JP7480300B2 - マイクロ発光ダイオードのエピタキシャル構造及びその製造方法 - Google Patents
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Description
図1~図5に示されるように、本発明の目的に基づいて、本実施例は、マイクロLEDのエピタキシャル構造及びその製造方法を提出する。該製造方法は、以下のステップを含んでいる。
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的には以下のように提供する。
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的に以下のように提供する。実施例1と異なっている点は、再結合発光セクションが、第1の発光セクションと第2の発光セクションとの組み合わせ形式となっている点にある。
本実施例は、代替的な実施形態を提供し、具体的に以下のように提供する。エピタキシャル構造は、基板と、核生成層と、U-GaN層と、N-GaN層と、応力緩和層と、P型層と、を備えている。発光セクションについて、以下のように説明する。実施例1と異なっている点は、第2の発光セクションにおける第4の障壁層の材料がGaN/AlGaN/AlNの組み合わせまたはその重なり合いの組み合わせの構造となっていることにあり、例えば、(GaN/AlGaN/AlN)のN回の重なり合い、(GaN/AlGaN)のN回の重なり合い/AlN、GaN/(AlGaN/AlN)のN回の重なり合いであり、かつ1≦N≦20となっている。Alの平均組成は、約5~50%にある。本実施例にかかる第4の障壁層は、GaN/AlGaN/AlNの組み合わせまたはその重なり合いの組み合わせの構造となるように設計されたものであり、これは、キャリアの溢れ出しをより一層抑えて電子と正孔との波動関数の重なり合いが増加し、ひいては小電流が注入される状態でのキャリアの再結合挙動を改善して、低電流での明るさを向上させることができることを目的とする。
2 U-GaN層
3 N-GaN層
4 応力緩和層
5 第1の発光セクション(第1の障壁層5Aと、第2の障壁層5Bと、第3の障壁層5Cと、井戸層5Dと、を含む)
6 第3の発光セクション(第1の障壁層6Aと、第2の障壁層6Bと、第3の障壁層6Cと、井戸層6Dと、を含む)
7 第2の発光セクション(第1の障壁層7Aと、第2の障壁層7Bと、第3の障壁層7Cと、井戸層7Dと、第4の障壁層7Gと、を含む)
8 P-GaN層
51D/62D/72D 第1の井戸層
52E/62E/72E 第2の井戸層
52F/62F/72F 第3の井戸層
Claims (35)
- N型層と、発光層と、P型層と、を少なくとも含んでいるマイクロLEDのエピタキシャル構造であって、
発光層は、n個の周期の量子井戸構造を含んでおり、
周期ごとの量子井戸構造は、井戸層と、障壁層と、を含んでおり、
n1個の周期の量子井戸構造を第1の発光セクションと定義し、かつn2個の周期の量子井戸構造を第2の発光セクションと定義し、n1とn2とが1以上であり、かつn1+n2がn以下であり、第1の発光セクションが第2の発光セクションよりもN型層に近く、
両発光セクションにおいては、第1の発光セクションにおける障壁層の材料の平均バンドギャップが第2の発光セクションにおける障壁層の材料の平均バンドギャップよりも小さいという条件、及び
第1の発光セクションにおける井戸層の材料の平均バンドギャップが第2の発光セクションにおける井戸層の材料の平均バンドギャップ以上であるという条件を満たしており、
前記第2の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層と井戸層と第4の障壁層とを少なくとも含んでおり、
前記第2の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第2の障壁層が第1の障壁層と第3の障壁層との間に介在しており、第4の障壁層が井戸層の後ろに井戸層と隣接するように配置されており、
第2の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第2の障壁層の材料のバンドギャップが、第1の障壁層の材料のバンドギャップ及び第3の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きく、かつ第4の障壁層の材料のバンドギャップが、第1の障壁層の材料のバンドギャップ、第2の障壁層の材料のバンドギャップ、及び第3の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする、マイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第1の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第1の障壁層と、第2の障壁層と、第3の障壁層と、井戸層と、を少なくとも含んでおり、第2の障壁層が第1の障壁層と第3の障壁層との間に介在しており、第1の発光セクションにおいては、各量子井戸構造における第2の障壁層の材料のバンドギャップが、第1の障壁層の材料のバンドギャップ及び第3の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第1の発光セクションにおける前記第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とのそれぞれの厚さは、10Å~1000Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、1Å~100Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項2に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第2の発光セクションにおける前記第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層と第4の障壁層とのそれぞれの厚さは、10Å~1000Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、1Å~100Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 周期ごとの量子井戸構造においては、前記第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、5:1~20:1の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第4の障壁層の厚さと井戸層の厚さとの比率は、5:1~20:1の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 周期ごとの量子井戸構造においては、第2の障壁層の厚さが第1の障壁層の厚さ及び第3の障壁層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第2の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第4の障壁層の厚さが第1の障壁層の厚さ及び第3の障壁層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記両発光セクションにおいては、第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とが全部または部分的にn型ドーピングされており、第4の障壁層が意図せずにドーピングされた層である、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記両発光セクションにおいては、第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とが全部または部分的にn型ドーピングされており、n型ドーピング濃度が1E17/cm 3 ~1E19/cm 3 の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項9に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第1の発光セクションの周期数は、1~5の範囲内にあり、かつ第2の発光セクションの周期数は、1~5の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記井戸層は、AlxInyGa1-x-yN材料から作成されており、前記第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層と第4の障壁層とは、Al pInqGa1-p-qN材料から作成されており、かつ周期ごとの量子井戸構造においては、0≦x<p<1、0≦q<y<1となる、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 両発光セクションにおいては、第1の発光セクションにおける障壁層の材料におけるAlの平均組成比が第2の発光セクションにおける障壁層の材料におけるAlの平均組成比よりも小さいという条件、及び
第1の発光セクションにおける井戸層の材料におけるInの平均組成比が第2の発光セクションにおける井戸層の材料におけるInの平均組成比以下であるという条件を満たしている、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 周期ごとの量子井戸構造においては、第2の障壁層の材料のAlの平均組成比が、第1の障壁層の材料のAlの平均組成比及び第3の障壁層の材料のAlの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第2の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造においては、第4の障壁層の材料のAlの平均組成比が、第1の障壁層の材料のAlの平均組成比、第2の障壁層の材料のAlの平均組成比、及び第3の障壁層の材料のAlの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記発光セクションは、第3の発光セクションを更に含んでおり、第3の発光セクションは、n3個の周期の量子井戸構造を含んでおり、第3の発光セクションは、第1の発光セクションと第2の発光セクションとの間に介在しており、前記第3の発光セクションの障壁層のバンドギャップは第1の発光セクションの障壁層のバンドギャップと第2の発光セクションの障壁層のバンドギャップとの間にあり、前記第3の発光セクションの井戸層のバンドギャップは、第1の発光セクションの井戸層のバンドギャップと第2の発光セクションの井戸層のバンドギャップとの間にある、
ことを特徴とする請求項1に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションの障壁層のAlの平均組成比は第1の発光セクションの障壁層のAlの平均組成比と第2の発光セクションの障壁層のAlの平均組成比との間にあり、前記第3の発光セクションの井戸層のInの平均組成比は第1の発光セクションの井戸層のInの平均組成比と第2の発光セクションの井戸層のInの平均組成比との間にある、
ことを特徴とする請求項16に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションは、第1の障壁層と、第2の障壁層と、第3の障壁層と、井戸層と、を含んでおり、前記第3の発光セクションにおいては、第2の障壁層の材料のバンドギャップが第1の障壁層の材料のバンドギャップ及び第3の障壁層の材料のバンドギャップよりも大きい、
ことを特徴とする請求項16に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおいては、第2の障壁層の厚さが、第1の障壁層の厚さ及び第3の障壁層の厚さよりも大きい、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおける第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とのそれぞれの厚さは、10Å~1000Åの範囲内にあり、かつ前記井戸層の厚さは、1Å~100Åの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおける第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層との総厚さ、及び井戸層の厚さの比率は、5:1~20:1の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおいて、第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とが全部または部分的にn型ドーピングされており、n型ドーピング濃度が1E17/cm 3 ~1E19/cm 3 の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションの周期数は、5以下である、
ことを特徴とする請求項16に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおいて、井戸層は、AlxInyGa1-x-yN材料から作成されており、前記第1の障壁層と第2の障壁層と第3の障壁層とは、Al pInqGa1-p-qN材料から作成されており、かつ0≦x<p<1、0≦q<y<1となる、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 前記第3の発光セクションにおける周期ごとの量子井戸構造は、第2の障壁層の材料のAlの平均組成比が、第1の障壁層の材料のAlの平均組成比及び第3の障壁層の材料のAlの平均組成比よりも大きい、
ことを特徴とする請求項18に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造。 - 請求項1~25のいずれか一項に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法であって、
以下のステップ:
(1)基板を用意し、
(2)核生成層と、N型層と、発光層と、を前記基板の上に成長し、
(3)P型層を成長する、
を含むことを特徴とする、マイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 前記第1の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度は、第2の発光セクションにおける障壁層の平均成長速度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 前記第1の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度は、第2の発光セクションにおける井戸層の平均成長速度よりも大きい、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 各量子井戸構造においては、第1の障壁層の平均成長速度と第3の障壁層の平均成長速度とが、第2の障壁層の平均成長速度以下である、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 障壁層の成長速度は、0.1~10Å/sの範囲内にあり、井戸層の成長速度は、1Å/s以下である、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 障壁層の成長温度は、700~950℃の範囲内にあり、井戸層の成長温度は、700~900℃の範囲内にある、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 前記発光セクションにおける障壁層と井戸層との成長方式は、連続成長または不連続成長である、
ことを特徴とする請求項26に記載のマイクロLEDのエピタキシャル構造の製造方法。 - 請求項1~25のいずれか一項に記載のエピタキシャル構造を含んでいる、
ことを特徴とする、マイクロ発光ダイオード。 - 前記マイクロ発光ダイオードの水平サイズは、1μm*1μm~300μm*300μmの範囲内にある、
ことを特徴とする請求項33に記載のマイクロ発光ダイオード。 - 請求項33に記載のマイクロ発光ダイオードを含んでいる、
ことを特徴とする、マイクロ発光装置。
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