JP7447151B2 - パッシベーション層を含む発光ダイオード前駆体 - Google Patents

Description

本開示の分野
本開示は、ＩＩＩ族チッ化物半導体に関する。とくには、本開示は、ＩＩＩ族チッ化物半導体を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。

背景
マイクロＬＥＤアレイは、一般に、１００×１００μｍ２以下のサイズのＬＥＤのアレイと定義される。マイクロＬＥＤアレイは、スマートウォッチ、頭部装着型ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、カムコーダー、ビューファインダ、マルチサイト励起源、およびピコプロジェクタなどのさまざまなデバイスにおける使用に好適であり得る自発光型マイクロディスプレイ／プロジェクタである。

マイクロＬＥＤアレイの１つの既知の形態は、ＩＩＩ族チッ化物から形成された複数のＬＥＤを含む。ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤは、ＧａＮ、ならびに活性発光領域におけるＧａＮのＩｎＮおよびＡｌＮとの合金を含む無機半導体ＬＥＤである。ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤは、例えば発光層が有機化合物である有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などの従来からの大面積ＬＥＤと比べ、大幅に高い電流密度で駆動され、高い光出力密度を放射することができる。結果として、所与の方向に放射される光源の単位面積あたりの光の量として規定される輝度（明るさ）がより高いため、マイクロＬＥＤは、高輝度を必要とする用途または高輝度が有利である用途に好適である。例えば、高輝度が有利である用途として、高輝度環境におけるディスプレイまたはプロジェクタを挙げることができる。さらに、ＩＩＩ族チッ化物マイクロＬＥＤは、他の従来からの大面積ＬＥＤと比較して、ワットあたりのルーメン（ｌｍ／Ｗ）で表される発光効率が比較的高いことが知られている。ＩＩＩ族チッ化物マイクロＬＥＤアレイの比較的高い発光効率は、他の光源と比較して電力の使用を削減し、マイクロＬＥＤを携帯デバイスにきわめて適したものにする。

ＬＥＤの重要な性能特性の１つは、内部量子効率（ＩＱＥ）である。ＩＱＥは、ＬＥＤにおいて発生する放射再結合イベントのＬＥＤにおいて発生する再結合イベントの総数（すなわち、非放射再結合イベントを含む）に対する比の尺度である。ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤの場合、バルク結晶構造が、結晶格子中の欠陥によって遮断される可能性がある。そのような欠陥として、結晶格子中のダングリングボンドまたは空孔を挙げることができる。空孔およびダングリングボンドは、エネルギーバンドにトラップサイトをもたらし、ＩＱＥを低下させる非放射再結合イベントを引き起こす可能性がある。とくには、ＬＥＤ構造の表面が、ＬＥＤの表面の製造中に欠陥の形成を被りやすい。ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤの表面の欠陥は、ＩＱＥを低下させる非放射性の表面再結合イベントにつながる可能性がある。

マイクロＬＥＤに関して、ＬＥＤのサイズが小さくなるにつれて体積に対する表面積の比が大きくなるがゆえに、ＬＥＤのサイズが小さくなると、バルク放射再結合イベントと比べて表面再結合の量が多くなる可能性があることを、理解できるであろう。

米国特許出願公開第２０１６／０１９７２３２号が、非放射性の側壁再結合を低減させたＬＥＤ構造を開示している。ＬＥＤ構造は、上部電流拡散層と、下部電流拡散層と、上部および下部電流拡散層の間の活性層とにまたがるｐ－ｎ接合側壁を含む。

米国特許出願公開第２０１８／０１７５２４８号が、Ａｌを含むＩＩＩ族チッ化物パッシベーション材料で不動態化されたマイクロＬＥＤ構造を開示している。ＩＩＩ族チッ化物パッシベーション材料が、非放射再結合を低減し、ＬＥＤ構造の漏れ電流を低減し、さらには／あるいは発光効率を改善できると開示されている。

しかしながら、ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤのＩＱＥをさらに改善する必要性が、依然として存在する。

本発明の目的は、先行技術のＬＥＤに関する問題のうちの少なくとも１つに取り組む改善されたＬＥＤ前駆体を提供し、あるいは少なくとも先行技術のＬＥＤに対する商業的に有用な代替物を提供することである。

発明の概要
本発明の発明者は、ＩＩＩ族チッ化物ＬＥＤの表面再結合が、２つの重要な機構によって影響を受けると理解した。第一に、表面再結合は、結晶欠陥を介して発生する可能性がある。例えば、エッチングプロセスに起因する表面損傷が、ＬＥＤのエッチングされた表面に空孔またはダングリングボンドなどの結晶欠陥を導入する可能性がある。このような結晶欠陥は、ＬＥＤにおいて非放射再結合イベントを促進するトラップサイトを形成することで、ＩＱＥを低下させる可能性がある。第二に、ＩＩＩ族チッ化物の周期的な結晶構造が表面において終了することで、エネルギーバンドギャップ内にさらなるトラップレベルが形成される。

本発明の第１の態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）前駆体が提供される。ＬＥＤ前駆体は、基板と、ＬＥＤ構造と、パッシベーション層とを備える。ＬＥＤ構造は、基板上に設けられる。ＬＥＤ構造は、複数のＩＩＩ族チッ化物層を備える。ＬＥＤ構造の複数のＩＩＩ族チッ化物層は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、およびｐ型半導体層とｎ型半導体層との間の活性層を含む。ＩＩＩ族チッ化物層の各層は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。ＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する平面内を延びる側壁を有する。パッシベーション層は、ＬＥＤ構造の活性層がパッシベーション層によって覆われるように、ＬＥＤ構造の側壁に設けられる。パッシベーション層は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。ＬＥＤ構造は、ＬＥＤ構造の側壁が、ＬＥＤ構造の各層の非極性結晶面に整列するように形作られる。

本開示の第１の態様によれば、パッシベーション層が、ＬＥＤ構造の活性層を覆うように、側壁の少なくとも一部分を覆って設けられ、活性層の周期的な結晶構造がＬＥＤ構造の側壁において終端することがないように保証する。むしろ、活性層の（周期的な）結晶構造は、パッシベーション層の結晶性のＩＩＩ族チッ化物によって継続される。したがって、周期的な結晶構造の終端に関連するトラップレベルが、ＬＥＤ構造とパッシベーション層との間の界面に形成されることがない。結晶構造の終端に起因するエネルギーレベルは、ＬＥＤ構造との界面とは反対側のパッシベーション層の表面に形成される。したがって、結晶構造の終端に起因するエネルギーレベルが、パッシベーション層によってＬＥＤ構造から離される。パッシベーション層のバンドギャップは、パッシベーション層がＬＥＤ構造の側壁からパッシベーション層の表面への電荷キャリアの流れを低減または防止するように、活性層のバンドギャップよりも大きい。事実上、パッシベーション層は、ＬＥＤ構造の側壁表面に向かって移動しようとするキャリアについて障壁層として機能する。ＬＥＤ構造の活性層における電荷キャリアに関して利用可能なトラップサイトの数を減らすことによって、ＬＥＤ構造のＩＱＥを向上させることができる。

さらに、本発明の発明者は、ＩＩＩ族チッ化物結晶材料から形成されたＬＥＤ構造が、極性結晶構造を有すると理解した。構造の多数の平面に沿ってそのような極性結晶構造が終端することで、正味の非ゼロの電荷を有する表面が画定される。例えば、ＩＩＩ族チッ化物（例えば、ＧａＮ）の（０ ０ ０ １）面は、極性面と見なされる。ＩＩＩ族チッ化物（例えば、ＧａＮ）の（１ １ －２ ２）（注：ここで、２の上にバーがついたものを－２で表す）面は、半極性面と見なされる。非ゼロの正味電荷を有するそのような平面（すなわち、極性面または半極性面）が、より大きいバンドギャップのＩＩＩ族チッ化物（すなわち、パッシベーション層）との界面を形成するとき、二次元電子ガスが、高電子移動度トランジスタの機能と同様に、２つの層の間の界面に形成される。本発明のＬＥＤ構造の場合、ＬＥＤ構造の側壁における二次元電子ガスの形成は、ＬＥＤ構造を横切る電荷キャリアの漏れ経路をもたらし得る。形成される二次元電子ガスは、ＬＥＤ構造のパッシベーション層を設けることから得られる利点を排除するのに充分に導電性であり得る。

この現象を低減または排除するために、本発明のＬＥＤ構造は、側壁をＩＩＩ族チッ化物結晶構造の非極性面に整列させて形成される。ＬＥＤ構造の側壁をＩＩＩ族チッ化物結晶構造の非極性面に整列させることにより、ＬＥＤ構造とパッシベーション層との間の界面に二次元電子ガスが形成されることがない。結果として、本発明のパッシベーション層は、パッシベーション層とＬＥＤ構造との間の界面に電荷キャリアの漏れ経路が形成されないことを保証する。したがって、本発明の発明者は、非極性面の側壁を覆うパッシベーション層を備えたＬＥＤ構造を提供することにより、ＬＥＤ構造の側壁とパッシベーション層との間の界面に存在するトラップサイトの数の大幅な減少がもたらされる一方で、望ましくない電荷漏れ経路の形成も防止されることを理解した。したがって、本発明の第１の態様によるＬＥＤ前駆体から得られるＬＥＤは、ＬＥＤ構造の活性層の側壁表面に存在するトラップサイトの数の減少からもたらされる向上した内部量子効率を有することができる。

ＬＥＤ前駆体における「前駆体」という用語により、説明されるＬＥＤ前駆体が、例えば発光を可能にするためのＬＥＤのための電気的接触部や、関連の回路を、必ずしも含まないことに留意されたい。当然ながら、第１の態様のＬＥＤ前駆体は、さらなる電気的接触部および関連の回路の追加を排除するものではない。したがって、本開示における前駆体という用語の使用は、最終製品（すなわち、ＬＥＤ）を含むように意図される。

第１の態様によれば、ＬＥＤ構造はＩＩＩ族チッ化物を含む。好ましくは、ＩＩＩ族チッ化物は、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、およびＧａＮのうちの１つ以上を含む。本明細書において、或る種にその種の構成成分によって言及した場合、そのような言及は、それらの構成成分について利用可能なあらゆる化学量論を含む。したがって、例えば、ＡｌＧａＮは、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ（ｘは１でも、０でもない）など、ＡｌＧａＮのすべての合金を含む。好ましい化学量論は、個々の層の機能に応じて異なる。

上述のように、いくつかの実施形態において、ＬＥＤ前駆体は、マイクロＬＥＤ前駆体であってよい。すなわち、本開示によるマイクロＬＥＤ前駆体は、１０，０００μｍ^２未満の表面積を有するＬＥＤ前駆体であってよい。例えば、ＬＥＤ前駆体は、１００μｍ×１００μｍ未満の表面寸法を有し得る。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ構造は、複数の側壁を含むことができ、各々の側壁は、基板の表面に直角に延びる。ＬＥＤ構造を、ＬＥＤ構造の各側壁がＬＥＤ構造の各層の非極性結晶面に整列するように形作ることができ、パッシベーションを各側壁上に設けることができる。したがって、パッシベーション層を、活性層の結晶構造が終端するＬＥＤ構造の各側壁上に設けることができる。ＬＥＤ構造に各側壁上のパッシベーション層を設けることにより、活性層の各側壁に存在するトラップサイトの数を、さらなる電荷漏れ経路を導入することなく減らすことができ、したがってＬＥＤのＩＱＥを向上させることができる。

パッシベーション層は、いくつかの実施形態においては単結晶（モノ結晶）ＩＩＩ族チッ化物または多結晶ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、ＬＥＤ構造の複数の層の各々を覆うように、ＬＥＤ構造の側壁上に設けられる。したがって、パッシベーション層は、さらなる電荷漏れ経路を導入することなく、ｐ型半導体層の側壁およびｎ型半導体層の側壁における結晶格子の終端に起因するトラップサイトの形成を防止または低減する。これにより、ＬＥＤ構造の内部量子効率がさらに向上する。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ前駆体は、基板の表面にわたって広がる電流拡散層を含むことができる。ＬＥＤ構造を、電流拡散層の表面上に設けることができる。電流拡散層は、ＩＩＩ族チッ化物半導体を含むことができる。パッシベーション層は、電流拡散層の表面の少なくとも一部分も覆うことができる。したがって、電流拡散層は、電流拡散層の表面が非ゼロの正味電荷（例えば、極性ｃ面または半極性面）を有する結晶構造を有することができる。したがって、この場合には、二次元電子ガスを、電流拡散層とパッシベーション層（活性層よりも大きいバンドギャップを有する）との間の界面に意図的に形成することができる。この二次元電子ガスは、（ＨＥＭＴと同様に）ＬＥＤ前駆体への電荷キャリアの輸送を改善することにより、ＬＥＤの全体的な効率の改善をもたらすことができる。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ前駆体は六角形の形状を有することができる。ＬＥＤ前駆体は、ＬＥＤ構造の側壁が非極性面と整列するように六角形の形状を有することができる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤ前駆体は、ａ面またはｍ面であってよい１つ以上の非極性面に整列した側壁を有することができる。いくつかの実施形態においては、ＬＥＤ構造の側壁を、ａ面およびｍ面の組み合わせに整列させることができる。

いくつかの実施形態において、パッシベーション層はＡｌＮを含むことができる。いくつかの代案の実施形態において、パッシベーション層は、二元、三元、四元、または五元の材料であってよい。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、チッ素と、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎのうちの１つ以上とを含むＩＩＩ族チッ化物であてよい。例えば、パッシベーション層は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎであってよく、ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、およびｘ＋ｙ＋ｚ≦１である。したがって、パッシベーション層のバンドギャップを、電荷キャリアブロッキング層として適切な機能を提供するために、パッシベーション層材料の組成を変えることによって変えることができる。

いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、ＬＥＤ構造の側壁に垂直な厚さ方向に、少なくとも１ｎｍ、３ｎｍ、または５ｎｍの厚さを有する。いくつかの実施形態においては、パッシベーション層を通る電荷キャリアのトンネリングを低減するために、パッシベーション層について最小の厚さを有することが望ましい。パッシベーション層を通る電荷キャリアのトンネリングは、ＬＥＤ構造とは反対側のパッシベーション層の表面のエネルギーレベルを介して非放射再結合イベントを発生させる可能性がある。パッシベーション層を通る電荷キャリアのトンネリングの発生を低減または防止すると、放射再結合に利用できる電荷キャリアの量が増加し、したがってＩＱＥがさらに向上する。

いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、５００ｎｍ、４００ｎｍ、または３００ｎｍ以下の厚さを有する。

第１の態様のいくつかの実施形態において、パッシベーション層のバンドギャップは、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加する。いくつかの実施形態において、パッシベーション層は、複数のパッシベーション副層を備え、各々のパッシベーション副層のバンドギャップは、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に段階的な様相で大きくなる。いくつかの実施形態においては、パッシベーション層の組成が、パッシベーション層のバンドギャップがＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に大きくなるように、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかるように延びる厚さ方向に次第に変動する。いくつかの実施形態のパッシベーション層は、ＬＥＤ構造とパッシベーション層との間の界面において結晶格子にいくらかのひずみを導入する可能性がある。変動する電子バンドギャップを有するパッシベーション層を設けることにより、バンドギャップの材料特性を、ＬＥＤ構造とパッシベーション層との間の界面におけるひずみを低減しつつ、パッシベーション層の表面状態への電荷キャリアの流れを防止するための適切に大きなポテンシャル障壁も提供するように設定することができる。

本開示の第２の態様によれば、ＬＥＤアレイ前駆体が提供される。ＬＥＤアレイ前駆体は、基板と、基板上に設けられた複数のＬＥＤ構造と、パッシベーション層とを含む。各々のＬＥＤ構造は、ｐ型半導体層、ｎ型半導体層、およびｐ型半導体層とｎ型半導体層との間の活性層を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を含む。複数のＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含み、各々のＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する平面内を延びる側壁を有する。パッシベーション層は、ＬＥＤ構造の活性層がパッシベーション層によって覆われるように、各々のＬＥＤ構造の側壁上に設けられる。パッシベーション層は、活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。さらに、各々のＬＥＤ構造は、ＬＥＤ構造の側壁が、ＬＥＤ構造の各層の非極性結晶面に整列するように形作られる。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ前駆体における複数のＬＥＤ前駆体の各々は、本開示の第１の態様によるＬＥＤ前駆体である。したがって、第２の態様のＬＥＤアレイ前駆体は、第１の態様の随意による特徴のいずれかを取り入れることができる。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ前駆体は、複数のマイクロＬＥＤ前駆体を含むことができる。すなわち、ＬＥＤアレイ前駆体における各々のマイクロＬＥＤは、１０，０００μｍ^２未満の表面積を有することができる。

パッシベーション層は、いくつかの実施形態においては単結晶（モノ結晶）ＩＩＩ族チッ化物または多結晶ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。

ＬＥＤアレイ前駆体における「前駆体」という用語により、説明されるＬＥＤアレイ前駆体が、例えば発光を可能にするための各々のＬＥＤのための電気的接触部や、関連の回路を、必ずしも含まないことに留意されたい。当然ながら、第２の態様のアレイＬＥＤ前駆体は、さらなる電気的接触部および関連の回路の追加を排除するものではない。したがって、本開示における前駆体という用語の使用は、最終製品（すなわち、ＬＥＤアレイ）を含むように意図される。

本開示の第３の態様によれば、ＬＥＤ前駆体を形成する方法が提供される。この方法は、
（ｉ）表面を有する基板を用意するステップと、
（ｉｉ）ｐ型半導体層、
ｎ型半導体層、および
ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間の活性層
を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えるＬＥＤ層であって、
ＬＥＤ層のＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるＬＥＤ層を、基板の表面上に堆積させるステップと、
（ｉｉｉ）ＬＥＤ層の非極性面に整列させた少なくとも１つの側壁形成用エッジを有しているマスク層で、ＬＥＤ層を選択的にマスクするステップと、
（ｉｖ）ＬＥＤ層のマスクされていない部分を、ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にエッチングして、マスク層の側壁形成用エッジに隣接するＬＥＤ層の非極性面に整列した側壁を有するＬＥＤ構造を形成するステップと、
（ｖ）活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるパッシベーション層を、ＬＥＤ構造の活性層を覆うようにＬＥＤ構造の側壁上に堆積させるステップと
を含む。

したがって、第３の態様による方法は、第１の態様によるＬＥＤ前駆体を提供することができる。

パッシベーション層は、いくつかの実施形態においては単結晶（モノ結晶）ＩＩＩ族チッ化物または多結晶ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ層のマスクされていない部分をエッチングするステップは、乾式エッチングプロセスと、その後の湿式エッチングプロセスとを含む。２段階のエッチングプロセスを使用してＬＥＤ構造の側壁を形成することにより、ＬＥＤ構造の表面積のより大きな割合を、（０ ０ ０ １）結晶面の方向にエッチングすることができる。したがって、２段階のエッチングプロセスは、パッシベーション層とＬＥＤ構造の側壁との間の界面に存在するトラップサイトの数を減らすことができる。

本開示の第４の実施形態によれば、ＬＥＤアレイ前駆体を形成する方法が提供される。この方法は、
（ｉ）表面を有する基板を用意するステップと、
（ｉｉ）ｐ型半導体層、
ｎ型半導体層、および
ｐ型半導体層とｎ型半導体層との間の活性層
を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えるＬＥＤ層であって、
ＬＥＤ層のＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるＬＥＤ層を、基板の表面上に堆積させるステップと、
（ｉｉｉ）複数のマスク層部分を含んでおり、各々のマスク層部分がＬＥＤ層の非極性面に整列させた少なくとも１つの側壁形成用エッジを有しているマスク層で、ＬＥＤ層を選択的にマスクするステップと、
（ｉｖ）ＬＥＤ層のマスクされていない部分を、ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にエッチングして、それぞれのマスク層部分の側壁形成用エッジに隣接するＬＥＤ層の非極性面に整列した側壁をそれぞれ有する複数のＬＥＤ構造を形成するステップと、
（ｖ）活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるパッシベーション層を、各々のＬＥＤ構造の活性層を覆うように各々のＬＥＤ構造の側壁上に堆積させるステップと
を含む。

パッシベーション層は、いくつかの実施形態においては単結晶（モノ結晶）ＩＩＩ族チッ化物または多結晶ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含む。

したがって、第４の態様による方法は、第２の態様によるＬＥＤ前駆体を提供することができる。いくつかの実施形態において、ＬＥＤアレイ前駆体を形成する方法は、本開示の第３の態様によるＬＥＤ前駆体を形成する方法の特徴のいずれかを取り入れることができる。

図面の簡単な説明
次に、本発明を、以下の非限定的な図に関連して説明する。本開示のさらなる利点は、詳細な説明を参照し、図と併せて検討することで明らかであり、図は、詳細をより明瞭に示すために比例尺ではなく、図において、同様の参照番号は、いくつかの図の全体を通して、同様の要素を指している。

本開示の実施形態によるＬＥＤアレイ前駆体の図を示している。 本開示の一実施形態によるＬＥＤ構造の側面図を示している。 本開示の一実施形態によるＬＥＤ構造の等角図を示している。 図３ａのＬＥＤ構造の側壁における活性層の電子バンド構造の簡略図を示している。 本開示の一実施形態によるＬＥＤ構造およびパッシベーション層の等角図を示している。 図４ａのＬＥＤ構造の側壁における活性層の電子バンド構造の簡略図を示している。 本開示の実施形態によるパッシベーション層の電子バンド構造の簡略図を示している。 本開示の実施形態による別のパッシベーション層の電子バンド構造の簡略図を示している。 本開示の実施形態によるさらに別のパッシベーション層の電子バンド構造の簡略図を示している。 図１に示した一部分Ｂの詳細な断面図の詳細を示している。 ＩＩＩ族チッ化物の結晶構造を表す図を示している。 Ｓｉウェーハ基板上に形成された３つの異なる形状のＬＥＤ構造の平面図を示している。 図１の実施形態によるＬＥＤ前駆体のアレイを製造する方法のフローチャートである。 本開示の一実施形態によるＬＥＤ層のパターン加工およびパッシベーション層の堆積のための方法のフローチャートである。

詳細な説明
次に、本発明をさらに説明する。以下の節において、本発明のさまざまな態様が、より詳細に規定される。そのように定められる各々の態様を、そのようでないことが明確に示されない限り、任意の他の１つ以上の態様と組み合わせることが可能である。とくには、好ましい、または有利であるとして示される任意の特徴を、随意である、または有利であるとして示される任意の他の１つ以上の特徴と組み合わせることが可能である。

本開示の実施形態は、ＬＥＤ構造の側壁において生じ得る非放射再結合イベントを低減するためのさまざまな構造的構成を有するＬＥＤ前駆体、およびＬＥＤ前駆体の形成方法を説明する。したがって、本開示の実施形態は、好ましくは、マイクロＬＥＤアレイおよび／またはマイクロＬＥＤアレイ前駆体に関する。マイクロＬＥＤアレイは、一般に、１００×１００μｍ^２以下のサイズを有するＬＥＤのアレイとして定義される。

本開示の一実施形態によれば、ＬＥＤアレイ前駆体１が提供される。ＬＥＤアレイ前駆体１は、基板１０と、電流拡散層２０と、複数のＬＥＤ構造３０とを含む。ＬＥＤアレイ前駆体の図が、図１に示されている。

基板１０は、ＬＥＤ構造を設けることができる基板表面１１を提供する。基板１０は、基板上にＩＩＩ族チッ化物を製造するための任意の適切な基板であってよい。例えば、基板１０は、シリコン、サファイアまたはＳｉ Ｃウェーハ、あるいは薄膜電子回路の製造に適した任意の他の基板であってよい。

図１の実施形態においては、緩衝層１４が基板上に設けられる。図１に示されるように、緩衝層１４は、基板１０の基板表面１１にわたって広がる。緩衝層は、例えばＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、またはＧａＮなどのＩＩＩ族チッ化物を含むことができる。緩衝層は、基板表面１１に垂直な方向に、少なくとも１００ｎｍ、３００ｎｍ、５００ｎｍ、または１０００ｎｍの厚さを有することができる。

電流拡散層２０を、基板１０上または緩衝層上に設けることができる。図１に示されるように、電流拡散層２０は、緩衝層１４のうちの基板１０の基板表面１１とは反対側の表面上で、緩衝層１４にわたって広がる。ＬＥＤ構造３０は、電流拡散層２０の基板１０とは反対側で、電流拡散層２０の表面にわたって分布している。

基板１０は、サファイアまたはシリコンウェーハを含むことができる。図１において、基板１０は単一のブロックとして示されているが、基板１０が複数の層を含んでもよいことを、理解できるであろう。例えば、基板１０は、シリコンウェーハに加えて、ＬＥＤ前駆体を駆動するための複数のアクティブマトリックス電子層を含むことができる。

複数のＬＥＤ構造３０が、電流拡散層２０上に設けられている。２次元アレイを形成するために、複数のＬＥＤ構造３０を電流拡散層２０にわたって分布させることができる。図１の実施形態は、複数のＬＥＤ構造３０を含むＬＥＤアレイ前駆体１であるが、他の実施形態において、単一のＬＥＤ構造３０が基板１０上に設けられてよいことを、理解できるであろう。

各々のＬＥＤ構造３０は、複数の層を含む。図１の実施形態において、各々のＬＥＤ構造３０は、ｎ型半導体層３２と、活性層３４と、ｐ型半導体層３６とを含む。各々のＬＥＤ構造３０は、電流拡散層２０の基板１０とは反対側で、電流拡散層２０の表面上に設けられる。複数の層３２、３４、３６は、互いに積み重ねられて、ＬＥＤ構造３０を形成する。このように、ＬＥＤ構造３０は、電流拡散層２０の表面および基板表面１１に垂直な方向に延びる。ＬＥＤ構造３０の層３２、３４、３６の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物から形成される。このように、ＬＥＤ構造３０は、結晶構造を有する。図１に示されるように、ＬＥＤ構造３０は、電流拡散層２０の表面から延びるメサ構造である。

図１に示されるＬＥＤ構造３０は、基板表面１１をおおむね横断する方向に延びるメサ形状の構造である。したがって、図１のＬＥＤ構造は、複数のおおむね平坦な表面を含む。複数のほぼ平坦な表面は、複数の側壁３７、および発光面３８を含む。発光面３８は、ＬＥＤ構造３０の基板１０とは反対側の表面である。

図１の実施形態において、ＬＥＤ構造の（０ ０ ０ １）結晶面は、基板表面１１に平行である。したがって、側壁３７の表面は、ＬＥＤ構造の（０ ０ ０ １）結晶面および基板表面１１に直交している。ＬＥＤ構造３０の側壁３７は、基板表面１１（または、電流拡散層２０）と発光面３８との間に延在するＬＥＤ構造３０の表面である。図１に示されるように、ＬＥＤ構造３０の側壁３７は、ＬＥＤ構造３０が上方に設けられた電流拡散層２０の表面にも直交している。当然ながら、いくつかの実施形態において、電流拡散層は随意であってよく、あるいは電流拡散層が平坦ではない上面を有してもよいことを、理解できるであろう。

ｎ型半導体層３２は、任意のＩＩＩ族チッ化物であってよい。例えば、図１の実施形態において、ｎ型半導体層３２を、ＧａＮから形成することができる。ｎ型半導体層３２を、例えば、ＳｉまたはＧｅ不純物、あるいは任意の他の適切な電子ドナーでドープすることができる。ｎ型半導体層３２を、電流拡散層２０と電気的に接触するように、電流拡散層２０上に形成することができる。

活性層３４は、光子を生成するための１つ以上の量子井戸を含むことができる。量子井戸を、バンドギャップが異なるＩＩＩ族チッ化物の複数の層から形成することができる。いくつかの実施形態においては、Ｉｎを含むＩＩＩ族チッ化物合金を使用して、量子井戸を形成することができる。ＩＩＩ族チッ化物を含むＬＥＤ用の複数の量子井戸活性層が、当業者に知られている。図２が、ＧａＮとＩｎＧａＮとの交互の層を含む活性層３４の一例を示している。量子井戸を形成するために使用されるＩｎＧａＮ層は、ＧａＮ層の厚さと比べて比較的薄い。したがって、活性層３４のバンドギャップは、層の最大のバンドギャップ３４であると見なされる。図２の実施形態について、活性層３４のバンドギャップは、ＧａＮ層のバンドギャップ：３．４ｅＶである。

ｐ型半導体層３６は、例えばＭｇなどの電子受容体でドープされた任意のＩＩＩ族チッ化物を含むことができる。図１の実施形態において、ｐ型半導体層３６は、ＭｇでドープされたＧａＮであってよい。

電流拡散層２０は、ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる。電流拡散層２０を、ｎ型半導体層と同じ材料から形成することができる。例えば、図１の実施形態において、電流拡散層２０をＧａＮから形成することができる。いくつかの実施形態において、ＧａＮ電流拡散層２０は、ドープされていないＧａＮであってよい。他の実施形態において、ＧａＮ電流拡散層２０は、ｎ型半導体層３２と同様に、いくつかのｎ型ドーパントを含むことができる。

パッシベーション層４０は、活性層３４よりも大きいバンドギャップを有する結晶性ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる。結晶性ＩＩＩ族チッ化物パッシベーション層４０は、単結晶（モノ結晶）ＩＩＩ族チッ化物パッシベーション層または多結晶性ＩＩＩ族チッ化物パッシベーション層を含むことができる。パッシベーション層の結晶構造は、ＬＥＤ構造３０の側壁３７を形成するＩＩＩ族チッ化物層の結晶構造におおむね一致するように構成される。したがって、周期的な結晶構造が、一般に、側壁界面を横切るＬＥＤ構造３０からパッシベーション層４０への遷移によって中断されることがない。当然ながら、ＬＥＤ構造３０と比較してパッシベーション層の分子組成が異なるため、側壁におけるパッシベーション層４０とＬＥＤ構造３０との間の界面に、少量の格子ひずみが存在する可能性を、理解できるであろう。そのようなひずみにより、側壁３７に或る程度の転位が生じる可能性がある。しかしながら、そのような転位に起因するエネルギーバンドのエネルギーレベルが、典型的には、エネルギーバンドのはるかに深い位置にあり、結晶格子の終端に起因するトラップサイトよりも低い密度でしか存在し得ないことを、理解できるであろう。

図１の実施形態において、パッシベーション層はＡｌＮを含む。ＡｌＮは、典型的には、活性層のバンドギャップよりも大きい約６ｅＶのバンドギャップを有する。他の実施形態においては、パッシベーション層を、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのうちの１つ以上を含むＩＩＩ族チッ化物から形成することができる。例えば、パッシベーション層は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎであってよく、ここで、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、およびｘ＋ｙ＋ｚ≦１である。

パッシベーション層４０を、少なくとも１ｎｍの厚さで形成することができる。パッシベーション層４０の厚さは、ＬＥＤ構造３０の側壁３７の表面に垂直な方向の層の厚さであると考えられる。いくつかの実施形態において、パッシベーション層の厚さは、少なくとも３ｎｍ、または５ｎｍであってよい。ＬＥＤ構造３０からパッシベーション層を通って表面状態３９への電荷キャリアのトンネリングを低減または排除するために、本明細書で論じられるように、最小限の厚さのパッシベーション層を設けることが有利であり得る。

パッシベーション層４０を、５００ｎｍ、４００ｎｍ、または３００ｎｍ以下の厚さで形成することができる。ＬＥＤのマトリックスのピクセル密度を制限しないために、パッシベーション層４０の厚さを制限することが有利であり得る。

いくつかの実施形態において、絶縁層をパッシベーション層を覆って堆積させることができる。絶縁層は、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、またはＳｉＮ_ｘを含むことができる。絶縁層は、ＬＥＤアレイ前駆体を平坦化できるように、ＬＥＤ構造間の任意のギャップまたはボイドを埋めるように設けてもよい。したがって、絶縁層は、ギャップ充てん絶縁層であってよい。

図３ａが、パッシベーション層のないＬＥＤ構造３０の等角図を示している。図３ａに示されるように、ＬＥＤ構造３０の側壁３７が、ＬＥＤ構造３０の結晶構造のｍ面に整列し、ＬＥＤ構造３０の隣の側壁３７は、ＬＥＤ構造３０のａ面に整列する。図３ｂが、ＬＥＤ構造３０の側壁３７における活性層３２の電子バンド構造の簡略図を示している。側壁３７が不動態化されていないため、結晶構造の終端に起因するトラップサイト、ならびに結晶欠陥に起因するトラップサイトが、側壁３７の表面に存在する。これらのトラップサイトが、電荷キャリア（電子ｅ^－および正孔ｈ^＋）をトラップする可能性がある。その結果、非放射再結合が、図３ｂに矢印によって示されているように、トラップサイト３９を介して発生する可能性がある。

図４ａが、パッシベーション層４０を備えたＬＥＤ構造３０の等角図を示している。図４ａに示されるように、ＬＥＤ構造３０の側壁３７が、ＬＥＤ構造３０の結晶構造のｍ面に整列している。

図４ｂが、ＬＥＤ構造３０の側壁３７における活性層３２の電子バンド構造の簡略図を示している。結晶格子の終端に起因する表面トラップサイト３９は、図４ｂに示されるように、パッシベーション層４０の外面上に形成される。ＡｌＮパッシベーション層４０は、ＩｎＧａＮ活性層３４のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する。バンドギャップは、活性層の伝導帯および価電子帯から表面トラップサイト３９への電荷キャリアの流れに対してパッシベーション層４０が障壁として機能するように整列している。図４ｂに示されるように、いくつかのトラップサイトが、結晶構造の欠陥に起因し、さらにはパッシベーション層とＬＥＤ構造との間に存在し得るひずみ（すなわち、転位）に起因して、パッシベーション層４０とＬＥＤ側壁３７との間の界面に依然として存在し得る。しかしながら、残りのトラップサイトは、典型的には、エネルギーバンドのはるかに深い位置にあり、結晶格子の終端に起因する（すなわち、図３ｂに示されるとおりの）トラップサイトよりも低い密度でしか存在し得ない。したがって、本開示の実施形態によるパッシベーション層４０を設けることで、（例えば、図３ｂに示されるとおりの）不動態化されていない側壁と比較して、ＬＥＤ構造の側壁３７におけるトラップサイトの存在が低減される。このように、活性層３４の側壁表面にパッシベーション層４０を設けることで、ＬＥＤ構造３０において発生する非放射再結合イベントの割合が低くなる。

図５ａ、図５ｂ、および図５ｃは、本開示の実施形態による３つの異なるパッシベーション層４０の簡略化された電子バンド構造を示している。図５ａは、単一のＩＩＩ族チッ化物材料層がパッシベーション層４０である実施形態を示している。したがって、図５ａの実施形態は、パッシベーション層４０がＡｌＮ層によってもたらされる図４ｂの電子バンド構造に類似している。

図５ｂは、複数のパッシベーション層４１、４２、４３を含むパッシベーション層４０の電子バンド構造を示している。パッシベーション層４１、４２、４３の各々は、活性層３４のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＩＩＩ族チッ化物から形成される。図５ｂに示されるように、パッシベーション層４１、４２、４３の各々のバンドギャップは、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に段階的に増加する。いくつかの実施形態においては、パッシベーション層４１、４２、４３の各々をＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮから形成することができ、ここで、０≦ｘ≦１である。各層のバンドギャップを変動させるために、Ａｌの相対量を異なる層について変動させることができる。他の実施形態においては、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのうちの１つ以上を含む他のＩＩＩ族チッ化物半導体を使用して、複数のパッシベーション層４１、４２、４３を形成することができる。図５ｂの実施形態においては、３つのパッシベーション層が設けられているが、他の実施形態においては、少なくとも２つ、３つ、４つ、または５つのパッシベーション層を設けることができる。

図５ｃは、傾斜バンドギャップパッシベーション層を含むパッシベーション層４０の電子バンド構造を示している。すなわち、パッシベーション層のバンドギャップが、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加する。例えば、パッシベーション層４０をＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮから形成することができ、ここで、０＜ｘ＜１である。傾斜バンドギャップをもたらすために、層内のＡｌの相対量を、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加させることができる（すなわち、ｘが、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加する）。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加するバンドギャップを有するパッシベーション層を設けることが、有利であり得る。

図６が、図１に示した一部分Ｂの詳細な断面図の詳細を示している。図６は、電流拡散層２０とパッシベーション層４０との間に形成された界面を示している。上述のように、電流拡散層２０の露出した上面を、電流拡散層２０のＩＩＩ族チッ化物の結晶構造の極性面に整列させることができる。結果として、パッシベーション層４０と電流拡散層２０との間の界面に二次元電子ガスを形成することができる。この界面における二次元電子ガスの存在は、ＬＥＤアレイのシート抵抗を減少させることにより、ＬＥＤアレイの効率を向上させることができる。

上述のように、本開示の実施形態によれば、不動態化されるＬＥＤ構造３０の側壁３７は、ＬＥＤ構造３０の非極性結晶面に整列している。図７が、ＩＩＩ族チッ化物の結晶構造を表す図を示している。図７は、ＩＩＩ族チッ化物半導体のｃ面（（０ ０ ０ １）面）の結晶構造を示している。界面に二次元電子ガスが形成されないことを確実にするために、不動態化されるＬＥＤ構造３０の側壁３７が、ＬＥＤ構造３０の非極性結晶面に整列することが重要である。界面における二次元電子ガスの形成は、ＬＥＤ接合を横切る電荷キャリアの漏れ経路をもたらす。このような漏れ経路は、ＬＥＤの効率を低下させる。したがって、本発明のパッシベーション層４０は、パッシベーション層４０とＬＥＤ構造３０との間の界面に電荷キャリアの漏れ経路が形成されないことを保証する。

いくつかの実施形態において、ＬＥＤ構造３０を、既知の結晶配向を有するＬＥＤ構造３０をもたらすために、既知の結晶配向の結晶基板上で製造することができる。例えば、図７に示されるように、この図は、Ｓｉウェーハの表面に作製されたＩＩＩ族チッ化物半導体の結晶構造を表している。Ｓｉウェーハの表面は、（１ １ １）Ｓｉ結晶面に整列している。ＬＥＤ構造３０を、ＩＩＩ族チッ化物のｃ面がＳｉウェーハの（１ １ １）面に整列するように、Ｓｉウェーハ上に製造することができる。

図７に示されるように、Ｓｉウェーハの（１ １ １）面の結晶配向も知ることができる。例えば、Ｓｉ結晶の［１ １ －２］方向を、Ｓｉウェーハ上で特定することができる。したがって、Ｓｉウェーハ上に設けられるＩＩＩ族チッ化物結晶の配向も、Ｓｉウェーハの配向を参照することによって知ることができる。結果として、ＬＥＤ構造３０を、側壁３７が非極性結晶面に整列するように製造することができる。図７は、各々のエッジが非極性結晶面に整列したＩＩＩ族チッ化物の（０ ０ ０ １）結晶面の一例を示している。

図８が、Ｓｉウェーハ基板１０上に形成された複数の異なる形状のＬＥＤ構造３０の平面図を示している。各々のＬＥＤ構造３０は、基板表面１１に垂直に延びる側壁３７を有する。ＬＥＤ構造３０の各々は、ＬＥＤ構造３０の非極性結晶面に整列した側壁３７を有する。ＬＥＤ構造を、ＬＥＤ構造３０ａ、３０ｂ、３０ｃなど、平面図において正多角形となるように形作ることができる。第１のＬＥＤ構造３０ａは、４つの側壁３７を有し、各々の側壁は、隣接する側壁に垂直である。したがって、ＬＥＤ構造３０ａは、立方体の形状を有する。図８に示されるように、第１のＬＥＤ構造の側壁３７のうちの２つが、ＩＩＩ族チッ化物結晶構造のａ面に整列する一方で、他の２つの側壁は、ｍ面に整列する。第２のＬＥＤ構造３０ｂは、６つの側壁３７を有し、各々の側壁は、ＩＩＩ族チッ化物結晶構造のａ面に整列している。したがって、第２のＬＥＤ構造３０ｂは、平面図において見たときに六角形の形状を有する（すなわち、（０ ０ ０ １）面が六角形の断面を有する）。第３のＬＥＤ構造３０ｃは、６つの側壁３７を有し、各々の側壁は、ＩＩＩ族チッ化物結晶構造のｍ面に整列している。したがって、第３のＬＥＤ構造３０ｃは、平面図において見たときに六角形の形状を有する（すなわち、（０ ０ ０ １）面が六角形の断面を有する）。当然ながら、本開示が、ａ面およびｍ面の異なる組み合わせに整列した側壁を有するＬＥＤ構造３０（すなわち、平面図において見たときに不規則な形状の多角形）にも及ぶことを、理解できるであろう。そのような形状のいくつかの例が、図８に示されている。

次に、本開示の実施形態によるＬＥＤ前駆体の製造方法を説明する。図９が、図１の実施形態によるＬＥＤ前駆体のアレイを製造する方法のフローチャートである。

まず基板１０が用意される。基板は、Ｓｉウェーハ、サファイアウェーハ、または薄膜電子回路の製造のための任意の他の好適な基板であってよい。基板表面１１は、基板表面１１上に形成されるＩＩＩ族チッ化物の結晶配向も既知の結晶配向を有するように、既知の結晶配向を有することができる。例えば、図７に示されるように、（１ １ １）結晶配向を有するＳｉウェーハを使用することができる。ＩＩＩ族チッ化物の配向を制御するための他の基板または基板コーティングも、適切であり得る。

基板表面１１上に緩衝層１４を形成することができる。緩衝層１４を、基板表面１１の大部分を覆って形成することができる。緩衝層は、例えばＡｌＮまたはＧａＮなど、ＩＩＩ族チッ化物を含むことができる。緩衝層は、さらなるＩＩＩ族チッ化物層のエピタキシャル成長のための表面を提供することができる。緩衝層を、金属酸化物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、または原子層堆積（ＡＬＤ）を使用して堆積させることができる。

緩衝層１４上に電流拡散層２０を形成することができる。電流拡散層２０を、緩衝層１４の大部分を覆って形成することができる。他の実施形態において、アクティブマトリックス電子層などの他の電子層も、基板表面上に形成することができ、あるいは基板の一部として設けることができる。

次に、電流拡散層２０上にＬＥＤ層が形成される（ステップ１００）。他の実施形態においては、ＬＥＤ層を、基板表面１１に直接形成してもよい。ＬＥＤ層は、ＬＥＤ構造を形成するための複数のＩＩＩ族チッ化物層を含むことができる。したがって、ＬＥＤ層は、本開示の実施形態によるＬＥＤ構造３０に含まれるべきすべての層を含むことができる。例えば、図１の実施形態におけるＬＥＤ構造３０を形成するために、ＬＥＤ層は、図１に関して上述したように、ｎ型半導体層３２、活性層３４、およびｐ型半導体層３６を含むことができる。

ＬＥＤ層が形成されると、図１に示されるように、ＬＥＤ層は、複数のＬＥＤ構造３０を形成するようにパターン加工される（ステップ１１０）。形成されたＬＥＤ構造３０は、ＬＥＤ構造３０の非極性面に整列した側壁３７を含む。

次に、パッシベーション層４０が、各々のＬＥＤ構造の少なくとも活性層を覆うように、ＬＥＤ構造３０の側壁上に形成される（ステップ１２０）。上述のように、パッシベーション層は、各々のＬＥＤ構造３０の活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＩＩＩ族チッ化物を含む。

ＬＥＤ構造３０の各々が不動態化されると、必要に応じてさらなる処理ステップ（１３０）を実行して、ＬＥＤ前駆体の各々への適切な電気的接触部を形成することができる。必要に応じて、さらなるカプセル化層をＬＥＤ前駆体を覆って堆積させることもできる。

ＬＥＤ層をパターン加工し、パッシベーション層を堆積させる１つの方法が、図１０のフローチャートでさらに詳細に説明される。

ＬＥＤ層をパターン加工するために、マスク層を使用して、形成されるＬＥＤ構造３０の各々のための形状を画定するように、ＬＥＤ層の一部分を選択的にマスクすることができる。マスク層を、当技術分野で知られている任意の適切な層から形成することができる。例えば、マスク層は、ＳｉＯ_２層または他の適切なマスキング材料を含むことができる。マスク層は、約５０ｎｍ～１０００ｎｍの厚さを有することができる。マスク層を、例えばリソグラフィーパターン加工ステップなど、任意の適切なパターン加工方法を使用してパターン加工することができる。

マスク層を、マスクエッジを含むＬＥＤ層上の形状を形成するようにパターン加工することができる。マスク層は、マスクエッジがＬＥＤ層の非極性面に整列するように、ＬＥＤ層の結晶構造に整列される。例えば、マスク層を、複数の長方形または六角形のマスク部分を含むようにパターン加工することができる。図７および図８に関連して上述したように、長方形または六角形のマスク部分のマスクエッジの各々を、ＬＥＤ層のＩＩＩ族チッ化物結晶構造のａ面および／またはｍ面（すなわち、非極性面）に整列させることができる。

ＬＥＤ構造３０を、エッチングプロセスによって形成することができる。エッチングプロセスは、ＬＥＤ層のマスクされていない部分を選択的に除去し、複数のＬＥＤ構造を残す。このように、エッチングプロセスによって形成されるＬＥＤ構造３０は、メサ構造である。側壁３７がＩＩＩ族チッ化物結晶構造の非極性面に整列したＬＥＤ構造３０を形成するために、エッチングプロセスは、ＬＥＤ層のＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にＬＥＤ構造の側壁をエッチングするように設計される。いくつかの実施形態においては、異方性エッチングプロセスを使用して、ＬＥＤ層のＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にＬＥＤ構造の側壁をエッチングすることができる。

図１０の方法によれば、ＬＥＤ層は最初に乾式エッチングプロセスでエッチングされる。例えば、低圧環境でのプラズマエッチングプロセスが、ＬＥＤ層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する側壁３７を有するＬＥＤ構造をもたらすために有利であり得る。

いくつかの実施形態においては、乾式エッチングプロセスを、湿式エッチングプロセスで補足することができる。乾式エッチングプロセスの最中に導入された表面損傷を除去するために、湿式エッチングプロセスを提供することができる。したがって、湿式エッチングプロセスは、ＬＥＤ構造３０の側壁３７に存在する欠陥（ダングリングボンド、空孔）の量を減らすことができる。さらに、湿式エッチングプロセスは、ＬＥＤ構造３０の非極性面に整列した平坦な側壁３７であるＬＥＤ表面積の割合を増加させることができる。

湿式エッチングプロセスは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）またはＫＯＨなどのエッチング液を使用することができる。このような湿式エッチングプロセスは、（０ ０ ０ １）結晶面に直交する側壁３７をもたらすためのＩＩＩ族チッ化物結晶構造の異方性エッチングにとくに好適であり得る。湿式エッチングプロセスに続いて、さらなる湿式エッチングステップを実行して、湿式エッチングプロセスに起因してＬＥＤ構造３０の側壁３７の表面に形成される酸化物層を除去することができる。さらなる湿式エッチングステップは、形成された酸化物をＨＣｌまたは任意の他の適切なエッチング液を使用してエッチングすることを含むことができる。したがって、湿式エッチングプロセスは、第１の湿式エッチングステップおよび第２の湿式エッチングステップを含む２ステッププロセスであってよい。第１の湿式エッチングステップが、酸化エッチングステップであってよい一方で、第２の湿式エッチングステップは、還元エッチングステップであってよい。ＬＥＤ構造の側壁を（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にエッチングするための適切なエッチングプロセスのさらなる詳細を、Ｌｉ ｅｔ ａｌ，ＧａＮ－ｂａｓｅｄ Ｒｉｄｇｅ Ｗａｖｅｇｕｉｄｅｓ ｗｉｔｈ Ｖｅｒｙ Ｓｍｏｏｔｈ ａｎｄ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｉｄｅｗａｌｌｓ ｂｙ ＩＣＰ Ｄｒｙ Ｅｔｃｈｉｎｇ ａｎｄ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ，ｐｐ．Ｊｔｈ２Ａ．２４，Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ，２０１５に見つけることができる。

ＬＥＤ構造３０が適切に整列した側壁３７を備えて形成されると、パッシベーション層４０を、ＬＥＤ構造３０の側壁３７上に形成することができる。図１の実施形態において、パッシベーション層４０はＡｌＮを含む。パッシベーション層４０を、例えば、金属酸化物化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、または原子層堆積（ＡＬＤ）など、ＩＩＩ族チッ化物を堆積させるための任意の適切な方法を使用して堆積させることができる。パッシベーション層４０は、結晶または多結晶構造を有することができる。パッシベーション層４０を堆積させるための正確なやり方は、不動態化されるＬＥＤ構造３０の形状に依存し得る。

図１の実施形態において、パッシベーション層は、ＬＥＤ構造３０の側壁表面３７のすべてを覆うように堆積される。図１に示されるように、パッシベーション層は、ＬＥＤ構造３０の発光面３８を覆わない。さらに、パッシベーション層４０は、ＬＥＤ構造３０間の電流拡散層２０の露出面も覆う。

図５ｂに示される実施形態によれば、パッシベーション層４０を、複数の堆積ステップにて堆積させることができる。いくつかの実施形態において、複数の堆積ステップでのパッシベーション層４０の堆積は、パッシベーション層４０に亀裂が形成される可能性を低減することができる。パッシベーション層４０における亀裂の形成は、ＬＥＤ構造３０とパッシベーション層４０の表面との間に漏れ経路をもたらす可能性がある。

各々の堆積ステップは、パッシベーション副層４１、４２、４３を堆積させることができる。パッシベーション副層４１、４２、４３の各々を、活性層３４のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有するＩＩＩ族チッ化物から形成することができる。図５ｂに関して上述したように、各々のステップにて堆積される各々のパッシベーション副層の組成を、パッシベーション副層４１、４２、４３のバンドギャップを変えるために変えることができる。

例えば、いくつかの実施形態において、４ｎｍ以下の厚さを有するＡｌＮを含む第１のパッシベーション副層を堆積させることが望ましいかもしれない。ＬＥＤ構造３０の側壁３７との界面を形成する第１のパッシベーション副層の厚さを４ｎｍ以下に制限することにより、パッシベーション層４０に亀裂が形成される可能性を低減または排除することができる。次に、パッシベーション層４０の厚さを増やすことによって電荷キャリアトンネリングの影響を低減するために、さらなるパッシベーション副層４２、４３を、ＡｌＮを含む第１のパッシベーション副層上に堆積させることができる。例えば、さらなるパッシベーション副層４２、４３は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎを含むことができ、ここで、０≦ｘ≦ １、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦１である。

図５ｃに示される実施形態によれば、パッシベーション層４０を、堆積プロセスの最中にＩＩＩ族チッ化物の組成が変動する堆積ステップによって堆積させることができる。例えば、傾斜バンドギャップをもたらすために、堆積されるＡｌの相対量を、堆積プロセスの過程につれて増加させることができる。したがって、堆積されたパッシベーション層４０は、ＬＥＤ構造の側壁から遠ざかる厚さ方向に増加するバンドギャップを有することができる。パッシベーション層４０に存在するＡｌの相対量をその厚さ全体にわたって変動させることにより、パッシベーション層４０と側壁３７との間の界面に形成され得るひずみを低減することができる。

パッシベーション層４０が堆積されると、本開示の実施形態によるＬＥＤアレイ前駆体１を提供することができる。ＬＥＤアレイ前駆体を、絶縁層の堆積などのさらなる製造ステップに供することができる。絶縁層を、例えば化学蒸着（ＣＶＤ）などの任意の適切な堆積方法、によって堆積させることができる。

さらに、ＬＥＤアレイを形成するために、ＬＥＤアレイ前駆体１にさらなる電気的接触部を堆積させることができる。例えば、各々のＬＥＤアレイのｐ側およびｎ側への電気的接触部を、金属リフトオフ、金属エッチング、Ｃｕ電気めっき、または薄膜回路を製造するための任意の他の既知の方法によって堆積させることができる。

本発明の好ましい実施形態を本明細書において詳細に説明してきたが、それらに対して、本発明または添付の特許請求の範囲の技術的範囲から逸脱することなく変更を加えることができることを、当業者であれば理解できるであろう。

Claims (18)

1. 表面を有する基板と、
   前記基板上に設けられた発光ダイオード（ＬＥＤ）構造であって、
   ｐ型半導体層、
   ｎ型半導体層、および
   前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間の活性層
   を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えており、
   前記複数のＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含み、
   該ＬＥＤ構造は、前記ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する平面内を延びる側壁を有しているＬＥＤ構造と、
   前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでおり、前記ＬＥＤ構造の前記活性層を覆うように前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に設けられたパッシベーション層と
   を備え、
   前記ＬＥＤ構造は、前記ＬＥＤ構造の前記側壁が、前記ＬＥＤ構造の各々のＩＩＩ族チッ化物層の非極性結晶面に整列するように形作られており、
   前記パッシベーション層の組成が、前記パッシベーション層のバンドギャップが前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかる厚さ方向に大きくなるように、前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかるように延びる厚さ方向に次第に変動しており、
   前記パッシベーション層は、前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に設けられた４ｎｍ以下の厚さを前記厚さ方向に有する第１のパッシベーション副層と、前記第１のパッシベーション副層上に設けられた第２のパッシベーション副層とを備えている、発光ダイオード前駆体。
2. 前記ＬＥＤ構造は、複数の側壁を備え、各々の側壁は、前記基板の前記表面に直角に延びており、
   前記ＬＥＤ構造は、前記ＬＥＤ構造の各々の側壁が、前記ＬＥＤ構造の各々のＩＩＩ族チッ化物層の非極性結晶面に整列するように形作られており、
   前記パッシベーション層は、各々の側壁上に設けられている、請求項１に記載の発光ダイオード前駆体。
3. 前記パッシベーション層は、前記ＬＥＤ構造の前記ＩＩＩ族チッ化物層の各々を覆うように前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に設けられている、請求項１または２に記載の発光ダイオード前駆体。
4. 前記基板の前記表面に広がる電流拡散層
   をさらに備え、
   前記ＬＥＤ構造は、前記電流拡散層の表面上に設けられ、前記電流拡散層は、ＩＩＩ族チッ化物半導体を含み、
   前記パッシベーション層は、前記電流拡散層の前記表面の少なくとも一部分も覆う、請求項１～３のいずれか１項に記載の発光ダイオード前駆体。
5. 前記ＬＥＤ構造は、前記ＬＥＤ構造の各々の側壁が前記ＬＥＤ構造の前記結晶性のＩＩＩ族チッ化物層のａ面またはｍ面に整列するように形作られている、請求項１～４のいずれか１項に記載の発光ダイオード前駆体。
6. 前記パッシベーション層は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎを含み、ここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦１である、請求項１～５のいずれか１項に記載の発光ダイオード前駆体。
7. 前記パッシベーション層は、前記ＬＥＤ構造の前記側壁に直交する厚さ方向に少なくとも１ｎｍ、３ｎｍ、または５ｎｍの厚さを有し、かつ／または
   前記パッシベーション層は、５００ｎｍ、４００ｎｍ、または３００ｎｍ以下の厚さを有する、請求項１～６のいずれか１項に記載の発光ダイオード前駆体。
8. 前記パッシベーション層を覆って設けられた絶縁層をさらに備える、請求項１～７のいずれか１項に記載の発光ダイオード前駆体。
9. 基板と、
   前記基板上に設けられた複数のＬＥＤ構造であって、前記基板上に設けられた各々のＬＥＤ構造が、
   ｐ型半導体層、
   ｎ型半導体層、および
   前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間の活性層
   を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えており、
   前記複数のＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含み、各々のＬＥＤ構造は、前記ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する平面内を延びる側壁を有している複数のＬＥＤ構造と、
   前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでおり、前記ＬＥＤ構造の前記活性層を覆うように各々のＬＥＤ構造の前記側壁上に設けられたパッシベーション層と
   を備え、
   各々のＬＥＤ構造は、前記ＬＥＤ構造の前記側壁が、前記ＬＥＤ構造の各層の非極性結晶面に整列するように形作られており、
   前記パッシベーション層の組成が、前記パッシベーション層のバンドギャップが前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかる厚さ方向に大きくなるように、前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかるように延びる厚さ方向に次第に変動しており、
   前記パッシベーション層の各々は、前記ＬＥＤ構造の各々の前記側壁上に設けられた４ｎｍ以下の厚さを前記厚さ方向に有する第１のパッシベーション副層と、前記第１のパッシベーション副層の各々の上に設けられた第２のパッシベーション副層とを備えている、発光ダイオード前駆体のアレイ。
10. ＬＥＤ前駆体を形成する方法であって、
    （ｉ）表面を有する基板を用意するステップと、
    （ｉｉ）ｐ型半導体層、
    ｎ型半導体層、および
    前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間の活性層
    を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えるＬＥＤ層であって、
    該ＬＥＤ層の前記ＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるＬＥＤ層を、前記基板の前記表面上に堆積させるステップと、
    （ｉｉｉ）前記ＬＥＤ層の非極性面に整列させた少なくとも１つの側壁形成用エッジを有しているマスク層で、前記ＬＥＤ層を選択的にマスクするステップと、
    （ｉｖ）前記ＬＥＤ層のマスクされていない部分を、前記ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にエッチングして、前記マスク層の前記側壁形成用エッジに隣接する前記ＬＥＤ層の前記非極性面に整列した側壁を有するＬＥＤ構造を形成するステップと、
    （ｖ）前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるパッシベーション層を、前記ＬＥＤ構造の前記活性層を覆うように前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に堆積させるステップと
    を含み、
    前記パッシベーション層の組成が、前記パッシベーション層のバンドギャップが前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかる厚さ方向に大きくなるように、前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかるように延びる厚さ方向に次第に変動しており、
    前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に前記パッシベーション層を堆積させるステップは、前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に４ｎｍ以下の厚さを前記厚さ方向に有する第１のパッシベーション副層を堆積するステップと、前記第１のパッシベーション副層上に第２のパッシベーション副層を堆積するステップとを含む、ＬＥＤ前駆体を形成する方法。
11. 前記マスク層は、複数の側壁形成用エッジを備え、各々の側壁形成用エッジは、前記ＬＥＤ構造が前記ＬＥＤ構造の各々のＩＩＩ族チッ化物層の非極性結晶面にそれぞれ整列した複数の側壁を含むように、前記ＬＥＤ構造の非極性面に整列し、
    前記パッシベーション層は、各々の側壁上に設けられる、請求項１０に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
12. 前記パッシベーション層は、前記ＬＥＤ構造の前記ＩＩＩ族チッ化物層の各々を覆うように前記ＬＥＤ構造の前記側壁上に設けられる、請求項１０または１１に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
13. 前記基板の前記表面に、ＩＩＩ族チッ化物半導体を含む電流拡散層を堆積させるステップ
    をさらに含み、
    前記ＬＥＤ構造は、前記電流拡散層の表面上に堆積され、
    前記パッシベーション層は、前記電流拡散層の前記表面の少なくとも一部分も覆う、請求項１０～１２のいずれか一項に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
14. 前記マスクは、前記ＬＥＤ構造の各々の側壁が前記ＬＥＤ構造の前記結晶性のＩＩＩ族チッ化物層のａ面またはｍ面に整列するように形作られる、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
15. 前記ＬＥＤ層のマスクされていない部分のエッチングするステップは、乾式エッチングプロセスと、その後の湿式エッチングプロセスとを含む、請求項１０～１４のいずれか一項に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
16. 前記パッシベーション層は、Ｂ_ｘＡｌ_ｙＩｎ_ｚＧａ_{１－ｘ－ｙ－ｚ}Ｎを含み、ここで０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１、かつｘ＋ｙ＋ｚ≦１である、請求項１０～１５のいずれか一項に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
17. 前記パッシベーション層を覆って設けられた絶縁層をさらに備える、請求項１０～１６のいずれか一項に記載のＬＥＤ前駆体を形成する方法。
18. ＬＥＤアレイ前駆体を形成する方法であって、
    （ｉ）表面を有する基板を用意するステップと、
    （ｉｉ）ｐ型半導体層、
    ｎ型半導体層、および
    前記ｐ型半導体層と前記ｎ型半導体層との間の活性層
    を含む複数のＩＩＩ族チッ化物層を備えるＬＥＤ層であって、
    該ＬＥＤ層の前記ＩＩＩ族チッ化物層の各々は、結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるＬＥＤ層を、前記基板の前記表面上に堆積させるステップと、
    （ｉｉｉ）複数のマスク層部分を含んでおり、各々のマスク層部分が前記ＬＥＤ層の非極性面に整列させた少なくとも１つの側壁形成用エッジを有しているマスク層で、前記ＬＥＤ層を選択的にマスクするステップと、
    （ｉｖ）前記ＬＥＤ層のマスクされていない部分を、前記ＩＩＩ族チッ化物層の（０ ０ ０ １）結晶面に直交する方向にエッチングして、それぞれの前記マスク層部分の前記側壁形成用エッジに隣接する前記ＬＥＤ層の前記非極性面に整列した側壁をそれぞれ有する複数のＬＥＤ構造を形成するステップと、
    （ｖ）前記活性層のバンドギャップよりも大きいバンドギャップを有する結晶性のＩＩＩ族チッ化物を含んでいるパッシベーション層を、前記ＬＥＤ構造の前記活性層を覆うように各々のＬＥＤ構造の前記側壁上に堆積させるステップと
    を含み、
    前記パッシベーション層の組成が、前記パッシベーション層のバンドギャップが前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかる厚さ方向に大きくなるように、前記ＬＥＤ構造の前記側壁から遠ざかるように延びる厚さ方向に次第に変動しており、
    前記ＬＥＤ構造の各々の前記側壁上に前記パッシベーション層を堆積させるステップは、前記ＬＥＤ構造の各々の前記側壁上に４ｎｍ以下の厚さを前記厚さ方向に有する第１のパッシベーション副層を堆積するステップと、前記第１のパッシベーション副層の各々の上に第２のパッシベーション副層を堆積するステップとを含む、ＬＥＤアレイ前駆体を形成する方法。

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