KR101423459B1 - 질화갈륨계 반도체 헤테로 구조체 성장 방법 - Google Patents

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Abstract

AlGaInN 시스템에서의 화합물 및 얼로이를 기반으로, 레이저 및 백색광을 생성하는 발광 다이오드를 위한 비극성 에피택셜 헤테로 구조체를 성장시키는 방법이 일반식 AlxGa1 -xN(0<x≤1)으로 표현되는 하나 또는 다중 헤테로 구조체 층들의 기상 증착 단계를 포함하는데, 여기서 (a)-랑가사이트(La3Ga5SiO14) 기판을 사용하여 A3N 구조체를 성장시키는 단계가 헤테로 구조체에서 결함 밀도 및 기계적 스트레스를 감소시키는 목적을 위해 적용된다.

Description

질화갈륨계 반도체 헤테로 구조체 성장 방법{A METHOD OF GROWING SEMICONDUCTOR HETEROSTRUCTURES BASED ON GALLIUM NITRIDE}
본 발명은 반도체 재료 및 소자들의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 레이저들, 발광 다이오드들(LEDs) 및 특히 백색 LED들과 같은 소자들에 보통 사용되는 유기금속 기상 에피택시(Organometallic Vapor-Phase Epitaxy, OMVPE)로 3족원소 질화물(A3N 구조)의 비극성(non-polar) 에피택셜 헤테로 구조체 제조에 관한 것이다.
A3N 반도체 헤테로 구조체는, 백색 LED를 포함하여, 방사(radiation) 광학 스펙트럼의 가시영역 및 자외영역에서의 고효율 발광 다이오드와 레이저의 설계 및 제조에 기본적인 재료이다.
참고문헌 [1]에서 GaN-mis 구조체의 짙은 청색 및/또는 자외 방사를 이 구조체를 덮는 퇴적 형광체(stocks phosphors)의 도움으로 스펙트럼의 가시 영역 내에서 더 장파장 방사로 변환하는 것의 사용이 최초로 제공되었다.
참고문헌 [2]에서 이트륨-알루미늄-가넷 형광체로 덮인 짙은 청색 p-n AlGaInN 헤테로 구조체 에미터에 기초한 백색 발광 다이오드의 설계가 제공되었다. 에미터의 짙은 1차 청색 방사의 일부가 형광체의 황색 방사로 변환된다. 그 결과, 에미터로부터의 청색 방사와 상기 청색 방사에 의해 형광체에서 방출된 상보적인(complementary) 황색 형광의 혼합이 특정 색좌표를 갖는 LED들에 의해 백색광을 생성한다.
본질적으로 서로 다른 백색 발광 다이오드의 기본적인 세 가지 설계가 알려져 있다:
- 짙은 청색 방사의 일부를 황색 방사로 변환하는 퇴적 형광체 층으로 덮인 짙은 청색광의 에미터에 기초한 발광 다이오드들;
- 자외 방사를 적색, 녹색 및 짙은 청색 대역의 광으로 변환하는 퇴적 형광체 층으로 덮인 자외 방사의 에미터에 기초한 발광 다이오드들 (RGB 시스템);
- 적색, 녹색 및 짙은 청색 스펙트럼 대역에서 방사하는 세개의 개별적인 에미터들을 포함하는 풀 컬러(full-color) 발광 다이오드들 (RGB 시스템).
이러한 구별에도 불구하고, 모든 열거된 유형의 백색 발광 다이오드들의 파라미터 개선은 에피택셜 A3N-헤테로 구조체 성장 방법의 완전성 및 형광체 방사의 양자 출력(quantum output)의 증가를 요구한다.
발광 다이오드의 대량 생산을 위해, A3N-헤테로 구조체를 제조하는 가장 바람직한 방법은 유기금속 기상 에피택시(OMVPE)이다.
사파이어(Al2O3), 탄화규소(6H-SiC), 질화갈륨(GaN) 및 질화알루미늄(AlN)이 A3N 에피택셜 구조체 성장을 위한 기판으로 사용된다. 값이 더 싼 사파이어 기판이 대부분 사용된다. 사파이어 기판보다 몇배 더 비싼 탄화규소 기판은 따라서 자주 사용되지 않는다. 이상적인 것에 가까운 것으로는 GaN 또는 AlN으로 형성된 기판들이 있을 수 있으나, 그것들의 대량 생산은 아직 달설되지 못하고 있다.
발광 다이오드에 대한 전형적인 A3N-헤테로 구조체는 다음의 기능적인 부분들을 포함한다:
● 그 표면이 A3N 에피택셜 층들의 결정학적 유형, 예컨대 우르짜이트(wurtzite) 형의 결정 구조 및 결정 격자의 방위각 배향을 정의하는 결정학적 c-면 (0001)인 사파이어 또는 탄화규소의 단결정 기판;
● 전자 및 정공을 효과적으로 주입하고 헤테로 구조체의 활성 영역에 그들을 가두는 넓은 밴드갭 에미터들, 대부분 n-형 p-형 AlxGa1 - xN 층들;
● 보통은 특별히 도핑되지 않는, 대부분 InxGa1 - xN 얼로이(alloys)와 같은 재료의 좁은 밴드갭 층들의 세트를 포함하는 활성 영역;
● 저 비저항의 오믹 콘택 및 소자의 단면에서 균일한 분포의 전류 밀도를 제공하는 n-형 및 p-형 도전성의 에피택셜 GaN 콘택층.
다양한 소자들, 특히 발광 다이오드 및 레이저에서 사용되는 A3N-에피택셜 헤테로 구조체에서, 결함(전위(dislocation), 패킹 결함(defects of packing) 등) 밀도 및 기계적 스트레스의 수준은 가능한 한 낮아야 한다. 예를 들어, GaAs 레이 저 헤테로 구조체는 결함 밀도가 보통 102-103 cm-2 값을 초과하지 않는다.
A3N-헤테로 구조체에는 기본적으로 두개의 결함 소스들이 존재하는데, 첫째는 기판과 A3N 에피택셜 층들의 격자 상수의 차이에 관련되고, 둘째는 헤테로 구조체 내부에서, 예컨대, GaN과 AlxGa1-xN 층들 사이 또는 GaN과 InxGa1 - xN 층들 사이에서의 층들의 격자 상수 불일치에 관련된다. GaN 또는 AlN 기판들의 경우, 상기 첫째 결함 소스의 기여는 감소하고 상기 둘째 결함 소스 기여와 공통점이 있게 된다.
AlN(격자 상수 a=0.311nm), GaN(a=0.316nm) 및 InN(a=0.354nm) 등의 우르짜이트형 결정 구조를 갖는 A3N 단결정 에피택셜 층들은 (0001)-면으로 배향된 단결정 Al2O3 기판(산소 부분 격자(sublattice) 상수 a=0.275nm) 또는 6H-SiC 기판(a=0.308nm) 상에 성장될 때, 고밀도의 결함, 기본적으로 전위를 포함한다.
기판과 에피택셜 층의 근본적인 격자 상수 차이가 있기 때문에 전위(dislocations)는 "기판-에피택셜 층" 계면에 형성된다. 에피택셜 층들의 격자 상수는 기판의 격자 상수보다 더 크고(16%까지의 차이), 전위들은 헤테로 구조체 층들을 통해 뻗어나갈 것이다. 사파이어 기판 상에 성장된, 청색 및 녹색 발광 다이오드들에 사용되는 전형적인 AlGaInN 헤테로 구조체에서 전위 밀도는 108-1010 cm-2 값을 갖는다. SiC 기판 상에 성장된 유사한 헤테로 구조체에 대해 전위 밀도는 107-109 cm-2 값을 갖는다. 따라서, 상기 첫째 결함 소스의 기여는 107-109 cm-2 값에 의해 정의되고, 헤테로 구조체 내부로의 전위 형성에 대한 상기 둘째 소스의 기여는 106-107 cm-2 과 동등하다. 특히, 고밀도 전위의 형성 및 AlGaN 층의 크랙(cracking) 조차도 GaN과 AlN 층들의 격자 상수 차이(3.5%의 차이) 및 그들의 열팽창 계수 차이에 의해 유발되고 있다.
이들 문제점들의 부분적인 해결을 위해 다양한 방법들이 사용될 수 있다. 그것들 중 첫번째로, AlGaN 층, 예컨대 n-형 에미터 층을 성장하기 전, 얇은 In0.1Ga0.9N층이 (약 0.1 마이크론의 두께) 성장되어 다음의 AlxGa1 - xN(x=0.15-0.20) 층의 크랙을 방지한다. 두번째 방법으로, 일정한 x-값을 갖는 벌크 AlxGa1 - xN n-형 에미터 층 대신에 왜곡(strained) 다중양자 초격자 AlGaN/GaN 층이 성장된다. 초격자에거 각층의 두께는 약 0.25nm이다.
A3N-헤테로 구조체 성장을 위한 유기금속 기상 에피택시의 매우 특별한 특징은 기술적인 공정 동안 기판 온도를 급작스럽게 변경할 필요성이다. 따라서, 버퍼층(보통은 매우 얇은 비결정질 GaN 또는 AlN 층) 성장에서, 사파이어 또는 탄화규소 기판의 온도는 1050℃-1100℃에서 550℃로 빠르게 감소되고, 상기 비결정질 GaN 또는 AlN 층 성장을 완료한 후, 기판 온도는 단결정 GaN 층의 성장 온도(1050℃)까지 빠르게 증가된다. GaN 또는 AlN 버퍼층을 구비하는 기판을 가열하는 공정이 느리면, 그것은 얇은 (약 20nm) GaN 층의 결정화로 이어질 것이고, 다음의 두꺼운 GaN 층 성장이 상당히 많은 수의 결함 및 성장 형상을 갖는 평판하지 않은 막의 형 성으로 이어질 것이다.
성장 동안 기판 온도 변경의 또 다른 필요성은 헤테로 구조체의 활성 영역에서 InxGa1 - xN 층들(x>0.1에서)을 성장시킬 때 여실히 나타난다. 이들 층은 850℃-870℃ 위의 온도에서 열 분해(thermal decomposition) 경향을 갖는다. 이 경우, InxGa1-xN 층들의 성장은 더 낮은 (800℃-850℃) 온도에서 완료된다. 상기 기판 온도를 1000℃-1050℃ 까지 증가시키는 동안, 헤테로 구조체 성장의 공정은 금속 유기물 Ga, Al 및 In 전구체들(precursors)의 기판으로의 공급을 차단함으로써 중단되어야 한다. InxGa1 - xN 층들의 열 분해를 배제할 목적으로, 그것들은 때때로 얇은(~20nm) Al0 .2Ga0 .8N 보호층으로 덮인다. 이 층은 약 1050℃ 온도까지 해리(dissociation)에 대해 충분한 안정성을 갖는다. 증착된 에피택셜 층들을 구비하는 기판의 급격한 온도 변경은 (GaN 또는 AlN 버퍼층 성장 동안을 제외하고) 추가적인 결함 형성 및 성장된 층들, 예컨대 AlGaN 층들의 크랙으로 이어질 수 있다. 따라서, 특히 고휘도 발광 다이오드를 위한 구조체들에서, 성장 온도의 완만한 변경을 허용하고 InxGa1 - xN 층 성장에서 성장 공정의 중단을 배제하도록 하는 A3N-헤테로 구조체 성장의 방법을 갖는 것이 바람직하다. 이들 성장 방법은 또한 A3N-헤테로 구조체 층들의 계면들에서 생성되는 전위 밀도를 감소시켜야 한다.
사파이어 또는 탄화규소 기판 상에 성장된 (0001) 헤테로 구조체로 침투하는 전위의 감소는 LEO(lateral epitaxial overgrowth) 기술을 포함하는 특수한 기술을 사용하여 달성될 수 있다. 우선, 이 기술에서 얇은 GaN 버퍼층이 보통 저온에서 성장된다. 그 후, SiO2 또는 Si3N4 막이 상기 구조 표면 상에 증착된다. 이 막 내에 좁고 긴 서로 평행한 윈도우들이 버퍼층까지 아래로 식각되고, 그 후, 다음의 에피택시 공정 동안, 두꺼운 GaN 층이 고온에서 SiO2 또는 Si3N4 막 상에 성장된다. 같은 공정으로 A3N 헤테로 구조체가 또한 성장된다. 상기 LEO-기술이 통상의 기술보다 훨씬 더 복잡하고 더 노력이 소모되는 것임을 쉽게 알 수 있다.
이론적 및 부분적인 실험적 검토들에 따르면, 많은 소자들, 특히 발광 다이오드 및 레이저에서 비극성(non-polar) a-면(즉, a-A3N) 헤테로 구조체 사용의 장점이 예상된다. 극성 c-방향 [0001]을 따라 성장된 통상의 극성 헤테로 구조체와 대비하여, a-A3N 비극성 헤테로 구조체에서는 성장 방향을 따라 강한 정전기장(electrostatic fields)이 없다. 그것 때문에, 비극성 a-A3N 헤테로 구조체의 활성 영역 내에 주입된 전자 및 정공의 공간 분리가 제거되고, 결과로서, 이러한 기반 상에 제조된 발광 다이오드 및 레이저에서 방사의 내부 양자 효율의 증가가 기대될 수 있다.
많은 간행물들이 a-A3N 비극성 헤테로 구조체의 성장에 바쳐졌다. 특허 출원 [3]에서는 r-면 (1120) 사파이어 기판 상에서 a-GaN (1120) 막의 성장이 개시되어 있다. 간행물 [4]에서는 a-GaN 기판 상에 성장된 진일보한 a-A3N 비극성 헤테로 구 조체가 수지 나까무라에 의해 제안되어 있다.
마지막으로, 특허 출원 [3]에서는 탄화 규소, 실리콘(silicon), 산화아연(zinc oxide), 리튬 알루미네이트(lithium aluminates), 니오븀산 리튬(lithium niobate) 및 게르마늄(germanium) 기판 상에서 a-A3N 비극성 헤테로 구조체 성장의 가능성이 언급되어 있다.
따라서, 낮은 전위 및 구조적 결함 밀도를 제공하는 a-A3N 비극성 헤테로 구조체 성장이 발광 다이오드 및 레이저의 내부 양자 효율 및 수명을 증가시키려는 문제를 해결하기 위한 더 현실적인 기술 발전 방향이다.
본 발명의 주제는 비극성 a-A3N 에피택셜 호모- 및/또는 헤테로 구조체를 성장시키는 새로운 방법으로, AlInGaN 시스템에서의 화합물 및 얼로이가 발광 다이오드와 레이저를 설계 및 제조함에 있어서 이들 A3N 구조체들을 사용하기 위해 알려진 다른 재료로 제조된 기판 대신에 랑가사이트(LANGASITE; a-La3Ga5SiO14) 상의 층들 내에서 낮은 전위 및 구조적 결함 밀도를 갖는 것에 기반한다. A3N 재료 및 랑가사이트의 특성이 표 1에 소개되어 있다.
본 발명의 제1 태양에 따르면, "제1 에피택셜 AlxGa1 - xN 층 - 기판" 계면에서 그리고 발광 헤테로 구조체의 다른 기능층들에서 전위 밀도를 감소시키기 위해 랑가사이트 기판이 사용되는 성장 방법이 개시된다. 상기 기판과 상기 제1 에피택셜 AlxGa1-xN 층의 c-격자 상수의 불일치는 x=1에서 -2.3%에서 x=0에서 +1.7%의 한도 내에 있고 c-축을 따르는 방향에서 그것들의 열팽창 계수의 불일치는 x=1에서 46%에서 x=0에서 -15%의 한도 내에 있다.
따라서, 상기 기판과 상기 제1 에피택셜 AlxGa1 - xN 층의 c-격자 상수의 불일치와 c-축을 따르는 방향에서 그것들의 열팽창 계수의 불일치가 없는 특정 x-값들이 있다(표 1).
본 발명의 제2 태양에 따르면, "빌트-인(built-in) 형광체를 구비하는 백색 헤테로 구조체"를 제조하기 위해 상기 랑가사이트 기판이 특별한 불순물들로 도핑되어 A3N 헤테로 구조체의 1차 짙은 청색 방사(λMAX=455nm)의 일부를 상기 기판의 황색 방사로 변환하고, 따라서 상기 기판 구조체는 일반식 La3 -x- yCexPryGa5SiO14에 대응한다.
본 발명의 제3 태양에 따르면, 상기 랑가사이트 기판의 토폴로지(topology) 및 상기 에미터 칩의 설계가 제공되는데, 여기서 헤테로 구조체의 모든 짙은 청색 방사는 상기 기판으로 인도되어 방사 출력을 증가시키고 백색 방사 색온도의 균일한 공간 분포를 달성한다.


물리적 성질
 A3N 형 질화물
랑가사이트
La3Ga5SiO14

AlN
GaN
InN
Al0 .44Ga0 .56N

결정 구조
우르짜이트
우르짜이트
우르짜이트
우르짜이트
삼방정계
군 P321
격자상수
a, Å
(c-축에 수직한 방향)
3.112
3.189
3.548
3.155
8.173
격자 상수
c, Å
(c-축에 평행한 방향)
4.982
5.185
5.760
5.099
5.099
격자상수 비
cA3N/cLa3Ga5SiO5 		0.977
(-2.3%)		 1.017
(+1.7%)		 1.130
(+13%)		 1.00
(0%)		 -
열팽창
(Δc/c), K-1
(c-축에 평행한 방향)
5.3×10-6
3.17×10-6
3.0×10-6
4.11×10-6
3.56×10-6
열팽창
(Δa/a), K-1
(c-축에 수직한 방향)
4.2×10-6
5.59×10-6
4.0×10-6
4.98×10-6
5.11×10-6
열팽창 계수 비
(Δc/c)A3N
/
(Δc/c)cLa3Ga5SiO5
(c-축에 평행한 방향)
1.49
(+49%)
0.89
(-11%)
0.84
(-16%)
1.15
(+15%)
본 출원에 포함된 도면들은 본 발명의 장점들의 상세한 묘사를 제공하고 그 본질을 이해하도록 돕는다. 유사한 참조 번호들이 전체를 통해 대응하는 부분들을 나타낸다.
도 1은 에피택시 모형 [2]의 통상의 방법에 의해 성장된 극성 발광 A3N 헤테로 구조체의 도면이다.
도 2는 랑가사이트(langasite) 기판 상에 성장된 비극성 발광 A3N 헤테로 구조체의 도면이다.
도 3은 A3N-헤테로 구조체의 표면 상에 성장된 추가의 Ce- 및 Pr-도핑된 랑가사이트 층을 구비하는 랑가사이트 기판 상의 발광 헤테로 구조체의 개략도이다.
도 4는 상기 Ce- 및 Pr-도핑된 랑가사이트 기판 상의 발광 다이오드에 의해 생성된 방출 스펙트럼을 나타낸다.
본 발명이 도면들을 참조하여 아래에서 설명된다.
도 1은 모형들; 나까무라의 1994년 3월 등록된 미국 특허 5,290,393; 야나시마의 1999년 11월 등록된 미국 특허 5,993,542; 타나카나의 1999년 6월 등록된 미국 특허 5,909,036에 대응하는 전형적인 발광 다이오드 헤테로 구조체 및 헤테로 구조체 층들에서의 밴드갭 에너지 변화를 나타낸다. 이 헤테로 구조체는 성장된 추가의 n-InXGa1 - XN 층(4)을 포함하여 다중양자우물 InXGa1 - XN/InYGa1 - YN 활성층(6) 이전에 성장되는 다음의 n-AlGaN(5) 에미터 층의 크랙을 방지한다.
도 2는 랑가사이트(langasite) 기판 상에 성장된 발광 다이오드 헤테로 구조체를 나타낸다. 다른 헤테로 구조체 층들에서 밴드갭 에너지 변화의 프로파일이 또한 도시된다. 제공된 구조체에서는, 도 1에 나타낸 구조체와 달리, n-InXGa1 - XN 층(4)과 p-GaN 층(8)이 성장되지 않는다. 상기 p-GaN 층(8)은 발광 다이오드가 아 니라 레이저 다이오드에서 가장 효과적으로 사용되는 도파층(wave guiding layer)이다. 발광 다이오드 헤테로 구조체의 성장을 위해, a-면 배향 및 완벽한 표면 처리 특성(Ra<0.5nm)을 갖는 랑가사이트 기판(1)이 매우 청정한 질소 분위기 조건에서 OMVPE 장치의 반응기 내로 로딩된다. 순수한 질소로 상기 반응기를 통해 불어줌으로써 반응기 내의 수소 압력이 거의 70Torr의 작동 수준으로 감소한다. 그 후, 상기 기판과 함께 흑연 서셉터(graphite susceptor)가 1050℃까지 가열된다. 15 리터/min의 수소 유량에서 15분 동안 가열한 후, 5 리터/min의 유량으로 암모니아가 상기 반응기 내로 공급된다. 이 조건에서 상기 공정이 5분 동안 유지된다. 그 후, 고주파 가열 전력이 감소되고 6분 내에 상기 서셉터의 온도가 530℃ 수준에서 안정화된다.
그 후, GaN 버퍼층(2)을 성장시키기 위해 트리메틸갈륨(TMG)이 소스 가스로서 4*10-5 mol/min의 유량으로 독립된 주입 노즐을 통해 상기 반응기 내로 50초 동안 공급된다. 그 결과, 15nm의 두께를 갖는 Gan 버퍼층이 성장된다. 그 후, 상기 서셉터 온도가 매우 급격하게 1030℃까지 상승되고 도너 불순물 소스로 사용되는 실란(SiH4)과 함께 TMG가 7*10-5 mol/min의 유량으로 상기 반응기 내로 공급된다. 상기 TMG+SiH4 혼합 가스는 GaN 층의 도핑 레벨이 약 2*1018 cm-3이 되도록 실험적으로 선택된 값의 유량을 갖는다. GaN 층(3)은 약 3.2 마이크론 두께로 35분 동안 성장한다. 그 후, 트리메틸알루미늄(TMAl)이 소스 가스로서 공급되고, 그것의 유량은 5분 동안 0에서 1*10-5 mol/min까지 선형적으로 증가한다. 그 결과, 0.5 마이크론의 두께로 알루미늄 함량의 경사를 갖는 n-AlxGa1 -xN(x<0.15) 층(5)이 성장된다. 그 후, TMG, TMAl 및 SiH4 공급이 멈춰지고, 상기 서셉터 온도는 5분 동안 860℃까지 매우 급격하게 감소된다. 이제, TMG 및 트리메틸인디움(TMI)의 공급이 시작되고 TMI 유량을 7*10-6 mol/min과 3*10-5 mol/min 사이에서 주기적으로 전환함으로써 다중 양자 우물 구조를 형성하는 InxGa1 - xN/InyGa1 - yN 층들(6)의 성장이 일어난다. 더 높은 유량의 TMI 공급의 지속은 3초 걸리고 더 낮은 유량의 지속은 16초 걸린다. 그 후, 상기 서셉터 온도가 5분 동안 1030℃까지 상승하고 TMG+TMAl이 상기 반응기 내로 다시 공급된다. AlGaN(9) 및 GaN(10) 층들의 성장 동안, 비스(시클로펜타디에닐)마그네슘(bis(cyclopentadienyl)magnesium; Cp2Mg)이 억셉터 불순물의 소스로서 상기 반응기 내로 공급된다. Cp2Mg 유량은 저 비저항의 p-GaN 콘택층(10)을 제공하기 위해3*1018 cm-3 정도의 억셉터 농도를 얻도록 충분히 높아야 한다.
도 3에 백색 발광 다이오드를 위한 에미터 설계가 나타내져 있다. 상기 에미터는 스펙트럼의 짙은 청색 부분에서 방사하는 헤테로 구조체로 이루어지는데, 그 층들(2-10)은 본 발명에 따라 a-랑가사이트 기판 상에서 선택적 OMVPE 에피택시로 성장된다. 상기 랑가사이트 조성은 일반식 La3 -x- yCexPryGa5SiO14로 표현된다. 선택적 헤테로 구조체 에피택시를 위해 상기 기판에 특별히 준비된 리세스들(recesses)이 있다. 웨이퍼를 칩들로 분리하는 최종 조작 전에 많은 기술적 조작들이 수행된다: 포토리소그래피, 선택적으로 성장된 헤테로 구조체의 일부에서 에칭에 의한 층들(6, 9, 10)의 제거, 니켈과 금의 얇은 층들로 이루어진 반사 코팅(11)의 증착, 및 발광 다이오드의 베이스 상에 상기 에미터를 탑재하기 위해 요구되는 주석-금(tin-gold) 얼로이로 이루어진 오믹 콘택층(12)의 증착. 상기 헤테로 구조체의 짙은 청색 방사의 흡수는, 랑가사이트 내 Ce 및 Pr의 존재에 의해 유발되는, 상기 기판 내 황색 형광을 여기시킨다. 황색으로의 상기 짙은 청색 방사중 일부의 효과적인 변환은 상기 선택적으로 성장된 헤테로 구조체와 모든 방향에서 그것을 둘러싸는 랑가사이트 사이에 공기(air) 중간층이 없을 때 제공된다. 그 결과, 짙은 청색 및 황색 방향의 혼합에 기인하여 상기 에미터는 백색을 생성한다.
도 4에 짙은 청색 에미터(13)가 통상의 이트륨-알루미늄-가넷 형광체(14)에 의해 덮여 사용되는 백색 발광 다이오드(모형)의 전형적인 설계가 나타내져 있다.
본 발명에서 제안된 방법에 의해 성장된 a-면 랑가사이트 기판 상의 A3N 헤테로 구조체는 통상의 방법들에 의한 구조체들보다 더 낮은 결함 밀도를 가지며 미세 크랙들을 갖지 않는다. 도 2에 나타낸 헤테로 구조체에서 상기 전위 밀도는 5*107 cm-2보다 더 작은 값을 가질 수 있다. 에미터들은 색좌표 X=0.31, Y=0.31의 백색광을 구현한다.
[1] SU 제635813, 1978. 8. 7.
[2] US 제5998925, 1999. 12. 7.
[3] 엠 크라벤 등, 비극성 질화갈륨 박막에서 전위 감소, PCT/US03/11177, 2003. 4. 15.
[4] 수지 나까무라, AlGaN계 UV 에미터를 위한 성장 및 소자 전략, UCSB, 2004.

Claims (8)

  1. III족 질화물 성분들의 화합물 및 얼로이를 기반으로, 백색 발광 다이오드를 위한 비극성 에피택셜 헤테로 구조체를 성장시키는 방법으로, 기판 상에 일반식 AlxGa1-xN(0<x≤1)으로 표현되는 하나 이상의 헤테로 구조체 층들의 기상 증착을 포함하되, "기판-AlxGa1-xN"의 c 격자 상수의 불일치가 x=1에서 -2.3%로부터 x=0에서 +1.7%의 한도 내에 있고 c-축을 따르는 방향에서 그것들의 열팽창 계수의 불일치는 x=1에서 +49%로부터 x=0에서 -11%의 한도 내에 있는 (a)-랑가사이트((a)-La3Ga5SiO14) 기판이 상기 기판으로서 사용되는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은 세륨(Ce) 및 프라세오디뮴(Pr)으로 도핑되어, 일반식 La3-x-yCexPryGa5SiO14로 표현되는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 랑가사이트 기판의 두께는 80 마이크론을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 기판은, Si, Al2O3, Ge형 재료 상에 증착된, Ce 및 Pr로 도핑된 랑가사이트 버퍼층을 포함하는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 발광 다이오드 구조체의 성장 후에 그 표면 상에 추가적인 형광(luminophor) 랑가사이트 층을 성장시키는 것이 수행되는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  6. 청구항 5에 있어서, 상기 추가적인 형광 랑가사이트 층의 두께는 3 마이크론을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 비극성 에피택셜 헤테로 구조체 성장 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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