JP6936358B2 - Methods for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices - Google Patents

Methods for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices Download PDF

Info

Publication number
JP6936358B2
JP6936358B2 JP2020081029A JP2020081029A JP6936358B2 JP 6936358 B2 JP6936358 B2 JP 6936358B2 JP 2020081029 A JP2020081029 A JP 2020081029A JP 2020081029 A JP2020081029 A JP 2020081029A JP 6936358 B2 JP6936358 B2 JP 6936358B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
type region
light emitting
layer
region
growing
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.)
Active
Application number
JP2020081029A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020184630A (en
Inventor
ワイルドソン，アイザック
デブ，パリジャット
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
小林，淳子
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 JP2018560942A external-priority patent/JP6701385B2/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 JP2020184630A publication Critical patent/JP2020184630A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6936358B2 publication Critical patent/JP6936358B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02266—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by physical ablation of a target, e.g. sputtering, reactive sputtering, physical vapour deposition or pulsed laser deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02107—Forming insulating materials on a substrate
    • H01L21/02225—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer
    • H01L21/0226—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process
    • H01L21/02263—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase
    • H01L21/02271—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition
    • H01L21/02274—Forming insulating materials on a substrate characterised by the process for the formation of the insulating layer formation by a deposition process deposition from the gas or vapour phase deposition by decomposition or reaction of gaseous or vapour phase compounds, i.e. chemical vapour deposition in the presence of a plasma [PECVD]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic System or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
    • H01L21/324—Thermal treatment for modifying the properties of semiconductor bodies, e.g. annealing, sintering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/0008—Devices characterised by their operation having p-n or hi-lo junctions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/0004—Devices characterised by their operation
    • H01L33/002—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap
    • H01L33/0025—Devices characterised by their operation having heterojunctions or graded gap comprising only AIIIBV compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/26—Materials of the light emitting region
    • H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system
    • H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of group III and group V of the periodic system containing nitrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/36—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 body packages
    • H01L33/62—Arrangements for conducting electric current to or from the semiconductor body, e.g. lead-frames, wire-bonds or solder balls

Description

本特許出願は、発光デバイスに関する。 This patent application relates to a light emitting device.

関連出願への相互参照
本特許出願は、２０１６年５月２０日付の米国仮特許出願第６２／３３９４１２号および２０１６年７月１４日付の欧州特許出願第１６１７９４３４．２号に基づく優先権を主張するものである。これらのコンテンツは、これにより、その全体が明らかにされるかのように、参照により、ここにおいて包含されている。 Mutual reference to related applications This patent application claims priority under US Provisional Patent Application No. 62/339421 dated May 20, 2016 and European Patent Application No. 16179434.2 dated July 14, 2016. It is a thing. These contents are incorporated herein by reference as if by this revealing them in their entirety.

発光ダイオード（ＬＥＤ）、共振空洞発光ダイオード（ＲＣＬＥＤ）、垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ）、および端面発光レーザを含む半導体発光デバイスは、現在利用可能な最も効率的な光源のうち１つである。可視スペクトルにわたり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の材料系は、III−V族半導体を含んでいる。特には、ガリウム、アルミニウム、インジウム、および窒素の二元、三元、および四元合金を含んでおり、III族窒化物材料としても参照されている。 Semiconductor light emitting devices, including light emitting diodes (LEDs), resonant cavity light emitting diodes (RCLEDs), vertical cavity surface emitting lasers (VCSELs), and end face emitting lasers, are among the most efficient light sources currently available. be. Material systems of current interest in the manufacture of bright light emitting devices capable of operating over the visible spectrum include group III-V semiconductors. In particular, it contains binary, ternary, and quaternary alloys of gallium, aluminum, indium, and nitrogen, and is also referred to as a group III nitride material.

典型的には、III族窒化物発光デバイスは、有機金属化学気相成長法（metal-organic chemical vapor deposition、ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）、または他のエピタキシャル技術によって、サファイア、炭化ケイ素（silicon carbide）、III族窒化物、または他の適切な基板上に異なる組成およびドーパント濃度の半導体層のスタック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、基板上に形成されている、例えばＳｉを用いてドープされた１つまたはそれ以上のｎ型層、ｎ型層の上に形成されている活性領域における１つまたはそれ以上の発光層、および、活性領域に上に形成されている、例えばＭｇを用いてドープされた１つまたはそれ以上のｐ型層を含んでいる。電気コンタクトが、ｎ型およびｐ型領域上に形成されている。 Typically, group III nitride light emitting devices are sapphire, silicon carbide (by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or other epitaxial techniques. Manufactured by epitaxially growing a stack of semiconductor layers of different compositions and dopant concentrations on silicon carbide), group III nitrides, or other suitable substrates. Stacks are often formed on a substrate, eg, one or more n-type layers doped with Si, one or more in the active region formed on top of an n-type layer. It comprises a light emitting layer and one or more p-type layers formed above the active region, eg, doped with Mg. Electrical contacts are formed on the n-type and p-type regions.

市販のIII族窒化物ＬＥＤにおいて、半導体構造体は、典型的にＭＯＣＶＤによって成長させられる。ＭＯＣＶＤの最中に使用される窒素源は、典型的にはアンモニアである。アンモニアが解離すると、水素が生成される。水素は、マグネシウムと錯体（complex）を形成する。ｐ型材料の成長の最中にｐ型ドーパントとして使用されるものである。水素錯体は、マグネシウムのｐ型特性を非活性化させ、ｐ型材料のドーパント濃度を効果的に低下させており、デバイスの効率を低下させる。ｐ型材料の成長の後で、水素を追い出すこと（driving off）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。 In commercially available group III nitride LEDs, the semiconductor structure is typically grown by MOCVD. The nitrogen source used during MOCVD is typically ammonia. When ammonia dissociates, hydrogen is produced. Hydrogen forms a complex with magnesium. It is used as a p-type dopant during the growth of p-type materials. The hydrogen complex deactivates the p-type property of magnesium, effectively reduces the dopant concentration of the p-type material, and reduces the efficiency of the device. After the growth of the p-type material, the structure is annealed to break the hydrogen-magnesium complex by driving off.

ここにおいて説明されるのは、発光デバイスについて層を成長させるためにリモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）およびスパッタリング堆積を使用するための方法である。方法は、成長基板上に発光デバイス構造体を成長させるステップ、および、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して発光デバイス構造体上にトンネル接合を成長させるステップを含む。発光デバイス構造体は、ｎ型領域、発光領域、およびｐ型領域を含む。トンネル接合は、ｐ型領域と直接接触するｐ＋＋層、および、ｐ＋＋層と直接接触するｎ＋＋層を含む。ここで、ｐ＋＋層は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積の少なくとも１つを使用することによって成長する。デバイスを成長させるための別の方法は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して成長基板上にｐ型領域を成長させるステップ、ｐ型領域上に発光領域を成長させるステップ、および、発光領域上にｎ型領域を成長させるステップを含む。ここで、ｐ型領域、発光領域、およびｎ型領域は、III族窒化物材料から作られている。デバイスを成長させるための別の方法は、成長基板上にｐ型領域を成長させるステップ、ｐ型領域上に発光領域を成長させるステップ、および、発光領域上にｎ型領域を成長させるステップを含む。ここで、発光領域とｎ型領域のうち少なくとも１つは、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによって成長する。 Described herein are methods for using remote plasma chemical vapor deposition (RP-CVD) and sputtering deposition to grow layers for light emitting devices. The method comprises growing a light emitting device structure on a growth substrate and growing a tunnel junction on the light emitting device structure using at least one of RP-CVD and sputtering deposition. The light emitting device structure includes an n-type region, a light emitting region, and a p-type region. The tunnel junction includes a p ++ layer in direct contact with the p-type region and an n ++ layer in direct contact with the p ++ layer. Here, the p ++ layer grows by using at least one of RP-CVD and sputtering deposition. Another method for growing a device is to grow a p-type region on a growth substrate using at least one of RP-CVD and sputtering deposition, a step of growing a light emitting region on a p-type region, It also includes a step of growing an n-type region on the light emitting region. Here, the p-type region, the light emitting region, and the n-type region are made of a group III nitride material. Another method for growing the device includes a step of growing a p-type region on a growth substrate, a step of growing a light emitting region on the p-type region, and a step of growing an n-type region on the light emitting region. .. Here, at least one of the light emitting region and the n-type region grows by using at least one of RP-CVD and sputtering deposition.

添付の図面と併せて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だろう。
図１は、窒素源としてアンモニアを使用して、デバイスのための層を成長させるステップについての説明図である。 図２は、アンモニア環境において、デバイスを成長させるステップについての説明図である。 図３は、デバイスにおいてアニールされたｐ型層を示している説明図である。 図４は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、デバイスを成長させるステップについての説明図である。 図５は、所定の実施形態に従った、一つの例示的な発光ダイオード（ＬＥＤ）である。 図６は、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、図５のＬＥＤを成長させるステップについての例示的なフローチャートである。 図７は、所定の実施形態に従った、一つの例示的なトンネル接合型ＬＥＤである。 図８は、所定の実施形態に従った、図７のトンネル接合型ＬＥＤを製造するための一つの例示的な方法である。 図９は、所定の実施形態に従った、別の例示的なトンネル接合型ＬＥＤである。 図１０は、所定の実施形態に従った、図９のトンネル接合型ＬＥＤを製造するための一つの例示的な方法である。 A more detailed understanding can be obtained from the following explanation given as an example along with the attached drawings.
FIG. 1 is an explanatory diagram of a step of growing a layer for a device using ammonia as a nitrogen source. FIG. 2 is an explanatory diagram of steps for growing a device in an ammonia environment. FIG. 3 is an explanatory view showing an annealed p-type layer in the device. FIG. 4 is an explanatory diagram of a step of growing a device using at least one of RP-CVD and sputtering deposition. FIG. 5 is an exemplary light emitting diode (LED) according to a predetermined embodiment. FIG. 6 is an exemplary flow chart for the steps of growing the LED of FIG. 5 using at least one of RP-CVD and sputtering deposition. FIG. 7 is an exemplary tunnel junction LED according to a predetermined embodiment. FIG. 8 is an exemplary method for manufacturing the tunnel junction LED of FIG. 7 according to a predetermined embodiment. FIG. 9 is another exemplary tunnel junction LED according to a predetermined embodiment. FIG. 10 is an exemplary method for manufacturing the tunnel junction LED of FIG. 9 according to a predetermined embodiment.

発光デバイスにおいて層（layers）を成長させるために、リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用するための方法についての図および説明は、明確な理解のために適切なエレメントを説明するように簡略化されており、一方で、明確化の目的のために、典型的なデバイス処理において見られる他の多くのエレメントを省略していることが理解されるべきである。当業者であれば、他のエレメント及び／又はステップが、本発明の実施において望ましく、かつ／あるいは、必要であることを認識するだろう。しかしながら、そのようなエレメントおよびステップは、当該技術分野において周知であり、そして、それらは本発明のより良い理解を促進しないので、そうしたエレメントおよびステップの説明は、ここにおいて提供されない。 Figures and explanations for methods for using at least one of remote plasma chemical vapor deposition (RP-CVD) and sputtering deposition to grow layers in a light emitting device are provided for a clear understanding. It should be understood that it has been simplified to describe the appropriate elements for, while omitting many other elements found in typical device processing for clarity purposes. Is. Those skilled in the art will recognize that other elements and / or steps are desirable and / or necessary in the practice of the present invention. However, no description of such elements and steps is provided herein as such elements and steps are well known in the art and they do not facilitate a better understanding of the present invention.

従来のIII族窒化物発光ダイオード（ＬＥＤ）においては、ｎ型領域が最初に基板上で成長し、活性領域（または発光領域）およびｐ型領域がそれに続く。ここにおいてで使用されるように、領域（region）という用語は、特定された領域の少なくとも１つの層を参照し、例えば、ｎ型領域は１つまたはそれ以上のｎ型層を含むことができる。III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイス（grown n-side down device）の内部電界（internal field）は、順方向（forward）バイアスを増加させることによって増加する。結果として、デバイスバイアス（電流）が増加すると、内部電界が増加し、正孔（electron-hole）のオーバーラップが減少し、それによって、放射効率が減少している。ｐ型領域を基板上に最初に成長させて、デバイス（例えばＬＥＤ）を逆の順序で成長させることは、内部電界を反転させる。III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスにおいて、内部電界は、ビルトイン（built-in）された分極電界（polarization field）の反対である。結果として、順方向バイアス（電流）が増加すると、そうしたデバイスの放射効率が増加し得る。 In a conventional group III nitride light emitting diode (LED), an n-type region first grows on the substrate, followed by an active region (or light emitting region) and a p-type region. As used herein, the term region refers to at least one layer of a identified region, for example, an n-type region can include one or more n-type layers. .. The internal field of a group III nitride LED grown n-side down device is increased by increasing the forward bias. As a result, as the device bias (current) increases, the internal electric field increases and the electron-hole overlap decreases, thereby reducing radiation efficiency. Growing the p-shaped region first on the substrate and growing the device (eg LED) in reverse order reverses the internal electric field. In group III nitride LED growth n-type side-down devices, the internal electric field is the opposite of the built-in polarization field. As a result, increasing forward bias (current) can increase the radiation efficiency of such devices.

しかしながら、III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスのデザインは、ｐ型層活性化のための水素フリー（hydrogen-free）雰囲気におけるアニールの要求によって制限されている。このことは、図１−図３を参照して説明される。図１は、窒素源としてアンモニア（ＮＨ３）を使用して成長させたデバイス１００を示しており、ｐ型領域（ｐＧａＮ層として示されている）へのＮおよびＨの取り込み（incorporation）が結果として生じている。図２は、デバイス１００のｐＧａＮ層における水素の存在を示しており、これはマグネシウム（Ｍｇ）ドーパントを活性化するために水素フリー雰囲気のアニーリングプロセスを使用して除去する必要がある。図３は、アニールされたデバイスを示しており、ここでは水素がｐＧａＮ層から外へ拡散している。Ｍｇは、今や、電気的に活性であり、かつ、アクセプタ型（acceptor-type）ドーパントとして機能する。例えば、窒素源ベースの成長プロセスは、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）であり得る。典型的なＭＯＣＶＤにおいては、窒素源としてアンモニアが使用され、成長温度において、水素ラジカル（hydrogen radicals）と窒素の活性形（active forms of nitrogen）へと分解する。使用されるキャリアガスが窒素であっても、成長の最中に、アンモニア分解からの水素は、Ｍｇと錯体を形成するだろう。 However, the design of group III nitride LED growth n-type side-down devices is limited by the requirement for annealing in a hydrogen-free atmosphere for p-type layer activation. This will be described with reference to FIGS. 1-3. FIG. 1 shows the device 100 grown using ammonia (NH 3 ) as the nitrogen source, resulting in the incorporation of N and H into the p-type region (shown as the pGaN layer). Is occurring as. FIG. 2 shows the presence of hydrogen in the pGaN layer of device 100, which needs to be removed using a hydrogen-free atmosphere annealing process to activate the magnesium (Mg) dopant. FIG. 3 shows an annealed device, where hydrogen is diffused out of the pGaN layer. Mg is now electrically active and functions as an acceptor-type dopant. For example, the nitrogen source-based growth process can be metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD). In typical MOCVD, ammonia is used as the nitrogen source and at growth temperature it decomposes into hydrogen radicals and active forms of nitrogen. During growth, hydrogen from ammonia decomposition will form a complex with Mg, even if the carrier gas used is nitrogen.

III族窒化物ＬＥＤ成長ｎ型サイドダウンデバイスにおいては、ｐ型領域が最初に基板上に成長し、活性領域、次いで、ｎ型領域が後に続く。その結果として、ｐ型領域が埋め込まれる（buried）。水素はｎ型III族窒化物材料を通って拡散できないこと、および、水素は長距離にわたり横方向には容易に拡散しないことが、実験的に実証されてきている。アニールを効果的にするために、ｐ型層は、あらゆる他の層によってカバーされることはできない。効果的なアニールがなければ、デバイスは、ｐ型層なし、または、極端に低い正孔濃度を有するｐ型層を伴うままであり、役に立たないものにしている。 In group III nitride LED growth n-type side-down devices, the p-type region first grows on the substrate, followed by the active region and then the n-type region. As a result, p-type regions are buried. It has been experimentally demonstrated that hydrogen cannot diffuse through n-type III nitride materials and that hydrogen does not easily diffuse laterally over long distances. For effective annealing, the p-type layer cannot be covered by any other layer. Without effective annealing, the device remains useless, with no p-type layer or with a p-type layer with extremely low hole concentrations.

上記の問題は、また、トンネル接合（tunnel junction）を含むIII族窒化物デバイスにおいても存在する。トンネル接合は、電子が、逆バイアス（reverse bias）において、ｐ型層の価電子帯（valence band）からｎ型層の伝導帯（conduction band）までトンネル（tunnel）できるようにする構造である。電子がトンネルすると、ｐ型層の後ろに正孔が残り、そうして、両方の層においてキャリア（carriers）が生成される。従って、ダイオードのような電子機器、逆バイアスでわずかな漏れ電流しか流れないもの、においては、逆バイアスでトンネル接合を横切って大きな電流を流すことができる。トンネル接合は、ｐ／ｎトンネル接合において伝導帯と価電子帯との格別な整列（alignment）を必要とし、典型的には、非常に高いドーピングを使用する他の材料系（例えば（Ａｌ）ＧａＡｓ材料系におけるｐ＋＋／ｎ＋＋接合）において達成されてきている。III族窒化物材料は、異なる合金組成間のヘテロ界面（heterointerfaces）において電界を生成する固有の分極化（inherent polarization）を有している。この分極場は、トンネリングのために要求されるバンド整列を達成するために、利用することができる。 The above problems also exist in group III nitride devices, including tunnel junctions. A tunnel junction is a structure that allows electrons to tunnel from the valence band of the p-type layer to the conduction band of the n-type layer under reverse bias. When the electrons tunnel, holes remain behind the p-type layer, thus creating carriers in both layers. Therefore, in electronic devices such as diodes, those with reverse bias that allow only a small amount of leakage current to flow, a large current can flow across the tunnel junction with reverse bias. Tunnel junctions require a special alignment of conduction and valence bands in p / n tunnel junctions and typically other material systems that use very high doping (eg, (Al) GaAs). It has been achieved in p ++ / n ++ junctions in material systems). Group III nitride materials have a unique inherit polarization that creates an electric field at heterointerfaces between different alloy compositions. This polarization field can be utilized to achieve the band alignment required for tunneling.

上述のように、トンネル接合により、電流は、逆バイアスされたｐ−ｎ接合を通過することができる。そうでなければ整流している（rectifying）。このことは、ｎ型層を使用する可能性を創出する。ｎ型層は、ＬＥＤの正および負端子の両方に対するコンタクトとして、ｐ型層よりもはるかに良好なシート抵抗、従って、電流拡散を有する。トンネル接合を介してｐ型層からの正孔をｎ型層における電子へと変換することによるものである。それにより、また、２つまたはそれ以上のを互いの上面に成長させ、そして、トンネル接合を介して直列に接続することもできる。このことは、単一のＬＥＤのフットプリントの中に複数のＬＥＤを作成し、単位面積あたりに生成される光束（optical flux）を劇的に増加させている。 As mentioned above, the tunnel junction allows the current to pass through the reverse biased pn junction. Otherwise it is rectifying. This creates the possibility of using an n-type layer. The n-type layer has much better sheet resistance than the p-type layer as a contact to both the positive and negative terminals of the LED, and thus has current diffusion. This is due to the conversion of holes from the p-type layer into electrons in the n-type layer via a tunnel junction. Thereby, two or more can also be grown on top of each other and connected in series via a tunnel junction. This creates multiple LEDs in a single LED footprint, dramatically increasing the luminous flux produced per unit area.

単位面積当たりの高光束を可能にすることに加えて、トンネル接合は、効率の衰え（droop）を克服するために使用することができる。トンネル接合によって接続されたＬＥＤをより低い駆動電流で駆動することによって、各ＬＥＤはそのピーク効率において動作することができる。通常、このことは、光出力における低下を結果として生じるだろう。しかしながら、所与のチップ領域において直列に接続された２つまたはそれ以上のＬＥＤを有することによって、光出力を維持することができ、一方で、効率が劇的に改善される。従って、すべてのマーケットは、トンネル接合型ＬＥＤによって対処することができる。高効率を必要とするもの、および、単位面積当たりの高い光束を必要とするものである。 In addition to allowing high luminous flux per unit area, tunnel junctions can be used to overcome droop. By driving the LEDs connected by tunnel junction with a lower drive current, each LED can operate at its peak efficiency. Usually this will result in a decrease in light output. However, by having two or more LEDs connected in series in a given chip region, the light output can be maintained, while efficiency is dramatically improved. Therefore, all markets can be addressed with tunnel junction LEDs. Those that require high efficiency and those that require a high luminous flux per unit area.

III族窒化物ＬＥＤにおいてトンネル接合を作成することにおける重要な制限要因は、ｐＧａＮ層の活性化である。トンネル接合型ＬＥＤの場合、全体のデバイス構造体が成長するにつれて、ｐＧａＮ層は、埋め込まれるか、または、他の層によってカバーされる。デザインにより、ｐＧａＮ層の上面にｎ型層が存在し、その間にはトンネル接合を伴っている。ｐＧａＮ層がＭＯＣＶＤによって成長すると、リアクタ（reactor）内の水素がＧａＮ層においてＭｇ（ｐ型ドーパント）との化学錯体を形成し、それがＭｇを電気的に不活性にする。Ｍｇをｐ型ドーパントとして機能させるためには、成長後の活性化アニールが、水素フリー雰囲気（hydrogen-free ambient）において必要とされ、ここで水素は結晶から外へ拡散する。しかしながら、上述のように、水素は、ｎ型ＧａＮ層を通って拡散することができない。従って、トンネル接合型ＬＥＤが成長し、かつ、ｐＧａＮ層がｎ型ＧａＮ層でカバーされる場合には、水素が結晶から出ることができないので、活性化アニールを進めることができない。このことは、デバイスをｐ型層なし、または、極めて低い活性化を伴うままにして、役に立たないものにしてしまう。このこと、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）を使用してｐ型層を成長させることによって以前に克服されている。ＭＢＥは、遅くて高価であり、そして、典型的には商業的なIII族窒化物ＬＥＤ製造においては使用されていない。 An important limiting factor in creating tunnel junctions in group III nitride LEDs is the activation of the pGaN layer. In the case of tunnel junction LEDs, the pGaN layer is either embedded or covered by other layers as the entire device structure grows. By design, there is an n-type layer on the upper surface of the pGaN layer, with a tunnel junction between them. When the pGaN layer grows by MOCVD, the hydrogen in the reactor forms a chemical complex with Mg (p-type dopant) in the GaN layer, which electrically inactivates Mg. In order for Mg to function as a p-type dopant, post-growth activation annealing is required in a hydrogen-free ambient, where hydrogen diffuses out of the crystal. However, as mentioned above, hydrogen cannot diffuse through the n-type GaN layer. Therefore, when the tunnel junction type LED grows and the pGaN layer is covered with the n-type GaN layer, hydrogen cannot be released from the crystal, so that activation annealing cannot proceed. This leaves the device without a p-type layer or with very low activation, making it useless. This has been previously overcome by growing p-type layers using molecular beam epitaxy (MBE). MBEs are slow, expensive, and typically not used in commercial group III nitride LED manufacturing.

従って、トンネル接合を有するデバイス、または、ｎ型層の前にｐ型層を成長させるデバイス、といった埋め込まれたｐ型層を有するデバイスは、窒素源としてアンモニアを用いるＭＯＣＶＤによって、従来的には成長することができない。 Thus, devices with embedded p-type layers, such as devices with tunnel junctions or devices that grow p-type layers in front of n-type layers, have traditionally grown by MOCVD using ammonia as the nitrogen source. Can not do it.

ここにおいて説明されるのは、発光デバイスについて層を成長させるために、ＲＰ− ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用するための方法である。一般的に、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積は、成長プロセスの最中に水素またはアンモニアを使用しない。すなわち、層は、水素含有窒素前駆体（hydrogen-bearing nitrogen precursor）なしで成長する。特に、ｐＧａＮ層及び／又はトンネル接合材料を成長させるために、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積を使用することができ、水素がｐＧａＮ層に進入するのを防ぎ、かつ、いくつかの実装において成長後のｐＧａＮ層の活性化の必要性を排除することができる。 Described herein is a method for using at least one of RP-CVD and sputtering deposition to grow a layer for a light emitting device. In general, RP-CVD and sputtering deposition do not use hydrogen or ammonia during the growth process. That is, the layer grows without a hydrogen-bearing nitrogen precursor. In particular, RP-CVD and sputtering deposition can be used to grow the pGaN layer and / or tunnel junction material, preventing hydrogen from entering the pGaN layer and, in some implementations, after growth. The need for activation of the pGaN layer can be eliminated.

一般的に、ＲＰ−ＣＶＤおよびスパッタリング堆積は、窒素源（nitrogen source）として窒素プラズマを使用すること、または、いくつかのスパッタリング堆積のインスタンスにおいてはＧａＮ源ターゲット（GaN source target）を使用することによってIII−窒化物を成長させるために、水素フリー雰囲気の使用を可能にする。そして、ｐＧａＮ層は、次いで、後続の活性化ステップを必要としないであろう。トンネル接合および後続のｎＧａＮ層の最初の部分の成長もまた、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実施することができる。ｐＧａＮ層が露出されている間にリアクタの中へ水素が導入されると、水素がｐＧａＮ層の中へ拡散すること、および、Ｍｇと再び錯化すること（complexing）を結果として生じるからである。同様に、ｐ型サイドダウンデバイス（p-type side down device）について、ｐＧａＮ層がＭＯＣＶＤによって最初に成長し、次いで、ＲＰ−ＣＶＤまたはスパッタリング堆積システムにおいてそのままでアニールされ、ｐＧａＮ層、および、活性領域の前にＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長した意図せずにドープされたセットバック層が続く。活性化アニールは、例えば、ＲＰ−ＣＶＤリアクタのリモートプラズマ源を使用して生成した活性窒素の過剰圧力（overpressure）を用いて実施することができる。活性領域は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって、または、ｐＧａＮの中への水素拡散が著しくない場合にはＭＯＣＶＤによって成長させることができる。 Generally, RP-CVD and sputtering deposition are performed by using a nitrogen plasma as the nitrogen source, or by using a GaN source target in some sputtering deposition instances. III-Allows the use of a hydrogen-free atmosphere to grow nitrides. And the pGaN layer would then not require a subsequent activation step. Tunnel junctions and subsequent growth of the first portion of the nGaN layer can also be performed by RP-CVD and / or sputtering deposition. This is because if hydrogen is introduced into the reactor while the pGaN layer is exposed, it results in the hydrogen diffusing into the pGaN layer and recomplexing with Mg. .. Similarly, for p-type side down devices, the pGaN layer is first grown by MOCVD and then annealed as is in an RP-CVD or sputtering deposition system, the pGaN layer and the active region. Is followed by an unintentionally doped setback layer grown by RP-CVD and / or sputtering deposition. Activation annealing can be carried out using, for example, an overpressure of active nitrogen produced using a remote plasma source in an RP-CVD reactor. The active region can be grown by RP-CVD and / or sputtering deposition or by MOCVD if hydrogen diffusion into pGaN is not significant.

図４は、デバイス４００についてIII族窒化物を成長させるために、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用している説明図である。窒素ガス源、Ｎ２、は、結晶からの窒素の脱離（desorption）を、付随する水素を伴わずに、防ぐようにＮ原子の過剰圧力を提供するために使用される。示されるように、ｐＧａＮ層において水素原子は存在していない。 FIG. 4 is an explanatory view using RP-CVD and / or sputtering deposition to grow group III nitrides for device 400. The nitrogen gas source, N 2 , is used to provide an overpressure of N atoms to prevent the desorption of nitrogen from the crystals, without the accompanying hydrogen. As shown, there are no hydrogen atoms in the pGaN layer.

図５は、デバイス５００の例示的な半導体構造体５０５である。ここでは、図６のフロント６００に示されるように、ｐ型領域５１０が、発光領域５１５およびｎ型領域５２０の前に成長する。そうした半導体構造体は、任意の適切な装置の中へ組み込まれてよく、そして、実施形態は図示された装置に限定されない。図示された垂直デバイス（vertical device）に対する代替物としての適切なデバイスの例は、以下のものを含む。フリップチップデバイス、成長基板が除去されたもの、および、横向きダイ（lateral die）、成長基板が残り、かつ、金属コンタクトが第１成長ドープ層の上に配置されており、例えばドライエッチング、によって露出されているもの。 FIG. 5 is an exemplary semiconductor structure 505 of the device 500. Here, as shown in the front 600 of FIG. 6, the p-type region 510 grows in front of the light emitting region 515 and the n-type region 520. Such semiconductor structures may be incorporated into any suitable device, and embodiments are not limited to the devices shown. Examples of suitable devices as alternatives to the illustrated vertical device include: Flip-chip devices, growth substrates removed, and lateral dies, growth substrates remaining, and metal contacts placed on top of the first growth dope layer, exposed by, for example, dry etching. What has been done.

デバイス５００は、成長基板（図示なし）上に成長した半導体構造体５０５を含んでいる。半導体構造体５０５は、最初にｐ型領域５１０を成長させ（６０５）、続いて少なくとも１つの発光層を含む活性または発光領域５１５（６１０）、続いてｎ型領域５２０を成長させること（６１５）によって形成される。金属ｐコンタクト５２５がｐ型領域５１０上に配置されており、かつ、金属ｎコンタクト５３０がｎ型領域５２０上に配置されている。ｎ型領域５２０は、異なる組成およびドーパント濃度の複数の層を含んでよく、例えば、効率的に光を放射するために発光領域５１５について望ましい特定の光学的、材料的、または電気的特性のためにデザインされたｎ型層、またはｐ型層さえ含んでいる。発光領域５１５は、単一の厚い又は薄い発光層、もしくは、例えば、障壁層によって分離された複数の薄い又は厚い発光層を含んでいる多重量子井戸（multiple quantum well）発光領域を含むことができる。ｐ型領域５１０は、バッファ層または核形成層（nucleation layer）といった準備層、及び／又は、成長基板の除去を促進するようにデザインされた層、ｐ型、ｎ型、または意図的にドープされていないものであり得るもの、および、異なる組成、厚さ、およびドーパント濃度の複数の層、例えば、ｐ型であり、意図的にドープされていない、またはｎ型の層を含んでいるもの、を含むことができる。 The device 500 includes a semiconductor structure 505 grown on a growth substrate (not shown). The semiconductor structure 505 first grows a p-type region 510 (605), followed by an active or light-emitting region 515 (610) containing at least one light-emitting layer, followed by an n-type region 520 (615). Formed by. The metal p-contact 525 is arranged on the p-type region 510, and the metal n-contact 530 is arranged on the n-type region 520. The n-type region 520 may include multiple layers of different compositions and dopant concentrations, eg, for specific optical, material, or electrical properties desired for the light emitting region 515 to emit light efficiently. It includes an n-type layer designed in, or even a p-type layer. The light emitting region 515 can include a single thick or thin light emitting layer, or, for example, a multiple quantum well light emitting region containing a plurality of thin or thick light emitting layers separated by a barrier layer. .. The p-type region 510 is a preparatory layer such as a buffer layer or a nucleation layer and / or a layer designed to facilitate the removal of growth substrates, p-type, n-type, or intentionally doped. Those that may not be and those that contain multiple layers of different composition, thickness, and dopant concentration, such as p-type, intentionally undoped, or n-type layers. Can be included.

上述のように、図６は、デバイス５００のための半導体構造体５０５を形成する方法を示している。一つの実施形態において、ｐ型領域５１０は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用することによって成長基板上で最初に成長する（６０５）。発光領域５１５が、次いで、ｐ型領域５１０上で成長する（６１０）。一つの実施形態において、発光領域５１５は、少なくとも成長の最初の部分（例えば、少なくとも最初の数ナノメートル、といったところ）において、初期成長（earlier grown）ｐ型領域５０５が水素に曝されないように、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。半導体構造体５０５を形成するために、ｎ型領域５２０をｐ型領域５１０および発光領域５１５上に成長させる（６１５）。 As mentioned above, FIG. 6 shows a method of forming the semiconductor structure 505 for the device 500. In one embodiment, the p-type region 510 grows first on the growth substrate by using RP-CVD and / or sputtering deposition (605). The light emitting region 515 then grows on the p-type region 510 (610). In one embodiment, the luminescent region 515 is such that the early grown p-type region 505 is not exposed to hydrogen, at least in the first part of growth (eg, at least in the first few nanometers). It grows by RP-CVD and / or sputtering deposition. In order to form the semiconductor structure 505, the n-type region 520 is grown on the p-type region 510 and the light emitting region 515 (615).

いくつかの実施形態において、成長基板は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）またはサファイアといった非III族窒化物基板および初期（initial）III族窒化物構造体を含んでいる。初期III族窒化物構造体は、例えば、III族窒化物核生成層及び／又はバッファ層、および、その上に半導体構造体５１５を成長させ得る薄いＧａＮ膜を含むことができる。初期III族窒化物構造体は、例えばＭＯＣＶＤによって、非III族窒化物基板上で成長し得る。いくつかの実施形態において、成長基板は、例えば、ＭＯＣＶＤ、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ）、アモノサーマル（ammonothermal）、または、あらゆる他の任意の適切な技術によって形成された、事前形成の（pre-formed）ＧａＮテンプレートである。 In some embodiments, the growth substrate comprises a non-III nitride substrate such as silicon carbide (SiC) or sapphire and an initial group III nitride structure. The initial group III nitride structure can include, for example, a group III nitride nucleation layer and / or a buffer layer, and a thin GaN film on which the semiconductor structure 515 can grow. The initial group III nitride structure can grow on a non-group III nitride substrate, for example by MOCVD. In some embodiments, the growth substrate is formed by, for example, MOCVD, hydride vapor phase growth (HVPE), liquid phase epitaxial growth (LPE), ammonothermal, or any other suitable technique. It is also a pre-formed GaN template.

図５および図６をまとめて参照すると、ｐ型領域５１０は、例えば、ＭＯＣＶＤによって成長し、それに続いて、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバの中で実行される活性化アニールによって成長し得る。一つの実施形態においては、活性化アニールの後で、水素の再導入（reintroduction）を防ぐようにｐ型領域５１０をキャップ（cap）するために、ｎ型領域を用いたＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって後に続く成長が実行される。発光領域５１５およびｎ型領域５２０は、例えば、ＲＰ−ＣＶＤ、スパッタリング堆積、またはＭＯＣＶＤによって成長させることができる。 With reference to FIGS. 5 and 6 together, the p-type region 510 may grow, for example, by MOCVD followed by activation annealing performed in an RP-CVD and / or sputtering deposition chamber. .. In one embodiment, after activation annealing, RP-CVD and / or using an n-type region to cap the p-type region 510 to prevent hydrogen reintroduction. Subsequent growth is carried out by sputtering deposition. The light emitting region 515 and the n-type region 520 can be grown, for example, by RP-CVD, sputtering deposition, or MOCVD.

一つの実施形態において、アニールされたｐ型領域上での初期成長（例えば、材料の最初の２ナノメートル（ｎｍ）から１００ｎｍまで）は、水素の再導入を防ぐようにｐ型領域５１０をキャップするために、ｎ型領域を用いたＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実行される。ｐ型領域５１０がキャップされた後で、成長は、ＭＯＣＶＤまたは他の成長技術へ切り替えられ得る。 In one embodiment, initial growth on the annealed p-type region (eg, from the first 2 nanometers (nm) to 100 nm of the material) caps the p-type region 510 to prevent hydrogen reintroduction. This is performed by RP-CVD and / or sputtering deposition using the n-type region. After the p-type region 510 is capped, growth can be switched to MOCVD or other growth techniques.

一つの実施形態において、ｐ型領域５１０、発光領域５１５、およびｎ型領域５２０は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させ得る。 In one embodiment, the p-type region 510, the light emitting region 515, and the n-type region 520 can be grown by RP-CVD and / or sputtering deposition.

一般的に、水素フリーのｐ型領域が、ＲＰ−ＣＶＤまたはスパッタリング堆積、あるいは、アニーリングが後に続くＭＯＣＶＤによって一旦形成されると、水素フリーのｐ型領域は、水素の導入または再導入を防ぐために、ＭＯＣＶＤによる成長に先立ってｎ型領域を用いてキャップされなければならない。 Generally, once a hydrogen-free p-type region is formed by RP-CVD or sputtering deposition, or MOCVD followed by annealing, the hydrogen-free p-type region is used to prevent hydrogen introduction or reintroduction. , Must be capped with an n-type region prior to growth by MOCVD.

上記の成長技術は例示的なものであり、ｐ型領域５１０、発光領域５１５、およびｎ型領域５２０のための上記の成長技術の組み合わせは、明細書および請求項の範囲内にある。成長の後で、半導体構造体は、任意の適切なデバイスへと加工され得る。 The above growth techniques are exemplary and the combination of the above growth techniques for the p-type region 510, light emitting region 515, and n-type region 520 is within the scope of the specification and claims. After growth, the semiconductor structure can be processed into any suitable device.

図７は、所定の実施形態に従った、一つの例示的なトンネル接合型ＬＥＤ７００である。一般的に、トンネル接合は、ｐ型領域と、ｐ型領域の中へ電流を注入する金属コンタクトとの間に配置されている。コンタクトは、ｎ型領域上に形成されてよく、ｐ型領域と比較して、はるかに良好なシート抵抗、そして、従って、電流拡散を有し得る。トンネル接合型ＬＥＤ７００においては、トンネル接合型ＬＥＤ７００の正および負端子の両方に対するコンタクト層としてｎ型領域が使用される。トンネル接合を介してｐ型領域からの正孔をｎ型コンタクト層における電子へと変換することによるものである。 FIG. 7 is an exemplary tunnel junction LED 700 according to a predetermined embodiment. Generally, a tunnel junction is arranged between a p-type region and a metal contact that injects an electric current into the p-type region. The contacts may be formed on the n-type region and may have much better sheet resistance and thus current diffusion as compared to the p-type region. In the tunnel junction LED 700, an n-type region is used as a contact layer for both the positive and negative terminals of the tunnel junction LED 700. This is due to the conversion of holes from the p-type region into electrons in the n-type contact layer via a tunnel junction.

トンネル接合型ＬＥＤ７００は、成長基板７０５上で成長したｎ型領域７１０と、それに続く発光領域７１５およびｐ型領域７２０とを含むＬＥＤ構造体７０２を有している。ｎ型領域７１０は、異なる組成、ドーパント濃度（意図的でなくドープされたもの、及び／又は、ｐ型を含む）、および厚さの複数の層を含むことができる。発光領域７１５は、例えば、障壁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含むことができる。ｐ型領域７２０は、異なる組成、ドーパント濃度（意図的でなくドープされたもの、及び／又は、ｎ型を含む）、および厚さの複数の層を含むことができる。トンネル接合７２５は、ｐ型領域７２０の上に形成されている。 The tunnel junction type LED 700 has an LED structure 702 including an n-type region 710 grown on the growth substrate 705, followed by a light emitting region 715 and a p-type region 720. The n-type region 710 can include multiple layers of different composition, dopant concentration (including unintentionally doped and / or p-type), and thickness. The light emitting region 715 can include, for example, a plurality of thick or quantum well light emitting layers separated by a barrier layer. The p-type region 720 can include multiple layers of different composition, dopant concentration (including unintentionally doped and / or n-type), and thickness. The tunnel junction 725 is formed on the p-shaped region 720.

一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ型領域７２０と直接接触する、ｐ＋＋層としても参照される、高ドープｐ型層、および、ｐ＋＋層と直接接触する、ｎ＋＋層としても参照される、高ドープｎ型層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれた、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層とは異なる組成の層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれたＩｎＧａＮ層を含んでいる。一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間に挟まれたＡｌＮ層を含んでいる。トンネル接合７２５は、以下に説明するように、ｎ型コンタクト層７３０と直接接触している。 In one embodiment, the tunnel junction 725 is also referred to as a highly doped p-type layer, which is in direct contact with the p-type region 720, also referred to as a p ++ layer, and an n ++ layer, which is in direct contact with the p ++ layer. , Contains a highly doped n-type layer. In one embodiment, the tunnel junction 725 comprises a layer sandwiched between the p ++ layer and the n ++ layer and having a composition different from that of the p ++ layer and the n ++ layer. In one embodiment, the tunnel junction 725 comprises an InGaN layer sandwiched between the p ++ layer and the n ++ layer. In one embodiment, the tunnel junction 725 comprises an AlN layer sandwiched between a p ++ layer and an n ++ layer. The tunnel junction 725 is in direct contact with the n-type contact layer 730, as described below.

ｐ＋＋層は、例えば、約１０１８ｃｍ−３から約５×１０２０ｃｍ−３の濃度まで、ＭｇまたはＺｎといったアクセプタを用いてドープされた、ＩｎＧａＮまたはＧａＮであり得る。いくつかの実施形態において、ｐ＋＋層は、約２×１０２０ｃｍ−３から約４×１０２０ｃｍ−３の濃度までドープされる。ｎ＋＋層は、例えば、約１０１８ｃｍ−３から約５×１０２０ｃｍ−３の濃度まで、ＳｉまたはＧｅといったアクセプタを用いてドープされたＩｎＧａＮまたはＧａＮであり得る。一つの実施形態において、ｎ＋＋層は、約７×１０１９ｃｍ−３から約９×１０１９ｃｍ−３の濃度までドープされる。トンネル接合７２５は、たいてい、非常に薄い。例えば、トンネル接合７２５は、約２ｎｍから約１００ｎｍの範囲の総厚さを有することができ、そして、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層それぞれは、約１ｎｍから約５０ｎｍの範囲の厚さを有することができる。一つの実施形態において、ｐ＋＋層およびｎ＋＋層それぞれは、約２５ｎｍから約３５ｎｍの範囲の厚さを有し得る。ｐ＋＋層とｎ＋＋層は必ずしも同じ厚さであることを要しない。一つの実施形態において、ｐ＋＋層は、１５ｎｍのＭｇドープＩｎＧａＮであり、そして、ｎ＋＋層は、３０ｎｍのＳｉドープＧａＮである。ｐ＋＋層およびｎ＋＋層は、段階的（graded）なドーパント濃度を有することができる。例えば、根底にあるｐ型領域７２０に隣接するｐ＋＋層の一部分は、根底にあるｐ型領域７２０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段階的に変化するドーパント濃度を有することができる。同様に、ｎ＋＋層は、ｐ＋＋層に隣接する最大値から、トンネル接合７２５上に形成されたｎ型層７３０に隣接する最小値まで段階的に変化するドーパント濃度を有することができる。トンネル接合７２５は、逆バイアスモードで電流を伝導するときにトンネル接合７２５が低い直列電圧降下を示すように、十分に薄く、かつ、十分にドープされるように製造されている。一つの実施形態において、トンネル接合７２５にかかる電圧降下は約０．１Ｖから約１Ｖである。 p ++ layer is, for example, from about 1018 cm -3 to a concentration of approximately 5 × of 1020 cm -3, doped with an acceptor such as Mg or Zn, may be InGaN or GaN. In some embodiments, the p ++ layer is doped to a concentration of about 2 x 1020 cm -3 to about 4 x 1020 cm -3. n ++ layer is, for example, from about 1018 cm -3 to a concentration of approximately 5 × of 1020 cm -3, may be doped InGaN or GaN with an acceptor such as Si or Ge. In one embodiment, the n ++ layer is doped from a concentration of about 7 × 1019 cm -3 to a concentration of about 9 × 1019 cm -3. The tunnel junction 725 is usually very thin. For example, the tunnel junction 725 can have a total thickness in the range of about 2 nm to about 100 nm, and each of the p ++ and n ++ layers can have a thickness in the range of about 1 nm to about 50 nm. In one embodiment, each of the p ++ and n ++ layers can have a thickness in the range of about 25 nm to about 35 nm. The p ++ layer and the n ++ layer do not necessarily have to have the same thickness. In one embodiment, the p ++ layer is a 15 nm Mg-doped InGaN and the n ++ layer is a 30 nm Si-doped GaN. The p ++ and n ++ layers can have a graded dopant concentration. For example, a portion of the p ++ layer adjacent to the underlying p-type region 720 can have a dopant concentration that varies stepwise from the dopant concentration in the underlying p-type region 720 to the desired dopant concentration in the p ++ layer. Similarly, the n ++ layer can have a dopant concentration that varies stepwise from the maximum value adjacent to the p ++ layer to the minimum value adjacent to the n-type layer 730 formed on the tunnel junction 725. The tunnel junction 725 is manufactured to be sufficiently thin and well doped so that the tunnel junction 725 exhibits a low series voltage drop when conducting current in reverse bias mode. In one embodiment, the voltage drop across the tunnel junction 725 is from about 0.1V to about 1V.

ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間にＩｎＧａＮ又はＡｌＮ、もしくは、他の適切な層を含んでいる実施形態は、トンネリング（tunneling）のためにバンドを整列（align）させるのを助けるように、III族窒化物における分極場（polarization field）を活用することができる。この分極効果は、ｎ＋＋層およびｐ＋＋層におけるドーピング要求を低減し、かつ、必要とされるトンネリング距離（tunneling distance）を低減することができる（潜在的により高い電流を可能にする）。ｐ＋＋層とｎ＋＋層との間の層の組成は、ｐ＋＋層とｎ＋＋層の組成とは異なってよく、かつ／あるいは、III族窒化物材料系において異なる材料間に存在する分極電荷（polarization charge）によるバンド再整列（band re-alignment）を生じさせるように選択されてよい。適切なトンネル接合の実施例は、米国特許第８０３９３５２号に記載されており、ここにおいて参照により組み込まれている。 Embodiments that include InGaN or AlN, or other suitable layers between the p ++ and n ++ layers, help align the bands for tunneling, group III. The polarization field in nitrides can be utilized. This polarization effect can reduce the doping requirements in the n ++ and p ++ layers and reduce the required tunneling distance (potentially allowing higher currents). The composition of the layer between the p ++ layer and the n ++ layer may be different from the composition of the p ++ layer and the n ++ layer, and / or the polarization charge existing between the different materials in the group III nitride material system. It may be selected to cause band re-alignment by. Examples of suitable tunnel junctions are described in US Pat. No. 8039352, which is incorporated herein by reference.

ｎ型コンタクト層７３０は、トンネル接合７２５上に、ｎ＋＋層と直接接触して形成されている。第１金属コンタクト７３５および第２金属コンタクト７４０は、それぞれｎ型コンタクト層７３０上およびｎ型領域７１０上に形成されている。メサ（mesa）が、図７に示されるように、フリップチップデバイスを形成するためにエッチングされてよく、または、あらゆる他の適切なデバイス構造体が使用されてよい。第１金属コンタクト７３５および第２金属コンタクト７４０は、アルミニウム又はあらゆる他の適切な１つまたはそれ以上のコンタクト金属といった、同一または異なる材料であってよい。 The n-type contact layer 730 is formed on the tunnel junction 725 in direct contact with the n ++ layer. The first metal contact 735 and the second metal contact 740 are formed on the n-type contact layer 730 and the n-type region 710, respectively. The mesa may be etched to form a flip-chip device, as shown in FIG. 7, or any other suitable device structure may be used. The first metal contact 735 and the second metal contact 740 may be of the same or different materials, such as aluminum or any other suitable one or more contact metal.

一つの実施態様において、トンネル接合７２５のｐ＋＋層は、別個のｐ型領域７２０が必要とされないように、発光層７１５と直接接触してよい。 In one embodiment, the p ++ layer of the tunnel junction 725 may be in direct contact with the light emitting layer 715 so that a separate p-type region 720 is not required.

成長基板７０５は、しばしば、サファイアであるが、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、または複合基板といった、任意の適切な基板であってよい。III族窒化物半導体構造体がその上で成長する成長基板７０５の表面は、成長前にパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ７００からの光抽出を改善することができる。成長表面と反対側の成長基板７０５の表面（すなわち、フリップチップ構成において大部分の光がそこを通じて抽出される表面）は、成長の前または後でパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ７００からの光抽出を改善することができる。一つの実施態様において、薄層化（thinning）によって露出された基板７０５の表面は、光抽出を改善するために、パターン化、テクスチャ化、または粗面化されている。 The growth substrate 705 is often sapphire, but may be any suitable substrate, such as SiC, Si, GaN, or composite substrates. The surface of the growth substrate 705 on which the group III nitride semiconductor structure grows may be patterned, roughened, or textured prior to growth, which can improve light extraction from the tunnel junction LED 700. .. The surface of the growth substrate 705 opposite the growth surface (ie, the surface through which most of the light is extracted in a flip chip configuration) is patterned, roughened, or textured before or after growth. Well, the light extraction from the tunnel junction LED 700 can be improved. In one embodiment, the surface of the substrate 705 exposed by thinning is patterned, textured, or roughened to improve light extraction.

第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、しばしば、反射性金属（reflective metal）のエレクトロマイグレーションを防止または低減し得る反射性金属と保護金属といった複数の導電層を含んでいる。反射性金属は、しばしば、銀であるが、任意の適切な材料または複数の材料が使用されてよい。第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、酸化ケイ素（oxide of silicon）または他の任意の適切な材料といった誘電体を用いて充填することができるギャップによって互いに電気的に絶縁されている。ｎ型領域７１５の一部分を露出させるための複数のビアが形成され得る。第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、図７に示される配置に限定されるものではない。当技術分野で知られているように、第１および第２金属コンタクト７３５および７４０は、誘電体／金属スタックを伴うボンドパッド（bond pad）を形成するように、再分配され得る。 The first and second metal contacts 735 and 740 often include a plurality of conductive layers such as reflective metals and protective metals that can prevent or reduce electromigration of reflective metals. The reflective metal is often silver, but any suitable material or materials may be used. The first and second metal contacts 735 and 740 are electrically insulated from each other by gaps that can be filled with a dielectric such as oxide of silicon or any other suitable material. Multiple vias may be formed to expose a portion of the n-shaped region 715. The first and second metal contacts 735 and 740 are not limited to the arrangement shown in FIG. As is known in the art, the first and second metal contacts 735 and 740 can be redistributed to form a bond pad with a dielectric / metal stack.

トンネル接合ＬＥＤ７００に対する電気接続を形成するために、１つまたはそれ以上のインターコネクト（interconnects）が、第１および第２金属コンタクト７３５および７４０上に形成されるか、または、電気的に接続されている。インターコネクトは、例えば、半田、スタッドバンプ、金（gold）層、または任意の他の適切な構造体であってよい。 One or more interconnects are formed or electrically connected on the first and second metal contacts 735 and 740 to form an electrical connection to the tunnel junction LED 700. .. The interconnect may be, for example, solder, stud bumps, a gold layer, or any other suitable structure.

図８は、所定の実施態様に従って、図７のトンネル接合型ＬＥＤ７００を製造するための一つの例示的な方法８００である。ＬＥＤ構造体７０２のｎ型領域７１０、発光領域７１５、およびｐ型領域７２０は、成長基板７０５上でＭＯＣＶＤによって成長する（８０５）。ＬＥＤ構造体７０２は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバへ移動され、そこでは、活性窒素の過剰圧力を用いて活性化アニールがインシチュ（in-situ）で行われる（８１０）。一つの実施態様において、活性化アニールは、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動される前に、エクスシチュ（ex-situ）で行われる。トンネル接合７２５が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによってＬＥＤ構造体７０２の上に成長する（８１５）。ｎ型コンタクト領域７３０の全部または一部分が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する（８２０）。構造体は、次いで、残りの構造体を成長させるためにＭＯＣＶＤチャンバに戻されてよく、ここで、残りの構造体は、ｎ型コンタクト領域７３０の一部分を含んでよい（８２５）。トンネル接合によって分離された所望の数のＬＥＤを形成するために、このプロセスを繰り返すことができる（８３０）。 FIG. 8 is an exemplary method 800 for manufacturing the tunnel junction LED 700 of FIG. 7 according to a predetermined embodiment. The n-type region 710, the light emitting region 715, and the p-type region 720 of the LED structure 702 grow by MOCVD on the growth substrate 705 (805). The LED structure 702 is then moved to an RP-CVD and / or sputtering deposition chamber, where activation annealing is performed in-situ using the excess pressure of active nitrogen (810). In one embodiment, activation annealing is performed ex-situ before being transferred to the RP-CVD and / or sputtering deposition chamber. The tunnel junction 725 grows on top of the LED structure 702 by using at least one of RP-CVD and / or sputtering deposition (815). All or part of the n-type contact region 730 grows by RP-CVD and / or sputtering deposition (820). The structure may then be returned to the MOCVD chamber to grow the remaining structure, where the remaining structure may include a portion of the n-type contact region 730 (825). This process can be repeated to form the desired number of LEDs separated by tunnel junction (830).

一つの実施形態において、トンネル接合７２５は、周囲水素（ambient hydrogen）なしで成長させる必要はない。例えば、ｐ＋＋層と、ｎ＋＋層の第１部分とを周囲水素フリーで成長させ、続いて、残りのｎ＋＋層をＭＯＣＶＤによって成長させることができる。一般的には、上述のように、一旦ｐ＋＋層がキャップされると、成長が水素を用いて発生し得る。 In one embodiment, the tunnel junction 725 does not need to grow without ambient hydrogen. For example, the p ++ layer and the first portion of the n ++ layer can be grown free of ambient hydrogen, followed by the remaining n ++ layer being grown by MOCVD. In general, as mentioned above, once the p ++ layer is capped, growth can occur with hydrogen.

一つの実施形態において、ｎ型領域７１０、発光領域７１５、およびｐ型領域７２０の第１部分は、ＭＯＣＶＤによって成長する。ＭＯＣＶＤによって成長するｐ型領域７２０の第１部分は、例えば、少なくとも１ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、少なくとも５ｎｍかつ１５０ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ２０ｎｍ以下の厚さ、であってよい。構造体は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動され、活性化アニールがその場で（in-situ）で行われる。ｐ型領域７２０の第２部分が、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。第２部分は、いくつかの実施形態においては、例えば、少なくとも５ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ１００ｎｍ以下の厚さ、であってよい。成長プロセスの残りは、上記の通りである。 In one embodiment, the first portion of the n-type region 710, the light emitting region 715, and the p-type region 720 grows by MOCVD. The first portion of the p-type region 720 grown by MOCVD may be, for example, at least 1 nm and 400 nm or less, at least 5 nm and 150 nm or less, and at least 10 nm and 20 nm or less. The structure is then transferred to an RP-CVD and / or sputtering deposition chamber where activation annealing is performed in-situ. The second portion of the p-type region 720 is then grown by RP-CVD and / or sputtering deposition. The second portion, in some embodiments, may be, for example, at least 5 nm and 400 nm or less in thickness, and at least 10 nm and 100 nm or less in thickness. The rest of the growth process is as described above.

一つの実施形態において、ｎ型領域７１０、発光領域７１５、ｐ型領域７２０、トンネル接合７２５、およびｎ型コンタクト領域７３０を含む、全てのIII族窒化物層は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させることができる。 In one embodiment, all group III nitride layers, including n-type region 710, light emitting region 715, p-type region 720, tunnel junction 725, and n-type contact region 730, are RP-CVD and / or sputtering deposited. Can be grown by.

一つの実施形態において、トンネル接合型ＬＥＤ７００は、図４、図５、および図６に関して上記に説明したように、成長基板上で成長する。 In one embodiment, the tunnel junction LED 700 grows on a growth substrate as described above with respect to FIGS. 4, 5, and 6.

図９は、所定の実施態様に従った、別の例示的なトンネル接合型ＬＥＤ９００である。特に、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、互いの上で成長し、かつ、トンネル接合を介して直列に接続された、複数のＬＥＤを含んでいる。一般的に、複数のＬＥＤが単一のＬＥＤのフットプリント内に作成されており、単位面積当たりで生成される光束を劇的に増加させることができる。加えて、トンネル接合によって接続されたＬＥＤをより低い駆動電流で駆動することによって、各ＬＥＤは、そのピーク効率において動作することができる。単一のＬＥＤにおいて、このことは、光出力における低下を結果として生じるであろう。しかしながら、所与のチップ領域の中に直列に接続された２つまたはそれ以上のＬＥＤを有することによって、効率を劇的に改善しながら、光出力を維持することができる。従って、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、高い効率を必要とするアプリケーション、及び／又は、単位面積当たりの高い光束を必要とするアプリケーションにおいて使用することができる。 FIG. 9 is another exemplary tunnel junction LED 900 according to a predetermined embodiment. In particular, the tunnel junction type LEDs 900 include a plurality of LEDs that grow on each other and are connected in series via a tunnel junction. In general, multiple LEDs are created within the footprint of a single LED, which can dramatically increase the luminous flux produced per unit area. In addition, by driving the LEDs connected by tunnel junction with a lower drive current, each LED can operate at its peak efficiency. For a single LED, this will result in a decrease in light output. However, having two or more LEDs connected in series in a given chip region can maintain light output while dramatically improving efficiency. Therefore, the tunnel junction LED 900 can be used in applications that require high efficiency and / or applications that require a high luminous flux per unit area.

トンネル接合型ＬＥＤ９００は、第１ＬＥＤ構造体９０２を含み、構造体は、成長基板９０５上に成長したｎ型領域９１０と、それに続く、発光領域９１５およびｐ型領域９２０とを含んでいる。トンネル接合９２５が、ｐ型領域９０２上に形成されている。第２ＬＥＤ構造体９２７は、トンネル接合９２５上に形成された、第２ｎ型領域９３０、第２発光領域９３５、および第２ｐ型領域９４０を含んでいる。トンネル接合９２５は、ｐ＋＋層が第１ＬＥＤ構造体９０２のｐ型領域３６と直接接触し、かつ、ｎ＋＋層が第２ＬＥＤ構造９２７のｎ型領域９３０と直接接触するように配向され（oriented）ている。第１金属コンタクト９４５および第２金属コンタクト９５０が、第１ＬＥＤ構造体９０２のｎ型領域９１０上、および、第２ＬＥＤ構造９２７のｐ型領域９４０上に、それぞれに形成されている。メサが、フリップチップデバイスを形成するためにエッチングされてよく、または、あらゆる他の適切なデバイス構造体が使用されてよい。一つの実施形態においては、ｎ型層上に第２金属コンタクト９５０を形成するために、追加のトンネル接合およびｎ型層が、第２ＬＥＤ構造体９２７のｐ型領域９４０上に形成され得る。トンネル接合型ＬＥＤ９００について説明された領域および層は、必要に応じて、トンネル接合型ＬＥＤ７００について上記に説明したものと同じ材料、特性、特徴、及び／又は、特性を有することができる。 The tunnel junction LED 900 includes a first LED structure 902, which includes an n-type region 910 grown on the growth substrate 905, followed by a light emitting region 915 and a p-type region 920. A tunnel junction 925 is formed on the p-shaped region 902. The second LED structure 927 includes a second n-type region 930, a second light emitting region 935, and a second p-type region 940 formed on the tunnel junction 925. The tunnel junction 925 is oriented so that the p ++ layer is in direct contact with the p-type region 36 of the first LED structure 902 and the n ++ layer is in direct contact with the n-type region 930 of the second LED structure 927. .. A first metal contact 945 and a second metal contact 950 are formed on the n-type region 910 of the first LED structure 902 and on the p-type region 940 of the second LED structure 927, respectively. The mesa may be etched to form a flip chip device, or any other suitable device structure may be used. In one embodiment, additional tunnel junctions and n-type layers may be formed on the p-type region 940 of the second LED structure 927 to form a second metal contact 950 on the n-type layer. The regions and layers described for the tunnel junction LED 900 can optionally have the same materials, properties, features, and / or properties as those described above for the tunnel junction LED 700.

図９においては、２つの発光領域または活性領域が示されているが、各発光領域に隣接するｐ型領域が、次の活性領域に隣接するｎ型領域からトンネル接合によって分離されていれば、２つの金属コンタクト間には任意の数の発光領域が含まれてよい。トンネル接合型ＬＥＤ９００は、２つのコンタクトしか有していないので、発光領域９１５および９３５の両方は、同時に光を放射し、そして、個々に、かつ、別々に活性化することはできない。一つの実施形態において、スタックにおける個々のＬＥＤは、追加のコンタクトを形成することによって別々に活性化され得る。一つの実施形態においては、デバイスが、例えば、１１０ボルト、２２０ボルト等、といった典型的な線間電圧で動作することができるように、デバイスは、十分なトンネル接合を有し得る。 In FIG. 9, two light emitting regions or active regions are shown, but if the p-type region adjacent to each light emitting region is separated from the n-type region adjacent to the next active region by tunnel junction, Any number of light emitting regions may be included between the two metal contacts. Since the tunnel junction LED 900 has only two contacts, both the light emitting regions 915 and 935 emit light at the same time and cannot be activated individually and separately. In one embodiment, the individual LEDs in the stack can be activated separately by forming additional contacts. In one embodiment, the device may have sufficient tunnel junctions so that the device can operate at typical line voltages, such as 110 volts, 220 volts, and so on.

一つの実施態様において、発光領域９１５および９３５は、それらが同じ色の光を放射するように同じ組成で製造され、または、それらが異なる色（すなわち、異なるピーク波長）の光を放射するように異なる組成で製造されてよい。例えば、２つのコンタクトを有する３つの発光領域デバイスは、第１発光領域が赤色光を放射し、第２発光領域が青色光を放射し、そして、第３発光領域が緑色光を発するように、製造され得る。活性化されると、デバイスは白色光を生成することができる。発光領域は、それらが同じ領域から光を放射して見えるようにスタックされているので、そうしたデバイスは、スタックされたものではなく、むしろ隣接する発光領域からの赤色、青色、および緑色の光を組み合わせるデバイスにおいて存在する混色（color mixing）に伴う問題を回避することができる。 In one embodiment, the emission regions 915 and 935 are manufactured with the same composition so that they emit light of the same color, or they emit light of a different color (ie, different peak wavelengths). It may be manufactured with a different composition. For example, in a three light emitting region device having two contacts, the first light emitting region emits red light, the second light emitting region emits blue light, and the third light emitting region emits green light. Can be manufactured. When activated, the device is capable of producing white light. The emission regions are stacked so that they appear to emit light from the same region, so such devices are not stacked, but rather emit red, blue, and green light from adjacent emission regions. It is possible to avoid the problems associated with color mixing that exist in the devices to be combined.

異なる波長の光を放射する発光領域を伴うデバイスにおいて、最短波長の光を生成する発光領域は、そこから光が抽出される表面に対して最も近くに配置され得る。一般的には、ＬＥＤにおける、サファイア、ＳｉＣ、またはＧａＮの成長基板である。最短波長の発光領域を出力表面の近くに配置することは、他の発光領域の量子井戸における吸収による損失を最小化することができ、そして、より長波長の発光領域をコンタクトによって形成されるヒートシンクの近くに配置することによって、より敏感であるより長い波長の量子井戸について熱影響（thermal impact）を低減することができる。量子井戸層は、また、量子井戸層における光の吸収が低くなるように、十分に薄く作られ得る。デバイスから放射される混合光の色は、各色の光を放射する発光領域の数を選択することによってコントロールすることができる。例えば、人間の目は、緑色の光子に対して非常に敏感であり、赤色の光子および青色の光子に対してはそれほど敏感ではない。バランスされた白色光を作成するために、スタック発光領域デバイスは、単一の緑色発光領域と、複数の青色および赤色発光領域とを有し得る。 In devices with emission regions that emit light of different wavelengths, the emission regions that produce the light of the shortest wavelength may be located closest to the surface from which the light is extracted. Generally, it is a growth substrate of sapphire, SiC, or GaN in an LED. Placing the shortest wavelength emission region near the output surface can minimize the loss due to absorption in the quantum wells of the other emission regions, and a heat sink formed by contacts in the longer wavelength emission regions. By placing it close to, the thermal impact can be reduced for longer wavelength quantum wells that are more sensitive. The quantum well layer can also be made thin enough so that the absorption of light in the quantum well layer is low. The color of the mixed light emitted from the device can be controlled by selecting the number of emission regions that emit light of each color. For example, the human eye is very sensitive to green photons and less sensitive to red and blue photons. To create a balanced white light, the stack emission region device can have a single green emission region and multiple blue and red emission regions.

成長基板９０５は、しばしば、サファイアであるが、例えば、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＧａＮ、または複合基板といった、任意の適切な基板であってよい。III族窒化物半導体構造体がその上で成長する成長基板９０５の表面は、成長前にパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ９００からの光抽出を改善することができる。成長表面と反対側の成長基板９０５の表面（すなわち、フリップチップ構成において大部分の光がそこを通じて抽出される表面）は、成長の前または後でパターン化、粗面化、またはテクスチャ化されてよく、トンネル接合ＬＥＤ９００からの光抽出を改善することができる。一つの実施態様において、薄層化によって露出された基板９０５の表面は、光抽出を改善するために、パターン化、テクスチャ化、または粗面化されている。 The growth substrate 905 is often sapphire, but may be any suitable substrate, such as SiC, Si, GaN, or composite substrates. The surface of the growth substrate 905 on which the group III nitride semiconductor structure grows may be patterned, roughened, or textured prior to growth, which can improve light extraction from the tunnel junction LED 900. .. The surface of the growth substrate 905 opposite the growth surface (ie, the surface through which most of the light is extracted in a flip chip configuration) is patterned, roughened, or textured before or after growth. Well, the light extraction from the tunnel junction LED 900 can be improved. In one embodiment, the surface of the substrate 905 exposed by thinning is patterned, textured, or roughened to improve light extraction.

第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、しばしば、反射性金属のエレクトロマイグレーションを防止または低減し得る反射性金属と保護金属といった複数の導電層を含んでいる。反射性金属は、しばしば、銀であるが、任意の適切な材料または複数の材料が使用されてよい。第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、酸化ケイ素または他の任意の適切な材料といった誘電体を用いて充填することができるギャップによって互いに電気的に絶縁されている。ｎ型領域９１０の部分を露出させるための複数のビアが形成され得る。第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、図９に示される配置に限定されるものではない。当技術分野で知られているように、第１および第２金属コンタクト９４５および９５０は、誘電体／金属スタックを伴うボンドパッドを形成するように、再分配され得る。 The first and second metal contacts 945 and 950 often include a plurality of conductive layers such as reflective and protective metals that can prevent or reduce electromigration of the reflective metal. The reflective metal is often silver, but any suitable material or materials may be used. The first and second metal contacts 945 and 950 are electrically insulated from each other by gaps that can be filled with a dielectric such as silicon oxide or any other suitable material. Multiple vias may be formed to expose a portion of the n-shaped region 910. The first and second metal contacts 945 and 950 are not limited to the arrangement shown in FIG. As is known in the art, the first and second metal contacts 945 and 950 can be redistributed to form a bond pad with a dielectric / metal stack.

トンネル接合ＬＥＤ９００に対する電気接続を形成するために、１つまたはそれ以上のインターコネクトが、第１および第２金属コンタクト９４５および９５０上に形成されるか、または、電気的に接続されている。インターコネクトは、例えば、半田、スタッドバンプ、金層、または任意の他の適切な構造体であってよい。 To form an electrical connection to the tunnel junction LED 900, one or more interconnects are formed or electrically connected on the first and second metal contacts 945 and 950. The interconnect may be, for example, solder, stud bumps, gold layers, or any other suitable structure.

図１０は、所定の実施態様に従って、図９のトンネル接合型ＬＥＤ０００を製造するための一つの例示的な方法９００である。第１ＬＥＤ構造体９０２のｎ型領域９１０、発光領域９１５、およびｐ型領域９２０は、成長基板９０５上でＭＯＣＶＤによって成長する（１００５）。ＬＥＤ構造体９０２は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバへ移動され、そこでは、活性窒素の過剰圧力を用いて活性化アニールがその場で行われる（１０１０）。トンネル接合９２５が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用することによって第１ＬＥＤ構造体９０２の上に成長する（１０１５）。第２ＬＥＤ構造体９２３のｎ型コンタクト領域９３０の全部または一部分が、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する（１０２０）。構造体は、次いで、残りの構造体を成長させるためにＭＯＣＶＤチャンバに戻されてよく、ここで、残りの構造体は、第２ＬＥＤ構造体９２３のｎ型コンタクト領域９３０、発光領域９３５、およびｐ型領域９３５の一部分を含んでよい（１０２５）。トンネル接合によって分離された所望の数のＬＥＤを形成するために、このプロセスを繰り返すことができる（１０３０）。 FIG. 10 is an exemplary method 900 for manufacturing the tunnel junction LED 000 of FIG. 9 according to a predetermined embodiment. The n-type region 910, the light emitting region 915, and the p-type region 920 of the first LED structure 902 grow by MOCVD on the growth substrate 905 (1005). The LED structure 902 is then moved to an RP-CVD and / or sputtering deposition chamber, where activation annealing is performed in-situ using the excess pressure of active nitrogen (1010). The tunnel junction 925 grows on the first LED structure 902 by using at least one of RP-CVD and / or sputtering deposition (1015). All or part of the n-type contact region 930 of the second LED structure 923 grows by RP-CVD and / or sputtering deposition (1020). The structure may then be returned to the MOCVD chamber to grow the remaining structure, where the remaining structure is the n-type contact area 930, light emitting area 935, and p of the second LED structure 923. It may include a portion of the mold region 935 (1025). This process can be repeated to form the desired number of LEDs separated by tunnel junction (1030).

一つの実施形態において、トンネル接合９２５は、周囲水素フリーで成長させる必要はない。例えば、ｐ＋＋層と、ｎ＋＋層の第１部分とを周囲水素フリーで成長させ、続いて、残りのｎ＋＋層をＭＯＣＶＤによって成長させることができる。一般的には、上述のように、一旦ｐ＋＋層がキャップされると、成長が水素を用いて発生し得る。 In one embodiment, the tunnel junction 925 does not need to grow ambient hydrogen free. For example, the p ++ layer and the first portion of the n ++ layer can be grown free of ambient hydrogen, followed by the remaining n ++ layer being grown by MOCVD. In general, as mentioned above, once the p ++ layer is capped, growth can occur with hydrogen.

一つの実施形態において、ｎ型領域９１０、発光領域９１５、およびｐ型領域９２０の第１部分は、ＭＯＣＶＤによって成長する。ＭＯＣＶＤによって成長するｐ型領域９２０の第１部分は、例えば、少なくとも１ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、少なくとも５ｎｍかつ１５０ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ２０ｎｍ以下の厚さ、であってよい。構造体は、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバに移動され、活性化アニールがその場で行われる。ｐ型領域９２０の第２部分が、次いで、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長する。第２部分は、いくつかの実施形態において、例えば、少なくとも５ｎｍかつ４００ｎｍ以下の厚さ、および、少なくとも１０ｎｍかつ１００ｎｍ以下の厚さ、であってよい。成長プロセスの残りは、上記の通りである。 In one embodiment, the first portion of the n-type region 910, the light emitting region 915, and the p-type region 920 is grown by MOCVD. The first portion of the p-type region 920 grown by MOCVD may be, for example, at least 1 nm and 400 nm or less, at least 5 nm and 150 nm or less, and at least 10 nm and 20 nm or less. The structure is then transferred to an RP-CVD and / or sputtering deposition chamber where activation annealing is performed in-situ. The second portion of the p-type region 920 is then grown by RP-CVD and / or sputtering deposition. The second portion, in some embodiments, may be, for example, at least 5 nm and 400 nm or less in thickness, and at least 10 nm and 100 nm or less in thickness. The rest of the growth process is as described above.

一つの実施形態において、ｎ型領域９１０、発光領域９１５、ｐ型領域９２０、トンネル接合９２５、およびｎ型コンタクト領域９３０を含む、全てのIII族窒化物層は、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって成長させることができる。 In one embodiment, all group III nitride layers, including n-type region 910, light emitting region 915, p-type region 920, tunnel junction 925, and n-type contact region 930, are RP-CVD and / or sputtering deposited. Can be grown by.

一つの実施形態において、トンネル接合型ＬＥＤ９００は、図４、図５、および図６に関して上記に説明したように、成長基板上で成長する。 In one embodiment, the tunnel junction LED 900 grows on a growth substrate as described above with respect to FIGS. 4, 5, and 6.

ここにおいて説明されたデバイスのいずれも、波長変換構造体と組み合わされてよい。波長変換構造体は、１つまたはそれ以上の波長変換材料を含み得る。波長変換構造体は、ＬＥＤに対して直接接続されてよく、ＬＥＤに近接して配置されるがＬＥＤ対して直接接続されなくてよく、または、ＬＥＤから間隔を空けて置かれてよい。波長変換構造体は、任意の適切な構造であってよい。波長変換構造体は、ＬＥＤとは別に形成されてよく、または、ＬＥＤと共にその場で形成されてよい。ＬＥＤとは別に形成される波長変換構造体の実施例は、焼結（sintering）または任意の他の適切な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を含み、粉末蛍光体（powder phosphors）といった波長変換材料であり、圧延され、鋳造され、または、そうでなければシートの中へ形成され、次いで、個々の波長変換構造体へと個片化される、シリコーン（silicone）またはガラスといった透明材料の中に配置されているものを含み、そして、粉末蛍光体といった波長変換材料であり、フレキシブルなシートの中へ形成されるシリコーンといった透明材料において配置され、ＬＥＤの上にラミネートされ、または、そうでなければ配置されるものを含む。 Any of the devices described herein may be combined with a wavelength conversion structure. The wavelength conversion structure may include one or more wavelength conversion materials. The wavelength conversion structure may be directly connected to the LED and may be located close to the LED but not directly connected to the LED, or may be spaced apart from the LED. The wavelength conversion structure may be any suitable structure. The wavelength conversion structure may be formed separately from the LED or may be formed in-situ with the LED. Examples of wavelength conversion structures formed separately from LEDs include ceramic wavelength conversion structures that can be formed by sintering or any other suitable process and wavelength conversion such as powder phosphors. In a transparent material such as silicone or glass, which is a material that is rolled, cast, or otherwise formed into a sheet and then individualized into individual wavelength conversion structures. Containing and being placed in a wavelength conversion material such as a powder phosphor, and being placed in a transparent material such as silicone formed into a flexible sheet, laminated on an LED, or otherwise. Including those that are placed.

その場で形成される波長変換構造体の実施例は、シリコーン（silicone）といった透明材料と混合され、そして、ＬＥＤの上に分配され、スクリーン印刷され、ステンシル印刷され、モールドされ、または、そうでなければ配置された、粉末蛍光体といった波長変換材料、および、電気泳動、蒸気、または、あらゆる他の適切なタイプの堆積によってＬＥＤ上にコーティングされた波長変換材料を含んでいる。 Examples of in-situ formed wavelength conversion structures are mixed with a transparent material such as silicone and distributed over LEDs, screen-printed, stencil-printed, molded, or so. Includes wavelength conversion materials such as powder phosphors, which are otherwise placed, and wavelength conversion materials coated on the LEDs by electrophoresis, steam, or any other suitable type of deposition.

波長変換構造体の複数の形態が単一のデバイスにおいて使用され得る。例えば、セラミック波長変換部材は、モールド波長変換部材と、セラミックおよびモールド部材における同一または異なる波長変換材料と、組み合わせることができる。 Multiple forms of the wavelength conversion structure can be used in a single device. For example, the ceramic wavelength conversion member can be combined with the mold wavelength conversion member and the same or different wavelength conversion materials in the ceramic and the mold member.

波長変換構造体は、例えば、従来の蛍光体、有機蛍光体、量子ドット、有機半導体、II-VI族またはIII-V族半導体、II-VI族またはIII-V族半導体量子ドット、もしくは、ナノ結晶、染料（dyes）、ポリマー、または発光する他の材料を含み得る。 The wavelength conversion structure is, for example, a conventional phosphor, an organic phosphor, a quantum dot, an organic semiconductor, a II-VI group or III-V group semiconductor, a II-VI group or III-V group semiconductor quantum dot, or a nano. It may include crystals, dyes, polymers, or other materials that emit light.

波長変換材料は、ＬＥＤによって放射された光を吸収し、そして、１つまたはそれ以上の異なる波長の光を放射する。ＬＥＤによって放射され変換されていない光は、しばしば、そうである必要はないが、構造体から抽出される光の最終スペクトルの一部である。一般的な組み合わせの実施例は、黄色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、緑色および赤色発光波長変換材料と組み合わされた青色発光ＬＥＤ、青色および黄色発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤ、そして、青色、緑色、および赤色の発光波長変換材料と組み合わされたＵＶ発光ＬＥＤを含む。構造体から抽出された光のスペクトルを調整するために、他の色の光を放射する波長変換材料が加えてられてよい。 The wavelength conversion material absorbs the light emitted by the LED and emits one or more different wavelengths of light. The light emitted and unconverted by the LED is often, but not necessarily, part of the final spectrum of light extracted from the structure. Examples of common combinations are blue emission LED combined with yellow emission wavelength conversion material, blue emission LED combined with green and red emission wavelength conversion material, UV emission combined with blue and yellow emission wavelength conversion material. Includes LEDs and UV emitting LEDs combined with blue, green, and red emission wavelength conversion materials. Wavelength conversion materials that emit light of other colors may be added to adjust the spectrum of light extracted from the structure.

いくつかの実施形態において、ここにおいて説明される方法は、ＭＯＣＶＤチャンバと、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積チャンバとの間でウェハを移動するクラスタツールによって実行され得る。そうしたツールにより、スケーラブルな製造工程が可能になる。いくつかの実施形態において、ＲＰ−ＣＶＤ、スパッタリング堆積、およびＭＯＣＶＤツールは、クラスタツールではなく、むしろスタンドアロン（stand-alone）である。いくつかの実施形態においては、単一のリアクタが、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積およびＭＯＣＶＤ成長モードを同じ物理的チャンバの中に一緒に組み込んでよい。ｐ型層におけるｐ型ドーパントを非活性化することなく、または、ｐ型領域の電気的挙動に影響を与えることなく、ＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積によって実行される成長ステップの最中に、非常に少ない量の水素及び／又はアンモニアが使用され得ることが可能である。例えば、いくつかの実施形態において、水素は、それがｐ型ＧａＮの非活性化を生じさせないと仮定して、いくつかのバブラ（bubblers）のためのキャリアガスとして使用され得る。 In some embodiments, the method described herein can be performed by a cluster tool that moves the wafer between the MOCVD chamber and the RP-CVD and / or sputtering deposition chamber. Such tools enable a scalable manufacturing process. In some embodiments, the RP-CVD, sputtering deposition, and MOCVD tools are stand-alone rather than cluster tools. In some embodiments, a single reactor may incorporate RP-CVD and / or sputtering deposition and MOCVD growth modes together in the same physical chamber. During the growth steps performed by RP-CVD and / or sputtering deposition, without deactivating the p-type dopant in the p-type layer or affecting the electrical behavior of the p-type region. It is possible that very small amounts of hydrogen and / or ammonia can be used. For example, in some embodiments, hydrogen can be used as a carrier gas for some bubblers, assuming that it does not result in inactivation of p-type GaN.

ここにおいて説明される実施形態は、任意の適切な発光デバイスの中へ組み込むことができる。本発明の実施形態は、例えば、図５、図７、および図９の縦型デバイスといった、例示された特定の構造体に限定されない。 The embodiments described herein can be incorporated into any suitable light emitting device. Embodiments of the present invention are not limited to the particular structures exemplified, for example, the vertical devices of FIGS. 5, 7, and 9.

上述の実施例および実施形態において、半導体発光デバイスは青色またはＵＶ光を放射するIII族窒化物ＬＥＤであるが、ＬＥＤ以外の半導体発光素子、レーザダイオードといったもの、は本発明の範囲内である。加えて、ここにおいて説明される原理は、III-V族材料、III族リン化物、III族ヒ化物、II-VI族材料、ＺｎＯ、またはＳｉ系材料といった、他の材料系から作られた半導体発光デバイスに対して適用可能であり得る。 In the above-described examples and embodiments, the semiconductor light emitting device is a group III nitride LED that emits blue or UV light, but semiconductor light emitting devices other than the LED, a laser diode, and the like are within the scope of the present invention. In addition, the principles described here are semiconductors made from other material systems, such as group III-V materials, group III phosphides, group III arsenides, group II-VI materials, ZnO, or Si-based materials. It may be applicable to light emitting devices.

発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するためのここにおいて説明される非限定的な方法は、特許請求の精神および範囲内に留まりながらも、様々なアプリケーションおよび使用に対して変更され得る。ここにおいて説明され、かつ／あるいは、図面に示されている実施形態および変形は、実施例としてだけ提示されるものであり、かつ、範囲および精神について限定するものではない。ここにおける説明は、特定の実施態様に関して説明されているが、発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するための方法に係る全ての実施態様について適用可能であり得る。 The non-limiting methods described herein for using RP-CVD and / or sputtering deposition to grow layers in light emitting devices remain within the spirit and scope of the claims, but in various applications and. Can be modified for use. The embodiments and variations described herein and / or shown in the drawings are presented only as examples and are not limited in scope and spirit. Although the description herein is for a particular embodiment, it is applicable to all embodiments relating to methods for using RP-CVD and / or sputtering deposition to grow layers in light emitting devices. obtain.

ここにおいて記載されるように、ここにおいて説明される方法は、任意の特定的な機能を実行する任意の特定的な要素に限定されるものではなく、そして、提示される方法のいくつかのステップは、必ずしも示された順序で生じることを要しない。例えば、いくつかの事例においては、２つまたはそれ以上の方法ステップが、異なる順序で、または、同時に生じてよい。加えて、説明される方法のいくつかのステップは、（たとえオプションであると明示的に述べられていなくても）オプションであってよく、そして、従って、省略されてよい。ここにおいて開示される方法に係るこれらおよび他の変形は、特に、ここにおいて説明される発光デバイスにおいて層を成長させるためにＲＰ−ＣＶＤ及び／又はスパッタリング堆積を使用するための方法に係る説明の観点で、直ちに明らかになるであろうし、そして、本発明の全範囲内にあるものと考えられる。 As described herein, the methods described herein are not limited to any particular element performing any particular function, and some steps of the method presented. Do not necessarily have to occur in the order shown. For example, in some cases, two or more method steps may occur in different orders or at the same time. In addition, some steps of the described method may be optional (even if not explicitly stated to be optional) and may therefore be omitted. These and other variants of the methods disclosed herein are in particular the aspects of the description relating to methods for using RP-CVD and / or sputtering deposition to grow layers in the light emitting devices described herein. It will become apparent immediately, and is believed to be within the full scope of the invention.

いくつかの実施形態のいくつかの特徴は、省略されてよく、または、他の実施形態と共に実施されてよい。ここにおいて説明されるデバイス要素および方法要素は、交換可能であり、ここにおいて説明される任意の実施例または実施形態において使用されるか、または、省略されてよい。 Some features of some embodiments may be omitted or may be implemented in conjunction with other embodiments. The device and method elements described herein are interchangeable and may be used or omitted in any of the embodiments or embodiments described herein.

機能および要素は、特定の組み合わせにおいて上記に説明されているが、各特徴または要素は、他の特徴および要素なしに単独で、または、他の特徴および要素を用いて又は用いないで様々な組み合わせにおいて使用され得る。 Functions and elements are described above in a particular combination, but each feature or element may be used alone without other features and elements, or in various combinations with or without other features and elements. Can be used in.

Claims (14)

ｎ型領域、発光領域、およびｐ型領域を含む発光デバイスを成長させるための方法であって、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用して、成長基板上に発光デバイス構造体を成長させるステップと、
リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つを使用して、前記発光デバイス構造体上にトンネル接合に係る水素フリー層の少なくとも一部分を成長させるステップと、
を含み、
前記トンネル接合に係る水素フリー層の少なくとも一部分を成長させるステップは、
ｐ＋＋層を前記ｐ型領域と直接接触させるステップであり、該ｐ＋＋層は、前記ｐ型領域よりも強くドープされている、ステップと、
ｎ＋＋層を前記ｐ＋＋層と接触させるステップであり、前記トンネル接合に係る前記層の少なくとも一部分は、前記ｐ＋＋層である、ステップと、
を含み、
前記発光デバイス構造体および前記トンネル接合は、ＩＩＩ族窒化物材料でできている、
方法。 A method for growing a light emitting device including an n-type region, a light emitting region, and a p-type region.
The steps of growing a light emitting device structure on a growth substrate using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD),
Using at least one of remote plasma chemical vapor deposition (RP-CVD) and sputtering deposition to grow at least a portion of the hydrogen-free layer for tunnel junctions on the light emitting device structure.
Including
The step of growing at least a part of the hydrogen-free layer related to the tunnel junction is
The step of bringing the p ++ layer into direct contact with the p-type region, wherein the p ++ layer is more heavily doped than the p-type region.
The step of bringing the n ++ layer into contact with the p ++ layer, and at least a part of the layer related to the tunnel junction is the p ++ layer.
Including
The light emitting device structure and the tunnel junction are made of a group III nitride material.
Method. 前記発光デバイス構造体を成長させるステップは、さらに、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって、前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域の第１部分を成長させるステップと、
前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域の第１部分をアニールするステップと、
前記アニールの後で、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記ｐ型領域の水素フリーの第２部分を成長させるステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。 The step of growing the light emitting device structure further
A step of growing the first portion of the n-type region, the light-emitting region, and the p-type region by metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
A step of annealing the n-type region, the light emitting region, and the first portion of the p-type region,
A step of growing a hydrogen-free second portion of the p-type region by at least one of RP-CVD and sputtering deposition after the annealing.
The method according to claim 1, wherein the method comprises. 前記発光デバイス構造体を成長させるステップは、
ＭＯＣＶＤによって、前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域を成長させるステップと、
前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域をアニールするステップと、を含み、
前記トンネル接合に係る前記層の少なくとも一部分を成長させるステップは、
前記アニールの後で、前記ｐ型領域上の前記ｐ＋＋層を成長させるステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。 The step of growing the light emitting device structure is
A step of growing the n-type region, the light emitting region, and the p-type region by MOCVD,
Including the step of annealing the n-type region, the light emitting region, and the p-type region.
The step of growing at least a portion of the layer according to the tunnel junction is
After the annealing, the step of growing the p ++ layer on the p-type region and
The method according to claim 1 , wherein the method comprises. 前記方法は、さらに、
前記ｎ型領域と直接接触する第２金属コンタクト、および、前記トンネル結合と直接接触しているｎ型コンタクト層と直接接触する第１金属コンタクトを形成するステップ、
を含む、請求項１に記載の方法。 The method further
The second metal contacts, and forming a first metal contacts for direct contact with the n-type contact layer in contact tunnel junction direct direct contact with the n-type region,
The method according to claim 1, wherein the method comprises. 前記方法は、さらに、
前記トンネル接合上に別の発光デバイス構造体を成長させるステップ、
を含む、請求項４に記載の方法。 The method further
A step of growing another light emitting device structure on the tunnel junction,
4. The method of claim 4. 前記トンネル接合は、さらに、
前記ｐ＋＋層と前記ｎ＋＋層との間に配置された追加層を含み、かつ、
該追加層は、前記ｐ＋＋層または前記ｎ＋＋層のいずれかと異なる組成である、
請求項１に記載の方法。 The tunnel junction further
Includes an additional layer disposed between the p ++ layer and the n ++ layer, and
The additional layer has a composition different from that of either the p ++ layer or the n ++ layer.
The method according to claim 1. 前記ｎ型領域、前記発光領域、および前記ｐ型領域は、ＩＩＩ族窒化物材料でできている、
請求項１に記載の方法。 The n-type region, the light-emitting region, and the p-type region are made of a group III nitride material.
The method according to claim 1. デバイスを成長させるための方法であって、
リモートプラズマ化学気相堆積（ＲＰ−ＣＶＤ）とスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、成長基板上に水素フリーＩＩＩ族窒化物のｐ型領域を成長させるステップと、
前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上にＩＩＩ族窒化物の発光領域を成長させるステップと、
有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）を使用して、前記発光領域上にＩＩＩ族窒化物のｎ型領域を成長させるステップと、
を含む、
方法。 A way to grow your device
A step of growing a p-type region of a hydrogen-free Group III nitride on a growth substrate by at least one of remote plasma chemical vapor deposition (RP-CVD) and sputtering deposition.
The step of growing the light emitting region of the group III nitride on the p-type region of the group III nitride,
A step of growing an n-type region of a group III nitride on the light emitting region using metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD).
including,
Method. 前記方法は、さらに、
前記成長基板の非ＩＩＩ族窒化物材料上にＧａＮフィルムを配置するステップであり、前記ＧａＮフィルムを、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ）によって成長させる、ステップ、を含む、
請求項８に記載の方法。 The method further
A step of placing the GaN film on the non-III-nitride material of the growth substrate, comprising the GaN film is grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), step, and,
The method according to claim 8. 前記方法は、さらに、
前記成長基板の非ＩＩＩ族窒化物材料上にＧａＮフィルムを配置するステップであり、前記ＧａＮフィルムを、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって成長させる、ステップ、を含む、
請求項８に記載の方法。 The method further
Wherein a step of placing a non-III-GaN film on the nitride material of the growth substrate, wherein the GaN film is grown by at least one of RP-CVD and sputtering deposition, comprising the step, a,
The method according to claim 8. 前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上に発光領域を成長させるステップは、
ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記発光領域の水素フリーの第１部分を成長させるステップと、
ＭＯＣＶＤによって、前記発光領域の第２部分を成長させるステップと、
を含む、請求項８に記載の方法。 The step of growing a light emitting region on the p-type region of the group III nitride is
A step of growing a hydrogen-free first portion of the light emitting region by at least one of RP-CVD and sputtering deposition.
A step of growing a second portion of the light emitting region by MOCVD,
8. The method of claim 8. 前記ＩＩＩ族窒化物のｐ型領域上に発光領域を成長させるステップは、
ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、前記ＩＩＩ族窒化物の発光領域を成長させるステップ、を含む、
請求項８に記載の方法。 The step of growing a light emitting region on the p-type region of the group III nitride is
Includes the step of growing the light emitting region of the group III nitride by at least one of RP-CVD and sputtering deposition.
The method according to claim 8. デバイスを成長させるための方法であって、
成長基板上にｐ型領域を成長させるステップと、
ＭＯＣＶＤによる前記ｐ型領域の成長の後で、前記ｐ型領域をアニールするステップと、
前記ｐ型領域上に、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、発光領域を成長させるステップと、
前記発光領域上に、ＲＰ−ＣＶＤとスパッタリング堆積のうち少なくとも１つによって、ｎ型領域を成長させるステップと、
を含む、
方法。 A way to grow your device
The step of growing the p-type region on the growth substrate,
After the growth of the p-type region by MOCVD, the step of annealing the p-type region and
A step of growing a light emitting region on the p-type region by at least one of RP-CVD and sputtering deposition.
A step of growing an n-type region on the light emitting region by at least one of RP-CVD and sputtering deposition.
including,
Method. 前記ｐ型領域、前記発光領域、および前記ｎ型領域は、ＩＩＩ族窒化物材料からできている、
請求項１３に記載の方法。 The p-type region, the light emitting region, and the n-type region is made of a III-nitride material,
13. The method of claim 13.
JP2020081029A 2016-05-20 2020-05-01 Methods for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices Active JP6936358B2 (en)

Applications Claiming Priority (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662339412P 2016-05-20 2016-05-20
US62/339,412 2016-05-20
EP16179434.2 2016-07-14
EP16179434 2016-07-14
JP2018560942A JP6701385B2 (en) 2016-05-20 2017-05-19 Method for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018560942A Division JP6701385B2 (en) 2016-05-20 2017-05-19 Method for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020184630A JP2020184630A (en) 2020-11-12
JP6936358B2 true JP6936358B2 (en) 2021-09-15

Family

ID=71893743

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020081029A Active JP6936358B2 (en) 2016-05-20 2020-05-01 Methods for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP6936358B2 (en)
KR (1) KR102192601B1 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100380536B1 (en) * 2000-09-14 2003-04-23 주식회사 옵토웰 III-Nitride compound semiconductor light emitting device having a tunnel junction structure
WO2004061923A1 (en) * 2002-12-27 2004-07-22 General Electric Company Gallium nitride crystal, homoepitaxial gallium-nitride-based devices and method for producing same
US20110027973A1 (en) * 2009-07-31 2011-02-03 Applied Materials, Inc. Method of forming led structures

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020184630A (en) 2020-11-12
KR102192601B1 (en) 2020-12-17
KR20200090940A (en) 2020-07-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6701385B2 (en) Method for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices
US11404599B2 (en) Method of forming a p-type layer for a light emitting device
JP7043551B2 (en) Method of forming a p-shaped layer of a light emitting device
US10541352B2 (en) Methods for growing light emitting devices under ultra-violet illumination
JP6936358B2 (en) Methods for using remote plasma chemical vapor deposition and sputtering deposition to grow layers in light emitting devices
JP7050060B2 (en) How to grow a luminous device under UV irradiation

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200501

AA31 Notification that no translation was submitted

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A243631

Effective date: 20200707

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210415

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210427

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210715

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: 20210803

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210826

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6936358

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150