JP6653665B2 - 半導体画素、このような画素のマトリクス、このような画素を製造するための半導体構造、およびそれらの製作方法 - Google Patents
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Description
−簡単なやり方で無機半導体(したがって、潜在的に高光度を有する)から製造され得、例えば10μm以下の横方向サイズまで小型化され得る半導体画素構造、
−スクリーン、プロジェクタまたは点燈装置において使用され得るこのような画素のマトリクス、
−このような画素または画素のマトリクスを製造するために使用され得るモノリシック半導体構造、および
−このような画素または画素のマトリクスを製作する方法、を獲得することを目的とする。
−それぞれの前記副画素は、電流が通されると第1の波長の光を発射するように構成された第1の活性層を含み、
−少なくとも1つの前記副画素(第1の副画素と称される)はまた、電流が流され得るように前記第1の活性層の両側に配置された第1と第2の電極を含み、
−前記副画素のうちの別の副画素(第2の副画素と称される)はまた、前記第1の波長より長い第2の波長の光を発射するように構成された第2の活性層を含み、
−前記副画素のうちの別の副画素(第3の副画素と称される)はまた、前記第1の波長より長くかつ前記第2の波長と異なる第3の波長の光を発射するように構成された第3の活性層を含み、
前記第2と第3の活性層の少なくとも1つは、同じ副画素の前記第1の活性層により発射された第1の波長の光により励起されると前記光を発射するように構成され、前記画素は、
前記第1の活性層は前記第2の波長に対して少なくとも部分的に透明であり得、前記第2の副画素の前記第2の活性層は前記第1の活性層の第1の側に配置され、電流が横切ると前記第2の波長の前記光を発射するように構成され、前記第2の副画素はまた、電流が前記第1の活性層を通ることなく前記第2の活性層を通れるように前記第2の活性層の両側に配置された第3および第4の電極を含み、前記第3の副画素の前記第3の活性層は、前記第1の側と反対の前記第1の活性層の第2の側に配置され、前記第3の副画素の前記第1の活性層により発射された第1の波長の光により励起されると、前記第3の波長の前記光を発射するように構成され、前記第3の副画素はまた、電流が流され得るように前記第1の活性層の両側に配置された第5と第6の電極を含むことを特徴とする。
−前記第1の波長は可視スペクトルの青色部分に、前記第2の波長はその赤色部分に前記第3の波長はその緑色部分に属し得る。
−変形形態として、前記第1の波長は可視スペクトルの青色部分に、前記第2の波長はその緑色部分に前記第3の波長はその赤色部分に属し得る。
−このような画素はモノリシック構造を呈示し得る。代替的に、このような画素は、次に追加される前記第3の活性層を除きモノリシック構造を呈示し得る。
−前記活性層は(Al,Ga,In)Nに基づき製造され得る。
−前記副画素の前記第1の活性層は同じ組成および同じ構造の同一平面上にあり得る。
a)上述のような半導体構造を獲得する工程と、
b)少なくとも前記第1と第2の活性層を貫通するエッチングにより、それぞれの副画素を形成するように意図された第1、第2、および第3のパッドを画定するように前記構造をエッチングする工程と、
c)前記第2の活性層を除去するように前記第2のパッドではなく前記第1のパッドと前記第3のパッドをエッチングする工程と、
d)前記第3の前記第2の活性層の両側に位置する一対の電気的コンタクトと前記第1と第2のパッドの前記第1の活性層の両側に位置する二対の電気的コンタクトとを製造する工程と、
e)前記基板を除去する工程と、
f)前記第3のパッドではなく前記第1と第2のパッドに対応する前記第3の活性層を除去するように構造をエッチングする工程とを含む。
a’)第1の波長と称する波長の光を発射するように構成された第1の活性層と称するエレクトロルミネセンス層を含む発光ダイオードを形成する半導体層の第1のサブセットと、前記第1の波長より長い第2の波長と称する波長の光を発射するように構成された第2の活性層(52’)と称するエレクトロルミネセンス層を含む発光ダイオードを形成する半導体層の第2のサブセットとを含む半導体構造を獲得する工程と、
b)前記第1と第2の活性層を貫通するエッチングにより、それぞれの副画素を形成するように意図された第1、第2、および第3のパッドを画定するように前記構造をエッチングする工程と、
c)前記第2の活性層を除去するように前記第2のパッドではなく前記第1のパッドと前記第3のパッドをエッチングする工程と、
d)前記第3の前記第2の活性層の両側に位置する一対の電気的コンタクトと前記第1と第2のパッドの前記第1の活性層の両側に位置する二対の電気的コンタクトとを製造する工程と、
e)前記基板を除去する工程と、
f’)前記基板の代わりに、前記第1の波長の光により励起されると第3の波長の光を発射するように構成された第3の活性層と称するフォトルミネセンス層を追加し、次に、前記第1と第2のパッドに対応する前記第3の活性層をエッチングすることにより除去する工程、または、前記第1と第2のパッドを除いて前記第3パッドに対応する前記第3の活性層を追加する工程のいずれかの工程とを含む。
−「光」または「発光放射」により380〜780nmの波長の電磁放射、
−「青色光」または「青色放射」により380〜490nmの波長、好適には430nm〜470nmの波長の電磁放射、
−「緑色光」または「緑色放射」により500nm〜560nmの波長、好適には510nm〜530nmの波長の電磁放射、
−「赤色光」または「赤色放射」により600〜780nmの波長、好適には610nm〜640nmの波長の電磁放射、
−「部分的透明層」により、25%以上、有利には50%以上、好適には75%以上、さらにより好適なやり方では90%以上、または実に95%以上の透過率を呈示する層であることを理解する。
−例えばサファイアで作られた基板1、この基板は製作方法の過程で削除されることになり、結局、構造を構成する他の層のエピタキシャル成長を可能にするという条件で、その性質は、ほとんど重要ではないものである。したがってサファイアの代わりに例えばSi、SiCまたはZnOで作られた基板を使用することが可能だろう。
−電気伝導機能だけを有する例えば2μmに等しい厚さのタイプnドープGaNの層21と、量子井戸(Ga,In)N/(Al,Ga,In)Nの積層を含みまたタイプnのドープを呈示するまたは意図的にドープされていなくかつ青色光放射により励起されると緑色光放射を発射することができる「活性」(すなわち発光)層22とを順番に含む半導体層2の第1のサブセット。活性層は例えば50In0.25Ga0.75N(2nm)/GaN(10nm)周期を含み得る。
−発光ダイオードを形成する半導体層3の第2のサブセットであって、nドープGaNの層31(1μm)を含み、nドープのまたは意図的にドープされなくかつ電気的に励起されると青色放射を発射することができる量子井戸(Ga,In)N/(Al,Ga,In)Nの積層(例えば5In0.15Ga0.85N(2nm)/GaN(10nm)周期を含む)を含む「活性」層32と、pn接合を形成するようにpドープGaNの別の層33(例えば200nmに等しい厚さの)とを含む半導体層3の第2のサブセット。
−トンネル接合4(例えば50nmに等しい厚さのp++/n++)。
−発光ダイオードを形成する半導体層5の第3のサブセットであって、nドープGaN(1μm)の層51と、nドープのまたは意図的にドープされなくかつ電気的に励起されると赤色放射を発射することができる量子井戸(Ga,In)N/(Al,Ga,In)Nの積層(例えば5In0.40Ga0.60N(2nm)/GaN(10nm)周期を含む)を含む「活性」層52と、pn接合とp++ドープコンタクト層54(20nm)とを形成するようにpドープGaN(200nm)の別の層53とを含む半導体層5の第3のサブセット。トンネル接合4は、ダイオード3、5が順バイアスされると逆バイアスされるであろう寄生pn接合を層33、51が形成するのを妨げ得るようにするということに注意されたい。原理的には、トンネル接合を使用しないように構造を修正することが可能だろうが、これは、pドープ層上でエッチング工程を停止することを強制させるであろう。これは技術的理由のために望ましくない。
−深さという意味で層31まで延びる2つの溝S1、S2により分離されたそれぞれの副画素を形成するように意図された3つのパッドP1、P2、P3を画定する第1のエッチング工程であって、同じ深さの第3の溝S3はパッドP3の側でエッチングされる、工程。これらの溝が少なくとも活性層32、52を貫通することは重要であるが、基板に至るまでの構造全体を貫通しない。
−層52、53、54と、層51の一部と、パッドP1、P3とを除去してパッドP2の層52のレベルに「階段」を作製する第2のエッチング工程。
−溝S2、S3の底部のおよび前述の「階段」上のパッドP1、P2、P3の頂点に電気的コンタクトを作製する金属堆積工程。これらの電気的コンタクトは参照子C11、C12、C21、C22、C31、C32により識別される。
Claims (10)
- それぞれが半導体層の積層を含む互いに並んで配置された少なくとも3つの副画素(P1,P2,P3;P1’,P2’,P3’;P1”,P2”,P3”)を含む画素であって、
−前記それぞれの副画素は電流が通されると、第1の波長(λ1)の光を発射するように構成された第1の活性層(32,360)を含み、
−第1の副画素(P1,P1’,P1”)と称される少なくとも1つの前記副画素はまた、電流が通り得るように前記第1の活性層の上側と下側に配置された第1の電極(C11)と第2の電極(C12)とを含み、
−前記副画素のうちの第2の副画素(P2,P2’,P2”)と称される別の副画素はまた、前記第1の波長より長い第2の波長(λ2)の光を発射するように構成された第2の活性層(52,52’)を含み、
−前記副画素のうちの第3の副画素(P3,P3’,P3”)と称される別の副画素はまた、前記第1の波長より長くかつ前記第2の波長と異なる第3の波長(λ3)の光を発射するように構成された第3の活性層(22,6,320)を含み、
前記第2と第3の活性層の少なくとも1つは、対応する副画素の前記第1の活性層により発射された前記第1の波長の光により励起されると光を発射するように構成され、前記画素は、
−前記副画素が、2つの溝(S1、S2)によって分離され、第3の溝(S3)が、前記第3の副画素の側でエッチングされ、前記3つの溝は、少なくとも第1および第2の活性層を貫通し、
−前記第1の活性層(32)は前記第2の波長(λ2)に対して少なくとも部分的に透明であり、
−前記第2の副画素の前記第2の活性層(52,52’)は前記第1の活性層の第1の側に配置され、電流が横切ると前記第2の波長(λ2)の前記光を発射するように構成され、
前記第2の副画素はまた、電流が前記第1の活性層を通ることなく前記第2の活性層を通り得るように前記第2の活性層の上側と下側に配置された第3の電極(C21)と第4の電極(C22)とを含み、
−前記第3の副画素の前記第3の活性層(22,6)は、前記第1の側と反対の前記第1の活性層の第2の側に配置され、前記第3の副画素の前記第1の活性層により発射された第1の波長の光により励起されると、前記第3の波長(λ3)の前記光を発射するように構成され、前記第3の副画素はまた、電流が通り得るように前記第1の活性層の上側と下側に配置された第5の電極(C31)と第6の電極(C32)とを含むことを特徴とする、画素。 - 前記第1の波長は可視スペクトルの青色部分に、前記第2の波長はその赤色部分に前記第3の波長はその緑色部分に属する、請求項1に記載の画素。
- 前記第1の波長は可視スペクトルの青色部分に、前記第2の波長はその緑色部分に前記第3の波長はその赤色部分に属する、請求項1に記載の画素。
- モノリシック構造を備える請求項1から3のいずれか一項に記載の画素。
- 追加される前記第3の活性層(6)を除きモノリシック構造を備える請求項3に記載の画素。
- 前記活性層は(Al,Ga,In)N族の材料を使用して製造される、請求項1から5のいずれか一項に記載の画素。
- 前記第1、第2および第3の副画素の前記第1の活性層は、同じ組成および同じ構造の同一平面である、請求項1から6のいずれか一項に記載の画素。
- 前記第1、第2および第3の副画素の制御回路を担持するホスト基板(7)上にハイブリッド化された画素のマトリクスにおいて、前記第2および第3の活性層はそれぞれ前記ホスト基板に最も近いおよびそれから最も遠い活性層である、請求項1から7のいずれか一項に記載の画素を複数含む画素のマトリクス。
- 請求項1から3のいずれか一項に記載の画素を製作する方法であって、
a)基板(1)上に堆積された半導体のエピタキシャル層の積層を含む半導体構造を獲得する工程であって、前記積層は、前記基板から始まり、
−第3の波長(λ 3 )と称する波長の光を発射するように構成された第3の活性層と称する少なくとも1つのフォトルミネセンス層(22)を含む同一タイプのドーピングを呈示する半導体層(2)の第1のサブセットを含み、次に、
−第1の波長(λ 1 )と称する波長の光を発射するように構成された第1の活性層と称するエレクトロルミネセンス層(32)を含む発光ダイオードを形成する半導体層(3)の第2のサブセットを含み、次に、
−第2の波長(λ 2 )と称する波長の光を発射するように構成された第2の活性層と称するエレクトロルミネセンス層(52)を含む発光ダイオードを形成する半導体層(5)の第3のサブセットを含み、
前記第1、第2および第3の波長は互いに異なり、前記第1の波長は前記第2と第3の波長より短い、工程と、
b)少なくとも前記第1と第2の活性層を貫通するエッチングにより、それぞれの副画素を形成するように意図された第1のパッド(P1)、第2のパッド(P2)、および第3のパッド(P3)を画定するように前記構造をエッチングする工程であって、前記第1、第2および第3のパッドは、それぞれ、前記第1、第2および第3の副画素に対応する、工程と、
c)前記第2の活性層を除去するように前記第2のパッドではなく前記第1のパッドと前記第3のパッドをエッチングする工程と、
d)前記第2のパッドの前記第2の活性層の上側と下側に位置する一対の電気的コンタクト(C 21 ,C 22 )と前記第1と第3のパッドの前記第1の活性層の上側と下側に位置する二対の電気的コンタクト(C11,C12;C 31 ,C 32 )を製造する工程と、
e)前記基板を除去する工程と、
f)前記第3のパッドではなく前記第1と第2のパッドに対応する前記第3の活性層を除去するように構造をエッチングする工程とを含む、方法。 - 請求項5に記載の画素を製作する方法であって、
a’)第1の波長と称する波長の光を発射するように構成された第1の活性層(32)と称するエレクトロルミネセンス層を含む発光ダイオードを形成する半導体層の第1のサブセット(3’)と、前記第1の波長より長い第2の波長と称する波長の光を発射するように構成された第2の活性層(52’)と称するエレクトロルミネセンス層を含む発光ダイオードを形成する半導体層の第2のサブセット(5’)とを含む半導体構造を獲得する工程と、
b)前記第1と第2の活性層を貫通するエッチングにより、それぞれの副画素を形成するように意図された第1のパッド(P1’)、第2のパッド(P2’)、および第3のパッド(P3’)を画定するように前記構造をエッチングする工程であって、前記第1、第2および第3のパッドは、それぞれ、前記第1、第2および第3の副画素に対応する、工程と、
c)前記第2の活性層を除去するように前記第2のパッドではなく前記第1のパッドと前記第3のパッドをエッチングする工程と、
d)前記第2のパッドの前記第2の活性層の上側と下側に位置する一対の電気的コンタクト(C21,C22)と前記第1と第3のパッドの前記第1の活性層の上側と下側に位置する二対の電気的コンタクト(C11,C12;C31,C32)を製造する工程と、
e)前記基板を除去する工程と、
f’)前記基板の代わりに、前記第1の波長の光により励起されると第3の波長の光を発射するように構成された第3の活性層と称するフォトルミネセンス層を追加し、次に、前記第1と第2のパッドに対応する前記第3の活性層をエッチングすることにより除去する工程、または、前記第1と第2のパッドを除いて前記第3パッドに対応する前記第3の活性層を追加する工程のいずれかの工程とを含む、方法。
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