加熱部の間に形成されたｐｎ接合を示す図である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してｐｎ接合部を形成する過程を説明するための図であって、同図に示されたマイクロヒーターアレイは説明の便宜のために図１ａに示されたマイクロヒーターを簡略に示している。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する事例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する事例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する事例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する他の例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する他の例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する他の例を説明するための図である。 図６に示されたＩＩＩ−ＩＩＩ’線に沿う断面を基準に第１及び第２加熱部の間にｐｎ接合を形成する他の例を説明するための図である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ ｖａｐｏｒ ｐｈａｓｅ ｅｐｉｔａｘｙ）法にてＧａＮ ｐｎ接合を形成する過程を説明するための図である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ法にて形成されたポリ−ＧａＮを示す写真である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ法にて形成されたポリ−ＧａＮを示す写真である。 本発明の一実施の形態によるマイクロヒーターアレイを利用してＨＶＰＥ法にて形成されたポリ−ＧａＮを示す写真である。 図５に示されたＩＩ−ＩＩ’線に沿う断面図である。 本発明の他の実施の形態によるマイクロヒーターアレイを示す平面図である。 図１３ａに示されたＩＶ−ＩＶ’線に沿う断面図である。 図１３ａ及び図１３ｂに示されたマイクロヒーターアレイを利用して第１及び第２加熱部の間に形成されたｐｎ接合を示す平面図である。 図１３ｃに示されたＶ−Ｖ’線に沿う断面図である。
符号の説明
２０、２０’ 第１マイクロヒーター、
２１、２５ 第１加熱部、
２２、２６ 第１支持体、
３０、３０’ 第２マイクロヒーター、
３１、３５ 第２加熱部、
３２、３６ 第２支持体、
４０ ｐｎ接合、
４１ ｐ−型物質層、
４２ ｎ−型物質層、
４５ ＩｎＸＧａ１-ＸＮ層、
５１ 触媒層、
１０１〜１０３ マイクロヒーターアレイ。

Claims (29)

  1. 基板と、
    第１方向に並設された一つ以上の第１マイクロヒーターと、
    第２方向に並設された一つ以上の第２マイクロヒーターと、を含むマイクロヒーターアレイであって、
    前記一つ以上の第１マイクロヒーターの各々は、前記第１方向に延びる第１加熱部と、前記基板上に設置され前記第１加熱部を支持する第１支持体と、を含み、
    前記一つ以上の第２マイクロヒーターの各々は、前記第２方向に延びる第２加熱部と、前記基板上に設置され前記第２加熱部を支持する第２支持体と、を含むことを特徴とするマイクロヒーターアレイ。
  2. 前記第１方向は前記第２方向に対し直交し、前記一つ以上の第１マイクロヒーターは前記一つ以上の第２マイクロヒーターと交差することを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーターアレイ。
  3. 前記第１加熱部は前記第２加熱部と交差することを特徴とする請求項２に記載のマイクロヒーターアレイ。
  4. 前記第１加熱部または前記第２加熱部の各々は、前記第１または第２支持体にそれぞれ支持され接触している領域に対応する第１領域と、隣り合う前記第１領域の間に対応する第２領域と、をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載のマイクロヒーターアレイ。
  5. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域において、前記第１加熱部と前記基板間の間隔は、前記第２加熱部と前記基板間の間隔より小さいことを特徴とする請求項２に記載のマイクロヒーターアレイ。
  6. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域において、前記第２加熱部に開口部が形成されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  7. 前記第２加熱部は、透明電極物質を含んでなることを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  8. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域以外において、前記第１支持体は前記基板と第１加熱部との間に位置し、前記第２支持体は前記基板と第２加熱部との間に位置することを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  9. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域以外において、前記一つ以上の第１マイクロヒーターの前記第１加熱部の両側から前記第１加熱部の長手方向に沿ってそれぞれ延びる第１連結部と、前記一つ以上の第２マイクロヒーターの前記第２加熱部の両側から前記加熱部の長手方向に沿ってそれぞれ延びる第２連結部と、をさらに含み、
    前記第１支持体は、前記基板と前記第１連結部との間に位置して前記第１加熱部及び第１連結部を支持し、前記第２支持体は、前記基板と前記第２連結部との間に位置して前記第２加熱部及び第２連結部を支持することを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  10. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域以外において、前記一つ以上の第１マイクロヒーターの前記第１加熱部の両側から前記第１加熱部の長手方向に沿ってそれぞれ延びる第１連結部をさらに含み、
    前記第１支持体は、前記基板と前記第１連結部との間に位置して前記第１加熱部及び第１連結部を支持し、前記第２支持体は、前記基板と第２加熱部との間に位置して前記第２加熱部を支持することを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  11. 前記第１加熱部と前記第２加熱部とが交差する領域以外において、前記一つ以上の第２マイクロヒーターの前記第２加熱部の両側から前記第２加熱部の長手方向に沿ってそれぞれ延びる第２連結部をさらに含み、
    前記第２支持体は、前記基板と前記第２連結部との間に位置して前記第２加熱部及び第２連結部を支持し、前記第１支持体は、前記基板と第１加熱部との間に位置して前記第１加熱部を支持することを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  12. 前記一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターは、独立して駆動されることを特徴とする請求項５に記載のマイクロヒーターアレイ。
  13. 前記第１方向は前記第２方向と同じであることを特徴とする請求項１に記載のマイクロヒーターアレイ。
  14. 請求項１に記載のマイクロヒーターアレイを提供する段階と、
    前記マイクロヒーターアレイに電圧を印加して前記第１加熱部と前記第２加熱部との間にｐｎ接合を形成する段階と、を含んでなることを特徴とするｐｎ接合の形成方法。
  15. 前記第１方向は前記第２方向に対し直交し、前記一つ以上の第１マイクロヒーターは前記一つ以上の第２マイクロヒーターと交差することを特徴とする請求項１４に記載のｐｎ接合の形成方法。
  16. 前記マイクロヒーターアレイをチャンバ内に備える段階と、
    前記一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターの少なくとも一つに電圧を印加する段階と、
    前記チャンバ内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入する段階と、
    電圧を印加した前記第１加熱部及び第２加熱部の少なくとも一つにｐ−型物質層を成長させる段階と、
    前記チャンバ内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入する段階と、
    前記ｐ−型物質層上にｎ−型物質層を成長させる段階と、を含むことを特徴とする請求項１５に記載のｐｎ接合の形成方法。
  17. 触媒層及びバッファー層の少なくとも一つを前記第１及び第２加熱部の少なくとも一つに形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のｐｎ接合の形成方法。
  18. 前記ｐ−型物質層及びｎ−型物質層の間にＩｎＸＧａ１−ＸＮ層を形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のｐｎ接合の形成方法。
  19. 前記第１及び第２加熱部の少なくとも一つに電圧を印加して前記ｐ−型物質層とｎ−型物質層を加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載のｐｎ接合の形成方法。
  20. 前記第１方向は前記第２方向と同じであり、前記一つ以上の第１及び第２マイクロヒーターは互いに交互に配置されることを特徴とする請求項１４に記載のｐｎ接合の形成方法。
  21. 前記ｐｎ接合を形成する段階は、前記第１加熱部または前記第２加熱部の一つにｐ−型物質層と、前記第１加熱部または前記第２加熱部の残りの一つにｎ−型物質層と、をそれぞれ形成する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載のマイクロヒーターアレイを利用したｐｎ接合の形成方法。
  22. 前記マイクロヒーターアレイを真空チャンバ内に備える段階と、
    前記一つ以上の第１マイクロヒーターに電圧を印加する段階と、
    前記チャンバ内部へソースガス及びｐ−型ドーピングガスを注入する段階と、
    前記第１加熱部にｐ−型物質層を成長させる段階と、
    前記一つ以上の第２マイクロヒーターに電圧を印加する段階と、
    前記チャンバ内部へソースガス及びｎ−型ドーピングガスを注入する段階と、
    前記ｐ−型物質層と接するようにｎ−型物質層を前記第２加熱部に成長させる段階と、を含むことを特徴とする請求項２１に記載のｐｎ接合の形成方法。
  23. 前記第１加熱部または第２加熱部の各々は、前記第１または第２支持体に支持され接触している領域に対応する第１領域と、隣り合う前記第１領域の間に対応する第２領域と、に区画する段階と、
    前記第１加熱部の第２領域にそれぞれｐ−型物質層を形成する段階と、
    前記第２加熱部の第２領域にそれぞれｎ−型物質層を形成する段階と、をさらに含むことを特徴とする請求項２２に記載のｐｎ接合の形成方法。
  24. 前記第１及び第２加熱部の少なくとも一つに電圧を印加して前記ｐ−型物質層とｎ−型物質層を加熱する段階をさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載のｐｎ接合の形成方法。
  25. 請求項１に記載のマイクロヒーターアレイと、前記一つ以上の第１マイクロヒーターと第２マイクロヒーターとの間に形成される一つ以上のｐｎ接合と、を含み、
    前記一つ以上のｐｎ接合は、前記一つ以上の第１加熱部と第２加熱部との間に形成されるｐ−型物質層及びｎ−型物質層を含むことを特徴とするｐｎ接合素子。
  26. 前記第１方向は前記第２方向に対し直交し、前記一つ以上の第１マイクロヒーターは前記一つ以上の第２マイクロヒーターと交差することを特徴とする請求項２５に記載のｐｎ接合素子。
  27. 前記第１及び第２加熱部は、前記ｐ−型及びｎ−型物質層の各々に電圧を印加する電極として使用されることを特徴とする請求項２６に記載のｐｎ接合素子。
  28. 前記第１方向は前記第２方向と同じであることを特徴とする請求項２５に記載のｐｎ接合素子。
  29. 前記第１及び第２加熱部は、前記ｐ−型及びｎ−型物質層の各々に電圧を印加する電極として使用されることを特徴とする請求項２８に記載のｐｎ接合素子。
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