KR101351396B1 - 반극성 (Ｇａ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｂ)Ｎ 박막들, 헤테로구조들, 및소자들의 성장 및 제조에 대한 기술 - Google Patents

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로버트 엠. 주니어 패럴
트로이 제이. 베이커
아르판 챠크라보르티
벤자민 에이. 하스켈
피. 모건 패티슨
라자트 샤르마
우메쉬 케이. 미쉬라
스티븐 피. 덴바스
제임스 에스. 스펙
슈지 나카무라
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재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시
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Abstract

특정 소자 어플리케이션에 대한 원하는 물질 특성들을 확인하는 단계, 상기 원하는 물질 특성들에 근거하여 반극성 성장 배향을 선택하는 단계, 상기 선택된 반극성 성장 배향의 성장을 위해 적합한 기판을 선택하는 단계, 상기 기판 상에 평면의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 템플릿 또는 핵생성 층을 성장시키는 단계, 및 상기 평면의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 템플릿 또는 핵생성 층 상에 상기 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들 또는 소자들을 성장시키는 단계를 포함하는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 위한 방법. 상기 방법은 상기 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 큰 영역이 상기 기판 표면과 평행인 것을 도출한다.
반극성, 박막, 템플릿, 핵생성, 성장 배향

Description

반극성 (Ｇａ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｂ)Ｎ 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조에 대한 기술{Technique for the growth and fabrication of semipolar (Ga,Al,In,B)N thin films, heterostructures, and devices}
본 발명은 반도체 물질들, 방법들, 및 소자들에 관련되며, 그리고 더욱 상세하게는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조와 관련된다.
(주: 본원은 명세서 전체에 걸쳐 많은 여러 가지의 간행물들을 각괄호 내의 하나 또는 그 이상의 참조번호들에 의해 나타내어, 예를 들어 [참조문헌. x], 참조하기 쉽도록 배열한다. 이러한 참조번호들에 따라 배열된 이러한 여러 가지 간행물들의 목록은 아래의 "참조문헌들"이라는 제목의 섹션에서 찾을 수 있다. 이러한 간행물들의 각각은 여기에서 인용되어 통합된다.)
질화갈륨(GaN) 및 (Ga,Al,In,B)N 합금들의 유용성은 가시광선 및 자외선 광전자 소자들 및 고전력 전자소자들의 제조에서 충분히 입증되어 왔다. 도 1에서 도시된 것처럼, 현재 상태의 기술에 따른 질화물 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들은 질화 섬유아연석(
Figure 112007094746179-pct00001
) 결정 구조(100)의 [0001]축(102)을 따라 성장된다. 이러한 막들의 전체 분극은 자발 분극(spontaneous polarization) 및 압전 분극(piezoelectric polarization) 기여분들로 구성되는데, 상기 기여분들은 모두 질화 섬유아연석 결정 구조(100)의 단일 극성 [0001] 축에서 기인한다. 질화물 헤테로구조들이 부정형으로(pseudomorphically) 성장될 때, 분극 불연속성이 결정 내부의 계면들 및 표면들에서 형성된다. 이러한 불연속성은 표면들 및 계면들에서 캐리어들의 축적 또는 공핍을 유발하고, 이에 따라 전기장들을 발생시킨다. 이러한 고유한(built-in) 전기장들의 정렬이 질화물 박막들 및 헤테로구조들의 전형적인 [0001] 성장 방향과 일치하기 때문에, 이러한 전기장들은 질화물 소자들의 에너지 밴드들을 "틸팅(tilting)"하는 효과를 가진다.
c-평면 섬유아연석 (Ga,Al,In,B)N 양자 우물들에서, "틸팅"된 에너지 밴드들(104,106)은, 도 1에서 도해된 것처럼, 공간적으로 홀 파동함수(hole wavefunction, 108) 및 전자 파동함수(electron wavefunction, 110)를 분리한다. 이러한 공간적인 전하 분리는 복사 전이(radiative transition)들의 오실레이터 강도를 감소시키고 방출(emission) 파장을 적색 편이(red-shift)시킨다. 이러한 효과들은 양자 속박 효과(quantum confined stark effect, QCSE)를 현시하는 것이며 그리고 질화물 양자 우물들에 대하여 철저하게 분석되었다[참조문헌 1-4]. 추가적으로, 큰 분극 유발 필드들이 도펀트들 및 주입된 캐리어들에 의해 부분적으로 차폐될 수 있고[참조문헌 5,6], 따라서 방출 특성들은 기술자에게 정확하게는 어려울 수 있다.
더욱이, 부정형 쌍축 변형(pseudomorphic biaxial strain)은 c-평면 섬유아연석 (Ga,Al,In,B)N 양자 우물들에서 유효 홀 질량들(masses)을 감소함에 있어 별 다른 영향을 미치지 않는다[참조문헌 7]. 이것은 통상적인 Ⅲ-Ⅴ 아연-섬아연광(zinc-blende) InP-및 GaAs-계 양자 우물들에 대한 경우와는 현저하게 다른데, 여기에서는 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 이방성 변형-유발 분리(splitting)는 유효 홀 질량들에서 의미있는 감소를 도출한다. 유효 홀 질량의 감소는 통상적인 Ⅲ-Ⅴ 아연-섬아연광 InP-및 GaAs-계 양자 우물들에서 임의의 주어진 캐리어 밀도에 대한 준-페르미(quasi-Fermi) 레벨을 본질적으로 증가시킨다. 준-페르미 레벨 분리의 이러한 증가의 직접적인 결과로서, 광학적 이득(gain)을 발생시키기 위해 훨씬 더 작은 캐리어 밀도들이 필요하다[참고문헌 8]. 그러나, 질화 섬유아연석 결정 구조의 경우에서, 쌍축의 변형된 c-평면 질화물 양자 우물들에서 질소 원자들의 육방정계 대칭 및 작은 스핀-궤도 커플링은 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 사소한 분리를 생성하게 한다[참조문헌 7]. 따라서, 쌍축의 변형된 c-평면 질화물 양자 우물들에서 홀들의 유효 질량은 전자들의 유효 질량보다 훨씬 더 크게 유지되고, 광학적 이득을 발생시키기 위해 매우 높은 캐리어 밀도들이 필요하다.
(Ga,Al,In,B)N 소자들에서 분극 효과들을 제거하고 유효 홀 질량들을 감소시키기 위한 하나의 방법은 결정의 비극성 평면들 상에 상기 소자들을 성장시키는 것이다. 이러한 평면들은 일괄적으로 a-평면들로 알려진
Figure 112007094746179-pct00002
평면들 및 일괄적으로 m-평면들로 알려진
Figure 112007094746179-pct00003
평면들을 포함한다. 이러한 평면들은 평면당 동일한 갯수들의 갈륨 및 질소 원자들을 포함하고 전하적으로 중성(charge-neutral)이다. 뒤이은 비극성 층들은 서로 간에 동등하고 따라서 벌크 결정은 성장 방향을 따 라 분극화되지 않을 수 있다. 더욱이, 변형된 비극성 InGaN 양자 우물들은 변형된 c-평면 InGaN 양자 우물들보다 현저하게 더 작은 홀 질량들을 가진다는 것이 알려져 있다[참조문헌 9]. 그렇기는 하지만, 캘리포니아 대학 및 그 외의 연구자들에 의한 발전에도 불구하고[참조문헌 10-15], 비극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들의 성장 및 제조는 도전할만한 분야로 남아있고 질화물 산업에서 아직 널리 채용되고 있지 않다.
(Ga,Al,In,B)N 소자들에서 분극 효과들 및 유효 홀 질량들을 감소시키는 다른 방법은 결정의 반극성 평면들 상에서 상기 소자들을 성장시키는 것이다. "반극성 (semipolar)"이라는 용어는 c-평면, a-평면, 또는 m-평면으로 분류될 수 없는 임의의 평면을 언급하기 위하여 사용될 수 있다. 결정학 용어들에서, 반극성 평면은 적어도 두 개의 0이 아닌 h,i 또는 k 밀러 지수들과 하나의 0이 아닌 l 밀러 지수를 가지는 임의의 평면일 수 있다.
반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장은 패터닝된 c-평면 배향 스트라이프(stripe)들의 측면들 상에서 증명되어 왔다[참조문헌 16]. Nishizuka 등은 이러한 기술에 의해
Figure 112007094746179-pct00004
InGaN 양자 우물들을 성장시켰다. 그러나, 반극성 질화물 박막들 및 헤테로구조들을 생성하는 이러한 방법은 본 발명에서 개시된 방법과는 전혀 다른 것이다; 그것은 에피택셜 측방향 과성장(epitaxial lateral overgrowth, ELO)의 인공적인 물질이다. 반극성 패시트(facet)는 기판 평면과 평행하지 않고, 유용한 평면 면적은 반극성 소자로 가공되기에는 너무 작다.
본 발명은 반극성 막의 넓은 영역이 기판 표면과 평행인 적합한 기판들 또는 평면 (Ga,Al,In,B)N 템플릿(template)들 상에 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 성장 및 제조의 방법을 기술한다. 반극성 질화물들에 대하여 이전에 입증된 마이크로미터-크기의 경사진 패시트 성장과는 달리, 이러한 방법은 보통의 광학적 방법들에 의해 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들의 대규모 제조를 가능하게 할 것이다.
아연-섬아연광 InP-및 GaAs-계 양자 우물 헤테로구조들 및 소자들과 비교하여, 섬유아연석 c-평면 (Ga,Al,In,B)N 양자 우물 헤테로구조들 및 소자들은 광학적 이득을 생성하기 위하여 더 높은 캐리어 밀도들을 필요로 한다. 이것은 큰 분극-유발 전기장들 및 본질적인 큰 유효 홀 질량들의 존재에 기인될 수 있다[참조문헌 17, 18]. 따라서, 고유한 전기장들 및 유효 홀 질량들의 감소는 고성능 (Ga,Al,In,B)N 소자들의 실현에 필수적이다.
전형적인 InP- 및 GaAs-계 헤테로구조 소자들의 설계는 보통 조성, 두께 및 변형과 같은 박막 인자들을 변경하는 것과 관련된다. 이러한 인자들을 변경함으로써, 밴드갭, 유전상수, 및 유효 홀 질량과 같은 각각의 에피택셜 층들의 전자적 및 광학적 특성들을 변경하는 것이 가능하다. InP- 및 GaAs-계 소자 설계에서 일반적으로 사용되지 않지만, 결정 성장 배향(orientation)을 변경하는 것은 또한 각각의 에피택셜 층들의 전자적 및 광학적 특성들에 영향을 미칠 수 있다. 특히, 결정 성장 배향을 변경하는 것은 질화물 박막들 및 헤테로구조들에서 분극 효과들 및 유효 홀 질량들을 감소하게 할 수 있다. 이러한 신규한 설계 인자들을 고려하여, 우리는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조 방법을 발 명하였다. 결정 성장에 대한 올바른 기판 또는 반극성 템플릿을 적절하게 선택함으로써, 특정 소자 어플리케이션에 적합한 네트 분극(net polarization) 및 유효 홀 질량의 최적의 조합이 선택될 수 있다.
결정 성장 배향의 변경으로 인한 효과들의 일례로서, 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에 대하여 일반적인 성장 방향과 c-축 사이의 각의 함수로서 압전 분극이 계산되고 플로팅될 수 있다[참조문헌9, 18-20]. 도 2는 c-평면 결정 성장에 대한 통상적인 좌표계 (x,y,z)과 일반적인 결정 성장 배향에 대한 새로운 좌표계 (x', y', z') 사이의 관계를 도시한다. 회전 행렬을 사용하여 통상적인 좌표계 (x,y,z)는 새로운 좌표계 (x', y', z')로 변환될 수 있다,
Figure 112007094746179-pct00005
(1)
여기에서 φ 및 θ는 [0001]축에 대하여 새로운 좌표계의 방위각(azimuthal angle) 및 극각(polar angle)을 각각 나타낸다. 도 2에서 도시된 것처럼, z-축은 [0001]축(102)에 해당하고, z'-축(200)은 새로운 일반적인 결정 성장 축에 해당한다. 물리적 인자들을 계산하기 위해, 섬유아연석 물질들에서 압전 효과는 [0001]축을 따라 단일축의 등방성 거동을 나타내기 때문에 방위각(φ)(202)에 대한 의존성은 무시될 수 있다[참조문헌 21]. 따라서, 동등한 반극성 평면들의 집합은 하나의 극각(θ)(204)에 의해 유일하게 나타내질 수 있고, 이하에서는 단순하게 결정각(crystal angle, 204)으로서 언급된다. 극성, 비극성, 그리고 몇몇의 선택된 반 극성 평면들에 대한 결정각들(204)이 아래의 표 1에서 도시된다.
[표 1]
해당 결정각들을 가지는 극성, 비극성, 그리고 선택된 반극성 평면들의 목록
평면 결정각(θ)
Figure 112007094746179-pct00006
 0°
Figure 112007094746179-pct00007
 25.1°
Figure 112007094746179-pct00008
 32.0°
Figure 112007094746179-pct00009
 43.2°
Figure 112007094746179-pct00010
 51.4°
Figure 112007094746179-pct00011
 58.4°
Figure 112007094746179-pct00012
 62.0°
Figure 112007094746179-pct00013
 75.0°
Figure 112007094746179-pct00014
 90°
Figure 112007094746179-pct00015
 90°
예상되는 것처럼,
Figure 112007094746179-pct00016
평면들은 θ=0°에 대응하고,
Figure 112007094746179-pct00017
및
Figure 112007094746179-pct00018
평면들은 θ=90°에 대응하고, 그리고 반극성 평면들은 0°< θ <90°에 대응한다.
결정의 압전 분극은 결정의 변형 상태에 의해 결정된다. 비격자 정합된 결정 층들의 헤테로에피택셜 성장에 대하여, 개별적인 층들의 변형 상태는 성장 평면에서 쌍축 변형에 의해 결정된다.
z'-축(200)을 따라 일반적인 결정 성장 배향에 대하여, 성장 평면에서 쌍축 응력 성분들 σx'x' 및 σy'y'은 변환 행렬 U에 의해 통상적인 (x,y,z) 좌표계로 변환될 수 있다. 이것은 (x,y,z) 좌표들에서 변형 상태 및 압전 분극을 결정하는 것을 허용한다. 따라서, (x,y,z) 좌표들에서 압전 분극은 변환 행렬 U에 의해 결정각(θ)(204)의 함수로서 변화된다. 일반적인 결정 성장 배향에 대하여, 압전 분극은 (x,y,z) 좌표들에서 일반적인 결정 성장 방향을 따라 분극 벡터 P와 단위 벡터
Figure 112007094746179-pct00019
사이의 스칼라 곱을 취함으로써 얻을 수 있다:
Figure 112007094746179-pct00020
(2)
여기에서 Px 및 Pz는 (x,y,z) 좌표들에서 압전 분극의 성분들을 나타내고 일반적으로 앞에서 설명된 것처럼 결정각(θ)(204) 상에 의존한다.
도 3은 변형되지 않는 GaN 배리어들을 가지면서 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에 대하여 성장 방향과 c-축 사이의 각의 함수로서 압전 분극(300)을 나타낸다[참조문헌9, 18-20]. 예상되는 것처럼, 분극(300)은 c-평면 성장(θ=0°)에 대하여 최대이고, a-평면 또는 m-평면 성장(θ=90°)에 대하여 0이다. 이러한 두 한계들 사이에서, 분극은 한번 부호를 변경하고 어떠한 각 θ0(302)에서 0이다. θ0(302)의 정확한 값은 압전 텐서들 및 탄성 상수들과 같은 몇몇의 물리적 인자들의 값들에 의존하는데, 상기 인자들의 다수는 현재에도 대개 알려져 있지 않다[참조문헌 21-25].
압전 분극 효과들과 같이, 결정 성장 배향을 변경함으로써 압축 변형된 InxGa1-xN 양자 우물들에 대한 유효 홀 질량들이 또한 본질적으로 감소될 수 있다. 이론적인 결과들[참조문헌 9]은 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 이방성 변형-유 발 분리에 기인하여 결정각이 증가됨에 따라 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에 대해서 유효 홀 질량들이 단조롭게(monotonically) 감소되어야 하는 것을 나타낸다. 따라서, 반극성 배향들 상에서, 특히 큰 결정 각들을 가지는 배향들 상에서, 증가하는 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들은 유효 홀 질량들을 현저하게 감소시켜야 한다.
관련된 출원들에 대한 상호-참조( cross - reference )
본원 청구항들은 다음의 동시 계류중이고 공동으로 양도된 임시출원의 35 U.S.C § 119(e) 하에 이익을 얻는다:
변호사 관리(docket) 번호 30794.140-US-P1 (2005-668)이고, Robert M. Farrell, Troy J. Baker, Arpan Chakraborty, Benjamin A. Haskell, P. Morgan Shuji Nakamura에 의하여, 2005년 6월 1일 에 출원된 "반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조에 대한 기술, (TECHNIQUE FOR THE GROWTH AND FABRICATION OF SEMIPOLAR (Ga,Al,In,B)N THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES, AND DEVICES,)"의 명칭을 가진 출원 일련번호 60/686,244, 그리고 상기 임시출원은 여기에서 참조되어 통합된다.
본원은 또한 다음의 동시 계류중이고 공동으로 양도된 출원들에 관련된다:
변호사 관리 번호 30794.95-US-P1이고, Michael D. Craven, Stacia Keller, Steven P. DenBaars, Tal Margalith, James S. Speck, Shuji Nakamura, 및 Umesh K. Mishra에 의하여, 2002년 4월 15일 에 출원되었으며, "비극성 질화갈륨계 박막들 및 헤테로구조 물질들(NON-POLAR GALLIUM NITRIDE BASED THIN FILMS AND HETEROSTRUCTURE MATERIALS,)"이라는 명칭을 가진 미국 임시 특허 출원 일련번호 60/372,909에 대하여 35 U.S.C. Section 119(e) 하의 이익을 주장하는,
변호사 관리 번호 30794.101-US-U1 (2002-301)이고, "비극성 (Al,B,In,Ga)N 양자 우물 및 헤테로구조 물질들 및 소자들,(NON-POLAR (Al,B,In,Ga)N QUANTUM WELL AND HETEROSTRUCTURE MATERIALS AND DEVICES,)"이라는 명칭으로 Michael D. Craven, Stacia Keller, Steven P. DenBaars, Tal Margalith, James S. Speck, Shuji Nakamura, 및 Umesh K. Mishra에 의하여, 2003년 4월 15일 에 출원된 미국 실용 특허 출원 일련번호 10/413,690;
변호사 관리 번호 30794.117-US-P1이고, "금속유기 화학 기상 증착에 의한 비극성 InGaN 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 제조(FABRICATION OF NONPOLAR InGaN THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES AND DEVICES BY METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION,)"라는 명칭으로, Arpan Chakraborty, Benjamin A. Haskell, Stacia Keller, James S. Speck, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura 및 Umesh K. Mishra에 의하여, 2004년 5월 10일에 출원된 미국 임시 특허 출원 일련번호 60/569,749에 대하여 35 U.S.C. Section 119(e) 하의 이익을 주장하는,
변호사 관리 번호 30794.117-US-U1 (2004-495)이고, "금속유기 화학 기상 증착에 의한 비극성 질화 인듐갈륨 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 제조(FABRICATION OF NONPOLAR INDIUM GALLIUM NITRIDE THIN FILMS, HETEROSTRUCTURES AND DEVICES BY METALORGANIC CHEMICAL VAPOR DEPOSITION,)"라는 명칭으로, Arpan Chakraborty, Benjamin A. Haskell, Stacia Keller, James S. Speck, Steven P. DenBaars, Shuji Nakamura, 및 Umesh K. Mishra에 의하여 2005년 5월 6일에 출원된 미국 실용 특허 출원 일련번호 11/123,805; 및
변호사 관리 번호 30794.128-US-P1 (2005-471)이고, Troy J. Baker, Benjamin A. Haskell, Paul T. Fini, Steven P. DenBaars, James S. Speck, 및 Shuji Nakamura에 의하여, 2005년 3월 10에 출원된 "반극성 질화갈륨의 성장에 대한 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF PLANAR SEMI-POLAR GALLIUM NITRIDE,)"이라는 명칭의 미국 임시 특허 출원 일련번호 60/660,283;
그리고 상기 출원들은 여기에서 인용되어 통합된다.
발명의 요약
본 발명은 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 위한 방법을 기술한다. 이러한 구조들은 적합한 기판들의 상에 직접 또는 상기 기판 상에 미리 증착된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 템플릿 층들 상에 성장될 수 있다. 금속유기 화학 기상 증착(MOCVD) 및 수소화물 기상 에피택시(HVPE)와 같은, 기상 에피택시 기술들이 상기 반극성 (Ga,Al,In,B)N 구조들을 성장시키기 위해 사용될 수 있다. 그러나, 상기 발명은 분자 빔 에피택시(MBE) 또는 임의의 다른 적합한 성장 기술에 의해 성장된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막, 헤테로구조, 및 소자에 동일하게 적용될 수 있다.
반극성 질화물 박막들 및 헤테로구조들의 성장은 질화 섬유아연석 소자 구조들에서 분극 효과들 및 유효 홀 질량들을 감소시키는 수단을 제공한다. 질화물들이라는 용어는 0 ≤w≤1, 0≤ x≤1, 0≤ y≤1, 0 ≤z≤1, 및 w + x + y + z = 1인 GawAlxInyBzN 화학식을 가지는 (Ga,Al,In,B)N 반도체들의 임의의 합금 조성을 지칭한다. 현재 상업적으로 유용한 질화물 소자들은 극 [0001] c-방향을 따라 성장된다. 결과적인 분극-유도 전기장들 및 큰 유효 홀 질량들은 현재 수준의 기술의 질화물 광전자 소자들의 성능에 이롭지 못하다.
반극성 방향에 따라 이러한 소자들의 성장은 고유한 전기장들 및 유효 홀 질량들을 감소시킴으로써 소자 성능을 현저하게 개선시킬 수 있다. 고유한 전기장들의 감소는 질화물 양자 우물들에서 공간적인 전하 분리를 감소시킨다. 또한, 유효 홀 질량들을 감소시키는 것은 질화물 레이저 다이오드들에서 광학적 이득을 발생시키기 위해 필요한 캐리어 밀도들을 감소시킨다.
동일한 참조 번호들이 명세서 전체에 걸쳐 대응하는 부분들을 나타내는 도면들을 지금 참조하면:
도 1은 분극-유도된 전기장들에 기인하여 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에서 밴드 휨을 도해하는 것이다.
도 2는 c-평면 결정 성장을 위한 통상적인 좌표계 (x, y,z)와 일반적인 결정 성장 배향을 위한 변환된 좌표계 (x', y', z') 사이의 관계를 도해한다. 방위각 및 극각은 각각 φ 및 θ을 나타낸다.
도 3은 변형되지 않은 GaN 배리어들을 가지는 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에 대한 c-축과 성장 방향 사이의 각의 함수로서 압전 분극을 도해하는 그래프이다.
도 4는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 위한 현저한 단계들을 요약하는 플로우차트이다. 이러한 플로우차트는 많은 다양한 성장 방법들 및 순서들이 본 발명의 범위 내에서 사용될 수 있는 방법을 도해한다.
도 5는
Figure 112007094746179-pct00021
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~439nm 피크) LED의 개요적인 단면이다.
도 6은
Figure 112007094746179-pct00022
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~439nm 피크) LED의 전류-전압(I-V) 특성의 그래프이다.
도 7은
Figure 112007094746179-pct00023
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~439nm 피크) LED의 다른 구동 전류들에서 전기적 발광(EL) 스펙트럼들의 그래프이다.
도 8은
Figure 112007094746179-pct00024
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~439nm 피크) LED에 대한 구동 전류의 함수로서 웨이퍼 상의 출력전력 및 외부 양자 효율의 그래프이다.
도 9는
Figure 112007094746179-pct00025
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 녹색(~525nm 피크) LED의 개요적인 단면이다.
도 10은
Figure 112007094746179-pct00026
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 녹색(~525nm 피크) LED의 전류-전압(I-V) 특성의 그래프이다.
도 11은
Figure 112007094746179-pct00027
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 녹색(~525nm 피크) LED의 다른 구동 전류들에서 전기적 발광(EL) 스펙트럼들의 그래프이다.
도 12는
Figure 112007094746179-pct00028
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 녹색(~525nm 피크) LED에 대한 구동 전류의 함수로서 웨이퍼 상의 출력전력 및 외부 양자 효율의 그래프이다.
도 13은
Figure 112007094746179-pct00029
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~440nm 피크) LED의 개요적인 단면이다.
도 14는
Figure 112007094746179-pct00030
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~440nm 피크) LED에 대한 구동 전류의 함수로서 웨이퍼 상의 출력전력 및 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE)의 그래프이다.
도 15는 스펙트럼의 녹색 영역(~525nm 피크)에서 방출을 위해 설계된 반극성 질화물 레이저 다이오드의 개요이다. 입증된 반극성 배향들 중에서,
Figure 112007094746179-pct00031
반극성 배향이 반극성 질화물 레이저에 대한 활성 영역에서 네트 분극 및 유효 홀 질량의 최적의 조합을 제공할 것이다.
도 16은 c-평면 GaN 템플릿 상에 성장된 상업적인 녹색(~525nm 피크) LED의 전류-전압(I-V) 특성의 그래프이다.
도 17은 c-평면 GaN 템플릿 상에 성장된 상업적인 녹색(~525nm 피크) LED의 다른 구동 전류들에서 전기적 발광(EL) 스펙트럼들의 그래프이다.
도 18은
Figure 112007094746179-pct00032
반극성 GaN 템플릿 상에 성장된 녹색(~525nm) LED 및 c-평면 GaN 템플릿 상에 성장된 상업적인 녹색(~525nm 피크) LED에 대한 여러 구동 전류들에서 피크 전기적 발광(EL) 파장을 비교하는 그래프이다.
도 19는 c-평면 GaN 템플릿 상에 성장된 상업적인 녹색(~525nm 피크) LED에 대한 구동 전류의 함수로서 패키지된 출력전력 및 외부 양자 효율(EQE)의 그래프이다.
도 20은 본 발명에 따른 프로세스 차트를 도해한 것이다.
바람직한 실시예의 다음의 설명에서, 바람직한 실시예의 일부를 형성하는 첨부된 도면들을 참조하고, 그리고 본 발명이 실시될 수 있는 특정한 실시예를 도해하는 방법으로서 상기 도면들에서 도시된다. 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예들이 사용될 수 있고 구조적 변경들이 가능하다는 것이 이해될 수 있다.
개관
본 발명은 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 성장 및 제조 방법을 포함한다. 도 4의 플로우차트(400)는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장에 대한 중요한 단계들을 요약한다.
단계들 402 및 404는 반극성 성장 배향을 선택하기 위해 사용되는 탑-다운(top-down) 소자 설계 과정을 요약하고 있다. 우선, 특정 소자 어플리케이션에 대해 원하는 물질 특성들(압전 분극, 유효 홀 질량 등)이 단계 402에서 도시되는 것처럼 확인될 필요가 있다. 이러한 원하는 특성들에 근거하여, 단계 404에서 물질 특성들의 최적의 조합을 가지는 반극성 배향이 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장을 위하여 선택되어야 한다. 이러한 탑-다운 소자 설계 과정은 물론 이상적이다; 모든 반극성 배향에 대한 결정 수준이 동일하다는 것을 가정한다. 소자 설계 과정에서 실제의 실시와 일치하도록 조정이 수행되어야 한다.
최적의 반극성 성장 배향을 선택한 후에, 단계 406에서 적절한 기판이 선택될 필요가 있다. 이러한 기판은 이상적으로 성장되는 구조와 정합되는 구성 격자를 가지는 자립(free-standing) 반극성 질화물 웨이퍼일 수 있다. 종종, 비록, 기판은 MgAl2O4 (첨정석) 또는 Al2O3 (사파이어)와 같은 이질의(foreign) 물질일 수 있다. 이질의 기판은 HVPE MOCVD, MBE, 액상 에피택시(LPE), 화학 빔 에피택시(CBE), 플라즈마-강화 화학 기상 증착(PECVD), 승화 또는 스퍼터링을 포함하는, 그러나 여기에 제한되지 않는, 임의의 적합한 성장 기술에 의해 선택적으로 질화물 템플릿 층으로 코팅될 수 있다. 템플릿 층의 구성은 증착되는 구조의 구성과 정확하게 정합될 필요는 없다. 템플릿 층의 두께는 수 나노미터에서(이것은 핵생성 또는 버퍼 층으로 명명될 수 있다) 수십 또는 수백 마이크로미터까지의 범위를 가질 수 있다. 필요하지는 않더라도, 템플릿의 사용은 일반적으로 반극성 질화물 소자들의 균일도 및 수율을 개선할 수 있다. 설명에 도움이 되는 목적에서, 본 발명의 범위를 제한하지 않으면서, 본 발명의 명세서의 나머지는 본 발명의 실시를 위한 HVPE-성장 반극성 GaN 템플릿의 사용을 설명할 것이다.
기판 또는 템플릿이 선택된 이후에, 기판 또는 템플릿은 단계 408에서 원하는 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장을 위해 반응기로 로드(load)될 수 있다. 본 발명의 실시를 위해 단게 410-418에서 사용되는 적합한 성장 방법들은 HVPE, MOCVD, MBE, LPE, CBE, PECVD, 승화, 스퍼터링 또는 다른 임의의 기상 증착 방법을, 여기에 한정되지는 않으면서, 포함한다. 설명에 도움이 되는 목적에서, 본 발명의 명세서의 나머지는 MOCVD에 의한 반극성 박막들 및 헤테로구조들의 성장을 설명할 것이다. 그러나, 이러한 초점은 본 발명의 적용가능성을 다른 성장 기술들에는 제한하고자 해석되어서는 안 된다. 결국, 반극성 (Ga,Al,In,B)N 구조가 성장된 이후에, 결정은 박막 성장 반응기에서 제거되고 단계 420에서 반극성 소자들로 진행된다.
기술적인 설명
반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 성장 및 제조를 설명하는 본 발명은 다음의 요소들을 포함한다.
1. 특정 소자 어플리케이션에 대한 원하는 물질 특성들의 확인.
2. 물질 특성들의 최적 조합을 가지는 반극성 배향의 선택.
3. 원하는 반극성 배향의 성장을 위한 적합한 기판 또는 템플릿의 선택.
4. 적합한 성장 기술에 의해 반극성 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 성 장.
앞에서 논의된 것처럼, 본 발명의 실시는 HVPE에 의해 성장되는 두꺼운 평면의 반극성 GaN 템플릿들을 사용함으로써 강화된다. 현재까지, 우리는 HVPE에 의해 여러 다른 평면 반극성 GaN 템플릿 배향들을 성공적으로 성장시켜왔다. 템플릿 성장의 상세한 설명들은 별도로 개시되어 왔다; 참고로 변호사 관리 번호 30794.128-US-P1 (2005-471)이고, Troy J. Baker, Benjamin A. Haskell, Paul T. Fini, Steven P. DenBaars, James S. Speck, 및 Shuji Nakamura가 발명하고, 2005년 3월 10일에 출원된, "평면 반극성 질화갈륨의 성장 기술(TECHNIQUE FOR THE GROWTH OF PLANAR SEMI-POLAR GALLIUM NITRIDE,)"의 명칭을 가지는 미국 임시 특허 출원 일련 번호 60/660,283을 참조할 수 있는데, 상기 출원은 여기에서 인용되어 통합된다. 요약하면, 우리는 평면 반극성 질화물 템플릿들의 네가지 예들을 실험적으로 입증하였다.
1. 특정 방향들로 {100} 첨정석 미스컷(miscut) 상의
Figure 112007094746179-pct00033
GaN
2. {110} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00034
GaN
3.
Figure 112007094746179-pct00035
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00036
GaN
4.
Figure 112007094746179-pct00037
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00038
GaN
이러한 반극성 평면들의 결정 수준은 성장 온도 및 압력에 별다른 의존성을 나타내지 않는다.
Figure 112007094746179-pct00039
및
Figure 112007094746179-pct00040
배향들은 10 Torr 내지 1000 Torr의 범위의 압력 및 900℃ 내지 1200℃의 범위의 온도에서 전반적인 결정 수준에 별다른 영향 을 미치지 않으면서 성장된다. 이러한 넓은 범위의 압력 및 온도는 이러한 반극성 평면들이 특정 기판들 상에서 성장될 때 매우 안정적이라는 것을 나타낸다. 특정 반극성 평면들과 특정 기판들 사이의 에피택셜 관계들은 막들의 제조에 사용되는 성장 시스템의 유형에 상관없이 유효하다. 그러나, 이러한 평면들을 성장시키기 위한 최적의 반응기 조건들은 개개의 반응기 설계들 및 성장 방법들에 따라서 변경될 수 있다.
이러한 평면 HVPE-성장 반극성 GaN 층들을 MOCVD에 의한 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장을 위한 템플릿으로 사용하여, 우리는 몇몇의 다른 반극성 배향들 상에서 반극성 (Ga,Al,In,B)N LED들을 성장시키고 제조하였다. 특별히, {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00041
GaN 템플릿들 상에,
Figure 112007094746179-pct00042
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00043
GaN 템플릿들 상에, 그리고 {110} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00044
GaN 템플릿들 상에 반극성 LED들을 성공적으로 입증하였다.
도 5에서 도시된 것처럼, 제1 예시의 반극성 LED 구조는 {100} 첨정석 기판(504) 상의 10㎛ 두께의 HVPE-성장의
Figure 112007094746179-pct00045
GaN 템플릿(502) 상에 MOCVD에 의해 재성장된다. 수직 MOCVD 반응기 내에서 수행되는 상기 재성장(re-growth)은 2.0㎛의 Si-도핑된 n-형 GaN 기저층(506)을 가지고 시작된다. 활성 영역(508)은 16nm의 Si-도핑된 GaN 배리어들 및 4nm의 InGaN 양자 우물들을 가지는 5 주기 다중 양자 우물(MQW) 스택으로 구성된다. 16nm의 도핑되지 않은 GaN 배리어(510)는 이후의 성장에서 InGaN이 활성 영역에서 탈착되는 것을 방지하기 위하여 저온에서 InGaN MQW 구조의 위를 덮도록 증착된다. 300nm의 Mg로 도핑된 p-형 GaN 층(512)이 그 다음에 증착된다. 40nm의 고농도의 Mg로 도핑된 p+-형 GaN 콘택층(514)가 상기 구조의 위를 덮는다.
성장한 후에, 300x300㎛2 다이오드 메사(mesa)들이 염소-계열의 반응성 이온 에칭(reactive ion etching, RIE)에 의해 정의되었다. Pd/Au(20/200nm) 및 Al/Au(20/200nm)가 각각 p-형 GaN 및 n-형 GaN 콘택들(516, 518)로 사용되었다. 반극성 LED 구조 및
Figure 112007094746179-pct00046
평면(520)의 개요적인 단면이 도 5에서 도시된다. 다이오드의 전기적 및 냉광(luminescence) 특성들이 소자들의 웨이퍼 상의 프로빙에 의해 측정되었다. 전형적인 LED의 전류-전압(I-V) 특성들(600)이 도 6에서 도시된다. 직류(direct current , dc) 조건들 하에서의 상대적인 광전력 측정은 백사이드 방출에서부터 첨정석 기판을 거쳐 눈금이 있는 광역 Si 포토다이오드까지 얻어졌다. LED들의 전기장 발광(electroluminescence, EL) 스펙트럼들 및 광전력 방출은 각각 도 7 및 8에서 도시되는 것처럼 드라이브 전류의 함수로서 측정되었다. 모든 측정들은 상온에서 수행되었다.
도 6에서 도시된 것처럼, 다이오드의 I-V 특성(600)은 6.9Ω의 직렬 저항을 가지면서 3.1V의 낮은 턴-온 접압을 나타내었다. EL 스펙트럼들도 또한 30 내지 200mA의 범위를 가지는 구동 전류들에서 측정되었다. 도 7에서 도시된 것처럼, 상기 소자들은 관찰되는 피크 전이(peak shift)없이 모든 구동 전류들에 대하여 439nm의 청색 스펙트럼 범위에서 방출 스펙트럼들(700-710)을 나타낸다. 방출 스펙 트럼들(700-710)은 각각 30mA-200mA의 구동 전류들에 대응한다. 증가하는 구동 전류를 가지면서 방출 피크에서 청색-전이가 없는 현상은 이러한 파장 범위 및 유사한 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 LED들에서 일반적으로 관찰되는 청색 전이의 현상과는 대조적이다.
결국, 웨이퍼 상의 출력 전력 및 외부 양자 효율은 dc 구동 전류의 함수로서 측정되었다. 도 8에서 도시된 것처럼, 출력 전력(800)은 구동 전류가 10mA에서 300mA까지 증가될 때 대략 선형적으로 증가하였다. 20mA 순방향 전류에서 출력 전력은 11μW이었고, 0.02%의 외부 양자 효율(EQE)(802)에 해당한다. 630μW의 높은 DC 전력은 300mA의 구동 전류에 대하여 측정되었다. EQE는 200mA에서 0.081%의 최대값을 가지면서 구동 전류가 증가됨에 따라 증가되었고, 그리고 다음에 순방향 전류가 200mA를 초과하여 증가됨에 따라 약간 감소되었다. 구동 전류가 증가함에 따라 EQE에서 현저한 감소가 없는 것은 이러한 파장 범위 및 유사한 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 LED들에서 EQE가 현저하게 감소하는 일반적으로 관찰되는 현상과는 대조적이다.
비록 여기에서 제공되지는 않았지만, 광냉광(photoluminescence, PL) 스펙트럼들이 {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00047
GaN 템플릿들 상에 성장된 청색(~439nm 피크) 반극성 LED들에 대하여 {0001} 사파이어 상의 {0001} GaN 템플릿들 상에 성장된 동시 로딩된(co-loaded) c-평면 LED들과 또한 비교되었다. 동시 로딩이라는 용어는 c-평면 템플릿이 MOCVD 반응기로 반극성 템플릿과 동시에 로딩되고 그리고 성장하는 동안 동일한 서셉터 상에 두 개의 템플릿들이 위치한다는 것을 의미한다. 반극 성 LED들에 대한 PL 스펙트럼들이 동시에 로딩된 c-평면 LED들에 대한 PL 스펙트럼들과 매우 유사하였는데, 이것은 반극성 InxGa1 - xN 박막들 및 c-평면 InxGa1 - xN 박막들의 인듐을 혼입하는 효율이 상응하다는 것을 암시한다. 이것은 반극성 평면들을 따라 강한 불순물 혼입이 존재함을 나타내는, 반극성 패시트들을 따라 측방향 에피택셜 과성장에 대한 이전의 연구들과 일치한다[참조문헌 26, 27].
{100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00048
GaN 템플릿들 상에 성장된 청색(~439nm 피크) LED들 외에, 도 9는
Figure 112007094746179-pct00049
사파이어 기판(904) 상의
Figure 112007094746179-pct00050
GaN 템플릿(902) 상에 성장된 녹색(~525nm 피크) LED(900)을 도해한다. 이러한 반극성 LED 구조(900)는
Figure 112007094746179-pct00051
사파이어(904) 상에 10㎛ 두께의 HVPE 성장된
Figure 112007094746179-pct00052
GaN 템플릿(902) 상에 MOCVD에 의해 재성장되었다. 통상적인 수직-플로우 MOCVD 반응기에서 수행되는 재성장은 500nm Si-도핑된 n-형 GaN 기저층(906)과 함께 시작한다. 활성 영역(908)은 8nm의 도핑되지 않은 GaN 배리어들 및 4nm의 InGaN 양자 우물들을 가지는 5 주기 다중 양자 우물(MQW) 스택으로 구성되었다. 20nm의 Mg-도핑된 p-형 AlGaN 배리어(910)는 이후의 성장에서 InGaN이 활성 영역(908)으로부터 탈착되는 것을 방지하기 위하여 InGaN MQW 구조의 위를 덮도록 저온에서 증착되었다. 상기 구조는 200nm의 Mg-도핑된 p-형 GaN(912)으로 덮여져 있다.
성장한 후에, 300x300㎛2 다이오드 메사(mesa)들이 염소-계열의 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 정의되었다. Pd/Au(5/6nm) 및 Ti/Al/Ni/Au(20/100/20/300nm)가 각각 p-형 GaN 및 n-형 GaN 콘택들(914 및 916)로 사용되었다. 반극성 LED 구조 및
Figure 112007094746179-pct00053
평면(918)의 개요적인 단면이 도 9에서 도시된다. 다이오드의 전기적 및 냉광(luminescence) 특성들이 소자들의 웨이퍼 상의 프로빙에 의해 측정되었다. 전형적인 LED의 전류-전압(I-V) 특성(1000)이 도 10에서 도시된다. 직류(dc) 조건들 하에서의 상대적인 광전력 측정들은 백사이드 방출에서부터 사파이어 기판을 거쳐 눈금이 있는 광역 Si 포토다이오드까지 얻어졌다. LED들의 전기장 발광(EL) 스펙트럼들 및 광전력 방출은 각각 도 11 및 12에서 도시되는 것처럼 드라이브 전류의 함수로서 측정된다. 모든 측정들은 상온에서 수행되었다.
도 10에서 도시된 것처럼, 다이오드의 I-V 특성(1000)은 14.3Ω의 직렬 저항을 가지면서 3.2V의 낮은 턴-온 접압을 나타내었다. EL 스펙트럼들도 또한 30 내지 200mA의 범위를 가지는 구동 전류들에서 측정되었다. 도 11에서 도시된 것처럼, EL 스펙트럼들(1100)은 소자(900)가 녹색 스펙트럼 범위에서는 20mA에서 528nm로부터 200mA에서 522nm까지 약간 전이하면서 방출하는 것을 나타낸다. 증가하는 구동 전류를 가지면서 방출 피크에서 현저한 청색-전이가 없는 현상은 이러한 파장 범위 및 유사한 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 LED들에서 일반적으로 관찰되는 현저한 청색 전이의 현상과는 대조적이다.
웨이퍼 상의 출력 전력 및 외부 양자 효율은 dc 구동 전류의 함수로서 또한 측정되었다. 도 12에서 도시된 것처럼, 출력 전력(1200)은 구동 전류가 10mA에서 250mA까지 증가될 때 대략 선형적으로 증가하였다. 20mA 순방향 전류에서 출력 전력(1200)은 19.3μW이었고, 0.041%의 외부 양자 효율(EQE)(1202)에 해당한다. 264 μW의 높은 DC 전력은 250mA의 구동 전류에 대하여 측정되었다. EQE(1202)는 구동 전류가 증가됨에 따라 증가되어 120mA에서 0.052%의 최대값을 가지고, 그리고 다음에 순방향 전류가 120mA를 초과하여 증가됨에 따라 약간 감소되었다. 구동 전류가 증가함에 따라 EQE(1202)에서 현저한 감소가 없는 현상은 이러한 파장 범위 및 유사한 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 LED들에서 EQE(1202)가 현저하게 감소하는 일반적으로 관찰되는 현상과는 대조적이다.
결국, 도 13은 {110} 첨정석 기판(1304) 상의
Figure 112007094746179-pct00054
GaN 템플릿(1302) 상의 청색(~440nm 피크) 반극성 LED(1300)을 도해한다. 수직 MOCVD 반응기에서 수행되는 재성장은 2.0㎛의 Si-도핑된 n-형 GaN 기저층(1306)을 가지고 시작되었다. 활성 영역(1308)은 16nm의 Si-도핑된 GaN 배리어들 및 4nm의 InGaN 양자 우물들을 가지는 5 주기 다중 양자 우물(MQW) 스택으로 구성되었다. 16nm의 도핑되지 않은 GaN 배리어(1310)는 이후의 성장에서 InGaN이 활성 영역(1308)에서 탈착되는 것을 방지하기 위하여 저온에서 상기 InGaN MQW 구조의 위를 덮도록 증착되었다. 300nm의 Mg-도핑된 p-형 GaN 층(1312)가 그 다음에 증착된다. 40nm의 고농도로 도핑된 p+-GaN 콘택층(1314)가 상기 구조의 위를 덮는다.
성장한 후에, 300x300㎛2 다이오드 메사(mesa)들이 염소-계열의 반응성 이온 에칭(RIE)에 의해 정의되었다. Pd/Au(20/200nm) 및 Al/Au(20/200nm)가 각각 p-형 GaN 및 n-형 GaN 콘택들(1316 및 1318)로 사용되었다. 반극성 LED 구조(1300)의 개요적인 단면 및
Figure 112007094746179-pct00055
평면(1320)이 도 13에서 도시된다. 다이오드의 전기적 및 냉광(luminescence) 특성들이 소자들의 웨이퍼 상의 프로빙에 의해 측정되었다. 직류(dc) 조건들 하에서의 상대적인 광전력 측정들은 백사이드 방출에서부터 첨정석 기판을 거쳐 눈금이 있는 광역 Si 포토다이오드까지 얻어졌다.
비록 여기에서 제공되지는 않았지만, 구동 전류의 함수로서 I-V 특성 및 EL 스펙트럼들은 {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00056
GaN 템플릿 상에 성장된 청색(~439nm 피크) 반극성 LED들에 유사하였다. 도 14에서 도시된 것처럼 LED들의 광전력 방출은 구동 전류의 함수로서 측정되었다. 모든 측정들은 상온에서 수행되었다.
도 14에서 도시된 것처럼, 출력 전력(1400)은 구동 전류가 10mA에서 90mA까지 증가될 때 대략 선형적으로 증가하였고, 그리고 그 다음에 250m까지 버금선형적으로(sublinearly) 증가하였다. 20mA 순방향 전류에서 출력 전력(1400)은 190μW이었고, 이는 0.34%의 외부 양자 효율(EQE)(1402)에 해당한다. 1.53mW의 DC 전력은 250mA의 구동 전류에 대하여 측정되었다. EQE(1402)는 구동 전류가 증가됨에 따라 증가되어 50mA에서 0.41%의 최대값을 가지고, 그리고 다음에 순방향 전류가 50mA를 초과하여 증가됨에 따라 현저하게 감소되었다. 구동 전류가 증가함에 따라 EQE(1402)에서 현저하게 감소하는 현상은 {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00057
GaN 템플릿 상의 청색(~439nm 피크)의 반극성 LED들 및
Figure 112007094746179-pct00058
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00059
GaN 템플릿 상의 녹색(~525nm) 반극성 LED들에 대하여 구동 전류가 증가함에 따라 EQE(1402)의 감소가 없는 현상과 대조적이다. 그럼에도 불구하고, 다른 두 개의 반극성 LED들과 비교하여, 이러한 반극성 LED는 현저하게 더 높은 값을 가지는 피크 출력 전력(1400) 및 피크 EQE(1402)를 나타내는데, 이것은 명백하게 c-평면 질화물 기술에서 잠재적인 경쟁력을 나타낸다.
앞에서 설명한 소자 구조들은 반극성 InGaN-계 LED들의 기능의 최초의 보고를 구성한다. 요약하면, 본 발명은 두 개의 다른 스펙트럼 범위들에서, 두 개의 다른 반극성 배향들 상에서, 그리고 세 개의 다른 기판들 상에서 동작하는 반극성 LED들을 입증한다. 이것들은 {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00060
GaN 템플릿 상에 있는 청색(~439nm 피크) 반극성 LED들,
Figure 112007094746179-pct00061
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00062
GaN 템플릿 상에 있는 녹색(~525nm) 반극성 LED들, 및 {100} 첨정석 상의
Figure 112007094746179-pct00063
GaN 템플릿 상에 있는 청색(~440nm 피크) 반극성 LED들을 포함한다. 이러한 세가지 예시들의 제공은 단지 설명의 목적들을 위한 것이고 본 발명의 적용가능성을 다른 성장 배향들 또는 소자 구조들에 제한하고자 해석되어서는 안 된다.
가능한 변형들 및 변경들
기술적인 설명에서 언급된 소자들은 발광 다이오드들을 포함한다. 그러나, 본 발명의 범위는 임의의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자의 성장 및 제조를 포함한다. 따라서, 상기 소자 구조들은 LED들에 한정되어 고려해서는 안 된다. 본 발명의 방법들에 의해 성장되고 제조될 수 있는 다른 잠재적인 반극성 소자들은 에지-방출 레이저 다이오드들(edge-emitting laser diodes, EEELs), 수직 공동 표면 방출 레이저 다이오드들(vertical cavity surface emitting laser diodes, VCSELs), 공명 공동 LED들(resonant cavity LEDs, RCLEDs), 마이크로공동 LED들(microcavity LEDs, MCLEDs), 높은 전자 이동도 트랜지스터들(high electron mobility transistors, HEMTs), 헤테로접합 바이폴라 트랜지스터들(high electron mobility transistors, HBTs), 헤테로접합 필드 효과 트랜지스터들(heterojunction bipolar transistors, HFETs); 및 가시광선, 자외선, 및 자외선 근처 광검출기들을 포함한다. 이러한 예시들 및 다른 가능성들은 여전히 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들의 모든 장점들을 여전히 초래한다. 가능한 소자들의 이러한 목록은 단지 설명하기 위한 목적이며 본 발명의 적용에 대한 제한으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 본 발명은 반극성 방향들 또는 반극성 평면들 상에 성장되는 임의의 질화물계 소자에 대해 권리를 주장한다.
특히, 본 발명은 (Ga,Al,In,B)N 레이저 다이오드들의 설계 및 제조에서 현저한 이익들을 제공할 것이다. 이러한 이익들은, 도 15에서 도시된 개념적인 소자(1500)와 같은, 특히 큰 압전 필드들을 가지는 장파장 레이저 다이오드들에서 특히 실질적이어야 한다. 부가적으로, 이상적인 계산들은 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 이방성 변형-유도 분리에 기인하여 결정각이 증가됨에 따라 압축 변형된 InxGa1-xN 양자 우물들에 대해 유효 홀 질량들이 단조 감소해야 한다는 것을 나타낸다[참조문헌 9]. 압축 변형된 InxGa1 - xN 양자 우물들에 대한 다수-몸체(many-body)의 광학적 이득을 모순없이 계산하면 피크 이득이 유효 홀 질량 상에서 가장 영향을 받기 쉽고 결정각이 증가함에 따라 피크 이득이 단조 증가함을 알 수 있다[참조문 헌 17,18]. 따라서, 전형적인 질화물계 레이저 다이오드들에서 광학적 이득을 생성하기 위해 필요한 높은 캐리어 밀도들은 반극성 배향들, 특히 θ=90°에 가장 근접한 결정각을 가지는 반극성 배향들, 상에 레이저 구조들을 성장시킴에 의해 감소될 수 있다.
이것은 도 15에서 도시된 레이저 다이오드(1500)의 설계에서 반영된다;
Figure 112007094746179-pct00064
배향(1501)은 가장 큰 결정각(θ=62.0°)을 가지고 광학적 이득에서 가장 본질적인 개선들을 제공하여야 하는 것을 실험적으로 입증한 반극성 배향들의 레이저 다이오드이다.
{100} 첨정석 기판(1502)는
Figure 112007094746179-pct00065
반극성 GaN 템플릿(1504)를 성장시키기 위해 사용되고,그 다음에 n-GaN 층(1506)의 재성장이 앞에서 설명된 것처럼 수행된다. 그 다음에 n-AlGaN/GaN 클래딩층(cladding layer, 1508)이 성장되고, n-GaN 도파층(waveguiding layer, 1510)이 위를 덮는다. 그 다음에 MQW 활성층(1512)이 성장되고, MQW 활성층(1512) 상에 성장된 p-GaN 도파층(1514)을 가진다. 그 다음에 또 다른 클래딩 층(1516)이 성장되고, 그리고 다음에 p-GaN 콘택층이 성장된다. 그 다음에 Ni/Au 콘택(1520) 및 Ti/Al/Ni/Au 콘택들(1522)이 증착된다.
전자 소자들의 성능은 본 발명에서 이득을 얻어야 한다. 변형된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 층들에서 더 낮은 유효 홀 질량들은 더 높은 홀 이동도를 도출하여야 하는데, 이것은 반극성 p-형 (Ga,Al,In,B)N 층들의 전기 전도도를 증가시켜야 한다. 변형된 반극성 p-형 (Ga,Al,In,B)N 층들에서 더 높은 이동도는 HBT들과 같은 바이폴라 전자 소자들의 개선된 성능을 도출할 것이다. 반극성 질화물들에서 더 높은 p-형 전도도는 p-n 접합 다이오드들 및 LED들에서 더 낮은 직렬 저항들을 또한 도출할 것이다. 더욱이, 결정 성장 배향을 변경함으로써, 압전 분극의 크기 및 방향은 특정 소자 어플리케이션에 적응될 수 있다. 따라서, 원하는 소자 특성들을 생성하기 위해 압전 분극을 사용하는 소자들은(HEMT들과 같은) 또한 본 발명의 다양한 이점들로부터 이득을 얻어야 한다.
반극성 (Ga,Al,In,B)N 양자 우물 및 헤테로구조 설계에서의 변경은 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 가능하다. 더욱이, 층들의 특정 두께 및 조성은, 성장된 양자 우물들의 갯수에 추가되어, 특별한 소자 설계들에 고유한 변수들이고 본 발명의 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 바람직한 실시예에서 소자들은 청색 및 녹색 영역의 스펙트럼에서 발광을 위한 InGaN계 양자 우물들을 사용한다. 그러나, 본 발명의 범위는 또한 AlGaN-,AlInN-, 및AlInGaN-계 양자 우물들을 가지는 소자들을 포함할 수 있지만, 이것은 다른 영역들의 스펙트럼에서 발광을 위해 설계될 수 있다. 더욱이, 반극성 HEMTs, HBTs, 및 HFETs와 같은 잠재적인 소자들은 그들의 각각의 소자 구조들에서 양자 우물들을 포함하지 않을 수도 있다.
성장 온도, 성장 압력, V/III 비율, 전구체 플로우들, 및 소스 물질들과 같은 MOCVD 성장 조건들에서 변동은 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서 가능하다. 계면 수준의 조절은 공정의 중요한 측면이고 특별한 반응기 설계의 플로우 스위칭 능력들에 직접적으로 관련된다. 성장 조건들의 계속적인 최적화는 앞에서 설명된 반극성 박막들 및 헤테로구조들의 더욱 정밀한 조성 및 두께 조절을 도출할 것이다.
또한 부가적인 불순물들 또는 도펀트들이 본 발명에서 설명된 반극성 질화물 막들, 헤테로구조들, 또는 소자들에 혼합될 수 있다. 예를 들어, 흔히 Fe, Mg, 및 Si은 다양한 층들 및 그에 인접한 층들의 도전성 특성들을 변경하기 위하여 질화물 헤테로구조들에서 상기 다양한 층들에 부가될 수 있다. 이러한 도펀트들 및 여기에서 언급되지 않은 다른 도펀트들의 사용은 본 발명의 범위 이내이다.
바람직한 실시예는 우선 HVPE에 의한 반극성 템플릿 성장을 포함하고 그 다음에 MOCVD에 의한 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장을 포함한다. 그러나, 다른 성장 방법들 및 순서들은 본 발명의 대안적인 실시예들에서 사용될 수 있다. 다른 잠재적인 성장 방법들은 HVPE, MOCVD, MBE, LPE, CBE PECVD, 승화, 및 스퍼터링을 포함한다. 도 4에서의 플로우 차트는 일반적인 실시예가 많은 다른 성장 방법들 및 순서들이 본 발명의 실시를 위해 어떻게 사용될 수 있는지에 대해서 제공한다.
본 발명의 범위는 바람직한 실시예에서 언급된 네 개의 반극성 Gan 템플릿 배향들보다 더 많은 범위에 걸친다. 이러한 사상은 모든 반극성 배향들 상에서 모든 (Ga,Al,In,B)N 조성들에 적절하다. 예를 들어, 미스컷(100) 첨정석 기판 상에
Figure 112007094746179-pct00066
AlN, InN, AlGaN, InGaN, AlInN, 또는 AlGaInN을 성장시키는 것이 적합하다. 또한, 적절한 기판이 발견된다면
Figure 112007094746179-pct00067
템플릿들을 성장시키는 것이 또한 적 합하다. 이러한 예들 및 다른 가능성들은 여전히 평면 반극성 막들의 모든 이점들을 여전히 초래한다.
본 발명은 또한 특정한 결정 한정(termination) 및 극성들의 선택을 포함한다. 본 명세서에서 꼬불한 브래킷들, {}의 사용은 대칭-등가의 평면들의 집합을 나타낸다. 따라서,
Figure 112007094746179-pct00068
집합은
Figure 112007094746179-pct00069
,
Figure 112007094746179-pct00070
및
Figure 112007094746179-pct00071
평면들을 포함한다. 이러한 모든 평면들은 Ⅲ족 원자들에 의해 한정(termination)될 수 있는데, 이것은 결정의 c-축이 기판에서 멀어져 나가는 방향을 의미한다. 이러한 평면들의 집합은 또한 동일한 지수의 대응하는 질소 한정된(nitrogen terminated) 평면들을 포함한다.
즉,
Figure 112007094746179-pct00072
집합은 또한
Figure 112007094746179-pct00073
, 및
Figure 112007094746179-pct00074
평면들을 포함한다. 이러한 성장 배향들의 각각에 대하여, 결정의 c-축은 기판을 향하는 방향일 수 있다. 극성의 선택이 측방향 성장 공정의 거동에 영향을 미칠 수 있지만, 단일 결정 집합 내의 모든 평면들은 본 발명의 목적을 위해 동일하다. 다른 경우들에서는 Ⅲ 족 한정된 평면들 상의 성장이 바람직할 수 있지만, 어떠한 적용들에서는, 질소 한정된 반극성 평면들 상에 성장하는 것이 바람직하다. 반극성 평면의 한정은 기판 선택 및 전처리에 의해 대부분 이르게 된다. 양쪽의 한정은 본 발명의 실시를 위해 수용될 수 있다.
더욱이, 사파이어 및 첨정석과 다른 기판들이 반극성 템플릿 성장을 위해 사용될 수 있다. 본 발명의 범위는 모든 가능한 기판들의 모든 가능한 결정 배향들 상의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 포함한다. 이러한 기판들은 실리콘 카바이드, 질화갈륨, 실리콘, 산화 아연, 질화붕소, 리튬 알루미네이트(lithium aluminate), 리튬 니오베이트(lithium niobate), 게르마늄, 질화알루미늄, 리륨 갈레이트(lithium gallate), 부분적으로 대체된 첨정석, 및 γ-LiAlO2 구조를 공유하는 4기의 정방정계의 산화물들(quaternary tetragonal oxides)을 포함하지만, 여기에 한정되지는 않는다.
더욱이, 반극성 (Ga,Al,In,B)N 핵생성(또는 버퍼) 층 및 핵생성 층 성장 방법들의 변경들이 본 발명의 실시를 위해서 수용된다. 핵성성 층들의 성장 온도, 성장 압력, 배향, 및 조성은 후속의 반극성 박막들 및 헤테로구조들의 성장 온도, 성장 압력, 배향, 및 조성과 정합될 필요가 없다. 본 발명의 범위는 모든 가능한 핵생성층들을 사용한 모든 가능한 기판들 상의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들 및 소자들의 성장 및 제조 및 핵생성층 성장 방법들을 포함한다.
앞에서 설명된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들은 평면의 반극성 GaN 템플릿 상에 성장되었다. 그러나, 본 발명의 범위는 반극성 에피택셜 측방향 과성장(ELO) 템플릿 상에 성장된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들을 포함할 수 있다. 상기 ELO 기술은 후속의 에피택셜 층들에서 관통 전위들(threading dislocations, TD)의 밀도를 감소시키는 방법이다. TD 밀도을 감소시키는 것은 소자 성능에서 개선을 유도한다. LED들에 대하여, 이러한 개선들은 증가된 내부 양자 효율들 및 감소된 역-바이어스 누설 전류들을 포함한다. 레이저 다이오드들에 대하여, 이러한 개선들은 증가된 출 력 전력들, 증가된 내부 양자 효율들, 연장된 소자 수명들, 및 감소된 문턱 전류 밀도들을 포함한다[참조문헌 28]. 이러한 장점들은 반극성 ELO 템플릿들 상에 성장된 모든 반극성 평면 박막들, 헤테로구조들 및 소자들에서 관계가 있다.
앞에서 제공된 바람직한 실시예 및 대안적인 실시예들은 이질의 기판 상에 성장된 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들을 설명하였다. 이상적으로는 기판이, 비록, 성장되는 구조와 정합되는 구성 격자를 가지는 자립 반극성 질화물 웨이퍼일 수 있다. 자립 반극성 질화물 웨이퍼들은 이질의 기판을 두꺼운 반극성 질화물 막에서 제거함으로써, 벌크 질화물 인고트(ingot) 또는 부울(boule)을 개별적인 반극성 질화물 웨이퍼들로 절단(sawing)하여, 또는 임의의 다른 가능한 결정 성장 또는 웨이퍼 제조 기술에 의해, 생성될 수 있다. 본 발명의 범위는 모든 가능한 결정 성장 방법들 및 웨이퍼 제조 기술들에 의해 생성되는 모든 가능한 자립 반극성 질화물 웨이퍼들 상의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 포함한다.
본 발명의 하나 또는 그 이상의 실시예들의 상기 설명은 설명 및 묘사의 목적을 위해 제공되었다. 그것은 본 발명을 개시된 정확한 형태로 한정하거나 아주 철저하도록 의도하는 것은 아니다. 많은 변형들 및 변경들은 상기 취지의 견지에서 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해 한정되지는 않지만, 다음에 첨부된 청구항들에 의해서는 한정되는 것으로 의도된다.
이점들 및 개선들
실재하는 실시예는 극[0001]c-방향을 따라 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들을 성장시키는 것이다. 결과적인 분극-유도 전기장들 및 고유한 큰 유효 홀 질량들은 현재 기술 수준의 질화물 광전자소자들의 성능에 이롭지 못하다. 본 발명의 이점은 반극성 방향에 따른 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들의 성장이 분극 효과들 및 유효 홀 질량들을 감소시킴에 의해 소자 성능을 현저하게 개선시키는 것이다. 본 발명 이전에는, 광역의 반극성 질화물 박막들, 헤테로구조들, 또는 소자들을 성장시키는 방법들이 존재하지 않았다.
실재하는 실시에 대한 잠재적인 개선들의 설명으로서, 앞에서 제공된
Figure 112007094746179-pct00075
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00076
GaN 템플릿 상에 성장된 본 발명의 녹색(~525nm 피크) 반극성 LED의 소자 성능은 c-평면 GaN 템플릿 상에 성장된 통상적인 상업적 녹색 스펙트럼 범위(~525nm 피크) InGaN LED의 소자 성능에 비교된다. 아래에 제공되는 데이터는 반구형의 에폭시 돔 내에서 밀봉되는 일반적인 상업적 소자로부터 수집되었다. 활성 영역의 총 면적은 300 x 300 ㎛2 이었고, 이것은 본 발명의 녹색 반극성 LDE들의 활성 영역의 면적과 동일하였다.
상업적인 LED의 전기적 및 냉광 특성들은 패키지된 소자를 바이어싱(biasing) 함으로써 측정되었다. 도 16에 상기 LED의 I-V 특성이 도시된다. 직류(dc) 조건들 하에서 상대적인 광학 전력 측정들이 반구형 에폭시 돔의 상단에서부터 눈금이 있는 광역 Si 포토다이오드까지 얻어졌다. LED의 EL 스펙트럼들 및 광전력 방출이 구동 전류의 함수로써 또한 측정되었다. 이러한 데이터는 도 17 및 19 에서 각각 도시되었다. 모든 측정들은 상온에서 수행되었다.
도 16에서 도시된 것처럼, 상업적 LED의 I-V 특성(1600)은 28.9Ω의 직렬 저항을 가지면서 3.5V의 턴-온 접압을 나타내었다. 이러한 값들은 각각 본 발명의 녹색 반극성 LED의 순방향 전압 및 직렬 저항에 대한 3.1V 및 14.3Ω의 값들보다 더 크다. 두 개의 LED들의 턴-온 접압들의 차이는 상업적 LED에 비교하여 반극성 LED에서의 분극-유도된 전기장들의 감소에 십중팔구 기인될 수 있다. 고유한 전기장들의 감소는 n- 및 p-형 준-페르미 레벨들의 더 작은 분리를 위해, 결과적으로 더 낮은 턴-온 전압을 유도하기 위해, 반극성 다이오드에서 전류 흐름을 허용할 것이다.
도 17에 도시된 것처럼, 상업적 LED의 EL 스펙트럼들(1700)은 또한 20 내지 100mA의 범위를 가지는 구동 전류들에서 측정되었다. 구동 전류의 함수로서 피크 EL에서의 전이가 상업적인 녹색 LED와 본 발명의 녹색 반극성 LED에 대하여 비교된다. 도 18에서 도시된 것처럼, 상업적 소자 파장 그래프(1800)은 20mA의 528nm에서 250mA의 522nm까지 전이되어, 230mA에 대하여 약 6nm에 펼쳐진다(span). 반극성 LED에 대하여 증가하는 구동 전류에 대한 방출 피크의 청색-전이의 감소는 상업적 LED와 비교하여 반극성 LED의 활성 영역 내의 분극-유도 전기장들의 감소에 기인될 수 있다.
상대적 광 출력전력 및 외부 양자 효율은 또한 dc 구동 전류의 함수로서 상업적 LED에 대하여 측정되었다. 광전력 측정들이 반구형 에폭시 돔의 상단에서부터 눈금이 있는 광역 Si 포토다이오드까지 얻어졌다. 이러한 전력 측정들은 구동 전류의 함수로서 상대적 출력 전력의 측정을 제공하도록 의도되었고 상업적 LED로부터 방출되는 총 출력 전력을 측정하기 위함이 아니다. 도 19에 도해된 것처럼, 구동 전류가 10mA에서 130mA 까지 증가됨에 따라 출력 전력(1900)은 버금선형적으로 증가되었고, 가열 효과들에 기인하여 대략 90mA에서 비정상의 점프를 나타낸다. 110mA에서, 출력 전력은 포화되었고 가열 효과들에 기인하여 140mA에서 소자가 작동하지 않을 때까지 더 높은 전류 레벨들에서는 크기는 하락한다.
반극성 LED와 달리, 상업적 LED에 대한 EQE(1902)는 10mA의 매우 낮은 구동 전류에서 피크를 형성하였고 그 다음에 더 높은 구동 전류들에서 현저하게 감소하였다. 도 19에서 도시된 것처럼, 상업적 LED의 EQE(1902)는 10mA 내지 130mA의 범위 내에서 65.7%만큼 감소되었다. 비교적, 도 12에서 도시된 것처럼, 반극성 LED의 EQE는 120mA의 상대적으로 높은 구동 전류에서 피크를 형성하였고, 그 다음에 120mA를 초과하여 구동 전류가 증가됨에 따라 약 8%만큼만 감소되었다. 본 발명의 반극성 LED들에 대하여 구동 전류들이 증가함에 따라 EQE의 현저한 감소가 없는 현상은 이러한 파장 범위 및 유사한 구동 전류 범위에서 작동하는 상업적 c-평면 LED들에서 EQE의 현저한 감소의 일반적으로 관찰되는 현상과 대조적이다. 본 발명의 반극성 LED들 및 상업적 LED들의 EQE-I 특성들에서 주목할 만한 이러한 차이에 대한 메커니즘은, 비록 상업적 c-평면 LED들과 비교하여 반극성 LED들의 분극-유도 전기장들의 감소와 관련될 수 있다고 추측할 수는 있지만, 현재 알려져 있지 않다.
결국, 상업적 c-평면 질화물 LED들은 그들의 전기적 발광에서 임의의 정도의 분극 이방성을 나타내지 않는다. 반면에, 비극성 m-평면 질화물 LED들은 [0001]축을 따라 강한 분극 이방성을 나타낸다[참조문헌 15]. 이러한 분극은 압축 변형된 m-평면 InxGa1 - xN 양자 우물들에서 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 이방성 변형-유도 분리에 기인한다고 할 수 있다. 더욱이, 일반적인 결정 성장 배향들에 대하여, 무거운 홀 및 가벼운 홀 밴드들의 이방성 변형-유도 분리는 x'-분극 및 y'-분극 광학 행렬 요소들에서 현저한 차이를 유도할 것이다[참조문헌 9]. 따라서, 반극성 질화물 광전자 소자들의 광학적 방출은 또한 현저한 분극 이방성을 나타낼 것이다.
앞에서의 설명은 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들과 상업적으로 유용한 c-평면 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들과의 비교를 포함한다. 비극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들과의 유사한 비교도 또한 가능하다. 반극성 박막들 및 헤테로구조들처럼, 비극성 박막들 및 헤테로구조들은 분극 효과들 및 유효 홀 질량들을 감소하여 소자 성능을 개선하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 높은 수준의 비극성 템플릿들, 박막들, 및 헤테로구조들은 성장하기 매우 어렵고, 따라서 비극성 소자들은 현재 생산하지 않는다. 비극성 박막들 및 헤테로구조들에 대하여 반극성 박막들 및 헤테로구조들의 한가지 장점은 결정 성장의 용이함이다. 본 발명은 비극성 박막들 및 헤테로구조들보다 성장할 수 있는 더 큰 인자 공간(parameter space)을 가지는 반극성 박막들 및 헤테로구조들을 개시한다. 예를 들어, 반극성 박막들 및 헤테로구조들은 62.5Torr 내지760 Torr의 범위에서, 잠재적으로는 이보다 더 넓은 범위에서도, 성장하는 것으로 실험적으로 입증되었지만, 비극성 박막들 및 헤테로구조들은 대기압에서 성장하지 않는다. 따라서, 비극성 박막들 및 헤테로구조들과 달리, 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들 및 헤테로구조들은 성장 압력 및 결정 수준 사이의 상대적으로 상호 관계가 거의 없는 것으로 보여준다.
비극성 평면들에 대하여 반극성 평면들의 또 다른 장점은 인듐 혼입 효율(indium incorporation efficiency)에서의 개선이다. 비극성 a-평면 InxGa1 - xN 박막들에서 낮은 인듐 혼입 효율은 a-평면 GaN 템플릿들 상의 광전자 소자들의 성장에 대한 일련의 쟁점이었다[참조문헌 12]. 앞에서 설명된 것처럼, 우리의 데이터는 반극성 InxGa1 - xN 박막들에서 이 c-평면 InxGa1 - xN 박막들에서 인듐 혼입 효율과 필적한다.
Figure 112007094746179-pct00077
사파이어 상의
Figure 112007094746179-pct00078
GaN 상에 성장된 우리의 녹색(~525nm) LED들에 의해 이미 입증된 것처럼, 이러한 높은 인듐 혼입 효율은 반극성 InxGa1 - xN LED들에 대한 방출 범위를 더 긴 파장들까지 연장하는 것을 도울 것이다.
패터닝된 c-평면 배향된 스트라이프들의 측면들 상에 성장된
Figure 112007094746179-pct00079
InGaN 양자 우물들에 대한 Nishizuka 등의 최근의 발표[참조문헌 16]는 우리의 최근의 성과와 가장 가까운 견줄 수 있는 성과를 제공한다. 그러나, 반극성 박막들 및 헤테로구조들을 제조하는 이러한 방법은 현재 개시하는 방법과는 전혀 다르다; 그것은 에피택셜 측방향 과성장(ELO)의 인공물이다. 반극성 패시트는 기판 표면과 평행하지 않고 유용한 표면 면적은 반극성 소자로 가공되기에는 너무 작다.
본 발명의 장점은 반극성 막의 광역이 기판 표면과 평행한 적절한 기판들 또는 템플릿들 상에 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 포함하는 것이다. 반극성 질화물들에 대해 이전에 입증된 마이크로미터-스케일의 경사진 패시트 성장과 대조적으로, 이러한 방법은 일반적인 리소그래피 방법들에 의해 반극성 (Ga,Al,In,B)N 소자들의 대규모 제조를 가능하게 할 것이다.
본 발명의 새로운 특징은 평면의 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들이 성장되고 제조될 수 있다는 것을 확립한 것이다. 이것은 3개의 별개의 반극성 배향들 상에 성장된 (Ga,Al,In,B)N 소자들에 대하여 저자들에 의해 실험적으로 입증되었다. 앞에서 언급한 장점들은 모든 평면의 반극성 질화물 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들에 적절할 수 있다.
프로세스 차트
도 20은 본 발명에 따른 프로세스 차트를 도해한다.
박스 2000은 반극성 성장 배향을 선택하는 단계를 도해한다.
박스 2002는 선택된 반극성 성장 배향의 성장에 적합한 기판을 선택하는 단계를 도해한다.
박스 2004는 기판의 표면 상의 평면 반극성 (Ga,Al,In,B)N 템플릿 층을 성장하는 단계를 도해한다.
박스 2006은 반극성 (Ga,Al,In,B)N 템플릿 층 상에 반극성 (Ga,Al,In,B)N 막을 성장하는 단계를 도해한다.
참조문헌들
다음의 참조문헌들은 여기에서 인용되어 통합된다:
1. T. Takeuchi, S. Sota, M. Katsuragawa, M. Komori, H. Takeuchi, H. Amano, and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys., 36, L382 (1997).
2. P. Lefebvre, A. Morel, M. Gallart, T. Taliercio, J. Allegre, B. Gil, H. Mathieu, B. Damilano, N. Grandjean, and J. Massies, Appl. Phys. Lett., 78, 1252 (2001).
3. N. Grandjean, B. Damilano, S. Dalmasso, M. Leroux, M. Laugt, and J. Massies, J. Appl. Phys., 86, 3714 (1999).
4. J.S. Im, H. Kollmer, J. Off, A. Sohmer, F. Scholz, and A. Hangleiter, Phys. Rev. B, 57, R9435 (1998).
5. A. Di Carlo, F. Della Sala, P. Lugli, V. Fiorentini, and F. Bernardini, Appl. Phys. Lett., 76, 3950 (2000).
6. F. Della Sala, A. Di Carlo, P. Lugli, F. Bernardini, V. Fiorentini, R. Scholz, and J.M. Jancu, Appl. Phys. Lett., 74, 2002 (1999).
7. M. Suzuki and T. Uenoyama, Jpn. J. Appl. Phys., 35, 1420 (1996).
8. E. Yablonovitch and E. O. Kane, J. Lightwave Tech., 4, 504 (1986).
9. S. H. Park, J. Appl. Phys., 91, 9904 (2002).
10. A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and U. K. Mishra, Appl. Phys. Lett., 85, 5143 (2004).
11. A. Chakraborty, B. A. Haskell, S. Keller, J. S. Speck, S. P. DenBaars, S. Nakamura, and U. K. Mishra, Jpn. J. Appl. Phys., 44, L173 (2005).
12. A. Chakraborty, S. Keller, C. Meier, B. A. Haskell, S. Keller, P. Waltereit, S. P. DenBaars, S. Nakamura, J. S. Speck JS, and U. K. Mishra, Appl. Phys. Lett., 86, 031901 (2005).
13. Y. J. Sun, O. Brandt, S. Cronenberg, S. Dhar, H. T. Grahn, K. H. Ploog, P. Waltereit, and J. S. Speck, Phys. Rev. B, 67, 041306 (2003).
14. A. Chitnis, C. Chen, V. Adivarahan, M. Shatalov, E. Kuokstis, V. Mandavilli, J. Yang, and M. A. Khan, Appl. Phys. Lett., 84, 3663 (2004).
15. N. F. Gardner, J. C. Kim, J. J. Wierer, Y. C. Shen, and M. R. Krames, Appl. Phys. Lett., 86, 111101 (2005).
16. K. Nishizuka, M. Funato, Y. Kawakami, S. Fujita, Y. Narukawa, and T. Mukai, Appl. Phys. Lett., 85, 3122 (2004).
17. S. H. Park, Jpn. J. Appl. Phys, 42, L170 (2003).
18. S. H. Park, Jpn. J. Appl. Phys., 42, 5052 (2003).
19. S. H. Park and S. L. Chuang, Phys. Rev. B, 59, 4725 (1999).
20. T. Takeuchi, H. Amano, and I. Akasaki, Jpn. J. Appl. Phys., 39, 413 (2000).
21. T. Takeuchi, C. Wetzel, S. Yamaguchi, H. Sakai, H. Amano, I. Akasaki, Y. Kaneko, S. Nakagawa, Y. Yamaoka, and N. Yamada, Appl. Phys. Lett., 73, 1691 (1998).
22. F. Bernardini, V. Fiorentini, D. Vanderbilt, Phys. Rev. B, 56, R10024 (1997).
23. Polian, M. Grimsditch, I. Grzegory, J. Appl. Phys., 79, 3343 (1996).
24. K. Kim, W. R. L. Lambrecht, and B. Segall, Phys Rev. B, 53, 16310 (1996).
25. I. Vurgaftman and J. R. Meyer, J. Appl. Phys., 94, 3675 (2003).
26. F. Bertram, T. Riemann, J. Christen, A. Kaschner, A. Hoffmann, C. Thomsen, K. Hiramatsu, T. Shibata, and N. Sawaki, Appl. Phys. Lett., 74, 359 (1999).
27. H. Sone, S. Nambu, Y. Kawaguchi, M. Yamaguchi, H. Miyake, K. Hiramatsu, Y. Iyechika, T. Maeda, and N. Sawaki, Jpn. J. Appl. Phys., 38, L356 (1999).
28. S. Nakamura, M. Senoh, S. Nagahama, N. Iwasa, T. Yamada, T. Matsushita, H. Kiyoku, Y. Sugimoto, T. Kozaki, H. Umemoto, M. Sano, and K. Chocho, Appl. Phys. Lett., 72, 211 (1998).
29. S. Nakamura and G. Fasol, The Blue Laser Diode, (Springer, Heidelberg, 1997). This book provides an overview of c-plane (Ga,Al,In,B)N optoelectronics technology.
30. L. Coldren and S. Corzine, Diode Lasers and Photonic Integrated Circuits, (Wiley Interscience, New York, 1995). Chapters 4 and Appendices 8-11 provide theory relevant to the design of strained quantum well lasers.
결론
이것은 본 발명의 바람직한 실시예의 설명을 요약한다. 본 발명에 대한 하나 또는 그 이상의 실시예들의 앞에서의 설명은 도해 및 설명의 목적으로 제공되었다. 이것은 본 발명을 정확한 형태로 개시되는 것으로 한정하거나 아주 철저하도록 의도되지 않는다. 본 발명의 핵심적인 사상에서 근본적으로 벗어나지 않으면서 많은 변경들 및 변형들이 상기 취지의 견지에서 가능하다. 본 발명의 범위는 이러한 상세한 설명에 의해 한정되지 않으나 오히려 여기에 첨부된 청구항들에 의해 한정되는 것으로 의도된다.
본 발명에 따르면 대규모로 기판들 또는 템플릿들 상에 반극성 (Ga,Al,In,B)N 박막들, 헤테로구조들, 및 소자들의 성장 및 제조를 가능하게 한다.

Claims (56)

  1. (a) 반극성(semipolar) 성장 배향을 선택하는 단계;
    (b) 상기 선택된 반극성 성장 배향의 성장을 위한 갈륨 질화물(GaN) 기판을 선택하는 단계;
    (c) 유기 금속 화학 기상 증착(metal organic chemical vapor deposition, MOCVD)에 의해 상기 GaN 기판의 평면형 반극성 표면 상에 하나 또는 그 이상의 평면형 반극성 질화물 층들을 성장시키는 단계를 포함하고,
    상기 GaN 기판의 상기 평면형 반극성 표면은 상기 선택된 반극성 성장 배향을 가지고,
    상기 GaN 기판의 상기 표면에 평행한 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 반극성 질화물 소자를 제조하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 질화막의 성장 및 제조를 위한 방법.
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  3. 제1항에 있어서, 상기 GaN 기판은 반극성 갈륨 질화물 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 GaN 기판의 상기 평면형 반극성 표면은 이질의(foreign) 물질 상에서 성장되는 것을 특징으로 하는 방법.
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  8. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 헤테로구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들을 소자로 처리하는 단계를 더 포함하는 방법.
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  21. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들의 면적은 적어도 300 μm × 300 μm인 것을 특징으로 하는 방법.
  22. 제1항에 있어서, 상기 GaN 기판의 상기 표면에 평행한 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 리소그래픽(lithographic) 방법들을 이용하여 상기 반극성 질화물 소자를 제조하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  23. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은, 특정 파장 범위 및 특정 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 층들 내의 청색 전이(blue shift)와 비교하면, 증가하는 구동 전류를 가지고 방출 피크에서 감소된 청색 전이를 가지는 광을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  24. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은, 특정 파장 범위 및 특정 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 층들 내의 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency ; EQE)의 감소와 비교하면, 증가하는 구동 전류를 가지고 외부 양자 효율에서 줄어든 감소를 가지는 광을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 방법.
  25. (a) 반극성 성장 배향;
    (b) 상기 반극성 성장 배향의 성장을 위한 갈륨 질화물(GaN) 기판; 및
    (c) 상기 GaN 기판의 평면형 반극성 표면 상의 하나 또는 그 이상의 평면형 반극성 질화물 층들을 포함하고,
    상기 GaN 기판의 상기 평면형 반극성 표면은 상기 반극성 성장 배향을 가지고,
    상기 GaN 기판의 상기 표면에 평행한 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 반극성 질화물 소자를 제조하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 질화막.
  26. 제25항에 있어서, 상기 GaN 기판은 반극성 질화물 웨이퍼를 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막.
  27. 제25항에 있어서, 상기 GaN 기판의 상기 평면형 반극성 표면은 이질의 물질 상에서 성장되는 것을 특징으로 하는 질화막.
  28. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 헤테로구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 질화막.
  29. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들을 소자로 처리하는 단계를 더 포함하는 질화막.
  30. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층의 면적은 적어도 300 μm × 300 μm인 것을 특징으로 하는 질화막.
  31. 제25항에 있어서, 상기 GaN 기판의 상기 표면에 평행한 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 표준 리소그래픽 방법들에 의해 상기 반극성 질화물 소자들을 제조하기 위해 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 질화막.
  32. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은, 특정 파장 범위 및 특정 구동 전류 범위에서 동작하는 c-평면 층들 내의 청색 전이와 비교하면, 증가하는 구동 전류를 가지고 방출 피크에서 감소된 청색 전이를 가지는 광을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 질화막.
  33. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은, 특정 파장 범위 및 특정 구동 전류에서 동작하는 c-평면 층들 내의 외부 양자 효율의 감소와 비교하면, 증가하는 구동 전류를 가지고 외부 양자 효율에서 줄어든 감소를 가지는 광을 방출할 수 있는 것을 특징으로 하는 질화막.
  34. 제1항에 있어서, 평면형 표면을 가지는 복수의 이용 가능한 반극성 배향들 중에서 상기 반극성 성장 배향을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  35. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 하나 또는 그 이상의 소자 층들을 포함하고, 다른 반극성 배향 상의 상기 소자 층들의 압전 분극(piezoelectric polarization) 또는 유효 홀 질량과 비교하면, 상기 반극성 배향은 상기 소자 층들의 압전 분극 또는 유효 홀 질량의 크기를 감소시키는 것을 특징으로 하는 질화막.
  36. 제25항에 있어서, 상기 반극성 성장 배향은 (10-11) 또는 (10-10) 배향과 다른 것을 특징으로 하는 질화막.
  37. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 하나 또는 그 이상의 소자 층들을 포함하고, 상기 반극성 배향은, 상기 소자 층들 중 적어도 하나가 적어도 0.34%의 외부 양자 효율 및 적어도 190 마이크로와트의 출력 전력을 가지는 청색 광을 방출하거나, 또는 적어도 0.04%의 외부 양자 효율 및 적어도 20 마이크로와트의 출력 전력을 가지는 녹색 광을 방출하도록 하는 것을 특징으로 하는 질화막.
  38. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 0 ≤ w ≤ 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, 및 w + x + y + z = 1인 GawAlxInyBzN 화학식을 가지는 (Ga,Al,In,B)N 반도체들의 합금 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  39. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 0 ≤ w ≤ 1, 0 ≤ x ≤ 1, 0 ≤ y ≤ 1, 0 ≤ z ≤ 1, 및 w + x + y + z = 1인 GawAlxInyBzN 화학식을 가지는 (Ga,Al,In,B)N 반도체들의 합금 조성을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막.
  40. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 막을 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  41. 제1항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 III-질화물 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제25항에 있어서, 상기 평면형 반극성 질화물 층들은 III-질화물 층들을 포함하는 것을 특징으로 하는 질화막.
  43. 청구항 25의 질화막을 포함하는 소자.
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Families Citing this family (182)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7504274B2 (en) 2004-05-10 2009-03-17 The Regents Of The University Of California Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition
US7858996B2 (en) * 2006-02-17 2010-12-28 The Regents Of The University Of California Method for growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N optoelectronic devices
US7842527B2 (en) 2006-12-11 2010-11-30 The Regents Of The University Of California Metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD) growth of high performance non-polar III-nitride optical devices
KR101145755B1 (ko) * 2005-03-10 2012-05-16 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 평면의 반극성 갈륨 질화물의 성장을 위한 기술
KR101351396B1 (ko) 2005-06-01 2014-02-07 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 반극성 (Ｇａ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｂ)Ｎ 박막들, 헤테로구조들, 및소자들의 성장 및 제조에 대한 기술
JP2009501843A (ja) * 2005-07-13 2009-01-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法
TWI404122B (zh) * 2005-09-09 2013-08-01 Univ California 增進半-極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ藉由金屬有機化學氣相沈積生長之方法
US7687293B2 (en) * 2006-01-20 2010-03-30 The Regents Of The University Of California Method for enhancing growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N via metalorganic chemical vapor deposition
JP5896442B2 (ja) * 2006-01-20 2016-03-30 国立研究開発法人科学技術振興機構 Ｉｉｉ族窒化物膜の成長方法
US8193079B2 (en) * 2006-02-10 2012-06-05 The Regents Of The University Of California Method for conductivity control of (Al,In,Ga,B)N
EP2087507A4 (en) * 2006-11-15 2010-07-07 Univ California METHOD FOR THE HETEROEPITAXIAL GROWTH OF QUALITATIVELY HIGH-QUALITY N-SIDE-GAN, INN AND AIN AND THEIR ALLOYS THROUGH METALLORGANIC CHEMICAL IMMUNE
US8193020B2 (en) * 2006-11-15 2012-06-05 The Regents Of The University Of California Method for heteroepitaxial growth of high-quality N-face GaN, InN, and AlN and their alloys by metal organic chemical vapor deposition
WO2008073384A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-19 The Regents Of University Of California Non-polar and semi-polar light emitting devices
EP2111634A4 (en) * 2007-02-12 2014-01-08 Univ California NON-POLAR NITRIDE III LIGHT-EMITTING DIODES AND LIGHT-EMITTING DIODES, FREE OF AL (X) GA (1-X) N SHEATH
JP2010518626A (ja) * 2007-02-12 2010-05-27 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 無極性および半極性（Ｇａ，Ａｌ，Ｉｎ，Ｂ）Ｎダイオードレーザのためのレーザ棒配向の最適化
EP2111632A1 (en) * 2007-02-12 2009-10-28 The Regents of the University of California Cleaved facet (ga,al,in)n edge-emitting laser diodes grown on semipolar {11-2n} bulk gallium nitride substrates
JP4907476B2 (ja) * 2007-03-13 2012-03-28 コバレントマテリアル株式会社 窒化物半導体単結晶
JP2008258503A (ja) * 2007-04-06 2008-10-23 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子、および窒化物系半導体発光素子を作製する方法
JP4462289B2 (ja) * 2007-05-18 2010-05-12 ソニー株式会社 半導体層の成長方法および半導体発光素子の製造方法
JP2008288527A (ja) * 2007-05-21 2008-11-27 Rohm Co Ltd レーザ発光装置
KR100885190B1 (ko) * 2007-06-29 2009-02-24 우리엘에스티 주식회사 발광소자와 그의 제조방법
KR20100067114A (ko) 2007-09-19 2010-06-18 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 비극성 및 반극성 질화물 기판들의 면적을 증가하기 위한 방법
US8118934B2 (en) * 2007-09-26 2012-02-21 Wang Nang Wang Non-polar III-V nitride material and production method
JP5003527B2 (ja) * 2008-02-22 2012-08-15 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
KR100947507B1 (ko) * 2008-03-25 2010-03-12 우리엘에스티 주식회사 임의의 발진파장을 갖는 발광소자 제조방법
JP2009245982A (ja) * 2008-03-28 2009-10-22 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物発光素子
JP2009246275A (ja) * 2008-03-31 2009-10-22 Showa Denko Kk Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子及びランプ
US20110180781A1 (en) * 2008-06-05 2011-07-28 Soraa, Inc Highly Polarized White Light Source By Combining Blue LED on Semipolar or Nonpolar GaN with Yellow LED on Semipolar or Nonpolar GaN
US20090309127A1 (en) * 2008-06-13 2009-12-17 Soraa, Inc. Selective area epitaxy growth method and structure
US8847249B2 (en) * 2008-06-16 2014-09-30 Soraa, Inc. Solid-state optical device having enhanced indium content in active regions
JP4572963B2 (ja) * 2008-07-09 2010-11-04 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子、及びエピタキシャルウエハ
US8767787B1 (en) 2008-07-14 2014-07-01 Soraa Laser Diode, Inc. Integrated laser diodes with quality facets on GaN substrates
US8805134B1 (en) 2012-02-17 2014-08-12 Soraa Laser Diode, Inc. Methods and apparatus for photonic integration in non-polar and semi-polar oriented wave-guided optical devices
US8143148B1 (en) 2008-07-14 2012-03-27 Soraa, Inc. Self-aligned multi-dielectric-layer lift off process for laser diode stripes
US8673074B2 (en) * 2008-07-16 2014-03-18 Ostendo Technologies, Inc. Growth of planar non-polar {1 -1 0 0} M-plane and semi-polar {1 1 -2 2} gallium nitride with hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
JP2010027924A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光ダイオード
KR101479623B1 (ko) * 2008-07-22 2015-01-08 삼성전자주식회사 질화물 반도체 발광소자
US8124996B2 (en) 2008-08-04 2012-02-28 Soraa, Inc. White light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and phosphors
US8284810B1 (en) 2008-08-04 2012-10-09 Soraa, Inc. Solid state laser device using a selected crystal orientation in non-polar or semi-polar GaN containing materials and methods
JP4475358B1 (ja) * 2008-08-04 2010-06-09 住友電気工業株式会社 ＧａＮ系半導体光素子、ＧａＮ系半導体光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハ
JP4917585B2 (ja) 2008-08-26 2012-04-18 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体光素子を製造する方法、及びエピタキシャルウエハを製造する方法
JP5344676B2 (ja) * 2008-08-29 2013-11-20 学校法人金沢工業大学 発光素子用基板および発光素子
CN102144342B (zh) * 2008-09-05 2013-10-09 夏普株式会社 氮化物半导体发光器件和半导体发光器件
WO2010029775A1 (ja) 2008-09-11 2010-03-18 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体光素子、窒化物系半導体光素子のためのエピタキシャルウエハ、及び半導体発光素子を製造する方法
US20100295088A1 (en) * 2008-10-02 2010-11-25 Soraa, Inc. Textured-surface light emitting diode and method of manufacture
JP5252061B2 (ja) * 2008-10-07 2013-07-31 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム系レーザダイオード
JP5077303B2 (ja) * 2008-10-07 2012-11-21 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム系半導体発光素子、窒化ガリウム系半導体発光素子を作製する方法、窒化ガリウム系発光ダイオード、エピタキシャルウエハ、及び窒化ガリウム系発光ダイオードを作製する方法
JP2010123920A (ja) * 2008-10-20 2010-06-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子を作製する方法、及びエピタキシャルウエハを作製する方法
JP5316276B2 (ja) * 2009-01-23 2013-10-16 住友電気工業株式会社 窒化物半導体発光素子、エピタキシャル基板、及び窒化物半導体発光素子を作製する方法
JP5195532B2 (ja) * 2009-03-04 2013-05-08 住友電気工業株式会社 化合物半導体電子デバイス及び化合物半導体集積電子デバイス
WO2010100699A1 (ja) * 2009-03-06 2010-09-10 パナソニック株式会社 窒化物半導体の結晶成長方法および半導体装置の製造方法
US8247886B1 (en) 2009-03-09 2012-08-21 Soraa, Inc. Polarization direction of optical devices using selected spatial configurations
US8422525B1 (en) 2009-03-28 2013-04-16 Soraa, Inc. Optical device structure using miscut GaN substrates for laser applications
US20140175377A1 (en) * 2009-04-07 2014-06-26 Soraa, Inc. Polarized white light devices using non-polar or semipolar gallium containing materials and transparent phosphors
US8634442B1 (en) 2009-04-13 2014-01-21 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates for laser applications
US8837545B2 (en) 2009-04-13 2014-09-16 Soraa Laser Diode, Inc. Optical device structure using GaN substrates and growth structures for laser applications
WO2010120819A1 (en) 2009-04-13 2010-10-21 Kaai, Inc. Optical device structure using gan substrates for laser applications
US8791499B1 (en) 2009-05-27 2014-07-29 Soraa, Inc. GaN containing optical devices and method with ESD stability
US8509275B1 (en) 2009-05-29 2013-08-13 Soraa, Inc. Gallium nitride based laser dazzling device and method
US8247887B1 (en) 2009-05-29 2012-08-21 Soraa, Inc. Method and surface morphology of non-polar gallium nitride containing substrates
US9800017B1 (en) 2009-05-29 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Laser device and method for a vehicle
CN105824179B (zh) * 2009-05-29 2018-01-30 天空激光二极管有限公司 一种投影系统
US8749030B2 (en) * 2009-05-29 2014-06-10 Soraa, Inc. Surface morphology of non-polar gallium nitride containing substrates
US8427590B2 (en) 2009-05-29 2013-04-23 Soraa, Inc. Laser based display method and system
US9829780B2 (en) 2009-05-29 2017-11-28 Soraa Laser Diode, Inc. Laser light source for a vehicle
US9250044B1 (en) 2009-05-29 2016-02-02 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser diode dazzling devices and methods of use
US10108079B2 (en) 2009-05-29 2018-10-23 Soraa Laser Diode, Inc. Laser light source for a vehicle
JP5446622B2 (ja) 2009-06-29 2014-03-19 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物結晶およびその製造方法
JP5332959B2 (ja) * 2009-06-29 2013-11-06 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体光素子
JP4450112B2 (ja) * 2009-06-29 2010-04-14 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体光素子
JP2011023534A (ja) * 2009-07-15 2011-02-03 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物系半導体発光素子
JP5635246B2 (ja) 2009-07-15 2014-12-03 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子及びエピタキシャル基板
US20110056429A1 (en) * 2009-08-21 2011-03-10 Soraa, Inc. Rapid Growth Method and Structures for Gallium and Nitrogen Containing Ultra-Thin Epitaxial Structures for Devices
US9000466B1 (en) 2010-08-23 2015-04-07 Soraa, Inc. Methods and devices for light extraction from a group III-nitride volumetric LED using surface and sidewall roughening
JP5549157B2 (ja) * 2009-09-04 2014-07-16 住友電気工業株式会社 ＧａＮ単結晶基板およびその製造方法、ならびにＧａＮ系半導体デバイスおよびその製造方法
JP5549158B2 (ja) * 2009-09-04 2014-07-16 住友電気工業株式会社 ＧａＮ単結晶基板およびその製造方法、ならびにＧａＮ系半導体デバイスおよびその製造方法
US8598685B2 (en) 2009-09-04 2013-12-03 Sumitomo Electric Industries, Ltd. GaN single crystal substrate and method of manufacturing thereof and GaN-based semiconductor device and method of manufacturing thereof
JP4924681B2 (ja) * 2009-09-10 2012-04-25 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US8355418B2 (en) 2009-09-17 2013-01-15 Soraa, Inc. Growth structures and method for forming laser diodes on {20-21} or off cut gallium and nitrogen containing substrates
US8750342B1 (en) 2011-09-09 2014-06-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser diodes with scribe structures
US9583678B2 (en) 2009-09-18 2017-02-28 Soraa, Inc. High-performance LED fabrication
US8933644B2 (en) 2009-09-18 2015-01-13 Soraa, Inc. LED lamps with improved quality of light
US9293644B2 (en) 2009-09-18 2016-03-22 Soraa, Inc. Power light emitting diode and method with uniform current density operation
JP5233936B2 (ja) * 2009-09-24 2013-07-10 住友電気工業株式会社 窒化物半導体基板
JP5515575B2 (ja) * 2009-09-30 2014-06-11 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体光素子、エピタキシャル基板、及びｉｉｉ族窒化物半導体光素子を作製する方法
JP2011077386A (ja) * 2009-09-30 2011-04-14 Sumitomo Electric Ind Ltd 高電子移動度トランジスタ、エピタキシャル基板、及び高電子移動度トランジスタを作製する方法
JP4835741B2 (ja) * 2009-09-30 2011-12-14 住友電気工業株式会社 半導体発光素子を作製する方法
JP5381581B2 (ja) * 2009-09-30 2014-01-08 住友電気工業株式会社 窒化ガリウム基板
JP5397136B2 (ja) * 2009-09-30 2014-01-22 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US8629065B2 (en) * 2009-11-06 2014-01-14 Ostendo Technologies, Inc. Growth of planar non-polar {10-10} M-plane gallium nitride with hydride vapor phase epitaxy (HVPE)
JP4793489B2 (ja) * 2009-12-01 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP5131266B2 (ja) * 2009-12-25 2013-01-30 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2011146652A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd 貼り合わせ基板、貼り合わせ基板の製造方法、及び発光素子
JP2011146639A (ja) * 2010-01-18 2011-07-28 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物系半導体素子
JP4793494B2 (ja) 2010-01-18 2011-10-12 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US8905588B2 (en) 2010-02-03 2014-12-09 Sorra, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US20110186874A1 (en) * 2010-02-03 2011-08-04 Soraa, Inc. White Light Apparatus and Method
US20110182056A1 (en) * 2010-06-23 2011-07-28 Soraa, Inc. Quantum Dot Wavelength Conversion for Optical Devices Using Nonpolar or Semipolar Gallium Containing Materials
US10147850B1 (en) 2010-02-03 2018-12-04 Soraa, Inc. System and method for providing color light sources in proximity to predetermined wavelength conversion structures
US9927611B2 (en) 2010-03-29 2018-03-27 Soraa Laser Diode, Inc. Wearable laser based display method and system
US8451876B1 (en) 2010-05-17 2013-05-28 Soraa, Inc. Method and system for providing bidirectional light sources with broad spectrum
US8218595B2 (en) * 2010-05-28 2012-07-10 Corning Incorporated Enhanced planarity in GaN edge emitting lasers
US9450143B2 (en) 2010-06-18 2016-09-20 Soraa, Inc. Gallium and nitrogen containing triangular or diamond-shaped configuration for optical devices
JP5586372B2 (ja) * 2010-08-10 2014-09-10 昭和電工株式会社 発光ダイオード、発光ダイオードランプ及び照明装置
JP5319628B2 (ja) * 2010-08-26 2013-10-16 シャープ株式会社 窒化物半導体素子および半導体光学装置
JP5685035B2 (ja) * 2010-09-24 2015-03-18 住友電気工業株式会社 半導体発光素子の製造方法
US20120107991A1 (en) * 2010-10-21 2012-05-03 The Regents Of The University Of California Magnesium doping in barriers in multiple quantum well structures of iii-nitride-based light emitting devices
EP2633561A1 (en) * 2010-10-27 2013-09-04 The Regents of the University of California High power, high efficiency and low efficiency droop iii-nitride light-emitting diodes on semipolar {20-2-1} substrates
US8816319B1 (en) 2010-11-05 2014-08-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of strain engineering and related optical device using a gallium and nitrogen containing active region
US9048170B2 (en) 2010-11-09 2015-06-02 Soraa Laser Diode, Inc. Method of fabricating optical devices using laser treatment
US8482103B2 (en) 2010-12-09 2013-07-09 Industrial Technology Research Institute Nitride semiconductor template and fabricating method thereof
US9595813B2 (en) 2011-01-24 2017-03-14 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a substrate member
US8786053B2 (en) 2011-01-24 2014-07-22 Soraa, Inc. Gallium-nitride-on-handle substrate materials and devices and method of manufacture
US9025635B2 (en) 2011-01-24 2015-05-05 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters configured on a support member
US9318875B1 (en) 2011-01-24 2016-04-19 Soraa Laser Diode, Inc. Color converting element for laser diode
US9093820B1 (en) 2011-01-25 2015-07-28 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for laser devices using optical blocking regions
US9236530B2 (en) 2011-04-01 2016-01-12 Soraa, Inc. Miscut bulk substrates
US9287684B2 (en) 2011-04-04 2016-03-15 Soraa Laser Diode, Inc. Laser package having multiple emitters with color wheel
JP5146626B2 (ja) * 2011-04-20 2013-02-20 パナソニック株式会社 半導体積層基板、半導体チップおよび半導体積層基板の製造方法
EP2718988A2 (en) * 2011-06-10 2014-04-16 The Regents of the University of California Low droop light emitting diode structure on gallium nitride semipolar substrates
JP2011216914A (ja) * 2011-07-27 2011-10-27 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
JP2011211244A (ja) * 2011-07-27 2011-10-20 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子、及びｉｉｉ族窒化物半導体レーザ素子を作製する方法
US9646827B1 (en) 2011-08-23 2017-05-09 Soraa, Inc. Method for smoothing surface of a substrate containing gallium and nitrogen
US8971370B1 (en) 2011-10-13 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices using a semipolar plane
US8912025B2 (en) 2011-11-23 2014-12-16 Soraa, Inc. Method for manufacture of bright GaN LEDs using a selective removal process
US8471366B2 (en) 2011-11-30 2013-06-25 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Nitride semiconductor substrate
JP5351290B2 (ja) * 2012-01-05 2013-11-27 住友電気工業株式会社 窒化物半導体レーザ、及びエピタキシャル基板
EP2823515A4 (en) 2012-03-06 2015-08-19 Soraa Inc LIGHT-EMITTING DIODES WITH MATERIAL LAYERS WITH LOW BREAKING INDEX TO REDUCE LIGHT PIPE EFFECTS
JP2012109624A (ja) * 2012-03-06 2012-06-07 Sumitomo Electric Ind Ltd Ｉｉｉ族窒化物発光素子、及びｉｉｉ族窒化物系半導体発光素子を作製する方法
US9020003B1 (en) 2012-03-14 2015-04-28 Soraa Laser Diode, Inc. Group III-nitride laser diode grown on a semi-polar orientation of gallium and nitrogen containing substrates
US10559939B1 (en) 2012-04-05 2020-02-11 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9343871B1 (en) 2012-04-05 2016-05-17 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9800016B1 (en) 2012-04-05 2017-10-24 Soraa Laser Diode, Inc. Facet on a gallium and nitrogen containing laser diode
US9088135B1 (en) 2012-06-29 2015-07-21 Soraa Laser Diode, Inc. Narrow sized laser diode
US8971368B1 (en) 2012-08-16 2015-03-03 Soraa Laser Diode, Inc. Laser devices having a gallium and nitrogen containing semipolar surface orientation
US9184563B1 (en) 2012-08-30 2015-11-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser diodes with an etched facet and surface treatment
US9978904B2 (en) 2012-10-16 2018-05-22 Soraa, Inc. Indium gallium nitride light emitting devices
JP2014086507A (ja) * 2012-10-22 2014-05-12 Sumitomo Electric Ind Ltd 窒化物半導体レーザ、窒化物半導体レーザを作製する方法
US8802471B1 (en) 2012-12-21 2014-08-12 Soraa, Inc. Contacts for an n-type gallium and nitrogen substrate for optical devices
US9761763B2 (en) 2012-12-21 2017-09-12 Soraa, Inc. Dense-luminescent-materials-coated violet LEDs
US9356431B2 (en) * 2013-02-13 2016-05-31 The Regents Of The University Of California High power blue-violet III-nitride semipolar laser diodes
TWI657169B (zh) * 2013-04-22 2019-04-21 傲思丹度科技公司 半極性ｉｉｉ氮化物膜及製造該膜之材料及方法
US9893227B2 (en) * 2013-05-24 2018-02-13 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Enhanced deep ultraviolet photodetector and method thereof
US9379271B2 (en) * 2013-05-24 2016-06-28 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Variable range photodetector and method thereof
US9166372B1 (en) 2013-06-28 2015-10-20 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium nitride containing laser device configured on a patterned substrate
US8994033B2 (en) 2013-07-09 2015-03-31 Soraa, Inc. Contacts for an n-type gallium and nitrogen substrate for optical devices
US9410664B2 (en) 2013-08-29 2016-08-09 Soraa, Inc. Circadian friendly LED light source
JP2014001137A (ja) * 2013-09-25 2014-01-09 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ単結晶基板およびその製造方法、ならびにＧａＮ系半導体デバイスおよびその製造方法
JP2014001138A (ja) * 2013-09-25 2014-01-09 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ単結晶基板およびその製造方法、ならびにＧａＮ系半導体デバイスおよびその製造方法
US9368939B2 (en) 2013-10-18 2016-06-14 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode formed on C-plane gallium and nitrogen material
US9362715B2 (en) 2014-02-10 2016-06-07 Soraa Laser Diode, Inc Method for manufacturing gallium and nitrogen bearing laser devices with improved usage of substrate material
US9379525B2 (en) 2014-02-10 2016-06-28 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable laser diode
US9520695B2 (en) 2013-10-18 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Gallium and nitrogen containing laser device having confinement region
US9209596B1 (en) 2014-02-07 2015-12-08 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturing a laser diode device from a plurality of gallium and nitrogen containing substrates
US9871350B2 (en) 2014-02-10 2018-01-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB laser diode source
US9520697B2 (en) 2014-02-10 2016-12-13 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable multi-emitter laser diode
US9564736B1 (en) 2014-06-26 2017-02-07 Soraa Laser Diode, Inc. Epitaxial growth of p-type cladding regions using nitrogen gas for a gallium and nitrogen containing laser diode
US9246311B1 (en) 2014-11-06 2016-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method of manufacture for an ultraviolet laser diode
US9653642B1 (en) 2014-12-23 2017-05-16 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable RGB display based on thin film gallium and nitrogen containing light emitting diodes
US9666677B1 (en) 2014-12-23 2017-05-30 Soraa Laser Diode, Inc. Manufacturable thin film gallium and nitrogen containing devices
US10879673B2 (en) 2015-08-19 2020-12-29 Soraa Laser Diode, Inc. Integrated white light source using a laser diode and a phosphor in a surface mount device package
US11437774B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. High-luminous flux laser-based white light source
US11437775B2 (en) 2015-08-19 2022-09-06 Kyocera Sld Laser, Inc. Integrated light source using a laser diode
US10938182B2 (en) 2015-08-19 2021-03-02 Soraa Laser Diode, Inc. Specialized integrated light source using a laser diode
US9787963B2 (en) 2015-10-08 2017-10-10 Soraa Laser Diode, Inc. Laser lighting having selective resolution
US20180151301A1 (en) * 2016-11-25 2018-05-31 The Boeing Company Epitaxial perovskite materials for optoelectronics
US11287563B2 (en) 2016-12-01 2022-03-29 Ostendo Technologies, Inc. Polarized light emission from micro-pixel displays and methods of fabrication thereof
US10135227B1 (en) 2017-05-19 2018-11-20 Palo Alto Research Center Incorporated Electron beam pumped non-c-plane UV emitters
US10771155B2 (en) 2017-09-28 2020-09-08 Soraa Laser Diode, Inc. Intelligent visible light with a gallium and nitrogen containing laser source
US10222474B1 (en) 2017-12-13 2019-03-05 Soraa Laser Diode, Inc. Lidar systems including a gallium and nitrogen containing laser light source
US10551728B1 (en) 2018-04-10 2020-02-04 Soraa Laser Diode, Inc. Structured phosphors for dynamic lighting
US11239637B2 (en) 2018-12-21 2022-02-01 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber delivered laser induced white light system
US11421843B2 (en) 2018-12-21 2022-08-23 Kyocera Sld Laser, Inc. Fiber-delivered laser-induced dynamic light system
KR102098572B1 (ko) * 2018-12-26 2020-04-08 한국세라믹기술원 에피택시 성장을 위한 기판 소재의 탐색 장치 및 방법 그리고 이를 구현하기 위한 프로그램을 기록한 기록매체
US11884202B2 (en) 2019-01-18 2024-01-30 Kyocera Sld Laser, Inc. Laser-based fiber-coupled white light system
US12000552B2 (en) 2019-01-18 2024-06-04 Kyocera Sld Laser, Inc. Laser-based fiber-coupled white light system for a vehicle
JP7254639B2 (ja) * 2019-04-26 2023-04-10 住友化学株式会社 素子の製造方法
US11228158B2 (en) 2019-05-14 2022-01-18 Kyocera Sld Laser, Inc. Manufacturable laser diodes on a large area gallium and nitrogen containing substrate
US10903623B2 (en) 2019-05-14 2021-01-26 Soraa Laser Diode, Inc. Method and structure for manufacturable large area gallium and nitrogen containing substrate
US10923630B1 (en) * 2019-09-18 2021-02-16 Facebook Technologies, Llc P—GaN-down micro-LED on semi-polar oriented GaN
US20230422370A1 (en) * 2020-11-05 2023-12-28 Vuereal Inc. Dual microdevice driving
KR102564956B1 (ko) * 2021-11-25 2023-08-08 재단법인대구경북과학기술원 사파이어 미스컷 기판을 이용한 무자기장 스핀궤도토크 스위칭 소자

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02211620A (ja) * 1989-02-13 1990-08-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法

Family Cites Families (86)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2005471A (en) 1931-12-11 1935-06-18 Pittaluga Stefano Fruit and vegetable juice filling machine
JPH01143270A (ja) * 1987-11-27 1989-06-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置
JPH07130657A (ja) 1993-11-08 1995-05-19 Furukawa Electric Co Ltd:The 化合物半導体の成長方法
US6440823B1 (en) * 1994-01-27 2002-08-27 Advanced Technology Materials, Inc. Low defect density (Ga, Al, In)N and HVPE process for making same
JP2890396B2 (ja) 1995-03-27 1999-05-10 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体発光素子
JP3484842B2 (ja) * 1995-10-24 2004-01-06 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体レーザ素子
JP3361285B2 (ja) * 1996-01-19 2003-01-07 松下電器産業株式会社 窒化ガリウム系化合物半導体発光素子及び窒化ガリウム系化合物半導体の製造方法
WO1998019375A1 (fr) * 1996-10-30 1998-05-07 Hitachi, Ltd. Machine de traitement optique de l'information et dispositif a semi-conducteur emetteur de lumiere afferent
EP2234142A1 (en) * 1997-04-11 2010-09-29 Nichia Corporation Nitride semiconductor substrate
JPH10294490A (ja) * 1997-04-17 1998-11-04 Toshiba Electron Eng Corp ｐ型窒化ガリウム系化合物半導体、その製造方法および青色発光素子
JP3119200B2 (ja) * 1997-06-09 2000-12-18 日本電気株式会社 窒化物系化合物半導体の結晶成長方法および窒化ガリウム系発光素子
EP0902487A3 (en) 1997-09-05 2000-10-25 Honnavalli R. Vydyanath A semiconductor device and method of fabrication thereof
US6849472B2 (en) * 1997-09-30 2005-02-01 Lumileds Lighting U.S., Llc Nitride semiconductor device with reduced polarization fields
US6459096B1 (en) * 1998-01-14 2002-10-01 Manijeh Razeghi Multi quantum well grinsch detector
US6218280B1 (en) * 1998-06-18 2001-04-17 University Of Florida Method and apparatus for producing group-III nitrides
US5959316A (en) * 1998-09-01 1999-09-28 Hewlett-Packard Company Multiple encapsulation of phosphor-LED devices
JP3592553B2 (ja) * 1998-10-15 2004-11-24 株式会社東芝 窒化ガリウム系半導体装置
WO2000033388A1 (en) * 1998-11-24 2000-06-08 Massachusetts Institute Of Technology METHOD OF PRODUCING DEVICE QUALITY (Al)InGaP ALLOYS ON LATTICE-MISMATCHED SUBSTRATES
JP2000203995A (ja) * 1999-01-13 2000-07-25 Japan Energy Corp 化合物半導体結晶の成長方法および当該成長方法で成長させた化合物半導体結晶ならびに化合物半導体装置
JP2000216497A (ja) * 1999-01-22 2000-08-04 Sanyo Electric Co Ltd 半導体素子およびその製造方法
US6903376B2 (en) 1999-12-22 2005-06-07 Lumileds Lighting U.S., Llc Selective placement of quantum wells in flipchip light emitting diodes for improved light extraction
JP3946427B2 (ja) 2000-03-29 2007-07-18 株式会社東芝 エピタキシャル成長用基板の製造方法及びこのエピタキシャル成長用基板を用いた半導体装置の製造方法
JP2001339121A (ja) * 2000-05-29 2001-12-07 Sharp Corp 窒化物半導体発光素子とそれを含む光学装置
US6610144B2 (en) * 2000-07-21 2003-08-26 The Regents Of The University Of California Method to reduce the dislocation density in group III-nitride films
US6586819B2 (en) * 2000-08-14 2003-07-01 Nippon Telegraph And Telephone Corporation Sapphire substrate, semiconductor device, electronic component, and crystal growing method
US7053413B2 (en) 2000-10-23 2006-05-30 General Electric Company Homoepitaxial gallium-nitride-based light emitting device and method for producing
US6635901B2 (en) * 2000-12-15 2003-10-21 Nobuhiko Sawaki Semiconductor device including an InGaAIN layer
US6599362B2 (en) * 2001-01-03 2003-07-29 Sandia Corporation Cantilever epitaxial process
JP2002222990A (ja) * 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp 半導体発光素子およびその製造方法
US6576932B2 (en) * 2001-03-01 2003-06-10 Lumileds Lighting, U.S., Llc Increasing the brightness of III-nitride light emitting devices
US6773504B2 (en) * 2001-04-12 2004-08-10 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Oxygen doping method to gallium nitride single crystal substrate and oxygen-doped N-type gallium nitride freestanding single crystal substrate
JP4822608B2 (ja) * 2001-05-14 2011-11-24 シャープ株式会社 窒化物系半導体発光素子およびその製造方法
US7501023B2 (en) * 2001-07-06 2009-03-10 Technologies And Devices, International, Inc. Method and apparatus for fabricating crack-free Group III nitride semiconductor materials
US20030015708A1 (en) 2001-07-23 2003-01-23 Primit Parikh Gallium nitride based diodes with low forward voltage and low reverse current operation
US7105865B2 (en) * 2001-09-19 2006-09-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. AlxInyGa1−x−yN mixture crystal substrate
JP4031628B2 (ja) * 2001-10-03 2008-01-09 松下電器産業株式会社 半導体多層膜結晶、およびそれを用いた発光素子、ならびに当該半導体多層膜結晶の成長方法
CN1300901C (zh) 2001-10-26 2007-02-14 波兰商艾蒙诺公司 使用氮化物块状单晶层的发光元件结构
PL225235B1 (pl) 2001-10-26 2017-03-31 Ammono Spółka Z Ograniczoną Odpowiedzialnością Objętościowy monokryształ azotkowy oraz jego zastosowanie jako podłoże do epitaksji
JP4131101B2 (ja) * 2001-11-28 2008-08-13 日亜化学工業株式会社 窒化物半導体素子の製造方法
JP2003209062A (ja) 2002-01-17 2003-07-25 Sony Corp 化合物半導体層の結晶成長方法及び半導体素子
JP4307113B2 (ja) * 2002-03-19 2009-08-05 宣彦 澤木 半導体発光素子およびその製造方法
JP5254521B2 (ja) 2002-04-15 2013-08-07 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 非極性窒化ガリウム薄膜における転位の低減
AUPS240402A0 (en) * 2002-05-17 2002-06-13 Macquarie Research Limited Gallium nitride
US6929867B2 (en) * 2002-05-17 2005-08-16 The Regents Of The University Of California Hafnium nitride buffer layers for growth of GaN on silicon
US20060138431A1 (en) * 2002-05-17 2006-06-29 Robert Dwilinski Light emitting device structure having nitride bulk single crystal layer
JP4201541B2 (ja) 2002-07-19 2008-12-24 豊田合成株式会社 半導体結晶の製造方法及びｉｉｉ族窒化物系化合物半導体発光素子の製造方法
US7427555B2 (en) 2002-12-16 2008-09-23 The Regents Of The University Of California Growth of planar, non-polar gallium nitride by hydride vapor phase epitaxy
US7186302B2 (en) * 2002-12-16 2007-03-06 The Regents Of The University Of California Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition
JP4052150B2 (ja) * 2003-03-05 2008-02-27 住友電気工業株式会社 窒化物系半導体装置の製造方法
JP2004273661A (ja) 2003-03-07 2004-09-30 Sumitomo Chem Co Ltd 窒化ガリウム単結晶基板の製造方法
US6847057B1 (en) * 2003-08-01 2005-01-25 Lumileds Lighting U.S., Llc Semiconductor light emitting devices
EP1704596A2 (en) * 2003-09-05 2006-09-27 Dot Metrics Technology, Inc. Quantum dot optoelectronic devices with nanoscale epitaxial lateral overgrowth and methods of manufacture
US7009215B2 (en) 2003-10-24 2006-03-07 General Electric Company Group III-nitride based resonant cavity light emitting devices fabricated on single crystal gallium nitride substrates
GB2407701A (en) 2003-10-28 2005-05-04 Sharp Kk Manufacture of a semiconductor light-emitting device
GB2407700A (en) * 2003-10-28 2005-05-04 Sharp Kk MBE growth of nitride semiconductor lasers
JP4600641B2 (ja) * 2004-01-27 2010-12-15 日立電線株式会社 窒化物半導体自立基板及びそれを用いた窒化物半導体発光素子
EP1735838B1 (en) * 2004-04-15 2011-10-05 Trustees of Boston University Optical devices featuring textured semiconductor layers
JP2005340765A (ja) * 2004-04-30 2005-12-08 Sumitomo Electric Ind Ltd 半導体発光素子
US7504274B2 (en) 2004-05-10 2009-03-17 The Regents Of The University Of California Fabrication of nonpolar indium gallium nitride thin films, heterostructures and devices by metalorganic chemical vapor deposition
US7432142B2 (en) * 2004-05-20 2008-10-07 Cree, Inc. Methods of fabricating nitride-based transistors having regrown ohmic contact regions
US7858996B2 (en) * 2006-02-17 2010-12-28 The Regents Of The University Of California Method for growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N optoelectronic devices
US9011598B2 (en) 2004-06-03 2015-04-21 Soitec Method for making a composite substrate and composite substrate according to the method
KR101145755B1 (ko) * 2005-03-10 2012-05-16 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 평면의 반극성 갈륨 질화물의 성장을 위한 기술
TW200707799A (en) * 2005-04-21 2007-02-16 Aonex Technologies Inc Bonded intermediate substrate and method of making same
TW200703463A (en) 2005-05-31 2007-01-16 Univ California Defect reduction of non-polar and semi-polar III-nitrides with sidewall lateral epitaxial overgrowth (SLEO)
KR101351396B1 (ko) 2005-06-01 2014-02-07 재팬 사이언스 앤드 테크놀로지 에이젼시 반극성 (Ｇａ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｂ)Ｎ 박막들, 헤테로구조들, 및소자들의 성장 및 제조에 대한 기술
US8148713B2 (en) * 2008-04-04 2012-04-03 The Regents Of The University Of California Method for fabrication of semipolar (Al, In, Ga, B)N based light emitting diodes
JP2009501843A (ja) * 2005-07-13 2009-01-22 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 半極性窒化物薄膜の欠陥低減のための横方向成長方法
TWI404122B (zh) * 2005-09-09 2013-08-01 Univ California 增進半-極性（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ，Ｂ）Ｎ藉由金屬有機化學氣相沈積生長之方法
JP5896442B2 (ja) * 2006-01-20 2016-03-30 国立研究開発法人科学技術振興機構 Ｉｉｉ族窒化物膜の成長方法
US7687293B2 (en) * 2006-01-20 2010-03-30 The Regents Of The University Of California Method for enhancing growth of semipolar (Al,In,Ga,B)N via metalorganic chemical vapor deposition
US8193079B2 (en) 2006-02-10 2012-06-05 The Regents Of The University Of California Method for conductivity control of (Al,In,Ga,B)N
KR20090018106A (ko) * 2006-05-09 2009-02-19 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 비극성 및 준극성 (ａｌ, ｇａ, ｉｎ)ｎ을 위한 인-시츄 결함 감소 기술
WO2008073384A1 (en) * 2006-12-11 2008-06-19 The Regents Of University Of California Non-polar and semi-polar light emitting devices
WO2008073414A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-19 The Regents Of The University Of California Crystal growth of m-plane and semipolar planes of(ai, in, ga, b)n on various substrates
US20080224268A1 (en) 2007-03-13 2008-09-18 Covalent Materials Corporation Nitride semiconductor single crystal substrate
JP2008235804A (ja) 2007-03-23 2008-10-02 Rohm Co Ltd 発光素子
US7999283B2 (en) * 2007-06-14 2011-08-16 Cree, Inc. Encapsulant with scatterer to tailor spatial emission pattern and color uniformity in light emitting diodes
WO2009035648A1 (en) 2007-09-14 2009-03-19 Kyma Technologies, Inc. Non-polar and semi-polar gan substrates, devices, and methods for making them
KR20100067114A (ko) * 2007-09-19 2010-06-18 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 비극성 및 반극성 질화물 기판들의 면적을 증가하기 위한 방법
US7915802B2 (en) 2007-11-12 2011-03-29 Rohm Co., Ltd. Surface light emitting device and polarization light source
JP2009130364A (ja) 2007-11-23 2009-06-11 Samsung Electro-Mechanics Co Ltd 窒化物半導体発光素子及びその製造方法
US7851825B2 (en) 2007-12-10 2010-12-14 Transphorm Inc. Insulated gate e-mode transistors
KR100972977B1 (ko) 2007-12-14 2010-07-29 삼성엘이디 주식회사 반극성 질화물 단결정 박막의 성장 방법 및 이를 이용한질화물 반도체 발광소자의 제조 방법
WO2009124317A2 (en) * 2008-04-04 2009-10-08 The Regents Of The University Of California Mocvd growth technique for planar semipolar (al, in, ga, b)n based light emitting diodes
JP2012507874A (ja) * 2008-10-31 2012-03-29 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア 無極性または半極性ＡｌＩｎＮおよびＡｌＩｎＧａＮ合金に基づく光電子デバイス

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02211620A (ja) * 1989-02-13 1990-08-22 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 化合物半導体単結晶薄膜の成長方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
K. Nishizuka et al, Efficient radiative recombination from <1122>-oriented InxGa1-xN multiple quantum wells fabricated by the regrowth technique, Applied Physics Letters, vol.85, no.15, pp. 3122(2004)
K. Nishizuka et al, Efficient radiative recombination from -oriented InxGa1-xN multiple quantum wells fabricated by the regrowth technique, Applied Physics Letters, vol.85, no.15, pp. 3122(2004) *
T. GEORGE, et al. Novel symmetry in the growth of gallium nitride on magnesium aluminate substrates, Applied Physics Letters, vol.68, no.3, pages 337-339(1996.01.15) *
TEMPEL A et al, The epitaxy of gallium nitride on nonstoichiometric spinel from the system GaCl/NH3/He, Crystal Research and Technology, Vol.10, pp.747-758(1975.01.01) *

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