KR20150130331A - Light emitting diode semiconductor structures having active regions comprising ingan - Google Patents
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Abstract
반도체 구조는 복수의 InGaN의 층 사이에 활성 영역을 포함한다. 활성 영역은 적어도 실질적으로 InGaN으로 구성될 수 있다. 복수의 InGaN의 층은 InwGa1 - wN을 포함하는 적어도 하나의 우물 층, 및 적어도 하나의 우물 층 근방에 InbGa1 - bN을 포함하는 적어도 하나의 배리어 층을 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, 우물 층의 InwGa1-wN에서의 w의 값은 약 0.10 이상이고, 또는 일부 실시 예에 있어서는 약 0.40 이하일 수 있고, 적어도 하나의 배리어 층의 InbGa1 - bN에서의 b의 값은 약 0.01 이상이고, 약 0.10 이하일 수 있다. 반도체 구조를 형성하는 방법은 발광 장치, 예컨대 LED의 활성 영역을 형성하기 위해 InGaN의 이와 같은 층을 성장시키는 것을 포함한다. 발광 장치(luminary device)는 이와 같은 LED를 포함한다.The semiconductor structure includes an active region between the layers of a plurality of InGaN. The active region may be composed of at least substantially InGaN. The plurality of layers of InGaN comprises at least one well layer comprising In w Ga 1 - w N, and at least one barrier layer comprising In b Ga 1 - b N near at least one well layer. In some embodiments, the value of w in the well layer In w Ga 1-w N is about 0.10 or more, or some embodiments In about 0.40 can be up to, at least one of In b Ga of the barrier layer 1 in the - b The value of b in N may be greater than or equal to about 0.01 and less than or equal to about 0.10. A method of forming a semiconductor structure includes growing such a layer of InGaN to form an active region of a light emitting device, e.g., an LED. The luminous device includes such an LED.
Description
본 개시 내용은 반도체 구조 및 InGaN을 포함하는 활성 영역을 가지는 그와 같은 반도체 구조로부터 제조되는 발광 장치, 그와 같은 발광 장치를 제조하는 방법, 및 그와 같은 발광 장치를 포함하는 장치에 관한 것이다. The present disclosure relates to a light emitting device manufactured from such a semiconductor structure having a semiconductor structure and an active region including InGaN, a method of manufacturing such a light emitting device, and an apparatus including such a light emitting device.
발광 장치, 예컨대 발광 다이오드(light-emitting diodes, LEDs)는 전압이 양극과 음극 사이의 LED의 활성 영역을 가로질러 인가될 때 가시광 형태로 전자기 방사선을 방출하는 전자 장치이다. LED는 전형적으로 반도체 재료의 하나 이상의 층을 포함하고, 그 안에는 양극으로부터 공급되는 전자 및 음극으로부터 공급되는 정공이 재결합한다. 전자 및 정공이 LED의 활성 영역 내에서 재결합하기 때문에, 에너지는 LED의 활성 영역으로부터 방출되는 광자의 형태로 방출된다.Light emitting devices, such as light emitting diodes (LEDs), are electronic devices that emit electromagnetic radiation in the form of visible light when a voltage is applied across the active area of the LED between the anode and cathode. The LED typically comprises one or more layers of semiconductor material in which the electrons supplied from the anode and the holes supplied from the cathode recombine. Because electrons and holes recombine within the active region of the LED, energy is emitted in the form of photons emitted from the active region of the LED.
LED는 예를 들어, III-V 반도체 재료, 및 II-V 반도체 재료를 포함하는 넓은 범위의 다양한 종류의 반도체 재료를 포함하도록 제조될 수 있다. 임의의 특정 LED로부터 방출되는 광의 파장은, 전자 및 정공이 재결합할 때 방출되는 에너지의 양(amount)에 대한 함수이다. 따라서, LED로부터 방출되는 광의 파장은 전자의 에너지 준위와 정공의 에너지 준위 간의 에너지의 상대적 차이의 함수이다. 전자의 에너지 준위 및 정공의 에너지 준위는 적어도 부분적으로 반도체 재료의 조성, 반도체 재료의 도핑 형태 및 농도, 재구성(즉, 결정 구조 및 배향), 및 전자 및 정공의 재결합이 일어나는 반도체 재료의 품질의 함수이다. 따라서, LED로부터 방출되는 광의 파장은 LED 내의 반도체 재료의 조성 및 구성을 선택적으로 조정하여 선택적으로 조정될 수 있다. LEDs may be fabricated to include a wide variety of semiconductor materials, including, for example, III-V semiconductor materials, and II-V semiconductor materials. The wavelength of light emitted from any particular LED is a function of the amount of energy emitted when electrons and holes recombine. Thus, the wavelength of light emitted from the LED is a function of the relative difference in energy between the energy level of the electrons and the energy level of the holes. The energy level of electrons and the energy level of holes are at least partially related to the composition of the semiconductor material, the doping form and concentration of the semiconductor material, the recombination (i. E., Crystal structure and orientation), and the quality of the semiconductor material to be. Thus, the wavelength of the light emitted from the LED can be selectively adjusted by selectively adjusting the composition and configuration of the semiconductor material in the LED.
III-V 반도체 재료, 예컨대 그룹 III 질화물 재료를 포함하는 LED를 제조하는 것이 당 분야에서 알려져 있다. 이와 같은 그룹 III 질화물 LED는, 전자기 방사선 스펙트럼의 청색 및 녹색 가시 영역의 방사선을 방출할 수 있는 것으로 알려져 있고, 상대적으로 높은 파워 및 광도로 동작할 수 있는 것으로 알려져 있다.It is known in the art to fabricate LEDs comprising III-V semiconductor materials, such as Group III nitride materials. Such Group III nitride LEDs are known to emit radiation in the blue and green visible regions of the electromagnetic radiation spectrum and are known to be capable of operating at relatively high power and luminosity.
이 요약은 단순화된 형태로 개념의 선택을 도입하기 위해 제공된다. 이 개념은 이하의 개시 내용의 본보기 실시 예의 상세한 설명에서 더 상세히 기재된다. 이 요약은 청구된 요지의 주요 특징 또는 기본 특징을 식별하도록 의도되지 않고, 청구된 요지의 범위를 한정하는데 사용되도록 의도되지 않는다.This summary is provided to introduce the selection of concepts in a simplified form. This concept is described in greater detail in the detailed description of exemplary embodiments of the disclosure below. This summary is not intended to identify key features or basic features of the claimed subject matter and is not intended to be used to limit the scope of the claimed subject matter.
일부 실시 예에 있어서, 본 개시 내용은 베이스 층, 베이스 층 위에 배치되는 활성 영역, 전자 차단 층, p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 포함하는 반도체 구조를 포함한다. 활성 영역은 InwGa1 - wN 을 포함하는 적어도 하나의 우물 층, 및 InbGa1 - bN 을 포함하는 적어도 하나의 배리어 층을 포함하는 복수의 InGaN의 층을 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40, b는 0.01≤b≤0.10이다. 전자 차단 층은 베이스 층과 반대측인 활성 영역 위에 배치된다. 전자 차단 층은 IneGa1 -eN을 포함하고, 이 때, e는 0.00≤e≤0.02이다. p-형 InpGa1 - pN 벌크 층은 전자 차단 층 위에 배치되고, InpGa1 - pN 벌크 층에서 p는 0.01≤p≤0.08이다. p-형 IncGa1 - cN 접촉 층은 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 배치되고, IncGa1 - cN 접촉 층에서 c는 0.00≤c≤0.10이다.In some embodiments, the present disclosure is an active that is placed on top of the base layer, the base layer areas, an electron blocking layer, a p- type In p Ga 1 - p N bulk layer, and the p- type In c Ga 1 - c N contact Layer. ≪ / RTI > The active region comprises a plurality of layers of InGaN comprising at least one well layer comprising In w Ga 1 - w N and at least one barrier layer comprising In b Ga 1 - b N, w is 0.10? w? 0.40, and b is 0.01? b? The electron blocking layer is disposed over the active region opposite to the base layer. The electron blocking layer comprises In e Ga 1- e N, wherein e is 0.00? E? 0.02. The p-type In p Ga 1 - p N bulk layer is disposed on the electron blocking layer, and p in the In p Ga 1 - p N bulk layer is 0.01? p? The p-type In c Ga 1 - c N contact layer is disposed on the p -type In p Ga 1 - p N bulk layer and c in the In c Ga 1 - c N contact layer is 0.00? c?
추가의 실시 예에 있어서, 본 개시 내용은 이와 같은 반도체 구조로부터 제조되는 발광 장치를 포함한다. In a further embodiment, the present disclosure includes a light emitting device fabricated from such a semiconductor structure.
예를 들어, 일부 실시 예에 있어서, 본 개시 내용은 베이스 층, 베이스 층 위에 배치되는 활성 영역, 활성 영역 위에 배치되는 전자 차단 층, 전자 차단 층 위에 배치되는 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 배치되는 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 포함하는 발광 장치를 포함한다. 활성 영역은 적어도 하나의 InGaN 우물 층, 및 적어도 하나의 우물 층 위에 직접 배치되는 적어도 하나의 InGaN 배리어 층을 포함하는 복수의 InGaN의 층을 포함한다. 발광 장치의 임계 변형 에너지는 약 1800 이하일 수 있다.For example, in some embodiments, the present disclosure provides a semiconductor device comprising a base layer, an active region disposed over the base layer, an electron blocking layer disposed over the active region, a p-type In p Ga 1 - p N And a p-type In c Ga 1 - c N contact layer disposed on the p-type In p Ga 1 - p N bulk layer. The active region includes at least one InGaN well layer and a plurality of layers of InGaN comprising at least one InGaN barrier layer disposed directly on the at least one well layer. The critical strain energy of the light emitting device may be about 1800 or less.
추가의 실시 예에 있어서, 본 개시 내용은 베이스 층을 제공하는 단계, 베이스 층 위에 활성 영역을 형성하기 위해 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계, 베이스 층과 반대측인 활성 영역 위에 전자 차단 층을 성장시키는 단계, 및 p-형 InpGa1-pN 벌크 층 위에 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 이 때, c는 0.00≤c≤0.10인 반도체 구조를 형성하는 방법을 포함한다. 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계는 적어도 하나의 InwGa1 - wN 우물 층을 성장시키는 단계, 및 적어도 하나의 InbGa1 - bN 배리어 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40, b는 0.01≤b≤0.10이다.In a further embodiment, the present disclosure provides a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps of providing a base layer, growing a layer of InGaN to form an active region on the base layer, growing an electron blocking layer on the active region opposite the base layer , And growing a p-type In c Ga 1 - c N contact layer on the p -type In p Ga 1-p N bulk layer, wherein c is a semiconductor structure with 0.00? C? Lt; / RTI > Growing a layer of a plurality of InGaN layers includes growing at least one In w Ga 1 - w N well layer and growing at least one In b Ga 1 - b N barrier layer, , w is 0.10? w? 0.40, and b is 0.01? b?
또 다른 실시 예에 있어서, 본 개시 내용은 전자기 방사선의 가시 파장에 적어도 실질적으로 투명한 컨테이너(container), 및 컨테이너 내에 본원에 기재된 것과 같은 하나 이상의 LED를 포함하는 발광 장치(luminary devices)를 포함한다. 예를 들어, 컨테이너 내의 LED는 양극 컨택트, 음극 컨택트, 및 양극 컨택트와 음극 컨택트 간의 활성 영역을 포함할 수 있다. 활성 영역은 복수의 InGaN의 층을 포함하고, 일부 실시 예에 있어서는 적어도 실질적으로 InGaN으로 구성될 수 있다. 복수의 InGaN의 층은 InwGa1 - wN 을 포함하는 적어도 하나의 우물 층, 및 적어도 하나의 우물 층 근처에 InbGa1 - bN 을 포함하는 적어도 하나의 배리어 층을 포함하고, 이 때, w는 0.05≤w≤0.25, b는 0.01≤b≤0.10이다. In yet another embodiment, the present disclosure includes a container that is at least substantially transparent to the visible wavelength of electromagnetic radiation, and luminary devices that include one or more LEDs as described herein in a container. For example, an LED in a container may include an anode contact, a cathode contact, and an active area between the anode contact and the cathode contact. The active region includes a plurality of layers of InGaN, and in some embodiments may be composed at least substantially of InGaN. The plurality of layers of InGaN comprise at least one well layer comprising In w Ga 1 - w N and at least one barrier layer comprising In b Ga 1 - b N near at least one well layer, , W is 0.05? W? 0.25, and b is 0.01? B?
도 1a는 본 개시 내용의 실시 예에 따른 반도체 구조의 활성 영역에 하나 이상의 InGaN 우물 층 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층을 포함하는 반도체 구조의 단순화된 측면도이다.
도 1b는 도 1a의 반도체 구조의 여러 층의 다양한 재료에 대한 에너지 밴드 다이어그램에서의 전도대(conduction band)의 에너지 준위의 상대적 차이를 도시하는 단순화된 다이어그램이다.
도 2a는 도 1a의 반도체 구조와 유사하지만, 반도체 구조의 베이스 층과 활성 영역 사이에 전자 정지 층을 더 포함하는 다른 반도체 구조의 단순화된 측면도이다.
도 2b는 도 2a의 반도체 구조에 대한 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 3a는 도 1a의 반도체 구조와 유사하지만, 반도체 구조의 베이스 층과 활성 영역 사이에 변형 완화 층을 더 포함하는 다른 반도체 구조의 단순화된 측면도이다.
도 3b는 도 3a의 반도체 구조에 대한 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 4a는 도 1a의 반도체 구조와 유사하지만, 반도체 구조의 활성 영역 내에 추가의 얇은 GaN 배리어 층을 더 포함하는 다른 반도체 구조의 단순화된 측면도이다.
도 4b는 도 4a의 반도체 구조에 대한 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 5a는 도 1a의 반도체 구조와 유사하지만, 반도체 구조의 활성 영역 내에 우물 오버플로우(well overflow) 구조를 더 포함하는 다른 반도체 구조의 단순화된 측면도이다.
도 5b는 도 5a의 반도체 구조에 대한 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 6a는 본 개시 내용의 방법의 실시 예에 따른 반도체 구조의 제조에 이용되는 성장 템플레이트를 제조하는 데 채택될 수 있는 중간 반도체 구조의 단순화된 상면도이다.
도 6b는 도 6a의 중간 반도체 구조의 부분 측단면도이다.
도 6c는 본 개시 내용의 방법의 실시 예에 따른 반도체 구조를 제조하는 데 채택될 수 있는 성장 템플레이트의 부분 측단면도이다.
도 6d는 성장 템플레이트 위에 에피택셜 증착되는 성장 스택(growth stack)의 층을 도시한다.
도 7은 본 개시 내용의 방법의 실시 예에 따른 반도체 구조로 제조되는 발광 장치의 부분 측단면도이다.
도 8은 본 개시 내용의 방법의 실시 예에 따른 반도체 구조로부터 제조되는 추가의 발광 장치의 부분 측단면도이다.
도 9는 본 개시 내용의 방법의 실시 예에 따라 형성되는 반도체 구조의 전체 변형 에너지와 내부 양자 효율(internal quantum efficiency) 간의 관계를 도시하는 그래프이다.
도 10a는 LED의 활성 영역에 InGaN 우물 층 및 GaN 배리어 층을 포함하는 이미 알려진 LED의 단순화된 측면도이다.
도 10b는 도 10a의 LED에 대한 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 11a는 도 10a의 LED의 활성 영역 양단에 제로 인가 전압에 의한 가전자대(valence band) 및 전도대에 대한 계산된 밴드 에지를 도시하는 그래프이고, 계산은 LED의 계산 모델을 이용하여 얻어진다.
도 11b는 도 11a의 것과 유사하지만, 활성 영역의 인가 전압으로 인한 LED의 활성 영역을 가로질러 흐르는 125 A/cm2의 전류 밀도를 갖는 가전자대 및 전도대에 대한 계산된 밴드 에지를 도시하는 그래프이다.
도 11c는 도 11a의 LED에서 각각의 InGaN 양자 우물 층에 대한 파장의 함수로서 방출 방사선의 계산된 강도를 도시하는 그래프이다.
도 11d는 도 11a의 LED의 활성 영역에 걸쳐 인가된 전류 밀도의 함수로서 계산된 캐리어 주입 효율을 도시하는 그래프이다.
도 12a는 도 1a의 것과 유사하고 LED의 활성 영역에 InGaN 우물 층 및 InGaN 배리어 층을 포함하는 본 개시 내용의 LED의 단순화된 측면도이다.
도 12b는 도 12a의 LED의 단순화된 전도대 다이어그램이다.
도 13a는 도 12a의 LED의 활성 영역에 걸친 제로 인가 전압을 갖는 가전자대 및 전도대에 대한 계산된 밴드 에지를 도시하는 그래프이고, 계산은 LED의 계산 모델을 이용하여 얻어진다.
도 13b는 도 13a와 유사하지만, 활성 영역 양단의 인가 전압으로 인해 LED의 활성 영역을 가로질러 흐르는 125 A/cm2의 전류 밀도를 갖는 가전자대 및 전도대에 대한 계산된 밴드 에지를 도시하는 그래프이다.
도 13c는 도 13a의 LED에서 각각의 InGaN 양자 우물 층에 대한 파장의 함수로서 방출 방사선의 계산된 강도를 도시하는 그래프이다.
도 13d는 도 13a의 LED의 활성 영역에 걸친 인가된 전류 밀도의 함수로서 계산된 캐리어 주입 효율을 도시하는 그래프이다.
도 13e는 도 13a의 LED의 활성 영역에 걸친 계산된 전류 밀도의 함수로서 계산된 내부 양자 효율을 도시하는 그래프이다.
도 14는 본 개시 내용의 LED를 포함하는 발광 장치의 예를 도시한다.1A is a simplified side view of a semiconductor structure including at least one InGaN well layer and at least one InGaN barrier layer in an active region of a semiconductor structure according to an embodiment of the present disclosure;
1B is a simplified diagram illustrating the relative difference in the energy levels of the conduction band in the energy band diagram for the various materials of the various layers of the semiconductor structure of FIG. 1A.
FIG. 2A is a simplified side view of another semiconductor structure similar to the semiconductor structure of FIG. 1A but further including an electron stopping layer between the base layer and the active region of the semiconductor structure.
Figure 2b is a simplified conduction diagram for the semiconductor structure of Figure 2a.
FIG. 3A is a simplified side view of another semiconductor structure similar to the semiconductor structure of FIG. 1A but further including a strain relief layer between the base layer and the active region of the semiconductor structure.
Figure 3b is a simplified conduction diagram for the semiconductor structure of Figure 3a.
4A is a simplified side view of another semiconductor structure similar to the semiconductor structure of FIG. 1A but further including an additional thin GaN barrier layer within the active region of the semiconductor structure.
Figure 4b is a simplified conduction diagram for the semiconductor structure of Figure 4a.
5A is a simplified side view of another semiconductor structure similar to the semiconductor structure of FIG. 1A but further including a well overflow structure within the active region of the semiconductor structure.
Figure 5b is a simplified conduction diagram for the semiconductor structure of Figure 5a.
6A is a simplified top view of an intermediate semiconductor structure that may be employed to fabricate a growth template used in the fabrication of a semiconductor structure in accordance with an embodiment of the method of the present disclosure.
Figure 6B is a partial side cross-sectional view of the intermediate semiconductor structure of Figure 6A.
6C is a partial side cross-sectional view of a growth template that may be employed to fabricate a semiconductor structure in accordance with an embodiment of the method of the present disclosure.
Figure 6d shows a layer of a growth stack epitaxially deposited on a growth template.
7 is a partial side cross-sectional view of a light emitting device fabricated in a semiconductor structure according to an embodiment of the method of the present disclosure;
8 is a partial side cross-sectional view of an additional light emitting device fabricated from a semiconductor structure according to an embodiment of the method of the present disclosure;
9 is a graph illustrating the relationship between total strain energy and internal quantum efficiency of a semiconductor structure formed in accordance with an embodiment of the method of the present disclosure;
10A is a simplified side view of an already known LED comprising an InGaN well layer and a GaN barrier layer in the active region of the LED.
Figure 10B is a simplified conduction diagram for the LED of Figure 10A.
11A is a graph showing a calculated band edge for a valence band and a conduction band due to a zero applied voltage across the active region of the LED of FIG. 10A, and the calculation is obtained using a calculation model of the LED.
11B is a graph similar to that of Fig. 11A, but showing the calculated band edge for the valence band and conduction band with a current density of 125 A / cm < 2 > flowing across the active region of the LED due to the applied voltage of the active region .
11C is a graph showing the calculated intensity of emission radiation as a function of wavelength for each InGaN quantum well layer in the LED of FIG. 11A.
11D is a graph showing the calculated carrier injection efficiency as a function of the current density applied over the active region of the LED of FIG. 11A.
12A is a simplified side view of the LED of this disclosure, which is similar to that of FIG. 1A and includes an InGaN well layer and an InGaN barrier layer in the active region of the LED.
Figure 12B is a simplified conduction diagram of the LED of Figure 12A.
13A is a graph showing calculated band edges for a valence band and a conduction band having a zero applied voltage across the active region of the LED of FIG. 12A, and the calculation is obtained using a calculation model of the LED.
13B is a graph similar to FIG. 13A, but showing a calculated band edge for a valence band and a conduction band with a current density of 125 A / cm < 2 > flowing across the active area of the LED due to the applied voltage across the active area .
13C is a graph showing the calculated intensity of emission radiation as a function of wavelength for each InGaN quantum well layer in the LED of Fig. 13A. Fig.
13D is a graph illustrating the calculated carrier injection efficiency as a function of the applied current density over the active region of the LED of FIG. 13A.
13E is a graph showing the internal quantum efficiency calculated as a function of the calculated current density over the active area of the LED of FIG. 13A.
14 shows an example of a light emitting device including the LED of the present disclosure.
본원에 제시된 예시는 임의의 특정 반도체 재료, 구조, 또는 장치의 실제 모습을 의미하지 않고, 단지 개시 내용의 실시 예를 기술하기 위해 사용되는 이상적인 표현이다.The examples provided herein are not intended to be taken to be an actual illustration of any particular semiconductor material, structure, or device, but merely to describe an embodiment of the disclosure.
도 1a는 반도체 구조(100)의 실시 예를 도시한다. 반도체 구조(100)는 복수의 그룹 III 질화물 층(예컨대, 질화 인듐(indium nitride), 질화 갈륨(gallium nitride), 질화 알루미늄(aluminum nitride) 및 이들의 합금)을 포함하고 베이스 층(base layer, 102), p-형 접촉 층(104) 및 베이스 층(102)과 p-형 접촉 층(104) 사이에 배치되는 활성 영역(active region, 106), 복수의 InGaN의 층을 포함하는 활성 영역(106)을 포함한다. 게다가, 활성 영역(106)은 적어도 하나의 InGaN 우물 층(well layer) 및 적어도 하나의 InGaN 배리어 층을 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, (도펀트의 존재가 없다면)활성 영역(106)은 적어도 실질적으로 InGaN으로 구성될 수 있다. 반도체 구조(100)는 활성 영역(106) 위에 배치되는 전자 차단 층(electron blocking layer, 108), 전자 차단 층(108) 위에 배치되는 p-형 벌크 층(p-type bulk layer, 110) 및 p-형 벌크 층(110) 위에 배치되는 p-형 접촉 층(p-type contact layer, 104)을 더 포함한다.IA illustrates an embodiment of a
베이스 층(102)은 선택적인 InnGa1 - nN 베이스 층(112)을 포함할 수 있고, 이 때, InnGa1 - nN 베이스 층(112)의 성장 평면(growth plane)은, 약 3.186 옹스트롬(angstroms)보다 큰 성장 평면 격자 파라미터(growth plane lattice parameter)를 갖는 극평면(polar plane)이다. 발광 장치, 예컨대 발광 다이오드는 본원에 나중에 상세히 기재되는 것과 같이, 반도체 구조(100)로부터 제조될 수 있다. 그러나, 간단히 말해, 제 1 전극 컨택트(electrode contact)는 InnGa1-nN 베이스 층(112)의 일부 위에 형성될 수 있고 제 2 전극 컨택트는 p-형 접촉 층(104)의 일부 위에 형성될 수 있고, 그 결과 전기 전압(electrical voltage)은 활성 영역(106)을 가로질러 전극 컨택트들 사이에 공급될 수 있고, 이에 의해 전자기 방사선(예컨대, 가시광)이 반도체 구조(100)로부터 제조되는 발광 장치로부터 방출되게 한다.
적어도 하나의 InGaN 우물 층 및 적어도 하나의 InGaN 배리어 층을 포함하는 활성 영역을 포함하는, 본 개시 내용의 반도체 구조의 실시 예는, InGaN와 같은 그룹 III 질화물 층을 성장 또는 형성하기 위한 여러 유형의 방법을 이용하여 제조될 수 있다. 비제한적인 예로서, 여러 그룹 III 질화물 층은, 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 프로세스, 금속유기 화학적 기상 증착 프로세스(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 기상 에피택시(vapor phase epitaxy, VPE) 프로세스, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 프로세스, 하이브리드 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 프로세스, 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE) 프로세스, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 프로세스, 화학적 빔 에피택시(chemical beam epitaxy, CBE) 프로세스 등 중 하나 이상을 이용하여 성장되거나 또는 그렇지 않으면 증착될 수 있다. An embodiment of the semiconductor structure of the present disclosure, including an active region comprising at least one InGaN well layer and at least one InGaN barrier layer, may be formed by various types of methods for growing or forming a Group III nitride layer such as InGaN . ≪ / RTI > As a non-limiting example, several Group III nitride layers may be formed by chemical vapor deposition (CVD) processes, metalorganic chemical vapor deposition (MOCVD), vapor phase epitaxy (VPE) (ALD) process, a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) process, a molecular beam epitaxy (MBE) process, an atomic layer deposition (ALD) process, ) Process, a chemical beam epitaxy (CBE) process, or the like.
일부 실시 예에 있어서, Letertre 등의 이름으로, 2010년 7월 15일자에 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2010/0176490 A1 호, Arena의 이름으로 2010년 5월 6일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2010/0109126 호, Figuet의 이름으로 2012면 8월 23일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2012/0211870 호, 및 Figuet의 이름으로 2012년 9월 6일자로 공개된 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2012/0225539 호 중 하나 또는 모두에 개시된 방법은, 그룹 III 질화물의 여러 층을 성장시키거나 또는 그렇지 않으면 증착하기 위해 사용될 수 있다. 이와 같은 방법은 이하에 기재되는 조성 및 두께를 가지는 InGaN 층(및 다른 선택적인 그룹 III 질화물 층)과 같은 그룹 III 질화물 층의 제조를 가능하게 할 수 있다. 이와 같은 방법은 이후 그룹 III 질화물 층이 형성될 수 있는 성장 템플레이트(growth template, 113)를 형성하기 위해 이용될 수 있다.In some embodiments, in the name of Letertre et al., U.S. Patent Application Publication No. US 2010/0176490 A1, published July 15, 2010, U.S. Patent Application, published May 6, 2010 under the name of Arena U.S. Patent Application Publication No. US 2012/0211870, published on Aug. 23, 2012, and U.S. Pat. No. 6,131,123, issued on September 6, 2012, in the name of Figuet, The method disclosed in one or both of the application serial number US 2012/0225539 can be used to grow or otherwise deposit multiple layers of Group III nitride. Such a method may enable the fabrication of a Group III nitride layer, such as an InGaN layer (and other optional Group III nitride layers) having the composition and thickness described below. Such a method can then be used to form a
본 개시 내용의 실시 예에 따른, 도 1a에 도시된 것과 같은 성장 템플레이트(113)를 제조하기 위해 사용될 수 있는 이와 같은 방법의 예가 간단히 기재된다.An example of such a method that can be used to fabricate a
도 1a의 반도체 구조(100)는 성장 템플레이트(113) 위에 형성되는 그룹 III 질화물의 복수의 층을 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, 성장 템플레이트(113)는 성장 기판(growth substrate, 658) 및 성장 기판(658) 위에 배치되는 GaN 시드 층(seed layer, 656)을 포함하고, 이 때, GaN 시드 층의 성장 평면은 극평면을 포함한다. 성장 템플레이트(113)는 성장 기판(658)과 GaN 시드 층(656) 사이에 배치되는 그룹 III 질화물 핵생성 층(Group III nitride nucleation layer, 660)을 더 포함할 수 있다. The
성장 기판(658)은 균질 재료(homogenous material) 또는 이종(즉, 복합) 재료(heterogeneous (i.e., composite) material)를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 성장 기판(658)은 사파이어, 규소, 그룹 III-비화물(arsenides), 석영(quartz, SiO2), 용융 실리카(fused silica, SiO2) 글라스, 글라스-세라믹 복합 재료(예컨대, 예를 들어, 상표 ZERODUR®로 PA의, 두레이(Duryea)의 Schott North America, Inc.에 의해 판매되는), 용융 실리카 글라스 복합 재료(예컨대, 예를 들어, SiO2-TiO2 또는 Cu2-Al2O3-SiO2), 질화 알루미늄(aluminum nitride, AlN), 또는 탄화 규소(silicon carbine, SiC)를 포함할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서 성장 기판은 c-평면 사파이어(c-plane sapphire)를 포함하고, 이 때, 사파이어의 성장 평면(659)은 c-평면을 포함한다.
그룹 III 질화물 핵생성 층(660)은 당 분야에서 알려져 있는 것과 같은 증착 방법 및 프로세스, 예컨대 화학적 기상 증착(chemical vapor deposition, CVD) 프로세스, 금속유기 화학적 기상 증착 프로세스(metalorganic chemical vapor deposition, MOCVD), 기상 에피택시(vapor phase epitaxy, VPE) 프로세스, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 프로세스, 하이브리드 기상 에피택시(hydride vapor phase epitaxy, HVPE) 프로세스, 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy, MBE) 프로세스, 원자층 증착(atomic layer deposition, ALD) 프로세스, 화학적 빔 에피택시(chemical beam epitaxy, CBE) 프로세스 등에 의해 형성될 수 있다. The Group III
그룹 III 질화물 핵생성 층(660)은 예를 들어, 질화 알루미늄(AlN), 질화 인듐(indium nitride) 또는 질화 갈륨(gallium nitride)을 포함할 수 있다. 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)은 약 100 나노미터(100 nm) 이하, 약 20 나노미터(25 nm) 이하, 또는 심지어 약 10 나노미터(10 nm) 이하의 평균 층 두께를 가지도록 형성될 수 있다. 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)은 또한 의도적(intentional) 또는 비의도적(unintentional) 도펀트를 포함할 수 있다. 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)은 성장 기판(658) 위에 직접 또는 성장 기판(658)과 GaN 시드 층(656) 사이에 배치될 수 있다. 그룹 III 질화물 핵생성 층은 예를 들어 약 700℃ 이하의 증착 온도에서 행해지는 화학적 기상 증착 프로세스에 의해 형성될 수 있다. 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)의 증착 시, 그룹 III 질화물 생성층(660)은 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)의 결정 성질(crystalline properties)을 개선시키기 위해 약 700℃보다 높은 온도에서 어닐링(즉, 가열)될 수 있다.Group III
GaN 시드 층(656)은 성장 기판(658) 위에 배치될 수 있다. GaN 시드 층(656)의 성장 평면(662)은 극성 성장(예컨대, 갈륨 극성 또는 질소 극성) 평면을 포함할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, GaN 시드 층(656)의 성장 평면(662)은 갈륨 극성 성장 평면을 포함할 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, GaN 시드 층(656)은 예를 들어, 증착 프로세스에 의해 형성될 수 있고, 그 결과 GaN 시드 층(656)은 인장 변형의 상태에서 형성된다. 다시 말해, GaN 시드 층(656)이 형성될 수 있고 그 결과 성장 평면(662)에서의 결정 격자는 성장 기판(658)의 결정 격자와 실질적으로 매칭한다. 예를 들어, GaN 시드 층(656)의 성장 평면(662)의 격자 상수는 약 3.186 옹스트롬과 같은 평균 격자값을 가질 수 있다.The
GaN 시드 층(656)은 예를 들어 당 분야에서 알려져 있는 것과 같은 증착 방법 및 프로세스, 예컨대 화학적 기상 증착(CVD) 프로세스, 금속유기 화학적 기상 증착 프로세스(MOCVD), 기상 에피택시(VPE) 프로세스, 원자층 증착(ALD) 프로세스, 하이브리드 기상 에피택시(HVPE) 프로세스, 분자 빔 에피택시(MBE) 프로세스, 원자층 증착(ALD) 프로세스, 화학적 빔 에피택시(CBE) 프로세스 등에 의해 형성될 수 있다. 예를 들어, GaN 시드 층(656)은 화학적 기상 증착 프로세스를 이용하여 형성될 수 있고, 이 때, 증착 프로세스는 약 1100℃ 이하의 온도에서 수행된다.The
GaN 시드 층(656)은 약 1마이크로미터(1 ㎛)로부터 약 7마이크로미터(7 ㎛)의 범위의 평균 층 두께(Ts)를 가지도록 형성될 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, 평균 층 두께(Ts)는 약 4마이크로미터(4 ㎛)와 같을 수 있다. GaN 시드 층(656)은 또한 의도적 또는 비의도적 도펀트를 포함할 수 있다. 예를 들어, GaN 시드 층(656)은 전자 도너인 원소, 예컨대 규소 또는 게르마늄으로 도핑하여 n-형으로 도핑될 수 있다. GaN 시드 층(656)에서의 도펀트의 농도는 약 3e17 cm-3 내지 약 1e20 cm-3, 또는 약 5e17 cm-3 내지 약 4e19 cm-3의 범위에 있을 수 있다. GaN 시드 층(656)의 성장 속도는 약 25 나노미터/분(25 nm/min)과 약 50 나노미터/분(50 nm/min) 사이의 범위에 있을 수 있다. The
GaN 시드 층(656)은 성장 기판(658)과 반대측인, 그룹 III 질화물 핵생성 층(660) 위에 직접 배치될 수 있다. 그러므로, GaN 시드 층(656)은 핵생성 층(660)과 활성 영역(106) 사이에 배치될 수 있다.The
추가의 실시 예에 있어서, 성장 템플레이트(113)는 도 6a 내지 6c를 참조하여 이하에 기재되는 구조를 가질 수 있고, 이하에 또한 기재되는 것과 같은 방법을 이용하여 형성될 수 있다. In a further embodiment, the
도 6a는 본 개시 내용의 하나 이상의 반도체 구조 및 차후의 발광 장치가 제조될 수 있는 성장 템플레이트(113)(도 6c의)의 형성에 이용되는 중간 반도체 구조(650)의 상면도이고, 도 6b는 성장 템플레이트(113)의 형성에 이용되는 중간 반도체 구조(intermediate semiconductor structure, 650)의 일부의 단순화된 단면도이다. 성장 템플레이트(113)는 위에서 언급한 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2010/0176490 A1 호 및/또는 미국 특허 출원 공개 번호 제 US 2010/0109126 호에 개시된 것과 같이 제조될 수 있다. 거기에 개시된 것과 같이, 중간 반도체 구조(650)는 희생 기판(sacrificial substrate, 652), 희생 기판(652) 위에 배치되는 유연 재료(compliant material, 654)의 층, 및 유연 재료(654) 위에 배치되는 하나 이상의 InsGa1 - sN 시드 층(656)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 InsGa1 - sN 시드 층(656)이 본원에 기재되는 반도체 구조(100)의 다양한 다음 층이 형성될 수 있는 "시드(seed)"로서 사용될 수 있다.6A is a top view of an
초기 InsGa1-sN 시드 층은 초기 성장 기판 상에 형성될 수 있고, 그 후 초기 InsGa1-sN 시드 층(도시하지 않음)의 일부의 이온 주입, 접합 및 후속 분리(subsequent separation)와 같은 방법을 이용하여 희생 기판(652)에 전사될 수 있다. 초기 성장 기판은, InsGa1-sN 시드 층이 스테인드 방식(stained manner)으로 형성되도록 초기 InsGa1-sN 시드 층과 성장 평면 격자 부정합(growth plane lattice mismatch)을 가지는 것을 특징으로 하는 성장 기판을 포함할 수 있다. 예를 들어, 초기 성장 기판은, 갈륨 극성 GaN 시드 층을 포함하는 사파이어 기판을 포함할 수 있고, 그 결과 형성된 InsGa1 - sN 시드 층은 인장 변형되는 갈륨 극성 InsGa1 - sN 시드 층을 포함한다. The initial In s Ga 1 -s N seed layer can be formed on the initial growth substrate, and thereafter the ion implantation, bonding and subsequent isolation of a portion of the initial In s Ga 1 -s N seed layer (not shown) may be transferred to the
초기 InsGa1 - sN 시드 층은, InsGa1 - sN 시드 층이 그룹 III-질화물의 극평면을 포함하는 성장 평면을 포함하도록 형성 또는 성장될 수 있다. 예를 들어 성장 평면은 InsGa1 - sN 시드 층이 갈륨-극평면을 포함하도록 형성될 수 있다. 게다가, 초기 InsGa1-sN 시드 층은 InsGa1 - sN 시드 층의 조성이 0.02≤s≤0.05가 되도록 성장 또는 형성될 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, InsGa1 - sN 시드 층에서의 값은 약 0.03과 같을 수 있다. 또한, InsGa1 - sN 시드 층은 약 200 나노미터(200 nm) 이상의 두께로 성장 또는 성장될 수 있다. 그러나, InsGa1 - sN 시드 층은, InsGa1 - sN 시드 층에서의 변형이 추가 결함의 형성에 의해 완화될 수 있는 두께인, InsGa1 - sN 시드 층 임계 두께를 InsGa1 - sN 시드 층이 넘지 않는 방식으로 형성된다. 이러한 현상은 일반적으로 상 분리(phase separation)로서 당 분야에서 불린다. 그러므로, InsGa1 -sN 시드 층은 변형된 고품질 시드 재료를 포함할 수 있다.The initial In s Ga 1 - s N seed layer may be formed or grown such that the In s Ga 1 - s N seed layer comprises a growth plane comprising the pole planes of group III-nitride. For example, the growth plane may be formed such that the In s Ga 1 - s N seed layer includes a gallium-pole plane. In addition, early In s Ga 1-s N seed layer In s Ga 1 - may be grown or formed in the composition of the seed layer such that N s 0.02≤s≤0.05. As one specific non-limiting example, the value at the In s Ga 1 - s N seed layer may be equal to about 0.03. In addition, the In s Ga 1 - s N seed layer can be grown or grown to a thickness of about 200 nanometers (200 nm) or more. However, In s Ga 1 - s N seed layer, In s Ga 1 - s N a variation of the seed layer having a thickness that can be mitigated by the formation of additional defects, In s Ga 1 - s N seed layer, the critical thickness Is formed in such a manner that it does not exceed the In s Ga 1 - s N seed layer. This phenomenon is generally referred to in the art as phase separation. Therefore, the In s Ga 1 -s N seed layer may contain a modified high-quality seed material.
예로서 그리고 제한하지 않는 것으로서, SMART-CUT 프로세스로서 이 산업에서 알려진 프로세스는, 접합층으로서 유연 재료(654)의 층을 이용하여 희생 기판(652)에 InsGa1 - sN 시드 층(656)을 전사하는 데 사용될 수 있다. 이와 같은 프로세스는, 예를 들어 Bruel의 미국 특허 제 RE39,484 호, Aspar 등의 미국 특허 제 6,303,468 호, Aspar 등의 미국 특허 제 6,335,258 호, Moriceau 등의 제 6,756,286 호, Aspar 등의 제 6,809,044 호, Aspar 등의 제 6,946,365 호에 상세히 기재되어 있다.By way of example and as not limiting, as the SMART-CUT process, the process known in the industry, the bonding layer as a sacrificial substrate (652) In s Ga 1 using a layer of flexible material (654) - s N seed layer (656 ). ≪ / RTI > Such processes are described, for example, in US Pat. No. RE39,484 to Bruel, US Patent No. 6,303,468 to Aspar et al., US Patent No. 6,335,258 to Aspar et al., 6,756,286 to Moriceau et al., 6,809,044 to Aspar et al. 6,946,365 to Aspar et al.
희생 기판(652)은 균질 재료 또는 이종(즉, 복합) 재료를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 지지 기판(652)은 사파이어, 규소, 그룹 III-비화물, 석영(SiO2), 용융 실리카(SiO2) 글라스, 글라스-세라믹 복합 재료(예컨대, 예를 들어, 상표 ZERODUR®로 PA의, 두레이(Duryea)의 Schott North America, Inc.에 의해 판매되는), 용융 실리카 글라스 복합 재료(예컨대, 예를 들어, SiO2-TiO2 또는 Cu2-Al2O3-SiO2), 질화 알루미늄(AlN), 또는 탄화 규소(SiC)를 포함할 수 있다.The
유연 재료(654)의 층은 예를 들어, 약 800℃보다 낮거나 같은 글라스 전이 온도(glass transition temperature, Tg)를 가지는 재료를 포함할 수 있다. 유연 재료(654)의 층은 약 0.1㎛로부터 약 10㎛의 범위, 특히 약 1㎛ 내지 약 5㎛의 두께를 가질 수 있다. 비제한적인 예로서, 유연 재료(100)의 층은 산화물, 포스포규산염 글라스(phosphosilicate glass, PSG), 붕규산염(borosilicate, BSG), 보로포스포규산염 글라스(borophosphosilicate glass, BPSG), 폴리이미드(polyimide), 도핑된 또는 도핑되지 않은 유사-무기 실록산(quasi-inorganic siloxane) 스핀-온-글라스(spin-on-glass, SOG), 무기 스핀-온-글라스(즉, 메틸-, 에틸-, 페닐-, 또는 부틸), 및 도핑된 또는 도핑되지 않은 규산염(silicate) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.The layer of
유연 재료(654)의 층은, 예를 들어 하나 이상의 InsGa1-sN 시드 층(656)이 결정 격자 변형을 적어도 부분적으로 완화시키는 유연 재료(654)의 층을 리플로우(reflow)시키기 위해 유연 재료(654)의 층의 점도를 감소시킬 수 있을 만큼 충분한 온도로, 예를 들어, 오븐, 노(furnace), 또는 증착 반응기(deposition reactor)를 이용하여 가열될 수 있다. 유연 재료(654)의 층의 점도를 감소시킴으로써, InsGa1-sN 시드 층(656)에서의 인장 변형은 적어도 부분적으로 완화(relax)될 수 있고 또는 심지어 제거될 수 있고, 그럼으로써 약 3.189 옹스트롬보다 큰 성장 평면 격자 파라미터를 포함하는 InsGa1 - sN 시드 층(656)을 형성한다.The layer of
그러므로, InsGa1 - sN 내의 격자 변형의 적어도 일부를 완화시킴으로써, 성장 평면 격자 파라미터는 InsGa1 - sN에서 약 3.189 옹스트롬 이상의 것이 얻어질 수 있다. 3.189 옹스트롬 이상의 성장 평면 격자 파라미터는, 우르차이트 GaN(wurtzite GaN)에 대한 평형 성장 평면 격자 상수에 대응할 수 있다. 그러므로, 본 개시 내용의 일부 실시 예에 따르면, 본 개시 내용의 InsGa-1sN 층 상 또는 위에 형성되는 하나 이상의 GaN 층은 변형이 없는 상태로, 즉 실질적으로 격자 변형이 없이 형성될 수 있다. Therefore, by relaxing at least a portion of the lattice strain in In s Ga 1 - s N, the growth plane lattice parameter can be obtained above about 3.189 angstroms in In s Ga 1 - s N. A growth plane lattice parameter of greater than 3.189 Angstroms may correspond to an equilibrium growth plane lattice constant for wurtzite GaN. Therefore, according to some embodiments of the present disclosure, one or more GaN layers formed on or on the In s Ga-1 s N layer of the present disclosure may be formed without strain, that is, substantially without lattice strain have.
하나 이상의 InsGa1 - sN 시드 층(656)의 적어도 부분적인 이완의 경우, InsGa1 -sN 시드 층(656)은 지지 기판에 전사될 수 있고, 그 후 유연 재료(654) 및 희생 기판(652)은 도 6c에 도시된 것과 같이 성장 템플레이트(113)를 형성하기 위해 제거될 수 있다. 더 상세히 그리고 도 6b 및 도 6c를 참조하여, 적어도 부분적으로 이완된 InsGa1-sN 시드 층(656)은 지지 기판(659)에 부착될 수 있고, 희생 기판(652) 및 유연 재료(654)는 방법, 예컨대 레이저 리프트-오프(laser lift-off), 웨트 에칭(wet etching), 드라이 에칭(dry etching), 및 화학 기계적 폴리싱(chemical mechanical polishing) 중 하나 이상을 이용하여 제거될 수 있다. One or more In s Ga 1 - s N for at least partial relaxation of the
지지 기판(659)은 균질 재료 또는 이종(즉, 복합) 재료를 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 지지 기판(659)은 사파이어, 규소, 그룹 III-비화물, 석영(SiO2), 용융 실리카(SiO2) 글라스, 글라스-세라믹 복합 재료(예컨대, 예를 들어, 상표 ZERODUR®로 PA의, 두레이(Duryea)의 Schott North America, Inc.에 의해 판매되는), 용융 실리카 글라스 복합 재료(예컨대, 예를 들어, SiO2-TiO2 또는 Cu2-Al2O3-SiO2), 질화 알루미늄(AlN), 또는 탄화 규소(SiC)를 포함할 수 있다.The
도 6c에 나타낸 것과 같이, 일부 실시 예에 있어서, 성장 템플레이트(113)는 지지 기판(659) 위에 놓이는 유전체 재료(661)의 층을 선택적으로 포함할 수 있다. 유전체 재료(661)의 층은 선택적으로 지지 기판(659)의 주면(major surface) 또는 하나 이상의 InsGa1 - sN 시드 층(656) 위에 형성될 수 있고, 이 때, 유전체 재료(661)는 지지 기판(659)에 대한 지지 기판(659)의 접합을 도모하기 위해 접합층으로서 이용된다. 유전체 재료(661)의 층은, 예를 들어, 규소 옥시질화물(silicon oxynitride, SiON), 질화 규소(silicon nitride, Si3N4), 또는 이산화 규소(silicon dioxide, SiO2)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 화학적 기상 증착(CVD), 물리적 기상 증착(PVD), 또는 원자층 증착(ALD)을 이용하여 형성될 수 있다. 그러므로, 성장 템플레이트(113)는, 도 6c에 나타낸 것과 같이, 지지 기판(659) 및 지지 기판(659) 위에 배치되는 InsGa1 - sN 시드 층(656)을 포함한다. 6C, in some embodiments, the
게다가, InsGa1 - sN 시드 층(656)은 지지 기판(659) 위에 형성될 수 있고, 그 결과 InsGa1 - sN 시드 층(656)의 조성은 0.02≤s≤0.05 범위에 있을 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, InsGa1 - sN 시드 층(656)에서의 s의 값은 약 0.03과 같을 수 있다. 더욱이, InsGa1 - sN 시드 층(656)은 약 3.189 옹스트롬보다 크거나 같은 성장 평면 격자 파라미터를 포함하는 극성 성장 평면(662)을 가질 수 있다. InsGa1 - sN 시드 층은, 또한 약 100 나노미터(100 nm) 이상의 전체 층 두께(T s )로 형성될 수 있다. In addition, In s Ga 1 - a composition 0.02≤s≤0.05 range of N s seed layer 656 - s
앞에 기재된 것과 같이 성장 템플레이트(113)는 도 1a의 베이스 층(102)의 일부를 형성할 수 있고, 성장 기판(658), 그룹 III 질화물 핵생성 층(660) 및 GaN 시드 층(656)을 포함할 수 있다. 베이스 층(102)은 일부 실시 예에 있어서, 또한 선택적인 InnGa1 - nN 베이스 층(112)을 포함할 수 있고, 이 때, InnGa1 - nN 베이스 층은 인접한 GaN 시드 층의 특정한 결정 성질을 물려 받는다. 그러므로, InnGa1 - nN 베이스 층(112)은 또한 약 3.186 옹스트롬 이상의 성장 평면 격자 파라미터를 갖는, 극성 성장 평면, 예를 들어 갈륨 극성 성장 평면을 포함할 수 있다.The
InnGa1 - nN 베이스 층(112)은 InnGa1 - nN의 층을 포함할 수 있고, 이 때, n은 0.00≤n≤0.10, 또는 0.02≤n≤0.08이다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, InnGa1nN 베이스 층(112)에서의 n의 값은 약 0.05와 같을 수 있다. InnGa1 - nN 베이스 층(112)은 약 10 나노미터(10 nm)와 약 3000 나노미터(3,000 nm) 사이, 또는 약 10 나노미터(10 nm)와 약 1000 나노미터(1,000 nm) 사이의 평균 층 두께(T n )를 가질 수 있다. 선택적으로, InnGa1 - nN 베이스 층(112)은 도핑될 수 있다. 예를 들어, InnGa1 -nN 베이스 층(112)은 전자 도너인 원소, 예컨대 규소 또는 게르마늄에 의해 도핑되어 n-형으로 도핑될 수 있다. InnGa1 - nN 베이스 층(112) 중의 도펀트의 농도는 약 3e17 cm-3 내지 약 1e20 cm-3의 범위에 있을 수 있고, 또는 약 5e17 cm-3 내지 약 1e19 cm-3의 범위에 있을 수 있다. The In n Ga 1 - n
제 1 전극 컨택트는 반도체 구조(100)로부터 발광 장치를 제조하기 위해 InGaN을 포함하는 반도체 구조(100)의 다른 여러 층 중 하나 이상을 형성한 후, 적어도 베이스 층(102)의 일부 위에 형성될 수 있다. The first electrode contact may be formed over at least a portion of the
도 1a에 나타낸 것과 같은, 완성된 베이스 층(102)은 위에서 본원에 기재된 것과 같은 성장 템플레이트(113) 및 선택적 InnGa1 - nN 베이스 층(112)을 포함한다. 반도체 구조(100)의 다양한 그룹 III 질화물 층은, 나중에 본원에 더 상세히 기재되는 층-바이-층 프로세스(layer-by-layer process)에서 성장 또는 형성될 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 베이스 층(102)은 반도체 구조(100)의 다른 층이 성장 또는 형성될 수 있는 베이스를 포함할 수 있다. 따라서, 반도체 구조(100)의 다양한 그룹 III 질화물 층은, 비록 베이스 층(102)이 제조 중 실제로 저부(bottom) 위에 배치되도록 배향(oriented)될 수 있지만, 순차적으로 베이스 층(102)으로 시작해서 성장 또는 형성될 수 있고 도 1a의 사시도로부터 좌측으로부터 우측 방향으로 이동할 수 있다. 다시 말해, 구조는 제조 중 도 1a의 방향으로 90도 반시계방향으로 배향될 수 있다.The completed
이하에서 더 상세히 논의되는 것과 같이, 활성 영역(106)은 베이스 층(102)과 p-형 접촉 층(104) 사이에 배치된다. 활성 영역(106)은 적어도 하나의 InGaN 우물 층(114) 및 적어도 하나의 InGaN 배리어 층(116)을 포함한다. 일부 실시 예에 있어서, (도펀트가 존재하지 않으면)활성 영역(106)은 적어도 실질적으로 InGaN으로 구성될 수 있고, InGaN 우물 층(114)의 인듐 함량은 엄격히 InGaN 배리어 층(116)의 인듐 함량보다 더 많다. 특히, 활성 영역(106)은 InwGa1 - wN을 포함하는 적어도 하나의 우물 층(114)을 포함할 수 있고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40이고, 또는 일부 실시 예에 있어서는, 0.12≤w≤0.25이고, 또는 다른 실시 예에 있어서, w는 약 0.14와 같다. 활성 영역(106)은 또한 InbGa1 - bN을 포함하는 최소 하나의 배리어 층(116)을 포함하고, 이 때, b < w이고, 0.01≤b≤0.10이고, 또는 일부 실시 예에 있어서, 0.03≤b≤0.08이고, 또는 다른 실시 예에 있어서 b는 약 0.05와 같다. 일부 실시 예에 있어서, InGaN 배리어 층(116)은 적어도 하나의 InGaN 우물 층(114) 근처에(예컨대, 바로 인접해) 있을 수 있다.
반도체 구조의 활성 영역(106)은, 발광 다이오드(LED)와 같은 발광 장치에 제조될 때, 전자 및 정공은 LED로부터 방출되는, 광자를 생성하기 위해 서로 재결합하는 반도체 구조의 영역이다. 일부 실시 예에 있어서, 광자는 가시광의 형태로 방출된다. 가시광의 적어도 일부는 약 380 나노미터(380 nm)로부터 약 560 나노미터(560 nm)의 전자기 방사선 스펙트럼 범위 내의 파장 또는 파장들을 가질 수 있다. When the
앞에서 언급한 것과 같이, 반도체 구조(100)의 활성 영역(106)은 하나 이상의 InGaN 우물 층(114) 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층(116)을 포함하고, 일부 실시 예에 있어서 (도펀트가 존재하지 않으면)InGaN에 의해 적어도 실질적으로 구성될 수 있다. 따라서, 활성 영역(106)은 일부 실시 예에 있어서 InGaN으로 필수적으로 구성될 수 있다. 활성 영역(106)은 하나의 우물 층(114) 및 하나의 배리어 층(116)을 포함하는 하나 이상의 인접한 층의 쌍을 포함하고, 이 때, 각각의 우물 층(114)은 InwGa1 - wN을 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40이고, 각각의 배리어 층(116)은 InbGa1-bN을 포함하고, 이 때, b는 0.01≤b≤0.10이고, b < w이다. The
도 1a 및 1b에 도시된 실시 예에 있어서, 비록 추가의 실시 예에 있어서는, 반도체 구조(100)의 활성 영역(106)은, 한 쌍 이상의 활성층을 포함할 수 있지만, 반도체 구조(100)의 활성 영역(106)은 하나(1)의 쌍의 활성층(우물 층(114) 및 배리어 층(116))을 포함한다. 예를 들어, 반도체 구조(100)의 활성 영역(106)은 하나(1)에서 스물 다섯(25)개의 활성층이 인접 쌍을 포함할 수 있고, 각각의 쌍은 우물 층(114) 및 배리어 층(116)을 포함하고, 그 결과 활성 영역(106)은 교대하는 우물 층(114) 및 배리어 층(116)의 스택(stack)을 포함한다(하나 이상의 쌍을 포함하는 실시 예에 있어서). 그러나, 배리어 층(116)의 수는 우물 층(114)의 수와 동일하지 않을 수 있다는 것이 이해된다. 우물 층(114)은 배리어 층(116)에 의해 서로 분리될 수 있다. 따라서, 배리어 층(116)의 수는 일부 실시 예에 있어서 우물 층(114)의 수와 같거나, 하나 더 많거나 하나 더 적을 수 있다. 1A and 1B, although in an additional embodiment, the
도 1a를 계속 참조하면, 각각의 우물 층(114)은 약 1 나노미터(1 nm)와 약 1000 나노미터(1,000 nm) 사이, 약 1 나노미터(1 nm)와 약 100 나노미터(100 nm) 사이, 또는 심지어 약 1 나노미터(1 nm)와 약 10 나노미터(10 nm) 사이의 평균 층 두께(T W )를 가질 수 있다. 우물 층(114)은 일부 실시 예에 있어서 양자 우물(quantum wells)을 포함할 수 있다. 이와 같은 실시 예에 있어서, 각각의 우물 층(114)은 약 10 나노미터(10 nm) 이하의 평균 층 두께(T W )를 가질 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 우물 층(114)은 양자 우물을 포함하지 않을 수 있고, 각각의 우물 층(114)은 약 10 나노미터(10 nm)보다 큰 평균 층 두께(T W )를 가질 수 있다. 이와 같은 실시 예에 있어서, 활성 영역(106)은 당 분야에서 "이중 헤테로구조(double heterostructure)"라고 불리는 것을 포함할 수 있다. 각각의 배리어 층(116)은, 비록 다른 실시 예에서 배리어 층(116)은 더 두꺼울 수 있지만, 약 1 나노미터(1 nm)와 약 50 나노미터(50 nm) 사이, 또는 심지어 약 1 나노미터(1 nm)와 약 10 나노미터(10 nm) 사이의 평균 층 두께(T B )를 가질 수 있다. 1A, each well layer 114 is between about 1 nanometer (1 nm) and about 1000 nanometers (1,000 nanometers), about 1 nanometer (1 nanometers) and about 100 nanometers (100 nanometers ), Or even an average layer thickness ( T W ) between about 1 nanometer (1 nm) and about 10 nanometers (10 nm). The
우물 층(114) 및 배리어 층(116)의 하나 또는 모두는 도핑될 수 있다. 예를 들어, 우물 층(114) 및 배리어 층(116)의 하나 또는 모두는 전자 도너인 규소 또는 게르마늄과 같은 원소의 도핑에 의해 n-형으로 도핑될 수 있다. 우물 층(114)에서의 도펀트의 농도는, 약 3e17 cm-3 내지 약 1e19 cm-3의 범위에 있을 수 있고, 또는 일부 실시 예에 있어서 약 3e17 cm-3 내지 약 5e17 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 유사하게, 배리어 층(116)에서의 도펀트의 농도는, 약 3e17 cm-3 내지 약 1e19 cm-3의 범위에 있을 수 있고, 또는 일부 실시 예에 있어서 약 1e18 cm-3 내지 약 3e18 cm-3의 범위에 있을 수 있다.One or both of the
우물 층(114) 및 배리어 층(116)의 하나 또는 모두는, 우르차이트 결정 구조(Wurtzite crystal structure)를 가질 수 있다. 추가로, 일부 실시 예에 있어서, 우물 층(114) 및 배리어 층(116)의 하나 또는 모두는 약 3.186 옹스트롬보다 큰 우물 층(114)과 배리어 층(116) 간의 계면(interface) 또는 계면과 평행한 성장 평면에서 평균 격자 상수를 가질 수 있는, 갈륨 극성 성장면과 같은 극성 성장면(polar growth surface)을 포함할 수 있다. 더욱 상세하게는, 일부 실시 예에 있어서, 평균 성장 평면 격자 상수(c)는 약 3.186 옹스트롬과 약 3.2 옹스트롬 사이에 있을 수 있다.One or both of the
적어도 하나의 우물 층 및 적어도 하나의 배리어 층을 포함하는 활성 영역(106)은 약 40 나노미터(40 nm)와 약 1000 나노미터(1,000 nm) 사이, 약 40 나노미터(40 nm)와 약 750 나노미터(750 nm) 사이, 또는 심지어 약 40 나노미터(40 nm)와 약 200 나노미터(200 nm) 사이의 평균 전체 두께를 가질 수 있다 . The
도 1a를 계속 참조하면, 반도체 구조(100)는 활성 영역(106)과 p-형 접촉 층(104) 사이, 및/또는 활성 영역(106)과 베이스 층(102) 사이에 추가의 층을 선택적으로 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에 있어서, 반도체 구조(100)는 활성 영역(106)과 베이스 층(102) 사이에 스페이서 층(spacer layer, 118)을 포함할 수 있다. 1A, the
선택적인 스페이서 층(118)은 InspGa1 - spN의 층을 포함할 수 있고, 이 때, sp는 0.01 ≤ sp ≤ 0.10, 또는 0.03 ≤ sp ≤ 0.06이고, 또는 sp는 약 0.05와 같다. 스페이서 층(118)은 베이스 층(102)에 대해, 그리고 일부 실시 예에서는, InnGa1 - nN 베이스 층(112)에 대해, 다양한 조성(및 그러므로, 다양한 격자 파라미터)을 가질 수 있는, 활성 영역(106)의 층과 베이스 층(102) 사이에 더 점진적인 전이(gradual transition)를 제공하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, InspGa1 - spN 스페이서 층(118)은 일부 실시 예에 있어서 베이스 층(102)과 활성 영역(106) 사이에 직접 배치될 수 있다. 베이스 층(102)과 활성 영역(106) 사이에 더 점진적인 전이를 제공함으로써, InGaN의 여러 층의 결정 격자 내의 스트레스, 및 그러므로, 이와 같은 스트레스에 기인할 수 있는 결함이 감소될 수 있다. InspGa1 - spN 스페이서 층(118)은 약 1 나노미터(1 nm)와 약 100 나노미터(100 nm) 사이, 또는 약 1 나노미터(1 nm)와 약 100 나노미터(25nm) 사이의 평균 층 두께(T sp )를 가질 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, 평균 층 두께(T sp )는 약 10 나노미터(10 nm)와 같을 수 있다. An
선택적으로, InspGa1 - spN 스페이서 층(118)은 도핑될 수 있다. 예를 들어, InspGa1-spN 스페이서 층(118)은 n-형 전자 도너인 원소, 예컨대 규소 또는 게르마늄 도핑에 의하여 도핑될 수 있다. 스페이서 층(118)에서 도펀트의 농도는 약 3e17 cm-3 내지 약 1e19 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, 스페이서 층(118)에서의 도펀트의 농도는 약 2e18 cm-3과 같을 수 있다.Alternatively, In Ga 1 sp - N sp spacer layer 118 it may be doped. For example, the In sp Ga 1 -sp
도 1a를 계속 참조하면, 반도체 구조(100)는 활성 영역(106)과 p-형 접촉 층(104) 사이에 배치되는 선택적인 IncpGa1 - cpN 캡 층(120)을 더 포함할 수 있다. 선택적인 IncpGa1 - cpN 캡 층(120)은 IncpGa1 - cpN의 층을 포함할 수 있고, 이 때, cp는 0.01 ≤ cp ≤ 0.10, 또는 0.03 ≤ cp ≤ 0.07이다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, cp의 값은 약 0.05와 같을 수 있다. IncpGa1 - cpN 캡 층(120)은 상승 온도에서 후속 처리 시 활성 영역(106)의 하부 층(underlying layers)에서 인듐의 용해(dissolution) 및/또는 증발(evaporation)을 피하기 위해 사용될 수 있고,/또는 스페이서 층과 동일한 기능으로 작용할 수 있다. 1A, the
IncpGa1 - cpN 캡 층(120)은 약 1 나노미터(1 nm)와 약 100 나노미터(100 nm) 사이, 또는 약 1 나노미터(1 nm)와 약 25 나노미터(25 nm) 사이의 평균 층 두께(T cp )를 가질 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, T cp 는 일부 실시 예에서 약 10 나노미터(10 nm)와 같을 수 있다. 선택적으로, 캡 층(120)은 도핑될 수 있다. 예를 들어, 캡 층(120)은 전자 억셉터인 원소, 예컨대 마그네슘, 아연, 및 탄소 도핑에 의해 p-형으로 도핑될 수 있다. 그러나, 다른 실시 예에 있어서, 캡 층(120)은 n-형으로 도핑될 수 있다. 캡 층(120)에서 도펀트의 농도는 약 3e17 cm-3 내지 약 1e19 cm-3의 범위에 있을 수 있고, 또는 약 1e18 cm-3 내지 약 5e18 , cm-3의 범위에 있을 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, 캡 층(120)에서 도펀트의 농도는 일부 실시 예에서 약 2e18 cm-3과 같을 수 있다.In cp Ga 1 - cp
본 개시 내용의 반도체 구조(100)는 활성 영역(106)과 p-형 접촉 층(104) 사이에 배치되는 하나 이상의 전자 차단 층(electron blocking layers, EBLs)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 전자 차단 층은, 활성 영역(106) 내에 전자를 감금하도록 작용할 수 있고, 활성 영역(106)으로부터 캐리어의 오버플로우(over flowing)를 방지할 수 있는, 전도대의 밴드 에지의 에너지 준위가 활성 영역(106)에서의 전도대의 밴드 에지에 비해 비교적 높은 재료를 포함할 수 있다.The
비제한적인 예로서, 도 1a는 활성 영역(106)과 반대측인 캡 층(120) 위의 전자 차단 층(108)을 도시한다. p-형 벌크 층(110)을 포함하는 실시 예에 있어서, 도 1a에 나타낸 것과 같이 전자 차단 층(108)은 캡 층(120) 및 p-형 벌크 층(110) 사이에 직접 배치될 수 있다. As a non-limiting example, FIG. 1A illustrates an
전자 차단 층(108)은 그룹 III 질화물을 포함한다. 비제한적인 예로서, (도펀트가 존재하지 않으면)전자 차단 층(108)은 적어도 실질적으로 IneGa1-eN에 의해 구성될 수 있고, 이 때, 0.00≤e≤0.02이고, 일부 실시 예에 있어서는, (도펀트가 존재하지 않으면)적어도 실질적으로 GaN에 의해 구성될 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 전자 차단 층(108)은 적어도 실질적으로 AleGa1-eN에 의해 구성될 수 있고, 이 때, 0.00≤e≤0.20이다. 일부 실시 예에 있어서, (도펀트가 존재하지 않으면)전자 차단 층(108)은 적어도 실질적으로 AleGa1-eN에 의해 구성될 수 있다. The
전자 차단 층(108)은 마그네슘, 아연, 및 탄소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 도펀트에 의해 p-형으로 도핑될 수 있다. 전자 차단 층(108) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는, 약 1e17 cm-3으로부터 약 1e21 cm-3의 범위에 있을 수 있고, 또는 일부 실시 예에 있어서는 약 3e19 cm-3와 같을 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 전자 차단 층(108)은 약 5 나노미터(5 nm)로부터 약 50 나노미터(50 nm)의 범위에서 평균 층 두께(T e )를 가질 수 있고, 또는 일부 실시 예에 있어서는, 약 20 나노미터(20 nm)와 같은 평균 층 두께(T e )를 가질 수 있다.The
본 개시 내용의 반도체 구조(100)의 추가 실시 예에 있어서, 반도체 구조(100)는 전자 차단 층(108)과 유사한 전자 차단 층을 가질 수 있지만, 이 때, 전자 차단 층은 도 1a의 인셋(inset, 122)에 도시된 것과 같이, 다양한 재료의 교대 층(alternating layers)을 포함하는 초격자 구조(superlattice structure)를 가진다. 예를 들어, 전자 차단 층(108)은 GaN(124) 및 IneGa1- eN(124)의 교대 층을 포함하는 초격자 구조를 가질 수 있고, 이 때, e는 0.01 ≤e ≤0.02이다. 다른 실시 예에 있어서, 전자 차단 층은 GaN(124) 및 AleGa1-eN(126)의 교대 층을 포함하는 초격자 구조를 가질 수 있고, 이 때, e는 0.01≤e≤0.20이다. 이와 같은 초격자 구조에서 층 각각은 약 1 나노미터(1 nm) 내지 약 20 나노미터(20 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있다. In a further embodiment of the
앞에서 언급한 것과 같이, 본 개시 내용의 반도체 구조(100)는 전자 차단 층(108)과 p-형 접촉 층(104) 사이에 배치되는 p-형 벌크 층(110)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 p-형 벌크 층은 p-도핑 그룹 III 질화물 재료, 예컨대 p-도핑 InpGa1-pN을 포함할 수 있다. 이와 같은 p-형 벌크 층은, 예를 들어 정공 캐리어의 소스로서, 그리고 활성 영역(106)에 및 활성 영역(106)으로부터 전기 전도성 및 광 추출(light extraction)을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. p-형 벌크 층(110)에의 인듐의 포함은, 캐리어 유동 동기, 및 활성 영역 내의 캐리어의 감금에 도움을 줄 수 있다.The
(도펀트가 존재하지 않으면)p-형 벌크 층(110)은 적어도 실질적으로 InpGa1 - pN에 의해 구성될 수 있고, 이 때, p는 0≤p≤0.08이고, 바람직하게는 0.01≤p≤0.08이다. 하나의 특정한 비제한적인 예에서, p-형 벌크 층(110)은 적어도 실질적으로 InpGa1 - pN에 의해 구성될 수 있고, 이 때, p는 약 0.02와 같다. p-형 벌크 층(110)은 마그네슘, 아연, 및 탄소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 도펀트에 의해 p-형으로 도핑될 수 있다. p-형 벌크 층(110) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 1e17 cm-3으로부터 약 1e21 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, p-형 벌크 층(110) 내의 도펀트의 농도는 약 3e19 cm-3과 같을 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, p-형 벌크 층(110)은 약 50 나노미터(50 nm)로부터 600 나노미터(600 nm)의 범위의 평균 층 두께(T p )를 가질 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, p형 벌크 층(110)은 약 175 나노미터(175 nm)와 같은 평균 층 두께(T p )를 가질 수 있다.The p-
반도체 구조(100)는 전자 차단 층(108)과 반대측인, p-형 벌크 층(110) 위에 배치되는 p-형 접촉 층(104)을 더 포함할 수 있다. p-형 접촉 층(104)은 그룹 III 질화물을 포함할 수 있다. 이와 같은 p-형 접촉 층은 예를 들어 활성 영역(106)으로의 정공의 전도성을 향상시키기 위해 사용될 수 있다. p-형 접촉 층(104)은 반도체 구조(100)로부터 발광 장치의 제조 중 p-형 접촉 층의 일부 위에 형성되는 전극 컨택트의 전기 저항을 제한하도록, 고농도의 하나 이상의 도펀트, 예컨대 p-형 도펀트를 포함할 수 있다. The
비제한적인 예로서, p-형 접촉 층(104)은 p-형으로 도핑된 IncGa1 - cN을 포함할 수 있다. 예를 들어, (도펀트가 존재하지 않으면)p-형 접촉 층(104)은 적어도 실질적으로 IncGa1 - cN에 의해 구성될 수 있고, 이 때, c는 0.01≤c≤0.10이고, 일부 실시 예에 있어서, (도펀트가 존재하지 않으면)p-형 접촉 층(104)은 적어도 실질적으로 GaN에 의해 구성될 수 있다. p-형 접촉 층(104)에의 인듐의 포함은, 그것이 장치에 대한 낮은 동작 전압(operating voltage)을 생기게 하고, 장치 상에 형성되는 금속 전극에 의해, 에너지 장벽을 감소시킬 수 있다는 점에서 도움이 된다. p-형 접촉 층(104)은 마그네슘, 아연, 및 탄소로 구성되는 그룹으로부터 선택되는 하나 이상의 도펀트에 의해 p-형 도핑될 수 있다. p-형 접촉 층(104) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 1e17 cm-3으로부터 약 1e21 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, p-형 접촉 층(104) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 1e20 cm-3과 같을 수 있다. p-형 접촉 층(104)은 약 2 나노미터(2 nm)로부터 약 50 나노미터(50 nm)의 범위의 평균 층 두께(T c)를 가질 수 있다. 하나의 특정한 비제한적인 예로서, p-형 컨택트 층(104)은 약 15 나노미터(15 nm)와 같은 평균 층 두께(T c)를 가질 수 있다. 도 1a에 나타낸 것과 같이, p-형 접촉 층(104)은 p-형 벌크 층(110) 바로 위에 형성될 수 있다. As a non-limiting example, the p-
이하에 더 상세히 기재되는 것과 같이, 완성된 반도체 구조(100)는 하나 이상의 반도체 발광 장치, 예컨대 LED의 제조에 이용될 수 있다. 간단히 말해, 전극 컨택트는 베이스 층(102)의 반도체 층의 일부 위에, 예컨대 InnGa1 - nN 베이스 층(112)의 일부 위에 또는 GaN 시드 층(656)의 적어도 일부 위에 형성될 수 있고, 추가의 전극 컨택트는 적어도 p-형 접촉 층(104)의 일부 위에 형성될 수 있어, 전하 캐리어가 가시광의 형태로 될 수 있는, 전자기 발광(electromagnet radiation)의 결과로 얻어진 방출(resultant emission)로 활성 영역(106)으로 주입되게 한다. As will be described in more detail below, the completed
도 1b는 도 1a의 반도체 구조(100)의 여러 층에서의 다양한 반도체 재료에 대한 전도대(128)의 에너지 준위(에너지 밴드 다이어그램에서)를 도시하는 단순화된 다이어그램이다(성장 기판(658) 및 그룹 III 질화물 핵생성 층(660)이 생략되었다는 것을 주의). 도 1b는 도 1a의 반도체 구조(100)와 수직으로 정렬된다. 도 1b의 수직의 파선은 도 1a의 반도체 구조(100)의 여러 층 사이의 계면과 정렬된다. 도 1b의 수직축은 에너지이고, 고 에너지 준위는 수직으로 저 에너지 준위 위에 위치된다. 도 1b는 본보기 반도체 구조(100)에 대한 전도대 에너지 준위의 비제한적인 예를 도시한다는 것을 주목해야 한다. 그 결과, 상대 수평 전도대 에너지 준위는 적어도 개개의 반도체 층의 조성 및 도핑의 함수로서 상대 위치가 변할 수 있고, 여러 반도체 층의 조성 범위는 위에 기재된 것과 같은 범위에 있다. 따라서, 도 1b는 반도체 구조(100)의 여러 층에서 전도대(128)의 에너지 준위의 상대적 차이를 보기 위해 사용될 수 있다. 도 1b에 나타낸 것과 같이, 우물 층(114)에서 전도대(128)의 에너지 준위는 반도체 구조(100)의 다른 층에서의 전도대(128)의 에너지 준위보다 낮을 수 있다.1B is a simplified diagram illustrating the energy levels (in the energy band diagram) of the
당 분야에서 알려져 있는 것과 같이, 그룹 III 질화물 층, 예컨대 InGaN에 대해, 전도대(128)의 에너지 준위는 인듐 함량 및 도펀트 레벨을 포함하지만 이에 한정되지 않는 다수의 변수의 함수이다. 우물 층(114) 및 배리어 층(116)은 조성을 가지도록 형성될 수 있고, 그렇지 않으면 우물 층(114)에서의 전도대(128)의 에너지 준위가 배리어 층(116)에서의 전도대(128)의 에너지 준위보다 낮도록 구성된다. 그 결과, 전하 캐리어(예컨대, 전자)는 반도체 구조(100)로부터 제조되는 발광 장치의 동작 중 우물 층(114)에 축적될 수 있고, 배리어 층(116)은 활성 영역(106)을 가로질러 전하 캐리어(예컨대, 전자)의 이동을 방해하도록 기능할 수 있다. 따라서, 일부 실시 예에 있어서, 각각의 우물 층(114)에서의 인듐 함량은 각각의 배리어 층(116)에서의 인듐 함량보다 높을 수 있다. 예를 들어, 각각의 우물 층(114)에서의 인듐 함량 및 각각의 배리어 층(116)에서의 인듐 함량 간의 차이는 약 0.05(즉, w - b ≥ 0.05) 이상일 수 있고, 또는 일부 실시 예에 있어서 약 0.20(즉, w - b ≥ 0.20) 이상일 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 배리어 층(116)에서의 도펀트 농도는 우물 층(114)에서의 도펀트 농도와 다를 수 있다. 높은 도핑 농도는 InGaN의 결정 구조에 결함을 생기게 할 수 있고, 이와 같은 결함은 전자-정공 쌍의 비방사 조합(non-radiative combination)을 생기게 할 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 우물 층(114)에서의 도펀트 농도는 배리어 층(116)에서의 전자-정공 쌍의 비방사 조합의 비율에 대한 우물 층(114)에서의 전자-정공 쌍의 비방사 조합의 비율을 감소시키기 위해 배리어 층(116)에서의 도펀트 농도보다 낮을 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 배리어 층(116)에서의 도펀트 농도는, 우물 층(114)에서의 도펀트 농도보다 높을 수 있다. As is known in the art, for a Group III nitride layer, such as InGaN, the energy level of the
도 1b에 도시된 것과 같이, 전자 차단 층(108)에 의해 제공되는 에너지 장벽은 전자 차단 층(108) 및 캡 층(120)(또는 활성 영역(106)에 가장 가까운 측에서 전자 차단 층(108)에 바로 인접한 다른 층)에서의 전도대(128)의 에너지 준위의 차이에 기인할 수 있다. 에너지 장벽의 높이는 전자 차단 층(108)의 조성을 변경하여 변경될 수 있다. 예를 들어, 도 1b에 도시된 것과 같이, (도펀트가 존재하지 않으면)전도 에너지 준위(130)(실선으로 나타냄)는 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되는 전자 차단 층에 대한 전도대 에너지 준위를 나타낼 수 있다. 전자 차단 층 내의 전도대 에너지 준위는 적어도 실질적으로 IneGa1-eN에 의해 구성되는 전자 차단 층을 형성함으로써 전도대 에너지 준위(132)(파선으로 나타냄)로 도시된 것과 같이 GaN 전자 차단 층에 대해 감소될 수 있고, 이 때, e는 0.01 ≤e ≤0.02이다. 다른 실시 예에 있어서, 전도대 에너지 준위는 적어도 실질적으로 AleGa1-eN에 의해 구성되는 전자 차단 층을 형성함으로써 전도대 에너지 준위(134)(파선으로 나타냄)에 의해 도시된 것과 같이 GaN 전자 차단 층에 대해 증가될 수 있고, 이 때, e는 0.01 ≤e ≤0.20이다. 그러므로 전자 차단 층 내의 전도대의 에너지 준위는, 반도체 구조(100)의 다른 그룹 III 질화물 층과 전자 차단 층(108) 사이의 원하는 전도대 오프-셋(conduction band off-set)을 제공하기 위해 변경될 수 있다.1B, the energy barrier provided by the
전자 차단 층(108)이 다양한 재료의 교대 층을 포함하는 초격자 구조를 가지는 반도체 구조(100)의 실시 예에 있어서, 전도대 에너지 준위는 도 1b의 인셋(136)에 도시된 것과 같은 주기와 같은 방식(periodic like manner)으로 증가 및 감소할 수 있다. 예를 들어, 전자 차단 층(108)은 GaN(138) 및 AleGa1-eN(140)의 교대 층을 포함하는 초격자 구조를 가질 수 있으며, 이 때, e는 0.01≤e≤0.20이고, 또는 대안으로, 초격자 구조는 GaN 및 IneGa1-eN의 교대 층을 포함할 수 있으며, 이 때, e는 0.01≤e≤0.02이다. 다양한 재료의 교대 층 사이의 전도대 에너지 오프-셋의 크기(magnitude)는, GaN 층과 AleGa1-eN 또는 IneGa1-eN 층 간의 조성 차이에 의해 선택될 수 있다.In embodiments of the
본 개시 내용의 반도체 구조는 반도체 구조의 활성 영역(106)과 반도체 구조의 베이스 층(102) 사이에 배치되는 전자 정지 층(electron stopping layer)을 더 포함할 수 있다. 이와 같은 전자 정지 층은 전도대의 밴드 에지의 에너지 준위가 활성 영역 내에 전자를 더 감금하는 기능을 할 수 있고, 활성 영역으로부터 캐리어의 오버플로우를 방지할 수 있어, 활성 영역 내의 캐리어의 개선된 균일성(uniformity)을 제공하는, InnGa1 - nN 베이스 층에서의 전도대의 밴드 에지에 비해 비교적 높은 n-도핑 그룹 III 질화물 재료를 포함할 수 있다. The semiconductor structure of the present disclosure may further include an electron stopping layer disposed between the
비제한적인 예로서, 도 2a 및 2b는 이와 같은 전자 정지 층(202)을 포함하는 반도체 구조(200)의 실시 예를 도시한다. 반도체 구조(200)는 반도체 구조(100)와 유사하고 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 하나 이상의 InGaN 우물 층(114), 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층(116)을 포함하는 활성 영역(106)을 포함한다. 반도체 구조(200)는 또한 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 베이스 층(102), 스페이서 층(118), 캡 층(120), 전자 차단 층(108), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)을 포함한다. 반도체 구조(200)의 전자 정지 층(202)은 베이스 층(102)과 활성 영역(106) 사이에 배치되고, InnGa1 - nN 베이스 층(112) 및 스페이서 층(118) 사이에 배치될 수 있다.By way of non-limiting example, FIGS. 2A and 2B illustrate an embodiment of a
전자 정지 층(202)은 그룹 III 질화물을 포함한다. 비제한적인 예로서, 전자 정지 층(202)은 n-형으로 도핑된 AlGaN을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에 있어서, 전자 정지 층(202)은 (도펀트가 존재하지 않으면)적어도 실질적으로 AlstGa1-stN으로 구성될 수 있고, 이 때, st는 0.01≤st≤0.20이다. 다른 실시 예에 있어서, 전자 정지 층(202)은 인셋(204)에 도시된 것과 같이 AlstGa1 -stN(206), 및 GaN(208)의 층의 교대 층을 포함하는 초격자 구조를 가질 수 있고, 이 때, 0.01≤st≤0.20이다. 반도체 구조(200)는 AlstGa1 -stN(206) 및 GaN(208)의 층의 교대 층의 임의의 수(예컨대, 약 하나(1)로부터 약 이십(20)까지)를 포함할 수 있다. 이와 같은 초격자 구조에서의 층(206, 208)은 약 1 나노미터(1 nm) 내지 약 100 나노미터(100 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있다. The
전자 정지 층(202)은 규소 및 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 도펀트에 의해 n-형으로 도핑될 수 있다. 전자 정지 층(202) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 0.1e18 cm-3으로부터 20e18 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 전자 정지 층(202)은 약 1 나노미터(1 nm)로부터 약 50 나노미터(50 nm)의 범위의 평균 층 두께(T st )를 가질 수 있다. The
도 2b는 단순화된 전도대 다이어그램이고 반도체 구조(200)의 여러 재료에 대한 전도대(228)의 상대 에너지 준위를 도시한다. 도 2b에 나타낸 것과 같이, 도 2a의 반도체 구조(200)의 실시 예에 있어서, 반도체 구조(200)(도 2b)의 전자 정지 층(202)의 적어도 일부 내의 전도대(228)의 에너지 준위는 베이스 층(102) 내의 전도대(228)의 에너지 준위 및/또는 스페이서 층(118) 내의 전도대(228)의 에너지 준위보다 비교적 높다. 전자 정지 층(202)이 AlstGa1 -stN(206) 및 GaN(208)의 층의 교대 층을 포함하고, 이 때, 0.01≤st≤0.20인, 도 2b의 인셋(210)에 도시된 것과 같은 초격자 구조를 포함하는 실시 예에 있어서, 전도대 에너지 준위는 주기식으로 변할 수 있다.FIG. 2B is a simplified conduction diagram and shows the relative energy levels of the
추가의 실시 예에 있어서, 본 개시 내용의 반도체 구조는 반도체 구조의 제조를 용이하게 하기 위해 채택되는, 활성 영역과 베이스 층 사이의 하나 이상의 재료 층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시 예에 있어서, 본 개시 내용의 반도체 구조, 및 이와 같은 구조로부터 제조되는 하나 이상의 발광 장치들은 활성 영역과 베이스 층(102) 사이에 배치되는 하나 이상의 변형 완화 층(strain relief layer)을 포함할 수 있고, 이 때, 변형 완화 층은 베이스 층(102)과 p-형 접촉 층 사이에 반도체 구조의 여러 층의 결정 구조의 결정 격자의 변형을 수용하도록 만들어지고 구성될 수 있고, 층은 층-바이-층 프로세스로 겹쳐서 에피택셜 성장될 수 있다. In a further embodiment, the semiconductor structure of the present disclosure may include one or more layers of material between the active region and the base layer, which are employed to facilitate fabrication of the semiconductor structure. For example, in some embodiments, the semiconductor structure of the present disclosure, and one or more light emitting devices fabricated from such a structure, may include at least one strain relief layer (not shown) disposed between the active region and the
비제한적인 예로서, 도 3a 및 3b는 이와 같은 변형 완화 층(302)을 포함하는 반도체 구조(300)의 실시 예를 도시한다. 반도체 구조(300)는 반도체 구조(100)와 유사하고 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 하나 이상의 InGaN 우물 층(114), 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층(116)을 포함하는 활성 영역(106)을 포함한다. 반도체 구조(300)는 또한 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 베이스 층(102), 스페이서 층(118), 캡 층(120), 전자 차단 층(108), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)을 포함한다. 반도체 구조(300)의 변형 완화 층(302)은 베이스 층(102)과 스페이서 층(118) 사이에 배치된다. 도 3a 및 3b의 실시 예에 있어서, 변형 완화 층(302)은 InnGa1 - nN 베이스 층(112) 및 InspGa1-spN 스페이서 층(118) 사이에 직접 배치된다. As a non-limiting example, FIGS. 3A and 3B illustrate an embodiment of a
변형 완화 층(302)은 그룹 III 질화물을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 변형 완화 층(302)은 InsraGa1-sraN(306), 및 InsrbGa1-srbN(308)의 층의 교대 층을 포함하고, 이 때, 0.01≤sra≤0.10, 0.01≤srb≤0.10인, 인셋(304)에 도시된 것과 같이 초격자 구조를 가질 수 있다. 또한, sra는 srb보다 클 수 있다. 반도체 구조(300)는 InsraGa1 - sraN 층(306) 및 InsrbGa1 - srbN(308)의 교대 층의 임의의 수(예컨대, 약 하나(1)로부터 약 이십(20)까지)를 포함할 수 있다. 이와 같은 초격자 구조에서의 층(306, 308)은 약 1 나노미터(1 nm) 내지 약 20 나노미터(20 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있다. The
변형 완화 층(302)은 규소 및 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 도펀트에 의해 n-형으로 도핑될 수 있다. 변형 완화 층(302) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 0.1e18 cm-3으로부터 20e18 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 변형 완화 층(302)은 약 1 나노미터(1 nm)로부터 약 50 나노미터(50 nm)로 연장하는 범위의 평균 층 두께를 가질 수 있다. The
도 3b는 단순화된 전도대 다이어그램이고 반도체 구조(300) 내의 여러 재료에 대한 전도대(328)의 상대 에너지 준위를 도시한다. 도 3b에 나타낸 것과 같이, 도 3a의 반도체 구조(300)의 실시 예에 있어서, 반도체 구조(300)의 변형 완화 층(301)(도 3a)의 적어도 일부 내의 전도대(328)의 에너지 준위는 InnGa1 - nN 베이스 층(112) 내의 전도대(328)의 에너지 준위 및/또는 스페이서 층(118) 내의 전도대(328)의 에너지 준위보다 비교적 낮을 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 반도체 구조(300)의 변형 완화 층(302)(도 3a)의 적어도 일부 내의 전도대(328)의 에너지 준위는 InGaN 베이스 층(112) 내의 전도대(328)의 에너지 준위 및/또는 스페이서 층(118) 내의 전도대(328)의 에너지 준위보다 비교적 높을 수 있다. 도 3b의 인셋(310)에 도시된 것과 같이, 변형 완화 층이 교대 층 InsraGa1 - sraN 층(306) 및 InsrbGa1-srbN(308)을 포함하는 초격자 구조를 포함하는 실시 예에 있어서, 전도대 에너지 준위는 주기식으로 변할 수 있다. 3B is a simplified conduction diagram and shows the relative energy levels of the
도 4a 및 4b는 본 개시 내용의 반도체 구조(400)의 또 다른 실시 예를 도시한다. 반도체 구조(400)는 반도체 구조(100)와 유사하고 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 하나 이상의 InGaN 우물 층(114), 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층(116)을 포함하는 활성 영역(406)을 포함한다. 반도체 구조(400)는 또한 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 베이스 층(102), 스페이서 층(118), 캡 층(120), 전자 차단 층(108), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)을 포함한다. 반도체 구조(400)의 활성 영역(406)은 추가의 GaN 배리어 층(402)을 더 포함한다. 추가의 GaN 배리어 층(402) 각각은 InGaN 우물 층(114)과 InGaN 배리어 층(116) 사이에 배치될 수 있다. 추가의 GaN 배리어 층(402)은 우물 층(114) 내에 전자를 또한 감금하는 기능을 할 수 있고, 이 때, 전자는 정공과 더 재결합하는 경향이 있을 수 있고, 증가된 방사선 방출 확률을 가져올 수 있다.4A and 4B illustrate another embodiment of the
일부 실시 예에 있어서, 각각의 GaN 배리어 층(402)은 규소 및 게르마늄으로 구성되는 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 도펀트에 의해 n-형으로 도핑될 수 있다. 예를 들어, GaN 배리어 층(402) 내의 하나 이상의 도펀트의 농도는 약 1.0e17 cm-3로부터 50e17 cm-3의 범위에 있을 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 각각의 GaN 배리어 층(402)은 약 0.5 나노미터(0.5 nm)로부터 약 20 나노미터(20 nm)의 범위의 평균 층 두께(T b2 )를 가질 수 있다.In some embodiments, each
도 4b는 단순화된 전도대 다이어그램이고 반도체 구조(400) 내의 여러 재료에 대한 전도대(428)의 상대 에너지 준위를 도시한다. 도 4b에 나타낸 것과 같이, 도 4a의 반도체 구조(400)의 실시 예에 있어서, GaN 배리어 층(402)(도 4a) 내의 전도대(428)의 에너지 준위는 InGaN 배리어 층(116) 내의 전도대(428)의 에너지 준위보다 그리고 InGaN 우물 층(114) 내의 전도대(428)의 에너지 준위보다 비교적 높을 수 있다. FIG. 4B is a simplified conduction diagram and shows the relative energy levels of
도 5a 및 5b는 반도체 구조(500)를 포함하는 본 개시 내용의 또 다른 실시 예를 도시한다. 이 실시 예에 있어서, Arena 등의 이름으로 2012년 1월 31일자로 출원된 미국 특허 출원 제 13/362,866 호에 개시된 방법이 활성 영역(506)을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 반도체 구조(500)는 반도체 구조(100)와 유사하고 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 하나 이상의 InGaN 우물 층(514), 및 하나 이상의 InGaN 배리어 층(516)을 포함하는 활성 영역(506)을 포함한다. 반도체 구조(500)는 또한 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같이 베이스 층, 스페이서 층, 캡 층, 전자 차단 층, p-형 벌크 층(100) 및 p-형 접촉 층을 포함한다. 명확성을 위해, 활성 영역(506)을 둘러싸는 층만이 도시되고, 이들 층은 선택적 스페이서 층(118) 및 캡 층(120) 및 InnGa1 - nN 베이스 층(112) 및 전자 차단 층(108)을 포함할 수 있다. 만약 선택 층이 반도체 구조(500)로부터 생략되면, 활성 영역(506)은 베이스 층(102) 및 전자 차단 층(108) 사이에 직접 배치될 수 있다.FIGS. 5A and 5B illustrate another embodiment of the present disclosure including
반도체 구조(500)의 활성 영역(506)은 반도체 구조의 활성 영역(100)과 유사하지만, 2개 이상의 InGaN 배리어 층을 더 포함하고 이 때, 후속 배리어 층 간의 밴드-갭 에너지는 도 5a 및 도 5b에서 보았을 때 우측에서 좌측으로, 즉 캡 층(120)으로부터 스페이서 층(118)의 방향으로 계단식으로 증가한다. 반도체 구조(500)에서 활성 영역(506)의 이와 같은 구성은, 활성 영역(506) 밖으로의 캐리어의 오버플로우를 방지하여 활성 영역(500) 내에 전하 캐리어의 감금을 도울 수 있고, 그렇게 함으로써, 반도체 구조(500)로부터 제조되는 발광 장치의 효율을 증가시킨다.The
장벽 영역(516A-C)은 각각의 밴드-갭 에너지(550A-C)를 갖는 장벽 영역(516A-C) 각각을 제공하기 위해 선택된 재료 조성 및 구조적 구성을 가질 수 있고, 이 때, 밴드-갭 에너지는 반도체 구조(500)를 포함하는 반도체 재료 각각의 가전자대 에너지(552)와 전도대 에너지(528) 간의 에너지 차이에 의해 주어진다. 제 1 배리어 영역(516A)에서의 밴드-갭 에너지(550A)는 제 2 배리어 영역(516B)에서의 밴드-갭 에너지(550B)보다 작을 수 있고 제 2 배리어 영역(516B)에서의 밴드-갭 에너지(550B)는 도 5b의 에너지 밴드 다이어그램에 나타낸 것과 같이 제 3 배리어 영역(516C)에서의 밴드-갭 에너지(550C)보다 작을 수 있다. 또한, 양자 우물 영역(552A-C)의 밴드-갭 에너지 각각은 실질적으로 동일할 수 있고, 장벽 영역(550A-C)의 밴드-갭 에너지(516A-C) 각각 보다 작을 수 있다.Barrier region (516 AC) is each band may have a selected material composition and structural configuration to provide a respective barrier region (516 AC) having the gap energy (550 AC), this time, the band-gap energy of the semiconductor Is given by the energy difference between the valence band energy (552) and conduction band energy (528) of each of the semiconductor materials including the structure (500). In be smaller than the gap energy (550 B) and the second barrier regions (516 B)-gap energy (550 A) of the second barrier regions (516 B) band at - the first barrier region (516 A) bands at the band-gap energy (550 B) of the band in a third barrier zone (516 C) as shown in the energy band diagram of Figure 5b - may be less than the energy gap (550 C). Furthermore, each of the band-gap energies of the
이러한 구성에 있어서, 제 1 양자 우물(514A)과 제 2 양자 우물(514B) 간의 정공 에너지 장벽(554A)은 제 2 양자 우물(516B)과 제 3 양자 우물(516C) 간의 정공 에너지 장벽(554B)보다 작을 수 있다. 다시 말해, 장벽 영역(516A-C)을 가로지르는 정공 에너지 장벽(554A-C)은 캡 층(120)으로부터 스페이서 층(118)의 방향으로 활성 영역(506)을 가로질러 계단식으로 증가할 수 있다. 전자 정공 에너지 장벽(554A-C)은 양자 우물 영역(514A-C) 및 인접 장벽 영역(516A-C) 사이의 계면을 가로지르는 가전자대(552)의 에너지의 차이다. 캡 층(120)으로부터 스페이서 층(108)을 향해 이동하는 장벽 영역(516A-C)을 가로질러 전자 정공 에너지 장벽(554A-C)을 증가시킨 결과, 정공의 균일성의 증가가 활성 영역(506) 내에서 달성될 수 있고, 그 결과 반도체 구조(500)로부터의 발광 장치 제조의 동작 동안 효율을 향상시킨다. A hole energy barrier 554 A between the first quantum well 514 A and the second quantum well 514 B is formed between the second quantum well 516 B and the third quantum well 516 C , It may be less than the energy barrier (554 B). In other words, the hole energy barrier 554 AC across the
앞에서 언급한 것과 같이, 장벽 영역(516A-C)은 장벽 영역(516A-C) 각각에 이들의 다양한, 각각의 밴드-갭 에너지(550A-C)를 제공하기 위해 선택되는 재료 조성 및 구조적 구성을 가질 수 있다. 예로서 그리고 제한하지 않는 것으로서, 각각의 장벽 영역(516A-C)은 3차 III-질화물 재료, 예컨대 Inb3Ga1 - b3N을 포함할 수 있고, 이 때, b3는 적어도 약 0.01이다. 장벽 영역(516A-C)의 Inb3Ga1 - b3N에서 인듐 함량을 감소시키는 것(즉, b3의 값을 감소시키는 것)은 장벽 영역(516A-C)의 밴드-갭 에너지를 증가시킬 수 있다. 따라서, 제 2 배리어 영역(516B)은 제 1 배리어 영역(516A)에 낮은 인듐 함량을 가질 수 있고, 제 3 배리어 영역(516C)은 제 2 배리어 영역(516B)에 대해 낮은 인듐 함량을 가질 수 있다. 게다가, 장벽 영역(516A-C) 및 우물 영역(514A-C)은 도핑될 수 있고 반도체 구조(100)에 대해 앞에서 기재된 것과 같은 평균 층 두께를 가질 수 있다. As mentioned above,
앞에서 언급한 것과 같이, 본 개시 내용의 실시 예에 따라, 활성 영역(106)(도 1a의)은 적어도 하나의 InGaN 우물 층 및 적어도 하나의 InGaN 배리어 층을 포함할 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는, 적어도 실질적으로 InGaN(예컨대, 도펀트가 존재하지 않으면 InGaN로 필수적으로 구성될 수 있음)로 구성될 수 있다. InGaN 우물 층을 포함하는 다수의 이미 알려진 발광 장치 구조는 GaN(적어도 실질적으로 인듐이 없음) 배리어 층을 포함한다. InGaN 우물 층과 GaN 배리어 층 간의 전도대의 에너지 준위의 차이는 비교적 높아, 이 기술에서의 사상에 따르면, 우물 층 내의 전하 캐리어의 개선된 감금을 제공하고, LED 구조의 효율을 개선할 수 있다. 그러나, 종래 기술의 구조 및 방법은 캐리어 오버플로우 및 압전 분극(piezoelectric polarization)으로 인해 장치 효율의 감소를 가져올 수 있다.As mentioned above, according to an embodiment of the present disclosure, the active region 106 (of FIG. 1A) may include at least one InGaN well layer and at least one InGaN barrier layer, and in some embodiments , At least substantially InGaN (e.g., which may be essentially composed of InGaN if no dopant is present). A number of already known light emitting device structures including an InGaN well layer include a GaN (at least substantially indium-free) barrier layer. The difference in the energy levels of the conduction band between the InGaN well layer and the GaN barrier layer is relatively high and, according to the teachings of this technique, can provide improved confinement of the charge carriers in the well layer and improve the efficiency of the LED structure. However, the structures and methods of the prior art can lead to a reduction in device efficiency due to carrier overflow and piezoelectric polarization.
캐리어 오버플로우 이론에 있어서, 하나 이상의 양자 우물 층은 워터 버킷(water bucket)과 유사할 수 있고, 주입된 캐리어를 캡쳐하여 유지하는 이 능력은 캐리어의 높은 주입을 약화시킨다. 주입된 캐리어가 캡쳐되지 않거나 유지되지 않을 때, 이는 활성 영역을 오버플로우하고 낭비되어, 장치 효율이 떨어지는 것에 기여한다. InGaN 양자 우물 및 GaN 배리어 층을 포함하는 종래 기술의 구조에 있어서, 밴드 오프-셋, 즉, 양자 우물과 장벽 간의 전도대 에너지 준위의 차이는 본원의 실시 예에서 기재되는 것과 같이, 실질적으로 InGaN으로 구성되는 활성 영역에 대한 밴드 오프-셋보다 상당히 크다. 본원에 기재된 구조에서 밴드 오프-셋의 감소는 주입된 캐리어가 활성 영역의 양자 우물 영역을 가로질러 더 효율적으로 분포하게 하여, 본원에 기재된 반도체 구조로부터 제조되는 발광 장치의 효율을 증가시킨다.In the carrier overflow theory, one or more quantum well layers may be similar to a water bucket, and this ability to capture and maintain an implanted carrier weakens the high implantation of the carrier. When the injected carrier is not captured or maintained, it overflows and wastes the active area, contributing to reduced device efficiency. In a prior art structure comprising an InGaN quantum well and a GaN barrier layer, the band-off, i.e., the difference in the conduction band energy levels between the quantum well and the barrier, is substantially made up of InGaN, as described in the embodiments herein. Lt; / RTI > for the active region being < / RTI > Decreasing the band-off-set in the structures described herein allows the injected carriers to be more efficiently distributed across the quantum well regions of the active region, thereby increasing the efficiency of the light emitting device fabricated from the semiconductor structure described herein.
게다가, InGaN 우물 층과 GaN 배리어 층 간의 격자 부정합으로 인해, 상대적으로 강한 압전 분극이 이와 같은 발광 장치 구조의 활성 영역 내에서 일어난다. 압전 분극은 발광 장치 구조의 활성 영역 내에서 전자에 대한 파동 함수와 정공에 대한 파동 함수 간의 중첩을 감소시킬 수 있다. 예를 들어 J. H. Son and J. L. Lee의 "Numerical Analysis of Efficiency Droop Induced by Piezoelectric Polarization in InGaN / GaN Lighth -Emitting Diodes, Appl. Phys. Lett. 97, 032109(2010)"에 개시된 것과 같이, 압전 분극은 이와 같은 발광 장치 구조(예컨대, LED)에서 "효율 저하(efficiency droop)"로 불리는 것을 야기할 수 있다. 효율 저하 현상은 증가하는 전류 밀도를 갖는 LED 구조의 내부 양자 효율(internal quantum efficiency, IQE)의 그래프에서의 저하(감소)이다.In addition, due to the lattice mismatch between the InGaN well layer and the GaN barrier layer, a relatively strong piezoelectric polarization occurs in the active region of such a light emitting device structure. Piezoelectric polarization can reduce the overlap between the wave function for electrons and the wave function for holes in the active region of the light emitting device structure. For example, JH Son and JL Lee, " Numerical Analysis of Efficiency Droop Induced by Piezoelectric Polarization in InGaN / GaN Lighth- Emitting Diodes , Appl. Phys. Lett. 97, 032109 (2010), piezoelectric polarization may cause what is termed "efficiency droop" in such a light emitting device structure (e.g., LED) (Decrease) in the graph of the internal quantum efficiency (IQE) of the LED structure having the quantum efficiency.
본 개시 내용의 발광 구조, 예컨대 LED 구조의 실시 예는 격자 부정합과 관련된 GaN 배리어 층 및 InGaN 우물 층을 가지는 이미 알려진 LED 구조의 문제, 즉 캐리어 오버플로우, 압전 분극 현상, 및 효율 저하를 경감 또는 극복할 수 있다. 본 개시 내용의 LED의 실시 예, 예컨대 도 1a 및 1b의 반도체 구조(100)로부터 제조되는 LED 구조가 구성될 수 있고, 그것의 에너지 대역 구조가 설계되고, 그 결과 활성 영역(106)은 감소된 압전 분극 효과, 및 전자의 파동 함수 및 정공의 파동 함수의 증가된 중첩을 나타낸다. 그 결과, 발광 장치, 예컨대 LED는 활성 영역(106)을 가로질러 전하 캐리어의 개선된 균일성, 및 증가하는 전류 밀도를 갖는 감소된 효율 저하를 나타낼 수 있다.An embodiment of the light emitting structure of the present disclosure, such as an LED structure, alleviates or overcomes problems of already known LED structures with GaN barrier layers and InGaN well layers associated with lattice mismatch, i.e., carrier overflow, piezoelectric polarization, can do. An LED structure fabricated from an embodiment of the presently disclosed LED, e.g., the
본 개시 내용의 실시 예를 통해 얻어질 수 있는 이 이점들은 도 10a 및 10b, 11a-11e, 12a 및 12b, 및 13a-13e를 참조하여 이하에서 더 논의된다. 도 10a 및 10b는 이미 알려진 LED와 유사한 LED(556)의 실시 예를 도시한다. LED(556)는 InGaN 우물 층(562) 사이에 배치되는 GaN 배리어 층(564)을 갖는 다섯개(5)의 InGaN 우물 층(562)을 포함하는 활성 영역(558)을 포함한다. LED(556)는 또한 베이스 층(560), 제 1 스페이서 층(566), 제 2 스페이서 층(568), 전자 차단 층(570), 및 전극층(572)을 포함한다. LED(556)에 있어서, InGaN 우물 층(562)은 In0 . 18Ga0 .82N의 층을 포함하고, 이들 각각은 약 2.5 나노미터(2.5 nm)의 평균 층 두께를 가진다. 배리어 층(564)은 약 10 나노미터(10 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있는 GaN의 층을 포함한다. 베이스 층(560)은 약 5e18 cm-3의 농도로 규소에 의해 n-형 도핑되는, 약 325 나노미터(325 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑된 GaN의 층을 포함한다. 제 1 스페이서 층(566)은 약 25 나노미터(25 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑되지 않은 GaN을 포함할 수 있다. 제 2 스페이서 층(568)은 또한 약 25 나노미터(25 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑되지 않은 GaN을 포함할 수 있다. 전자 차단 층(570)은 p-도핑 AlGaN을 포함할 수 있다. 전극층(572)은 도핑된 GaN의 층을 포함할 수 있고, 이와 같은 전극층은 약 5e17 cm-3의 농도로 마그네슘에 의해 p-형으로 도핑되는, 약 125 나노미터(125 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있다. 도 10b는 도 1b의 것과 유사한 단순화된 전도대 다이어그램이고, 도 10a의 LED(556)의 여러 층에서의 다양한 재료에 대한 전도대(574)의 에너지 준위(에너지 밴드 다이어그램에서)의 상대적 차이를 도시한다. 도 10b의 수직의 파선은 도 10a의 LED(556)에서의 여러 층 간의 계면과 정렬된다. These advantages that can be achieved through embodiments of the present disclosure are discussed further below with reference to Figures 10a and 10b, 11a-11e, 12a and 12b, and 13a-13e. 10A and 10B illustrate an embodiment of an
당 분야에서 알려져 있는 것과 같이, 예를 들어, S. L. Chuang 및 C. S. Chang의 "k·p Method for Strained Wurtzite Semiconductors, Phys. Rev. B 54, 2491(1996)"에 개시된 8x8 케인 모델(Kane Model)이 그룹-III 질화물 재료 예컨대 GaN 및 InGaN에 대한 가전자대의 구조를 특징 짓는데 사용될 수 있다. 중, 경의 스플리팅(The splitting of the heavy, light), 및 브릴루앙 영역(Brillouin zone)의 중심에서의 가전자대의 분할 브랜치(split-off branch)는 내부 전기장(built-in electric field)과는 독립적인 것으로 상정될 수 있다. 그러므로, 원자가 부대역(valence subbands)은 결합 푸아송 및 수송 방정식의 해로부터 얻어질 수 있다. 전자 및 정공의 파동 함수는 각각:As known in the art, for example, the 8x8 Kane Model disclosed in SL Chuang and CS Chang, " k.p.Method for Strained Wurtzite Semiconductors , Phys.Rev. B 54, 2491 (1996) Group III nitride materials such as GaN and InGaN. The split-off branch of the valence band at the center of the Brillouin zone and the splitting of the heavy, light, has a built-in electric field, Can be assumed to be independent. Therefore, valence subbands can be obtained from the solution of the combined Poisson and transport equations. The wave functions of electrons and holes are respectively:
, 및 , And
형태인 것으로 상정될 수 있고, 이 때, 및 는 브릴루엥 영역(Brilluene zone)의 중심에 대응하는 전자 및 정공의 블로호 진폭(Bloch amplitudes)이고, 및 는 평면 내 유사-모멘트 벡터(quasi-moment vectors)이고, 및 는 덮개 함수(envelope functions)이고, 아래 첨자 "s"는 중(hh), 경(lh), 또는 분할(so) 정공일 수 있다. 전자 및 정공 덮개 함수에 대한 일차 슈뢰딩거 방정식은 각각:Quot; form ", and at this time, And Is the Bloch amplitudes of electrons and holes corresponding to the center of the Brillouene zone, And Is the in-plane quasi-moment vectors, And Is the envelope functions, and the subscript "s" can be medium (hh), light (lh), or split (so). The first order Schrodinger equation for the electron and hole cover functions is:
, 및 , And
이고, ego,
이 때, 및 는 양자 우물에서 전자 및 정공에 대한 유효 퍼텐셜이고, 및 는 전자 및 정공 에너지 준위이고, 및 은 에피택셜 성장 방향에서의 전자 및 정공 유효 질량이다. 대응하는 경계 조건으로 상기 슈뢰딩거 방정식을 풀음으로써, 전자 및 정공 파동 함수 간의 중첩 적분은:At this time, And Is the effective potential for electrons and holes in the quantum well, And Is an electron and hole energy level, And Is the effective mass of electrons and holes in the direction of epitaxial growth. By solving the Schrödinger equation with corresponding boundary conditions, the superposition integral between the electron and hole wave functions is:
로부터 얻어진다. Lt; / RTI >
S. L. Chuang의 "Physics of Phonic Devices, 2nd Ed.(Wiley, New Jersey, 2009)"에 개시된 것과 같이, 전자 및 정공의 방사 재결합의 비율은:As disclosed in SL Chuang, " Physics of Phonic Devices , 2 nd Ed. (Wiley, New Jersey, 2009) ", the ratio of electron recombination and hole recombination is:
에 의해 주어질 수 있고, 이 때, B는 방사 재결합 계수이고, n은 전자 농도이고, p는 정공 농도이고, F n - F p 는 의사-페르미 준위 분리(quasi-Fermi level separation)이다. 전자 및 정공 농도 및 의사-페르미 준위 분리는 LED의 활성 영역을 가로질러 위치에 따라 변한다. 최대 방사 재결합 레이트는 임의의 양자 우물에서 식별될 수 있고, 이것의 각각의 양자 우물에 대한 피크 방사 재결합 레이트로서 고려될 수 있다.Where B is the emissive recombination coefficient, n is the electron concentration, p is the hole concentration, and F n - F p is the quasi-Fermi level separation. The electron and hole concentration and pseudo-Fermi level separation vary from location to location across the active area of the LED. The maximum radiant recombination rate can be identified in any quantum well and can be considered as the peak radiant recombination rate for each of its quantum wells.
도 11a는 활성 영역(558)과 반대측인 베이스 층(560)의 표면에서 시작하는 LED(556) 양단의 위치(나노미터의)의 함수로서, LED(556)를 가로지르는 영의 인가 전류와 함께, 도 10a 및 10b의 LED(550)에 대한 전도대(574) 및 가전자대(576)의 밴드 에지의 계산된 에너지를 도시하는 그래프이다. 도 11b는 도 11a와 유사하지만 1205 암페어/제곱 센티미터(125 A/cm2)의 LED(556)를 가로질러 인가된 전류 밀도에서 도 10a 및 10b의 LED(556)에 대한 전도대(574) 및 가전자대(576)의 밴드 에지의 계산된 에너지를 도시하는 그래프이다. 도 11c는 125 암페어/제곱 센티미터(125 A/cm2)의 LED(550)를 가로지르는 인가된 전류 밀도와 함께 LED(556)의 5개의 양자 우물 층(562) 각각에 대한 파장의 함수로서 계산된 강도를 도시하는 그래프이다. QW1은 제일 좌측 양자 우물 층(562)이고, QW5는 도 10a 및 10b의 사시도로부터 제일 우측 양자 우물 층(562)이다. 도 11d는 인가된 전류 밀도의 함수로서 LED(556)의 계산된 주입 효율을 도시한다. 도 11d에 나타낸 것과 같이, LED(550)는 125 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서 약 75.6%의 주입 효율을 나타낼 수 있다. 도 11e는 인가된 전류 밀도의 함수로서 LED(556)의 계산된 내부 양자 효율(IQE)을 도시한다. 도 11e에 나타낸 것과 같이, LED(556)는 125 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서 약 45.2%의 내부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 도 11e에도 나타낸 것과 같이, LED(556)의 내부 양자 효율은 약 20 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서의 50% 이상으로부터 250 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서의 40% 이하로 떨어질 수 있다. 앞에서 논의된 것과 같이, IQE에서의 이와 같은 강하는 효율 저하로서 이 기술에서 불린다.Figure 11A illustrates the relationship between the applied current of zero across the
이하의 표 1은 도 10a 및 10b의 LED(550)에서 5개의 양자 우물 층(562) 각각에 대한 계산된 파동 함수 오버랩 및 피크 방사 재결합 레이트를 나타낸다. The following Table 1 shows the calculated wave function overlap and peak emission recombination rates for each of the five quantum well layers 562 in LED 550 of FIGS. 10A and 10B.
도 11c 및 위의 표 1로부터 알 수 있는 것과 같이, 방사 재결합은 LED(556)에서 양자 우물 번호 5(즉, QW5)인 최후 우물 층(562)(p-도핑측, 또는 양극에 가장 가까운)으로부터 주로 온다. 또한, 도 11e에 나타낸 것과 같이, LED(556)는 본원에서 앞에서 논의된 것과 같이 InGaN 우물 층(562) 및 GaN 배리어 층(564)의 사용에 의해 야기되는 압전 분극으로 인해 적어도 부분적으로 생길 수 있는 효율 저하를 나타낸다As can be seen from FIG. 11C and Table 1 above, the emissive recombination occurs at the last well layer 562 (closest to the p-doped side, or anode), which is quantum well number 5 (i.e., QW5) . In addition, as shown in FIG. 11E, the
적어도 하나의 InGaN 우물 층 및 적어도 하나의 InGaN 배리어 층, 예컨대 LED(100)의 활성 영역(106)을 포함하는 활성 영역을 포함하는 본 개시 내용의 LED들의 실시 예는 우물 층에서 발생하는 방사 재결합에서 개선된 균일성을 나타낼 수 있고, 감소된 효율 저하를 나타낼 수 있다. LED(550)와 본 개시 내용의 LED의 실시 예의 비교가 아래에서 도 12a 및 12b, 및 13a 내지 13e를 참조하여 제공된다.An embodiment of the LEDs of the present disclosure comprising at least one InGaN well layer and at least one active region including an InGaN barrier layer, for example an
도 12a 및 12b는 본 개시 내용의 LED(600)의 실시 예의 다른 예를 도시한다. LED(600)는 다섯(5)개의 InGaN 우물 층(114)을 포함하는 활성 영역(106)을 포함하고 InGaN 배리어 층(116)은 InGaN 우물 층(114) 사이에 배치된다. InGaN 우물 층(114) 및 InGaN 배리어 층(116)은 도 1a 및 1b를 참조하여 반도체 구조(100)와 관련하여 앞에서 기재된 것과 같은 것일 수 있다. LED(600)는 또한 베이스 층(112), 제 1 스페이서 층(118), 캡 층(120), 및 InG전극층(104)을 포함한다. LED(600)에서, InGaN 우물 층(114)은 In0 . 18Ga0 .82N의 층을 포함하고, 이들 층 각각은 약 2.5 나노미터(2.5 nm)의 평균 층 두께를 가진다. 배리어 층(116)은 In0 . 08Ga0 .92N의 층을 포함하고 각각은 약 10 나노미터(10 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있다. 베이스 층(112)은 약 5e18 cm-3의 농도로 규소에 의해 n-형으로 도핑된, 약 300 나노미터(300 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑된 In0 . 05Ga0 .95N의 층을 포함한다. 제 1 스페이서 층(118)은 약 25 나노미터(25 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑되지 않은 In0 . 08Ga0 .92N을 포함할 수 있다. 캡 층(120)은 또한 약 25 나노미터(25 nm)의 평균 층 두께를 가지는 도핑되지 않은 In0 . 08Ga0 .92N을 포함할 수 있다. 전극층(104)은 약 5e17 cm-3의 농도로 마그네슘에 의해 p-형으로 도핑된, 약 150 나노미터(150 nm)의 평균 층 두께를 가질 수 있는, 도핑된 In0 . 05Ga0 .95N의 층을 포함할 수 있다. 도 12b는 도 12a의 LED(600)의 여러 층에서 다양한 재료에 대한 전도대(602)의 에너지 준위에서(에너지 밴드 다이어그램에서) 상대적 차이를 도시하는 단순화된 전도대 다이어그램이다. 12A and 12B illustrate another example of an embodiment of the
도 13a는 활성 영역(106)과 반대측인 베이스 층(112)의 표면에서 시작하는 LED(600)를 가로지르는 위치(나노미터의)의 함수로서, LED(600)를 가로지르는 영의 인가 전류와 함께, 도 12a 및 12b의 LED(600)에 대한 전도대(602) 및 가전자대(604)의 밴드 에지의 계산된 에너지를 도시하는 그래프이다. 도 13b는 도 13a의 것과 유사하지만, 125 암페어/제곱 센티미터(125 A/cm2)의 LED(600)를 가로지르는 인가된 전류 밀도에서 도 12a 및 12b의 LED(600)에 대한 전도대(602) 및 가전자대(604)의 밴드 에지의 계산된 에너지를 도시하는 그래프이다. 도 13c는 125 암페어/제곱 센티미터(125 A/cm2)의 LED(600)를 가로지르는 인가된 전류 밀도를 갖는 LED(600)의 5개의 양자 우물 층(108) 각각에 대한 파장의 함수로서 계산된 강도를 도시하는 그래프이다. QW1은 제일 좌측 양자 우물 층(108)이고, QW5는 도 12a 및 12b의 사시도로부터 제일 우측 양자 우물 층(108)이다. 도 13d는 인가된 전류 밀도의 함수로서 LED(600)의 계산된 주입 효율을 도시한다. 도 13d에 나타낸 것과 같이, LED(600)는 125 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서 약 87.8%의 주입 효율을 나타낼 수 있고, 약 20 A/cm2로부터 약 250 A/cm2의 전류 밀도 범위에 걸쳐 적어도 약 80%의 캐리어 주입 효율을 나타낼 수 있다. 도 13e는 인가된 전류 밀도의 함수로서 LED(600)의 계산된 내부 양자 효율(IQE)을 도시한다. 도 13e에 나타낸 것과 같이, LED(600)는 125 A/cm2의 인가된 전류 밀도에서 약 58.6%의 내부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 도 13e에도 나타낸 것과 같이, LED(600)의 내부 양자 효율은 약 20 A/cm2로부터 250 A/cm2의 범위의 인가된 전류 밀도에서 약 55%와 약 60% 사이에서 유지될 수 있다. 따라서, LED(600)는 매우 적은 효율 저하를, LED(500)(LED(500)는 본 개시 내용의 실시 예와 일치하지 않음)에 의해 나타내어진 효율 저하보다 상당히 낮은 효율 저하를 나타낸다.13A shows the relationship between the applied current of zero across the
이하의 표 2는 도 12a 및 12b의 LED(600)에서 5개의 양자 우물 층(108) 각각에 대한 계산된 파동 함수 오버랩 및 피크 방사 재결합 레이트를 나타낸다.Table 2 below shows the calculated wave function overlap and peak emission recombination rates for each of the five quantum well layers 108 in the
도 13c 및 위의 표 2로부터 알 수 있는 것과 같이, 방사 재결합은 LED(500)에서의 우물 층(508)에 비해 LED(600)에서의 우물 층(108)에 걸쳐 더 균일하다.As can be seen from Figure 13c and Table 2 above, the emissive recombination is more uniform over the
도 10a 및 10b의 LED(550) 및 도 12a 및 12b의 LED(600)는 STR Group, Inc로부터 상업적으로 이용 가능한 SiLENSe software를 이용하여 모델링된다. SiLENSe software는 또한 도 11a-11e 및 13a-13e의 그래프를 생성하고, 표 1 및 2에 기재된 데이터를 얻기 위해 사용되었다. LEDs 550 in FIGS. 10A and 10B and
본 개시 내용의 일부 실시 예에 따르면, LED는 약 20 A/cm2로부터 약 250 A/cm2의 전류 밀도의 범위에 걸쳐 적어도 약 45%, 또는 심지어 약 20 A/cm2로부터 약 250 A/cm2의 전류 밀도의 범위에 걸쳐 적어도 약 55%의 내부 양자 효율을 나타낼 수 있다. 또한, LED는 약 20 A/cm2로부터 약 250 A/cm2의 전류 밀도의 범위에 걸쳐 적어도 실질적으로 일정한 캐리어 주입 효율을 나타낼 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 본 개시 내용의 LED는 약 20 A/cm2로부터 약 250 A/cm2의 전류 밀도의 범위에 걸쳐 적어도 약 80%의 캐리어 주입 효율을 나타낼 수 있다.According to some embodiments of the present disclosure, LED is from about 20 A / at least about 45% over from cm 2 in the range of current density of about 250 A / cm 2, or even from about 20 A / cm 2 of about 250 A / lt; RTI ID = 0.0 > cm < / RTI > of current density. In addition, the LED may exhibit at least substantially constant carrier injection efficiency over a range of current densities from about 20 A / cm 2 to about 250 A / cm 2 . In some embodiments, the LED of the present disclosure may exhibit a carrier injection efficiency of at least about 80% over a range of current densities from about 20 A / cm 2 to about 250 A / cm 2 .
본 개시 내용의 실시 예의 반도체 구조 및 발광 장치, 예컨대 LED를 제조하는 데 이용될 수 있는 방법의 비제한적인 예들이 도 6d를 참조하여 이하에 간단히 기재되고 이와 같은 방법에 의해 제조되는 발광 장치의 예들이 도 7 및 도 8을 참조하여 기재된다. Non-limiting examples of the semiconductor structures of the embodiments of the present disclosure and methods that can be used to fabricate light emitting devices, such as LEDs, are briefly described below with reference to FIG. 6D and an example of a light emitting device manufactured by such a method Are described with reference to Figs. 7 and 8. Fig.
도 6d를 참조하면, 성장 기판(658), 그룹 III 질화물 핵생성 층(660) 및 GaN 시드 층(656)을 포함하는 성장 템플레이트(113)(앞에서 이전에 기재된 것과 같이 제조되는)는 증착 체임버 내에 배치될 수 있고, 성장 스택(growth stack, 682)으로서 일반적으로 불리는, 그룹 III 질화물 재료를 포함하는 층은, 성장 템플레이트(113)의 시드 층(656) 위에 에피택셜로, 순차적으로 성장될 수 있다. 비록 시드 층(656)은 일부 실시 예에 있어서 성장 기판(658) 위의 연속적인 막으로서 도시되어 있지만, 즉 시드 층은 복수의 "아일랜드(island)" 시드 층을 포함하지만, 시드 층은 성장 기판(658) 위에 불연속 막을 포함할 수 있다는 것이 주목되어야 한다. 6D, a growth template 113 (made as previously described previously) comprising a
도 6d는 그 위에 증착되는 도 1a 및 1b의 반도체 구조(100)의 여러 층을 가지는 성장 템플레이트(113)를 포함하는 반도체 구조(680)를 도시한다. 특히, 반도체 구조(100)의 선택적 InnGa1 - nN 베이스 층(112)은, 성장 템플레이트(112) 위에 순차로, 에피택셜 증착되는 InGaN 스페이서 층(118), InGaN 우물 층(114), InGaN 배리어 층(116), InGaN 캡 층(120), 전자 차단 층(108), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)과 함께, GaN 시드 층(656) 위에 직접 에피택셜 증착된다. 6D shows a
예를 들어, 금속유기 화학적 기상 증착(MOCVD) 프로세스 및 단일 증착 체임버 내의 시스템을 이용하여, 즉, 증착 프로세스 동안 언로딩 또는 언로딩 성장 스택에 대한 필요성 없이, 성장 스택(682)을 포함하는 반도체 구조(680)의 여러 층은 증착될 수 있다. 성장 템플레이트가 성장 기판, 그룹 III 질화물 핵생성 층(660) 및 GaN 시드 층을 포함하는 본 개시 내용의 실시 예에서, 반도체((680)의 전체는 단일 성장 싸이클(single growth cycle)로, 즉 증착 프로세스 중 로딩 및 언로딩 없이 성장 기판(658) 위에 형성될 수 있다.For example, using a metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) process and a system in a single deposition chamber, that is, without the need for an unloading or unloading growth stack during a deposition process, The various layers of the
증착 체임버 내의 압력은 약 50 mTorr와 약 500 mTorr 사이로 감소될 수 있다. 증착 프로세스 동안 반응 체임버 내의 압력은 성장 스택(682)의 증착 동안 증가되거나 및/또는 감소될 수 있고, 증착되는 특정 층을 위해 맞춰질 수 있다. 비제한적인 예로서, InnGa1 - nN 베이스 층(112), 스페이서 층(118), 하나 이상의 우물 층(114), 하나 이상의 배리어 층(116), 캡 층(120) 및 전자 배리어 층(108)의 증착 동안 반응 체임버의 압력은, 약 50 mTorr와 약 500 mTorr 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 440 mTorr와 같을 수 있다. p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)의 증착을 위한 반응 체임버 내의 압력은, 약 50 mTorr와 약 250 mTorr 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 100 mTorr와 같을 수 있다. The pressure in the deposition chamber may be reduced to between about 50 mTorr and about 500 mTorr. The pressure in the reaction chamber during the deposition process may be increased and / or decreased during deposition of the
성장 템플레이트(113)는 증착 체임버 내에서 약 600℃와 약 1,000℃ 사이의 온도로 가열될 수 있다. 금속유기 전구체 가스(precursor gases) 및 다른 전구체 가스(및, 선택적으로, 캐리어 및/또는 퍼지(purge) 가스)는 이후 증착 체임버를 통해 그리고 성장 템플레이트(113)의 하나 이상의 시드 층(656) 위에서 유동시킬 수 있다. 금속유기 전구체 가스는 성장 템플레이트(113) 위에, 그룹 II 질화물 층, 예컨대 InGaN 층의 에피택셜 증착을 초래하는 방식으로 반응 분해, 또는 반응 및 분해 모두를 할 수 있다. The
비제한적인 예로서, 트리메틸인듐(trimethylindium, TMI)은 InGaN의 인듐을 위한 금속유기 전구체로서 사용될 수 있고, 트리에틸갈륨(triethylgallium, TMG)은 InGaN의 갈륨을 위한 금속유기 전구체로서 사용될 수 있고, 트리에틸알루미늄(triethylaluminum, TMA)은 AlGaN을 위한 금속유기 전구체로서 사용될 수 있고, 암모니아는 그룹 III 질화물 층의 질소를 위한 전구체로서 사용될 수 있다. SiH4는 그룹 III 질화물 n-형으로 도핑하기를 원할 때 InGaN으로의 규소의 도입을 위한 전구체로서 사용될 수 있고, Cp2Mg(bis(cyclopentadienl)magnesium)는 그룹 III p-형으로 도핑하기를 원할 때 그룹 III 질화물에 마그네슘을 도입하기 위한 전구체로서 사용될 수 있다. 인듐 전구체(예컨대, 트리메틸인듐)의 비를, 증착 온도에서 InGaN 중의 인듐에 대한 포화점 근처에 있는 농도로 InGaN에 포함되는, 인듐을 초래할 갈륨 전구체(예컨대, 트리에틸갈륨)로 맞추는 것이 유리할 수 있다. InGaN에 포함되는 인듐의 백분율은 성장 온도를 제어하여 InGaN이 에피택셜 성장되기 때문에 제어될 수 있다. 상대적으로 높은 양의 인듐은 상대적으로 낮은 온도에서 포함될 수 있고, 상대적으로 낮은 양의 인듐은 상대적으로 높은 온도에서 포함될 수 있다. 비제한적인 예로서, InGaN 우물 층(108)은 약 600℃로부터 약 950℃의 범위의 온도에서 증착될 수 있다.As a non-limiting example, trimethylindium (TMI) can be used as a metal organic precursor for indium of InGaN, and triethylgallium (TMG) can be used as a metal organic precursor for gallium of InGaN, Triethylaluminum (TMA) can be used as a metal organic precursor for AlGaN, and ammonia can be used as a precursor for nitrogen in the Group III nitride layer. SiH 4 can be used as a precursor for the introduction of silicon into InGaN when it is desired to be doped into Group III nitride n-type, and Cp 2 Mg (bis (cyclopentadienl) magnesium) Lt; RTI ID = 0.0 > III < / RTI > nitride. It may be advantageous to match the ratio of the indium precursor (e.g., trimethyl indium) to a gallium precursor (e.g., triethyl gallium) that will result in indium contained in InGaN at a concentration near the saturation point for indium in the InGaN at the deposition temperature . The percentage of indium contained in InGaN can be controlled because the growth temperature is controlled to grow InGaN epitaxially. A relatively high amount of indium may be contained at a relatively low temperature and a relatively low amount of indium may be contained at a relatively high temperature. As a non-limiting example, the InGaN well layer 108 may be deposited at a temperature in the range of about 600 [deg.] C to about 950 [deg.] C.
성장 스택(100)의 여러 층의 증착 온도는 증착 프로세스 동안 증가되고 및/또는 감소될 수 있으므로 증착될 특정 층에 대해 맞춰질 수 있다. 비제한적인 예로서, InnGa1-nN 베이스 층(112), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)의 증착 동안의 증착 온도는 약 600°와 약 950℃ 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 900℃와 같을 수 있다. InnGa1-nN 베이스 층(112), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)의 성장 속도는, 약 1 나노미터/분(1 nm/min)과 약 30 나노미터/분(30 nm/min) 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서, InnGa1-nN 베이스 층(112), p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)의 성장 속도는, 약 6 나노미터/분(6 nm/min)과 같을 수 있다. The deposition temperatures of the various layers of the
추가의 비제한적인 본보기 실시 예에 있어서, 스페이서 층(118), 하나 이상의 우물 층(114), 하나 이상의 배리어 층(116), 캡 층(120) 및 전자 차단 층(108)의 증착 중 증착 온도는 약 600°와 약 950℃ 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 750℃와 같은 수 있다. 스페이서 층(118), 하나 이상의 우물 층(114), 하나 이상의 배리어 층(116), 캡 층(120) 및 전자 차단 층(108)의 성장 속도는, 약 1 나노미터/분(1 nm/min)과 약 30 나노미터/분(30 nm/min) 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서 스페이서 층(118), 하나 이상의 우물 층(114), 하나 이상의 배리어 층(116), 캡 층(120) 및 전자 차단 층(108)의 성장 속도는 약 1 나노미터/분(1 nm/min)과 같을 수 있다.In a further non-limiting exemplary embodiment, during deposition of the
InGaN 층의 증착을 포함하는 실시 예에 있어서, 전구체 가스의 유량비(flow rate ratio)는 고품질의 InGaN 층을 제공하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 반도체 구조(100)의 InGaN 층을 형성하기 위한 방법은 낮은 결함 밀도, 실질적으로 스테인 이완(stain relaxation)이 없고, 실질적으로 표면 피트(surface pits)가 없는 하나 이상의 InGaN 층을 제공하기 위해 가스 비를 선택하는 것을 포함할 수 있다.In an embodiment involving the deposition of an InGaN layer, the flow rate ratio of the precursor gas may be selected to provide a high quality InGaN layer. For example, the method for forming the InGaN layer of the
비제한적인 예에 있어서, 트리메틸인듐(TMI) 대 트리에틸갈륨(TMG)의 유량비(%)는: In a non-limiting example, the flow ratio (%) of trimethyl indium (TMI) to triethyl gallium (TMG)
로서 정의될 수 있고, 이와 같은 유량비는 증착 프로세스 동안 증가되고 및/또는 감소될 수 있으므로 증착될 특정 InGaN 층을 위해 맞춰질 수 있다. 비제한적인 예로서, InnGa1 - nN 베이스 층(112) 및 p-형 벌크 층(110)의 증착 동안의 유량비는, 약 50%와 약 95℃ 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 85%와 같을 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 스페이서 층(118), 하나 이상의 배리어 층(116) 및 캡 층(120)의 증착 동안의 유량비는, 약 1%와 약 50% 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 2%와 같을 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 하나 이상의 양자 우물 층(114)의 증착 동안의 유량비는, 약 1%와 약 50% 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 30%와 같을 수 있다. , And such a flow rate ratio can be increased and / or reduced during the deposition process and can therefore be tailored for the particular InGaN layer to be deposited. Non-limiting example, In n Ga 1 - flow rate of deposition for the n
성장 템플레이트(113)는 선택적으로 증착 프로세스 동안 증착 체임버 내에서 회전될 수 있다. 비제한적인 예로서, 성장 템플레이트(113)는 증착 프로세스 동안 증착 체임버 내에서 약 50 분당 회전수(RPM)와 약 1500 분당 회전수(RPM) 사이의 회전 속도로 회전될 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 450 분당 회전수(RPM)와 같은 회전 속도로 회전할 수 있다. 증착 프로세스 동안 회전 속도는 증착 동안 증가되고 및/또는 감소될 수 있으므로, 증착될 특정 층에 대해 맞춰질 수 있다. 비제한적인 예로서 InnGa1-nN 베이스 층(112), 스페이서 층(118), 하나 이상의 우물 층(114), 하나 이상의 배리어 층(116), 캡 층(120) 및 전자 배리어 층(108)의 증착 동안 성장 템플레이트의 회전 속도는 약 50 분당 회전수(RPM)와 약 1500 분당 회전수(RPM) 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 440 분당 회전수(RPM)와 같은 회전 속도로 회전될 수 있다. p-형 벌크 층(110) 및 p-형 접촉 층(104)의 증착 동안 성장 템플레이트(113)의 회전 속도 약 50 분당 회전수(RPM)와 약 1500 분당 회전수(RPM) 사이의 범위에 있을 수 있고, 일부 실시 예에 있어서는 약 1000 분당 회전수(RPM)와 같은 회전 속도로 회전할 수 있다. The
그룹 III 질화물, 및 특히 InGaN 층의 증착을 포함하는 본 개시 내용의 반도체 구조의 실시 예에 있어서, 성장 템플레이트(113) 위에 에피택셜 증착되는 성장 스택(682)을 포함하는 하나 이상의 InGaN 층의 변형 에너지는 이와 같은 반도체 구조로 제조되는 발광 장치의 효율에 영향을 줄 수 있다. 일부 실시 예에 있어서, 성장 스택(682) 내에서 생기는 전체 변형 에너지는 본 개시 내용의 반도체 구조의, 내부 양자 효율(IQE)에 의해 정의되는 효율과 관계가 있을 수 있다. In an embodiment of the semiconductor structure of the present disclosure, including the deposition of Group III nitride, and in particular an InGaN layer, the strain energy of one or more InGaN layers including the
더 상세하게는, InGaN의 제 n 층 내에 저장된 변형 에너지는 InGaN의 제 n 층의 평균 전체 두께(T n ) 및 InGaN의 제 n 층의 인듐(%In n )의 농도에 비례한다. 게다가, 성장 스택(682)을 포함하는 복수의 InGaN 층에 저장된 전체 변형 에너지는 InGaN 층 각각의 평균 전체 두께(T n )의 합 및 InGaN 층 각각에서의 인듐의 농도(%In n )에 비례하므로, 성장 스택(702)을 포함하는 InGaN 층 내의 전체 변형 에너지는 다음의 식을 이용하여 추정될 수 있다:More specifically, the strain energy stored in the n-th layer of InGaN is proportional to the average total thickness ( T n ) of the n-th layer of InGaN and the concentration of indium ( % In n ) of the n-th layer of InGaN. In addition, the total strain energy stored in the plurality of InGaN layers including the
, ,
이 때, 제 n 층의 평균 전체 두께(T n )는 나노미터(nm)로 표현되고 제 n InGaN 층의 인듐의 농도(%In n )는 원자 백분율로 표현된다. 예를 들어, 만약 InGaN의 제 n 층이 150 나노미터(150 nm)의 평균 전체 두께(T n ) 및 2.0 at%의 인듐 농도(%In n )를 가지면, InGaN의 제 n 층 내의 변형 에너지는 300 a.u.(300 = 150(2))일 수 있다. In this case, the average total thickness ( T n ) of the n-th layer is expressed in nanometers (nm) and the concentration ( % In n ) of indium in the n-th InGaN layer is expressed in terms of atomic percentages. For example, if the n-th layer of InGaN has an average total thickness ( T n ) of 150 nanometers (150 nm) and an indium concentration ( % In n ) of 2.0 at%, the strain energy in the n- 300 au (300 = 150 (2)).
도 9는 본 개시 내용의 반도체 구조에 대한 IQE(a.u.)와 전체 변형 에너지(a.u.) 간의 관계를 나타내는 그래프(900)를 도시한다. 본 개시 내용의 반도체 구조의 IQE는 그래프(900)의 선(902)으로 나타낸 것과 같이, 반도체 구조의 "임계 변형 에너지(critical strain energy)"로서 불리는 전체 변형 에너지의 값으로 감소할 수 있다. 임계 변형 에너지(선 904로 나타낸 것과 같이) 아래의 반도체 구조의 IQE는 임계 변형 에너지(선 906으로 나타낸 것과 같이) 위의 반도체 구조의 IQE보다 실질적으로 클 수 있고, 예를 들어, 그래프(900)는 수개의 본 개시 내용의 반도체 구조에 대한 IQE 값(직사각형 표시로 나타냄)을 나타낸다. 일부 실시 예에 있어서, 임계 변형 에너지 아래의 IQE는, 임계 변형 에너지 위의 IQE보다 약 500% 더 클 수 있다. 다른 실시 예에 있어서, 임계 변형 에너지 아래의 IQE는 임계 변형 에너지 위의 IQE보다 약 250% 더 클 수 있다. 또 다른 실시 예에 있어서, 임계 변형 에너지 아래의 IQE는 임계 변형 에너지 위의 IQE보다 약 100% 더 클 수 있다.
Figure 9 shows a
본 개시 내용의 반도체 구조에 대해, 각각의 층의 인듐 함량(%)과 각각의 층 두께(nm)의 곱(product)의 합(sum)에 의해 정의되는 임계 변형 에너지(902)는, 약 1800 이하, 약 2800 이하, 또는 심지어 약 4500 이하의 값을 가질 수 있다. For the semiconductor structure of this disclosure, the
본 개시 내용에 있어서, 도 6d의 성장 스택(682)을 포함하는 복수의 그룹 III 질화물 층은, 성장 스택(682)이 성장 템플레이트(113)의 InGaN 시드 층(656)의 결정 격자와 매칭하도록 실질적으로 완전히 변형되는 방식으로 증착될 수 있다. 성장 스택(682)이 실질적으로 완전히 변형되고, 즉 실질적으로 변형 완화가 없이 성장되는 이와 같은 실시 예에 있어서, 성장 스택은 InGaN 시드 층의 격자 파라미터를 물려 받는다. 본 개시 내용의 특정 실시 예에 있어서, InGaN 시드 층은 3.186 옹스트롬보다 큰 성장 평면 격자 파라미터를 나타낼 수 있고, 성장 스택은 3.186 옹스트롬 이상인 성장 평면 격자 파라미터를 나타낼 수 있다. 그러므로, 비제한적인 예에 있어서, 반도체 구조(100, 200, 300, 400, 500)은 완전히 변형된 재료로 구성되는 방식으로 형성될 수 있고, 이와 같은 성장 평면 격자 파라미터를 가질 수 있다.A plurality of Group III nitride layers including the
다른 실시 예에 있어서, 도 6d의 성장 스택(682)을 포함하는 복수의 그룹 III 질화물 층은, 성장 스택(682)이 부분적으로 이완되는 방식으로 증착될 수 있고, 즉, 성장 스택(682)의 격자 파라미터는 하위 InGaN 시드 층과 다르다. 이와 같은 실시 예에 있어서 백분율 변형 완화(R)는,6D may be deposited in a manner such that the
로서 정의될 수 있고, 이 때, a는 성장 스택(682)에 대한 평균 성장 평면 격자 파라미터이고, as는 InGaN 시드의 평균 성장 평면 격자 파라미터이고, al는 성장 스택에 대한 평형(또는 자연 상태) 평균 성장 평면 격자 파라미터이다. 예를 들어, 일부 실시 예에 있어서 성장 스택(682)은 약 0.5%보다 작은 백분율 변형 완화(R)를 나타낼 수 있고, 추가 실시 예에 있어서 성장 스택(682)은 약 10%보다 작은 백분율 변형 완화(R)를 나타낼 수 있고, 또 다른 실시 예에 있어서 성장 스택(682)은 약 50%보다 작은 백분율 변형 완화(R)를 나타낼 수 있다.Where a is the average growth plane lattice parameter for the
그룹 III 질화물 재료를 포함하는 반도체 구조의 여러 층을 에피택셜 증착한 후, 추가 처리가 발광 장치, 예컨대 LED로 반도체 구조의 제조를 완료하기 위해 적용될 수 있다. 예를 들어, 전극 컨택트가 당 분야에서 알려져 있고, 도 7 및 도 8을 참조하여 이하에 간단히 기재되는 프로세스를 이용하여 그룹 III 질화물 재료의 층 상에 형성될 수 있다.After epitaxial deposition of several layers of a semiconductor structure comprising a Group III nitride material, further processing may be applied to complete the fabrication of the semiconductor structure with a light emitting device, such as an LED. For example, electrode contacts may be formed on a layer of Group III nitride material using processes known in the art and briefly described below with reference to FIGS. 7 and 8. FIG.
반도체 구조(100)로부터 제조되는, 발광 장치(700), 예컨대 LED의 예가 도 7에 도시되어 있다. 비록 다음의 설명은 반도체 구조(100)로부터 발광 장치를 제조하기 위한 실시 예를 기재하지만, 이와 같은 제조 프로세스들은 또한 반도체 구조들(200, 300, 400, 500)에 적용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. An example of a
더 상세하게는, InnGa1 - nN 베이스 층(112)이 GaN 시드 층(656)을 노출시키기 위해 제거될 수 있는 일부 실시 예에 있어서, 반도체 구조(100)의 일부는 제거될 수 있고, 그럼으로써 InnGa1 - nN 베이스 층(112)의 일부를 노출시킨다. 반도체 구조(100)의 선택 부분의 제거는, 반도체 구조(104)(도시하지 않음)의 p-접촉 층(104)의 노출면에 감광성 화학약품을 적용하여 실현될 수 있다. 패터닝된 투명 플레이트 및 이어지는 현상(subsequent development)을 통한 전자기 방사선의 노출 시, 감광성 층은 InnGa1 - nN 베이스 층(112) 위의 그룹 III 질화물 층의 선택적인 제거를 허용하도록 "마스크 층(mask layer)"으로서 이용될 수 있다. InnGa1 - nN 베이스 층(112) 위의 그룹 III 질화물 층의 선택 부분의 제거는 에칭 프로세스, 예를 들어 웨트 화학적 에치 및/또는 드라이 플라즈마 기반 에치(예컨대, 반응성 이온 에칭, 유도 결합 플라즈마 에칭)를 포함할 수 있다. In more detail, In n Ga 1 - In some embodiments in which n
제 1 전극 컨택트(702)는 노출된 InnG1-naN 베이스 층(112)의 일부 위에 형성될 수 있다. 제 1 전극 컨택트(702)는 티탄, 알루미늄, 니켈, 금 및 하나 이상의 이들의 함금을 포함할 수 있는, 하나 이상의 금속으로 구성될 수 있다. 제 2 전극 컨택트(704)는 p-접촉 층(104)의 일부 위에 형성될 수 있고, 제 2 전극 컨택트(704)는 니켈, 금, 백금, 은 및 하나 이상의 이들의 함금을 포함할 수 있는 하나 이상의 금속 층으로 구성될 수 있다. 제 1 전극 컨택트(702) 및 제 2 전극 컨택트(704)의 형성 시, 전류는 예컨대 가시광의 형태로 전자기 방사선을 생성하기 위해 발광 장치(700)를 통과할 수 있다. 발광 장치(700)는, 제 1 전극 컨택트(702)와 제 2 전극 컨택트(704) 사이의 전류 경로의 적어도 일부가 횡 경로(lateral pathway)를 포함하므로, 당 분야에서 일반적으로 "래터럴 장치(lateral device)"로 불리는 것을 주목해야 한다. The
또한 비록 다음의 설명은 반도체 구조(100)로부터 발광 장치를 제조하는 실시 예를 기재하지만, 반도체 구조(100)로 제조되는 발광 장치(800), 예컨대 LED의 추가의 예가 도 8에 도시되어 있다. 이와 같은 제조 프로세스는 또한 반도체 구조(200, 300, 400, 500)에 적용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. Also, although the following description describes an embodiment of manufacturing a light emitting device from a
더 상세하게는, 성장 템플레이트(113)의 모두 또는 일부는 InsGa1-sN 층(656)의 노출을 가능하게 하기 위해 또는 일부 실시 예에 있어서, InnGa1-nN 베이스 층(112)의 노출을 가능하게 하기 위해 반도체 구조(100)로부터 제거될 수 있다. 성장 템플레이트(113)의 모두 또는 일부의 제거는 웨트 에칭, 드라이 에칭, 화학 기계적 폴리싱, 그라인딩 및 레이저 리프트-오프(laser lift-off)를 포함하는 하나 이상의 제거 방법을 포함할 수 있다. 성장 템플레이트(113)의 모두 또는 일부의 제거 시, 제 1 전극 컨택트(802)는 앞에서 기재된 것과 같이 InnGa1-nN 베이스 층(112)에 적용될 수 있다. 그 후 제 2 전극 컨택트(804)는 p-접촉 층(104)의 일부에 적용될 수 있고, 그럼으로써 발광 장치(800)를 형성한다. 제 1 전극 컨택트(802) 및 제 2 전극 컨택트(804)의 형성 시, 전류는 예컨대 가시광의 형태로 전자기 방사선을 생성하기 위해 발광 장치(800)를 통과할 수 있다. 제 1 전극층(802)과 제 2 전극층(804) 간의 전류 경로는 실질적으로 수직 경로(vertical pathway)를 포함하므로, 발광 장치(800)는 일반적으로 당 분야에서 "버티컬 장치(vertical device)"로서 불린다는 것을 주목해야 한다.More specifically, all or a portion of the
비제한적인 예의 발광 장치(700, 800)의 제조를 위한 앞에서 기재된 제조 방법 및 프로세스에 더하여, 예컨대, 광 추출을 개선하기 위한 표면 러프닝(surface roughening), 열 낭비(thermal dissipation), 다이싱(dicing) 및 싱귤레이션(singulation), 절연(isolation), 상호접속(interconnection)을 개선하기 위한 금속성 캐리어에 대한 접합 및 다른 잘 알려진 제조 방법 중에서 "플립-칩 본딩(flip-chip bonding)"으로서 당 분야에서 알려진 프로세스와 같은, 당 분야에서 알려진 추가의 방법 및 프로세스가 또한 이용될 수 있다는 것을 주목해야 한다.In addition to the fabrication methods and processes described above for the fabrication of non-limiting example light emitting
본 개시 내용의 실시 예에 따른 발광 장치, 예컨대 LED는 하나 이상의 LED를 내부에 통합하는 임의의 형태의 발광 장치로 제조되어 사용될 수 있다. 본 개시 내용의 LED의 실시 예는 상대적으로 높은 파워 하에서 동작하고 상대적으로 높은 광도를 필요로 하는 LED로부터 이익을 얻는 응용에 사용하기 특히 적합할 수 있다. 예를 들어, 본 개시 내용의 LED는 건물 조명, 거리 조명, 자동차 조명 등에 사용될 수 있는 LED 램프 및 LED-기반 전구에 사용하기 특히 적합할 수 있다.A light emitting device, such as an LED, according to an embodiment of the present disclosure may be fabricated and used with any type of light emitting device incorporating one or more LEDs therein. Embodiments of the presently disclosed LEDs may be particularly suitable for use in applications that operate at relatively high power and benefit from LEDs that require a relatively high luminous intensity. For example, the LEDs of this disclosure may be particularly suitable for use in LED lamps and LED-based bulbs that can be used for building lighting, street lighting, automotive lighting, and the like.
본 개시 내용의 추가의 실시 예는 도 7의 발광 장치(700) 및 도 8의 발광 장치(800)와 같은, 본원에 기재된 하나 이상의 LED를 포함하는 광을 방출하는 발광 장치를 포함한다. 비제한적인 예로서, 발광 장치는 예를 들어 Baretz 등에게 2003년 7월 29일자에 발행된 미국 특허 제 6,600,175 호에 기재되어 있는 것과 같을 것일 수 있고, 이 개시 내용은 본원에 참조로 그 전체가 포함되었지만, 본원에 기재된 것과 같은 하나 이상의 LED를 포함할 수 있다. A further embodiment of the present disclosure includes a light emitting device that emits light comprising one or more of the LEDs described herein, such as the
도 14는 도 7 및 도 8을 참조하여 기재된 장치(700, 800)와 같은 발광 장치를 포함하는 본 개시 내용의 발광 장치(900)의 본보기 실시 예를 도시한다. 도 14에 나타낸 것과 같이, 발광 장치(900)는 컨테이너(container, 902)를 포함할 수 있고, 그것의 적어도 일부는 전자기 방사선 스펙트럼의 가시 영역에서 전자기 방사선에 대해 적어도 실질적으로 투명하다. 컨테이너(902)는 예를 들어 비정질 또는 결정성 세라믹 재료(예컨대, 글라스) 또는 폴리머 재료를 포함할 수 있다. LED(800)는 컨테이너(902) 내에 배치되고, 컨테이너(902) 내에서 지지 구조(904)(예컨대, 인쇄 회로 기판 또는 다른 기판) 상에 장착될 수 있다. 발광 장치(900)는 제 1 전기 접촉 구조(first electrical contact structure, 906) 및 제 2 전기 접촉 구조(908)를 더 포함한다. 제 1 전기 접촉 구조(906)는 LED의 전극 컨택트 중 하나, 예컨대 제 1 전극 컨택트(802)(도 8)와 전기 통신할 수 있고, 제 2 전기 접촉 구조(908)는 LED의 전극 컨택트 중 다른 하나, 예컨대 제 2 전극 컨택트(804)(도 8)와 전기 통신할 수 있다. 비제한적인 예로서, 제 1 전기 접촉 구조(906)는 지지 구조(904)를 통해 제 1 전극 컨택트(804)와 전기 통신할 수 있고, 와이어(910)는 제 2 전기 접촉 구조(908)를 제 2 전극 컨택트(804)와 전기적으로 결합하기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 전압은 LED의 제 1 및 제 2 전극 컨택트(802, 804) 사이에 전압 및 대응하는 전류를 제공하여 LED가 방사선을 방출하게 하기 위해 발광 장치(900)의 제 1 전기 접촉 구조(906)와 제 2 전기 접촉 구조(908) 사이에 인가될 수 있다.FIG. 14 illustrates an exemplary embodiment of a
발광 장치(900)는 선택적으로 컨테이너(902) 내의 하나 이상의 LED(800)에 의해 방출되는 전자기 방사선의 흡수에 의해 자극되거나 또는 여기(excited)될 때 전자기 방사선(예컨대, 가시광)을 자체 방출할 형광 또는 인광 재료(fluorescent or phosphorescent material)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 컨테이너(902)의 내면(912)은 이와 같은 형광 또는 인광 재료로 적어도 부분적으로 코팅될 수 있다. 하나 이상의 LED(800)는 하나 이상의 특정 파장의 전자기 방사선을 방출할 수 있고, 형광 또는 인광 재료는 다양한 가시 파장의 방사선을 방출할 다양한 재료의 혼합물을 포함할 수 있고, 그 결과 발광 장치(900)는 컨테이너(902)로부터 밖으로 백색광을 방출한다. 다양한 형태의 인광 및 형광 재료가 당 분야에 알려져 있고 본 개시 내용의 발광 장치의 실시 예에 채택될 수 있다. 예를 들어, 일부 이와 같은 재료는 위에서 언급한 미국 특허 제 6,600,175 호에 개시되어 있다.The
본 개시 내용의 실시 예의 추가의 비제한적인 예가 이하에 제시된다. Additional non-limiting examples of embodiments of the present disclosure are provided below.
실시 예 1: 베이스 층; 베이스 층 위에 배치되며, InwGa1 - wN 을 포함하는 적어도 하나의 우물 층, 및 InbGa1 - bN 을 포함하는 적어도 하나의 배리어 층을 포함하는 복수의 InGaN의 층을 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40이고, b는 0.01≤b≤0.10인 활성 영역; 베이스 층과 반대측인 활성 영역 위에 배치되며, IneGa1 - eN 을 포함하고, 이 때, e는 0.00≤e≤0.02인 전자 차단 층; 전자 차단 층 위에 배치되는 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층(p-type InpGa1 - pN bulk layer); 및 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 배치되는 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층(p-type IncGa1-cN contact layer);을 포함하고, 이 때, p는 0.00≤p≤0.08이고, c는 0.00≤c≤0.10인 반도체 구조.Example 1: Base layer; A plurality of InGaN layers disposed on the base layer and including at least one well layer comprising In w Ga 1 - w N and at least one barrier layer comprising In b Ga 1 - b N, Wherein w is 0.10? W? 0.40 and b is 0.01? B? 0.10; An electron blocking layer disposed on the active region opposite to the base layer and comprising In e Ga 1 - e N, wherein e is 0.00? E? 0.02; P- type disposed on the electron blocking layer In p Ga 1 - p N bulk layer (p-type In p Ga 1 - p N bulk layer); And a p-type In c Ga 1 - c N contact layer (p-type In c Ga 1 -C n N contact layer) disposed on the p-type In p Ga 1 - p N bulk layer, p is 0.00? p? 0.08, and c is 0.00? c? 0.10.
실시 예 2: 베이스 층은 성장 템플레이트를 더 포함하고, 성장 템플레이트는, 성장 기판; 및 성장 기판 위에 배치되는 GaN 시드 층을 포함하고, 이 때, GaN 시드 층의 성장 평면은 극평면을 포함하는 실시 예 1의 반도체 구조. Example 2: The base layer further comprises a growth template, the growth template comprising: a growth substrate; And a GaN seed layer disposed on the growth substrate, wherein the growth plane of the GaN seed layer comprises a pole plane.
실시 예 3: 베이스 층은, n-형 InnGa1 - nN 베이스 층을 더 포함하고, 이 때, n은 0.01≤n≤0.10인 실시 예 1의 반도체 구조 또는 실시 예 2.Example 3: The base layer, n- type In n Ga 1 - n N further includes a base layer, and at this time, n is the 0.01≤n≤0.10 embodiment the semiconductor structure of the first embodiment or the second example.
실시 예 4: 활성 영역과 베이스 층 사이에 배치되는 InspGa1 - spN 스페이서 층;을 더 포함하고, 이 때, sp는 0.01≤sp≤0.10인 실시 예 1 내지 3 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 4: In the active region and sp Ga 1 is disposed between the base layer - N sp spacer layer, and further comprising, at this time, sp is any one of a semiconductor structure of 0.01≤sp≤0.10 of Examples 1 to 3 .
실시 예 5: 활성 영역과 전자 차단 층 사이에 배치되는 IncpGa1 - cpN 캡 층;을 더 포함하고, 이 때, 0.01≤cp≤0.10인 실시 예 1 내지 4 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 5: A semiconductor structure according to any one of Examples 1 to 4, further comprising: an In cp Ga 1 - cp N cap layer disposed between the active region and the electron blocking layer, wherein 0.01? Cp?
실시 예 6: GaN 시드 층은, 약 1.0 ㎛와 약 5 ㎛ 사이의 평균 두께를 가지는 실시 예 2의 반도체 구조. Example 6: The semiconductor structure of Example 2 wherein the GaN seed layer has an average thickness of between about 1.0 占 퐉 and about 5 占 퐉.
실시 예 7: 성장 템플레이트는 성장 기판과 GaN 시드 층 사이에 배치되는 그룹 III 질화물 핵생성 층을 더 포함하는 실시 예 2 또는 실시 예 6의 반도체 구조.Example 7: The semiconductor structure of Example 2 or Example 6 further comprising a Group III nitride nucleation layer disposed between the growth substrate and the GaN seed layer.
실시 예 8: 활성 영역은, 약 40 nm와 약 750 nm 사이의 평균 두께를 가지는 실시 예 1 내지 7 중 어느 하나의 반도체 구조.
Embodiment 8: The semiconductor structure of any one of
실시 예 9: 전자 차단 층은, 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되는 실시 예 1 내지 8 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 9: A semiconductor structure according to any one of Examples 1 to 8, wherein the electron blocking layer is composed of at least substantially GaN.
실시 예 10: p-형 InpGa1 - pN 벌크 층은, 약 50 nm와 약 600 nm 사이의 평균 두께를 가지는 실시 예 1 내지 9 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 10: A semiconductor structure according to any one of Examples 1 to 9, wherein the p -type In p Ga 1 - p N bulk layer has an average thickness of between about 50 nm and about 600 nm.
실시 예 11: p-형 InpGa1 - pN 벌크 층은, 약 175 nm의 평균 두께를 가지는 실시 예 10의 반도체 구조.Example 11: The semiconductor structure of Example 10 wherein the p -type In p Ga 1 - p N bulk layer has an average thickness of about 175 nm.
실시 예 12: p-형 IncGa1 - cN 접촉 층은, 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되는 실시 예 1 내지 11 중 어느 하나의 반도체 구조.Embodiment 12: A semiconductor structure according to any one of
실시 예 13: 반도체 구조의 임계 변형 에너지는, 약 1800 이하인 실시 예 1 내지 12 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 13: The semiconductor structure of any one of embodiments 1-12, wherein the critical strain energy of the semiconductor structure is about 1800 or less.
실시 예 14: 베이스 층, 활성 영역, 전자 차단 층, p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층은, 10%보다 낮은 백분율 변형 완화를 나타내는 성장 스택을 규정하는 실시 예 1 내지 13 중 어느 하나의 반도체 구조Example 14: Preparation of the base layer, the active area, an electron blocking layer, a p- type In p Ga 1 - p N bulk layer, and the p- type In c Ga 1 - c N contact layer, a lower percentage than the
실시 예 15: 베이스 층의 적어도 일부 위의 제 1 전극 컨택트; 및 p-형 접촉 층의 적어도 일부 위의 제 2 전극 컨택트;를 더 포함하는 실시 예 1 내지 14 중 어느 하나의 반도체 구조.Example 15: A first electrode contact on at least a portion of a base layer; And a second electrode contact on at least a portion of the p-type contact layer.
실시 예 16: 베이스 층; 베이스 층 위에 배치되며, 적어도 하나의 우물 층, 및 적어도 하나의 우물 층 위에 직접 배치되는 적어도 하나의 배리어 층을 포함하는 복수의 InGaN의 층을 포함하는 활성 영역; 활성 영역 위에 배치되는 전자 차단 층; 전자 차단 층 위에 배치되는 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층; 및 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 배치되는 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 포함하고, 이 때, 발광 장치의 임계 변형 에너지는 약 1800 이하인 발광 장치,Example 16: Base layer; An active region disposed over the base layer, the active region comprising a layer of a plurality of InGaNs comprising at least one well layer and at least one barrier layer disposed directly on the at least one well layer; An electron blocking layer disposed over the active region; A p-type In p Ga 1 - p N bulk layer disposed on the electron blocking layer; And a p-type In c Ga 1 - c N contact layer disposed on the p-type In p Ga 1 - p N bulk layer, wherein the light emitting device has a critical strain energy of about 1800 or less,
실시 예 17: 베이스 층은 성장 템플레이트를 더 포함하고, 상기 성장 템플레이트는 성장 기판, 및 성장 기판 위에 배치되는 GaN 시드 층을 포함하고, 이 때, GaN 시드 층의 성장 평면은 극평면을 포함하는 실시 예 16의 발광 장치.Example 17: The base layer further comprises a growth template, wherein the growth template comprises a growth substrate, and a GaN seed layer disposed on the growth substrate, wherein the growth plane of the GaN seed layer comprises a planar (16).
실시 예 18: 적어도 하나의 우물 층은, InwGa1 - wN을 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40인 실시 예 16 또는 실시 예 17의 발광 장치.Example 18: The light emitting device of Example 16 or Example 17 wherein at least one well layer comprises In w Ga 1 - w N, wherein w is 0.10? W? 0.40.
실시 예 19: 적어도 하나의 배리어 층은 InbGa1 - bN을 포함하고, 이 때, b는 0.01≤b≤0.10인 실시 예 16 내지 18 중 어느 하나의 발광 장치. Example 19: A light emitting device according to any one of Examples 16 to 18, wherein at least one barrier layer comprises In b Ga 1 - b N, wherein b is 0.01 b 0.10.
실시 예 20: 전자 차단 층은, 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되는 실시 예 16 내지 19 중 어느 하나의 발광 장치. Example 20: A light emitting device according to any one of Examples 16 to 19, wherein the electron blocking layer is made of at least substantially GaN.
실시 예 21: p-형 InpGa1 - pN 벌크 층에서 p는 0.01≤p≤0.08인 실시 예 16 내지 20 중 어느 하나의 발광 장치.Example 21: A light emitting device according to any one of Examples 16 to 20, wherein p in the p-type In p Ga 1 - p N bulk layer is 0.01? P?
실시 예 22: p-형 IncGa1 - cN 접촉 층에서 c는 0.01≤c≤0.10인 실시 예 16 내지 21 중 어느 하나의 발광 장치.Embodiment 22: A light emitting device according to any one of Examples 16 to 21, wherein c in the p-type In c Ga 1 - c N contact layer is 0.01? C?
실시 예 23: p-형 IncGa1 - cN 접촉 층은, 실질적으로 GaN으로 구성되는 실시 예 16 내지 22 중 어느 하나의 발광 장치.Example 23: A light emitting device according to any one of Examples 16 to 22, wherein the p-type In c Ga 1 - c N contact layer is substantially composed of GaN.
실시 예 24: 베이스 층의 적어도 일부 위의 제 1 전극 컨택트; 및 p-형 IncGa1-cN 접촉 층의 적어도 일부 위의 제 2 전극 컨택트;를 더 포함하는 실시 예 16 내지 23 중 어느 하나의 발광 장치.Example 24: A first electrode contact on at least a portion of a base layer; And a second electrode contact on at least a portion of the p-type In c Ga 1-c N contact layer.
실시 예 25: 활성 영역, 전자 차단 층, p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 IncGa1-cN 접촉 층은, 함께 1%보다 작은 백분율 변형 완화를 나타내는 성장 스택을 정의하는 실시 예 16 내지 23 중 어느 하나의 발광 장치.Growth represents the p N bulk layer, and the p- type In c Ga 1-c N contact layer, a small percentage strain relief than 1% with - an active region, an electron blocking layer, a p- type In p Ga 1: Example 25 Lt; RTI ID = 0.0 > 16 < / RTI >
실시 예 26: 베이스 층을 제공하는 단계; 베이스 층 위에 활성 영역을 형성하기 위해 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계; 베이스 층과 반대측인 활성 영역 위에 전자 차단 층을 성장시키는 단계; 전자 차단 층 위에 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층을 성장시키는 단계; 및 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 이 때, p는 0.00≤p≤0.08이고, c는 0.00≤c≤0.10이고, 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계는, 적어도 하나의 InwGa1 - wN 우물 층을 성장시키는 단계, 및 적어도 하나의 InbGa1 - bN 배리어 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 이 때, w는 0.10≤w≤0.40이고, b는 0.01≤b≤0.10인 반도체 구조를 형성하는 방법,Example 26: Providing a base layer; Growing a layer of a plurality of InGaN to form an active region on the base layer; Growing an electron blocking layer on the active region opposite to the base layer; Growing a p -type In p Ga 1 - p N bulk layer on the electron blocking layer; And growing a p-type In c Ga 1 - c N contact layer on the p -type In p Ga 1 - p N bulk layer, wherein p is 0.00? P? 0.08 and c is 0.00? wherein the step of growing a plurality of InGaN layers comprises growing at least one In w Ga 1 - w N well layer and growing at least one In b Ga 1 - b N barrier layer Wherein w is 0.10? W? 0.40 and b is 0.01? B? 0.10,
실시 예 27: 베이스 층을 제공하는 단계는, 성장 템플레이트를 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 성장 템플레이트를 형성하는 단계는, 성장 기판을 제공하는 단계, 및 성장 기판 위에 GaN 시드 층을 성장시키는 단계를 포함하고, GaN 시드 층의 성장 평면은 극평면인 실시 예 26의 방법, Example 27: Providing a base layer further comprises forming a growth template, said forming a growth template comprising: providing a growth substrate; and growing a GaN seed layer on the growth substrate , The growth plane of the GaN seed layer is the polar plane method of Example 26,
실시 예 28: 베이스 층을 제공하는 단계는, n-형 InnGa1 - nN 베이스 층을 성장시키는 단계를 더 포함하고, 이 때, n은 0.01≤n≤0.10인 실시 예 26 또는 실시 예 27의 방법.Example 28, comprising: providing a base layer, n- n-type In Ga 1 - n N is carried further comprising the step of growing the base layer, and at this time, n is 0.01≤n≤0.10 Example 26 or Example 27.
실시 예 29: 활성 영역과 베이스 층 사이에 배치되는 InspGa1 - spN 스페이서 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하고, 이 때, sp는 0.01≤sp≤0.10인 실시 예 26 내지 28 중 어느 하나의 방법. Example 29: In sp Ga 1 disposed between the active region and the base layer-step of growing a spacer layer sp N; further comprising a, and this time, sp is any of the Examples 26 to 28 0.01≤sp≤0.10 One way.
실시 예 30: 활성 영역과 전자 차단 층 사이에 배치되는 IncpGa1 - cpN 캡 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하고, 이 때, cp는 0.01≤cp≤0.10인 실시 예 26 내지 29 중 어느 하나의 방법.Example 30: Growing an In cp Ga 1 - cp N cap layer disposed between the active region and the electron blocking layer, wherein cp is greater than that of Examples 26 to 29 where 0.01? Cp? Either way.
실시 예 31: 약 1.0 ㎛로부터 약 7 ㎛의 범위의 평균 두께로 GaN 시드 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 27의 방법.Example 31: The method of embodiment 27 further comprising growing a GaN seed layer with an average thickness ranging from about 1.0 占 퐉 to about 7 占 퐉.
실시 예 32: 성장 템플레이트를 형성하는 단계는, 성장 기판과 GaN 시드 층 사이에 배치되는 그룹 III 질화물 핵생성 층을 증착하는 단계를 더 포함하는 실시 예 27 또는 실시 예 31의 방법.Example 32: The method of embodiment 27 or 31, wherein forming a growth template further comprises depositing a Group III nitride nucleation layer disposed between the growth substrate and the GaN seed layer.
실시 예 33: 약 40 nm와 약 750 nm 사이의 평균 두께를 가지도록 활성 영역을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 32 중 어느 하나의 방법.Example 33: The method of any one of Examples 26 to 32 further comprising growing the active region to have an average thickness between about 40 nm and about 750 nm.
실시 예 34: 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되도록 전자 차단 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 33 중 어느 하나의 방법.Embodiment 34: A method as in any of the embodiments 26-33, further comprising growing an electron blocking layer so as to be at least substantially composed of GaN.
실시 예 35: 약 50 nm와 약 600 nm 사이의 평균 층 두께를 가지도록 p-형 InpGa1-pN 벌크 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 34 중 어느 하나의 방법.Example 35: Growing a p -type In p Ga 1-p N bulk layer to have an average layer thickness between about 50 nm and about 600 nm. .
실시 예 36: 적어도 실질적으로 GaN으로 구성되도록 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 35 중 어느 하나의 방법.Example 36: at least substantially consists of a p- type to GaN In c Ga 1 - c N step of growing a contact layer, Examples 26 to 35 The method as in any of further comprising: a.
실시 예 37: 1%보다 작은 백분율 변형 완화를 나타내는 성장 스택을 규정하도록 베이스 층, 활성 영역, 전자 차단 층, p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 IncGa1 -cN 접촉 층을 형성하는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 36 중 어느 하나의 방법.Example 37: to define the growing stack showing a small percentage of the strain relief than 1% of the base layer, the active area, an electron blocking layer, a p- type In p Ga 1 - p N bulk layer, and the p- type In c Ga 1 - examples 26 to 36 the method as in any of further comprising a; c N forming a contact layer.
실시 예 38: 약 1800 이하의 임계 변형 에너지를 가지도록 성장 스택을 형성하는 단계;를 더 포함하는 실시 예 37의 방법.Example 38: The method of embodiment 37 further comprising forming a growth stack to have a critical strain energy of about 1800 or less.
실시 예 39: 약 50 mTorr와 약 500 mTorr 사이의 압력 또는 압력들에서 단일 화학적 기상 증착 시스템(a single chemical vapor deposition system)에서 활성 영역, 전자 차단 층, p-형 InpGa1 - pN 벌크 층, 및 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층 각각을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 실시 예 26 내지 38 중 어느 하나의 방법.Example 39: An active region, an electron blocking layer, a p-type In p Ga 1 - p N bulk in a single chemical vapor deposition system at pressures or pressures of between about 50 mTorr and about 500 mTorr examples 26 to 38 the method as in any of the further include; - layer, and a p- type in c Ga 1 c N contact layer growth step of each.
실시 예 40: 체임버(chamber)를 통해 트리메틸인듐(TMI) 및 트리에틸갈륨(TMG)을 유동시키면서 체임버에서 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하고, 이 때, 트리메틸인듐(TMI)의 유량(flow rate) 대 트리에틸갈륨(TMG)의 유량의 유량비(flow ratio, %)는, 약 50%와 약 95% 사이인 실시 예 26 내지 39 중 어느 하나의 방법.Example 40: Growing a p -type In p Ga 1 - p N bulk layer in a chamber while flowing trimethyl indium (TMI) and triethyl gallium (TMG) through a chamber, , The flow rate of trimethyl indium (TMI) versus the flow rate of triethyl gallium (TMG) (%) is between about 50% and about 95% Way.
위에 기재된 본 개시 내용의 본보기 실시 예는 본 발명의 범위를 제한하지 않는데, 그 이유는 이 실시 예는 단지 첨부 청구항 및 이의 법률적 등가물의 범위에 의해 정의되는, 본 발명의 실시 예의 단지 예시이기 때문이다. 임의의 등가의 실시 예는 이러한 본 발명의 범위 내에 있도록 의도된다. 실제로, 본원에 나타내고 기재된 것 이외의 본 개시 내용의 다양한 변경, 예컨대 기재된 요소의 대안의 유용한 조합은 상기 설명으로부터 당 분야에서 숙련된 사람에게 명백하게 될 것이다. 이와 같은 변형 및 실시 예는 또한 첨부된 청구항의 범위 내에 속하도록 의도된다.The exemplary embodiment of the present disclosure set forth above does not limit the scope of the present invention because it is merely an example of an embodiment of the present invention which is defined by the scope of the appended claims and their legal equivalents to be. Any equivalent embodiment is intended to be within the scope of this invention. Indeed, various modifications of the present disclosure, other than those shown and described herein, such as alternative combinations of the described elements, will become apparent to those skilled in the art from the foregoing description. Such variations and embodiments are also intended to fall within the scope of the appended claims.
Claims (14)
n-형 도핑된 층을 포함하는 베이스 층(base layer);
상기 베이스 층 위에 배치되며, 적어도 하나의 InwGa1-wN 우물 층(well layer), 및 적어도 하나의 InbGa1 - bN 배리어 층을 포함하는 복수의 InGaN의 층을 포함하고, 상기 w는 0.10≤w≤0.40이고, 상기 b는 0.01≤b≤0.10인 활성 영역(active region);
상기 베이스 층과 반대측인 상기 활성 영역 위에 배치되며, IneGa1 - eN을 포함하고, 상기 e는 0.00≤e≤0.02인 전자 차단 층(electron blocking layer);
상기 전자 차단 층 위에 배치되는 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층(p-type InpGa1 - pN bulk layer); 및
상기 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 배치되는 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층(p-type IncGa1-cN contact layer);을 포함하고,
상기 p는 0.00≤p≤0.08, 상기 c는 0.00≤c≤0.10인 반도체 전계 발광 구조.As a semiconductor electroluminescent structure,
a base layer comprising an n-type doped layer;
Wherein disposed on the base layer, at least one of In w Ga 1-w N well layer (well layer), and at least one of In b Ga 1 - comprises a b N plurality of InGaN layers including a barrier layer, wherein w is an active region in which 0.10? w? 0.40 and b is 0.01? b? 0.10;
An electron blocking layer disposed on the active region opposite to the base layer, the electron blocking layer including In e Ga 1 - e N and e being 0.00? E? 0.02;
The electron blocking layer p- type In p Ga 1 disposed on - p N bulk layer (p-type In p Ga 1 - p N bulk layer); And
It includes,; c N contact layer (p-type In c Ga 1 -c N contact layer) the p- type In p Ga 1 - - p N bulk layer p- type In c Ga 1 that is placed on top of
P is 0.00? P? 0.08, and c is 0.00? C? 0.10.
상기 베이스 층은 성장 템플레이트(growth template);를 더 포함하고,
상기 성장 템플레이트는,
성장 기판(growth substrate); 및
상기 성장 기판 위에 배치되는 GaN 시드 층(seed layer);을 포함하고, 상기 GaN 시드 층의 성장 평면(growth plane)은 극평면(polar plane)을 포함하는 반도체 전계 발광 구조.The method according to claim 1,
The base layer may further comprise a growth template,
The growth template may comprise:
Growth substrate; And
And a GaN seed layer disposed on the growth substrate, wherein a growth plane of the GaN seed layer includes a polar plane.
상기 성장 템플레이트는, 상기 성장 기판과 상기 GaN 시드 층 사이에 배치되는 그룹 III 질화물 핵생성 층(Group III nitride nucleation layer);을 더 포함하는 반도체 전계 발광 구조.3. The method of claim 2,
Wherein the growth template further comprises a Group III nitride nucleation layer disposed between the growth substrate and the GaN seed layer.
상기 n-형 도핑된 층은, n-형 InnGa1 - nN 베이스 층이고, 상기 n은 0.01≤n≤0.10인 반도체 전계 발광 구조.The method according to claim 1,
The n- type doped layer, n- n-type In Ga 1 - n and the N base layer, and the n is a semiconductor light emitting structure 0.01≤n≤0.10.
상기 전자 차단 층은, GaN으로 제조되는 반도체 전계 발광 구조.The method according to claim 1,
Wherein the electron blocking layer is made of GaN.
상기 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층은, GaN으로 제조되는 반도체 전계 발광 구조.The method according to claim 1,
The p-type In c Ga 1 - c N contact layer is made of GaN.
상기 반도체 구조의 임계 변형 에너지(critical strain energy)는, 각각의 층 두께(nm)와 각각의 층의 인듐 함량(%)의 곱(product)의 합(sum)에 의해 정의되고, 1800 이하인 반도체 전계 발광 구조.The method according to claim 1,
The critical strain energy of the semiconductor structure is defined by the sum of the product of the respective layer thicknesses (nm) and the indium content (%) of each layer, and the critical strain energy of the semiconductor field Light emitting structure.
n-형 도핑된 층을 포함하는 베이스 층을 제공하는 단계,
상기 베이스 층 위에 활성 영역을 형성하기 위해 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계;
상기 베이스 층과 반대측인 상기 활성 영역 위에 전자 차단 층을 성장시키는 단계;
상기 전자 차단 층 위에 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층을 성장시키는 단계; 및
상기 p-형 InpGa1 - pN 벌크 층 위에 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 성장시키는 단계;를 포함하고,
상기 p는 0.00≤p≤0.08이고, 상기 c는 0.00≤c≤0.10이며,
상기 복수의 InGaN의 층을 성장시키는 단계는,
적어도 하나의 InwGa1 - wN 우물 층을 성장시키는 단계, 및 적어도 하나의 InbGa1-bN 배리어 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 상기 w는 0.10≤w≤0.40이고, 상기 b는 0.01≤b≤0.10인 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.A method of forming a semiconductor electroluminescent structure,
providing a base layer comprising an n-type doped layer,
Growing a layer of a plurality of InGaN to form an active region on the base layer;
Growing an electron blocking layer on the active region opposite the base layer;
Growing a p -type In p Ga 1 - p N bulk layer on the electron blocking layer; And
Growing a p-type In c Ga 1 - c N contact layer on the p-type In p Ga 1 - p N bulk layer,
P is 0.00? P? 0.08, c is 0.00? C? 0.10,
Wherein growing the plurality of InGaN layers comprises:
At least one of Ga w In 1 - a step of growing the well layer w N, and at least one, and comprising the step of growing a In b Ga 1-b N barrier layer, wherein w is 0.10≤w≤0.40, the b Lt; = b < / = 0.10.
상기 베이스 층을 제공하는 단계는, 성장 템플레이트를 형성하는 단계를 더 포함하고,
상기 성장 템플레이트를 형성하는 단계는,
성장 기판을 제공하는 단계, 및
상기 성장 기판 위에 GaN 시드 층을 성장시키는 단계를 포함하고, 상기 GaN 시드 층의 성장 평면은 극평면인 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.9. The method of claim 8,
Wherein providing the base layer further comprises forming a growth template,
Wherein forming the growth template comprises:
Providing a growth substrate, and
And growing a GaN seed layer on the growth substrate, wherein the growth plane of the GaN seed layer is polar planar.
상기 성장 템플레이트를 형성하는 단계는, 상기 성장 기판과 상기 GaN 시드 층 사이에 배치되는 그룹 III 질화물 핵생성 층을 증착하는 단계;를 더 포함하는 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the forming the growth template further comprises depositing a Group III nitride nucleation layer disposed between the growth substrate and the GaN seed layer.
n-형 도핑된 층을 포함하는 상기 베이스 층을 제공하는 단계는, n-형 InnGa1 -nN 베이스 층을 성장시키는 단계를 더 포함하고,
상기 n은 0.01≤n≤0.10인 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.9. The method of claim 8,
The step of providing the base layer comprising an n-type doped layer further comprises growing an n -type In n Ga 1 -n N base layer,
Wherein n is 0.01? N? 0.10.
GaN 전자 차단 층을 형성시키는 단계;를 더 포함하는 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.9. The method of claim 8,
And forming a GaN electron blocking layer on the GaN barrier layer.
GaN에 상기 p-형 IncGa1 - cN 접촉 층을 성장시키는 단계;를 더 포함하는 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.9. The method of claim 8,
On the p- type GaN In c Ga 1 - c N contact layer growth step of; further comprising: a semiconductor light emitting structure, The method of forming a.
각각의 층 두께(nm)와 각각의 층의 인듐 함량(%)의 곱의 합에 의해 정의되고, 1800 이하인 임계 변형 에너지를 가지도록 상기 반도체 구조를 형성하는 단계;를 더 포함하는 반도체 전계 발광 구조 형성 방법.
9. The method of claim 8,
Further comprising forming the semiconductor structure to have a critical strain energy that is defined by a sum of products of respective layer thicknesses (nm) and indium contents (%) of each layer, and having a critical strain energy of 1800 or less. / RTI >
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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E902 | Notification of reason for refusal | ||
E601 | Decision to refuse application |