JP2016508668A - モノリシックな白色ダイオードを製造するための方法 - Google Patents
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Abstract
Description
−サファイア基板1、
−サファイア基板1上の窒化ガリウム(以下本文において「GaN」として知られる)のバッファ層2A、2B、
−GaNのバッファ層上のnドープ窒化ガリウム(以下本文において「n−GaN」として知られる)の層2C、
−n−GaN層2C上の金属コンタクト3、
−窒化インジウム及びガリウムInGaNタイプ(以下本文において「InGaN」として知られる)及びGaNのバリア層の量子井戸のスタック4、
−GaN/InGaNスタック上のpドープ窒化ガリウム(以下本文において「p−GaN」として知られる)の層6、
−p−GaN層6上の金属コンタクト7。
−基板上に電子輸送層を堆積するステップ、
−発光層上に電子阻止層、例えば窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaNの層など、を堆積するステップ、
−発光層上に正孔輸送層を堆積するステップ、
−ダイオードの電源への接続を可能にする金属コンタクトを形成するステップ。
−インジウム、アルミニウム、ガリウム、及び窒素の気体前駆体からの有機金属気相エピタキシーにより、または
−インジウム、アルミニウム、ガリウム、及び窒素を含む元素源からの分子線エピタキシーにより
達成され得る。
−隣接する量子井戸は、異なる寸法(幅、長さ)を有している
−支持体は、その背面上にパターンを含む基板を含み、発光層は基板の前面にわたって延在している
−支持体は窒化ガリウムGaNの基板、例えば、極性、半極性、または非極性の窒化ガリウムGaNの基板など、を含む
−ダイオードは、ダイオードの背面の全表面にわたってカソードを形成する金属層を含む。
1.1 一般的な構造
図2から4に関して、白色光を放射するダイオードの三つの変形が図示されている。
−nドープ電子輸送層10、例えばnドープ窒化ガリウムn−GaNの層など
−電子輸送層10上の量子井戸のセット20
−電子阻止層(EBL)26、例えば窒化ガリウム及びアルミニウムAlGaNの層など。この層は、pドープまたは非ドープタイプであり得る
−量子井戸のセット上のpドープ正孔輸送層30、例えばpドープ窒化ガリウムp−GaNの層など
−任意的に、正孔輸送層30上のp++ドープ窒化ガリウムp++GaN40(すなわち、より重くドープされたp−GaN層)の層。
図2及び3に図示された実施形態において、発光ダイオードはまた、輸送層10、30、量子井戸のセット20、AlGaNの電子阻止層26、及びp++GaN層40を支持している初期基板50を含む。この初期基板50は、以下で更に詳細に説明されるように、発光ダイオードを準備するために使用される。
全ての場合において、ダイオードは、カソードを形成している第1金属コンタクト60を含む。この第1金属コンタクト60は、発光ダイオードに電力を供給するため、より正確には、電子輸送層10に電子を供給するため、電源(図示せず)の負極に接続することを目的としている。
−図3で図示された実施形態において、第1金属コンタクト60は、自立型窒化ガリウムGaN層53の背面にわたって延在している
−図4で図示された実施形態において、第1金属コンタクト60は、電子輸送層10の背面にわたって延在している。
量子井戸のセット20は、電子輸送層10の前面11にわたって延在している。量子井戸のこのセットは「n」個の量子井戸から構成され、「n」は2以上の自然整数である。
−図2で図示された実施形態において、量子井戸のセットは、2つの量子井戸21、22から構成される
−図4で図示された実施形態において、量子井戸のセットは、3つの量子井戸21、22、23から構成される
−図3で図示された実施形態において、量子井戸のセットは、4つの量子井戸21、22、23、24から構成される。
−青色領域で放射する量子井戸の光出力は、緑色領域で放射する量子井戸の光出力より大きく、
−緑色領域で放射する量子井戸の光出力は、赤色の量子井戸の光出力より大きい、
ことが知られている。
−青色領域で放射する量子井戸21の寸法は、緑色領域で放射する量子井戸22の寸法より小さくなり、
−緑色領域で放射する量子井戸22の寸法は、赤色領域で放射する量子井戸23の寸法より小さくなる。
−青色光を放射するように適用された、円筒形の第1量子井戸21と、
−緑色光を放射するように適合された、第1量子井戸21の周辺に沿って走る円筒管状の第2量子井戸22と、
−赤色光を放射するように適合された、第2量子井戸22の周辺に沿って走る円筒管状の第3量子井戸23と、
を含む。
上で述べたように、ダイオードはまた、
−電子阻止層26、例えばガリウム及びアルミニウムAlGaNの層など、
−正孔輸送層30、例えばpドープ窒化ガリウムの層など、
を含む。
−正孔輸送層30と直接接触するか、または
−図2から4に図示されたような、正孔輸送層の前面の全表面にわたって延在している中間のp++GaN層40と接触する
ことができる。
2.1 一般原理
窒化ガリウム及びインジウムInGaNで作られる量子井戸によって放射される光の波長は、量子井戸が作られた局所熱に依存している。
図6は、異なる波長で放射する隣接する量子井戸21、22、23、24から構成される発光層20を含むダイオードの製造方法の実施例を図示している。
前に述べたように、初期基板50は様々なタイプであり得る。
−サファイアウェハ52上のGaN窒化ガリウム膜51、あるいは
−自立型窒化ガリウム層53
を含むことができる。
−第2の厚さの金属ストリップ109を支持している領域により、
−第2の厚さより少ない第1の厚さの金属ストリップ107を支持している領域により、及び
−金属ストリップのない領域により、
形成される段差を含む初期基板が得られる。
−領域611上に位置する基板の部分は、第1の温度T1であり、例えばこれらの領域611上に準備される青色光を放射する量子井戸である。
−領域612上に位置する基板の部分は、第2の温度T2であり、例えばこれらの領域612上に準備される緑色光を放射する量子井戸である。
−領域613上に位置する基板の部分は、第3の温度T3であり、例えばこれらの領域613上に準備される赤色光を放射する量子井戸である。
−第2の深さより少ない第1の深さの溝117を支持している領域により、及び
−溝のない領域により、
形成された段差を含む刻み目のある背面を有する、図9で図示されたような初期基板50が得られる。
処理された初期基板50は、気相成長炉のサセプター上に配置される。
−サセプターと接触する段差(サセプターと基板との間の距離d1がゼロ)は、サセプターの加熱素子により生成された熱を、基板と電子輸送層を通して効率的に導き、その結果、サセプター80と接触する基板の領域上に位置する材料のボリュームは温度T1となる。
−サセプター80から距離d2だけ間隔をあけられた段差は、加熱素子により生成された熱を少ない効率(サセプター80と基板50の間の距離d2に起因して)で導き、その結果、距離d2だけ間隔をあけられた領域上に延在する材料のボリュームがT1より下の温度T2となる。
−サセプター80から距離d3(d2より大きい)だけ間隔をあけられた段差は、サセプター80の加熱素子により生成された熱をさらに少ない効率で導き、その結果、距離d3だけ間隔をあけられる領域上に延在する材料のボリュームがT2より下の温度T3となる。
一連の量子井戸の成長が、基板の背面上の真空の存在に起因する基板の表面上での温度変化の概念の有効性を示すために実行された。
−それらの背面上で1μmの厚さの、
−それらの背面上で2μmの厚さの、
二酸化ケイ素のストリップパターンを得るように処理された。
−対照基板(すなわち、背面上にパターンを含まない、処理されない基板)
−その背面上に1μmの厚さのSiO2ストリップを含む処理された基板
−その背面上に2μmの厚さのSiO2ストリップを含む処理された基板
に対して得られたフォトルミネセンススペクトルを図示している。
−対照基板(すなわち、背面上にパターンを含まない、処理されない基板)
−その背面上に1μmの厚さのSiO2ストリップを含む処理された基板
−その背面上に2μmの厚さのSiO2ストリップを含む処理された基板
に対して得られたフォトルミネセンススペクトルを図示している。
2A、2B バッファ層
2C nドープ窒化ガリウムの層
3 金属コンタクト
4 量子井戸のスタック
6 pドープ窒化ガリウムの層
7 金属コンタクト
10 電子輸送層
11 前面
30 正孔輸送層
40 p++GaN層
50 基板
51 窒化ガリウム膜
53 自立型窒化ガリウム層
60 金属コンタクト
70 金属コンタクト
80 サセプター
106 第1マスク
107 金属ストリップ
108 マスク
109 金属ストリップ
116 第1マスク
117 溝
118 マスク
119 溝
Claims (17)
- 発光ダイオードを製造する方法であって、前記方法は、支持体(50、10)の前面上に発光層(20)を準備するステップ(220)を含み、前記発光層は、異なる波長を放射する少なくとも二つの隣接する量子井戸(21、22、23、24)を含み、前記量子井戸(21、22、23、24)は、前記支持体の前記前面と接触していることを特徴とする方法。
- 前記発光層を堆積させる前記ステップは、前記支持体の前記前面が異なる温度の少なくとも二つの領域を含むように、前記前面の反対側の前記支持体の背面の温度を局所的に変化させることにある、請求項1に記載の方法。
- 前記支持体の局所的な温度変化は、異なる寸法の領域上で達成される、請求項2に記載の方法。
- 前記発光層を堆積させる前記ステップは、それぞれの領域上で各々の量子井戸を成長させることにあるサブステップを含む、請求項2または3に記載の方法。
- 前記支持体の加熱温度を局所的に変化させることにある前記サブステップは、その背面の下で前記支持体を加熱することにあり、前記支持体はその背面上に少なくとも一つの島を含む、請求項2から4のいずれか一項に記載の方法。
- 前記支持体の背面上に少なくとも1つのパターンを作ることにある前記支持体を処理するステップを含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の方法。
- 前記支持体を処理するステップは、段差を含む刻み目のある背面を有する支持体を得るために、複数のパターンを作ることにある、請求項6に記載の方法。
- 前記支持体を処理するステップは、異なる厚さ及び/または表面の段差を含む刻み目のある背面を有する支持体を得るために、複数のパターンを作ることにある、請求項6に記載の方法。
- 前記処理するステップは、少なくとも一つの溝を作るために、前記支持体をその背面上でエッチングするステップを含む、請求項6に記載の方法。
- 前記処理するステップは、前記支持体の背面上に少なくとも一つの島を作るために、前記支持体の背面上で材料を堆積させるステップを含む、請求項6に記載の方法。
- −基板(50)上に電子輸送層(10)を堆積するステップ(210)、
−前記発光層(20)上に電子阻止層(26)を堆積するステップ(230)、
−電子阻止層(26)上に正孔輸送層(30)を堆積するステップ(230)、
−ダイオードの電源への接続を可能にする金属コンタクト(60、70)を形成するステップ、
を含む請求項1から10のいずれか一項に記載の方法。 - 各量子井戸の成長は、
−インジウム、アルミニウム、ガリウム、及び窒素の気体前駆体からの有機金属気相エピタキシーにより、または
−インジウム、アルミニウム、ガリウム、及び窒素を含む元素源からの分子線エピタキシーにより、
達成される、請求項4に記載の方法。 - 発光ダイオードであって、支持体(50、10)の前面上に発光層(20)を含み、前記発光層は、異なる波長で放射する少なくとも二つの隣接する量子井戸(21、22、23、24)を含み、前記量子井戸(21、22、23、24)は、前記支持体(50、10)の前記前面と接触していることを特徴とする、発光ダイオード。
- 前記支持体は、その背面上にパターンを含む基板を含み、前記発光層は、前記基板の前記前面にわたって延在している、請求項13に記載の発光ダイオード。
- 前記支持体は、窒化ガリウムGaN基板を含む、請求項13または14に記載の発光ダイオード。
- 前記支持体は、半極性または非極性の窒化ガリウムGaN基板を含む、請求項13から15のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
- 前記ダイオードの背面の全表面にわたってカソードを形成している金属層を含む、請求項13から16のいずれか一項に記載の発光ダイオード。
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