(57)【要約】【課題】【解決手段】スペクトルの可視光範囲全てをカバーする広帯域発光を生成し得る白色発光ダイオードが、ＱＷにおけるＱＤの成長のための核として働くトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）及びエチルジメチルインジウム（ＥＤＭＩｎ）のうち少なくとも１つのバーストを導入することにより、窒化インジウム（ＩｎＮ）及び高インジウム濃度の窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる量子ドット（ＱＤ）を、単一又は複数のＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子井戸（ＱＷ）に埋め込むことによって、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）により形成される。したがって、ダイオードは、Ｉｎバーストパラメータを調整することによって、４００ｎｍ〜７５０ｎｍに亘る白色光を発光し得る。【選択図】図１
2008535215.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、第１の部分及び第２の部分に分割されているバッファ層と、
前記バッファ層の前記第１の部分上に形成された、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲むＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体と、
前記少なくとも１つの量子井戸構造体上に形成されたｐ型半導体と、
前記ｐ型半導体上に形成された第１の電極と、
前記バッファ層の前記第２の部分の少なくとも一部に形成された第２の電極と
を備えたことを特徴とする白色発光ダイオード。
【請求項２】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
前記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、前記核を成長させて前記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成される
ことを特徴とするダイオード。
【請求項３】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
前記量子井戸構造体が約１〜３０個存在する
ことを特徴とするダイオード。
【請求項４】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり、前記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍである
ことを特徴とするダイオード。
【請求項５】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である
ことを特徴とするダイオード。
【請求項６】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
前記基板は、サファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯである
ことを特徴とするダイオード。
【請求項７】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジエチル亜鉛及びシランのうち少なくとも１つをドーパントとして用いる
ことを特徴とするダイオード。
【請求項８】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
前記ダイオードは、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の光を発する
ことを特徴とするダイオード。
【請求項９】
白色光を発光する量子井戸構造体であって、
ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層と、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層に埋め込まれた高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットと、
前記量子ドット及び前記量子井戸層の上に設けられたＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子バリヤ層と
を備えたことを特徴とする量子井戸構造体。
【請求項１０】
請求項７に記載の量子井戸構造体において、
前記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、前記核を成長させて前記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成される
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【請求項１１】
請求項７に記載の量子井戸構造体において、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり、前記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍである
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【請求項１２】
請求項７に記載の量子井戸構造体において、
１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【請求項１３】
白色発光ダイオードを形成するプロセスであって、
基板を提供する工程と、
前記基板上にバッファ層を形成する工程であって、前記バッファ層は第１の部分及び第２の部分に分割されている、バッファ層形成工程と、
前記バッファ層の前記第１の部分上に、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲むＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体を形成する工程と、
前記少なくとも１つの量子井戸構造体上にｐ型半導体を形成する工程と、
前記ｐ型半導体上に第１の電極を形成する工程と、
前記バッファ層の前記第２の部分の少なくとも一部に第２の電極を形成する工程と
を包含することを特徴とするプロセス。
【請求項１４】
請求項１３に記載のプロセスにおいて、
前記量子ドットは、
ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成する工程と、
ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、前記核を成長させて前記量子井戸に埋め込まれたようにする工程とにより形成される
ことを特徴とするプロセス。
【請求項１５】
請求項１４に記載のプロセスにおいて、
異なる流量のＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎにより、異なる大きさの量子井戸が形成される
ことを特徴とするプロセス。
【請求項１６】
請求項１３に記載のダイオードにおいて、
前記量子井戸構造体が約１〜３０個存在する
ことを特徴とするダイオード。
【請求項１７】
請求項１３に記載のダイオードにおいて、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり、前記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍである
ことを特徴とするダイオード。
【請求項１８】
請求項１３に記載のダイオードにおいて、
１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である
ことを特徴とするダイオード。
【請求項１９】
請求項１３に記載のダイオードにおいて、
前記基板は、サファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯである
ことを特徴とするダイオード。
【請求項２０】
請求項１３に記載のダイオードにおいて、
ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジエチル亜鉛及びシランのうち少なくとも１つをドーパントとして用いる
ことを特徴とするダイオード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光電子デバイス及びその製造方法に関し、特に白色発光ダイオードに関する。
【背景技術】
【０００２】
発光ダイオードは（ＬＥＤ）、光学ディスプレイ、交通信号、データ記憶、通信及びメディアアプリケーションにおいて幅広く用いられている。白色ＬＥＤの現在のアプリケーションとして、自動車のインストゥルメントパネル及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）のバックライトが挙げられる。白色ＬＥＤの重要な目的は、白熱灯と置換すべく光度レベルを上げることである。なぜなら、ＬＥＤは、従来の白熱電球よりも小型で、効率が高く、約５０倍の寿命を有するからである。
【０００３】
従来の白色ＬＥＤは、通常、２つの方法に基づいて製造される。第１の方法では、３つの独立したＬＥＤチップを１つのＬＥＤ体に格納し、赤色チップ、青−緑色チップ及び青色チップを組み合わせて発光させて白色光を得るものである。
【０００４】
もう１つの広く用いられている白色ＬＥＤの製造方法では、蛍光体又は有機染料でコーティングされた単一の高輝度青色ＬＥＤチップ又はＵＶＧａＮ型ＬＥＤチップを用いる。しかし、蛍光材料を用いることにより、青色の光子から黄色の光子への変換から、信頼性の問題及びエネルギ損失が生じる。また、色特性及びＬＥＤの品質の均一性を得るために、パッケージング工程が重要になる。
【０００５】
白色発光ダイオードを製造するための従来のアプローチは、Ｃｈｅｎら（米国特許第６，１６３，０３８号）によって考察されている。この特許公報は、ＬＥＤの構造体において少なくとも２つのエネルギバンドギャップを有することによって白色光そのものを発光し得る白色ＬＥＤ及びその製造方法を記載している。しかし、この技術は、白色発光を得るために二重量子井戸（ＭＱＷ）を用いているに過ぎない。Ｃｈｅｎらは、成長パラメータを調節することによって異なる色の光を発光するＭＱＷを成長させることしか記載しておらず、それをどのように達成するかは特定していない。Ｃｈｅｎらは、全ての可視光域に亘るＭＱＷを製造することに成功していない。つまり、Ｃｈｅｎらは、単一のＬＥＤを用いて、スペクトルの複数のピークにおいて発光させ、それらを組み合わせているにすぎない。したがって、ベースとなる特定の波長の光（例えば３７０〜５００ｎｍ）を用いる必要がある。
【０００６】
改良されたＬＥＤを製造する関連技術が、Ｃｈｕａら（米国特許第６，６４５，８８５号）によって提案されている。この技術は、有機金属気相エピタキシによって成長される窒化インジウム（ＩｎＮ）及び窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の量子ドットを形成することに関する。この特許公報は、ＭＯＣＶＤ成長の間、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）及びエチルジメチルインジウム（ＥＤＭＩｎ）のうち少なくとも１つをアンチサーファクタントとして用いて形成された単一又は複数のＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子井戸（ＱＷ）に埋め込まれた窒化インジウム（ＩｎＮ）及び高インジウム濃度組成の窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）の量子ドット、並びに、これらのドットから得られる４８０ｎｍ〜５３０ｎｍ波長域のフォトルミネッセンス波長を記載している。無転移ＱＤの形成を誘引するにあたって、制御された量のＴＭＩｎ及び／又は他のインジウム前駆体が重要であり、アンモニア及びＴＭＩｎからなる後続のフローもまた同様に重要である。この方法は、青色及び緑色の発光ダイオード（ＬＥＤ）の活性層の成長に用い得る。しかし、この技術では、白色光を発光するダイオードを製造することができない。白色光は４００〜７５０ｎｍの波長域を要求する。しかし、Ｃｈｕａらの技術は、４８０ｎｍ〜５３０ｎｍというより狭い波長域をカバーしているに過ぎず、白色光を発光するのに用い得ない。
【０００７】
したがって、現在の半導体及びディスプレイ技術は、形成が容易で、光度が高く且つ液晶表示装置用の光源などの厳密なアプリケーションにおいて用いるために必要な信頼性を有する新たな白色発光ダイオードを要求する。
【発明の開示】
【０００８】
従って、本発明は、関連技術の限界及び欠点による１つ以上の問題を実質的に回避する白色発光ダイオード（ＬＥＤ）を製造することに関する。
【０００９】
本発明の目的は、全ての発光を１つのチップ内に組み込んだＬＥＤを提供することである。
【００１０】
本発明は、部分的には、基板と、該基板上に形成されたバッファ層であって、第１の部分及び第２の部分に分割されているバッファ層と、該バッファ層の該第１の部分上に形成された、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲むＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体と、該少なくとも１つの量子井戸構造体上に形成されたｐ型半導体と、該ｐ型半導体上に形成された第１の電極と、該バッファ層の該第２の部分の少なくとも一部に形成された第２の電極とを備えたことを特徴とする白色発光ダイオードに関する。
【００１１】
この発明において、上記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、上記核を成長させて上記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成される。上記量子井戸構造体が約１〜３０個存在し得る。また、上記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり、上記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍであり、１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である。上記基板は、サファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯであり得る。ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジエチル亜鉛及びシランのうち少なくとも１つをドーパントとして用い得る。上記本発明のダイオードは、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の光を発する。
【００１２】
本発明は、部分的には、白色光を発光する量子井戸構造体であって、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層と、上記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層に埋め込まれた高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットと、上記量子ドット及び上記量子井戸層の上に設けられたＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子バリヤ層とを備えたことを特徴とする量子井戸構造体に関する。
【００１３】
本発明は、部分的には、白色発光ダイオードを形成するプロセスであって、基板を提供する工程と、該基板上にバッファ層を形成する工程であって、該バッファ層は第１の部分及び第２の部分に分割されている、バッファ層形成工程と、該バッファ層の該第１の部分上に、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲むＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体を形成する工程と、該少なくとも１つの量子井戸構造体上にｐ型半導体を形成する工程と、該ｐ型半導体上に第１の電極を形成する工程と、該バッファ層の該第２の部分の少なくとも一部に第２の電極を形成する工程とを包含することを特徴とする白色発光ダイオード形成プロセスに関する。
【００１４】
この発明において、上記量子ドットは、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成する工程と、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、上記核を成長させて上記量子井戸に埋め込まれたようにする工程とにより形成され得る。また、異なる流量のＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎにより、異なる大きさの量子井戸が形成される。
【００１５】
本発明のさらなる特徴及び利点は以下の説明に記載する。これらは、部分的には、以下の説明から明らかになるか、若しくは、本発明の実施により理解され得る。本発明の目的及び他の利点は、書面による説明及び特許請求の範囲並びに添付の図面において具体的に示す構成によって実現され且つ達成される。
【００１６】
上に記した本発明の概括的な説明及び以下に記す本発明の詳細な説明は、共に例示的且つ説明的なものであり、特許請求の範囲に記載の発明のさらなる説明を提供することを意図したものである。
【００１７】
添付の図面によると、本発明がさらに理解される。これらの図面は、本明細書に含まれ且つ本出願の一部を構成しており、本発明の実施形態を説明しており、本明細書の説明と共に本発明の原理を説明するものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好適な実施形態を詳細に参照する。本発明の例を添付の図面に示す。
【００１９】
本発明は、エピタキシー技術を用いてダイオードを形成する。本発明のダイオードは、量子ドットを用いて、４００ｎｍ〜７５０ｎｍの広いピークを有するＰＮ接合から電界発光を得る。
【００２０】
量子ドットは、電子の追加又は削除によりその特性が一定の有用な様式で変化する程の小ささの物質の粒子として規定され得る。或いは、量子ドットは、少数（１個程度）の自由電子を閉じこめた、つまり囲い込んだ非常に小さな装置であると見なし得る。量子ドットは、通常、ナノメートルのオーダーの寸法を有する。つまり、量子ドットは、５〜２００ｎｍの範囲の大きさを有し得、多くのアプリケーションにおいて、通常は２０〜８０ｎｍの範囲の大きさである。
【００２１】
エキタキシャル成長プロセスを用いると、周辺の材料における高バンドギャップによって３次元全てにおいて閉じこめ効果が生じた状況にて量子ドットを成長し得る。リソグラフによって規定された量子ドットにおいて、量子井戸は成長方向に沿って閉じこめポテンシャルを提供し、その一方で、静電的に誘導されたポテンシャルバリヤが横方向の閉じこめを提供する。
【００２２】
窒化物又は酸化物からなる薄膜又は量子ドットのエピタキシャル成長は、有機金属化学気相蒸着法（ＭＯＣＶＤ）の使用を伴い得る。ＭＯＣＶＤは、有機金属前駆体の希釈混合物を含むキャリヤガス流体を用いる。このガス混合物は、従来のIII−Ｖ族材料では基板を５００〜１２００℃に加熱した状態で、反応器チャンバに５０〜５００ｔｏｒｒの流量で流入する。ＧａＮ又はＧａＩｎ等の窒化物を形成するために、アンモニア（ＮＨ３）を窒素源として用い得る。反応性ガスが分解され、適宜数ナノメートル〜数ミクロンの厚さを有するIII−Ｖ族材料（例えばＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＩｎＮ、ＩｎＧａＮ等）の薄いエピタキシャル層が堆積する。
【００２３】
図１は、本発明による白色発光ダイオードを示す図である。
【００２４】
図１は、基板１を示す。基板１は、サファイア、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）又は他の基板であり得る。バッファ層２は低温ＧａＮバッファであり、層３は、約１０００℃で成長させたアンドープＧａＮ又はＳｉドープＧａＮである。層４は、ＧａＮ又はＩｎＧａＮからなるバリヤ層である。バリヤ層４を成長させた後、ＴＭＩｎ及びアンモニアを与えて、高インジウム濃度のＱＤ５の成長の「種」を形成した。層６はインジウム含量が高い量子井戸であり、この上にさらなるＧａＮ又はＩｎＧａＮからなるバリヤ層７が設けられている。層８は、約１０００℃で成長させたＭｇドープＧａＮ又は約７５０℃±１００℃の温度範囲で成長させたＭｇドープＩｎＧａＮから形成される。第１の電極９ａは、ｐ型ＧａＮ又はｐ型ＩｎＧａＮの層８の上面に形成される。第２の電極９ｂは、ｎ型ＧａＮ層３上に形成される。
【００２５】
図１において、基板１は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、ＧａＮ及び他の代替物などのＧａＮの成長に適した任意の材料であり得る。層２すなわち低温バッファは、多層型ＡｌＧａＮ／ＧａＮバッファであり得る。層３は、アンドープＧａＮ、ＳｉドープＧａＮ又はＭｇドープＧａＮであり得る。層４及び層７は、ＧａＮではなく、インジウム含量の低いＩｎＧａＮであり得る。層８は、高温成長させたＭｇドープＧａＮ又はＭｇドープＩｎＧａＮ若しくはＺｎドープＧａＮ又はＺｎドープＩｎＧａＮであり得る。
【００２６】
低温（ＬＴ）ＧａＮ又はＩｎＧａＮの層（図１の層４）の比較的荒れた表面は、ＴＭＩｎ前駆体の分解に由来するインジウム原子が該表面に接触すると、その原子を該表面上により長く滞留させることができ、それによりインジウムの取り込みが増大し、またその結果として、発光において赤色シフトが起こる。
【００２７】
前駆体としてトリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）がよく用いられるが、トリエチルインジウム（ＴＥＩｎ）及びエチルジメチルインジウム（ＥＤＭＩｎ）等の他のインジウム有機金属化合物も用い得る。これらの有機金属化合物は、単独で又は混合物中にて用い得る。
【００２８】
本発明の技術の局面の１つを、「Ｉｎバースト(In burst)」と呼ぶ。本発明において、Ｉｎバーストは、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮ又はＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮからなる単一又は複数の量子井戸内に埋め込まれた高インジウム濃度のＱＤ（量子ドット）を形成し、これは通常、長波長の光（黄色及び赤色）を発光する。ＱＤは、核の役割をするＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）又は他のインジウム前駆体を供給することによって誘導される。白色発光は、波長及び発光分布の強度を変更することによって得られ得る。波長及び発光分布の強度の変更は、Ｉｎバースト及びＩｎＧａＮ量子井戸成長の間に、温度、反応器圧力、ＮＨ３フラックス、Ｉｎフラックス及び成長時間などのエピタキシャル成長パラメータを調整することによって達成され得る。つまり、パラメータを変更することによって、異なるインジウム含量及び異なるサイズの量子ドットが形成され得る。
【００２９】
高インジウム濃度のＱＤを形成する場合、次の２つの点が問題になる。第１に、核の役割をするＴＭＩｎの量及びＴＭＩｎ流体を供給する時間が重要である。流体が多すぎると、高インジウム濃度のＱＤが形成されるのと同じくらい、インジウムの液滴が形成される。ＱＤの量子閉じこめ効果が理由で、ＱＤは室温にて非常に高いルミネセンス効率を達成する。第２に、それに続く、ＴＭＩｎ、ＴＭＧａ及びアンモニアの供給もまた、ＱＤ及びＱＤが埋め込まれた量子井戸の形成のために重要である。通常、成長はアンモニア分圧が高い条件下でおこなわれる必要がある。
【００３０】
図３は、本発明の別の好適な実施形態を示す。
【００３１】
図３において、層１０は基板を示す。この基板は、好適にはサファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯである。層２０は、約４５０℃〜６００℃で成長させたバッファである。層３０は、約１０３０℃で成長させたアンドープＧａＮ又はＳｉドープＧａＮであり得る。層４０は、バリヤ及び井戸と同じ温度で成長させたＧａＮ又はＩｎＧａＮである。層５０はＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤであり、約７００℃〜８００℃で成長させた場合、ｙは好適には０．０１〜０．１の範囲である。層５の成長後、Ｉｎバーストを用いて高インジウム濃度のＱＤ６０が形成される。ＱＤの上には層７０が形成される。層７０はＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸であり、ｘはｙよりも大きい。層８０は、さらなるＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤであり、通常、層５０に類似している。層９０は、７００℃〜１１００℃の範囲の温度で成長させたｐ−ＧａＮ又はｐ−ＩｎＧａＮのキャップである。
【００３２】
図３において、層１０は、厚さが約２００μｍ〜５００μｍの、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ及び他の代替物などのＧａＮの成長に適した任意の材料であり得る。層２０、すなわち約２０ｎｍ〜１００ｎｍの厚さを有する低温バッファは、多層型ＡｌＧａＮ／ＧａＮバッファであり得る。層３０は、２×１０１７ｃｍ−３〜９×１０１８ｃｍ−３の濃度のアンドープＧａＮ又はＳｉドープＧａＮ若しくは５×１０１７ｃｍ−３〜３×１０２０ｃｍ−３の濃度のＭｇドープＧａＮであり得、その厚さの範囲は１μｍ〜１０μｍである。層４０は、バリヤ及び井戸と同じ温度で約５ｎｍ〜３０ｎｍの厚さに成長させたＧａＮ、ＩｎＧａＮ又はＡｌＧａＮであり得る。層５０及び層７０は、ＩｎＧａＮではなくＧａＮであり得る。層９０は、１０ｎｍ〜１０００ｎｍの厚さのキャップもまたＡｌＧａＮであり得る。
【００３３】
図３において層４０を挿入することは、ルミネセンスの範囲を拡げるために重要である。本発明のいずれの理論にも束縛されることがなければ、低温ＧａＮ層（図３の層４０）がＩｎＧａＮ井戸とバリヤとの間の圧縮ひずみを部分的に緩和することが考えられる。この圧縮ひずみの緩和の結果、ルミネセンスにおいて位相シフトが起こり得る。圧縮ひずみはＩｎＧａＮの相分離を抑制し得るというカプロフの理論（ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．３，１６（１９９８））に従うと、圧縮ひずみの緩和によりＩｎＧａＮの相分離が進行し得る。
【００３４】
低温（ＬＴ）ＧａＮ層（図３の層４０）の比較的荒れた表面は、ＴＭＩｎ前駆体の分解に由来するインジウム原子が該表面に接触すると、その原子を該表面上により長く滞留させることができ、それによりインジウムの取り込みが増大し、またその結果として、ルミネセンスの位相シフトが起こる。
【００３５】
本発明の好適な実施形態による白色発光ＬＥＤを成長させる方法を以下に説明する。
【００３６】
まず、サファイア基板上に、低温バッファ及び高温ｎ型ＧａＮ層を順に成長させる。高温ｎ型ＧａＮ層の成長は、通常、約１０００℃で実行される。次に温度を約７００℃〜８００℃に下げて、ＧａＮ又はＩｎＧａＮのバリヤ層を成長させる。それらの層をサファイア基板上に成長させる場合は、低温で成長させたバッファが必要である。
【００３７】
バリヤ層の成長後、適切な量のＴＭＩｎ又は他のインジウム有機金属前駆体が、アンモニアの存在下で反応チャンバ内に供給される。ＴＭＩｎから得られたインジウム原子は、ＩｎＧａＮバリヤの原子表面に集合し、その後に成長されるＱＤの「種」を形成する。
【００３８】
本発明の好適な実施形態において、ＭＯＣＶＤによって（０００１）サファイア基板上に１つの白色ＬＥＤを成長させた。ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＭＩｎ（トリメチルインジウム）及びＮＨ３（アンモニア）を前駆体として用いてＭＯＣＶＤをおこなった。この白色ＬＥＤの場合、まず、厚さ２５ｎｍのＧａＮバッファ層上に厚さ２μｍのアンドープバルクＧａＮを成長させた。ＧａＮバッファ及びバルク層の成長温度は、それぞれ、５３０℃±３０℃及び１０５０℃±５０℃である。ＧａＮバルク層の成長後、成長温度を約７００℃±５０℃にまで下げて、ＧａＮ又はＩｎＧａＮのバリヤ及びＩｎＧａＮの井戸を堆積させた。ＩｎＧａＮバリヤ中におけるインジウム含量は、井戸におけるそれよりも少ない。ＧａＮ又はＩｎＧａＮのバリヤの成長後で且つ高インジウム含量の井戸を成長させる前の期間において、ＴＭＧａの供給を停止した状態で、約２〜５秒の短時間の間ＴＭＩｎを供給した。このプロセスを「Ｉｎバースト」と呼ぶ。そのようなバーストにより、異なるサイズ及び異なるインジウム組成を有するＩｎＧａＮのＱＤを成長させるための種が形成される。各層において種を形成するためのバースト時間は異なり得る。井戸の厚さは約３ｎｍであった。ＧａＮバリヤの成長、Ｉｎバースト、及びＩｎＧａＮ井戸の成長をさらに３回繰り返した。
【００３９】
Ｉｎバーストは、０．５秒〜１分以上の任意の適切な時間だけ実行され得る。しかし、Ｉｎバースト時間としては、２〜５秒が好適である。Ｉｎバーストの間、有機金属インジウム化合物の好適な流量は１００μｍｏｌ／ｍｉｎ未満である。井戸の厚さは約１〜１０ｎｍであり得、好適には２〜４ｎｍであり得、最適には約３ｎｍであり得る。
【００４０】
その後、４周期分のＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＧａＮのＭＱＷの上面に、高温ＭｇドープＧａＮ層を成長させた。ＧａＮ及びＩｎＧａＮの成長のため、キャリヤガスとしてＨ２及びＮ２をそれぞれ用いた。最後に、ｐ型半導体上に第１の電極を形成し、ＳｉドープＧａＮ層の一部に第２の電極を形成する。
【００４１】
本発明のさまざまな構造体をドーピングするために、さまざまな有機金属材料を用い得る。ビスシクロペンタルジエニルマグネシウム(biscyclopentaldienyl magnesium:CP2Mg)を用いて、例えば図１の層３又は層８内にＭｇドープＧａＮを形成し得る。ジエチル亜鉛（ＤＥＺｎ）を用いて、例えば層８にｐドーピングを提供し得る。ドーパントとしてシランを用いて、例えばＳｉドープＧａＮを層３に形成し得る。
【００４２】
好適な実施形態の例では、４つの量子井戸構造体を用いた。しかし、任意の適切な個数の量子井戸構造体を用い得る。実際には、１〜６０個の量子井戸構造体を用い得る。好適には、１〜３０個の量子井戸構造体を用い得る。
【００４３】
本発明において、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは０．５〜２０ｎｍの範囲であり、好適には１〜１０ｎｍである。ＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤ層の厚さは２〜６０ｎｍの範囲であり得、好適には５〜３０ｎｍであり得る。本発明のある好適な実施形態において、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層はＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤ層よりも大きな組成を有し、１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０となる。
【００４４】
図２は、本発明の好適な実施形態に基づいて形成された白色ＬＥＤの光ルミネセンススペクトルを示す。図２は、４００ｎｍ〜７５０ｎｍの発光波長範囲を示す。この範囲は、原色すなわち青色、緑色及び赤色をカバーしている。その結果、ダイオードは白色光を発する。
【００４５】
つまり、本発明のダイオードは、前駆体の量、バースト時間及び温度などのＩｎバーストパラメータを調節することによって４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲に亘る白色光を発光し得る。この白色ＬＥＤは、それ自体が白色光を発光するものであり、独立した複数のＬＥＤを組み合わせることや、白色を発光する蛍光材料を利用することを要求しない。したがって、本発明のＬＥＤは、より安価で、製造がより簡単で、より安定性が高く、且つより長い寿命を有する。
【００４６】
その結果、本発明は、発光中心が１つであるために複数のデバイスを組み合わせること又は蛍光体を用いて色を変換することによってのみ白色光を得ることができる従来技術の発光デバイスを凌ぐ、明らかに優れた利点を提供する。対照的に、本発明は異なるサイズの量子ドットを用いて異なる色の光を生成し、これらを１つのチップ上で組み合わせて白色光を得る。したがって、本発明は、コンパクト性、効率、光度及び低コスト性の点で優れている。
【００４７】
本発明のデュアルライトユニットを用いる液晶表示装置において、本発明の趣旨及び範囲から逸れることなくさまざまな改変及び変形が可能であることは、当業者に明らかである。したがって、添付した請求の範囲及びそれらの均等物の範囲内にある限り、本発明がその改変例及び変形例を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】図１は、本発明による活性層におけるＱＤが埋め込まれたＭＱＷを有する白色ＬＥＤを示す図である。
【図２】図２は、本発明による白色ＬＥＤの室温での光ルミネセンススペクトルを示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態による活性層におけるＱＤが埋め込まれたＭＱＷを有する白色ＬＥＤを示す図である。
【符号の説明】
【００４９】
１      基板
２      バッファ層
３      ＧａＮ層
４      バリヤ層
５      ＱＤ層
６      層（量子井戸）
７      バリヤ層
８      ｐ型ＧａＮ層又はｐ型InＧａＮ層
９ａ    第１の電極
９ｂ    第２の電極
１０      基板
２０      バッファ層
３０      ＧａＮ層
４０      ＬＴ ＧａＮ層又はＩｎＧａＮ層
５０      ＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤ層
６０      ＱＤ
７０      ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸
８０      ＩｎｙＧａ１−ｙＮバリヤ層
９０      ｐ−ＧａＮ又はｐ−ＩｎＧａＮのキャップ
【図１】
2008535215.tif 000003
【図２】
2008535215.tif 000004
【図３】
2008535215.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年10月23日(2006.10.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
白色光を発光するダイオードであって、
基板と、
前記基板上に形成されたバッファ層であって、第１の部分及び第２の部分に分割されているバッファ層と、
前記バッファ層の前記第１の部分上に形成された、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲む、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの変形量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体とを備え、
前記変形量子井戸構造体は、青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示す
ことを特徴とするダイオード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１３】
白色光を発光するダイオードを形成するプロセスであって、
基板を提供する工程と、
前記基板上にバッファ層を形成する工程であって、前記バッファ層は第１の部分及び第２の部分に分割されている、バッファ層形成工程と、
前記バッファ層の前記第１の部分上に、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲む、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの変形量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体を形成する工程とを包含し、
前記変形量子井戸構造体は、青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示す
ことを特徴とするプロセス。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
従って、関連技術の限界及び欠点による１つ以上の問題を実質的に回避する白色発光ダイオード（ＬＥＤ）が開示される。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
全ての発光を１つのチップ内に組み込んだＬＥＤが提供され得る。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明の第１の局面によると、白色光を発光するダイオードであって、基板と、該基板上に形成されたバッファ層であって、第１の部分及び第２の部分に分割されているバッファ層と、該バッファ層の該第１の部分上に形成された、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲む、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの変形量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体とを備え、該変形量子井戸構造体は青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示すことを特徴とするダイオードが提供される。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、上記核を成長させて上記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成し得る。上記量子井戸構造体が約１〜３０個存在し得る。また、上記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり得、上記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍであり得、１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である。上記基板は、サファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯであり得る。ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジエチル亜鉛及びシランのうち少なくとも１つをドーパントとして用い得る。上記本発明のダイオードは、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの範囲の光を発する。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１４】
上記量子ドットは、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成する工程と、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、上記核を成長させて上記量子井戸に埋め込まれたようにする工程とにより形成され得る。また、異なる流量のＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎにより、異なる大きさの量子井戸が形成され得る。
【手続補正書】
【提出日】平成19年6月8日(2007.6.8)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項８】
請求項１に記載のダイオードにおいて、
光ルミネセンススペクトルが約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲をカバーする
ことを特徴とするダイオード。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項９】
白色光を発光する変形量子井戸構造体であって、
ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層と、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層に埋め込まれたＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットと、
前記量子ドット及び前記量子井戸層の上に設けられたＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子バリヤ層とを備え、
前記変形量子井戸構造体は、青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示す
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
上記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、上記核を成長させて上記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成し得る。上記量子井戸構造体が約１〜３０個存在し得る。また、上記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり得、上記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍであり得、上記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍであり、１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である。上記基板は、サファイア、ＳｉＣ又はＺｎＯであり得る。ビスシクロペンタジエニルマグネシウム、ジエチル亜鉛及びシランのうち少なくとも１つをドーパントとして用い得る。上記ダイオードは、約４００ｎｍ〜７５０ｎｍの波長範囲をカバーする光ルミネセンススペクトルを有し得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
本発明の第２の局面によると、白色光を発光する変形量子井戸構造体であって、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層と、該ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層に埋め込まれたＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットと、該量子ドット及び該量子井戸層の上に設けられたＩｎｙＧａ１−ｙＮの量子バリヤ層とを備え、該変形量子井戸構造体は、青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示すことを特徴とする量子井戸構造体が提供される。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１３】
本発明の第３の局面によると、白色光を発光するダイオードを形成するプロセスであって、基板を提供する工程と、該基板上にバッファ層を形成する工程であって、該バッファ層は第１の部分及び第２の部分に分割されている、バッファ層形成工程と、該バッファ層の該第１の部分上に、ＩｎＮ及び高インジウム濃度ＩｎＧａＮの量子ドットを取り囲む、ＩｎｘＧａ１−ｘＮ／ＩｎｙＧａ１−ｙＮの変形量子井戸／バリヤ二重層を含む少なくとも１つの量子井戸構造体を形成する工程とを包含し、該変形量子井戸構造体は、青、緑及び赤の原色を同時にカバーする光ルミネセンススペクトルを示す
ことを特徴とするプロセスが提供される。
【手続補正書】
【提出日】平成19年11月20日(2007.11.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１０】
請求項９に記載の量子井戸構造体において、
前記量子ドットは、まずＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つを第１の流量にて第１の時間だけ供給して核を形成し、その後、ＴＭＩｎ、ＴＥＩｎ及びＥＤＭＩｎのうち少なくとも１つをＴＭＧ及びアンモニアと共に第２の流量にて供給して、前記核を成長させて前記量子井戸に埋め込まれたようにすることにより形成される
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
請求項９に記載の量子井戸構造体において、
前記ＩｎｘＧａ１−ｘＮ量子井戸層の厚さは約１〜１０ｎｍであり、前記ＩｎｙＧａ１−ｙＮ量子バリヤ層の厚さは約５〜３０ｎｍである
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１２】
請求項９に記載の量子井戸構造体において、
１＞ｘ＞ｙ＞０又はｙ＝０である
ことを特徴とする量子井戸構造体。
【国際調査報告】
2008535215.tif 000006
2008535215.tif 000007