KR102190859B1 - Method of forming a p-type layer for a light emitting device - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예들에 따른 방법에서, p-형 영역과 n-형 영역 사이에 배치되는 III-질화물 발광 층을 포함하는 반도체 구조체가 성장된다. p-형 영역은 반도체 구조체 내에 매립된다. 트렌치는 반도체 구조체에 형성된다. 트렌치는 p-형 영역을 노출시킨다. 트렌치를 형성한 후에, 반도체 구조체는 어닐링된다.In a method according to embodiments of the present invention, a semiconductor structure including a III-nitride light emitting layer disposed between a p-type region and an n-type region is grown. The p-type region is embedded within the semiconductor structure. The trench is formed in the semiconductor structure. The trench exposes the p-type region. After forming the trench, the semiconductor structure is annealed.
Description
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본 출원은 2016년 5월에 20일에 출원된 미국 임시 특허 출원 제62/339,448호 및 2016년 7월 15일에 출원된 유럽 특허 출원 제16179661.0호에 대한 우선권을 주장한다. 미국 임시 특허 출원 제62/339,448호 및 유럽 특허 출원 제16179661.0호는 본원에 포함된다.This application claims priority to U.S. Provisional Patent Application No. 62/339,448, filed May 20, 2016, and European Patent Application No. 16179661.0, filed July 15, 2016. US Provisional Patent Application No. 62/339,448 and European Patent Application No. 16179661.0 are incorporated herein.
발광 다이오드들(light emitting diodes)(LEDs), 공진 공동 발광 다이오드들(resonant cavity light emitting diodes)(RCLEDs), 수직 공동 레이저 다이오드들(vertical cavity laser diodes)(VCSELs), 및 에지 방출 레이저들 포함하는 반도체 발광 디바이스들은 가장 효율적인 광원들 중에서 현재 이용가능하다. 가시 스펙트럼에 걸쳐 동작이 가능한 고휘도 발광 디바이스들의 제조에서 현재 관심있는 재료 시스템들은 또한 III-질화물 재료들로 언급되는, 그룹 III-V 반도체들, 특히 갈륨, 알루미늄, 인듐, 및 질소의 2원, 3원, 및 4원 합금들을 포함한다. 전형적으로, III-질화물 발광 디바이스들은 금속 유기 화학 기상 증착(metal-organic chemical vapor deposition)(MOCVD), 분자 빔 에피택시(molecular beam epitaxy)(MBE), 또는 다른 에피택셜 기술들에 의해 사파이어, 실리콘 탄화물, III-질화물, 또는 다른 적절한 기판 상에 상이한 조성물들 및 도펀트 농도들의 반도체 층들의 스택을 에피택셜 성장시킴으로써 제조된다. 스택은 예를 들어, 종종 기판 위에 형성되는 Si로 도핑되는 하나 이상의 n-형 층, n-형 층 또는 층들 위에 형성되는 활성 영역 내의 하나 이상의 발광 층, 및 예를 들어, 활성 영역 위에 형성되는 Mg로 도핑되는 하나 이상의 p-형 층을 포함한다. 전기 컨택트들은 n- 및 p-형 영역들 상에 형성된다.Including light emitting diodes (LEDs), resonant cavity light emitting diodes (RCLEDs), vertical cavity laser diodes (VCSELs), and edge emitting lasers. Semiconductor light emitting devices are currently available among the most efficient light sources. Material systems of current interest in the manufacture of high-brightness light-emitting devices capable of operating across the visible spectrum are group III-V semiconductors, in particular binary, 3, gallium, aluminum, indium, and nitrogen, also referred to as III-nitride materials. Circle, and quaternary alloys. Typically, III-nitride light-emitting devices are sapphire, silicon, or by metal-organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), or other epitaxial techniques. It is prepared by epitaxially growing a stack of semiconductor layers of different compositions and dopant concentrations on a carbide, III-nitride, or other suitable substrate. The stack can be, for example, one or more n-type layers doped with Si, often formed over a substrate, one or more light-emitting layers in the active region formed over the n-type layer or layers, and, for example, Mg formed over the active region. At least one p-type layer doped with. Electrical contacts are formed on the n- and p-type regions.
상업적 III-질화물 LED에서, 반도체 구조체는 전형적으로 MOCVD에 의해 성장된다. MOCVD 동안 사용되는 질소원은 전형적으로 암모니아이다. 암모니아가 해리될 때, 수소가 생성된다. 수소는 마그네슘과 복합체를 형성하며, 마그네슘은 p-형 재료들의 성장 동안 p-형 도펀트로서 사용된다. 수소 복합체는 마그네슘의 p-형 특성을 비활성화시켜, p-형 재료의 도펀트 농도를 효과적으로 감소시키며, 디바이스의 효율을 감소시킨다. p-형 재료의 성장 후에, 구조체는 수소를 막아냄으로써 수소-마그네슘 복합체를 파괴하기 위해 어닐링된다.In commercial III-nitride LEDs, semiconductor structures are typically grown by MOCVD. The nitrogen source used during MOCVD is typically ammonia. When ammonia dissociates, hydrogen is produced. Hydrogen forms a complex with magnesium, and magnesium is used as a p-type dopant during the growth of p-type materials. The hydrogen complex deactivates the p-type property of magnesium, effectively reducing the dopant concentration of the p-type material and reducing the efficiency of the device. After the growth of the p-type material, the structure is annealed to destroy the hydrogen-magnesium complex by blocking the hydrogen.
도 1은 매립된 p-형 영역 및 p-형 영역을 활성화시키기 위한 트렌치들을 포함하는 반도체 구조체의 일부를 예시한다.
도 2는 도 1에 예시된 구조체의 상단 표면의 일부를 예시한다.
도 3은 발명의 일부 실시예들에 따른, 매립된 p-형 영역을 가진 디바이스를 형성하는 방법이다.
도 4는 발명의 일부 실시예들에 따른, n-형 영역 전에 성장되는 p-형 영역을 가진 LED를 예시한다.
도 5는 발명의 일부 실시예들에 따른, 터널 접합을 포함하는 LED를 예시한다.
도 6은 발명의 일부 실시예들에 따른, 터널 접합에 의해 분리되는 2개의 LED를 포함하는 디바이스를 예시한다.
도 7은 마스크 재료의 세그먼트들를 포함하는, 부분적으로 성장된 반도체 디바이스의 일부를 예시한다.
도 8은 내장된 트렌치들을 가진 반도체 디바이스의 일부를 예시한다.
도 9는 금속 컨택트가 배치되는 트렌치를 포함하는 반도체 디바이스의 일부를 예시한다.1 illustrates a portion of a semiconductor structure including a buried p-type region and trenches for activating the p-type region.
2 illustrates a portion of the top surface of the structure illustrated in FIG. 1.
3 is a method of forming a device with a buried p-type region, according to some embodiments of the invention.
4 illustrates an LED with a p-type region grown before the n-type region, according to some embodiments of the invention.
5 illustrates an LED including a tunnel junction, in accordance with some embodiments of the invention.
6 illustrates a device comprising two LEDs separated by a tunnel junction, in accordance with some embodiments of the invention.
7 illustrates a portion of a partially grown semiconductor device, including segments of a mask material.
8 illustrates a portion of a semiconductor device with embedded trenches.
9 illustrates a portion of a semiconductor device including a trench in which metal contacts are disposed.
III-질화물 디바이스 내의 p-형 층들을 활성화시키기 위한 무수소 분위기에서의 어닐의 요건은 디바이스 디자인을 제한한다. 수소가 n-형 III-질화물 재료들을 통해 확산할 수 없고, 수소가 전형적 디바이스 웨이퍼의 직경의 절반에 대응하는 거리들에 걸쳐 반도체 재료를 통해 측방으로 용이하게 확산하지 않는 것이 실험적으로 증명되었다. 그 결과, 활성화 어닐이 효과적인 것으로 하기 위해, p-형 층들은 임의의 다른 층에 의해 커버될 수 없다. 효과적인 어닐 없이, 디바이스는 p-형 층 없이, 또는 극히 낮은 도펀트 농도를 가진 p-형 층을 가지고 남아 있어, 그것을 쓸모없게 한다. 따라서, 터널 접합을 가진 디바이스 또는 p-형 층들이 n-형 층들 전에 성장되는 디바이스와 같은, 매립된 p-형 층을 가진 디바이스는 MOCVD에 의한 성장을 포함하는 종래의 공정 후에 어닐링에 의해 형성될 수 없다.The requirement of annealing in an anhydrous atmosphere to activate the p-type layers in the III-nitride device limits the device design. It has been experimentally demonstrated that hydrogen cannot diffuse through n-type III-nitride materials, and that hydrogen does not readily diffuse laterally through the semiconductor material over distances corresponding to half the diameter of a typical device wafer. As a result, in order for the activation annealing to be effective, the p-type layers cannot be covered by any other layer. Without effective annealing, the device remains without a p-type layer, or with a p-type layer with an extremely low dopant concentration, making it useless. Thus, devices with buried p-type layers, such as devices with tunnel junctions or devices in which p-type layers are grown before n-type layers, will be formed by annealing after conventional processes including growth by MOCVD. Can't.
발명의 실시예들에서, 디바이스 구조체는 매립된 p-형 층을 가지고 성장된다. 트렌치들은 매립된 p-형 층의 부분들을 노출시키는 디바이스 구조체에 형성된다. 그 다음, 구조체는 어닐링되어, 수소는 매립된 p-형 층으로부터 트렌치들로 측방으로 확산할 수 있으며, 수소는 주위에 탈출할 수 있다.In embodiments of the invention, the device structure is grown with a buried p-type layer. Trenches are formed in the device structure exposing portions of the buried p-type layer. The structure is then annealed so that hydrogen can diffuse laterally into the trenches from the buried p-type layer, and hydrogen can escape around.
도 1은 반도체 디바이스 구조체의 일부를 예시한다. 도 1의 구조체는 성장 기판(30) 상에 성장되며, 성장 기판은 예를 들어, 사파이어, SiC, Si, 비-III-질화물 재료, GaN, 복합 기판, 또는 임의의 다른 적절한 기판일 수 있다. 임의적 III-질화물 필름(102)은 p-형 영역(100) 전에 성장될 수 있지만, III-질화물 필름(102)은 요구되지 않는다. III-질화물 필름(102)은 예를 들어, 핵형성 또는 버퍼 층들, GaN 또는 임의의 다른 III-질화물 재료일 수 있는 평활 층들, n-형 층들, 발광 또는 활성 층들, 언도핑된 층들, 디바이스의 활성 영역, 및/또는 임의의 다른 적절한 층들 또는 재료들을 포함할 수 있다.1 illustrates a portion of a semiconductor device structure. The structure of FIG. 1 is grown on a
p-형 영역(100)은 예를 들어, Mg 또는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 p-형 도펀트로 도핑되는 적어도 하나의 2원, 3원, 4원, 또는 5원 III-질화물 층을 포함한다.The p-
III-질화물 필름(104)은 p-형 층(100)이 III-질화물 필름(104)에 의해 매립되도록 p-형 층(100) 후에 성장된다. III-질화물 필름(104)은 n-형 층들, p-형 층들, 디바이스의 활성 영역, 발광 층들, 언도핑된 층들, 및/또는 임의의 다른 적절한 층들 또는 재료들을 포함할 수 있다.The III-
성장 후에 또는 성장 동안에, 트렌치들(106)은 반도체 구조체에 형성된다. 트렌치들(106)은 도 1에 예시된 바와 같이, 트렌치들(106)의 하단들이 p-형 영역(100)에 있도록 III-질화물 필름(104)의 전체 두께를 통해 연장될 수 있다. 대안적으로, 트렌치들(106)은 트렌치들(106)의 하단들이 III-질화물 필름(102)에 있거나, 성장 기판(30)의 표면이거나, 성장 기판(30)으로 연장되도록 III-질화물 필름(104) 및 p-형 영역(100) 둘 다의 전체 두께들을 통해 연장될 수 있다.After or during growth,
트렌치들(106)의 폭(108)은 예를 들어, 일부 실시예들에서 적어도 0.05 ㎛, 일부 실시예들에서 50 ㎛ 이하, 일부 실시예들에서 적어도 0.5 ㎛, 및 일부 실시예들에서 15 ㎛ 이하일 수 있다. 일부 실시예들에서, 트렌치들은 발광 면적을 손실하는 것을 회피하기 위해 가능한 한 작게 유지된다.The
트렌치들(106)은 p-형 영역(100)의 전부가 나중의 어닐 동안 수소의 최대 확산 길이 이하인 트렌치로부터의 거리에 이격되도록 이격된다. 트렌치들(106) 사이의 최대 간격(110)은 어닐 동안 수소의 평균 또는 최대 확산 길이의 2배일 수 있다. 간격(110)은 어닐의 조건들에 의해 결정될 수 있으며, 그것은 어닐 동안 수소의 최대 측방 확산 길이를 결정할 수 있다 - 상이한 어닐들은 상이한 최대 측방 확산 길이들을 가질 수 있다. 가장 가까운 이웃 트렌치들 사이의 최대 간격(110)은 일부 실시예들에서 적어도 1 ㎛, 일부 실시예들에서 500 ㎛ 이하, 일부 실시예들에서 적어도 5 ㎛, 및 일부 실시예들에서 250 ㎛ 이하일 수 있다.The
도 1에 예시된 반도체 구조체는 트렌치들(106)을 형성한 후에 어닐링될 수 있다. 어닐 동안, 수소는 p-형 영역(100)으로부터 트렌치들(106)로 밀어 넣어지며, 그것은 반도체 구조체로부터 주위로 탈출할 수 있다.The semiconductor structure illustrated in FIG. 1 may be annealed after forming the
일부 실시예들에서, 어닐링 후에, 트렌치들(106)은 절연 재료(114)로 충전될 수 있다. 절연 재료(114)는 금속 컨택트가, 쇼트를 우연히 야기하는 것 없이, 트렌치들을 가진 표면 상에 형성되는 것을 허가한다. 절연 재료(114)는 어닐 후에 처리의 임의의 단계에서 형성될 수 있다 - 예를 들어, 트렌치들(106)은 성장 기판이 제거되는 실시예들에서, 성장 기판을 제거하기 전에 또는 제거한 후에, 또는 에칭이 수행되는 실시예들에서, 매립된 층을 노출시키는 에칭 전에 또는 후에 절연 재료(114)로 충전될 수 있다.In some embodiments, after annealing,
일부 실시예들에서, 트렌치들(106)은 도 9에 예시된 바와 같이, p-측 아래 디바이스 내의 p-형 영역과 접촉하기 위해, 금속 컨택트들이 형성되는 비아들로서 사용된다. 금속 컨택트들(134)이 p-형 영역(100)과 접촉하는 트렌치들(106)에 형성되는 실시예들에서, 일련의 금속들 및 절연체들은 금속 컨택트가 (도 9에 예시된 바와 같은 트렌치(132)의 하단 내의) 매립된 p-형 영역(100) 또는 다른 원하는 층에만 직접 접촉하고, 상기 층들(III-질화물 필름(104))과 직접 접촉하지 않도록 증착되고 패턴화된다. 예를 들어, 절연 재료(130)는 컨택트 금속(134)과 금속 컨택트와 직접 접촉하지 않는 반도체 층들 사이의 트렌치의 측벽들 상에 배치될 수 있다.In some embodiments,
일부 실시예들에서, 트렌치들(106)은 공기 또는 주위 가스에 노출된 채로 남겨지거나, 충전되는 것보다 오히려 얇은 패시베이션 층(예를 들어, SiO2)으로 코팅된다. 따라서, 일부 실시예들에서, 트렌치들(106)은 절연 또는 패시베이팅 재료로 부분적으로 또는 전적으로 충전될 수 있다.In some embodiments,
도 2는 도 1의 구조체의 상단 표면(112)의 일부의 평면도이다. 도 2에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 트렌치들(106)은 서로 절연되고, 트렌치에 의해 중단되지 않은 반도체 구조체의 일부에 의해 둘러싸여질 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 반도체 재료는 모두 전기적으로 연결되고, 반도체 재료의 어떠한 전기적으로 절연된 아일랜드들은 트렌치들(106)에 의해 형성되지 않는다. 일부 실시예들에서, 일부 또는 모든 트렌치들은 반도체 재료의 절연된 아일랜드들을 형성하기 위해 서로 연결될 수 있다 - 예를 들어, 일부 실시예들에서, 트렌치들(106)은 반도체 재료의 웨이퍼로부터 나중에 분리되는 단일 디바이스의 경계들을 정의할 수 있다. 디바이스들의 웨이퍼 상에 형성되는 단일 디바이스는 디바이스의 경계들 또는 디바이스 내의 반도체 재료의 절연된 아일랜드를 정의하기 위해 서로 연결되는 일부 트렌치들, 및 서로 절연되고 반도체 재료의 절연된 아일랜드 내에 형성되는 하나 이상의 다른 트렌치를 가질 수 있다.2 is a plan view of a portion of the
도 3은 디바이스를 형성하는 방법을 예시한다. 블록(120)에서, 매립된 p-형 영역을 가진 III-질화물 구조체는 성장 기판 상에 성장된다.3 illustrates a method of forming a device. In
블록(122)에서, 트렌치들(106)은 성장된 III-질화물 구조체에 형성된다. 트렌치들(106)은 도 1 및 도 2에 예시된다. 트렌치들(106)은 예를 들어, 건식 에칭, 습식 에칭, 또는 건식 및 습식 에칭의 조합을 포함하는, 임의의 적절한 기술에 의해 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 트렌치를 형성하는 방법은 트렌치를 에칭함으로써 형성되는 반도체 재료의 노출된 표면으로부터의 수소의 확산에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, p-형 GaN은 건식 에칭 동안 n-형 GaN으로 변환되는 것으로 공지되어 있다. n-형으로 변환되는 p-형의 표면의 두께가 너무 크면, 수소의 확산은 수소가 형-변환된 표면에서 축적되고 탈출할 수 없도록 차단될 수 있다. 따라서, 일부 실시예들에서, 트렌치들(106)을 형성하는 건식 에칭 후에, 트렌치들의 표면은 n-형 변환된 층을 제거하거나 n-형 변환된 층의 두께를 수소가 용이하게 확산하는 두께까지 감소시키기 위해 습식 에치로 클리닝될 수 있다.At
일부 실시예들에서, 반도체 구조체는 도 7 및 도 8에 예시된 바와 같이, 성장 동안 트렌치들을 형성하기 위해 선택적으로 성장될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 예시된 바와 같이, 임의적 III-질화물 필름(102) 및 p-형 영역(100)은 기판(30) 위에 성장된다. SiO2와 같은 마스크 재료(120)는 p-형 영역(100) 상에 배치된 다음, 패턴화될 수 있어 마스크 재료는 트렌치들이 형성되는 면적들에 남겨진다. 마스크 재료는 도 7에 예시된 위치에 제한되지 않는다. 예를 들어, 다양한 실시예들에서, 마스크 재료는 예시된 바와 같이, 직접 성장 기판 상에, 부분적으로 성장된 III-질화물 필름(102)의 표면 상에, 완전히 성장된 III-질화물 필름(102)의 표면 상에, 부분적으로 성장된 p-형 영역(100)의 표면 상에, 또는 완전히 성장된 p-형 영역(100)의 표면 상에 형성된다. 마스크 재료가 p-형 영역(100)의 적어도 일부와 직접 접촉하는 한, 마스크 재료는 디바이스의 임의의 층 내에, 임의의 표면(성장 기판(30) 상에 직접 포함함) 상에, 임의의 두께를 가지고 형성될 수 있고, 다수의 층을 통해 연장될 수 있다.In some embodiments, the semiconductor structure may be selectively grown to form trenches during growth, as illustrated in FIGS. 7 and 8. For example, as illustrated in FIG. 7, an optional III-
III-질화물 필름(104)은 마스크 재료(120) 위에 성장된다. 성장은 도 8에 예시된 바와 같이, 결국 측방 과성장을 통해 마스크 재료를 커버하여, 이웃 마스크 영역들 사이의 면적들(122)은 III-질화물 재료로 충전된다. 다이가 성장 후에 싱귤레이트(singulate)될 때, 습식 에치 또는 다른 적절한 기술은 마스크 재료를 제거하기 위해 사용될 수 있어, 수소가 활성화 어닐 동안 탈출할 수 있는 내장된 트렌치(124)를 생성한다. 활성화 어닐 동안, 수소는 내장된 트렌치들로부터 웨이퍼의 측면들을 통해 탈출하며, 내장된 트렌치들은 주위에 노출된다.A III-
도 3으로 돌아가면, 블록(124)에서, 트렌치들을 가진 III-질화물 구조체는 예를 들어 p-형 영역 내의 p-형 도펀트와 복합체를 형성했던 수소를 막아냄으로써, 매립된 p-형 영역을 활성화시키기 위해, 어닐링된다.Returning to Figure 3, at
도 4, 도 5, 및 도 6은 도 1, 도 2, 및 도 3에 예시된 바와 같이, 트렌치들을 형성함으로써 그리고 어닐링에 의해 활성화될 수 있는 매립된 p-형 영역을 포함하는 디바이스들을 예시한다. 도 4는 p-형 영역이 n-형 영역 전에 성장되는 디바이스를 예시한다. 도 5 및 도 6은 터널 접합들을 포함하는 디바이스들을 예시한다. 트렌치들은 명료성을 위해 도 4, 도 5, 및 도 6으로부터 생략된다. 특히, 도 4, 도 5, 및 도 6에 예시된 디바이스들은 예를 들어, 측면 상에서 대략 1 mm일 수 있으며, 그것은 수십 또는 심지어 수백의 트렌치들이 단일 디바이스에 형성될 수 있는 것을 의미한다. 도 4, 도 5, 및 도 6에 예시된 디바이스들 중 어느 것에서, 트렌치들 중 하나 이상은 위에 설명된 바와 같이, 디바이스의 매립된 층들에 대한 금속 컨택트들이 배치되는 비아들로서 사용될 수 있다.4, 5, and 6 illustrate devices comprising a buried p-type region that can be activated by forming trenches and by annealing, as illustrated in FIGS. 1, 2, and 3 . 4 illustrates a device in which the p-type region is grown before the n-type region. 5 and 6 illustrate devices including tunnel junctions. Trenches are omitted from FIGS. 4, 5, and 6 for clarity. In particular, the devices illustrated in FIGS. 4, 5, and 6 may be, for example, approximately 1 mm on the side, which means tens or even hundreds of trenches may be formed in a single device. In any of the devices illustrated in FIGS. 4, 5, and 6, one or more of the trenches may be used as vias in which metal contacts to the buried layers of the device are placed, as described above.
일부 실시예들에서, III-질화물 디바이스의 p-형 영역은 발광 층 및 n-형 영역 전에 성장된다.In some embodiments, the p-type region of the III-nitride device is grown before the emissive layer and the n-type region.
종래의 III-질화물 LED들에서, n-형 영역이 우선 기판 상에 성장된 후에, 발광 층들 및 p-형 반도체가 계속된다. n-측 아래에 성장되는 III-질화물 LED의 내부 필드는 순방향 바이어스를 증가시킴에 따라 증가한다. 그 결과, 디바이스 바이어스(전류)가 증가됨에 따라, 내부 전계가 증가하여, 전자-정공 오버랩을 감소시키고 그것에 의해 방사 효율을 감소시킨다. 디바이스를 역방향 순서로 성장시키는 것은 p-형 영역이 우선 기판 상에 성장된 상태에서, 내부 필드를 반전시킨다. p-측 아래에 성장된 III-질화물 LED에서, 내부 필드는 내장된 편광 필드와 반대이다. 그 결과, 순방향 바이어스(전류)가 증가함에 따라, 그러한 디바이스의 방사 효율이 증가할 수 있다.In conventional III-nitride LEDs, an n-type region is first grown on a substrate, followed by light-emitting layers and a p-type semiconductor. The internal field of the III-nitride LED growing below the n-side increases with increasing forward bias. As a result, as the device bias (current) increases, the internal electric field increases, thereby reducing electron-hole overlap and thereby reducing the radiation efficiency. Growing the device in reverse order reverses the internal field, with the p-type region first grown on the substrate. In the III-nitride LED grown below the p-side, the internal field is opposite to the embedded polarization field. As a result, as the forward bias (current) increases, the radiating efficiency of such a device may increase.
도 4는 p-형 영역이 발광 층 및 n-형 영역 전에 성장되는 디바이스의 일 예를 예시한다. 그러한 반도체 구조체는 임의의 적절한 디바이스에 포함될 수 있으며; 발명의 실시예들은 예시되는 수직 디바이스에 제한되지 않는다. 예를 들어, 플립 칩 디바이스와 같은, 원래의 성장 기판이 제거되는 실시예들에서, 구조체(102)는 p-형 영역에 전기 컨택트를 형성하기 위해 전적으로 제거될 수 있거나, 홀/트렌치는 금속 컨택트가 형성될 수 있는 p-형 영역의 일부를 노출시키기 위해 구조체(102)를 통해 에칭될 수 있다. 예를 들어, 측방 다이 디바이스와 같은, 기판이 남아 있는 실시예들에서, 하나의 컨택트는 반도체 구조체의 상단 표면 상에 배치될 수 있고, 다른 컨택트는 p-형 영역을 노출시키는 에칭에 의해 노출되는 표면 상에 배치될 수 있다.4 illustrates an example of a device in which the p-type region is grown before the light emitting layer and the n-type region. Such semiconductor structures can be included in any suitable device; Embodiments of the invention are not limited to the vertical device illustrated. In embodiments where the original growth substrate is removed, such as, for example, a flip chip device, the
도 4에 예시된 디바이스는 성장 기판(도시되지 않음) 상에 성장되는 반도체 구조체(10)를 포함한다. p-형 영역(12)이 우선 성장된 후에, 적어도 하나의 발광 층(14)을 포함하는 활성 또는 발광 영역이 계속된 후에, n-형 영역(16)이 계속된다.The device illustrated in FIG. 4 includes a
P-형 영역(12)은 도 1의 매립된 p-형 영역(100)에 대응하고; 활성 영역(14) 및 n-형 영역(16)은 도 1의 III-질화물 필름(104)에 대응하고; 도 1의 III-질화물 필름(102)은 핵형성 또는 버퍼 구조체(도시되지 않음)일 수 있거나 생략될 수 있다.P-
금속 p-컨택트(18)는 p-형 영역(12) 상에 배치되고; 금속 n-컨택트(20)는 n-형 영역(16) 상에 배치된다.Metal p-
반도체 구조체(10)는 n-형 영역과 p-형 영역 사이에 샌드위치되는 발광 또는 활성 영역을 포함한다. n-형 영역(16)은 예를 들어, 광을 효율적으로 방출하기 위해 발광 영역에 바람직한 특정 광학, 재료, 또는 전기적 성질들을 위해 디자인되는 n- 또는 심지어 p-형 디바이스 층들을 포함하는 상이한 조성물들 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있다. 발광 층(14)은 발광 또는 활성 영역에 포함될 수 있다. 적절한 발광 영역들의 예들은 단일의 두껍거나 얇은 발광 층, 또는 장벽 층들에 의해 분리되는 다수의 얇거나 두꺼운 발광 층들을 포함하는 다수의 양자 우물 발광 영역을 포함한다. p-형 영역(12)은 준비 층들 예컨대 버퍼 층들 또는 핵형성 층들, 및/또는 p-형, n-형, 또는 의도적으로 도핑되지 않을 수 있는, 성장 기판의 제거를 용이하게 하도록 디자인되는 층들, 및 의도적으로 도핑되지 않는 층들, 또는 n-형 층들을 포함하는, 상이한 조성물, 두께, 및 도펀트 농도의 다수의 층을 포함할 수 있다.The
성장 후에, 반도체 구조체는 임의의 적절한 디바이스로 처리될 수 있다.After growth, the semiconductor structure can be processed with any suitable device.
일부 실시예들에서, III-질화물 디바이스는 터널 접합을 포함한다. 터널 접합(tunnel junction)(TJ)은 전자들이 역방향 바이어스에서 p-형 층의 가전자 대역으로부터 n-형 층의 전도 대역으로 터널링되는 것을 허용하는 구조체이다. 전자가 터널링될 때, 정공은 p-형 층 뒤에 남아 있어, 캐리어들은 양 층들에서 발생된다. 따라서, 다이오드와 같은 전자 디바이스에, 작은 누설 전류만이 역방향 바이어스에서 흐를 때, 큰 전류는 역방향 바이어스에서 터널 접합에 걸쳐 운반될 수 있다. 터널 접합은 전형적으로 매우 높은 도핑을 사용하는 다른 재료 시스템들(예를 들어, (Al)GaAs 재료 시스템 내의 p++/n++ 접합)에서 달성되었던, p/n 터널 접합에서 전도 및 가전자 대역들의 특정 정렬을 필요로 한다. III-질화물 재료들은 상이한 합금 조성물들 사이의 헤테로인터페이스들에서 전계를 생성하는 고유 편광을 갖는다. 이러한 편광 필드는 터널링을 위한 요구된 대역 정렬을 달성하기 위해 이용될 수 있다.In some embodiments, the III-nitride device includes a tunnel junction. A tunnel junction (TJ) is a structure that allows electrons to tunnel from the valence band of the p-type layer to the conduction band of the n-type layer in reverse bias. When electrons are tunneled, holes remain behind the p-type layer, so carriers are generated in both layers. Thus, in an electronic device such as a diode, when only a small leakage current flows in the reverse bias, a large current can be carried across the tunnel junction in the reverse bias. Tunnel junctions typically have a specific alignment of conduction and valence bands in the p/n tunnel junction, which has been achieved in other material systems (e.g., p++/n++ junctions in (Al)GaAs material systems) using very high doping. need. III-nitride materials have an inherent polarization that creates an electric field at heterointerfaces between different alloy compositions. This polarization field can be used to achieve the required band alignment for tunneling.
도 5 및 도 6은 터널 접합들을 포함하는 2개의 디바이스를 예시한다.5 and 6 illustrate two devices including tunnel junctions.
도 5의 디바이스에서, 터널 접합은 p-형 영역과 p-형 영역으로 전류를 주입하는 금속 컨택트 사이에 배치된다. 컨택트는 n-형 층 상에 형성될 수 있으며, 그것은 p-형 층들과 비교하여 훨씬 더 좋은 시트 저항 및 따라서 더 좋은 전류 확산을 가질 수 있다. 도 5에 예시된 디바이스에서, n-형 층들은 p-형 영역으로부터의 정공들을 터널 접합을 통해 n-형 컨택트 층 내의 전자들로 변환함으로써, LED의 양 단자 및 음 단자 둘 다에 대한 컨택트 층들로서 사용된다.In the device of Figure 5, a tunnel junction is placed between a p-type region and a metal contact that injects current into the p-type region. The contact can be formed on the n-type layer, which can have much better sheet resistance and thus better current spreading compared to p-type layers. In the device illustrated in Fig. 5, the n-type layers convert holes from the p-type region to electrons in the n-type contact layer through a tunnel junction, thereby forming the contact layer for both the positive and negative terminals of the LED. Are used as fields.
도 5의 디바이스는 성장 기판 상에 성장되는 n-형 영역(32), 그 후에 발광 영역에 배치될 수 있는 발광 층(34), 및 p-형 영역(36)을 포함한다. n-형 영역(32), 발광 층(34), 및 p-형 영역(36)은 도 4를 수반하는 본문에 상술되어 있다. 터널 접합(38)은 p-형 영역(36) 위에 형성된다.The device of FIG. 5 includes an n-
일부 실시예들에서, 터널 접합(38)은 또한 p++ 층으로 언급되고, p-형 영역(36)과 직접 접촉하는 높게 도핑된 p-형 층, 및 또한 n++ 층으로 언급되고, p++ 층과 직접 접촉하는 높게 도핑된 n-형 층을 포함한다. (일부 실시예들에서, 터널 접합(38)의 p++ 층은 디바이스 내의 p-형 영역의 역할을 할 수 있어, 개별 p-형 영역은 요구되지 않는다.) 일부 실시예들에서, 터널 접합(38)은 p++ 층과 n++ 층 사이에 샌드위치되는 p++ 층 및 n++ 층과 상이한 조성물의 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 터널 접합(38)은 p++ 층과 n++ 층 사이에 샌드위치되는 InGaN 층을 포함한다. 일부 실시예들에서, 터널 접합(38)은 p++ 층과 n++ 층 사이에 샌드위치되는 AlN 층을 포함한다. 터널 접합(38)은 아래에 설명되는 n-형 층(40)과 직접 접촉한다.In some embodiments, the
p++ 층은 예를 들어, 약 1018 cm-3 내지 약 5×1020 cm-3의 농도까지 Mg 또는 Zn과 같은 어셉터로 도핑되는 InGaN 또는 GaN일 수 있다. 일부 실시예들에서, p++ 층은 약 2×1020 cm-3 내지 약 4×1020 cm-3의 농도까지 도핑된다. n++ 층은 예를 들어, 약 1018 cm-3 내지 약 5×1020 cm-3의 농도까지 Si 또는 Ge와 같은 어셉터로 도핑되는 InGaN 또는 GaN일 수 있다. 일부 실시예들에서, n++ 층은 약 7×1019 cm-3 내지 약 9×1019 cm-3의 농도까지 도핑된다. 터널 접합(38)은 통상 매우 얇으며, 예를 들어 터널 접합(38)은 범위가 약 2 nm에서 약 100 nm에 이르는 전체 두께를 가질 수 있고, p++ 층 및 n++ 층 각각은 범위가 약 1 nm에서 약 50 nm에 이르는 두께를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, p++ 층 및 n++ 층 각각은 범위가 약 25 nm에서 약 35 nm에 이르는 두께를 가질 수 있다. p++ 층 및 n++ 층은 반드시 동일한 두께인 것은 아닐 수 있다. 일 실시예에서, p++ 층은 15 nm의 Mg-도핑된 InGaN이고 n++ 층은 30 nm의 Si-도핑된 GaN이다. p++ 층 및 n++ 층은 경사진 도펀트 농도를 가질 수 있다. 예를 들어, 기본 p-형 영역(36)에 인접한 p++ 층의 일부는 p++ 층에서 기본 p-형 영역의 도펀트 농도로부터 원하는 도펀트 농도로 경사지는 도펀트 농도를 가질 수 있다. 유사하게, n++ 층은 p++ 층에 인접한 최대치로부터 터널 접합(38) 위에 형성되는 n-형 층(40)에 인접한 최소치로 경사지는 도펀트 농도를 가질 수 있다. 터널 접합(38)은 전도 전류가 역방향 바이어스 모드에 있을 때 터널 접합(38)이 낮은 일련의 전압 강하를 디스플레이하도록 충분히 얇게 제조되고 충분히 도핑된다. 일부 실시예들에서, 터널 접합(38)에 걸친 전압 강하는 약 0.1V 내지 약 1V이다.The p++ layer may be, for example, InGaN or GaN doped with an acceptor such as Mg or Zn to a concentration of about 10 18 cm -3 to about 5×10 20 cm -3 . In some embodiments, the p++ layer is doped to a concentration of about 2×10 20 cm -3 to about 4×10 20 cm -3 . The n++ layer may be, for example, InGaN or GaN doped with an acceptor such as Si or Ge to a concentration of about 10 18 cm -3 to about 5×10 20 cm -3 . In some embodiments, the n++ layer is doped to a concentration of about 7×10 19 cm -3 to about 9×10 19 cm -3 . The
p++ 층과 n++ 층 사이의 InGaN 또는 AlN 또는 다른 적절한 층을 포함하는 실시예들은 터널링을 위한 대역들을 정렬하는 것을 돕기 위해 III-질화물들에서 편광 필드를 강화할 수 있다. 이러한 편광 효과는 n++ 및 p++ 층들에서 도핑 요건을 감소시키고 요구되는 터널링 거리를 감소시킬 수 있다(더 높은 전류 흐름을 잠재적으로 허용함). p++ 층과 n++ 층 사이의 층의 조성물은 p++ 층 및 n++ 층의 조성물과 상이할 수 있고, 그리고/또는 III-질화물 재료 시스템 내의 다른 재료들 사이에 존재하는 편극 전하로 인해 재정렬을 야기하기 위해 선택될 수 있다.Embodiments including an InGaN or AlN or other suitable layer between the p++ layer and the n++ layer may enhance the polarization field in the III-nitrides to help align the bands for tunneling. This polarization effect can reduce the doping requirement and reduce the tunneling distance required in the n++ and p++ layers (potentially allowing higher current flow). The composition of the layer between the p++ layer and the n++ layer may be different from the composition of the p++ layer and the n++ layer, and/or selected to cause realignment due to polarization charges present between other materials in the III-nitride material system. Can be.
적절한 터널 접합들의 예들은 US8039352 B2에 설명되며, 이 특허는 본원에 참조로 포함된다.Examples of suitable tunnel junctions are described in US8039352 B2, which patent is incorporated herein by reference.
n-형 컨택트 층(40)은 n++ 층과 직접 접촉하는, 터널 접합(38) 위에 형성된다.An n-
도 5의 디바이스에서, p-형 영역(36) 및 터널 접합(38)의 p++ 층은 도 1의 p-형 영역(100)에 대응하고; 터널 접합(38)의 n++ 층 및 n-형 컨택트 층(40)은 도 1의 III-질화물 필름(104)에 대응하고; n-형 영역(32) 및 활성 영역(34)은 도 1의 III-질화물 필름(102)에 대응한다.In the device of FIG. 5, the p-
제1 및 제2 금속 컨택트들(44 및 42)은 n-형 컨택트 층(40), 및 n-형 영역(32) 상에 각각 형성된다. 메사(mesa)는 도 5에 예시된 바와 같이, 플립 칩 디바이스를 형성하기 위해 에칭될 수 있거나, 임의의 다른 적절한 디바이스 구조체가 사용될 수 있다. 제1 및 제2 금속 컨택트들(44 및 42)은 알루미늄과 같은, 동일한 재료일 수 있지만, 이것은 요구되지 않으며; 임의의 적절한 컨택트 금속 또는 금속들이 사용될 수 있다.The first and
도 6의 디바이스에서, 다수의 LED는 겹쳐서 성장되고 터널 접합을 통해 직렬로 연결된다. 도 6의 디바이스에서, 다수의 LED는 단일 LED의 풋프린트 내에 생성되며, 그것은 단위 면적 당 발생되는 광학 플럭스를 극적으로 증가시킬 수 있다. 게다가, 터널 접합에 의해 연결되는 LED들을 더 낮은 구동 전류로 구동함으로써, 각각의 LED는 그것의 피크 효율에서 동작할 수 있다. 단일 LED에서, 이것은 광 출력의 강하를 야기할 것이지만, 주어진 칩 면적에서 직렬로 연결되는 2개 이상의 LED를 가짐으로써, 광 출력은 효율이 극적으로 개선되면서 유지될 수 있다. 따라서, 도 6에 예시된 터널 접합 디바이스는 높은 효율을 필요로 하는 응용들 및/또는 단위 면적 당 높은 플럭스를 필요로 하는 응용들에 사용될 수 있다.In the device of Figure 6, a number of LEDs are grown on top of one another and connected in series through a tunnel junction. In the device of Figure 6, multiple LEDs are created within the footprint of a single LED, which can dramatically increase the optical flux generated per unit area. In addition, by driving the LEDs connected by the tunnel junction with a lower drive current, each LED can operate at its peak efficiency. In a single LED, this will cause a drop in the light output, but by having two or more LEDs connected in series in a given chip area, the light output can be maintained with a dramatic improvement in efficiency. Thus, the tunnel junction device illustrated in FIG. 6 can be used in applications requiring high efficiency and/or applications requiring high flux per unit area.
도 6의 디바이스는 성장 기판 상에 성장되는 n-형 영역(32) 그 후에, 발광 영역에 배치될 수 있는 발광 층(34), 및 p-형 영역(36)을 포함한다(위에 설명된 바와 같이, 터널 접합의 p++ 층은 p-형 영역(36)으로서의 기능을 할 수 있어, 개별 p-형 영역은 요구되지 않음). n-형 영역(32), 발광 층(34), 및 p-형 영역(36)은 도 4를 수반하는 본문에 상술되어 있다. 터널 접합(38)은 위에 설명된 바와 같이, p-형 영역(36) 위에 형성된다. 제2 n-형 영역(46), 제2 발광 층(48), 및 제2 p-형 영역(50)을 포함하는 제2 디바이스 구조체는 터널 접합(38) 위에 형성된다. 터널 접합(38)은 p++ 층이 제1 LED의 p-형 영역(36)과 직접 접촉하고, n++ 층이 제2 LED의 n-형 영역(46)과 직접 접촉하도록 배향된다.The device of Fig. 6 comprises an n-
도 6의 디바이스에서, p-형 영역(36) 및 터널 접합(38)의 p++ 층은 도 1의 p-형 영역(100)에 대응하고; 터널 접합(38)의 n++ 층, n-형 층(46), 활성 영역(48), 및 p-형 영역(50)은 도 1의 III-질화물 필름(104)에 대응하고(트렌치들이 p-형 영역(50)과 직접 접촉하면, 트렌치들은 또한 p-형 영역(50)을 통해, p-형 영역(50)을 활성화시킬 것이고, 그것이 마지막 성장된 층이면, 또한 종래의 어닐에 의해 활성화될 수 있음); n-형 영역(32) 및 활성 영역(34)은 도 1의 III-질화물 필름(102)에 대응한다.In the device of FIG. 6, the p-
제1 및 제2 금속 컨택트들(54 및 52)은 제1 LED의 n-형 영역(32), 및 제2 LED의 p-형 영역(50) 상에 각각 형성된다. 메사는 도 6에 예시된 바와 같이, 플립 칩 디바이스를 형성하기 위해 에칭될 수 있거나, 임의의 다른 적절한 디바이스 구조체가 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 부가 터널 접합 및 n-형 층은 도 5의 디바이스에 예시된 바와 같이, n-형 층 상에 제2 금속 컨택트(52)를 형성하기 위해, 제2 LED의 p-형 영역(50) 위에 형성될 수 있다.First and
2개의 활성 영역이 도 6에 예시되지만, 임의의 수의 활성 영역들은 각각의 활성 영역에 인접한 p-형 영역이 터널 접합에 의해 다음 활성 영역에 인접한 n-형 영역으로부터 분리되면, 예시되는 2개의 금속 컨택트 사이에 포함될 수 있다. 도 6의 디바이스가 2개의 컨택트만을 가지므로, 양 발광 층들은 동시에 광을 방출하고 개별적으로 그리고 별도로 활성화될 수 없다. 다른 실시예들에서, 스택 내의 개별 LED들은 부가 컨택트들을 형성함으로써 별도로 활성화될 수 있다. 일부 실시예들에서, 디바이스는 디바이스가 예를 들어, 110 볼트, 220 볼트 등과 같은 전형적 라인 전압에서 동작할 수 있도록 충분한 접합들을 가질 수 있다.Although two active regions are illustrated in FIG. 6, any number of active regions are the two illustrated if the p-type region adjacent to each active region is separated from the n-type region adjacent to the next active region by a tunnel junction. It may be included between metal contacts. Since the device of Fig. 6 has only two contacts, both light emitting layers emit light simultaneously and cannot be activated individually and separately. In other embodiments, individual LEDs in the stack can be activated separately by forming additional contacts. In some embodiments, the device may have sufficient junctions such that the device can operate at a typical line voltage such as 110 volts, 220 volts, or the like, for example.
2개의 발광 층은 동일한 조성물로 제조될 수 있어, 그들은 동일한 컬러 광을 방출하거나, 상이한 조성물들로 제조될 수 있어, 그들은 상이한 컬러들(즉, 상이한 피크 파장들)의 광을 방출한다. 예를 들어, 2개의 컨택트를 가진 3개의 활성 영역 디바이스는 제1 활성 영역이 적색 광을 방출하고, 제2 활성 영역이 청색 광을 방출하고, 제3 활성 영역이 녹색 광을 방출하도록 제조될 수 있다. 활성화될 때, 디바이스는 백색 광을 생성할 수 있다. 활성 영역들은 동일한 면적으로부터 광을 방출하는 것으로 나타나도록 스태킹되므로, 그러한 디바이스들은 스태킹된 것보다는 오히려 인접한 활성 영역들로부터 적색, 청색, 및 녹색 광을 조합하는 디바이스에 존재하는 컬러 혼합을 가진 문제들을 회피할 수 있다. 상이한 파장들의 광을 방출하는 활성 영역들을 가진 디바이스에서, 최단 파장의 광을 발생시키는 활성 영역은 LED에서 광이 추출되는 표면, 일반적으로 사파이어, SiC, 또는 GaN 성장 기판에 가장 가깝게 위치될 수 있다. 출력 표면에 가까운 최단 파장 활성 영역의 배치는 다른 활성 영역들의 양자 우물들 내의 흡수로 인해 손실을 최소화할 수 있고 컨택트들에 의해 형성되는 히트 싱크에 더 가까운 더 긴 파장 활성 영역들을 위치시킴으로써 보다 민감한 더 긴 파장 양자 우물들 상에서 열 충격을 감소시킬 수 있다. 양자 우물 층들은 또한 양자 우물 층들 내의 광의 흡수가 낮도록 충분히 얇게 제조될 수 있다. 디바이스로부터 방출되는 혼합된 광의 컬러는 각각의 컬러의 광을 방출하는 활성 영역들의 수를 선택함으로써 제어될 수 있다. 예를 들어, 인간 눈은 녹색 광자들에 매우 민감하고 적색 광자들 및 청색 광자들에 민감하지 않다. 밸런싱된 백색 광을 생성하기 위해, 스태킹된 활성 영역 디바이스는 단일 녹색 활성 영역 및 다수의 청색 및 적색 활성 영역들을 가질 수 있다.The two light emitting layers can be made of the same composition, so that they emit the same color light, or can be made of different compositions, so that they emit light of different colors (ie, different peak wavelengths). For example, a three active area device with two contacts can be fabricated such that a first active area emits red light, a second active area emits blue light, and a third active area emits green light. have. When activated, the device can produce white light. Since active regions are stacked to appear to emit light from the same area, such devices avoid problems with color mixing present in devices combining red, blue, and green light from adjacent active regions rather than stacked ones. can do. In devices with active regions that emit light of different wavelengths, the active region generating light of the shortest wavelength can be located closest to the surface from which the light is extracted from the LED, typically a sapphire, SiC, or GaN growth substrate. The placement of the shortest wavelength active region close to the output surface can minimize losses due to absorption in the quantum wells of the other active regions and are more sensitive by locating longer wavelength active regions closer to the heat sink formed by the contacts. Thermal shock can be reduced on long wavelength quantum wells. Quantum well layers can also be made thin enough so that the absorption of light in the quantum well layers is low. The color of the mixed light emitted from the device can be controlled by selecting the number of active regions that emit light of each color. For example, the human eye is very sensitive to green photons and not to red and blue photons. To generate balanced white light, a stacked active area device can have a single green active area and multiple blue and red active areas.
도 4, 도 5, 및 도 6의 디바이스들은 본 기술분야에 공지되어 있는 바와 같이 성장 기판(30) 상에 III-질화물 반도체 구조체를 성장시킴으로써 형성된다. 성장 기판은 종종 사파이어이지만 예를 들어, SiC, Si, GaN, 또는 복합 기판(예를 들어, 사파이어 템플릿 상의 GaN과 같음)과 같은 임의의 적절한 기판일 수 있다. III-질화물 반도체 구조체가 성장되는 성장 기판의 표면은 성장 전에 패턴화되거나, 거칠게 되거나, 텍스처화될 수 있으며, 그것은 디바이스로부터 광 추출을 개선할 수 있다. 성장 표면과 반대인 성장 기판의 표면(즉, 다수의 광이 플립 칩 구성에서 추출되는 표면)은 성장 전 또는 후에 패턴화되거나, 거칠게 되거나 텍스처화될 수 있으며, 그것은 디바이스로부터 광 추출을 개선할 수 있다.The devices of FIGS. 4, 5, and 6 are formed by growing a III-nitride semiconductor structure on a
금속 컨택트들은 종종 반사 금속 및 반사 금속의 전자 이동을 방지하거나 감소시킬 수 있는 가드 금속과 같은 다수의 전도성 층을 포함한다. 반사 금속은 종종 은이지만 임의의 적절한 재료 또는 재료들이 사용될 수 있다. 금속 컨택트들은 실리콘 또는 임의의 다른 적절한 재료의 산화물과 같은 유전체로 충전될 수 있는 갭만큼 서로 전기적으로 절연된다. n-형 영역(32)의 부분들을 노출시키는 다수의 비아가 형성될 수 있으며; 금속 컨택트들은 도 4, 도 5, 및 도 6에 예시된 배열들에 제한되지 않는다. 금속 컨택트들은 본 기술분야에 있는 바와 같이, 유전체/금속 스택을 가진 본드 패드들을 형성하기 위해 재분배될 수 있다.Metal contacts often include a number of conductive layers, such as a reflective metal and a guard metal that can prevent or reduce electron transfer of the reflective metal. The reflective metal is often silver, but any suitable material or materials can be used. The metal contacts are electrically insulated from each other by a gap that can be filled with a dielectric such as silicon or an oxide of any other suitable material. Multiple vias may be formed exposing portions of the n-
LED에 전기적 연결들을 형성하기 위해, 하나 이상의 인터커넥트는 예시되는 2개의 금속 컨택트 상에 형성되거나 이 금속 컨택트에 전기적으로 연결된다. 인터커넥트들은 예를 들어, 땜납, 스터드 범프들(stud bumps), 금 층들, 또는 임의의 다른 적절한 구조체일 수 있다.In order to make electrical connections to the LED, one or more interconnects are formed on or are electrically connected to the two metal contacts illustrated. The interconnects may be, for example, solder, stud bumps, gold layers, or any other suitable structure.
기판(30)은 박형화되거나 전적으로 제거될 수 있다. 일부 실시예들에서, 박형화에 의해 노출되는 기판(30)의 표면은 광 추출을 개선하기 위해 패턴화되거나, 텍스처화되거나, 거칠게 된다.The
본원에 설명되는 디바이스들 중 어느 것은 파장 변환 구조체와 조합될 수 있다. 파장 변환 구조체는 하나 이상의 파장 변환 재료를 포함할 수 있다. 파장 변환 구조체는 LED에 직접 연결되거나, LED에 아주 근접하여 배치되지만 LED에 직접 연결되지 않거나, LED로부터 이격될 수 있다. 파장 변환 구조체는 임의의 적절한 구조체일 수 있다. 파장 변환 구조체는 LED로부터 개별적으로 형성되거나, LED와 원위치에 형성될 수 있다Any of the devices described herein can be combined with a wavelength converting structure. The wavelength converting structure can include one or more wavelength converting materials. The wavelength converting structure may be connected directly to the LED, placed in close proximity to the LED but not directly connected to the LED, or may be spaced apart from the LED. The wavelength converting structure can be any suitable structure. The wavelength conversion structure can be formed individually from the LED, or can be formed in situ with the LED.
LED로부터 개별적으로 형성되는 파장 변환 구조체들의 예들은 소결 또는 임의의 다른 적절한 공정에 의해 형성될 수 있는 세라믹 파장 변환 구조체들, 롤링되거나, 캐스팅되거나, 다른 방법으로 시트로 형성되며, 그 다음 개별 파장 변환 구조체들로 싱귤레이트되는 실리콘 또는 글래스와 같은 투명 재료에 배치되는 분말 인광체들과 같은 파장 변환 재료들, 및 LED 위에 적층되거나 다른 방법으로 배치될 수 있는, 가요성 시트로 형성되는 실리콘과 같은 투명 재료에 배치되는 분말 인광체들과 같은 파장 변환 재료들을 포함한다.Examples of wavelength converting structures that are individually formed from an LED are ceramic wavelength converting structures that can be formed by sintering or any other suitable process, rolled, cast, or otherwise formed into a sheet, and then individual wavelength converted. Wavelength converting materials such as powder phosphors disposed in a transparent material such as silicon or glass that are singulated into structures, and a transparent material such as silicon formed from a flexible sheet that may be laminated or otherwise disposed over an LED And wavelength converting materials such as powdered phosphors disposed on.
원위치에서 형성되는 파장 변환 구조체들의 예들은 실리콘과 같은 투명 재료와 혼합되고 분배되거나, 스크린 인쇄되거나, 스텐실되거나, 몰딩되거나, 다른 방법으로 LED 위에 배치되는 분말 인광체들과 같은 파장 변환 재료들; 및 전기영동, 기상, 또는 임의의 다른 적절한 타입의 증착에 의해 LED 상에 코팅되는 파장 변환 재료들을 포함한다.Examples of wavelength converting structures formed in situ include wavelength converting materials such as powder phosphors mixed and dispensed with a transparent material such as silicon, screen printed, stenciled, molded, or otherwise disposed over an LED; And wavelength converting materials coated on the LED by electrophoretic, vapor phase, or any other suitable type of deposition.
다수의 형태의 파장 변환 구조체는 단일 디바이스에 사용될 수 있다. 단지 일 예로서, 세라믹 파장 변환 부재는 동일한 또는 상이한 파장 변환 재료들이 세라믹 및 몰딩된 부재들에 있는 상태에서, 몰딩된 파장 변환 부재와 조합될 수 있다.Multiple types of wavelength converting structures can be used in a single device. As only one example, the ceramic wavelength converting member may be combined with the molded wavelength converting member, with the same or different wavelength converting materials present in the ceramic and molded members.
파장 변환 구조체는 예를 들어, 종래의 인광체들, 유기 인광체들, 양자점들, 유기 반도체들, II-VI 또는 III-V 반도체들, II-VI 또는 III-V 반도체 양자점들 또는 나노 결정들, 염료들, 폴리머들, 또는 빛을 발하는 다른 재료들을 포함할 수 있다.The wavelength conversion structure is, for example, conventional phosphors, organic phosphors, quantum dots, organic semiconductors, II-VI or III-V semiconductors, II-VI or III-V semiconductor quantum dots or nanocrystals, dye Materials, polymers, or other materials that emit light.
파장 변환 재료는 LED에 의해 방출되는 광을 흡수하고 하나 이상의 상이한 파장의 광을 방출한다. LED에 의해 방출되는 비변환된 광은 종종 구조체로부터 추출되는 최종 스펙트럼의 일부이지만, 그것은 필요하지 않다. 공통 조합들의 예들은 황색 방출 파장 변환 재료와 조합되는 청색 방출 LED, 녹색 및 적색 방출 파장 변환 재료들와 조합되는 청색 방출 LED, 청색 및 황색 방출 파장 변환 재료들과 조합되는 UV 방출 LED, 및 청색, 녹색, 및 적색 방출 파장 변환 재료들과 조합되는 UV 방출 LED를 포함한다. 광의 다른 컬러들을 방출하는 파장 변환 재료들은 구조체로부터 추출되는 광의 스펙트럼을 조정하기 위해 추가될 수 있다.The wavelength converting material absorbs the light emitted by the LED and emits one or more different wavelengths of light. The unconverted light emitted by the LED is often part of the final spectrum extracted from the structure, but it is not required. Examples of common combinations include a blue emitting LED in combination with a yellow emission wavelength converting material, a blue emitting LED in combination with green and red emission wavelength converting materials, a UV emitting LED in combination with blue and yellow emission wavelength converting materials, and blue, green. , And a UV emitting LED in combination with red emitting wavelength converting materials. Wavelength converting materials that emit different colors of light can be added to adjust the spectrum of light extracted from the structure.
본원에 설명되는 실시예들은 임의의 적절한 발광 디바이스로 포함될 수 있다. 발명의 실시예들은 예시되는 특정 구조체들에 제한되지 않는다.The embodiments described herein can be included with any suitable light emitting device. Embodiments of the invention are not limited to the specific structures illustrated.
일부 실시예들의 일부 특징들은 생략되거나 다른 실시예들로 구현될 수 있다. 본원에 설명되는 디바이스 요소들 및 방법 요소들은 교환가능하고 본원에 설명되는 예들 또는 실시예들 중 어느 것에 사용되거나 생략될 수 있다.Some features of some embodiments may be omitted or implemented in other embodiments. The device elements and method elements described herein are interchangeable and may be used or omitted in any of the examples or embodiments described herein.
위에 설명된 예들 및 실시예들에서, 반도체 발광 디바이스는 청색 또는 UV 광을 방출하는 III-질화물 LED이지만, 레이저 다이오드들과 같은, LED들 외의 반도체 발광 디바이스들은 발명의 범위 내에 있다. 게다가, 본원에 설명되는 원리들은 다른 III-V 재료들, III-인화물, III-비화물, II-VI 재료들, ZnO, 또는 Si-계 재료들과 같은 다른 재료 시스템들로부터 제조되는 반도체 발광 또는 다른 디바이스들에 적용가능할 수 있다.In the examples and embodiments described above, the semiconductor light emitting device is a III-nitride LED that emits blue or UV light, but semiconductor light emitting devices other than LEDs, such as laser diodes, are within the scope of the invention. In addition, the principles described herein include semiconductor light emission or other material systems manufactured from other material systems such as other III-V materials, III-phosphide, III-arsenide, II-VI materials, ZnO, or Si-based materials. It may be applicable to other devices.
발명을 상세히 설명했으면, 본 기술분야의 통상의 기술자들은 본 개시를 고려하면, 수정들이 본원에 설명되는 창의적 개념의 사상으로부터 벗어나는 것 없이 발명에 이루어질 수 있는 것을 이해할 것이다. 따라서, 발명의 범위가 예시되고 설명되는 구체적 실시예에 제한되는 것으로 의도되지 않는다.Having described the invention in detail, those skilled in the art will understand that, given the present disclosure, modifications may be made to the invention without departing from the spirit of the creative concepts described herein. Accordingly, it is not intended that the scope of the invention be limited to the specific embodiments illustrated and described.
Claims (15)
표면 상에 마스크 재료의 복수의 섹션을 형성하는 단계;
적어도 하나의 트렌치를 형성하도록 상기 마스크 재료의 복수의 섹션 주위에서 상기 반도체 구조체를 성장시키는 단계 - 상기 마스크 재료는 상기 적어도 하나의 트렌치에 남음 -; 및
상기 반도체 구조체를 어닐링하는 단계
를 포함하는 방법.As a method for selectively growing a semiconductor structure,
Forming a plurality of sections of mask material on the surface;
Growing the semiconductor structure around a plurality of sections of the mask material to form at least one trench, the mask material remaining in the at least one trench; And
Annealing the semiconductor structure
How to include.
상기 반도체 구조체를 어닐링하는 단계 전에, 상기 적어도 하나의 트렌치의 표면을 노출하도록 상기 마스크 재료의 복수의 섹션을 제거하는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 1,
Prior to annealing the semiconductor structure, removing the plurality of sections of the mask material to expose a surface of the at least one trench.
상기 반도체 구조체를 어닐링하는 단계 후에, 절연 재료로 상기 적어도 하나의 트렌치를 채우는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 5,
After the step of annealing the semiconductor structure, the method further comprising filling the at least one trench with an insulating material.
상기 적어도 하나의 트렌치에 금속을 배치하는 단계를 더 포함하고, 상기 금속은 상기 트렌치에서 상기 반도체 구조체의 제1 부분과 직접 접촉하고, 상기 마스크 재료는 상기 적어도 하나의 트렌치에서 상기 반도체 구조체의 제2 부분과 상기 금속 사이에 배치되는 방법.The method of claim 1,
Further comprising disposing a metal in the at least one trench, wherein the metal is in direct contact with a first portion of the semiconductor structure in the trench, and the mask material is a second portion of the semiconductor structure in the at least one trench. The method of being disposed between the part and the metal.
Applications Claiming Priority (5)
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