JP5911132B2 - 半導体デバイス - Google Patents
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Description
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。
(実施形態1)
(実施形態2)
(実施形態3)
(実施形態4)
(実施形態5)
(実施形態6)
(実施形態7)
(実施形態8)
(実施形態9)
(実施形態10)
(実施形態11)
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。その上に金属電極61を形成し、完成する。
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。
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。
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(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(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。
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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