JP5911132B2 - 半導体デバイス - Google Patents
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Description
本発明は、白色発光ダイオードのデバイス構造に関するものである。
従来、発光ダイオードでは、照明用の白色を得るために、青色発光ダイオードと黄色蛍光体を利用していた（特許文献1）。その理由は、GaN発光ダイオードでは、光の三原色の一つである緑色発光を得にくいためである。このため、現在では、比較的製造が容易な青色発光ダイオードを使用し、その光を蛍光体に当て、幅広い黄色を発光させて、青色と黄色で白色を得ている。
また、GaN発光ダイドードで、蛍光体を使用しないで白色発光を得ための特許も出願されている（特許文献2,3）。特許文献2ではIII族窒化物ベースつまりGaNによる少なくとも黄色発光ダイオードと青色の発光ダイオードを形成し、白色光を得るものである。また特許文献3ではGaNによる赤、緑および青色発光ダイオードを使用して、白色光を発光するダイオードを得るものである。
Journal of Crystal Growth 329, (2011), 67-70．
しかし、特許文献2では、黄色と青色発光により白色光を得ているが、より自然な白色光を得るためには緑色発光が必要不可欠である。また特許文献3でも、白色光を得るために、緑色発光が必要不可欠である。しかし、III族窒化物ベース上、つまりGaNでは極性面による内部電界効果により、緑色の発光効率が低く、緑色発光を実現することは非常に難しいのが現状である。したがって、蛍光体を使用しないGaN系白色発光ダイオードにおいて、緑色発光効率を高めることが課題である。
このため、本発明では、緑色発光を強め、白色発光を実現するするために、緑色発光層を従来のV族とIII族の結合化合物であり、極性面が出易いGaN系材料に代えて、IV族元素同士の結合であり、極性面が出にくいSiCを採用することを考えた。そして、赤または黄色、青色との合成色で白色光を得るものである。
しかし、従来エピタキシャルSiC膜は1600℃以上の高温でしか形成できなく、GaNの形成プロセスには適用できなかった。ところが、最近原子層堆積エピタキシャル法により、3C-SiCが形成できることが報告されている（非特許文献１）。本発明では、この点に注目し、GaN系赤，青色発光層と3C-SiCによる緑色発光層を組み合わせることを考えた。
その結果、白色発光ダイオードを比較的容易に得ることができることがわかった。そして、下層の光が光の放射方向である上層の量子井戸層で吸収されなくなるように、発光方向に向かって、波長の長い光から波長の短い光の順序に量子井戸層を積層する。
その結果、白色発光ダイオードを比較的容易に得ることができることがわかった。そして、下層の光が光の放射方向である上層の量子井戸層で吸収されなくなるように、発光方向に向かって、波長の長い光から波長の短い光の順序に量子井戸層を積層する。
また、発光量の大きい青色発光ダイオードは、多重量子井戸層の数を多くすることにより他の赤、緑、黄色と発光量のバランスをとり、合成波長がより白色になるようにする。
3C-SiC多重量子井戸により、GaN系で問題になった緑色の発光効率を高めることができ、GaN系赤、黄、青色多重量子井戸発光層との組み合わせで、容易に白色光を得ることができる。
さらに、量子井戸の積層順序を放射方向に向かって、波長の長い光を発光する量子井戸から波長の短い光を発光する量子井戸の順に積層するため、下層から発光する光が上層で吸収されることがないため、効率よく発光できる。青色発光用多重井戸層を多くすることにより合成光の色調整ができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。なお、各図において同一部分には、同一の符号を付している。基板は単結晶Si、多結晶シリコン、SiO2、硝子、アモーファスSiC、多結晶SiCおよびカーボン基板、さらにサファイヤ基板でも使用できるが、多結晶シリコン、SiO2、硝子、アモーファスSiC、単結晶および多結晶SiCおよびカーボン基板については減圧CVD装置、常圧CVD装置またはリモートプラズマCVD装置により多結晶Si、またはSiC膜を100-500nm形成してあるものとする。酸化膜基板では多結晶Si、SiC膜を100-500nm積層してあるものとする。これらの膜を厚く形成するのは、厚くすると例えば多結晶Siでは結晶方位が(110)方向を向きやすくなり、結晶性が出易いためである。
また、 図1の単結晶Si基板でデバイス領域の周辺を幅1-100μm、深さ1-20μmの溝5を掘り、GaNエピタキシャル層を形成する側の表面積を高め、GaN(または3C-SiC)エピタキシャル層を形成した後、基板のそりがなくなるようにする。またこの溝はGaNエピタキシャル膜のストレスが増大しないようにする役目がある。この基板は表面のSiO2パターン（図示せず）を使用してKOHで異方性エッチングする。これはストレスの緩和と良質なエピタキシャル膜を得るためである。
この基板に、先ずSiO2パターン2を形成し、次にAlNまたはGaNバッファー膜4を減圧CVD、常圧CVDまたはリモートプラズマCVDにより10-50nm形成する。この際、AlNまたはGaNバッファー膜を形成した後に、SiO2パターン2を形成しても良い。図1に示すようにSiO2パターンの向きを120°ずつ、対称にして、GaN膜結晶成長の向きが一定方向に成らないようにして、ストレスの緩和を図る。以下全ての基板はこのような処置を施してあるものとする。
図2(a)に赤(または黄)、緑、青色発光ダイオードの多重量子井戸層を積層した場合の断面図を示す。また図2(b)に赤（または黄）、青色発光用多重井量子井戸積層と緑色発光用の多重量子井戸層を分離した場合の断面図を示す。
（実施形態1）
（実施形態1）
図3,4に赤、緑、青色発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3（a）に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。図3(b)に示すように、バッファー膜4を10-50nm形成する。図3(c)に示すように、ノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープドGaN膜21を成長させても良い。また赤発光ダイオードに代わり、黄色発光ダイオードを使用しても良い。
図3(d)に示すように、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図5に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
図4(e)に示すように、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図5に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(b)-1および3C-SiC GaInN量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
図4(f)に示すように、青色発光用GaInN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図5に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN(〜<0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。クラッド層および量子井戸層の厚さは1-20nmで3-7層形成する。図3(g)に示すように、その上に、p型GaN膜23を100-300nm形成する。P型GaN膜はP-+P+構造となっている。その後、電極形成を行い、図2(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、、p型GaN膜23を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態２）
（実施形態２）
図3,4に赤、緑、青色発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3（a）に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。図３(b)に示すように、バッファー膜4を10-50nm形成する。図3(c)に示すように、ノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープドGaN膜21を成長させても良い。
図3(d)に示すように、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図5に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
図4(e)に示すように、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図9に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC 量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
図4(f)に示すように、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図5に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN(〜<0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図4(g)に示すように、その上に、ｐ-GaN膜23を100-300nm形成する。p-GaN膜はP-+P+構造となっている。その後、電極形成を行い、図2(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、p-GaN膜23を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態３）
（実施形態３）
図5,6、7,8に赤、青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図4(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成する。図5(b)に示すように、バッファー膜4を10-50nm形成する。図5(c)に示すように、ノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープドGaN膜21を成長させても良い。
図5(d)に示すように、SiO2パターン24を形成し、その後、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(b)-1および3C-SiC 量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。SiO2上にも3C-SiCは形成されるが、省略してある。
図5(e)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b)上にSiO2パターン24を形成し、さらに、その横に、赤色発光用GaInN（〜0.4In）22(a)の多重量子井戸層を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN（〜0.4In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。クラッド層および量子井戸層の厚さは1-20nmで3-7層形成する。
図6(f)に示すように、赤色発光用GaInN多重量子井戸層（〜0.4In）22(a)上に青色発光用多重量子井戸層（＜0.3In）22(c)を積層する。図6に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図7(ｇ)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b) （バンドギャップ約2.38eV）上のSiO2パターンを除去する。
図7(h)に示すようにデバイス分離用SiO2パターン24を形成する。図8(i)に示すように、p-＋p+GaN層23を100-300nm形成する。その後、図8(ｊ)に示すように、デバイス分離用SiO2パターン24を除去する。さらに電極形成を行い、図2(b)に示す赤、青色発光層積層と緑色発光層を分離したデバイスを形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態４）
（実施形態４）
図5,6，7，8に赤、青色発光ダイオードと緑発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図5(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成する。図5(b)に示すように、バッファー膜4を10-50nm形成する。図5(c)に示すように、ノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープドGaN膜21を成長させる場合もある。
図5(d)に示すように、SiO2パターン24を形成し、その後、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図10に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC 量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。SiO2上にも3C-SiCは形成されるが、省略してある。
図6(e)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b)上にSiO2パターン24を形成し、さらに、その横に、赤色発光用GaInN（〜0.4In）22(a)の多重量子井戸層を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。
図6(f)に示すように、赤色発光用GaInN多重量子井戸層（〜0.4In）22(a)上に青色発光用多重量子井戸層（＜0.3In）22(c)を積層する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図4(ｇ)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b) （バンドギャップ約2.38eV）上のSiO2パターンを除去する。
図7(h)に示すようにデバイス分離用SiO2パターン24を形成する。図8(i)に示すように、p-＋p+GaN層23を100-300nm形成する。その後、図8(ｊ)に示すように、デバイス分離用SiO2パターン24を除去する。さらに電極形成を行い、図2(b)に示す赤、青色発光層積層と緑色発光層を分離したデバイスを形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態５）
（実施形態５）
図12(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaN23を使用している。図12(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。SiCバッファー膜4（図示せず）を10-50nm形成する。図12(a)に示すように、Siドープ3C-SiC膜41を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープ3C-SiC膜GaN膜41を成長させても良い。
実施形態１と同様に、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図9に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
次に、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図9に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
さらにその上に、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図9に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN(＜0.4In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図12(a)に示すように、その上に、P型GaN膜23を100-300nm形成する。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図12(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、p型GaN膜23を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態６）
（実施形態６）
図12(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaNを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。SiCバッファー膜4を10-50nm形成する。図12(b)に示すように、ノンドープまたはSiドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびSiドープ3C-SiC膜41を成長させても良い。
次に、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図10に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
実施形態3と同様に、別の場所に赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
さらにその上に、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびInGaN(＜0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。クラッド層はGaNまたはAlNである。図12(b)に示すように、その上に、p型GaN膜23を100-300nm形成する。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図12(a）に示す赤、青色積層発光ダイオードと分離した緑色発光ダイオードが完成する。ただし、p型GaN膜23を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態７）
（実施形態７）
図12(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiC43を使用している。図12(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。SiCバッファー膜4（図示せず）を10-50nm形成する。図12(a)に示すように、Siドープ3C-SiC膜41を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびドープ3C-SiC膜GaN膜41を成長させても良い。
実施形態１と同様に、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図9に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
次に、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図9に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
さらにその上に、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図9に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN(＜0.4In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図19に示すように、その上に、ｐ型3C-SiC 膜43を100-300nm形成する。P型3C-SiC 膜はP-構造となっている。その後、電極形成を行い、図19に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、p型3C-SiC 膜43を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成する。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態８）
（実施形態８）
図12(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiCを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。SiCバッファー膜4を10-50nm形成する。図12(b)に示すように、ノンドープまたはSiドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2-20μm形成する。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられる。しかし、SiO2パターン2の間には欠陥の多い領域がある。このため、欠陥の多い部分に再度SiO2パターン2を形成して、または欠陥の多い部分をエッチングした後再度SiO2パターン2を形成してもう一度ノンドープおよびSiドープ3C-SiC膜41を成長させても良い。
次に、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図10に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成する。
実施形態3と同様に、別の場所に赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成する。図6に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成する。
さらにその上に、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびInGaN(＜0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ1-20nmで3-7層形成する。図19に示すように、その上に、p型3C-SiC膜43を100-300nm形成する。P型3C-SiC 膜はP-構造となっている。その後、電極形成を行い、図19に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、p型3C-SiC 膜43を100-300nm形成する前に、GaNブロック層を5-30nm形成しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施形態９）
（実施形態９）
図13にスクライブラインを利用した白色ダイオードの電極構造を示す。また14,15,16,17に本発明の電極形成プロセスを示す。図14に示すように、p+コンタクトGaN領域23上にp型コンタクト用金属Ni/Au,Pd/Pt/Au,Pd/Mo/Au31、または透明導電性電極ITO31を形成し、エッチングにより電極構造を形成する。図15に示すように、SiN膜またはSiO2膜パターン32を形成する。そして、スクライブラインの底面をエッチングする。
図16に示すように、SiO2膜パターン32上にTiおよびSi合金電極33を形成する。このようにすると、アニールにより合金からSiが拡散し、下地n型GaNがN-であっても、コンタクトを取り易い。図17に示すように、n型用コンタクト金属Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Au34を形成する。これによりスクライブラインとその側面を利用した電極形成が完成する。
（実施形態１０）
（実施形態１０）
図18にスクライブラインを利用し、Mg含有多結晶シリコン35からのp-型GaNへのMg拡散とTiSi合金33からN-型GaNへのSiの拡散を利用してオーミックコンタクトを実現した白色ダイオードの断面図を示す。プロセスは実施形態10と同様であるが、フラッシュアニールを使用して多結晶シリコンからの不純物拡散を用いるところが異なる。
(実施形態１１)
(実施形態１１)
図19にスクライブラインを利用し、多結晶シリコンからの拡散を利用したn-
型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。BまたはAlを含んだｐ型多結晶シリコン51をp−型3C-SiC層43上に形成し、エッチングにより電極構造を形成する。またAsまたはPを含んだn型多結晶シリコン53を形成し、エッチングにより電極構造を形成する。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlまたはBおよびAsまたはPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取る。その上にp型オーミックコンタクト用電極54，n型オーミックコンタクト用55の電極を形成し、完成する。
(実施形態１２)
型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。BまたはAlを含んだｐ型多結晶シリコン51をp−型3C-SiC層43上に形成し、エッチングにより電極構造を形成する。またAsまたはPを含んだn型多結晶シリコン53を形成し、エッチングにより電極構造を形成する。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlまたはBおよびAsまたはPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取る。その上にp型オーミックコンタクト用電極54，n型オーミックコンタクト用55の電極を形成し、完成する。
(実施形態１２)
図20にスクライブラインを利用し、多結晶シリコンからの拡散を利用したn-
型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。BまたはAlを含んだｐ型多結晶シリコン51をp−型3C-SiC層43上に形成し、エッチングにより電極構造を形成する。またAsまたはPを含んだn型多結晶シリコン53を形成し、エッチングにより電極構造を形成する。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlまたはBおよびAsまたはPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取る。その上に金属電極61を形成し、完成する。
型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。BまたはAlを含んだｐ型多結晶シリコン51をp−型3C-SiC層43上に形成し、エッチングにより電極構造を形成する。またAsまたはPを含んだn型多結晶シリコン53を形成し、エッチングにより電極構造を形成する。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlまたはBおよびAsまたはPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取る。その上に金属電極61を形成し、完成する。
（実施例1）
図3,4,5に赤、緑、青発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3（a）に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。図3(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図3(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により3μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図3,4,5に赤、緑、青発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3（a）に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。図3(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図3(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により3μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図3(d)に示すように、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、GaInN量子井戸層を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで、層数は4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
図4(e)に示すように、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(b)-1および3C-SiC GaInN量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで、それぞれ3層ずつ形成した。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
図4(f)に示すように、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用GaInN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN(〜<0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。図4(g)に示すように、その上に、1050℃でTMG，NH3およびCp2Mgにより、p型GaN膜23を200nm形成した。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図2(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成する。ただし、p型GaN膜23を200nm形成する前に、1050℃でTMGとNH3によりGaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。
なお、クラッド層をGaNからAlNに変更してもよい。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
なお、クラッド層をGaNからAlNに変更してもよい。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例２）
図3,4,5に赤、緑、青発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。図３(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図3(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図3,4,5に赤、緑、青発光ダイオードを積層するプロセスを示す。図3(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。図３(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図3(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図3(d)に示すように、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、GaInN量子井戸層を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで、層数は4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
図4(e)に示すように、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H2を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図9に詳細を示すCリッチ3C-SiCクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで、それぞれ3層ずつ形成した。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
図4(f)に示すように、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用GaInN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成した。図5に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN(〜<0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。
図4(g)に示すように、その上に、1050℃でTMG，NH3およびCp2Mgにより、p型GaN膜23を200nm形成した。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図2(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成した。ただし、p型GaN膜23を200nm形成する前に、1050℃でTMGとNH3によりGaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、3C-SiCクラッド層をCリッチ3C-SiCからダイヤモンドライクカーボンに変えても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例３）
図5,6,7,8に赤、青発光ダイオードと緑発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図5(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成した。図5(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図5(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。
図5,6,7,8に赤、青発光ダイオードと緑発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図5(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成した。図5(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlNバッファー膜4を30nm形成した。図5(c)に示すように、MOCVDでノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。
図6(d)に示すように、SiO2パターン24を形成し、その後、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図10に詳細を示すAlNクラッド層22(b)-1および3C-SiC 量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。SiO2上にも3C-SiCは形成されるが、省略してある。
図6(e)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b)上にSiO2パターン24を形成し、さらに、その横に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用GaInN（〜0.4In）22(a)の多重量子井戸層を形成した。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(a)-1およびGaInN（〜0.4In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。
図6(f)に示すように、赤色発光用GaInN多重量子井戸層（〜0.4In）22(a)上に1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用多重量子井戸層（＜0.3In）22(c)を積層した。図10に詳細を示すGaNまたはAlNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。図7(g)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b) （バンドギャップ約2.38eV）上のSiO2パターンを除去した。
図7(h)に示すようにデバイス分離用SiO2パターン24を形成した。図8(i)に示すように、P-＋P+GaN層23を200nm形成する。その後、図8(ｊ)に示すように、デバイス分離用SiO2パターン24を除去する。さらに電極形成を行い、図2(b)に示す赤、青色発光層積層と緑色発光層を分離したデバイスを形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、クラッド層をAlNからGaNに変更しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例４）
図5,6,7,8に赤、青発光ダイオードと緑発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図5(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成した。図5(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlN バッファー膜4を30nm形成した。図5(c)に示すように、MOCVDによりノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図5,6,7,8に赤、青発光ダイオードと緑発光ダイオードを分離形成するプロセスを示す。図5(a)に示すように、Si基板1上にSiO2膜パターン2を形成した。図5(b)に示すように、MOCVDにより900℃でAlN バッファー膜4を30nm形成した。図5(c)に示すように、MOCVDによりノンドープおよびドープドGaN膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により5μm形成した。SiO2パターン2の上には良質なGaN膜がえられた。
図5(d)に示すように、SiO2パターン24を形成し、その後、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図10に詳細を示すでCリッチ3C-SiCクラッド層22(b)-1および3C-SiC 量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ７および5nmで4および3層形成した。SiO2上にも3C-SiCは形成されるが、省略してある。
図6(e)に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b)上にSiO2パターン24を形成し、さらに、その横に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用GaInN（〜0.4In）22(a)の多重量子井戸層を形成する。図6に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。
図6(f)に示すように、赤色発光用GaInN多重量子井戸層（〜0.4In）22(a)上に1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用多重量子井戸層（＜0.3In）22(c)を積層した。図10に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN（＜0.3In）量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。図7(g）に示すように、3C-SiC多重量子井戸層22(b) （バンドギャップ約2.38eV）上のSiO2パターンを除去した。
図7(h)に示すようにデバイス分離用SiO2パターン24を形成した。図8(i)に示すように、P-＋P+GaN層23を200nm形成した。その後、図8(ｊ)に示すように、デバイス分離用SiO2パターン24を除去した。さらに電極形成を行い、図2(b)に示す赤、青色発光層積層と緑色発光層を分離したデバイスを形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。尚、クラッド層をGaNからAlNに変更しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例５）
図11(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaN23を使用している。図11(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4（図示せず）を30nm形成した。図11(a)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H2、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜41を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられた。
図11(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaN23を使用している。図11(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成する。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4（図示せず）を30nm形成した。図11(a)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H2、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜41を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜がえられた。
実施例１と同様に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
次に、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図9に詳細を示すCリッチ3C-SiCクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
さらにその上に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN(＜0.4In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成する。図11(a)に示すように、その上に、ｐ型GaN膜23を200nm形成した。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図11(a）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成した。ただし、p型GaN膜23を200nm形成する前に、GaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、GaNクラッド層に代えて、Alクラッド層を使用しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例６）
図11(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaNを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4を30nm形成する。図11(b)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
図11(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型GaNを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4を30nm形成する。図11(b)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
次に、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図6に詳細を示すCリッチ3C-SiCクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成する。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
実施例3と同様に、別の場所に1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。図10に詳細を示すGaNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
さらにその上に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成した。図10に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびInGaN(＜0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。クラッド層はGaNである。
図11(b)に示すように、その上に、p型GaN膜23を200nm形成した。P型GaN膜はp-+p+構造となっている。その後、電極形成を行い、図11(b）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成した。ただし、p型GaN膜23を200nm形成する前に、GaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、GaNクラッド層に代えて、Alクラッド層を使用しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例７）
図12(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiC43を使用している。図12(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4（図示せず）を30nm形成した。図12(a)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
図12(a)に示すようにn型3C-SiC41上に赤、緑、青色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiC43を使用している。図12(a)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4（図示せず）を30nm形成した。図12(a)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
実施例１と同様に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。図9に詳細を示すGaNクラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
次に、減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、1000℃，0.3Torrで、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成した。図5に詳細を示すCリッチ3C-SiCまたはダイヤモンドライクカーボンクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
さらにその上に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成する。図5に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびGaInN(＜0.4In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。
図12(a)に示すように、その上に、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4，C2H4およびCp2Mgを使用して、p型3C-SiC 膜43を200nm形成する。P型3C-SiC 膜はP-構造となっている。その後、電極形成を行い、図14に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成した。ただし、、p型3C-SiC 膜43を200nm形成する前に、GaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、GaNクラッド層に代えて、Alクラッド層を使用しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例８）
図12(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiCを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4を30nm形成した。図12(b)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
図12(b)に示すように3C-SiC上に赤、青色発光およびこれとは分離して緑色発光ダイオードを積層した構造を示す。ただし、p型層としてp型3C-SiCを使用している。図12(b)に示すように、Si基板(1)上にSiO2膜パターン2を形成した。900℃で減圧CVD法により、SiH4およびC2H4を使用して、SiCバッファー膜4を30nm形成した。図12(b)に示すように、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4、さらにNH3を使用して、Nドープ3C-SiC膜21を、マイクロチャネルエピタキシー法により2μm形成した。またこの膜にイオン注入により、Pをドープし、n-とした。SiO2パターン2の上には良質な3C-SiC膜が得られた。
次に、1000℃で減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4およびC2H4を使用して、緑色発光用3C-SiC多重量子井戸層22(b)（バンドギャップ約2.38eV）を形成する。図10に詳細を示すCリッチ3C-SiCクラッド層22(b)-1および3C-SiC量子井戸層22(b)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。このようにして、緑色発光に対応する多重量子井戸層22(b)を形成した。
実施例3と同様に、別の場所に1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、赤色発光用多重量子井戸層GaInN(〜0.4In)23(a)を形成した。図6に詳細を示すGaNまたはAlNラッド層22(a)-1およびGaInN(〜0.4In)量子井戸層22(a)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで4および3層形成した。このようにして、下層に赤色発光に対応する多重量子井戸層22(a)を形成した。
さらにその上に、1050℃でトリメチルガリウム（TMG）とアンモニア(NH3）によりGaNクラッド層を形成し、800℃でTMG,NH3，およびトリメチルインジウム（TMI）により、青色発光用InGaN(＜0.3In)多重量子井戸層22(c)を形成した。図6に詳細を示すGaNクラッド層22(c)-1およびInGaN(＜0.3In)量子井戸層22(c)-2は、それぞれ厚さ7および5nmで3層ずつ形成した。
図12(b)に示すように、その上に、1000℃で減圧CVD法および減圧CVD法の原子層エピタキシー（ALE）により、SiH4，C2H4およびCp2Mgを使用して、p型3C-SiC膜43を200nm形成した。P型3C-SiC 膜はp-構造となっている。その後、電極形成を行い、図12(b）に示す赤、緑、青色積層発光ダイオードが完成した。ただし、p型3C-SiC 膜43を200nm形成する前に、GaNブロック層を10nm形成した。これにより白色発光ダイオードが得られた。なお、GaNクラッド層に代えて、Alクラッド層を使用しても良い。また赤発光ダイオードに代わり、GaInN(〜0.3In)の量子井戸層を持つ黄色発光ダイオードを使用しても良い。
（実施例９）
図13にスクライブラインを利用した白色ダイオードの電極構造を示す。また図14に本発明の電極形成プロセスを示す。図14(a)に示すように、p+コンタクトGaN領域23上にスパッタによりp型コンタクト用金属Ni/Au31を形成300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。図14(b)に示すように、SiN膜またはSiO2膜パターン32を形成する。そして、スクライブラインの底面をエッチングした。
図13にスクライブラインを利用した白色ダイオードの電極構造を示す。また図14に本発明の電極形成プロセスを示す。図14(a)に示すように、p+コンタクトGaN領域23上にスパッタによりp型コンタクト用金属Ni/Au31を形成300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。図14(b)に示すように、SiN膜またはSiO2膜パターン32を形成する。そして、スクライブラインの底面をエッチングした。
図14(c)に示すように、SiO2膜パターン32上にスパッタによりTiおよびSi合金電極33を300nm形成した。このようにすると、アニールにより合金からSiが拡散し、下地n型GaNがN-であっても、コンタクトを取りることができた。図14(d)に示すように、スパッタによりN型用コンタクト金属Ti/Au34を300nm形成した。これによりスクライブラインとその側面を利用した白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、Ni/Auに代わりPa/Pt/Au,Pd/Mo/Au、またTi/Auに代わり、Ti,Ni,Ni/Al,Alを使用しても良い。
（実施例１０）
図18にスクライブラインを利用し、スパッタによりMg含有多結晶シリコン35からのp-型GaNへのMg拡散とTiSi合金33からn-型GaNへのSiの拡散を利用してオーミックコンタクトを実現した白色ダイオードの断面図を示す。プロセスは実施例9と同様であるが、フラッシュアニールを使用し多結晶シリコンからの不純物拡散を用いるところが異なった。これにより白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、Mｇ含有多結晶シリコンにかわり，Mg，Ni合金/Au,Mg，Pa合金/Pt/Au,Mg，Pd合金/Mo/Au、またTiSi合金に代わり、In/SiまたはSn/Siを使用しても良い。
図18にスクライブラインを利用し、スパッタによりMg含有多結晶シリコン35からのp-型GaNへのMg拡散とTiSi合金33からn-型GaNへのSiの拡散を利用してオーミックコンタクトを実現した白色ダイオードの断面図を示す。プロセスは実施例9と同様であるが、フラッシュアニールを使用し多結晶シリコンからの不純物拡散を用いるところが異なった。これにより白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、Mｇ含有多結晶シリコンにかわり，Mg，Ni合金/Au,Mg，Pa合金/Pt/Au,Mg，Pd合金/Mo/Au、またTiSi合金に代わり、In/SiまたはSn/Siを使用しても良い。
(実施例１１)
図19にスクライブラインを利用し、低圧CVDによる多結晶シリコンからの拡散を利用したn-型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。Bを含んだp型多結晶シリコン51をP−型3C-SiC層43上に300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成する。また低圧CVDによるAsを含んだn型多結晶シリコン53を300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。
図19にスクライブラインを利用し、低圧CVDによる多結晶シリコンからの拡散を利用したn-型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。Bを含んだp型多結晶シリコン51をP−型3C-SiC層43上に300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成する。また低圧CVDによるAsを含んだn型多結晶シリコン53を300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。
その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、BおよびAsを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取った。その上にスパッタによりp型オーミックコンタクト用電極54，n型オーミックコンタクト用55の電極を300nmずつ形成し、白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、不純物をAsに代わり、PをまたBに代わりAlを使用しても良い。
(実施例１２)
図20にスクライブラインを利用し、低圧CVDによる多結晶シリコンからの拡散を利用したn-型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。低圧CVDによるAlを含んだp型多結晶シリコン51をp-型3C-SiC層43上に300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。また低圧CVDによるPを含んだn型多結晶シリコン53を300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlおよびPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取った。その上にスパッタにより金属電極61を形成し、白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、不純物をAlに代わり、BをまたPに代わりAsを使用しても良い。
図20にスクライブラインを利用し、低圧CVDによる多結晶シリコンからの拡散を利用したn-型3C-SiC41エピタキシャルおよびp-型3C-SiC43へのオーミックコンタクトを実現した白色発光ダイオード電極構造を示す。低圧CVDによるAlを含んだp型多結晶シリコン51をp-型3C-SiC層43上に300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。また低圧CVDによるPを含んだn型多結晶シリコン53を300nm形成し、エッチングにより電極構造を形成した。その後フラッシュアニールにより、多結晶シリコンからそれぞれ、AlおよびPを拡散させ、3C-SiCとのオーミックコンタクトを取った。その上にスパッタにより金属電極61を形成し、白色発光ダイオード用電極形成が完成した。なお、不純物をAlに代わり、BをまたPに代わりAsを使用しても良い。
1. 基板
2. SiO2パターン
3．SiO2開口部
4．バファー層
5. スクライブライン
21. n-またはn-+n+ＧａＮエピタキシャル層
22(a)．赤色発光MQWs（多重井戸層）
22(a)-1. クラッド層（AlNまたはGaN）
22(a)-2. ウェル層 （GaInN（＞0.3In））
22(b)．緑色発光MQWs（多重井戸層）
22(b)-1. クラッド層（AlNまたはGaNまたはCリッチSiCまたはダイヤモンドライクカーボン）
22(b)-2. ウェル層（3C-SiC）
22(c)．青色発光MQWs（多重井戸層）
22(c)-1. クラッド層（GaN）
22(c)-2. ウェル層GaInN（〜0.4In）
23.p-+p+ＧａＮエピタキシャル層
24．SiO2パターン
31.p型コンタクト電極（Ni/Au,Pa/Pt/Au,Pd/Mo/Au）
32．SiO2またはSi3N4パターン
33．TiSi合金（In/SiまたはSn/Si）
34．金属電極（Ti,Ni,Ni/AlまたはAl）
35．含有多結晶Si（Mg,Ni合金/Au,Mg,Pa合金/Pt/Au,Mg,Pd合金/Mo/Au）
36. n型コンタクト電極（Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Au）
41. n-3C-SiCエピタキシャル層
42(b)．緑色発光MQWs（3C-SiC多重井戸層）
42(b)-1. クラッド層（CリッチSiCまたはダイヤモンドライクカーボン）
42(b)-2. ウェル層（3C-SiC）
43.p-型3C-SiCエピタキシャル層
51. p型(B,Alドープ)多結晶シリコン
52. SiO2またはSi3N4パターン
53. n型(As,Pドープ)多結晶シリコン
54．p型コンタクト電極（Ni/Au,Pa/Pt/Au,Pd/Mo/Au）
55. n型コンタクト電極（Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Au）
61. 金属電極（Ti,Ni,Ni/AlまたはAl）
2. SiO2パターン
3．SiO2開口部
4．バファー層
5. スクライブライン
21. n-またはn-+n+ＧａＮエピタキシャル層
22(a)．赤色発光MQWs（多重井戸層）
22(a)-1. クラッド層（AlNまたはGaN）
22(a)-2. ウェル層 （GaInN（＞0.3In））
22(b)．緑色発光MQWs（多重井戸層）
22(b)-1. クラッド層（AlNまたはGaNまたはCリッチSiCまたはダイヤモンドライクカーボン）
22(b)-2. ウェル層（3C-SiC）
22(c)．青色発光MQWs（多重井戸層）
22(c)-1. クラッド層（GaN）
22(c)-2. ウェル層GaInN（〜0.4In）
23.p-+p+ＧａＮエピタキシャル層
24．SiO2パターン
31.p型コンタクト電極（Ni/Au,Pa/Pt/Au,Pd/Mo/Au）
32．SiO2またはSi3N4パターン
33．TiSi合金（In/SiまたはSn/Si）
34．金属電極（Ti,Ni,Ni/AlまたはAl）
35．含有多結晶Si（Mg,Ni合金/Au,Mg,Pa合金/Pt/Au,Mg,Pd合金/Mo/Au）
36. n型コンタクト電極（Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Au）
41. n-3C-SiCエピタキシャル層
42(b)．緑色発光MQWs（3C-SiC多重井戸層）
42(b)-1. クラッド層（CリッチSiCまたはダイヤモンドライクカーボン）
42(b)-2. ウェル層（3C-SiC）
43.p-型3C-SiCエピタキシャル層
51. p型(B,Alドープ)多結晶シリコン
52. SiO2またはSi3N4パターン
53. n型(As,Pドープ)多結晶シリコン
54．p型コンタクト電極（Ni/Au,Pa/Pt/Au,Pd/Mo/Au）
55. n型コンタクト電極（Ti/AuまたはTi/Al/Mo/Au）
61. 金属電極（Ti,Ni,Ni/AlまたはAl）
Claims (20)
- 基板上にn型GaN層と、その上にGaInN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた赤色発光用多重量子井戸層と、さらにその上の3C-SiC量子井戸層およびダイヤモンドライクカーボンクラッド層を備えた緑色発光用多重量子井戸層と、またさらにそのGaAlN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた青色発光用多重量子井戸層と、その上のp型GaN層からなり、それぞれ赤色、緑色、また青色を発光させ、白色光を合成できるようにしたことを特徴とする白色発光ダイオード。
- シリコン基板上にn型GaN層と、その上に3C-SiC量子井戸層およびダイヤモンドライクカーボンクラッド層を備えた緑色発光用多重量子井戸層と、同一チップ上に、これとは分離してGaInN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた赤色発光用多重量子井戸層と、さらにその上のGaAlN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた青色発光用多重量子井戸層構造からなり、それぞれ緑色、および赤色および青色を発光させ、白色光が合成できるようにしたことを特徴とする白色発光ダイオード。
- 基板上にn型3C-Siと、その上にGaInN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた赤色発光用多重量子井戸層と、さらにその上の3C-SiC量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた緑色発光用多重量子井戸層と、またさらにそのGaAlN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた青色発光用多重量子井戸層と、その上のp型GaN層からなり、それぞれ赤色、緑色、また青色を発光させ、白色光を合成できるようにしたことを特徴とする白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光、緑色および青色発光多重量子井戸内のクラッド層がAlN層であることを特徴とする請求項３に記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がCリッチ3C-SiC層であることを特徴とする請求項３に記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする請求項３記載の白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光ダイオードに代わり、黄色発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項３記載の白色発光ダイオード。
- シリコン基板上にn型3C-Siと、その上に3C-SiC量子井戸層およびGaNクラッドを備えた緑色発光用多重量子井戸層と、同一チップ上に、これとは分離してGaInN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた赤色発光用多重量子井戸層と、さらにその上のGaAlN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた青色発光用多重量子井戸層構造からなり、それぞれ緑色、および赤色および青色を発光させ、白色光が合成できるようにしたことを特徴とする白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光、緑色および青色発光多重量子井戸内のクラッド層がAlN層であることを特徴とする請求項７記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がCリッチ3C-SiC層であることを特徴とする請求項７記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする請求項７記載の白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光ダイオードに代わり、黄色発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項７記載の白色発光ダイオード。
- 基板上にn型GaN層と、その上にGaInN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた赤色発光用多重量子井戸層と、さらにその上の3C-SiC量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた緑色発光用多重量子井戸層と、またさらにそのGaAlN量子井戸層およびGaNクラッド層を備えた青色発光用多重量子井戸層と、その上のp型3C-SiCからなり、それぞれ赤色、緑色、また青色を発光させ、白色光を合成できるようにしたことを特徴とする白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光、緑色および青色発光多重量子井戸内のクラッド層がAlN層であることを特徴とする請求項１３に記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がCリッチ3C-SiC層であることを特徴とする請求項１３に記載の白色発光ダイオード。
- 前記緑色発光多重量子井戸内のクラッド層がダイヤモンドライクカーボン層であることを特徴とする請求項１３に記載の白色発光ダイオード。
- 前記赤色発光ダイオードに代わり、黄色発光ダイオードを用いたことを特徴とする請求項１３に記載の白色発光ダイオード。
- 基板上に、n型GaN層をエピタキシャル成長することと、次に赤色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、次に緑色発光用3C-SiC層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、さらに青色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、その後、フラッシュアニールにより、p型GaN層に対し、マグネシウム含有多結晶シリコンからのマグネシウム拡散とn型GaN層に対してTi/Si合金からのシリコン拡散を行いことにより、オーミックコンタクトをとることを特徴とする白色発光ダイオードの製造方法。
- 基板上に、n型GaN層をエピタキシャル成長することと、緑色発光用3C-SiC層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、次に、別な場所に赤色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、さらにその上に青色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、p型GaN層をエピタキシャル成長することと、その後、フラッシュアニールにより、p型GaN層に対し、マグネシウム含有多結晶シリコンからのマグネシウム拡散とn型GaN層に対してTi/Si合金からのシリコン拡散を行うことにより、オーミックコンタクトをとることを特徴とする白色発光ダイオードの製造方法。
- 基板上に、n型3C-SiC層をエピタキシャル成長することと、次に赤色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長し、次に緑色発光用3C-SiC層からなる量子井戸層とCリッチ3C-SiC層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、さらに青色発光用GaInN層からなる量子井戸層とGaN層からなるクラッド層をエピタキシャル成長することと、p型3C-SiC層をエピタキシャル成長することと、その後、フラッシュアニールにより、p型3C-SiC層に対し、Al含有多結晶シリコンからのアルミニウム拡散とn型3C-SiC層に対して多結晶シリコンからのP拡散を行い、オーミックコンタクトをとることを特徴とする白色発光ダイオードの製造方法。
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