KR20140119714A - Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same - Google Patents
Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140119714A KR20140119714A KR1020147021211A KR20147021211A KR20140119714A KR 20140119714 A KR20140119714 A KR 20140119714A KR 1020147021211 A KR1020147021211 A KR 1020147021211A KR 20147021211 A KR20147021211 A KR 20147021211A KR 20140119714 A KR20140119714 A KR 20140119714A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- quantum well
- region
- well region
- barrier
- semiconductor material
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 70
- 238000009826 distribution Methods 0.000 title description 3
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 title 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 175
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 136
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 120
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 6
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 claims description 26
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 239000005380 borophosphosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000005388 borosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000005368 silicate glass Substances 0.000 claims description 3
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 22
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 17
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 14
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 13
- APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N indium atom Chemical compound [In] APFVFJFRJDLVQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 description 11
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 11
- 230000008569 process Effects 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 description 3
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000001627 detrimental effect Effects 0.000 description 2
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 229910001092 metal group alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009828 non-uniform distribution Methods 0.000 description 2
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052716 thallium Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007792 addition Methods 0.000 description 1
- RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N aluminum gallium Chemical compound [Al].[Ga] RNQKDQAVIXDKAG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- -1 for example Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 1
- 238000000608 laser ablation Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 1
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 1
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N thallium Chemical compound [Tl] BKVIYDNLLOSFOA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 1
- 238000009827 uniform distribution Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
- H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
- H01L21/02507—Alternating layers, e.g. superlattice
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/26—Materials of the light emitting region
- H01L33/30—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
- H01L33/32—Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
- Semiconductor Lasers (AREA)
Abstract
n형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제1 베이스 영역, p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역, 및 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물;을 포함하는 복사 방출 반도체 장치이다. 상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 및 적어도 두 개의 배리어 영역들을 포함한다. 제3 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어는 상기 제2 양자 우물 영역 및 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작다. 이러한 장치들의 형성 방법들은 이러한 다중 양자 우물 구조물의 층들을 순차적으로 에피택시 퇴적시키는 단계, 및 상기 다중 양자 우물 구조물을 가로질러 전자 정공 에너지 배리어들이 달라지도록 상기 층들의 조성 및 구성을 선택하는 단계를 포함한다.a first base region comprising an n-type III-V semiconductor material, a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material, and a second base region comprising a plurality of quantum wells disposed between the first base region and the second base region, And a well structure. The multiple quantum well structure includes at least three quantum well regions and at least two barrier regions. The electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region. Methods of forming such devices include sequentially epitaxially depositing layers of such multiple quantum well structures and selecting the composition and configuration of the layers such that electron hole energy barriers are varied across the multiple quantum well structure do.
Description
본 발명의 실시예들은 일반적으로 III-V족 반도체 물질들을 포함하는 광활성 장치들(photoactive devices) 및 이러한 광활성 장치들의 형성 방법들에 관한 것이다.Embodiments of the present invention generally relate to photoactive devices comprising III-V semiconductor materials and methods of forming such photoactive devices.
광활성 장치들은 전기 에너지를 전자기 복사(electromagnetic radiation)로 변환하거나, 또는 전자기 복사를 전기 에너지로 변환하도록 구성된 장치들이다. 광활성 장치들은 발광 다이오드들(light-emitting diodes, LEDs), 반도체 레이저들(semiconductor lasers), 광감지기들(photodetectors) 및 태양 전지들(solar cells)을 포함하나, 이에 한정되지는 않는다. 이러한 광활성 장치들은 종종 III-V족 반도체 물질들의 하나 또는 그 이상의 평면 층들을 포함한다. III-V족 반도체 물질들은 주기율표의 IIIA족으로부터의 하나 또는 그 이상의 원소들(붕소(B), 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 인듐(In) 및 탈륨(Tl)) 및 주기율표의 VA족으로부터의 하나 또는 그 이상의 원소들(질소(N), 인(P), 비소(As), 안티모니(Sb) 및 비스무스(Bi))로 주로 구성된 물질들이다. III-V족 반도체 물질의 평면 층들은 결정질(crystalline)일 수 있고, III-V족 반도체 물질의 단결정(single crystal)을 포함할 수 있다.Photovoltaic devices are devices that are configured to convert electrical energy into electromagnetic radiation, or to convert electromagnetic radiation into electrical energy. Photoactive devices include, but are not limited to, light-emitting diodes (LEDs), semiconductor lasers, photodetectors, and solar cells. These photoactive devices often include one or more planar layers of III-V semiconductor materials. The Group III-V semiconductor materials include one or more elements from the group IIIA of the Periodic Table of Elements such as boron (B), aluminum (Al), gallium (Ga), indium (In) and thallium (Tl) (N), phosphorus (P), arsenic (As), antimony (Sb) and bismuth (Bi). The planar layers of the III-V semiconductor material may be crystalline and may comprise a single crystal of a III-V semiconductor material.
결정질 III-V족 반도체 물질의 층들은 일반적으로 III-V족 반도체 물질의 결정 격자(crystal lattice) 내에서 일부 양의 결함들(defects)을 포함한다. 결정 구조 내의 이러한 결함들은 예를 들어 점 결함들(point defects) 및 선 결함들(line defects)(예를 들어, 스레딩 전위들(threading dislocations))을 포함할 수 있다. 이러한 결함들은 III-V족 반도체 물질의 상기 층 상에 또는 내에 제조되는 광활성 장치들의 성능에 유해하다.Layers of crystalline III-V semiconductor material generally include some amount of defects within the crystal lattice of the III-V semiconductor material. These defects in the crystal structure may include, for example, point defects and line defects (e.g., threading dislocations). These defects are detrimental to the performance of photoactive devices fabricated on or in the layer of III-V semiconductor material.
부가적으로, 결정질 III-V족 반도체 물질 층들의 제조를 위한 현재의 알려진 방법들은 일반적으로 하부 기판(underlying substrate)의 표면 상에서의 III-V족 반도체 물질의 에피택시 성장(epitaxial growth)을 포함하며, 하부 기판은 결정질 III-V족 반도체 물질의 결정 격자와 유사한, 그러나 약간 다른 결정 격자를 갖는다. 그 결과로, 결정질 III-V족 반도체 물질 층이 다른 하부 기판 물질 상에 성장될 때, 결정질 III-V족 반도체 물질의 결정 격자는 기계적으로 스트레인될(strained) 수 있다. 이러한 스트레인의 결과로, 성장 과정에서 III-V족 반도체 물질 층의 두께가 증가할수록, 일부 임계 두께(critical thickness)에서 전위들과 같은 결함들이 에너지적으로 유리해지고(energetically favorable) 그 내부에 스트레스(stress)가 쌓이는 것을 경감하도록 III-V족 반도체 물질의 층 내부에 결함들이 형성될 때까지, III-V족 반도체 물질의 층 내부의 스트레스가 증가할 수 있다.Additionally, currently known methods for the production of crystalline III-V semiconductor material layers generally involve epitaxial growth of the III-V semiconductor material on the surface of the underlying substrate , The lower substrate has a crystal lattice similar to, but slightly different from, the crystalline lattice of the crystalline III-V semiconductor material. As a result, when the crystalline III-V semiconductor material layer is grown on another underlying substrate material, the crystalline lattice of the crystalline III-V semiconductor material may be mechanically strained. As a result of this strain, as the thickness of the layer of III-V semiconductor material in the growth process increases, defects such as dislocations at some critical thickness become energetically favorable and stress stress may build up inside the layer of III-V semiconductor material until defects are formed within the layer of III-V semiconductor material to mitigate stress buildup.
위의 관점에서, 그 내부에 상대적으로 낮은 결함들의 농도들을 갖는 결정질 III-V족 반도체 물질의 상대적으로 두꺼운 층들을 제조하는 것은 어렵다.From the above viewpoint, it is difficult to produce relatively thick layers of crystalline III-V semiconductor material having relatively low concentrations of defects therein.
광활성 장치들은 다수의 양자 우물 영역들을 포함하는 활성 영역(active region)을 포함할 수 있고, 이들 각각은 III-V족 반도체 물질 층을 포함할 수 있다. 양자 우물 영역들은 배리어 영역들에 의해 서로 분리될 수 있고, 이들은 또한 III-V족 반도체 물질 층을 포함할 수 있으나, 양자 우물 영역들에 대하여 다른 조성의 층을 포함할 수 있다.The photoactive devices may comprise an active region comprising a plurality of quantum well regions, each of which may comprise a layer of III-V semiconductor material. The quantum well regions may be separated from one another by barrier regions, which may also include a layer of III-V semiconductor material, but may include layers of different composition for quantum well regions.
적어도 일부 III-V족 반도체 물질들 내의 전자들 및 전자 정공들(electron holes)(빈 전자 오비탈들(vacant electron orbitals))의 이동도(mobility) 사이에는 불일치가 존재한다. 다시 말하면, 전자들은 전자 정공들에 비해 III-V족 반도체 물질들을 통해 상대적으로 더 쉽게 이동할 수 있다. 전자들 및 전자 정공들 사이의 이러한 이동도 불일치는 광활성 장치들의 활성 영역들 내의 전자들 및 전자 정공들의 불균일한 분포를 유발할 수 있다. 이러한 현상이 X. Ni et al.의 "Reduction of Efficiency Droop in InGaN Light Emitting Diodes by Coupled Quantum Wells" (Applied Physics Letters, Vol. 93, pg. 171113, 2008) 및 C. H. Wang et al.의 "Efficiency Droop Alleviation in InGaN/GaN Light-Emitting Diodes by Graded-Thickness Multiple Quantum Wells" (Applied Physics Letters, Vol. 97, pg. 181101, 2010)에서 더욱 상세하게 논의된다.There is a mismatch between the mobility of electrons and electron holes (vacant electron orbitals) in at least some III-V semiconductor materials. In other words, electrons can move relatively easily through III-V semiconductor materials compared to electron holes. This mismatch between electrons and electron holes can lead to non-uniform distribution of electrons and electron holes in active areas of photoactive devices. This phenomenon is described in "Reduction of Efficiency Droop in InGaN Light Emitting Diodes by Coupled Quantum Wells" (Applied Physics Letters, Vol. 93, pg. 171113, 2008) and CH Wang et al., "Efficiency Droop Quot; Alleviation in InGaN / GaN Light-Emitting Diodes by Graded-Thickness Multiple Quantum Wells "(Applied Physics Letters, Vol. 97, pg. 181101, 2010).
본 발명은 종래 기술의 실시예들과 관련하여 위에 언급된 단점들을, 적어도 부분적으로, 극복하도록 의도된다.The present invention is intended to overcome, at least in part, the disadvantages mentioned above in connection with prior art embodiments.
일부 실시예들에서, 본 발명은 n형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제1 베이스 영역, p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역, 및 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물을 포함하는 복사 방출 반도체 장치들을 포함한다. 상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 및 적어도 두 개의 배리어 영역들을 포함한다. 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제1 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된다. 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제2 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된다. 상기 제1 양자 우물 영역은 상기 제3 양자 우물 영역보다 상기 제1 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며, 상기 제3 양자 우물 영역은 상기 제1 양자 우물 영역보다 상기 제2 베이스 영역에 더 가깝게 위치한다. 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 가지며, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖는다. 또한, 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어는 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작다.In some embodiments, the present invention provides a semiconductor device comprising a first base region comprising an n-type III-V semiconductor material, a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material, Emitting semiconductor devices including multiple quantum well structures disposed between two base regions. The multiple quantum well structure includes at least three quantum well regions and at least two barrier regions. Wherein a first one of the at least two barrier regions is disposed between a first one of the at least three quantum well regions and a second one of the quantum well regions. And a second barrier region of the at least two barrier regions is disposed between the second quantum well region and the third one of the at least three quantum well regions. The first quantum well region is located closer to the first base region than the third quantum well region and the third quantum well region is located closer to the second base region than the first quantum well region. Wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region has a well region thickness of at least about 2 nanometers in a direction extending between the first base region and the second base region Wherein each of the first barrier region and the second barrier region has a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses in a direction extending between the first base region and the second base region. In addition, the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region.
추가적인 실시예들에서, 본 발명은 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치들을 포함한다. 상기 LED는 n형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제1 베이스 영역, p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역, 및 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물을 포함한다. 상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 및 적어도 두 개의 배리어 영역들을 포함한다. 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제1 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제2 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된다. 상기 제1 양자 우물 영역은 상기 제3 양자 우물 영역보다 상기 제1 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며, 상기 제3 양자 우물 영역은 상기 제1 양자 우물 영역보다 상기 제2 베이스 영역에 더 가깝게 위치한다. 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 InxGa1- xN을 포함하며, 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖는다. 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 InyGa1- yN을 포함하며, y는 적어도 약 0.5이고, 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같고 적어도 약 2 나노미터인 배리어 영역 두께를 갖는다. 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어는 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작다.In further embodiments, the present invention includes devices comprising at least one light emitting diode (LED). Wherein the LED comprises a first base region comprising an n-type III-V semiconductor material, a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material, and a second base region disposed between the first base region and the second base region Lt; / RTI > multiple quantum well structures. The multiple quantum well structure includes at least three quantum well regions and at least two barrier regions. Wherein a first one of the at least two barrier regions is disposed between a first one of the at least three quantum well regions and a second one of the quantum well regions and a second one of the at least two barrier regions, Is disposed between the second quantum well region and the third quantum well region of the at least three quantum well regions. The first quantum well region is located closer to the first base region than the third quantum well region and the third quantum well region is located closer to the second base region than the first quantum well region. Wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region includes In x Ga 1 - x N, and the direction extending between the first base region and the second base region With a well region thickness of at least about 2 nanometers. Wherein each of the first barrier region and the second barrier region comprises In y Ga 1- y N, y is at least about 0.5, and the well region Has a barrier region thickness greater than or equal to each of the region thicknesses and at least about 2 nanometers. Wherein the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 복사 방출 장치들의 형성 방법들을 포함한다. 이러한 방법들에 따르면, 기판 상부에 복수의 III-V족 반도체 물질 체적들이 순차적으로 에피택시 퇴적되어, 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된 제1 배리어 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된 제2 배리어 영역을 포함하는 다중 양자 우물 구조물을 형성할 수 있다. 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 추가적으로, 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어가 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작도록 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 조성이 선택될 수 있다.In still other embodiments, the present invention includes methods of forming radiation emitting devices. According to these methods, a plurality of III-V semiconductor material volumes are sequentially epitaxially deposited on the substrate to form a first barrier region disposed between the first quantum well region and the second quantum well region and a second barrier region disposed between the second quantum well region and the second quantum well region. And a second barrier region disposed between the well region and the third quantum well region. Each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region may be formed to have a well region thickness of at least about 2 nanometers. Each of the first barrier region and the second barrier region may be formed to have a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses. In addition, the first quantum well region and the second quantum well region are arranged such that the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region. , The second quantum well region and the third quantum well region may be selected.
또 다른 실시예들에서, 본 발명은 복사 방출 장치들의 형성 방법들을 포함한다. 이러한 방법들에 따르면, 스트레인 완화층 상으로 스트레인된 반도체 물질 층을 관통해(through) 연장하는 복수의 개구부들이 형성된다. 상기 스트레인된 반도체 물질 및 상기 스트레인 완화층이 열처리되어, 상기 스트레인 완화층의 변형 및 상기 스트레인된 반도체 물질의 완화를 유발하여 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피를 형성한다. 상기 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피 상으로 복수의 III-V족 반도체 물질 부피들이 순차적으로 에피택시 퇴적되어, 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된 제1 배리어 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된 제2 배리어 영역을 포함하는 다중 양자 우물 구조물이 형성된다. 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖도록 형성된다. 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖도록 형성된다. 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어가 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작도록 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 조성들이 선택된다.In still other embodiments, the present invention includes methods of forming radiation emitting devices. According to these methods, a plurality of openings are formed which extend through the layer of semiconductor material strained on the strain relief layer. The strained semiconductor material and the strain relief layer are heat treated to cause deformation of the strain relief layer and relaxation of the strained semiconductor material to form at least one volume of the relaxed semiconductor material. Wherein a plurality of III-V semiconductor material volumes are sequentially epitaxially deposited on at least one volume of the relaxed semiconductor material to form a first barrier region disposed between the first quantum well region and the second quantum well region, 2 quantum well region and a second barrier region disposed between the third quantum well region and the second quantum well structure. The first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region are each formed to have a well region thickness of at least about 2 nanometers. Wherein each of the first barrier region and the second barrier region is formed to have a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses. The first quantum well region and the second quantum well region are arranged such that the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region, The second quantum well region and the third quantum well region are selected.
명세서가 청구항들과 함께 본 발명의 실시예들로서 간주되는 것을 특히 지시하며 구체적으로 주장하는 한편, 본 발명의 실시예들의 이점들은 첨부한 도면들과 결합하여 읽혀질 때 아래의 상세한 설명으로부터 더욱 즉각적으로 확인될 수 있다:
도 1은 복사 방출 반도체 장치의 단순화된 단면도 및 상기 장치에 대해 상응하는 에너지 밴드 다이어그램(energy band diagram)이다;
도 2 내지 도 5는 본 개시의 실시예들에 따른 복사 방출 반도체 장치의 형성 방법을 나타내는 데 사용된다;
도 2는 베이스 기판 상의 스트레인 완화층 상부의 스트레인된 반도체 물질 층의 단순화된 단면도이다;
도 3은 스트레인된 반도체 물질 층을 관통해 연장하는 복수의 개구부들을 나타내는 도 2와 같은 단순화된 단면도이다;
도 4는 스트레인 완화층의 도움으로 스트레인된 반도체 물질을 완화시키는 것에 의해 형성된 완화된 반도체 물질의 부피들을 나타내는 도 2 및 도 3과 같은 단순화된 단면도이다; 및
도 5는 도 4에 도시된 완화된 반도체 물질의 일 부피 상에 배치된 복사 방출 반도체 장치의 단순화된 단면도이다.While specific reference may be made in detail to the embodiments of the invention, as claimed, and illustrated in the accompanying drawings, wherein advantages of embodiments of the present invention are apparent from the following detailed description when read in conjunction with the accompanying drawings, Can be:
1 is a simplified cross-sectional view of a radiation emitting semiconductor device and corresponding energy band diagram for the device;
Figures 2-5 are used to illustrate a method of forming a radiation emitting semiconductor device in accordance with embodiments of the present disclosure;
2 is a simplified cross-sectional view of a layer of strained semiconductor material over a strain relief layer on a base substrate;
Figure 3 is a simplified cross-sectional view as in Figure 2 showing a plurality of openings extending through a layer of strained semiconductor material;
Figure 4 is a simplified cross-sectional view, as in Figures 2 and 3, showing the volumes of relaxed semiconductor material formed by relaxation of the strained semiconductor material with the help of a strain relief layer; And
5 is a simplified cross-sectional view of a radiation emitting semiconductor device disposed on a volume of the relaxed semiconductor material shown in FIG.
여기서 표현된 도시는 임의의 특정한 물질, 반도체 구조 또는 장치, 또는 방법의 실제 도면들이기를 의미하는 것이 아니며, 본 발명을 설명하기 위하여 채용된 단순히 이상화된 대표도들이다. 부가적으로, 도면들 사이에 공통된 구성요소들은 동일한 참조부호를 유지할 수 있다. The designations shown herein are not meant to be actual drawings of any particular material, semiconductor structure or device, or method, but merely idealized representations employed to illustrate the invention. Additionally, elements common between the figures may retain the same reference numerals.
여기서 사용된 것과 같이, 용어 "III-V족 반도체 물질"은 주기율표의 IIIA족으로부터의 하나 또는 그 이상의 원소들(B, Al, Ga, In 및 Tl) 및 주기율표의 VA족으로부터의 하나 또는 그 이상의 원소들(N, P, As, Sb 및 Bi)로 주로 구성된 임의의 물질을 의미하며 포함한다.As used herein, the term "III-V semiconductor material" refers to one or more elements (B, Al, Ga, In and Tl) from group IIIA of the periodic table and one or more elements Means any material consisting mainly of elements (N, P, As, Sb and Bi) and includes.
여기서 사용된 것과 같이, 용어 "임계 두께"는, 물질에 대하여 사용될 때, 그 이상에서 그 물질 내에서 전위들과 같은 결함들의 형성이 에너지적으로 유리해지는 최대 두께를 의미한다.As used herein, the term "critical thickness" means the maximum thickness at which the formation of defects, such as dislocations, within the material becomes energetically favorable when used with respect to the material.
여기서 사용된 것과 같이, 용어 "물질의 에피택시층"은 적어도 실질적으로 상기 물질의 단결정이며, 상기 단결정이 알려진 결정학적 방위(crystallographic orientation)를 나타내도록 형성된 물질 층을 의미한다.As used herein, the term "epitaxial layer of material" refers to a layer of material formed at least substantially of a single crystal of the material, such that the single crystal exhibits a known crystallographic orientation.
여기 사용된 것과 같이, 용어 "성장 격자 상수(growth lattice parameter)"는, 반도체 물질의 에피택시층에 대하여 사용될 때, 반도체 물질 층이 높아진 온도에서 에피택시 성장할 때 상기 반도체 물질층에 의해 나타나는 평균 격자 상수를 의미한다.As used herein, the term "growth lattice parameter ", when used with respect to the epitaxial layer of a semiconductor material, refers to the average lattice constant of the semiconductor material layer, as evidenced by the layer of semiconductor material when the semiconductor material layer is epitaxially grown at elevated temperatures It means constant.
여기 사용된 것과 같이, 용어 "격자 스트레인(lattice strain)"은, 물질층에 대하여 사용될 때, 물질층의 면에 적어도 실질적으로 평행한 방향으로의 결정 격자의 스트레인을 의미하며, 압축 스트레인(compressive strain) 또는 인장 스트레인(tensile strain)일 수 있다. 유사하게, 용어 "평균 격자 상수"는, 물질층에 대하여 사용될 때, 물질층의 면에 적어도 실질적으로 평행한 차원들에서의 평균 격자 상수들을 의미한다. As used herein, the term "lattice strain " when used with respect to a material layer means the strain of the crystal lattice in a direction at least substantially parallel to the plane of the material layer, and compressive strain ) Or a tensile strain. Similarly, the term "average lattice constant" when used with respect to a material layer means the mean lattice constants at dimensions at least substantially parallel to the plane of the material layer.
유사하게, 용어 "스트레인된"은 격자 간격이 균질한(homogeneous) 완화된 결정에서 이러한 물질에 대하여 일반적으로 접할 수 있는 것과는 다르도록 결정 격자가 이러한 물질에 대한 정상 간격(normal spacing)으로부터 변형되는(예를 들어, 신장되거나(stretched) 압축되는) 것을 가리키도록 사용된다.Similarly, the term "strained" means that the crystal lattice is deformed from the normal spacing for this material such that the lattice spacing is different from what is normally accessible for such material in a homogeneous relaxed crystal For example, stretched or compressed).
본 개시의 실시예들은 복사 방출 구조물들(예를 들어, LED들)과 같은 광활성 장치들을 포함하며, 이들은 상기 광활성 장치들의 구동 과정에서 다중 양자 우물 구조물을 가로질러 전자 정공들의 향상된 분포를 제공하도록 맞춰진 에너지 밴드 구조를 갖는 다중 양자 우물 구조물을 포함한다.Embodiments of the present disclosure include photoactive devices, such as radiation emitting structures (e.g., LEDs), that are adapted to provide an improved distribution of electron holes across multiple quantum well structures during driving of the photoactive devices And a multiple quantum well structure having an energy band structure.
도 1은 본 개시의 복사 방출 반도체 장치(100)의 예시적인 실시예를 나타낸다. 반도체 장치(100)는 예를 들어 LED를 포함할 수 있다. 반도체 장치(100)에 의해 나타나는 단순화된 에너지 밴드 다이어그램이 도 1의 반도체 장치(100) 상부로 도시된다. 에너지 밴드 구조 내의 다른 영역들은 각각 이들이 상응하는 반도체 장치(100)의 영역들과 정렬된다.1 shows an exemplary embodiment of a radiation emitting
도 1에서 도시된 것과 같이, 복사 방출 반도체 장치(100)는 제1 베이스 영역(102), 제2 베이스 영역(104), 및 제1 베이스 영역(102)과 제2 베이스 영역(104) 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물(106)을 포함한다.1, the radiation emitting
다중 양자 우물 구조물(106)은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들을 포함한다. 예를 들어, 도 1의 실시예에서, 반도체 장치(100)는 제1 양자 우물 영역(108), 제2 양자 우물 영역(110), 제3 양자 우물 영역(112) 및 제4 양자 우물 영역(114)을 포함한다. 그러나, 추가적인 실시예들에서 복사 방출 반도체 장치(100)는 오직 세 개의 양자 우물 영역들 또는 4 개보다 많은 양자 우물 영역들을 포함할 수 있다.The multiple
양자 우물 영역들(108-114) 각각은 제1 베이스 영역(102) 및 제2 베이스 영역(104) 사이에서 연장하는 방향으로 개별적인 우물 영역 두께(115)를 갖는다. 양자 우물 영역들(108-114)의 개별적인 우물 영역 두께들(115)은 동일하거나 다를 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 개별적인 우물 영역 두께들(115) 각각은 약 2 나노미터 또는 그 이상이며, 약 5 나노미터 또는 그 이상, 약 10 나노미터 또는 그 이상, 약 20 나노미터 또는 그 이상까지일 수 있다.Each of the quantum well regions 108 - 114 has a respective
도 1의 실시예에서, 제1 양자 우물 영역(108)은 제1 베이스 영역(102)에 근접하여 위치하고, 제4 양자 우물 영역(114)은 제2 베이스 영역(104)에 근접하여 위치한다. 따라서, 제2 양자 우물 영역(110)보다 제1 양자 우물 영역(108)이 제1 베이스 영역(102)에 더 가까이 위치하며, 제3 양자 우물 영역(112)보다 제2 양자 우물 영역(110)이 제1 베이스 영역(102)에 더 가까이 위치하고, 제4 양자 우물 영역(114)보다 제3 양자 우물 영역(112)이 제1 베이스 영역(102)에 더 가까이 위치한다. 유사하게, 제4 양자 우물 영역(114)이 제3 양자 우물 영역(112)보다 제2 베이스 영역(104)에 더 가까이 위치하며, 제3 양자 우물 영역(112)이 제2 양자 우물 영역(110)보다 제2 베이스 영역(104)에 더 가까이 위치하며, 제2 양자 우물 영역(110)이 제1 양자 우물 영역(108)보다 제2 베이스 영역(104)에 더 가까이 위치한다.In the embodiment of FIG. 1, the first
배리어 영역은 인접한 양자 우물 영역들(108-114) 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같이, 제1 배리어 영역(116)은 제1 양자 우물 영역(108) 및 제2 양자 우물 영역(110) 사이에 배치되고, 제2 배리어 영역(118)은 제2 양자 우물 영역(110) 및 제3 양자 우물 영역(112) 사이에 배치되며, 제3 배리어 영역(120)은 제3 양자 우물 영역(112) 및 제4 양자 우물 영역(114) 사이에 배치된다.The barrier region may be disposed between adjacent quantum well regions 108-114. 1, a
배리어 영역들(116-120) 각각은 제1 베이스 영역(102) 및 제2 베이스 영역(104) 사이에서 연장하는 방향으로 개별적인 배리어 영역 두께(121)를 갖는다. 배리어 영역들(116-120)의 개별적인 배리어 영역 두께들(121)은 동일하거나 다를 수 있다. 개별적인 배리어 영역 두께들(121) 각각은 양자 우물 영역들(108-114) 사이의 배리어 영역들(116-120)을 통한 전자들의 터널링(tunneling)을 방지하도록 우물 영역 두께들(115)보다 크거나 같을 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 개별적인 배리어 영역 두께들(121) 각각은 약 2 나노미터 또는 그 이상이며, 약 5 나노미터 또는 그 이상, 약 10 나노미터 또는 그 이상, 약 15 나노미터 또는 그 이상, 약 20 나노미터 또는 그 이상까지일 수 있다.Each of the barrier regions 116-120 has a respective
다중 양자 우물 구조물(106)은 제1 베이스 영역(102) 및 제2 베이스 영역(104) 사이에서 연장하는 방향으로 예를 들어 약 10 나노미터 또는 그 이상, 약 20 나노미터 또는 그 이상, 약 50 나노미터 또는 그 이상, 약 85 나노미터 또는 그 이상, 약 140 나노미터 또는 그 이상까지인 총 구조물 두께(122)를 가질 수 있다.The
제1 베이스 영역(102)은 n형 반도체 물질을 포함할 수 있고, 제2 베이스 영역(104)은 p형 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 제1 베이스 영역(102) 및 제2 베이스 영역(104) 각각은 InzGa1- zN (z는 약 0.02 내지 약 0.17)와 같은 III-V족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 제1 베이스 영역(102)은 진성(intrinsic) 또는 도핑된 n형 III-V족 반도체 물질일 수 있고, 제2 베이스 영역(104)은 진성 또는 도핑된 p형 반도체 물질일 수 있다.The
제1 베이스 영역(102)은 제1 도전 콘택(conductive contact)(142)에 전기적으로, 그리고 구조적으로 연결될 수 있고, 제2 베이스 영역(104)은 제2 도전 콘택(144)에 전기적으로, 그리고 구조적으로 연결될 수 있다. 제1 도전 콘택(142) 및 제2 도전 콘택(144) 각각은 예를 들어 하나 또는 그 이상의 금속들(예를 들어, 알루미늄, 티타늄, 백금, 니켈, 금 등) 또는 금속 합금들을 포함할 수 있고, 이러한 금속들 또는 금속 합금들의 다수의 층들을 포함할 수 있다. 추가적인 실시예들에서, 제1 도전 콘택(142) 및/또는 제2 도전 콘택(144)은 각각 도핑되거나 또는 진성 n형 또는 p형 반도체 물질을 포함할 수 있다. The
금속들 및 금속 합금들은 반도체 장치(100)의 구동 과정에서 다중 양자 우물 구조물(106) 내에서 생성된 전자기 복사의 파장 또는 파장들에 대해 투명하지 않을 수 있다. 따라서, 도 1에 도시된 것과 같이, 제2 도전 콘택(144)은 제2 베이스 영역(104)의 전체 표면을 커버하지 않을 수 있다. 예를 들어, 제2 도전 콘택(144)은 하나 또는 그 이상의 어퍼쳐들(apertures)이 제2 도전 콘택(144)을 관통해 연장하도록 패터닝될 수 있다. 이러한 구성에서, 반도체 장치(100)로부터 밖으로 투과될(transmitted) 다중 양자 우물 구조물(106) 내에서 생성되는 복사는 제2 베이스 영역(104)을 통해 제2 도전 콘택(144)을 통과한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 제1 도전 콘택(142)은 제2 도전 콘택(144)을 참조로 설명한 것과 같이 패터닝될 수 있다.The metals and metal alloys may not be transparent to the wavelengths or wavelengths of the electromagnetic radiation generated in the multiple
도 1의 에너지 밴드 다이어그램을 참조하면, 제1 도전 콘택(142) 및 제1 베이스 영역(102)은 다중 양자 우물 구조물(106)에 전자들(146)을 공급할 수 있다. 제2 도전 콘택(144) 및 제2 베이스 영역(104)은 다중 양자 우물 구조물(106)에 전자 정공들(148)을 공급할 수 있다. 이전에 언급한 것과 같이, 전자들(146)은 전자 정공들(148)에 대하여 다중 양자 우물 구조물(106) 내에서 더 높은 이동도를 보일 수 있다. 따라서, 이전에 알려진 장치들에서, 제1 베이스 영역(102) 및 제2 베이스 영역(104) 사이의 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로질러 전압이 인가될 때, 전자들(146)이 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로질러 상대적으로 균일하게 분포할 수 있을지라도, 전자 정공들(148)은 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로질러 더욱 불균일하게 분포할 수 있고, 제2 베이스 영역(104)에 가장 가까운 상기 양자 우물 영역들 내에 더욱 높게 집중될 수 있다. 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로질러 전자 정공들(148)의 이러한 불균일한 분포는 요구되지 않는, 전자(146) 및 전자 정공(148) 쌍들의 비복사형 오제 재결합(non-radiant Auger recombination)의 확률을 증가시킨다.Referring to the energy band diagram of FIG. 1, the first
전술한 것과 같이, 본 개시의 실시예들의 다중 양자 우물 구조물(106)은 반도체 장치(100)의 구동 과정에서 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로질러 전자 정공들(148)의 향상된 분포를 제공하도록 맞춰진 에너지 밴드 구조를 갖는다. As described above, the multiple quantum well structure 106 of embodiments of the present disclosure is configured to provide an improved distribution of electron holes 148 across the multiple
도 1의 에너지 밴드 다이어그램을 계속 참조하면, 양자 우물 영역들(108-114)은 양자 우물 영역들(108-114) 각각에 밴드갭 에너지(132)를 제공하도록 선택된 물질 조성 및 구조적 구성을 가질 수 있다. 도 1에 도시된 실시예에서, 밴드갭 에너지(132)는 다른 양자 우물 영역들(108-114) 내에서 적어도 실질적으로 동일하다. 추가적인 실시예들에서, 하나 또는 그 이상의 양자 우물 영역들(108-114)의 밴드갭 에너지(132)는 다른 양자 우물 영역들(108-114)의 밴드갭 에너지와 다를 수 있다.Continuing with the energy band diagram of Figure 1, the quantum well regions 108-114 may have a material composition and a structural configuration selected to provide
배리어 영역들(116-120)은 배리어 영역들(116-120) 각각에 개별적인 밴드갭 에너지들(124-128)을 제공하도록 선택된 물질 조성 및 구조적 구성을 가질 수 있다. 도 1의 에너지 밴드 다이어그램에 도시된 것과 같이, 제1 배리어 영역(116) 내의 밴드갭 에너지(124)는 제2 배리어 영역(118) 내의 밴드갭 에너지(126)보다 클 수 있고, 제2 배리어 영역(118) 내의 밴드갭 에너지(126)는 제3 배리어 영역(120) 내의 밴드갭 에너지(128)보다 클 수 있다. 게다가, 양자 우물 영역들(108-114)의 밴드갭 에너지들(132) 각각은 배리어 영역들(116-120)의 밴드갭 에너지들(124-128) 각각보다 작을 수 있다.The barrier regions 116-120 may have a material composition and a structural configuration selected to provide respective band gap energies 124-128 in each of the barrier regions 116-120. 1, the
이러한 구성에서, 제4 양자 우물(114) 및 제3 양자 우물(112) 사이의 전자 정공 에너지 배리어(136)는 제3 양자 우물(112) 및 제2 양자 우물(110) 사이의 전자 정공 에너지 배리어(138)보다 작을 수 있고, 제3 양자 우물(112) 및 제2 양자 우물(110) 사이의 전자 정공 에너지 배리어(138)는 제2 양자 우물(110) 및 제1 양자 우물(108) 사이의 전자 정공 에너지 배리어(140)보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 배리어 영역들(116-120)을 가로질러 전자 정공 에너지 배리어들(136-140)은 제2 베이스 영역(104)으로부터(다중 양자 우물 구조물(106)에 전자 정공들(148)을 공급하는) 제1 베이스 영역(102)까지 연장하는 방향으로 다중 양자 우물 구조물(106)을 가로지르는 계단식의 방식으로 증가할 수 있다. 전자 정공 에너지 배리어들(136-140)은 양자 우물 영역들(108-114) 및 인접한 배리어 영역들(116-120) 사이의 계면들을 가로지르는 밸런스 밴드(valence band)의 에너지들의 차이들이다. 제2 베이스 영역(104)으로부터 제1 베이스 영역(102)을 향해 이동할 때 배리어 영역들(116-120)을 가로질러 증가하는 전자 정공 에너지 배리어들(136-140)의 결과로, 다중 양자 우물 구조물(106) 내에서 전자 정공들(148)의 더욱 균일한 분포가 달성될 수 있고, 이는 복사 방출 반도체 장치(100)의 구동 과정에서 향상된 효율을 가져올 수 있다.In this configuration, the electron
이전에 언급한 것과 같이, 배리어 영역들(116-120)은 배리어 영역들(116-120) 각각에 다른 개별적인 밴드갭 에너지들(124-128)을 제공하도록 선택된 물질 조성 및 구조적 구성을 가질 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 배리어 영역들(116-120) 각각은 InyGa1- yN (y는 적어도 약 0.05)와 같은 3원계(ternary) III족 질화물을 포함할 수 있다. 배리어 영역들(116-120)의 InyGa1- yN 내의 인듐 함량이 증가하는 것(즉, y 값이 증가하는 것)은 배리어 영역들(116-120)의 밴드갭 에너지를 감소시킬 수 있다. 따라서, 제2 배리어 영역(118)은 제1 배리어 영역(116)에 비해 더 높은 인듐 함량을 가질 수 있고, 제3 배리어 영역(120)은 제2 배리어 영역(118)에 비해 더 높은 인듐 함량을 가질 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 제1 배리어 영역(116)은 InyGa1- yN (y가 약 0.05 내지 약 0.15)을 포함할 수 있고, 제2 배리어 영역(118)은 InyGa1- yN (y가 약 0.10 내지 약 0.20)을 포함할 수 있으며, 제3 배리어 영역(120)은 InyGa1- yN (y가 약 0.15 내지 약 0.25)을 포함할 수 있다.As previously mentioned, barrier regions 116-120 may have selected material compositions and structural configurations to provide different respective band gap energies 124-128 in barrier regions 116-120, respectively . In an exemplary, non-limiting manner, each of the barrier regions 116-120 may comprise a ternary Group III nitride such as In y Ga 1- y N (y is at least about 0.05). The increase in indium content (i.e., the increase in y value) in In y Ga 1- y N of the barrier regions 116-120 can reduce the band gap energy of the barrier regions 116-120 have. The
양자 우물 영역들(108-114)은 또한 InxGa1- xN (x가 적어도 약 0.12, 또는 약 0.17 이상까지일 수 있는)와 같은 3원계 III족 질화물을 포함할 수 있다.The quantum well regions 108-114 may also include a ternary Group III nitride such as In x Ga 1- x N (where x may be at least about 0.12, or up to about 0.17 or more).
전술한 양자 우물 영역들(108-114) 및 배리어 영역들(116-120)은 일반적으로 III-V족 반도체 물질(예를 들어, 인듐 갈륨 질화물(InGaN)과 같은 3원계 III족 질화물)의 평면 층을 포함할 수 있다. III-V족 반도체 물질의 층들은 결정질일 수 있고, III-V족 반도체 물질의 단결정을 포함할 수 있다.The quantum well regions 108-114 and the barrier regions 116-120 described above are generally formed on a plane of a III-V semiconductor material (e.g., a ternary Group III nitride such as indium gallium nitride (InGaN)). Layer. The layers of III-V semiconductor material may be crystalline and may comprise a single crystal of a III-V semiconductor material.
본 기술에서 알려진 바와 같이, 결정질 III-V족 반도체 물질의 층들은 일반적으로 III-V족 반도체 물질의 결정 격자 내에 일부 양의 결함들을 포함한다. 이러한 결정 구조 내의 결함들은 예를 들어 점 결함들 및 선 결함들(예를 들어 스레딩 전위들)을 포함할 수 있다. 이러한 결함들은 III-V족 반도체 물질의 층들을 포함하는 광활성 장치들의 성능에 유해하다.As is known in the art, layers of crystalline III-V semiconductor material generally include some amount of defects within the crystal lattice of the III-V semiconductor material. Defects in such a crystal structure may include, for example, point defects and line defects (e. G., Threading dislocations). These defects are detrimental to the performance of photoactive devices comprising layers of III-V semiconductor material.
결정질 III-V족 반도체 물질의 층들은 하부 기판의 표면 상에 III-V족 반도체 물질의 층들을 에피택시 성장시키는 것에 의해 제조될 수 있고, 하부 기판은 결정질 III-V족 반도체 물질의 결정 격자와 유사하지만 약간 다른 결정 격자를 갖는다. 그 결과, 결정질 III-V족 반도체 물질이 다른 하부 기판 물질 상으로 성장될 때, 결정질 III-V족 반도체 물질의 결정 격자가 기계적으로 스트레인될 수 있다. 이러한 스트레인의 결과로, 성장 과정에서 III-V족 반도체 물질 층의 두께가 증가할수록, 일부 임계 두께에서 전위들과 같은 결함들이 에너지적으로 유리해지고 그 내부에 스트레스가 쌓이는 것을 경감하도록 III-V족 반도체 물질의 층 내부에 결함들이 형성될 때까지, III-V족 반도체 물질의 층 내부의 스트레스가 증가한다.The layers of crystalline III-V semiconductor material may be prepared by epitaxially growing layers of a III-V semiconductor material on the surface of the bottom substrate, wherein the bottom substrate comprises a crystalline lattice of crystalline III- Have similar but slightly different crystal lattices. As a result, when the crystalline III-V semiconductor material is grown onto another underlying substrate material, the crystal lattice of the crystalline III-V semiconductor material can be mechanically strained. As a result of this strain, as the thickness of the layer of III-V semiconductor material in the growth process increases, defects such as dislocations in some critical thicknesses become energetically favorable and the III- The stress inside the layer of III-V semiconductor material increases until defects are formed within the layer of semiconductor material.
인듐 갈륨 질화물(InGaN)의 층들을 에피택시 퇴적할 때, 인듐 갈륨 질화물의 층들의 임계 두께는 인듐 함량이 증가함에 따라 감소한다. 따라서, 상대적으로 높은 층 두께들을 가지며 상대적으로 내부의 결함들의 낮은 농도들을 갖는, 상대적으로 높은 인듐 농도의 인듐 갈륨 질화물 층들을 제조하는 것이 어렵거나 불가능할 수 있다.When the layers of indium gallium nitride (InGaN) are deposited epitaxially, the critical thickness of the layers of indium gallium nitride decreases as the indium content increases. Thus, it may be difficult or impossible to manufacture indium gallium nitride layers with relatively high indium concentrations, having relatively high layer thicknesses and relatively low concentrations of internal defects.
이러한 어려움들을 극복하기 위하여, 최근에 개발된 방법들이 여기 앞서 기술한 인듐 갈륨 질화물과 같은 3원계 III족 질화물의 양자 우물 영역들(108-114) 및 배리어 영역들(116-120)을 포함하는 다중 양자 우물 구조물(106)을 제조하는 데 사용될 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 2010년 2월 11일에 Guenard et al.에 의해 공개된 미국 특허 출원 공개공보 제2010/0032793호, 2010년 7월 15일에 Letertre et al.에 의해 공개된 미국 특허 출원 공개공보 제2010/0176490호, 또는 2010년 5월 6일에 Arena et al.에 의해 공개된 미국 특허 출원 공개공보 제2010/0109126호 중 임의의 것에 설명된 것과 같은 방법들이 여기 설명된 복사 방출 반도체 장치(100)의 다중 양자 우물 구조물(106)을 제조하는 데 사용될 수 있다.In order to overcome these difficulties, recently developed methods have been developed for multi-quantum wells including the quantum well regions 108-114 and barrier regions 116-120 of a ternary Group III nitride such as indium gallium nitride, Can be used to fabricate the
여기 설명된 것과 같은 복사 방출 반도체 장치(100)의 다중 양자 우물 구조물(106)을 제조하는 데 사용될 수 있는 방법들의 비한정적인 예시들이 도 2 내지 도 5를 참조로 아래에 설명된다.Non-limiting examples of methods that may be used to fabricate the multiple quantum well structure 106 of the radiation emitting
도 2를 참조하면, 기판(152)은 베이스 기판(156) 상의 스트레인된 반도체 물질 층(158)을 포함하며, 그 사이에 개재된 스트레인 완화층(154)을 구비하도록 제공될 수 있다. 베이스 기판(156)은 예를 들어, 사파이어, 실리콘 카바이드, 실리콘 및 금속 물질(예를 들어, 몰리브덴, 탄탈륨 등) 중 임의의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 스트레인 완화층(154)은 예를 들어 실리케이트 글래스(silicate glass), 포스포실리케이트 글래스(phosphosilicate glass), 보로실리케이트 글래스(borosilicate glass) 또는 보로포스포실리케이트 글래스(borophosphosilicate glass)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 스트레인된 반도체 물질(158)은 궁극적으로 그 상부에 전술한 다중 양자 우물 구조물(106)을 형성하도록, 상부에 복수의 층들을 에피택시 퇴적시키기 위한 시드층(seed layer)으로 사용될 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 스트레인된 반도체 물질 층(158)은 InzGa1- zN (z는 약 0.06 내지 약 0.08)을 포함할 수 있다.2, a
스트레인된 반도체 물질 층(158)은 III-V족 반도체 물질을 포함할 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 스트레인된 반도체 물질 층(158)은 갈륨 질화물 (GaN), 인듐 갈륨 질화물 (InxGa1- xN) 및 알루미늄 갈륨 질화물 (AlxGa1- xN) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The strained
도 3을 참조하면, 복수의 개구부들(160)이 스트레인된 반도체 물질 층(158)을 관통하여 연장하도록 형성될 수 있다. 예시적이고 비한정적인 방식으로, 마스크 및 식각(etching) 공정은 스트레인된 반도체 물질 층(158)을 관통하는 개구부들(160)을 형성하는 데 사용될 수 있다. 스트레인된 반도체 물질 층(158)을 관통하는 개구부들(160)을 형성한 이후에, 스트레인된 반도체 물질 층(158)의 잔류 부분을 도 4에 도시된 것과 같이 완화된 반도체 물질(162)의 적어도 일 부피로 변형시키도록, 상기 구조물은, 스트레인된 반도체 물질 층(158)의 잔류 부분 내에 스트레스 및/또는 스트레인의 수반하는 완화를 가능하게 하는 방식으로 스트레인 완화층(154)이 소성적으로(plastically) 또는 탄성적으로(elastically) 변형될 수 있는 온도에서 열처리가 가해질 수 있다.Referring to FIG. 3, a plurality of
도 5를 참조하면, 완화된 반도체 물질(162)의 일 부피 상으로 복수의 III-V족 반도체 물질 부피들을 순차적으로 에피택시 퇴적시킴에 의해 복사 방출 반도체 장치(100)(도 1)의 다양한 층들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전술한 것과 같은 조성 및 구성을 갖는 n형 3원계 III족 질화물의 제1 베이스 영역(102)이 완화된 반도체 물질(162)의 상기 부피 상에 에피택시 퇴적될 수 있다. 이후, 전술한 것과 같은 조성 및 구성을 갖는 3원계 III족 질화물을 포함하는 양자 우물 영역들(108-114) 및 배리어 영역들(116-120)이 제1 베이스 영역(102) 상에 에피택시 퇴적되어 다중 양자 우물 구조물(106)을 형성할 수 있다. 전술한 것과 같은 조성 및 구성을 갖는 p형 반도체 물질의 제2 베이스 영역(104)은 다중 양자 우물 구조물(106) 상에 에피택시 퇴적될 수 있다.Referring to FIG. 5, various layers of the radiation emitting semiconductor device 100 (FIG. 1) are formed by sequentially epitaxially depositing a plurality of III-V semiconductor material volumes onto a volume of the
일부 실시예들에서, 제1 베이스 영역(102)으로의 접근을 제공하도록, 예를 들어 그 상부에 하나 또는 그 이상의 전기적 콘택들 또는 콘택 층들을 형성하도록 기판(152)이 제거될 수 있다. 하나 또는 그 이상의 식각 공정, 연마(grinding) 공정, 화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing, CMP) 공정, 레이저 어블레이션(laser ablation) 공정 및 등록상표 스마트컷(SMART CUT®) 공정이 기판(152)을 제거하는 데 사용될 수 있다. 제1 도전 콘택(142)은 이후 제1 베이스 영역(102) 상에 형성되거나, 달리 제공될 수 있고, 제2 도전 콘택(144)은 이후 제2 베이스 영역(104) 상에 형성되거나, 달리 제공될 수 있다.In some embodiments, the
본 개시의 추가적인 비한정적 예시 실시예들이 아래에 제공된다.Additional non-limiting exemplary embodiments of the present disclosure are provided below.
실시예 1: n형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제1 베이스 영역; p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역; 및 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물;을 포함하며, 상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 및 적어도 두 개의 배리어 영역들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제1 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제2 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 제1 양자 우물 영역은 상기 제3 양자 우물 영역보다 상기 제1 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며, 상기 제3 양자 우물 영역은 상기 제1 양자 우물 영역보다 상기 제2 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며; 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 가지며, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 가지며; 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어는 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작은 것을 특징으로 하는 복사 방출 반도체 장치.Example 1: A first base region comprising an n-type III-V semiconductor material; a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material; And a multiple quantum well structure disposed between the first base region and the second base region, wherein the multiple quantum well structure includes at least three quantum well regions and at least two barrier regions, Wherein a first barrier region of the two barrier regions is disposed between a first one of the at least three quantum well regions and a second quantum well region and a second one of the at least two barrier regions comprises a first quantum well region and a second quantum well region, Wherein the second quantum well region is disposed between the second quantum well region and the third quantum well region of at least three quantum well regions, the first quantum well region being closer to the first base region than the third quantum well region, The third quantum well region being located closer to the second base region than the first quantum well region; Wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region has a well region thickness of at least about 2 nanometers in a direction extending between the first base region and the second base region Wherein each of the first barrier region and the second barrier region has a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses in a direction extending between the first base region and the second base region; Wherein the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region.
실시예 2: 실시예 1의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 3원계 III족 질화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 2: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 1, wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region includes a ternary Group III nitride.
실시예 3: 실시예 2의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 3원계 III족 질화물은 InxGa1-xN을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 3: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 2, wherein the ternary Group III nitride includes In x Ga 1-x N.
실시예 4: 실시예 3의 복사 방출 반도체 장치로서, x는 적어도 약 0.12인 것을 특징으로 한다.Embodiment 4: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 3, wherein x is at least about 0.12.
실시예 5: 실시예 1 내지 실시예 4 중 임의의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 3원계 III족 질화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 5 Any of the radiation-emitting semiconductor devices of Embodiments 1 to 4, wherein each of the first barrier region and the second barrier region includes a ternary Group III nitride.
실시예 6: 실시예 5의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 3원계 III족 질화물은 InyGa1- yN을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 6: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 5, wherein the ternary Group III nitride in the first barrier region and the second barrier region includes In y Ga 1- y N.
실시예 7: 실시예 6의 복사 방출 반도체 장치로서, y는 적어도 약 0.05인 것을 특징으로 한다.Embodiment 7: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 6, wherein y is at least about 0.05.
실시예 8: 실시예 1 내지 실시예 4 중 임의의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 2원계(binary) III족 질화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 8: An optional radiation emitting semiconductor device according to any one of Embodiments 1 to 4, wherein each of the first barrier region and the second barrier region includes a binary Group III nitride.
실시예 9: 실시예 8의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 2원계 III족 질화물은 GaN을 포함하는 것을 특징으로 한다.Embodiment 9: A radiation emitting semiconductor device according to Embodiment 8, wherein the binary Group III nitride of the first barrier region and the second barrier region includes GaN.
실시예 10: 실시예 1 내지 실시예 9 중 임의의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 우물 영역 두께는 적어도 약 5 나노미터인 것을 특징으로 한다.Embodiment 10: A radiative emission semiconductor device as in any of the embodiments 1 to 9, wherein the well region region thickness of each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 5 Nanometer.
실시예 11: 실시예 10의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 우물 영역 두께는 적어도 약 10 나노미터인 것을 특징으로 한다.11. The radiation emitting semiconductor device of embodiment 10 wherein the thickness of the well region of each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 10 nanometers do.
실시예 12: 실시예 11의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 우물 영역 두께는 적어도 약 20 나노미터인 것을 특징으로 한다.12. The radiation emitting semiconductor device of embodiment 11 wherein the thickness of the well region of each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 20 nanometers do.
실시예 13: 실시예 1 내지 실시예 12 중 임의의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 제1 배리어 영역은 제1 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 제2 배리어 영역은 제2 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 제2 밴드갭 에너지는 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 것을 특징으로 한다.13. The radiating semiconductor device of any one of embodiments 1 to 12 wherein the first barrier region has a first band gap energy and the second barrier region has a second band gap energy, And the two band gap energy is smaller than the first band gap energy.
실시예 14: 실시예 1 내지 실시예 13 중 임의의 복사 방출 반도체 장치로서, 상기 다중 양자 우물 구조물은 하나 또는 그 이상의 추가적인 양자 우물 영역들 및 하나 또는 그 이상의 추가적인 배리어 영역들을 더 포함하며, 상기 다중 양자 우물 구조물 내의 상기 인접한 양자 우물 영역들 사이의 전자 정공 에너지 배리어들이, 상기 제1 베이스 영역으로부터 상기 제2 베이스 영역까지 상기 다중 양자 우물 구조물을 가로질러 계단식으로 감소한다.14. A radiating semiconductor device as in any of the embodiments 1 to 13, wherein the multiple quantum well structure further comprises one or more additional quantum well regions and one or more additional barrier regions, Electron hole energy barriers between the adjacent quantum well regions in the quantum well structure decrease stepwise across the multiple quantum well structure from the first base region to the second base region.
실시예 15: n형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제1 베이스 영역; p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역; 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물;을 포함하며, 상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 및 적어도 두 개의 배리어 영역들을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제1 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제2 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 제1 양자 우물 영역은 상기 제3 양자 우물 영역보다 상기 제1 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며, 상기 제3 양자 우물 영역은 상기 제1 양자 우물 영역보다 상기 제2 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며; 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 InxGa1- xN을 포함하며, 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 가지며, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 InyGa1-yN을 포함하며, y는 적어도 약 0.5이고, 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크고 적어도 약 2 나노미터인 배리어 영역 두께를 가지며; 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어는 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작은 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치.Example 15: A first base region comprising an n-type III-V semiconductor material; a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material; A multi-quantum well structure disposed between the first base region and the second base region, the multi-quantum well structure including at least three quantum well regions and at least two barrier regions, Wherein a first barrier region of the at least two barrier regions is disposed between a first one of the at least three quantum well regions and a second quantum well region, Wherein the first quantum well region is disposed between the second quantum well region and the third quantum well region of the three quantum well regions, the first quantum well region being closer to the first base region than the third quantum well region, The third quantum well region is located closer to the second base region than the first quantum well region; Wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region includes In x Ga 1 - x N, and the direction extending between the first base region and the second base region Wherein each of the first barrier region and the second barrier region comprises In y Ga 1-y N, y is at least about 0.5, and the first base region and the second base region have a thickness of at least about 2 nanometers, A barrier region thickness greater than each of the well region thicknesses in a direction extending between the second base regions and at least about 2 nanometers; Wherein the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is less than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region. (LED).
실시예 16: 실시예 15의 장치로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 상기 우물 영역 두께는 적어도 약 5 나노미터인 것을 특징으로 한다.Embodiment 16: The apparatus of embodiment 15, wherein the well region thickness of each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 5 nanometers.
실시예 17: 실시예 15의 장치 또는 실시예 16의 장치로서, 상기 제1 배리어 영역은 제1 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 제2 배리어 영역은 제2 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 제2 밴드갭 에너지는 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 것을 특징으로 한다.Embodiment 17 The apparatus of Embodiment 15 or the apparatus of Embodiment 16 wherein the first barrier region has a first band gap energy and the second barrier region has a second band gap energy, And the energy is smaller than the first band gap energy.
실시예 18: 실시예 15의 장치 또는 실시예 17의 장치로서, 상기 다중 양자 우물 구조물은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 10 나노미터의 총 구조물 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.Embodiment 18 The apparatus of Embodiment 15 or the apparatus of Embodiment 17 wherein the multiple quantum well structure has a total structure thickness of at least about 10 nanometers in a direction extending between the first base region and the second base region .
실시예 19: 기판 상부에 복수의 III-V족 반도체 물질 부피들을 순차적으로 에피택시 퇴적하여, 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된 제1 배리어 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된 제2 배리어 영역을 포함하는 다중 양자 우물 구조물을 형성하는 단계; 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계; 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계; 및 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어가 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작도록 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 조성을 선택하는 단계;를 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.Example 19: Sequentially epitaxially depositing a plurality of III-V semiconductor material volumes on a substrate to form a first barrier region disposed between a first quantum well region and a second quantum well region and a second barrier region disposed between the second quantum well region And a second barrier region disposed between the third quantum well region and the second quantum well structure; Forming the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region each to have a well region thickness of at least about 2 nanometers; Forming each of the first barrier region and the second barrier region to have a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses; And an electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than an electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region, And selecting the composition of each of the second quantum well region and the third quantum well region.
실시예 20: 실시예 19의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 3원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 20: The method of Embodiment 19, further comprising the step of forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region so as to include a ternary Group III nitride.
실시예 21: 실시예 20의 방법으로서, 상기 3원계 III족 질화물이 InxGa1- xN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 21: The method of embodiment 20 further comprises the step of selecting the ternary Group III nitride to include In x Ga 1- x N.
실시예 22: 실시예 21의 방법으로서, x가 적어도 약 0.12이도록 상기 InxGa1- xN을 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 22: The method of embodiment 21 further comprising forming the In x Ga 1- x N such that x is at least about 0.12.
실시예 23: 실시예 22의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 3원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 23: The method of embodiment 22, further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region so as to include ternary Group III nitride.
실시예 24: 실시예 23의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 3원계 III족 질화물이 InyGa1- yN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 24: The method of embodiment 23, further comprising the step of selecting the ternary Group III nitride of the first barrier region and the second barrier region to include In y Ga 1- y N.
실시예 25: 실시예 24의 방법으로서, y가 적어도 약 0.05이도록 상기 InyGa1- yN을 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 25: The method of embodiment 24 further comprising forming the In y Ga 1- y N such that y is at least about 0.05.
실시예 26: 실시예 19 내지 실시예 22 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 2원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 26: The method of any one of embodiments 19-22, further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region to include a binary Group III nitride.
실시예 27: 실시예 26의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 2원계 III족 질화물이 GaN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 27: The method of embodiment 26 further comprising the step of selecting the binary Group III nitride of the first barrier region and the second barrier region to include GaN.
실시예 28: 실시예 19 내지 실시예 27 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 5 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.28. The method as in any of the embodiments 19-27, wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 5 nanometers To have a region thickness.
실시예 29: 실시예 28의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 10 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 29. The method of embodiment 28, wherein forming the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region each have a respective well region thickness of at least about 10 nanometers, .
실시예 30: 실시예 29의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 20 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 30: The method of embodiment 29, wherein forming the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region each have a respective well region thickness of at least about 20 nanometers .
실시예 31: 실시예 19 내지 실시예 30 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역이 제1 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계, 및 상기 제2 배리어 영역이 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 31. A method as in any of the embodiments 19-30, comprising forming the first barrier region to have a first band gap energy, and forming the second barrier region to have a second band gap energy greater than the first band gap energy To have a second second band gap energy.
실시예 32: 실시예 19 내지 실시예 27 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 다중 양자 우물 구조물이 적어도 약 10 나노미터의 총 구조물 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 32. The method of any one of embodiments 19-27, further comprising forming the multiple quantum well structure to have a total structure thickness of at least about 10 nanometers.
실시예 33: 스트레인 완화층 상으로 스트레인된 반도체 물질 층을 관통해 연장하는 복수의 개구부들을 형성하는 단계; 상기 스트레인된 반도체 물질 및 상기 스트레인 완화층을 열처리하고, 상기 스트레인 완화층의 변형 및 상기 스트레인된 반도체 물질의 완화를 유발하여 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피를 형성하는 단계; 상기 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피 상으로 복수의 III-V족 반도체 물질 부피들을 순차적으로 에피택시 퇴적하여, 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된 제1 배리어 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된 제2 배리어 영역을 포함하는 다중 양자 우물 구조물을 형성하는 단계; 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계; 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계; 및 상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어가 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작도록 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 조성을 선택하는 단계;를 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.Example 33: forming a plurality of openings extending through a layer of semiconductor material strained onto a strain relief layer; Heat treating the strained semiconductor material and the strain relief layer to cause deformation of the strain relief layer and relaxation of the strained semiconductor material to form at least one volume of the relaxed semiconductor material; Sequentially epitaxially depositing a plurality of III-V semiconductor material volumes onto at least one volume of the relaxed semiconductor material to form a first barrier region disposed between the first quantum well region and the second quantum well region, Forming a multiple quantum well structure comprising a first quantum well region, a second quantum well region and a second barrier region disposed between the first quantum well region and the third quantum well region; Forming the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region each to have a well region thickness of at least about 2 nanometers; Forming each of the first barrier region and the second barrier region to have a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses; And an electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than an electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region, And selecting the composition of each of the second quantum well region and the third quantum well region.
실시예 34: 실시예 33의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 3원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 34. The method of embodiment 33, further comprising the step of forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region so as to include a ternary Group III nitride.
실시예 35: 실시예 34의 방법으로서, 상기 3원계 III족 질화물이 InxGa1- xN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 35: The method of embodiment 34, further comprising the step of selecting the ternary Group III nitride to include In x Ga 1- x N.
실시예 36: 실시예 35의 방법으로서, x가 적어도 약 0.12이도록 상기 InxGa1- xN을 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 36: The method of embodiment 35 further comprising forming the In x Ga 1- x N such that x is at least about 0.12.
실시예 37: 실시예 33 내지 실시예 36 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 3원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 37: A method as in any of the embodiments 33-36, further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region to include a ternary Group III nitride.
실시예 38: 실시예 37의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 3원계 III족 질화물이 InyGa1- yN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 38: The method of embodiment 37, further comprising the step of selecting the ternary Group III nitride of the first barrier region and the second barrier region to include In y Ga 1- y N.
실시예 39: 실시예 38의 방법으로서, y가 적어도 약 0.05이도록 상기 InyGa1- yN을 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 39: The method of embodiment 38, further comprising forming the In y Ga 1- y N such that y is at least about 0.05.
실시예 40: 실시예 33 내지 실시예 36 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 2원계 III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 40: The method of any one of embodiments 33-36, further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region to include a binary Group III nitride.
실시예 41: 실시예 40의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 2원계 III족 질화물이 GaN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함한다.Example 41: The method of embodiment 40, further comprising the step of selecting the binary Group III nitride of the first barrier region and the second barrier region to include GaN.
실시예 42: 실시예 33 내지 실시예 41 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 5 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.42. The method of any one of embodiments 33-41 wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region is at least about 5 nanometers To have a region thickness.
실시예 43: 실시예 42의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 10 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 43. The method of embodiment 42, further comprising forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to have a respective well region thickness of at least about 10 nanometers .
실시예 44: 실시예 43의 방법으로서, 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 20 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 44. The method of embodiment 43, further comprising the step of forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to have a respective well region thickness of at least about 20 nanometers .
실시예 45: 실시예 33 내지 실시예 44 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 제1 배리어 영역이 제1 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계, 및 상기 제2 배리어 영역이 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 45. A method as in any of the embodiments 33-44, comprising forming the first barrier region to have a first band gap energy, and forming the second barrier region to have a second band gap energy greater than the first band gap energy To have a second second band gap energy.
실시예 46: 실시예 33 내지 실시예 41 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 다중 양자 우물 구조물이 적어도 약 10 나노미터의 총 구조물 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 46: The method of any one of embodiments 33-41, further comprising forming the multiple quantum well structure to have a total structure thickness of at least about 10 nanometers.
실시예 47: 실시예 33 내지 실시예 46 중 임의의 하나의 방법으로서, 상기 스트레인된 반도체 물질이 InzGa1- zN을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Embodiment 47. The method of any one of embodiments 33-46, further comprising forming the strained semiconductor material to include In z Ga 1- z N.
실시예 48: 실시예 47의 방법으로서, z가 적어도 약 0.06 내지 약 0.08이도록 상기 InzGa1-zN을 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 48: A method of Example 47, further comprising at least such that z is about 0.06 to about 0.08 the step of forming the In z Ga 1-z N.
실시예 49: 실시예 33 내지 실시예 48 중 임의의 하나의 방법으로서 상기 스트레인 완화층이 실리케이트 글래스, 포스포실리케이트 글래스, 보로실리케이트 글래스 및 보로포스포실리케이트 글래스 중 적어도 하나를 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함한다.Example 49: The method of any one of embodiments 33-48, wherein said strain relief layer is formed to include at least one of a silicate glass, a phosphosilicate glass, a borosilicate glass, and a borophosphosilicate glass .
특정한 예시적 실시예들을 참조로 본 발명이 여기서 설명되었으나, 이에 한정되는 것은 아니라는 것을 당업자들은 인식하고 이해할 것이다. 오히려, 예시적 실시예들에 대한 많은 부가들, 생략들 및 개선들이 여기에 청구된 것과 같은 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도에서 만들어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 예시적 실시예로부터의 특징들은 발명자들에 의해 고려될 수 있는 것과 같이 본 발명의 범위 내에서 포함되며 다른 실시예의 특징들과 조합될 수 있다.Those skilled in the art will recognize and appreciate that the invention has been described herein with reference to specific exemplary embodiments thereof, but is not limited thereto. Rather, many additions, omissions, and improvements to the exemplary embodiments may be made without departing from the scope of the present invention as claimed herein. For example, features from one exemplary embodiment are included within the scope of the present invention, as may be considered by the inventors, and may be combined with features of other embodiments.
Claims (20)
p형 III-V족 반도체 물질을 포함하는 제2 베이스 영역;
상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에 배치된 다중 양자 우물 구조물(multi-quantum well structure);을 포함하며,
상기 다중 양자 우물 구조물은 적어도 세 개의 양자 우물 영역들(quantum well regions ) 및 적어도 두 개의 배리어 영역들(barrier regions)을 포함하며, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제1 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 적어도 두 개의 배리어 영역들 중 제2 배리어 영역은 상기 적어도 세 개의 양자 우물 영역들 중 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치되고, 상기 제1 양자 우물 영역은 상기 제3 양자 우물 영역보다 상기 제1 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며, 상기 제3 양자 우물 영역은 상기 제1 양자 우물 영역보다 상기 제2 베이스 영역에 더 가깝게 위치하며;
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각은 InxGa1- xN을 포함하고 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께(well region thickness)를 가지며, 상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각은 InyGa1-yN을 포함하며, y는 적어도 약 0.5이고, 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크고 적어도 약 2 나노미터인 배리어 영역 두께(barrier region thickness)를 가지며; 및
상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어(electron hole energy barrier)는 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작은 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(light-emitting diode, LED)를 포함하는 장치.a first base region comprising an n-type III-V semiconductor material;
a second base region comprising a p-type III-V semiconductor material;
And a multi-quantum well structure disposed between the first base region and the second base region,
Wherein the multi-quantum well structure comprises at least three quantum well regions and at least two barrier regions, wherein a first one of the at least two barrier regions comprises at least three A second quantum well region and a second quantum well region of the at least two quantum well regions are disposed between a first quantum well region and a second quantum well region of the at least two barrier regions, Wherein the first quantum well region is located closer to the first base region than the third quantum well region and the third quantum well region is located between the first quantum well region and the second quantum well region, Located closer to the second base region;
Wherein each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region includes In x Ga 1 - x N and includes at least a first quantum well region and a second quantum well region in a direction extending between the first base region and the second base region Wherein each of the first barrier region and the second barrier region comprises In y Ga 1-y N, y is at least about 0.5, and the first barrier region and the second barrier region each have a thickness of about 2 nanometers, A barrier region thickness greater than each of said well region thicknesses in a direction extending between said base region and said second base region, said barrier region thickness being at least about 2 nanometers; And
Wherein an electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than an electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region. And at least one light-emitting diode (LED).
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역, 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 상기 우물 영역 두께는 적어도 약 5 나노미터인 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the thickness of the well region of each of the first quantum well region, the second quantum well region, and the third quantum well region is at least about 5 nanometers. ≪ RTI ID = 0.0 > .
상기 제1 배리어 영역은 제1 밴드갭 에너지(bandgap energy)를 가지고 상기 제2 배리어 영역은 제2 밴드갭 에너지를 가지며, 상기 제2 밴드갭 에너지는 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first barrier region has a first bandgap energy and the second barrier region has a second band gap energy and the second band gap energy is less than the first band gap energy. And at least one light emitting diode (LED).
상기 다중 양자 우물 구조물은 상기 제1 베이스 영역 및 상기 제2 베이스 영역 사이에서 연장하는 방향으로 적어도 약 10 나노미터인 총 구조물 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the multi-quantum well structure has a total structure thickness of at least about 10 nanometers in a direction extending between the first base region and the second base region. ≪ RTI ID = 0.0 > .
상기 제1 베이스 영역은 완화된 반도체 물질(relaxed semiconductor material)의 일 부피(volume)를 포함하는 것을 특징으로 하는 적어도 하나의 발광 다이오드(LED)를 포함하는 장치.The method according to claim 1,
Wherein the first base region comprises a volume of a relaxed semiconductor material. ≪ Desc / Clms Page number 13 >
상기 스트레인된 반도체 물질 및 상기 스트레인 완화층을 열처리하고, 상기 스트레인 완화층의 변형(deformation) 및 상기 스트레인된 반도체 물질의 완화(relaxation)를 유발하여 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피를 형성하는 단계;
상기 완화된 반도체 물질의 적어도 일 부피 상으로 복수의 III-V족 반도체 물질 부피들을 순차적으로 에피택시 퇴적하여, 제1 양자 우물 영역 및 제2 양자 우물 영역 사이에 배치된 제1 배리어 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 및 제3 양자 우물 영역 사이에 배치된 제2 배리어 영역을 포함하는 다중 양자 우물 구조물을 형성하는 단계;
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 2 나노미터의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계;
상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 상기 우물 영역 두께들 각각보다 크거나 같은 배리어 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계; 및
상기 제3 양자 우물 영역 및 상기 제2 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어가 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제1 양자 우물 영역 사이의 전자 정공 에너지 배리어보다 작도록 상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각의 조성을 선택하는 단계;를 포함하는 복사 방출 장치(radiation-emitting device)의 형성 방법.Forming a plurality of openings extending through a layer of semiconductor material strained onto a strain relaxation layer;
Heat treating the strained semiconductor material and the strain relief layer to cause deformation of the strain relief layer and relaxation of the strained semiconductor material to form at least one volume of the relaxed semiconductor material;
Sequentially epitaxially depositing a plurality of III-V semiconductor material volumes onto at least one volume of the relaxed semiconductor material to form a first barrier region disposed between the first quantum well region and the second quantum well region, Forming a multiple quantum well structure comprising a first quantum well region, a second quantum well region and a second barrier region disposed between the first quantum well region and the third quantum well region;
Forming the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region each to have a well region thickness of at least about 2 nanometers;
Forming each of the first barrier region and the second barrier region to have a barrier region thickness greater than or equal to each of the well region thicknesses; And
The first quantum well region and the second quantum well region are arranged such that the electron hole energy barrier between the third quantum well region and the second quantum well region is smaller than the electron hole energy barrier between the second quantum well region and the first quantum well region, Selecting a composition of each of the second quantum well region and the third quantum well region.
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 InxGa1- xN을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.The method according to claim 6,
Further comprising forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to include In x Ga 1- x N.
x가 적어도 약 0.12이도록 상기 InxGa1- xN을 형성하는(formulate) 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.8. The method of claim 7,
further comprising forming the In x Ga 1- x N so that x is at least about 0.12.
상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 InyGa1- yN을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.The method according to claim 6,
Further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region to include In y Ga 1- y N.
y가 적어도 약 0.05이도록 상기 InyGa1- yN을 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.10. The method of claim 9,
y & lt ; / RTI > is at least about 0.05. & lt ; RTI ID = 0.0 >
상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역 각각이 2원계(binary) III족 질화물을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.The method according to claim 6,
Further comprising forming each of the first barrier region and the second barrier region to include a binary Group III nitride.
상기 제1 배리어 영역 및 상기 제2 배리어 영역의 상기 2원계 III족 질화물이 GaN을 포함하도록 선택하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. 12. The method of claim 11,
Further comprising the step of selecting the binary Group III nitride in the first barrier region and the second barrier region to include GaN.
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 5 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. The method according to claim 6,
Further comprising forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to have a respective well region thickness of at least about 5 nanometers.
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 10 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. 14. The method of claim 13,
Further comprising forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to have a respective well region thickness of at least about 10 nanometers.
상기 제1 양자 우물 영역, 상기 제2 양자 우물 영역 및 상기 제3 양자 우물 영역 각각이 적어도 약 20 나노미터인 각각의 우물 영역 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. 15. The method of claim 14,
Further comprising forming each of the first quantum well region, the second quantum well region and the third quantum well region to have a respective well region thickness of at least about 20 nanometers.
상기 제1 배리어 영역이 제1 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계, 및 상기 제2 배리어 영역이 상기 제1 밴드갭 에너지보다 작은 제2 밴드갭 에너지를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. The method according to claim 6,
Forming the first barrier region to have a first band gap energy and forming the second barrier region to have a second band gap energy less than the first band gap energy, / RTI >
상기 다중 양자 우물 구조물이 적어도 약 10 나노미터인 총 구조물 두께를 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. The method according to claim 6,
Further comprising forming the multiple quantum well structure to have a total structure thickness of at least about 10 nanometers.
상기 스트레인된 반도체 물질이 InzGa1- zN을 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. The method according to claim 6,
Further comprising forming the strained semiconductor material to include In z Ga 1 - z N.
z가 약 0.02 내지 약 0.17이도록 상기 InzGa1- zN을 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법. 19. The method of claim 18,
such that z is about 0.02 to about 0.17 The method of forming a copy-emitting device further comprising the step of forming the In z Ga 1- z N.
상기 스트레인 완화층이 실리케이트 글래스(silicate glass), 포스포실리케이트 글래스(phosphosilicate glass), 보로실리케이트 글래스(borosilicate glass) 및 보로포스포실리케이트 글래스(borophosphosilicate glass) 중 적어도 하나를 포함하도록 형성하는 단계를 더 포함하는 복사 방출 장치의 형성 방법.The method according to claim 6,
Wherein the strain relief layer is formed to include at least one of silicate glass, phosphosilicate glass, borosilicate glass, and borophosphosilicate glass Wherein said radiation-emitting device is a light-emitting device.
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US13/362,866 US8471243B1 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same |
US13/362,866 | 2012-01-31 | ||
FR1251158A FR2986661B1 (en) | 2012-02-08 | 2012-02-08 | PHOTOACTIVE DEVICES WITH IMPROVED LOAD CARRIER DISTRIBUTION AND METHODS OF FORMING THE SAME |
FR1251158 | 2012-02-08 | ||
PCT/IB2012/002790 WO2013114152A1 (en) | 2012-01-31 | 2012-12-17 | Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20140119714A true KR20140119714A (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=47603854
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020147021211A KR20140119714A (en) | 2012-01-31 | 2012-12-17 | Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6155478B2 (en) |
KR (1) | KR20140119714A (en) |
CN (1) | CN104094419A (en) |
DE (1) | DE112012005796T5 (en) |
WO (1) | WO2013114152A1 (en) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR3004005B1 (en) * | 2013-03-28 | 2016-11-25 | Commissariat Energie Atomique | MULTI-QUANTUM WELL ELECTROLUMINESCENT DIODE AND ASYMMETRIC P-N JUNCTION |
JP6433248B2 (en) | 2014-11-07 | 2018-12-05 | スタンレー電気株式会社 | Semiconductor light emitting device |
JP6433247B2 (en) | 2014-11-07 | 2018-12-05 | スタンレー電気株式会社 | Semiconductor light emitting device |
JP6433246B2 (en) | 2014-11-07 | 2018-12-05 | スタンレー電気株式会社 | Semiconductor light emitting device |
JP6457784B2 (en) | 2014-11-07 | 2019-01-23 | スタンレー電気株式会社 | Semiconductor light emitting device |
DE102015100029A1 (en) | 2015-01-05 | 2016-07-07 | Osram Opto Semiconductors Gmbh | Optoelectronic component |
JP6651167B2 (en) | 2015-03-23 | 2020-02-19 | スタンレー電気株式会社 | Semiconductor light emitting device and method of manufacturing the same |
JP6387978B2 (en) * | 2016-02-09 | 2018-09-12 | 日亜化学工業株式会社 | Nitride semiconductor light emitting device |
JP6729644B2 (en) * | 2018-08-08 | 2020-07-22 | 日亜化学工業株式会社 | Nitride semiconductor light emitting device |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080035865A (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor light emitting device |
KR20100055302A (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-26 | 삼성엘이디 주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
WO2011061580A1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Methods of fabricating semiconductor structures and devices using glass bonding layers, and semiconductor structures and devices formed by such methods |
Family Cites Families (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4255168B2 (en) * | 1998-06-30 | 2009-04-15 | シャープ株式会社 | Nitride semiconductor manufacturing method and light emitting device |
JP2001077417A (en) * | 1999-08-31 | 2001-03-23 | Sharp Corp | Manufacture of nitride compound semiconductor light- emitting element |
JP3498697B2 (en) * | 2000-07-07 | 2004-02-16 | 日亜化学工業株式会社 | Nitride semiconductor device |
JP2003031902A (en) * | 2001-07-16 | 2003-01-31 | Denso Corp | Semiconductor laser |
KR100649749B1 (en) * | 2005-10-25 | 2006-11-27 | 삼성전기주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
JP5003527B2 (en) * | 2008-02-22 | 2012-08-15 | 住友電気工業株式会社 | Group III nitride light emitting device and method for fabricating group III nitride semiconductor light emitting device |
FR2931293B1 (en) * | 2008-05-15 | 2010-09-03 | Soitec Silicon On Insulator | PROCESS FOR MANUFACTURING AN EPITAXIA SUPPORT HETEROSTRUCTURE AND CORRESPONDING HETEROSTRUCTURE |
EP2151852B1 (en) | 2008-08-06 | 2020-01-15 | Soitec | Relaxation and transfer of strained layers |
KR20110063773A (en) | 2008-09-24 | 2011-06-14 | 에스.오.아이. 테크 실리콘 온 인슐레이터 테크놀로지스 | Methods of forming relaxed layers of semiconductor materials, semiconductor structures, devices and engineered substrates including same |
JP5315899B2 (en) * | 2008-09-30 | 2013-10-16 | 信越半導体株式会社 | Light emitting element |
FR2936903B1 (en) * | 2008-10-07 | 2011-01-14 | Soitec Silicon On Insulator | RELAXING A LAYER OF CONTAMINATED MATERIAL WITH APPLICATION OF A STIFFENER |
JP5907730B2 (en) | 2008-10-30 | 2016-04-26 | エス・オー・アイ・テック・シリコン・オン・インシュレーター・テクノロジーズ | Semiconductor material with reduced lattice strain, as well as containing semiconductor structures, devices, and methods of manufacturing processed substrates |
-
2012
- 2012-12-17 JP JP2014553817A patent/JP6155478B2/en active Active
- 2012-12-17 WO PCT/IB2012/002790 patent/WO2013114152A1/en active Application Filing
- 2012-12-17 KR KR1020147021211A patent/KR20140119714A/en not_active Application Discontinuation
- 2012-12-17 DE DE112012005796.1T patent/DE112012005796T5/en not_active Withdrawn
- 2012-12-17 CN CN201280068513.5A patent/CN104094419A/en active Pending
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20080035865A (en) * | 2006-10-20 | 2008-04-24 | 삼성전자주식회사 | Semiconductor light emitting device |
KR20100055302A (en) * | 2008-11-17 | 2010-05-26 | 삼성엘이디 주식회사 | Nitride semiconductor light emitting device |
WO2011061580A1 (en) * | 2009-11-18 | 2011-05-26 | S.O.I.Tec Silicon On Insulator Technologies | Methods of fabricating semiconductor structures and devices using glass bonding layers, and semiconductor structures and devices formed by such methods |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN104094419A (en) | 2014-10-08 |
WO2013114152A1 (en) | 2013-08-08 |
DE112012005796T5 (en) | 2014-10-16 |
JP2015506592A (en) | 2015-03-02 |
JP6155478B2 (en) | 2017-07-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8642995B2 (en) | Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same | |
KR20140119714A (en) | Photoactive devices with improved distribution of charge carriers, and methods of forming same | |
US9620676B2 (en) | Pseudomorphic electronic and optoelectronic devices having planar contacts | |
TWI474505B (en) | Group iii nitride based quantum well light emitting device structures with an indium containing capping structure | |
US9048389B2 (en) | Light emitting diode | |
EP2843714B1 (en) | Semiconductor light emitting device including hole injection layer and method of fabricating the same. | |
US8703512B2 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
TWI501423B (en) | Method for producing an optoelectronic nitride compound semiconductor component | |
US8823049B2 (en) | Light-emitting diode with current-spreading region | |
US20140191192A1 (en) | Semiconductor light-emitting device | |
EP2618388B1 (en) | Light-emitting diode chip | |
JP6111250B2 (en) | Optoelectronic parts | |
US9190270B2 (en) | Low-defect semiconductor device and method of manufacturing the same | |
KR20130078345A (en) | Nitride based light emitting device with excellent light efficiency using strain buffer layer | |
US8581276B2 (en) | Light emitting device and method of manufacturing the same | |
CN107230736B (en) | Semiconductor device and method for forming the same | |
Jani et al. | Design, growth, fabrication and characterization of high-band gap InGaN/GaN solar cells | |
JP2013247222A (en) | Nitride semiconductor light-emitting element and manufacturing method of the same | |
JP2022541527A (en) | Light emitting diode and manufacturing method | |
EP1401027B1 (en) | Group III nitride based light emitting diode with a superlattice structure | |
KR101198357B1 (en) | Light emission Diode and Manufacturing Method of the same | |
WO2009112020A2 (en) | Method for producing a plurality of optoelectronic semi-conductor chips and optoelectronic semi-conductor chip | |
KR20170015850A (en) | Ultra-violet nitride semiconductor light emitting device with excellent current injection efficiency | |
KR20150085950A (en) | light emitting diode including multiple quantum well structure and method for thereof | |
FR2986661A1 (en) | Device including light-emitting diode used to convert electromagnetic radiation into electrical energy comprises two base regions of n-type and p-type III-V semiconductor materials; and multi-quantum well structure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |