(57)【要約】  Ｎ極性を有する発光ダイオード（「ＬＥＤ」）および関連する製造方法が本明細書に開示される。一実施形態では、基板材料を有する基板上に発光ダイオードを形成するための方法は、基板の表面上に基板材料の窒化産物を形成することなく、基板の表面に少なくとも近接して、窒素リッチな環境を形成することを含む。本方法はまた、窒素リッチな環境を有する基板の表面上に、窒素極性を有するＬＥＤ構造を形成することを含む。【選択図】図３Ｂ
2013521632.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成するための方法であって、
基板材料を有する基板の表面を窒素含有組成物に曝露することと、
前記基板の前記表面に少なくとも近接して、前記窒素含有組成物により窒素リッチな環境を生成することと、
前記基板の前記表面を前記窒素含有組成物に曝露することの少なくとも１つの動作パラメータを、前記窒素含有組成物が前記基板材料と反応して、窒化産物を形成しないように調整することと、
前記窒素リッチな環境を有する前記基板の前記表面上に、窒素極性を有するＬＥＤ構造を形成することと、を含む方法。
【請求項２】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、
窒素プラズマを生成することと、
前記窒素プラズマを、前記シリコンウェハの前記表面の方へ向けることと、を含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素プラズマからの窒素原子を、ファンデルワールス力を介して、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含み、
前記少なくとも１つの動作パラメータを調整することは、プラズマ電荷密度およびプラズマ温度のうちの少なくとも１つを、前記窒素プラズマが前記シリコンウェハの前記表面でシリコンと反応して、窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように調整することを含み、
前記ＬＥＤ構造を形成することは、前記シリコンウェハの前記表面上に、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、およびＰ型ＧａＮ材料を順次堆積させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることであって、前記堆積された窒化シリコンは、複数の窒素（Ｎ）原子を含有する、堆積させることを含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素（Ｎ）原子のうちの少なくとも幾つかを、加熱および／または放射を介して、前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含み、
前記少なくとも１つの動作パラメータを調整することは、熱量、放射強度、放射および／または熱の持続期間のうちの少なくとも１つを、前記移動した窒素（Ｎ）原子が前記シリコンウェハの前記表面でシリコンと反応して、窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように調整することを含み、
前記方法は、前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）を、前記シリコンウェハの前記表面から除去することを更に含み、
前記ＬＥＤ構造を形成することは、前記窒化シリコン（ＳｉＮ）が前記シリコンウェハの前記表面から除去された後に、前記シリコンウェハの前記表面上に、Ｎ型ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、およびＰ型ＧａＮ材料を順次堆積させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記少なくとも１つの動作パラメータを調整することは、少なくとも１つの動作パラメータを、前記窒素含有組成物が前記シリコンウェハの前記表面でシリコンと反応して、窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように調整することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、
窒素プラズマを生成することと、
前記窒素プラズマを、前記シリコンウェハの前記表面の方へ向けることと、を含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、
窒素プラズマを生成することと、
前記窒素プラズマを、前記シリコンウェハの前記表面の方へ向けることと、を含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含み、
前記少なくとも１つの動作パラメータを調整することは、前記窒素プラズマのプラズマ電荷密度およびプラズマ温度のうちの少なくとも１つを、前記窒素プラズマが前記シリコンウェハの前記表面でシリコンと反応して、窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように調整することを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記基板は、格子構造を有するシリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることであって、前記堆積された窒化シリコンは、複数の窒素（Ｎ）原子を含有する、堆積させることを含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素（Ｎ）原子のうちの少なくとも幾つかを、前記シリコンウェハの前記表面に移動させることであって、前記移動した窒素（Ｎ）原子は、前記シリコンウェハ中の前記シリコン（Ｓｉ）による窒化シリコン（ＳｉＮ）結晶構造を形成することなく、前記シリコンウェハの前記格子構造中に捕らえられることを含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることであって、前記堆積された窒化シリコンは、複数の窒素（Ｎ）原子を含有する、堆積させることを含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素（Ｎ）原子のうちの少なくとも幾つかを、前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含み、
前記方法は、前記ＬＥＤ構造を形成する前に、前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）を、前記シリコンウェハの前記表面から除去することを更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記基板は、格子構造を有するシリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記基板の前記表面を曝露することは、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることであって、前記堆積された窒化シリコンは、複数の窒素（Ｎ）原子を含有する、堆積させることを含み、
前記窒素リッチな環境を生成することは、前記窒素（Ｎ）原子のうちの少なくとも幾つかを、前記シリコンウェハの前記表面に移動させることであって、前記移動した窒素（Ｎ）原子は、前記シリコンウェハ中の前記シリコン（Ｓｉ）による窒化シリコン（ＳｉＮ）結晶構造を形成することなく、前記シリコンウェハの前記格子構造中に捕らえられる、移動させることを含み、
前記方法は、前記ＬＥＤ構造を形成する前に、前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）を、前記シリコンウェハの前記表面から除去することを更に含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
ＬＥＤを形成するための方法であって、
基板材料を有する基板の表面を、窒素含有組成物に曝露することと、
前記基板材料の窒化産物を形成することなく、前記基板の前記表面に少なくとも近接して、前記窒素含有組成物により前記基板材料中の窒素（Ｎ）濃度を増加させることと、
窒素リッチな環境を有する前記基板の前記表面上に、窒素極性を有するＬＥＤ構造を形成することと、を含む方法。
【請求項１２】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、
前記シリコンウェハの前記表面を、窒素プラズマと接触させることと、
前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることと、を含む
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、
窒素プラズマを前記シリコンウェハの前記表面に適用することと、
前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることと、
前記適用された窒素プラズマのエネルギーを、前記窒素プラズマが前記シリコンウェハ中のシリコン（Ｓｉ）と反応して、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように制御することと、を含む
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、
窒素プラズマを前記シリコンウェハの前記表面に適用することと、
前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることと、
前記適用された窒素プラズマの前記エネルギーを、前記吸着された窒素原子が、約１０ｋｃａｌ／ｍｏｌ未満の相互作用エネルギーを有する分子相互作用を介して、前記シリコンウェハの前記表面上に吸着されるように制御することと、を含む
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、
窒素プラズマを前記シリコンウェハの前記表面に適用することと、
前記窒素プラズマからの複数の窒素（Ｎ）原子を、前記シリコンウェハの前記表面上に付着させることと、
前記適用された窒素プラズマの前記エネルギーを、前記窒素原子が、約５０ｋｃａｌ／ｍｏｌ超の相互作用エネルギーを有する分子相互作用を介さずに、前記シリコンウェハの前記表面上に付着されるように制御することと、を含む
請求項１１に記載の方法。
【請求項１７】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記方法は、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることを更に含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）から前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記方法は、窒化シリコン（ＳｉＮ）を前記シリコンウェハの前記表面上に堆積させることを更に含み、
前記窒素（Ｎ）濃度を増加させることは、前記シリコンウェハの前記表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）から前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含み、
前記方法は、前記ＬＥＤ構造を形成する前に、前記堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）を、前記シリコンウェハの前記表面から除去することを更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
基板材料を有する基板上にＬＥＤを形成するための方法であって、
前記基板の前記表面上の前記基板材料による窒化産物を形成することなく、前記基板の表面に少なくとも近接して、窒素リッチな環境を形成することと、
前記窒素リッチな環境を有する前記基板の前記表面上に、窒素極性を有するＬＥＤ構造を形成することと、を含む方法。
【請求項２１】
前記窒素リッチな環境を形成することは、前記基板の前記表面上の前記基板材料を窒化させることなく、複数の窒素（Ｎ）原子を前記基板の前記表面上に吸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記窒素リッチな環境を形成することは、約１０ｋｃａｌ／ｍｏｌ未満の相互作用エネルギーを有する分子相互作用を介して、窒素原子を前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記窒素リッチな環境を形成することは、前記基板材料とのイオン結合または共有結合を形成することなく、窒素原子を前記シリコンウェハの前記表面上に吸着させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
前記窒素リッチな環境を形成することは、前記基板材料とのイオン結合または共有結合を形成することなく、窒素原子を前記シリコンウェハの前記表面に移動させることを含む、請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
発光ダイオードであって、
基板材料を有する基板と、
前記基板の表面直上の第１の半導体材料と、
窒素極性結晶構造を有する、前記第１の半導体材料上の活性領域と、
前記活性領域上の第２の半導体材料と、を含み、
前記発光ダイオードは、前記基板の前記表面と前記第１の半導体材料との間の界面において、前記基板材料の窒化産物を含まない、
発光ダイオード。
【請求項２６】
前記基板は、格子構造を有するシリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記第１の半導体材料は、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を含み、
前記活性領域は、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）材料を含み、
前記第２の半導体材料は、Ｐ型ＧａＮ材料を含み、
前記シリコンウェハは、前記シリコンウェハの前記表面に少なくとも近接して、窒素リッチな環境を含み、前記窒素リッチな環境は、前記シリコンウェハ中の前記シリコン（Ｓｉ）により窒化シリコン（ＳｉＮ）結晶構造を形成することなく、前記シリコンウェハの前記格子構造中に捕らえられた複数の窒素（Ｎ）原子を有する、
請求項２５に記載の発光ダイオード。
【請求項２７】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記第１の半導体材料は、Ｎ型窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を含み、
前記活性領域は、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）材料を含み、
前記第２の半導体材料は、Ｐ型ＧａＮ材料を含み、
前記発光ダイオードは、前記シリコンウェハの前記表面と前記Ｎ型ＧａＮ材料との間の  前記界面において、結晶質窒化シリコン（ＳｉＮ）を含まない、
請求項２５に記載の発光ダイオード。
【請求項２８】
前記基板は、シリコンウェハを含み、
前記基板材料は、シリコン（Ｓｉ）を含み、
前記発光ダイオードは、前記シリコンウェハの前記表面と前記第１の半導体材料との間の界面において、結晶質窒化シリコン（ＳｉＮ）を含まない、
請求項２５に記載の発光ダイオード。
【請求項２９】
発光ダイオード（ＬＥＤ）を形成するための方法であって、
ドーパントにより基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）材料を形成することと、
前記ドーパントの濃度を、前記形成されたＧａＮ材料が実質的に窒素極性を有するように調整することと、
前記窒素極性を有する前記形成されたＧａＮ材料上にＬＥＤ構造を形成することであって、前記ＬＥＤ構造もまた窒素極性を有する、ＬＥＤ構造を形成することと、
を含む方法。
【請求項３０】
ＧａＮ材料を形成することは、前記ＧａＮ材料中に少なくとも約１×Ｅ２０／ｃｍ−３の濃度を有するマグネシウムドーパントにより、前記ＧａＮ材料を堆積させることを含み、
前記ドーパントの濃度を調整することは、前記マグネシウムドーパントの濃度を、前記形成されたＧａＮ材料が実質的に窒素極性を有するように調整することを含む、
請求項２９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は、概して、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）等の固体照明（ＳＳＬ）デバイスおよび関連する製造方法を対象とする。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルカメラ、ＭＰ３プレイヤー、および他の携帯型電子機器は、背景照明にＬＥＤを利用する。図１は、従来の窒化インジウムガリウム（「ＩｎＧａＮ」）ＬＥＤ１０の一部分の断面略図である。図１Ａに示されるように、ＬＥＤ１０は、相互に連続して積み重なった、基板１２、所望される場合は緩衝材１３（例えば、窒化アルミニウム）、Ｎ型窒化ガリウム（「ＧａＮ」）材料１４、ＩｎＧａＮ材料１６（および／またはＧａＮ多重量子井戸）、およびＰ型ＧａＮ材料１８を含む。ＬＥＤ１０はまた、Ｐ型ＧａＮ材料１８上に第１の接点２０、およびＮ型ＧａＮ材料１４上に第２の接点２２を含む。
【０００３】
ＬＥＤ１０は、広範囲の波長で発光するように構成可能であるべきである。ＬＥＤ１０が発光する波長は、ＩｎＧａＮ材料１６中のインジウム（Ｉｎ）の量に少なくとも部分的に関連すると考えられる。例えば、ＩｎＧａＮ材料１６中のより大量のインジウムは、ＬＥＤ１０のより長い発光波長に関連付けられてきた。
【０００４】
ＩｎＧａＮ材料１６中のインジウムの組込みを向上させるための１つの技法は、基板１２の窒化を介して、ガリウム極性表面上よりもむしろ、窒素極性表面上にＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料１４、１６、および１８を形成することである。しかしながら、この技術の１つの動作上の難点は、基板１２の窒化産物（ｎｉｔｒｏｄｉｚｉｎｇ  ｐｒｏｄｕｃｔ）が、その上へのＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料１４、１６、および１８のその後の堆積を妨害し得ることである。故に、基板の窒素極性表面上にＬＥＤ構造を形成する際の、いくつかの改善が望ましい可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
【図１Ａ】先行技術による、ＬＥＤの一部分の断面図。
【図１Ｂ】本技術の実施形態による、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料中の結晶面の概略斜視図。
【図２】本技術の実施形態によって、Ｎ極性を有するＬＥＤ構造を形成するための方法を示すフロー図。
【図３Ａ】本技術の実施形態によって、基板表面で窒素リッチな環境を生成するための手順を示すフロー図。
【図３Ｂ】本技術の実施形態によって、図３Ａの手順を行うのに有用なプラズマ反応器を示す概要図。
【図３Ｃ】本技術の実施形態によって、図３Ｂのプラズマ反応器中で処理された基板の一部分を示す断面略図。
【図４Ａ】本技術の実施形態によって、基板表面で窒素リッチな環境を生成するための別の手順を経ている基板の一部分を示す断面略図。
【図４Ｂ】本技術の実施形態によって、基板表面で窒素リッチな環境を生成するための別の手順を経ている基板の一部分を示す断面略図。
【図４Ｃ】本技術の実施形態によって、基板表面で窒素リッチな環境を生成するための別の手順を経ている基板の一部分を示す断面略図。
【図５】本技術の更なる実施形態によって、Ｎ極性を有するＬＥＤ構造を形成するための方法を示すフロー図。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
基板上に形成されたＬＥＤを有する超小型電子基板（マイクロエレクトロニクス基板）および関連する製造方法の種々の実施形態が下に記載される。「超小型電子基板」という用語は、基板であって、その上および／またはその中に、超小型電子デバイス（マイクロエレクトロニクスデバイス）、微小機械デバイス、データ記憶素子、読取り／書込みコンポーネント、および他の特徴（フィーチャ）が製作される基板を含むように全体を通じて使用される。「シリコン」という用語は、一般的に、５．４３０７１０Åの格子間隔を有する面心ダイヤモンド立方構造を有する、単一の結晶質シリコン材料を指す。「シリコン（１，０，０）」という用語および「シリコン（１，１，１）」という用語は、一般的に、それぞれ、ミラー指数によって定義される（１，０，０）および（１，１，１）の結晶格子配向を指す。ミラー指数の議論は、Ｗｉｌｌｉａｍ  Ｃ．Ｏ’ＭａｒａによるＨａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙに見出すことができ、その開示は、参照によりその全体が本明細書中に組み込まれる。当業者はまた、本技術が追加的な実施形態を有してもよく、かつ本技術が、図２Ａ〜５を参照して、下に記載される実施形態の詳細のいくつかのものを伴わずに実践されてもよいことを理解するであろう。
【０００７】
次の議論において、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料を有するＬＥＤが、本技術の実施形態によるＬＥＤの例として使用される。ＬＥＤのいくつかの実施形態はまた、ガリウムヒ素（ＧａＡｓ）、アルミニウムガリウムヒ素（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン（ＧａＡｓＰ）、アルミニウムガリウムインジウムリン（ＡｌＧａＩｎＰ）、ガリウム（ＩＩＩ）リン（ＧａＰ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＮ）、および／または他の適切な半導体材料のうちの少なくとも１つを含んでもよい。前述の半導体材料は、一般的に、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料と同様のまたは異なる結晶構造を有してもよい。しかしながら、Ｇａ極性およびＮ極性の次の定義が依然として当てはまる場合がある。
【０００８】
図１Ｂは、本技術の実施形態による、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料中の結晶面の概略斜視図である。図１Ｂに示されるように、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料は、対応するミラー指数によって表される種々の格子面またはファセットを有するウルツ鉱結晶構造を有する。１つのかかる格子面、ｃ−面は、図１Ｂに示される。これ以降で使用されるとき、「Ｇａ極性」という用語は、一般的に、ｃ−面に対して概して垂直の方向に沿って延在し、［０００１］のミラー指数を有する格子構造を指す。「Ｎ極性」という用語は、一般的に、反対の方向に沿って延在し、［０００１(−)］のミラー指数を有する格子構造を指す。
【０００９】
図２は、本技術の実施形態によって、Ｎ極性を有するＬＥＤ構造を形成する方法２００を示すフロー図である。図２に示されるように、本方法の初期段階（ブロック２０２）は、基板の表面上に窒化材料を形成することなく、基板の表面の少なくとも近接して、窒素リッチな環境を生成することを含む。以下の説明において、例示目的のために、基板は、（１，１，１）結晶格子配向を有するシリコンウェハを含む。他の実施形態では、基板はまた、（１，０，０）結晶格子配向を有するシリコンウェハを含むことができる。更なる実施形態では、基板は、他の結晶格子配向を有するシリコンウェハを含むことができ、またははそれは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、および／もしくは他の適切な基板材料を含むことができる。
【００１０】
基板の表面で生成された窒素リッチな環境の１つの特徴は、窒素（Ｎ）原子が、シリコン材料との共有結合、イオン結合を形成することなく、および／またはシリコン材料との他の強い相互作用を有することなく、シリコンウェハの表面上に緩く吸着され、その中に拡散され、および／またはさもなければシリコンウェハの表面上に付着されてもよいことである。これ以降で使用されるとき、「強い相互作用」という語句は、一般に、約５０ｋｃａｌ／ｍｏｌを越える相互作用エネルギーによる分子相互作用を指す。
【００１１】
代わりに、ある実施形態では、窒素原子は、ファンデルワールス力、水素結合、および／または他の弱い相互作用を介して、シリコンウェハの表面上に吸着されてもよい。これ以降で使用されるとき、「弱い相互作用」という語句は、一般的に、約１０．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ未満の相互作用エネルギーによる分子相互作用を指す。例えば、窒素原子は、ファンデルワールス力または水素結合を介して、約１０．０ｋｃａｌ／ｍｏｌ、５ｋｃａｌ／ｍｏｌ、１ｋｃａｌ／ｍｏｌの相互作用エネルギーにより、および／または他の適切な相互作用エネルギー値により、シリコンウェハの表面に付着されてもよい。別の実施形態では、窒素原子は、シリコンウェハの中に拡散されてもよい。拡散された窒素原子は、窒化シリコン（ＳｉＮ）結晶構造を形成することなく、シリコンウェハの格子構造中に含有または捕らえられてもよい。更なる実施形態では、窒素原子は、他の適切な機構を介して、他の方法で基板に緩く付着されてもよい。
【００１２】
ある実施形態では、窒素リッチな環境を生成することは、シリコンウェハの表面に付着される複数の窒素原子の源である窒素プラズマを適用すること、ならびに窒素プラズマのパラメータを制御して、シリコンウェハの表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）および／または他の窒化産物（ｎｉｔｒｏｄｉｚｉｎｇ  ｐｒｏｄｕｃｔ）を形成することを回避することを含むことができる。窒素プラズマの適用を利用するいくつかの実施形態は、図３Ａ〜図３Ｃを参照して、下により詳細に記載される。
【００１３】
他の実施形態では、窒素リッチな環境を生成することは、窒化シリコン（ＳｉＮ）および／または他の窒化産物をシリコンウェハの表面上に堆積させること、窒化シリコン（ＳｉＮ）からの窒素原子のうちの少なくとも幾つかをシリコンウェハの中に拡散させること、およびその後、その上にＬＥＤ構造を形成する前に、堆積された窒化シリコン（ＳｉＮ）をシリコンウェハの表面から除去することを含むことができる。窒素原子のシリコンウェハ中への拡散を利用するいくつかの実施形態は、図４Ａ〜図４Ｄを参照して、下により詳細に記載される。更なる実施形態では、窒素リッチな環境を生成することは、シリコンウェハの表面を、他の適切な窒素含有組成物と接触させることを含むことができる。
【００１４】
窒素リッチな環境が生成された後、方法は次いで、シリコンウェハの表面上にＬＥＤ構造を形成するいくつかの段階を含むことができる。例えば、本方法の別の段階（ブロック２０４）は、第１の半導体材料を、シリコンウェハの表面に少なくとも近接して窒素リッチな環境を有する、シリコンウェハ上に堆積させることを含むことができる。一実施形態では、第１の半導体材料を堆積させることは、シリコンウェハの表面上にエピタキシャルなＮ型ＧａＮ材料を成長させることを含む。他の実施形態では、第１の半導体材料を堆積させることは、シリコンウェハの表面上でＰ型ＧａＮ材料および／または他の適切な被覆材料を成長させることを含んでもよい。
【００１５】
本方法の更なる段階（ブロック２０６）は、第１の半導体材料上にＬＥＤの活性領域を形成することを含むことができる。一実施形態では、活性領域を形成することは、基板の表面上で成長させられたＮ型ＧａＮ材料上で、エピタキシャルなＩｎＧａＮ材料を成長させること、および／またはＧａＮ多重量子井戸を形成することを含む。他の実施形態では、活性領域を形成することは、第１の半導体材料上で他の型の適切な半導体材料を成長させることを含むことができる。
【００１６】
本方法のなおも別の段階（ブロック２０８）は、活性領域上に第２の半導体材料を形成することを含むことができる。一実施形態では、第２の半導体材料を堆積させることは、ＬＥＤの活性領域上でエピタキシャルなＰ型ＧａＮ材料を成長させることを含む。他の実施形態では、第２の半導体材料を堆積させることはまた、Ｎ型ＧａＮ材料および／または他の適切な被覆材料を成長させることを含んでもよい。第１の半導体材料、活性領域、および第２の半導体材料を成長させるための技法は、有機金属化学気相成長法（「ＭＯＣＶＤ」）、分子線エピタキシー法（「ＭＢＥ」）、液相エピタキシー法（「ＬＰＥ」）、ハイドライド気相エピタキシー法（「ＨＶＰＥ」）、および／または他の適切な技法を含むことができる。
【００１７】
シリコンウェハの表面での窒素リッチな環境は、ＬＥＤ構造に対して、Ｇａ極性の代わりにＮ極性を有するＧａＮ／ＩｎＧａＮ材料の成長を少なくとも促進することができると考えられる。理論に拘束されるものではないが、シリコンウェハの表面に少なくとも近接した窒素原子は、シリコンウェハの表面での電場および／または電磁場の極性に影響を及ぼす、かつ／またはそれを決定することができると考えられる。結果として、ガリウム（Ｇａ）および／またはインジウム（Ｉｎ）原子は、Ｇａ極性の代わりにＮ極性を有するＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮ格子構造を優先的に形成することになる。
【００１８】
また、形成されたＬＥＤ構造は、窒化シリコン（ＳｉＮ）がシリコンウェハの表面上に形成されないため、先行技術のＬＥＤ構造よりも改善された格子品質を有する可能性があることも考えられる。理論に拘束されるものではないが、窒化シリコン（ＳｉＮ）がシリコンウェハの表面上に形成される場合、ＧａＮおよび／またはＩｎＧａＮ材料（例えば、トリメチルガリウム、トリエチルガリウム、トリメチルインジウム、トリエチルインジウム、ジ−イソプロピルメチルインジウム、エチルジメチルインジウム等）を形成するための前駆体は、シリコンウェハの表面を十分に湿潤させない場合があると考えられる。結果として、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ前駆体がシリコンウェハの表面上で核生成することは困難である場合がある。形成されたＬＥＤ構造は故に、高い転位率、粗面、および／または他の良好でない格子品質を有するであろう。したがって、シリコンウェハの表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないことによって、ＧａＮ／ＩｎＧａＮ前駆体は、シリコンウェハの表面上で容易に核生成して、形成されたＬＥＤ構造に対して改善された格子品質を生じる場合がある。
【００１９】
本方法２００は、シリコンウェハの表面の上に直接ＬＥＤ構造を形成するように上述されているが、ある実施形態では、本方法２００はまたオプションとして、ＬＥＤ構造を形成する前に、シリコンウェハの表面上に緩衝材を堆積させることを含むこともできる。一実施形態では、緩衝材は、シリコンウェハの表面を、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、アンモニア（ＮＨ４ＯＨ）、および／または他の適切な組成物を含有する気体と接触させることによって形成された窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含むことができる。他の実施形態では、緩衝材はまた、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、および／または他の適切な技術を介してシリコンウェハの表面上に形成された、酸化亜鉛（ＺｎＯ２）および／または他の適切な緩衝材を含むことができる。
【００２０】
図３Ａは、本技術の実施形態によって、シリコンウェハの表面の少なくとも近接に、窒素リッチな環境を生成するための手順３００を示すフロー図である。図３Ａに示されるように、手順３００は、プラズマ反応器および／または他の適切なタイプの反応器中にシリコンウェハを配置する初期段階（ブロック３０２）を含むことができる。プラズマ反応器の一例は、図３Ｂを参照して下記により詳細に考察される。
【００２１】
手順３００の別の段階（ブロック３０４）は、プラズマチャンバ中で窒素プラズマを生成することを含む。一実施形態では、窒素プラズマを生成することは、窒素を含有する気体をプラズマチャンバ中に注入すること、およびエネルギーを注入された気体に印加して、プラズマチャンバ中で窒素プラズマを生成することを含む。エネルギーを印加するのための技法には、静電気バイアシング、高周波（「ＲＦ」）照射、および／または他の適切な技法が含まれる。別の実施形態では、窒素プラズマは、遠隔のプラズマ源によって生成されてもよく、かつプラズマガイドによりプラズマチャンバに向けられてもよい。更なる実施形態では、窒素プラズマは、他の適切な技術を介して生成されてもよい。
【００２２】
手順３００のその後の段階（ブロック３０６）は、生成されたプラズマをシリコンウェハの表面に適用することを含む。窒素プラズマをシリコンウェハの表面に適用する間に、手順３００の別の段階（ブロック３０８）は、窒素プラズマを生成するおよび／または窒素プラズマを適用する、少なくとも１つのパラメータを、生成された窒素プラズマがシリコンウェハの表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しないように調整することを含む。
【００２３】
一実施形態では、プラズマセンサーは、生成されたプラズマの少なくとも１つのプラズマパラメータ（例えば、プラズマ電荷密度および／またはプラズマ温度）を連続的に測定することができる。コンピュータベースのコントローラは次いで、プラズマエネルギーの所望の設定値を達成するために、モニターされたプラズマパラメータを、フィードバック制御ループにおけるプロセス変数として使用してもよい。プラズマエネルギーの設定値は、窒素プラズマが、シリコンウェハの表面上に窒化シリコン（ＳｉＮ）の形成を引き起こすために十分なエネルギーを有しないように、経験的におよび／または理論的に決定されてもよい。フィードバック制御ループに対する制御変数は、電気バイアス電圧、ＲＦ強度、プラズマチャンバおよび／もしくはシリコンウェハへの熱入力、ならびに／または他の適切な動作条件を含んでもよい。他の実施形態では、生成されたプラズマの他の適切な技術および／または動作パラメータが使用されてもよい。
【００２４】
図３Ｂは、本技術の実施形態によって、図３Ａの手順３００を行うのに有用なプラズマ反応器３１０を示す概要図である。図３Ｂに示されるように、プラズマ反応器３１０は、チャンバ３１１、チャンバ３１１の内側の支持体３１２、および支持体３１２に電気的に連結された電源３１４を含む。チャンバ３１１は、チャンバ３１１の内側に密閉環境を形成するために、電気的に接地された蓋３１８に連結された槽３１６を含む。チャンバ３１１はまた、槽（ｖｅｓｓｅｌ）３１６の上部に近接する気体入口３２０、および槽３１６の底部に近接する気体出口３２２も含む。プラズマ反応器３１０はまた、気体をチャンバ３１１から排気するための、気体出口３２２に連結された真空ポンプ（図示されず）を含むことができる。
【００２５】
動作中、窒素を含有する気体は、気体入口３２０を介してチャンバ３１１に入る。電源３１４は、蓋３１８と、支持体３１２上に保有されたシリコンウェハ３２８との間にプラズマ３２４を確立するため、および／またはプラズマ３２４を維持するために、支持体３１２と蓋３１８との間にバイアス電圧を作り出す。図３Ｃを参照して下記により詳細に議論されるように、プラズマ３２４は次いで、窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成することなく、シリコンウェハ３２８の表面の近接に窒素リッチな環境を形成することができる。
【００２６】
図３Ｃは、本技術の実施形態によって、図３Ｂのプラズマ反応器３１０中でプロセスされるシリコンウェハ３２８の一部分を示す断面図である。図３Ｃに示されるように、シリコンウェハ３２８は、シリコンウェハ３２８の表面３２９に近接して複数のシリコン原子３３０を含む。示されていないが、表面３２９は、酸素終端されても、ヒドロキシル終端されても、および／または他の適切な終端基を有してもよい。
【００２７】
複数の窒素原子３３２は、弱い相互作用を介して、シリコンウェハ３２８の表面３２９に吸着させる、および／または他の方法でシリコンウェハ３２８の表面３２９に付着させることができる。例えば、窒素原子３３２は、ファンデルワールス力または水素結合を介して、シリコンウェハの表面３２９に付着されてもよい。先行技術の技法とは異なり、窒素原子３３２は、共有結合、イオン結合、および／または他の強い相互作用を介しては、シリコンウェハ３２８の表面３２９に付着されない。結果として、窒素原子３３２は、シリコンウェハ３２８の表面３２９上に窒化シリコン（ＳｉＮ）を形成しない。
図４Ａ〜図４Ｃは、本技術の実施形態によって、表面４０４に少なくとも近接して窒素リッチな環境を生成するための手順４００を受けている、基板４０２の一部分を示す断面図である。図４Ａに示されるように、手順４００の初期段階は、基板４０２の表面４０４上に窒化材料４０６を堆積させることを含むことができる。窒化材料４０６は、厚さＴで、窒化シリコン（ＳｉＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、および／または他の適切な窒化材料を含むことができる。窒化材料４０６を堆積させるための技法には、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）、ＭＯＣＶＤ、ＭＢＥ、および／または他の適切な技法を含むことができる。一実施形態では、窒化材料４０６は、一般に非晶質であってもよい。他の実施形態では、窒化材料４０６は、部分的に結晶質であってもよい。
【００２８】
手順４００のその後の段階は、窒化材料４０６からの窒素のうちの少なくとも幾つかを、基板４０２の表面４０４の方へ移動させる（マイグレーションさせる）ことを含むことができる。一実施形態では、窒素原子の移動（マイグレーション）を促進するために、熱（矢印４０８によって表される）が適用されてもよい。他の実施形態では、電磁放射および／または他の適切な技法を使用して、窒素原子の移動を促進してもよい。
【００２９】
図４Ｂに示されるように、移動した窒素原子は、基板４０２の表面４０４に近接して窒素リッチな層４１０を形成することができる。少なくとも１つの動作パラメータ（例えば、熱量、放射強度、放射および／または熱の持続期間等）を、移動した窒素原子が、基板材料により窒化産物（ｎｉｔｒｏｄｉｚｅｄ  ｐｒｏｄｕｃｔ）を形成しないように調整してもよい。代わりに、移動した窒素原子は、基板４０２の格子構造中に含有または捕らえられてもよい。
【００３０】
手順４００の別の段階は、基板４０２の表面４０４上でのＬＥＤ構造の形成前に、基板４０２の表面４０４から窒化材料４０６を除去することを含むことができる。一実施形態では、窒化材料４０６を除去することは、窒化材料４０６をウェットエッチングすること、ならびに窒化材料４０６の厚さＴに基づいて、エッチング時間、エッチング温度、およびエッチング液組成物のうちの少なくとも１つを選択することを含むことができる。他の実施形態では、窒化材料４０６を除去することは、レーザーアブレーション、ドライエッチング、および／または他の適切な技術を使用することを含むことができる。図２を参照して議論したように、手順４００は次いで、窒素リッチな層４１０により、基板４０２上にＬＥＤ構造を形成することを含むことができる。
【００３１】
図５は、本技術の更なる実施形態によって、Ｎ極性を有するＬＥＤ構造を形成するための方法５００を示すフロー図である。図５に示されるように、本方法５００の初期段階（ブロック５０２）は、基板上にＮ極性ＧａＮ材料を形成することを含むことができる。基板は、シリコン（Ｓｉ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、サファイア（Ａｌ２Ｏ３）、および／または他の適切な基板材料を含むことができる。
【００３２】
一実施形態では、Ｎ極性ＧａＮ材料を形成することは、ＭＯＣＶＤ、ＭＥＢ、ＬＰＥ、ＨＶＰＥ、および／または他の適切なタイプの堆積技法を介して、重質マグネシウム（Ｍｇ）ドーピングにより、基板上にＧａＮを堆積させることを含むことができる。理論に拘束されるものではないが、マグネシウムドーピング濃度が閾値（例えば、約１ｘＥ２０／ｃｍ−３）を上回るとき、基板上に形成されたＧａＮは、実質的にＮ極性であると考えられる。故に、Ｎ極性ＧａＮ材料を形成することはまた、マグネシウムドーピング濃度、ドーピング条件、および／または他の適切な動作パラメータのうちの少なくとも１つを調整して、ＧａＮ材料中の所望のＮ極性格子構造を達成することを含むことができる。他の実施形態では、Ｎ極性ＧａＮ材料を形成することはまた、他のタイプの適切なドーパントにより、ＧａＮを堆積させることを含むことができる。図２を参照して上記により詳細に考察されるように、本方法５００は次いで、第１のＬＥＤ半導体材料を堆積させること、ＬＥＤの活性領域を形成すること、および第２のＬＥＤ半導体材料を堆積させることを含むことができる。
【００３３】
前述から、本技術の具体的な実施形態は、本明細書で例示の目的のために記載されているが、本開示から逸脱することなく種々の修正が行われてもよいことが理解されるであろう。例えば、手順３００のいくつかの実施形態は、シリコンウェハの表面上に少なくとも幾つかの窒化材料を形成すること、およびその後、ＬＥＤ構造を形成する前に、窒化材料を除去することを含んでもよい。他の例では、手順３００および４００のいくつかの実施形態は、ＭＯＣＶＤ、ＭＥＢ、ＬＰＥ、ＨＶＰＥ、および／または他の適切なタイプの堆積系において行われてもよい。一実施形態の要素の多くは、他の実施形態の要素に加えてまたはその代わりに、他の実施形態と組み合わされてもよい。例えば、手順３００のいくつかの実施形態はまた、図４Ａ〜図４Ｃを参照して議論したように、窒化材料を除去する前に、窒素原子のうちの幾つかをシリコンウェハの表面の方へ移動させることを含んでもよい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲による限定を除いて、限定されない。
【００３４】
前述から、本技術の具体的な実施形態は、本明細書で例示の目的のために記載されているが、本開示から逸脱することなく種々の修正が行われてもよいことが理解されるであろう。例えば、手順３００のいくつかの実施形態は、シリコンウェハの表面上に少なくとも幾つかの窒化材料を形成すること、およびその後、ＬＥＤ構造を形成する前に、窒化材料を除去することを含んでもよい。他の例では、手順３００および４００のいくつかの実施形態は、ＭＯＣＶＤ、ＭＥＢ、ＬＰＥ、ＨＶＰＥ、および／または他の適切なタイプの堆積系において行われてもよい。一実施形態の要素の多くは、他の実施形態の要素に加えてまたはその代わりに、他の実施形態と組み合わされてもよい。例えば、手順３００のいくつかの実施形態はまた、図４Ａ〜図４Ｃを参照して考察される議論したように、窒化材料を除去する前に、窒素原子のうちの幾つかをシリコンウェハの表面の方へ移動させることを含んでもよい。したがって、本開示は、添付の特許請求の範囲による限定を除いて、限定されない。
【図１Ａ】
2013521632.tif 000003
【図１Ｂ】
2013521632.tif 000004
【図２】
2013521632.tif 000005
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
2013521632.tif 000009
【図４Ｂ】
2013521632.tif 000010
【図４Ｃ】
2013521632.tif 000011
【図５】
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【国際調査報告】
2013521632.tif 000013
2013521632.tif 000014