JP2016527706A - マルチカラーled及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
「p面」は、「ピラミッド面」を意味し、III族窒化物系における
「c面」は、{0001}面を示し、
「m面」は、
上述したように、3D構造用のテンプレートに対する第1の工程としてナノワイヤ成長を利用する場合、構造のサイズ及び形状は、III族制限の条件下で依然として間隔及び開口部サイズ(ローカルなAg/Am)に結合される。しかしながら、本発明の実施形態において、V族制限条件を利用すること、成長がIII族原料物質の供給によってレート制限されない場合、間隔に依存しない一定の成長率を更に達成できる。
Claims (33)
- 少なくとも第1の領域及び第2の領域を含む支持部と、
各々が、第1のナノ構造を含む第1の成長テンプレートを含み、第1のピーク発光波長を有し、前記支持部の前記第1の領域にわたって配置された複数の第1の発光素子と、
各々が、第2のナノ構造を含む第2の成長テンプレートを含み、前記第1のピーク発光波長とは異なる第2のピーク発光波長を有し、前記支持部の前記第2の領域にわたって配置された複数の第2の発光素子と、
を備えるデバイスであって、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とするデバイス。 - 前記支持部は、成長基板又はハンドル基板を含むことを特徴とする請求項1に記載のデバイス。
- 前記第1のナノ構造の各々は、前記第1の成長テンプレートの内側部分又は全体を含む第1のナノワイヤコアを含み、
前記第1のナノワイヤコアの各々は、前記第1の領域における成長マスクの第1の開口部から突出し、
前記第2のナノ構造の各々は、前記第2の成長テンプレートの内側部分又は全体を含む第2のナノワイヤコアを含み、
前記第2のナノワイヤコアの各々は、前記第2の領域における成長マスクの第2の開口部から突出することを特徴とする請求項1に記載のデバイス。 - 前記第1のナノワイヤコアの各々は、第1の導電型の半導体材料を含み、
前記第2のナノワイヤコアの各々は、前記第1の導電型の半導体材料を含み、
第1のバンドギャップを有する少なくとも1つの第1の量子井戸を含む第1の活性領域は、前記第1のナノワイヤコアの各々の周囲に配置され、
前記第1のバンドギャップとは異なる第2のバンドギャップを有する少なくとも1つの第2の量子井戸を含む第2の活性領域は、前記第2のナノワイヤコアの各々の周囲に配置され、
前記第1の導電型とは異なる第2の導電型の半導体材料を含む第1の接合形成要素は、pn接合又はpin接合を形成するように、前記第1の活性領域の各々の周囲に配置され、
前記第1の導電型とは異なる前記第2の導電型の半導体材料を含む第2の接合形成要素は、pn接合又はpin接合を形成するように、前記第2の活性領域の各々の周囲に配置されることを特徴とする請求項3に記載のデバイス。 - 前記第1の成長テンプレートの各々は、(a)それぞれの活性領域に対する成長領域、(b)露出成長面の比率、(c)隣接成長テンプレートからの間隔及び(d)前記成長マスクの開口部のサイズのうちの少なくとも1つによって、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とする請求項4に記載のデバイス。
- 前記第1のナノワイヤコア及び前記第2のナノワイヤコアの各々は、III族窒化物半導体材料を含み、
前記第1の量子井戸及び前記第2の量子井戸の各々は、窒化インジウムガリウム材料を含み、
前記第1の量子井戸の各々は、(a)それぞれの活性領域に対する前記成長領域、(b)露出成長面の前記比率及び(c)隣接成長テンプレートからの前記間隔のうちの1つにおける前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の差異によって、前記第2の量子井戸の各々とは異なる量のインジウムを含むことを特徴とする請求項5に記載のデバイス。 - 前記第1のナノワイヤコアの周囲の少なくとも1つの第1のテンプレート層が前記成長マスクにわたって前記第1の開口部を越えて横に拡張するように、前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第1のナノワイヤコア及び前記第1のテンプレート層を含み、
前記第2のナノワイヤコアの周囲の少なくとも1つの第2のテンプレート層が前記成長マスクにわたって前記第2の開口部を越えて横に拡張するように、前記第2の成長テンプレートの各々は、前記第2のナノワイヤコア及び前記第2のテンプレート層を含み、
前記第1の成長テンプレートの各々は、ナノピラミッド形状を有し、
前記第2の成長テンプレートの各々は、ナノピラー形状又はナノワイヤ形状を有し、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートのp面ファセット面積と比較して、前記第1の活性領域に接触する、より大きなp面ファセット面積を有し、
前記第1の量子井戸の各々は、前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の前記p面ファセット面積の差異によって、前記第2の量子井戸の各々と比較して、より多い量のインジウムを含み、より低いピーク発光波長を有することを特徴とする請求項6に記載のデバイス。 - 前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々と実質的に同等の幅又は直径を有し、
前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々が隣接する第2の開口部から離間されるのと比較して、隣接する第1の開口部からより遠くに離間され、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する実質的に同等の又はより小さな成長領域を有することを特徴とする請求項7に記載のデバイス。 - 前記支持部の第3の領域にわたって配置された複数の第3の発光素子を更に備え、
前記第3の発光素子の各々は、前記第1のピーク発光波長及び前記第2のピーク発光波長とは異なる第3のピーク発光波長を有することを特徴とする請求項8に記載のデバイス。 - 前記第3の発光素子の各々は、前記第3の領域における成長マスクの第3の開口部から突出する第3のナノワイヤコアを含む第3のナノピラミッド成長テンプレートを含み、
前記第3の開口部の各々は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の各々と実質的に同等の幅又は直径を有し、
前記第3の開口部の各々は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の各々が隣接する第1の開口部及び第2の開口部のそれぞれから離間されるのと比較して、隣接する第3の開口部からより遠くに離間され、
前記第3のナノピラミッド成長テンプレートの各々は、前記第1の活性領域及び前記第2の活性領域のそれぞれに接触する前記第1の成長テンプレート及び前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、第3の活性領域に接触する実質的に同等の又はより小さな成長領域を有し、
前記第3のピーク発光波長は、前記第1のピーク発光波長及び前記第2のピーク発光波長より長いことを特徴とする請求項9に記載のデバイス。 - 前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々より実質的に大きな幅又は直径を有し、
前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々が隣接する第2の開口部から離間されるのと比較して、隣接する第1の開口部から実質的に同等に又はより遠くに離間され、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する実質的に同一の又はより小さな成長領域を有することを特徴とする請求項7に記載のデバイス。 - 前記第1の発光素子及び前記第2の発光素子は、発光ダイオードを含み、前記第1の接合形成要素及び前記第2の接合形成要素の各々は、半導体シェル、複数の成長テンプレートに接触する連続した半導体層又は複数の成長テンプレートに接触する格子間ボイドを有する連続した半導体層から選択されることを特徴とする請求項4に記載のデバイス。
- 発光素子を製造する方法であって、
第1の領域の複数の第1の開口部及び第2の領域の複数の第2の開口部を有する成長マスクを含む成長基板を提供することと、
同一のナノ構造成長工程において、前記第1の開口部を介して複数の第1のナノ構造及び前記第2の開口部を介して複数の第2のナノ構造を選択的に成長させることであって、前記第1のナノ構造及び前記第2のナノ構造が第1の成長テンプレート及び第2の成長テンプレートのそれぞれの内側部分又は全体を含むことと、
同一の活性領域成長工程において、第1の成長テンプレート及び第2の成長テンプレートのそれぞれの上で第1の活性領域及び第2の活性領域を成長させることと、
第1の発光素子及び第2の発光素子のそれぞれを形成するように、同一の接合形成要素成長工程において、第1の活性領域及び第2の活性領域のそれぞれの上で第1の接合形成要素及び第2の接合形成要素を成長させることと、を備え、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の発光素子の各々が前記第1の発光素子の各々の第1のピーク発光波長とは異なる第2のピーク発光波長を有するように、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とする方法。 - 第1のナノワイヤコアの各々は、第1の導電型の半導体材料を含み、
第2のナノワイヤコアの各々は、前記第1の導電型の半導体材料を含み、
前記第1の活性領域の各々は、第1のバンドギャップを有する少なくとも1つの第1の量子井戸を含み、
前記第2の活性領域の各々は、前記第1のバンドギャップとは異なる第2のバンドギャップを有する少なくとも1つの第2の量子井戸を含み、
前記第1の接合形成要素の各々は、前記第1の成長テンプレート及び前記第1の活性領域とのpn接合又はpin接合を形成するように、前記第1の導電型とは異なる第2の導電型の半導体材料を含み、
前記第2の接合形成要素の各々は、前記第2の成長テンプレート及び前記第2の活性領域とのpn接合又はpin接合を形成するように、前記第1の導電型とは異なる前記第2の導電型の半導体材料を含むことを特徴とする請求項13に記載の方法。 - 前記第1の成長テンプレートの各々は、(a)それぞれの活性領域に対する成長領域、(b)露出成長面の比率、(c)隣接成長テンプレートからの間隔及び(d)前記成長マスクの開口部のサイズのうちの少なくとも1つによって、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とする請求項14に記載の方法。
- 前記第1のナノワイヤコア及び前記第2のナノワイヤコアの各々は、III族窒化物半導体材料を含み、
前記第1の量子井戸及び前記第2の量子井戸の各々は、窒化インジウムガリウム材料を含み、
前記第1の量子井戸の各々は、(a)それぞれの活性領域に対する前記成長領域、(b)露出成長面の前記比率、(c)隣接成長テンプレートからの前記間隔及び(d)前記成長マスクの前記開口部のサイズのうちの1つにおける前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の差異によって、前記第2の量子井戸の各々とは異なる量のインジウムを含むことを特徴とする請求項15に記載の方法。 - 前記第1のナノワイヤコアの周囲の少なくとも1つの第1のテンプレート層が前記成長マスクにわたって前記第1の開口部を越えて横に拡張するように、前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第1のナノワイヤコア及び前記第1のテンプレート層を含み、
前記第2のナノワイヤコアの周囲の少なくとも1つの第2のテンプレート層が前記成長マスクにわたって前記第2の開口部を越えて横に拡張するように、前記第2の成長テンプレートの各々は、前記第2のナノワイヤコア及び前記第2のテンプレート層を含み、
前記第1の成長テンプレートの各々は、ナノピラミッド形状を有し、
前記第2の成長テンプレートの各々は、ナノピラー形状又はナノワイヤ形状を有し、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートのp面ファセット面積と比較して、前記第1の活性領域に接触する、より大きなp面ファセット面積を有し、
前記第1の量子井戸の各々は、前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の前記p面ファセット面積の差異によって、前記第2の量子井戸の各々と比較して、より多い量のインジウムを含み、より低いピーク発光波長を有することを特徴とする請求項16に記載の方法。 - 第1のIII族窒化物半導体ナノワイヤコア及び第2のIII族窒化物半導体ナノワイヤコアの各々は、V族制限成長様式でMOCVDによって選択的に成長し、
前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々と実質的に同等の幅又は直径を有し、
前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々が隣接する第2の開口部から離間されるのと比較して、隣接する第1の開口部からより遠くに離間され、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する実質的に同等の又はより小さな成長領域を有することを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記第2の領域におけるアンモニアV族原料物質のIII族窒化物媒介の接触分解の増加を正当化するように、前記第1のIII族窒化物半導体ナノワイヤコア及び前記第2のIII族窒化物半導体ナノワイヤコアは、十分に高い密度の前記第2の領域の開口部及び十分に高い成長温度と組み合わせて、前記V族制限成長様式で成長し、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の前記成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する前記より小さな成長領域を有することを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 前記成長基板の第3の領域にわたって配置された複数の第3の発光素子を形成することを更に備え、
前記第3の発光素子の各々は、前記第1のピーク発光波長及び前記第2のピーク発光波長とは異なる第3のピーク発光波長を有することを特徴とする請求項18に記載の方法。 - 第3の発光素子の各々は、前記第3の領域における成長マスクの第3の開口部から突出する第3のナノワイヤコアを含む第3のナノピラミッド成長テンプレートを含み、
前記第3の開口部の各々は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の各々と実質的に同等の幅又は直径を有し、
前記第3の開口部の各々は、前記第1の開口部及び前記第2の開口部の各々が隣接する第1の開口部及び第2の開口部のそれぞれから離間されるのと比較して、隣接する第3の開口部からより遠くに離間され、
前記第3のナノピラミッド成長テンプレートの各々は、前記第1の活性領域及び前記第2の活性領域のそれぞれに接触する前記第1の成長テンプレート及び前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、第3の活性領域に接触する実質的に同等の又はより小さな成長領域を有し、
前記第3のピーク発光波長は、前記第1のピーク発光波長及び前記第2のピーク発光波長より長いことを特徴とする請求項20に記載の方法。 - 前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々より実質的に大きな幅又は直径を有し、
前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々が隣接する第2の開口部から離間されるのと比較して、隣接する第1の開口部から実質的に同等に又はより遠くに離間され、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する実質的に同一の又はより小さな成長領域を有することを特徴とする請求項17に記載の方法。 - 前記第1の発光素子及び前記第2の発光素子は、発光ダイオードを含み、前記第1の接合形成要素及び前記第2の接合形成要素の各々は、半導体シェル、複数の成長テンプレートに接触する連続した半導体層又は複数の成長テンプレートに接触する格子間ボイドを有する連続した半導体層から選択されることを特徴とする請求項13に記載の方法。
- 中間半導体構造であって、
基板と、
前記基板の第1の領域にわたって配置された第1の半導体ナノ構造を含む複数の第1の成長テンプレートと、
前記基板の第2の領域にわたって配置された第2の半導体ナノ構造を含む複数の第2の成長テンプレートと、を備え、
前記第1の成長テンプレートの各々は、(a)それぞれの活性領域に対する成長領域、(b)露出成長面の比率、(c)隣接成長テンプレートからの間隔及び(d)成長マスクの開口部のサイズのうちの少なくとも1つによって、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とする中間半導体構造。 - 半導体デバイスを製造する方法であって、
基板と、前記基板の第1の領域にわたって配置された第1のIII族窒化物半導体ナノワイヤ構造を含む複数の第1のIII族窒化物半導体成長テンプレートと、前記基板の第2の領域にわたって配置された第2のIII族窒化物半導体ナノワイヤ構造を含む複数の第2のIII族窒化物半導体成長テンプレートとを提供することであって、前記第1の成長テンプレートの各々は、(a)それぞれの活性領域に対する成長領域、(b)露出成長面の比率及び(c)隣接成長テンプレートからの間隔のうちの少なくとも1つによって、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることと、
同一の活性領域成長工程において、第1の成長テンプレート及び第2の成長テンプレートのそれぞれの上で第1の窒化インジウムガリウム半導体活性領域及び第2の窒化インジウムガリウム半導体活性領域を成長させることと、を備え、
前記第1の活性領域の各々は、(a)それぞれの活性領域に対する前記成長領域、(b)露出成長面の前記比率及び(c)隣接成長テンプレートからの前記間隔のうちの少なくとも1つにおける前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の差異によって、前記第2の活性領域の各々とは異なる量のインジウムを含むことを特徴とする方法。 - 第1の発光素子及び第2の発光素子のそれぞれを形成するように、同一の接合形成要素成長工程において、第1の活性領域及び第2の活性領域のそれぞれの上で第1の半導体接合形成要素及び第2の半導体接合形成要素を成長させることを更に備えることを特徴とする請求項25に記載の方法。
- 第1の窒化インジウムガリウム半導体活性領域及び第2の窒化インジウムガリウム半導体活性領域を前記成長させる工程は、アンモニアV族原材料を使用するMOCVDを使用することを含むことを特徴とする請求項25に記載の方法。
- III−V族半導体ナノワイヤを成長させる方法であって、V族制限成長様式で、MOCVDによって基板にわたって前記III−V族半導体ナノワイヤを成長させることを備えることを特徴とする方法。
- 前記基板にわたって配置された成長マスクの第1の領域の第1の開口部を介して前記V族制限成長様式でのMOCVDによる複数の第1のIII−V族ナノワイヤと、成長マスクの第2の領域の第2の開口部を介して前記V族制限成長様式でのMOCVDによる複数の第2のIII−V族ナノワイヤとを成長させることを更に備えることを特徴とする請求項28に記載の方法。
- 前記第1の開口部の各々は、前記第2の開口部の各々より隣接する第1の開口部から遠くに離間され、前記第1のIII−V族ナノワイヤは、前記第2のIII−V族ナノワイヤより小さな高さを有することを特徴とする請求項29に記載の方法。
- 複数の第1の成長テンプレートを形成するように、前記第1のIII−V族ナノワイヤにわたって少なくとも1つの第1のIII−V族半導体テンプレート層を成長させることと、複数の第2の成長テンプレートを形成するように、前記第2のIII−V族ナノワイヤにわたって少なくとも1つの第2のIII−V族半導体テンプレート層を成長させることと、を更に備え、前記第1の成長テンプレートの各々は、(a)それぞれの活性領域に対する成長領域、(b)露出成長面の比率及び(c)隣接成長テンプレートからの間隔のうちの少なくとも1つによって、前記第2の成長テンプレートの各々とは異なることを特徴とする請求項30に記載の方法。
- 前記第1の成長テンプレート上で少なくとも1つの第1の窒化インジウムガリウム量子井戸を含む第1の活性領域を成長させることと、
前記第2の成長テンプレート上で少なくとも1つの第2の窒化インジウムガリウム量子井戸を含む第2の活性領域を成長させることと、
第1の活性領域及び第2の活性領域のそれぞれの上で第1の接合形成要素及び第2の接合形成要素を成長させることと、を更に備え、
第1の量子井戸の各々は、前記第1の成長テンプレートと前記第2の成長テンプレートとの間の差異によって、第2の量子井戸の各々とは異なる量のインジウムを含むことを特徴とする請求項31に記載の方法。 - 前記第2の領域におけるアンモニアV族原料物質のIII族窒化物媒介の接触分解の増加を正当化するように、前記第1のIII−V族ナノワイヤ及び前記第2のIII−V族ナノワイヤは、十分に高い密度の前記第2の領域の開口部及び十分に高い成長温度と組み合わせて、前記V族制限成長様式で成長し、
前記第1の成長テンプレートの各々は、前記第2の活性領域に接触する前記第2の成長テンプレートの各々の前記成長領域と比較して、前記第1の活性領域に接触する前記より小さな成長領域を有することを特徴とする請求項32に記載の方法。
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