JP2020501345A - 紫外線照射下で発光デバイスを成長させる方法 - Google Patents

紫外線照射下で発光デバイスを成長させる方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2020501345A
JP2020501345A JP2019523849A JP2019523849A JP2020501345A JP 2020501345 A JP2020501345 A JP 2020501345A JP 2019523849 A JP2019523849 A JP 2019523849A JP 2019523849 A JP2019523849 A JP 2019523849A JP 2020501345 A JP2020501345 A JP 2020501345A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type layer
nitride
iii
layer
light
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2019523849A
Other languages
English (en)
Other versions
JP7050060B2 (ja
Inventor
イシカワ,ツトム
ワイルドソン,アイザック
チャールズ ネルソン,エリック
チャールズ ネルソン,エリック
デブ,パリジャット
Original Assignee
ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from US15/793,723 external-priority patent/US10541352B2/en
Application filed by ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー, ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー filed Critical ルミレッズ リミテッド ライアビリティ カンパニー
Publication of JP2020501345A publication Critical patent/JP2020501345A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7050060B2 publication Critical patent/JP7050060B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/22Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the deposition of inorganic material, other than metallic material
    • C23C16/30Deposition of compounds, mixtures or solid solutions, e.g. borides, carbides, nitrides
    • C23C16/301AIII BV compounds, where A is Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C23C16/303Nitrides
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C16/00Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes
    • C23C16/44Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating
    • C23C16/48Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation
    • C23C16/482Chemical coating by decomposition of gaseous compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating, i.e. chemical vapour deposition [CVD] processes characterised by the method of coating by irradiation, e.g. photolysis, radiolysis, particle radiation using incoherent light, UV to IR, e.g. lamps
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02436Intermediate layers between substrates and deposited layers
    • H01L21/02439Materials
    • H01L21/02455Group 13/15 materials
    • H01L21/02458Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/02521Materials
    • H01L21/02538Group 13/15 materials
    • H01L21/0254Nitrides
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518Deposited layers
    • H01L21/0257Doping during depositing
    • H01L21/02573Conductivity type
    • H01L21/02579P-type
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104Forming layers
    • H01L21/02365Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612Formation types
    • H01L21/02617Deposition types
    • H01L21/0262Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/26Bombardment with radiation
    • H01L21/263Bombardment with radiation with high-energy radiation
    • H01L21/268Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation
    • H01L21/2686Bombardment with radiation with high-energy radiation using electromagnetic radiation, e.g. laser radiation using incoherent radiation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0062Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005Processes
    • H01L33/0095Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/025Physical imperfections, e.g. particular concentration or distribution of impurities

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • High Energy & Nuclear Physics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

紫外線(UV)照射下で発光デバイスを成長させる方法がここに記載される。ある方法は、UV照射下でIII族窒化物p型層の上にIII族窒化物n型層を成長させることを含む。他の方法は、成長基板上に発光デバイス構造を成長させることと、該発光デバイス構造上にトンネル接合を成長させることとを含み、特定の層がUV照射下で成長される。他の方法は、トンネル接合発光ダイオードを形成するよう、III族窒化物p型層の上にIII族窒化物トンネル接合n型層を形成することを含む。初期期間中、III族窒化物トンネル接合n型層の表面が照射され、そして、その形成の残りが照射なしで完了される。UV光は、III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ。UV照射は、堆積チャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制する。

Description

本出願は、2016年10月28日に出願された米国仮特許出願第62/414,612号、2016年12月15日に出願された欧州特許出願第16204234.5号、及び2017年10月25日に出願された米国特許出願第15/793,723号の利益を主張するものであり、それらの内容をあたかも完全に記載されているかのようにここに援用する。
本出願は、発光デバイスに関する。
現在利用可能な最も効率的な光源の中に、発光ダイオード(LED)、共振器型(resonant cavity)発光ダイオード(RCLED)、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)及び端面発光レーザを含む半導体発光デバイスがある。可視スペクトルで動作可能な高輝度発光デバイスの製造において現在関心ある材料系は、III−V族半導体、特に、III族窒化物材料とも呼ばれる、ガリウム、アルミニウム、インジウム、及び窒素の二元、三元、及び四元合金を含む。
典型的に、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法(MOCVD)、分子線エピタキシー(MBE)又はその他のエピタキシャル技術により、サファイア、炭化シリコン、III族窒化物若しくは複合材の基板、又はその他の好適な基板の上に、異なる組成及びドーパント濃度の複数の半導体層のスタック(積層体)をエピタキシャル成長させることによって製造される。スタックは、しばしば、基板上に形成された、例えばSiでドープされた1つ以上のn型層と、該1つ以上のn型層上に形成された活性領域内の1つ以上の発光層と、活性領域上に形成された、例えばMgでドープされた1つ以上のp型層とを含んでいる。これらn型領域及びp型領域の上に、電気コンタクトが形成される。
商用のIII族窒化物LEDでは、半導体構造は典型的にMOCVDによって成長される。MOCVDにおいて使用される窒素源は典型的にアンモニアである。アンモニアが解離するとき、水素が生成される。水素はマグネシウムと錯体すなわちMg−H錯体を形成し、それが、p型材料の成長中にp型ドーパントとして使用される。水素錯体は、マグネシウムのp型特性を不活性化し、p型材料の活性ドーパント(及び正孔)濃度を実効的に低下させ、それがデバイスの効率を低下させる。p型材料の成長後、水素を追い出すことによって水素−マグネシウム錯体を破壊するために、構造体がアニールされる。
紫外線(UV)照射下で発光デバイスを成長させる方法がここに記載される。ある方法は、UV光の存在下でIII族窒化物p型層の上にIII族窒化物n型層を成長させることを含む。他の方法は、成長基板上に発光デバイス構造を成長させることと、該発光デバイス構造上にトンネル接合を成長させることとを含み、特定の層がUV照射下で成長される。他の方法は、トンネル接合発光ダイオードを形成するよう、III族窒化物p型層の上にIII族窒化物トンネル接合n型層を形成することを含む。初期期間中、III族窒化物トンネル接合n型層の表面が光照射され、次いで、その形成の残りが光照射なしで完了される。UV光は、III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ。UV照射は、堆積チャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制する。
添付の図面とともに例として与えられる以下の説明から、より詳細な理解が得られることになる。
トンネル接合発光デバイス(TJ LED)の断面図であり、従来のアニールプロセスでは、p型GaN層内の水素原子が、Mgドーパントと結合して、Mgドーパントの活性化を妨げることを示している。 TJ LEDの説明図であり、TJ LEDがエネルギー供給されているとき、トンネル接合n+型GaN層及びp+型GaN層がどのようにして逆バイアスされながらトンネル電流を導通するかを示している。 p型GaN層の成長中のTJ LEDウエハを示しており、ここでは、水素不純物が、p型GaN層内に導入されてMgドーパントと結合し、Mgドーパントの活性化を妨げ、p型GaN層の効果的なp型ドーピングを制限している。 特定の実装に従った、紫外線(UV)照射の存在下でデバイス内の特定の層を成長させることに関する説明図である。 特定の実装に従った、UV照射用の窓を備えた例示的な有機金属化学気相成長(MOCVD)チャンバである。 特定の実装に従った、例示的な縦型TJ LEDである。 特定の実装に従った、例示的なフリップチップTJ LEDである。 特定の実装に従った、図6及び図7のTJ LEDを製造するための例示的な方法である。 特定の実装に従った、図6及び図7のTJ LEDを製造するための他の例示的な方法である。 特定の実装に従った、図6及び図7のTJ LEDを製造するための他の例示的な方法である。 特定の実装に従った、p型GaNダウン構造を有する例示的な発光デバイスである。 特定の実装に従った、p型GaNダウン構造を有する他の例示的な発光デバイスである。 特定の実装に従った、図11及び図12の発光デバイスを製造するための例示的な方法である。 特定の実装に従った、発光デバイスを製造するための例示的な方法である。
理解されるべきことには、紫外線照射下で発光デバイスを成長させる方法に関する図及び説明は、典型的なデバイス処理に見られる数多くの他の要素を明瞭さのために排除しながら、明確な理解に関連する要素を説明するために単純化されている。当業者が認識し得ることには、本発明を実施する際には他の要素及び/又はステップが望まれ且つ/或いは必要とされる。しかしながら、そのような要素及びステップは技術的によく知られているので、また、それらは本発明のよりよい理解を容易にするわけではないので、ここでそのような要素及びステップの説明を提供することはしない。
従来のIII族窒化物発光ダイオード(LED)では、基板上に先ずn型層が成長され、それに活性層(又は発光層)及びp型層が続く。ここで使用されるとき、層(レイヤ)という用語は、少なくとも一層の、特定された層を指し、例えば、p型層又はn型層は、それぞれ、1つ以上のp型層又はn型層を含むことができる。例えば、サファイアなどの成長基板の上にn型窒化ガリウム(GaN)が成長され、次いで、n型GaN層の上に多重量子井戸(MQW)活性層が成長され、そして、活性層の上にp型GaN層が成長される。p型GaN層の上に、アノード電極への良好なオーミックコンタクトを得るために、より高濃度にドープされたp+ GaN層が成長される。頂部電極と底部電極とを有する縦型LEDでは、p+ GaN層の上にオプションで、電流拡散のために、透明導電体層(例えば、インジウム錫酸化物(ITO)又は非常に薄い金層)が堆積されてもよく、それに続いて、透明導電体層の上の1つ以上の小さい金属アノード電極が堆積される。その後、頂面にキャリアウエハが添えられ、例えばレーザリフトオフなどによって成長基板が除去される。次いで、“底部”n型GaN層が薄化され、そのn型GaN層上にオーミックコンタクトのための反射性金属カソード電極が堆積される。LEDダイがウエハから個片化されてパッケージングされた後、LEDにエネルギー供給するよう、アノード電極に正電圧が印加され、カソード電極に負電圧が印加されると、光のうち大部分が頂部p+ GaN層を通って出て行くことになる。
このような従来LEDに伴う問題は、不透明なアノード電極とITO電流拡散層とが光出力を幾分遮断して減衰させること、及び薄いITO層のシート抵抗がかなりであることである。より良好な電流拡散のためにもっと多くの金属を付加することは、さらに多くの光を遮ってしまう。さらに、アノード電極との良好なオーミックコンタクトのために(頂部層として)高濃度ドープされたp+ GaN層を形成することは困難なことである。
このような従来設計に対する1つの代替策は、図1及び2に示すようなトンネル接合(tunnel junction)LED(TJ LED)100を製造することである。トンネル接合は、逆バイアスで電子がp型層の価電子帯からn型層の伝導帯にトンネリングすることを可能にする構造である。電子がトンネリングするとき、p型層内に正孔が残され、その結果、双方の層にキャリアが生成される。従って、逆バイアスでは小さいリーク電流のみが流れるダイオードのような電子デバイスにおいて、逆バイアスにてトンネル接合を横切って大きい電流を運ぶことができる。トンネル接合は、p/nトンネル接合における伝導帯と価電子帯との特定のアライメントを必要とする。これは、(例えば、p++/n++接合にて)非常に高いドーピングを用いることによって達成されることができる。また、III族窒化物材料は、異なる合金組成間のヘテロ界面に電界を生成する特有の分極を有する。この分極場も、トンネリングに必要なバンドアライメントを達成するために利用されることができる。
図1及び図2を参照するに、TJ LED100は、サファイア基板102の上に成長したn型GaN層105、活性層110、p型GaN層115及びp+ GaN層120を含んでいる。p+ GaN層120の上にn+ GaN層125が成長されており、これが、トンネル接合層となるp+ GaN層120とn+ GaN層125とを設立し、形成し、もたらし、又は発生させている(まとめて“設立する”)。ここでは、この用語を、非トンネル接合層とトンネル接合層とを区別するために適切であるときに使用する。例えば、図1の例において、n+ GaN層125及びp+ GaN層120は、適切である又は当てはまるときに、トンネル接合n+ GaN層125及びトンネル接合p+ GaN層120として参照される。そして、図2に示すように、n+ GaN層125の上にアノード電極130が形成される。アノード電極130は、金属又は他の同様の材料とし得る。金属電極とn+ GaN層との間のオーミックコンタクトは、典型的に、金属電極とp+ GaN層との間のオーミックコンタクトよりも良好である。さらに、n+ GaN層125のシート抵抗は、電流拡散に使用される典型的な透明導電体のシート抵抗よりも低く、また、典型的にp+ GaN層120のシート抵抗よりも低い。n+ GaN層125及びp+ GaN層120は高濃度ドープされており、空乏層が非常に薄いので、たとえこのジャンクションが逆バイアスされるとしても、ジャンクションを電子がトンネリングすることができる。結果として、n+ GaN層125は、アノード電極130からのLED電流を非常に少ない光減衰で効率的に広げる。トンネル接合はLEDに僅かに高い順方向電圧降下を付与するが、光出力が増大されるので、TJ LED100の効率は従来LEDの効率よりも高くなり得る。さらに、トンネル接合は、従来LEDと同じ光出力において、TJ LED100がより低い電流で駆動されることを可能にし、TJ LED100がそのピーク効率で動作することを可能にする。
このようなTJ LEDに伴う1つの問題は、p型GaN層がトンネル接合n+ GaN層125の下に埋め込まれることである。その結果、水素原子135をp型GaN層115及びp+ GaN層120から外に拡散させるためのアニールプロセス中に、水素原子135がトラップされてしまう。これを図3に示しており、そこでは、有機金属化学気相成長(MOCVD)チャンバ内でアンモニア(NH)を窒素源として用いてデバイス300が成長されており、p型層(pGaN層315及び320として示す)へのN及びHの取り込みをもたらしている。デバイス300は、例えば、サファイア基板302の上に成長されたn型GaN層305、活性層310、p型GaN層315及びp+ GaN層320を含む。水素原子は、p型GaN成長プロセスの固有の結果として、p型GaN層315及び320格子に取り込まれ、そこで、“p型”のMgドーパントと水素原子とが結合してMg−H錯体を形成する。Mgドーパントは、シクロペンタジエニルマグネシウム(Cp2Mg)ガスとしてMOCVDチャンバに導入される。Mgドーパントは、水素原子がアニール工程によって除去されるまで、活性化されることができない。水素原子はn型GaNを通って拡散しないので、TJ LEDを形成することは困難である。
他のアプローチが用いられてきたが、それらの技術は各々、問題を有する。例えば、より少ない埋め込み水素を有するp型GaN層を成長させるために分子線エピタキシー(MBE)が使用されてきたが、そのようなMBEプロセスは遅くて高価である。別の一アプローチは、下方にp型GaN層までトレンチを形成し、次いでアニールして水素原子を横方向に外まで拡散させるものであるが、そのような技術はかなりの複雑さを加える。さらに、横方向に外まで水素を拡散させるためにアニール温度をかなり上昇させることは、TJ LEDを熱的に損傷させ得る。以上の問題はTJ LEDに関して説明されているが、基板の上に先ずp型GaN層が成長させ、続いて活性層及びn型GaN層を成長させる場合にも当てはまり得る。一般に、これらの問題は、縦型LEDだけでなくフリップチップLEDにも存在する。特に、これらの問題は、p型GaN層とアノード電極との間にトンネル接合n+ GaN層を使用し、より良好に電流を広げるためにn型アノード層が使用されるフリップチップLEDに存在する。
従って、より少ないMg−H錯体が生じ、Mgドーパントを活性化してp型GaN層を作り出すために(過度な)アニールが必要とされないような、MOCVDプロセスを用いてTJ LEDを製造する技術が必要である。
紫外線(UV)照射下で発光デバイスを成長させる方法がここに記載される。概して、外部で生成されたUV光がインサイチュ(in−situ(その場))でウエハの頂面を照らすことを可能にする窓を有するように、MOCVDチャンバがカスタマイズされる。UV光は、少なくともp型GaN層の成長中にウエハを照らして、Mg−H錯体の形成を軽減する。エピタキシャル成長中のp型GaN層への不純物及び点欠陥の組み込みは、フェルミ準位効果によって影響を受ける。p型GaNのバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つUV光が少数キャリアを生成し、それが成長中に一時的にp型GaNのフェルミ準位エネルギーを変化させる。その結果、p型GaN成長中の水素の取り込み及び他の点欠陥の発生を抑圧することができ、p型GaN層内にいっそう少ないMg−H錯体のみを生じさせる。
p型GaN層及び/又はトンネル接合n+ GaN層の成長中にMOCVDチャンバ内でTJ LEDがUV光によって照射される方法例が提供される。ここに記載される方法は、例えばTJ LED内の埋め込みp−GaN層から水素を除去するための積極的なエクスサイチュ(ex−situ)熱アニールの必要性を排除する。水素不純物が少ないので、p型GaN層内のMgドーパントのうち、より多くが既に活性化されており、活性化アニールを完全に排除することを可能にする。他の一実装は、上を覆うトンネル接合n+ GaN層の形成に先立って及び/又は最中に、ウエハがUV光で照射されている間に、インサイチュで活性化アニールを行うことができる。
概略的なTJ LED方法の一例において、頂部のトンネル接合n+ GaN層を成長させる前に成長される層は、成長中にUV光によって照らされない。トンネル接合n+ GaN層が成長されるのに先立って、脱ガスアニールがインサイチュで実行され、その間にオプションで、p型GaN層から水素の大部分を除去するために、ウエハの成長表面がUV光によって照らされる。その後、この活性化アニールが止められ、UV光によって照らされながらトンネル接合n+ GaN層が成長される。これは、トンネル接合n+ GaN層内の水素が頂部のp+ GaN層内に拡散してトンネル接合の近くにMg−H錯体を形成することを防止する。n+ GaNの部分成長の後に、UV光がオフにされてもよく(もはや新たなH原子がp型GaN層内に拡散することはできないため)、そして、トンネル接合n+ GaN層の残りの部分が成長される。
記載される方法は、成長基板の上に先ずp型GaN層を成長させてデバイスを形成するときにMg−H錯体形成を防止するために使用されることができる。次いで、p型GaN層の上に活性層及びn型GaN層が成長されて、埋め込みp型GaN層をもたらす。これらの方法はまた、単一のダイ内にLEDの直列ストリングを作り出すように複数のLEDを互いに上下に成長させるときにも使用されることができる。
図4は、特定の実装に従った、紫外線(UV)照射の存在下でデバイス400内の特定の層を成長させることに関する説明図である。デバイス400は、ウエハの基板402の上にエピタキシャル成長されたn型GaN層405及び活性層410を含んでいる。例えば、そのエピタキシャル成長はMOCVDチャンバ内で行われることができる。n型GaN層405は多層とすることができ、以下に限られないが、例えば核生成層と格子整合をもたらすための層とを含むことができる。活性層410は、以下に限られないが、例えば多重量子井戸(MQW)層とすることができる。デバイス400は、例えば青色光など、多様な波長及び周波数で発光することができる。
デバイス400は更に、活性層410の上にエピタキシャル成長させたp型GaN層415及びp+ GaN層420を含んでいる。一実装において、少なくとも、NH(及び場合によりH)及びCp2MgガスをMOCVDチャンバに導入することによってp型GaN層415及び/又はp+ GaN420がエピタキシャル成長される時間の間、好適なUV源455からのUV光450が、ウエハの成長表面を照らすように、MOCVDチャンバの窓を介して導入される。一実装において、UV光450のパワーは、0.05W/cmから50W/cmの範囲とし得る。他の一実装では、UV光450のパワーは1W/cmから10W/cmの範囲とし得る。一実装において、p型GaN層415のバンドギャップエネルギーよりも高いエネルギーを持つ光子を生成する任意の光源で十分である。
ここで上述したように、GaNベースのLEDを形成するための従来MOCVDプロセスは、窒素源としてアンモニア(NH)を使用する。NHは、成長温度で、水素ラジカルと活性な形態の窒素とに分解する。このアンモニア分解からの水素は、図3に示した従来プロセスでは、成長中にMgと錯体を形成する(図3にMg−H錯体として示している)。GaN膜の水素及びMg不純物の取り込みは、フェルミ準位効果によって影響を及ぼされ得る。例えば、MgがGaNに取り込まれると、MgはGaN内でアクセプタであるため、フェルミ準位が、フェルミ準位安定化エネルギーからGaNの価電子帯の方にシフトする。フェルミ準位が価電子帯に近付くにつれて、水素の取り込みが増加し、格子内のMgを補償してMgを電気的に不活性にし、そしてそれが、フェルミ準位を逆に、価電子帯から遠ざけて、安定化エネルギーに近付くように動かす。その結果、従来MOCVDによるp型GaN成長においては、安定化エネルギーよりも低い平衡フェルミエネルギー準位が達成され、高濃度の電気的に不活性なMg−H錯体をもたらす。従来プロセスに伴うこの問題は、水素を外へ拡散させるための高温のエクスサイチュアニールを必要とし、これが、先述の埋め込みp−GaN層に起因するTJ LEDにおける問題である。
しかしながら、p型GaNバンドギャップエネルギーを超える光子エネルギーを持つUV光450が、成長中にp型GaN層415及び/又はp+ GaN層420の表面を照らすとき、UV光を吸収することによって生成される少数キャリアが、水素の取り込みを伴うことなく、フェルミ準位を安定化エネルギーに近付くようにシフトさせる。その結果、p型GaN層415及び/又はp+ GaN層420内にMg−H錯体は形成されず、又はより少なく形成される。結果として、p型GaN層415及び/又はp+ GaN層420は、水素を外に拡散させるためのその後の活性化ステップを必要としない。
図5は、特定の実装に従った、例示的な有機金属化学気相成長(MOCVD)チャンバ560であり、MOCVDチャンバ560の堆積チャンバ570内へのUV照射用の窓565を備えている。窓565は、特定の層の成長中に、UV源555からのUV光がウエハの成長表面を照らすことを可能にする。例えば、基板502の上にn型GaN層505が成長され、n型GaN層505の上に活性層510が成長される。一実装において、UV源555は、成長表面、すなわち、例えばn型GaN層505又は活性層510のいずれかを照らさない。活性層510の上にp型GaN層515が成長される。p型GaN層515の成長中、UV源555はp型GaN層515の成長表面をUV光で照射する。UV源555は、p型GaN層515の成長後にオフにされ得る。p型GaN層515の上にトンネル接合n+型層517が成長される。トンネル接合n+型層517の成長の初期の間、UV源555はトンネル接合n+型層517の成長表面をUV光で照射する。UV源555は、トンネル接合n+型層517の部分的な成長の後にオフにされ得る。一実装において、窓565は、全ての層又は特定の層の成長中にUV光源555からのUV光がウエハの成長表面を照らすことを可能にする。
図6は、特定の実装に従った例示的な縦型TJ LED600である。TJ LED600は、基板(図示せず)の上にエピタキシャル成長されたn型GaN層605と、n型GaN層605の上に成長された活性層610とを含んでいる。TJ LED600は更に、活性層610の上に成長されたp型GaN層615を含んでいる。p型GaN層615は、ここで上述したように光の存在下で成長される。一実装において、p型GaN層615は、以下に限られないが、p型GaN層617及びトンネル接合p+ GaN層619を含む。p型GaN層615の上にトンネル接合n+ GaN層620が形成される。一実装において、TJ LED600内の全ての層が、ここで説明したように光の存在下で成長される。水素を外に拡散させてp型GaN層615内のMgドーパントを活性化させるための活性化アニールは必要とされない。何故なら、Mgドーパントは、Mg−H錯体の部分ではなく、既に活性であるからである。一実装において、トンネル接合n+ GaN層620でのドーピングレベルは1×10E20cm−3であり、p+ GaN層619では1.5×10E20cm−3であり、p型GaN層617では3×10E18cm−3であり、そして、n型GaN層605では3×10E18cm−3である。
エピタキシャル成長が完了した後、メタライゼーションにより、トンネル接合n+ GaN層620上にアノード電極625が形成される。一実装において、アノード電極625は、外縁の周りのみとされてもよく、あるいは、別のやり方で頂面の領域を最小限に使うのみとされてもよい。何故なら、トンネル接合n+ GaN層620は良好な電流拡散体であるからである。次いで、機械的支持のために、頂面にキャリアウエハが添えられ、そして、例えばレーザリフトオフなどによって、成長基板が除去される。次いで、露出されたn型GaN層605が薄化され、底面に反射性カソード電極630が形成される。その後、ウエハが個片化されてパッケージングされることで、各TJ LED600が形成される。
図7は、特定の実装に従った例示的なフリップチップTJ LED700である。概して、下に位置するn+ GaN層725と上に位置するp型GaN層715とのジャンクションにトンネル接合720が形成され、電流のより良い広がりのためにn+ GaN層725が使用される。n+ GaN層725は典型的に、p型の層と比較して、p型層と比較して、遥かにはるかに低いシート抵抗、ひいては、より良好な電流拡散を有する。金属アノード電極730が、トンネル接合n+ GaN層725と接触する。TJ LED700の正端子及び負端子のコンタクト層のどちらにも、n型のGaN層705及び725が使用される。
成長基板702上にn型GaN層705が成長され、n型GaN層705上に活性層710が成長される。n型GaN層705は、異なる組成、ドーパント濃度(意図的にはドープされないこと及び/又はp型を含めて)、及び厚さの複数の層を含み得る。活性層710は、バリア層によって分離された複数の厚い又は量子井戸の発光層を有し得る。活性層710の上に、ここに記載されたように光の存在下で、p型GaN層715が成長される。p型GaN層715は、異なる組成、ドーパント濃度(意図的にはドープされないこと及び/又はn型を含めて)、及び厚さの複数の層を含み得る。p型GaN層715の上にトンネル接合720が形成される。
一部の実装において、トンネル接合720は、p型GaN層715と直に接触した、p++層としても参照される高濃度ドープされたp+ GaN層と、p++層と直に接触した、n++層としても参照される高濃度ドープされたn+ GaN層とを含む。一部の実装において、トンネル接合720は、p++層とn++層との間に挟まれた、p++層及びn++層とは異なる組成の層を含む。一部の実装において、トンネル接合720は、p++層とn++層との間に挟まれた窒化インジウムガリウム(InGaN)層を含む。一部の実装において、トンネル接合720は、p++層とn++層との間に挟まれた窒化アルミニウム(AlN)層を含む。トンネル接合720は、後述するオーミックコンタクト層として機能するn+ GaN層725と直に接触する。
トンネル接合720内のp++層は、例えば、約1018cm−3から約5×1020cm−3の濃度まで例えばMg又はZnなどのアクセプタでドープされたInGaN又はGaNとし得る。一部の実装において、p++層は、約2×1020cm−3から約4×1020cm−3の濃度にドープされる。トンネル接合720内のn++層は、例えば、約1018cm−3から約5×1020cm−3の濃度まで例えばSi又はGeなどのドナーでドープされたInGaN又はGaNとし得る。一部の実装において、n++層は、約7×1019cm−3から約9×1019cm−3の濃度にドープされる。トンネル接合720は通常、非常に薄く、例えば、約2nmから約100nmの範囲の合計厚さを有することができ、p++層及びn++層の各々が、約1nmから約50nmの範囲の厚さを有し得る。一部の実装において、p++層及びn++層の各々は、約25nmから約35nmの範囲の厚さを有し得る。p++層及びn++層は、必ずしも同じ厚さを有していなくてもよい。一実装において、p++層は、15nmのMgドープされたInGaNであり、n++層は、30nmのSiドープされたGaNである。p++層及びn++層は、傾斜したドーパント濃度を有していてもよい。例えば、下に位置するp型GaN層715に隣接するp++層の部分が、p型GaN層715のドーパント濃度からp++層における所望のドーパント濃度まで傾斜したドーパント濃度を有し得る。同様に、n++層は、p++層に隣接する最大値からトンネル接合720の上に形成されるn+ GaN層725に隣接する最小値まで傾斜したドーパント濃度を有し得る。トンネル接合720は、逆バイアスモードにて電流を導通するときにトンネル接合720が低い直列電圧降下を示すよう、十分な薄さであるように、且つ十分にドープされるように製造される。一部の実装において、トンネル接合720を横切っての電圧降下は、約0.1Vから約1Vである。
p++層とn++層との間にInGaN層若しくはAlN層又はその他の好適層を含む実装は、トンネリングのためにバンドをアライメントする助けとするよう、III族窒化物における分極場を利用し得る。この分極効果は、n++層及びp++層のドーピング要求を低減させ、また、必要なトンネリング距離を短縮させ得る(可能性として、より大きい電流を可能にする)。p++層とn++層との間の層の組成は、p++層及びn++層の組成とは異なることができ、且つ/或いは、III族窒化物材料系の中の異種材料間に存在する分極電荷により、バンド再アライメントを生じさせるように選択され得る。好適なトンネル接合の例が米国特許第8039352号に記載されており、それをここに援用する。図6の縦型TJ LED600は、TJ LED700と同じようにして形成されることができる。
トンネル接合720の上に、n++層と直に接触して、オーミックコンタクト層として使用されるn+ GaN層725が形成される。n+ GaN層725上に金属アノード電極730が形成される。n−GaN層705を露出させるようにメサがエッチングされ、そして、露出されたn−GaN層705の部分上に金属カソード電極735が形成される。
図8は、図6のTJ LED600、図7のTJ LED700、及びp型GaN層が埋め込まれて水素を外に拡散させることを困難にする他のデバイス、における特定のエピタキシャル層の成長中にUV照射を使用する例示的な方法800である。MOCVDチャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、以下に限られないがn型GaN層、活性層、p型GaN層、トンネル接合p+ GaN層、及びトンネル接合n+ GaN層を含む全てのGaN層が、UV照射下で、又は、p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光の下で、MOCVDチャンバ内の基板上に成長される(805)。金属電極が形成され(810)、ウエハが個片化され(815)、そしてLEDがパッケージングされる(820)。縦型LED実装では、図6に示したように、n−GaNカソード層を露出させるように成長基板が除去され得る。フリップチップLED実装では、カソード電極による接触のためにn−GaNカソード層を露出させるようにメサをエッチングすることができ、それ故、図7に示したように成長基板が残っていてもよい。
図9は、図6のTJ LED600、図7のTJ LED700、及びp型GaN層が埋め込まれて水素を外に拡散させることを困難にする他のデバイス、における特定のエピタキシャル層の成長中にUV照射を使用する他の例示的な方法900である。成長基板の上に、UV光によって照らされることなく、n−GaN層及び活性層が成長される(905)。図7に示したトンネル接合内のp++層を含め、全てのp型GaN層の成長中と、トンネル接合内のn++層を含め、トンネル接合n+ GaN層の成長の初期とに、ウエハを照らすようにUV光がオンにされる(910)。UV照射は、トンネル接合n+ GaN層の成長からの新たな水素がp型GaN層の中に拡散してトンネル接合の近くでMg−H錯体を形成するのを防ぐ。その後、例えば図8のブロック810−820に示したように、パッケージングされたTJ LEDの製造を完了するためのプロセスが実行され得る(915)。
図10は、図6のTJ LED600、図7のTJ LED700、及びp型GaN層が埋め込まれて水素を外に拡散させることを困難にする他のデバイス、における特定のエピタキシャル層の成長中にUV照射を使用する他の例示的な方法1000である。n型GaN層、活性層、及び図7に示したトンネル接合内のp++層を含めた全てのp型GaN層が、UV光によって照らされることなく成長基板の上に成長される(1005)。p型GaN層の全てから外に水素原子を拡散させてMgドーパントを活性化させるために、非水素環境で、(MOCVDチャンバ内での)インサイチュアニールが実行される(1010)。一実装において、このアニールプロセスをいっそう効率的にするためにUV照射が使用される。
アニールプロセスが停止され、図7に示したトンネル接合内のn++層を含め、トンネル接合n+ GaN層が、UV光の下で特定の厚さまで成長される(1015)。これは、n+ GaN層の成長中に存在する新たな水素がp型GaN層の中に拡散してMg−H錯体を形成するのを防止する。
UV光がオフにされ、次いで、トンネル接合n+ GaN層の残りの部分が成長される(1020)。新たなH原子は、もはや、部分的に成長されたトンネル接合n+ GaN層を通って埋込みp型GaN層の中に拡散することができない。その後、例えば図8のブロック810−820に示したように、パッケージングされたTJ LEDの製造を完了するためのプロセスが実行され得る(1025)。
ここに記載される方法はまた、例えば、基板の上に先ずp型GaN層が成長され、それに活性層が続く場合、及びこれに類する場合など、p−GaN層が別の層の下に埋め込まれる状況にある他のLEDの製造にも適用可能である。これを、図11及び12に示す発光デバイスにて説明する。
図11は、特定の実装に従った、p型GaNダウン構造を有する例示的なLED1100である。LED1100は、基板1105の上にエピタキシャル成長されたp型GaN層1110を含んでいる。p型GaN層1110の上に活性層1115が成長され、活性層1115の上にn型GaN層1120が成長されている。
図12は、特定の実装に従った、p型GaNダウン構造を有する他の例示的なLED1200である。LED1200は、基板1205の上に成長されたエピタキシャル成長アンドープ層1210を含んでいる。次いで、アンドープ層1210の上にp型GaN層1215が成長され、p型GaN層1215の上に活性層1220が成長され、そして、活性層1220の上にn型GaN層1225が成長されている。
図13は、特定の実装に従った、図11及び図12の発光デバイスを製造するための例示的な方法1300である。MOCVDチャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、以下に限られないがp型GaN層、活性層、n型GaN層、及びアンドープGaN層を含む全てのGaN層が、UV照射下で、又は、p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光の下で、MOCVDチャンバ内の基板上に成長される(1305)。その後、例えば図8のブロック810−820に示したように、パッケージングされたLEDの製造を完了するためのプロセスが実行され得る(1310)。
図14は、特定の実装に従った、発光デバイスを製造するための例示的な方法1400である。p型GaN層及びアンドープGaN層が、UV照射なしで、MOCVDチャンバ内の基板上に成長される(1405)。p型GaN層の全てから外に水素原子を拡散させてMgドーパントを活性化させるために、非水素環境で、(MOCVDチャンバ内での)インサイチュアニールが実行される(1410)。一実装において、このアニールプロセスをいっそう効率的にするためにUV照射が使用される。アニールプロセスが停止され、次いで、ここに記載したようにUV照射下で、少なくとも活性層が成長される(1415)。一実装において、活性層の最初の部分はUV照射下で成長され、残りの部分はUV照射なしで成長される。p型GaN層が活性層の下に埋め込まれているので、n型層はUV照射ありでもなしでも成長されることができる(1420)。その後、例えば図8のブロック810−820に示したように、パッケージングされたLEDの製造を完了するためのプロセスが実行され得る(1425)。
ここに記載される方法は、所望の順方向電圧を得るように直列ストリングにされたLED群のダイを作り出すための上下に積み重ねられたLEDの製造を可能にする。一実装において、このLEDスタックは、p型GaN層が金属アノード電極によって接触されて終端し得る。
ここに記載される実装及び例は、一例としてGaNを使用しているが、これらの方法は全てのIII族窒化物プロセス及び材料に適用可能である。
基板は、サファイアであることが多いが、例えばSiC、Si、GaN、又は複合基板などの如何なる好適基板であってもよい。III族窒化物半導体構造が上に成長される基板の表面は、成長前にパターン加工、粗面加工、又はテクスチャ加工されてもよく、そうすることはLEDからの光取り出しを向上させ得る。
概して、堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法は、III族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることと、照射下でIII族窒化物p型層の上に非p型層をエピタキシャル成長させることと、堆積チャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、非p型層の表面を、初期成長期間中に、III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することとを含む。一実装において、光は、堆積チャンバの窓を通して提供される。一実装において、堆積チャンバはMOCVDチャンバである。一実装において、光は、紫外光又はそれよりも高エネルギーの光である。一実装において、非p型層は活性層である。一実装において、非p型層はIII族窒化物n型層である。一実装において、非p型層の表面を光で照射することは、非p型層の成長期間全体にわたってオンのままである。一実装において、III族窒化物p型層はトンネル接合III族窒化物p型層であり、非p型層はIII族窒化物トンネル接合n型層であり、当該方法は更に、トンネル接合III族窒化物p型層及びIII族窒化物トンネル接合n型層を照射下でエピタキシャルに形成することを含む。一実装において、III族窒化物p型層はトンネル接合III族窒化物p型層であり、非p型層はIII族窒化物トンネル接合n型層であり、当該方法は更に、III族窒化物トンネル接合n型層の一部を照射下でエピタキシャルに形成することを含む。一実装において、当該方法は更に、III族窒化物トンネル接合n型層の残りの部分を光照射なしでエピタキシャルに形成することを含む。一実装において、当該方法は更に、III族窒化物トンネル接合n型層の一部を照射下でエピタキシャルに形成することに先立って、トンネル接合III族窒化物p型層をアニールすることを含む。
概して、堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法は、成長基板の上にIII族窒化物n型層をエピタキシャル成長させることと、III族窒化物n型層の上に活性層をエピタキシャル成長させることと、水素及びマグネシウムの存在下で活性層の上にIII族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることとを含む。p型層内のマグネシウムドーパントを活性化させるために、III族窒化物p型層がインサイチュでアニールされる。そして、アニールが停止される。当該方法は更に、トンネル接合発光ダイオードを形成するよう、III族窒化物p型層の上にIII族窒化物トンネル接合n型層の最初の部分をエピタキシャルに形成することと、III族窒化物トンネル接合の最初の部分の表面を、成長中に、III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することと、III族窒化物トンネル接合n型層の残りの部分を、成長中の光照射なしでエピタキシャルに形成することとを含む。III族窒化物トンネル接合n型層の表面を光で照射することは、III族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制する。一実装において、光はUV光である。一実装において、当該方法は更に、堆積チャンバの窓を通して光を当てることを含む。一実装において、当該方法は更に、アニール中に光で照射することを含む。
概して、堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法は、成長基板の上に、成長中の光照射なしで、少なくとも1つのIII族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることと、少なくとも1つのIII族窒化物p型層の上に非p型層をエピタキシャル成長させることと、堆積チャンバ内に存在する水素に起因するIII族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、非p型層成長中に、非p型層の表面を、III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することとを含む。一実装において、非p型層は、III族窒化物n型層及び活性層のうちの少なくとも一方である。一実装において、非p型層の表面を光で照射することは、非p型層の初期成長の後に停止される。一実装において、非p型層の残りの成長が光照射なしで行われる。
以上の成長技術は例示的なものであり、p型層、活性層及びn型層に関する以上の成長技術の組み合わせも本説明及び請求項の範囲内にある。
ここに記載されたデバイスはいずれも、波長変換構造と組み合わされてもよい。波長変換構造は、1つ以上の波長変換材料を含有し得る。波長変換構造は、LEDに直に接続されてもよいし、LEDに直に接続されることなくLEDの近傍に配置されてもよいし、あるいは、LEDから離間されてもよい。波長変換構造は、如何なる好適構造ともし得る。波長変換構造は、LEDとは別個に形成されてもよいし、あるいは、LEDとともにインサイチュ形成されてもよい。LEDとは別個に形成される波長変換構造の例は、焼結又はその他の好適プロセスによって形成され得るセラミック波長変換構造や、ロール、キャスト、又はその他の方法でシートへと形成される例えばシリコーン又はガラスなどの透明材料内に置かれ、次いで個々の波長変換構造へと個片化される粉末蛍光体などの波長変換構造や、LEDの上にラミネート又はその他の方法で配置され得るものであるフレキシブルシートへと形成される例えばシリコーンなどの透明材料内に置かれる粉末蛍光体などの波長変換構造を含む。
インサイチュ形成される波長変換構造の例は、例えばシリコーンなどの透明材料と混合されて、LEDの上にディスペンス、スクリーン印刷、ステンシル、成形、又はその他の方法で配置される粉末蛍光体などの波長変換材料や、電気泳動、蒸着、又はその他の好適タイプの堆積によってLED上にコーティングされる波長変換材料を含む。
単一のデバイス内で、複数の形態の波長変換構造を使用することができる。例えば、セラミック部材及び成形部材に同じ又は異なる波長変換材料を用いて、セラミック波長変換部材を、成形された波長変換部材と組み合わせることができる。
波長変換構造は、例えばコンベンショナルな蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、II−VI族若しくはIII−V族半導体、II−VI族若しくはIII−V族半導体量子ドット若しくはナノ結晶、染料、ポリマー、又は発光するその他の材料を含み得る。
波長変換材料は、LEDによって発せられた光を吸収して、1つ以上の異なる波長の光を発する。LEDによって発せられた未変換の光が、この構造から取り出される光の最終的なスペクトルの一部をなすことが多いが、必ずしもそうである必要はない。一般的な組み合わせの例は、黄色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のLED、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされた青色発光のLED、青色発光及び黄色発光の波長変換材料と組み合わされたUV発光のLED、並びに青色発光、緑色発光及び赤色発光の波長変換材料と組み合わされたUV発光のLEDを含む。構造から発せられる光のスペクトルを調整するために、他の色の光を発する波長変換材料が追加されてもよい。
ここに記載された実装は、如何なる好適な発光デバイスに組み込まれてもよい。本発明の実装は、例えば図6の縦型デバイス又は図7のフリップチップデバイスなどの図示した特定の構造に限定されない。
上述の例及び実装では、LEDは、青色光又はUV光を発するIII族窒化物LEDであるが、例えばレーザダイオードなどの、LED以外の発光デバイスも、本発明の範囲内である。また、ここに記載された原理は、例えばその他のIII−V族材料、III族リン化物、III族ヒ化物、II−VI族材料、ZnO、又はSi系材料などの、その他の材料系からなる半導体発光デバイスにも適用可能であり得る。
特定の層の成長中にUV照射を使用するここに記載の非限定的な方法は、請求項の精神及び範囲内に留まりながら多様な用途及び用法に合わせて変更され得る。ここに記載され且つ/或いは図面に示される実装及び変形は、単に例として提示されており、範囲及び精神に関して限定するものではない。ここでの説明は、特定の実装に関して記載されることがあるが、特定の層の成長中にUV照射を使用する方法の全ての実装に適用可能であり得る。
ここに記載されるように、ここに記載される方法は、特定の(1つ以上の)機能を果たす特定の(1つ以上の)要素に限定されず、また、提示される方法の一部のステップは、必ずしも示された順序で行われなくてもよい。例えば、一部のケースでは、2つ以上の方法ステップが異なる順序で又は同時に行われ得る。さらに、記載の方法の一部のステップは、(オプションであると明示的に述べられていなくても)オプションであることがあり、従って、省略されることもある。ここに開示される方法のこれら及び他の変形は、特に、ここに記載される特定の層の成長中にUV照射を使用する方法の説明に鑑みて、容易に明らかになるものであり、本発明の完全なる範囲内にあると見なされる。
一部の実装の一部の特徴が省略されたり、あるいは他の実装とともに使用されたりし得る。ここに記載されるデバイス要素及び方法要素は、交換可能であることがあり、また、ここに記載される例又は実装のいずれかで使用されたり、あるいはそれから省略されたりし得る。
特徴及び要素を特定の組み合わせで上述しているが、各特徴又は要素が、他の特徴及び要素なしで単独で使用されてもよいし、あるいは、他の特徴及び要素を伴って又は伴わずに様々な組み合わせで使用されてもよい。

Claims (20)

  1. 堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法であって、
    III族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることと、
    照射下で前記III族窒化物p型層の上に非p型層をエピタキシャル成長させることと、
    前記堆積チャンバ内に存在する水素に起因する前記III族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、前記非p型層の表面を、初期成長期間中に、前記III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することと、
    を有する方法。
  2. 前記光は、前記堆積チャンバの窓を通して提供される、請求項1に記載の方法。
  3. 前記堆積チャンバはMOCVDチャンバである、請求項2に記載の方法。
  4. 前記光は、紫外光又はそれよりも高エネルギーの光である、請求項1に記載の方法。
  5. 前記非p型層は活性層である、請求項1に記載の方法。
  6. 前記非p型層はIII族窒化物n型層である、請求項1に記載の方法。
  7. 前記非p型層の前記表面を前記光で照射することは、前記非p型層の成長期間全体にわたってオンのままである、請求項1に記載の方法。
  8. 前記III族窒化物p型層はトンネル接合III族窒化物p型層であり、前記非p型層はIII族窒化物トンネル接合n型層であり、
    当該方法は更に、前記トンネル接合III族窒化物p型層及び前記III族窒化物トンネル接合n型層を照射下でエピタキシャルに形成することを有する、
    請求項1に記載の方法。
  9. 前記III族窒化物p型層はトンネル接合III族窒化物p型層であり、前記非p型層はIII族窒化物トンネル接合n型層であり、
    当該方法は更に、前記III族窒化物トンネル接合n型層の一部を照射下でエピタキシャルに形成することを有する、
    請求項1に記載の方法。
  10. 前記III族窒化物トンネル接合n型層の残りの部分を光照射なしでエピタキシャルに形成すること、
    を更に有する請求項9に記載の方法。
  11. 前記III族窒化物トンネル接合n型層の前記一部を照射下でエピタキシャルに形成することに先立って、前記トンネル接合III族窒化物p型層をアニールすること、
    を更に有する請求項9に記載の方法。
  12. 堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法であって、
    成長基板の上にIII族窒化物n型層をエピタキシャル成長させることと、
    前記III族窒化物n型層の上に活性層をエピタキシャル成長させることと、
    水素及びマグネシウムの存在下で前記活性層の上にIII族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることと、
    前記p型層内のマグネシウムドーパントを活性化させるために、少なくとも前記III族窒化物p型層をインサイチュでアニールすることと、
    前記アニールを停止することと、
    トンネル接合発光ダイオードを形成するよう、前記III族窒化物p型層の上にIII族窒化物トンネル接合n型層の最初の部分をエピタキシャルに形成することと、
    前記III族窒化物トンネル接合n型層の前記最初の部分の表面を、成長中に、前記III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することと、
    前記III族窒化物トンネル接合n型層の残りの部分を、成長中の光照射なしでエピタキシャルに形成することと、
    を有する方法。
  13. 前記III族窒化物トンネル接合n型層の前記表面を前記光で照射することは、前記III族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制する、請求項12に記載の方法。
  14. 前記光はUV光である、請求項12に記載の方法。
  15. 堆積チャンバの窓を通して前記光を当てることを更に有する請求項12に記載の方法。
  16. 前記アニール中に前記光で照射することを更に有する請求項12に記載の方法。
  17. 堆積チャンバ内で発光ダイオード(LED)を形成する方法であって、
    成長基板の上に、成長中の光照射なしで、少なくとも1つのIII族窒化物p型層をエピタキシャル成長させることと、
    前記少なくとも1つのIII族窒化物p型層の上に非p型層をエピタキシャル成長させることと、
    前記堆積チャンバ内に存在する水素に起因する前記III族窒化物p型層内でのMg−H錯体の形成を抑制するために、非p型層成長中に、前記非p型層の表面を、前記III族窒化物p型層のバンドギャップエネルギーよりも高い光子エネルギーを持つ光で照射することと、
    を有する方法。
  18. 前記非p型層は、III族窒化物n型層及び活性層のうちの少なくとも一方である、請求項17に記載の方法。
  19. 前記非p型層の前記表面を光で照射することは、前記非p型層の初期成長の後に停止される、請求項17に記載の方法。
  20. 前記非p型層の残りの成長が光照射なしで行われる、請求項19に記載の方法。
JP2019523849A 2016-10-28 2017-10-27 紫外線照射下で発光デバイスを成長させる方法 Active JP7050060B2 (ja)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662414612P 2016-10-28 2016-10-28
US62/414,612 2016-10-28
EP16204234.5 2016-12-15
EP16204234 2016-12-15
US15/793,723 US10541352B2 (en) 2016-10-28 2017-10-25 Methods for growing light emitting devices under ultra-violet illumination
US15/793,723 2017-10-25
PCT/US2017/058867 WO2018081635A1 (en) 2016-10-28 2017-10-27 Methods for growing light emitting devices under ultra-violet illumination

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020501345A true JP2020501345A (ja) 2020-01-16
JP7050060B2 JP7050060B2 (ja) 2022-04-07

Family

ID=67255788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019523849A Active JP7050060B2 (ja) 2016-10-28 2017-10-27 紫外線照射下で発光デバイスを成長させる方法

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP3533088B1 (ja)
JP (1) JP7050060B2 (ja)
KR (1) KR102281223B1 (ja)
CN (1) CN110168752B (ja)
TW (1) TWI745465B (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023175830A1 (ja) * 2022-03-17 2023-09-21 三菱電機株式会社 半導体素子及び半導体素子の製造方法

Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01215014A (ja) * 1988-02-24 1989-08-29 Toshiba Corp 半導体結晶の成長方法
JPH0766136A (ja) * 1993-08-30 1995-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Iii −v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法
JPH10144959A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Toshiba Corp 半導体発光素子の製造方法
JPH11126758A (ja) * 1997-10-24 1999-05-11 Pioneer Electron Corp 半導体素子製造方法
JPH11238692A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体の低抵抗化方法
JP2006045642A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 水素脱離方法および水素脱離装置
JP2006313844A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Rohm Co Ltd 窒化物半導体素子の製法
JP2008141047A (ja) * 2006-12-04 2008-06-19 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
KR20110088545A (ko) * 2008-11-07 2011-08-03 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전 반도체 칩의 제조 방법 및 광전 반도체 칩
US20150115220A1 (en) * 2013-10-29 2015-04-30 The Regents Of The University Of California (Al, In, Ga, B)N DEVICE STRUCTURES ON A PATTERNED SUBSTRATE
CN104638070A (zh) * 2015-03-06 2015-05-20 天津三安光电有限公司 一种光电器件的制备方法
WO2015129610A1 (ja) * 2014-02-26 2015-09-03 学校法人名城大学 npn型窒化物半導体発光素子の製造方法、およびnpn型窒化物半導体発光素子
JP2018523921A (ja) * 2015-07-30 2018-08-23 ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド 化学蒸着システムにおける制御されたドーパントの取込み及び活性化のための方法及び装置

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3324312C2 (de) * 1983-04-20 1985-11-28 Komet Stahlhalter- Und Werkzeugfabrik Robert Breuning Gmbh, 7122 Besigheim Werkzeugmaschine mit Werkzeugwechselvorrichtung
JPS61247686A (ja) * 1985-04-26 1986-11-04 Toshiba Corp 半導体単結晶の製造方法
US6537838B2 (en) * 2001-06-11 2003-03-25 Limileds Lighting, U.S., Llc Forming semiconductor structures including activated acceptors in buried p-type III-V layers
KR20050123422A (ko) * 2004-06-25 2005-12-29 삼성전기주식회사 p형 질화물 반도체 형성방법 및 질화물 반도체 발광소자제조방법
JP4948134B2 (ja) * 2006-11-22 2012-06-06 シャープ株式会社 窒化物半導体発光素子
JP2008226906A (ja) * 2007-03-08 2008-09-25 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
US8592309B2 (en) * 2009-11-06 2013-11-26 Ultratech, Inc. Laser spike annealing for GaN LEDs
KR20130007032A (ko) * 2011-06-28 2013-01-18 (주)세미머티리얼즈 질화물계 반도체 제조용 열처리 장치 및 이를 이용한 질화물계 반도체의 열처리 방법
CN103855263A (zh) * 2014-02-25 2014-06-11 广东省工业技术研究院(广州有色金属研究院) 一种具有极化隧道结的GaN基LED外延片及其制备方法

Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01215014A (ja) * 1988-02-24 1989-08-29 Toshiba Corp 半導体結晶の成長方法
JPH0766136A (ja) * 1993-08-30 1995-03-10 Matsushita Electric Ind Co Ltd Iii −v族化合物半導体のエピタキシャル成長方法
JPH10144959A (ja) * 1996-11-08 1998-05-29 Toshiba Corp 半導体発光素子の製造方法
JPH11126758A (ja) * 1997-10-24 1999-05-11 Pioneer Electron Corp 半導体素子製造方法
JPH11238692A (ja) * 1998-02-23 1999-08-31 Nichia Chem Ind Ltd 窒化物半導体の低抵抗化方法
JP2006045642A (ja) * 2004-08-06 2006-02-16 Sumitomo Electric Ind Ltd 水素脱離方法および水素脱離装置
JP2006313844A (ja) * 2005-05-09 2006-11-16 Rohm Co Ltd 窒化物半導体素子の製法
JP2008141047A (ja) * 2006-12-04 2008-06-19 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子
KR20110088545A (ko) * 2008-11-07 2011-08-03 오스람 옵토 세미컨덕터스 게엠베하 광전 반도체 칩의 제조 방법 및 광전 반도체 칩
CN102210031A (zh) * 2008-11-07 2011-10-05 欧司朗光电半导体有限公司 用于制造光电子半导体芯片的方法和光电子半导体芯片
US20110278641A1 (en) * 2008-11-07 2011-11-17 Osram Opto Semiconductors Gmbh Method for producing an optoelectronic semiconductor chip and optoelectronic semiconductor chip
JP2012508458A (ja) * 2008-11-07 2012-04-05 オスラム オプト セミコンダクターズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング オプトエレクトロニクス半導体チップの製造方法およびオプトエレクトロニクス半導体チップ
US20150115220A1 (en) * 2013-10-29 2015-04-30 The Regents Of The University Of California (Al, In, Ga, B)N DEVICE STRUCTURES ON A PATTERNED SUBSTRATE
WO2015129610A1 (ja) * 2014-02-26 2015-09-03 学校法人名城大学 npn型窒化物半導体発光素子の製造方法、およびnpn型窒化物半導体発光素子
US20160365479A1 (en) * 2014-02-26 2016-12-15 Meijo University Method of manufacturing n-p-n nitride-semiconductor light-emitting device, and n-p-n nitride-semiconductor light-emitting device
CN104638070A (zh) * 2015-03-06 2015-05-20 天津三安光电有限公司 一种光电器件的制备方法
JP2018523921A (ja) * 2015-07-30 2018-08-23 ビーコ・インストゥルメンツ・インコーポレイテッド 化学蒸着システムにおける制御されたドーパントの取込み及び活性化のための方法及び装置

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023175830A1 (ja) * 2022-03-17 2023-09-21 三菱電機株式会社 半導体素子及び半導体素子の製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102281223B1 (ko) 2021-07-22
TWI745465B (zh) 2021-11-11
EP3533088A1 (en) 2019-09-04
EP3533088B1 (en) 2021-08-25
KR20190076011A (ko) 2019-07-01
JP7050060B2 (ja) 2022-04-07
TW201828493A (zh) 2018-08-01
CN110168752A (zh) 2019-08-23
CN110168752B (zh) 2022-02-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109716541B (zh) 用于使用远程等离子体化学气相沉积(rp-cvd)和溅射沉积来生长发光器件中的层的方法
EP3459117B1 (en) Method of forming a p-type layer for a light emitting device
US11069836B2 (en) Methods for growing light emitting devices under ultra-violet illumination
CN109690783B (zh) 形成发光器件的p型层的方法
CN110168752B (zh) 用于在紫外照射下生长发光器件的方法
KR102192601B1 (ko) 발광 디바이스들 내의 층들을 성장시키기 위해 원격 플라즈마 화학 기상 퇴적(rp-cvd) 및 스퍼터링 퇴적을 사용하기 위한 방법들

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20201019

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20211020

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20211102

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20211214

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220111

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220222

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220315

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220328

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7050060

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150