特許 7597830 ＬＥＤ構造および関連付けられた方法並びにディスプレイ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-02

(45)【発行日】2024-12-10

(54)【発明の名称】ＬＥＤ構造および関連付けられた方法並びにディスプレイ

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/26 20100101AFI20241203BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20241203BHJP

   H01L 33/06 20100101ALI20241203BHJP

   H01L 33/08 20100101ALI20241203BHJP

   H01L 33/10 20100101ALI20241203BHJP

【ＦＩ】

H01L33/26

H01L33/32

H01L33/06

H01L33/08

H01L33/10

【請求項の数】 15

(21)【出願番号】P 2022567172

(86)(22)【出願日】2021-05-04

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2023-07-04

(86)【国際出願番号】 US2021030699

(87)【国際公開番号】W WO2021226121

(87)【国際公開日】2021-11-11

【審査請求日】2023-03-20

(31)【優先権主張番号】63/019,765

(32)【優先日】2020-05-04

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】63/135,288

(32)【優先日】2021-01-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】502208397

【氏名又は名称】グーグル エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｇｏｏｇｌｅ ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１６００ Ａｍｐｈｉｔｈｅａｔｒｅ Ｐａｒｋｗａｙ ９４０４３ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ， ＣＡ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】チャン，イン－ラン

(72)【発明者】

【氏名】レオン，ベンジャミン

(72)【発明者】

【氏名】ツァイ，ミャオ－チャン

(72)【発明者】

【氏名】シュナイダー，リチャード・ピーター

(72)【発明者】

【氏名】ハート，シーラ

(72)【発明者】

【氏名】ホー，ガン

【審査官】村井 友和

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１１－５１２６７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１８－５３１５１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／００７５７９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開平１１－３３０５５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１８／０２６１７１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第１０１４１４７７（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

発光ダイオード（ＬＥＤ）構造であって、
半導体テンプレート上に形成されたバルクまたはプレップ層と、
前記バルクまたはプレップ層上に形成された活性領域とを備え、前記活性領域は、
前記バルクまたはプレップ層上に形成された第１のバリア層と、
前記第１のバリア層上に形成された少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性量子井戸（ＱＷ）層と、
前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層上に形成された第２のバリア層とを含み、前記ＬＥＤ構造はさらに、
前記活性領域上に形成された少なくとも１つのｐ－層を備え、
前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層が注入電流によって駆動されると、前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層は赤色波長で発光する、ＬＥＤ構造。

【請求項2】

前記活性領域は、前記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層をさらに含み、前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層は、前記アルミニウム含有底部層上に形成されている、請求項１に記載のＬＥＤ構造。

【請求項3】

前記アルミニウム含有底部層は、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群から選択された材料を含む、請求項２に記載のＬＥＤ構造。

【請求項4】

前記活性領域は、前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層上に形成されたアルミニウム含有キャップ層をさらに含む、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のＬＥＤ構造。

【請求項5】

前記アルミニウム含有キャップ層は、ＡｌＧａＮ材料を含む、請求項４に記載のＬＥＤ構造。

【請求項6】

前記少なくとも１つの窒化物ベースのアルミニウム含有活性ＱＷ層は、擬合金、デジタル合金および短周期超格子のうちの１つを含む、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のＬＥＤ構造。

【請求項7】

発光ダイオード（ＬＥＤ）構造であって、
半導体テンプレート上に形成されたバルクまたはプレップ層と、
前記バルクまたはプレップ層上に形成された活性領域とを備え、前記活性領域は、
前記バルクまたはプレップ層上に形成された第１のバリア層と、
前記第１のバリア層上に形成された少なくとも１つのアルミニウム含有活性量子井戸（ＱＷ）スタックと、
前記少なくとも１つのアルミニウム含有活性ＱＷスタック上に形成された第２のバリア層とを含み、前記ＬＥＤ構造はさらに、
前記活性領域上に形成された少なくとも１つのｐ－層を備え、
前記少なくとも１つのアルミニウム含有活性ＱＷスタックは、（ａ）前記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層と、（ｂ）前記アルミニウム含有底部層上に形成された中間層と、（ｃ）前記中間層上に形成された活性ＱＷ層とを含み、
前記少なくとも１つのアルミニウム含有活性ＱＷスタックが注入電流によって駆動されると、前記活性領域は前記ＬＥＤ構造から発光する、ＬＥＤ構造。

【請求項8】

前記中間層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択された材料を含む、請求項７に記載のＬＥＤ構造。

【請求項9】

前記活性ＱＷ層は、少なくとも１つのアルミニウム含有活性ＱＷ層である、請求項７または請求項８に記載のＬＥＤ構造。

【請求項10】

前記少なくとも１つのアルミニウム含有活性ＱＷ層は、擬合金、デジタル合金および短周期超格子のうちの１つを含む、請求項９に記載のＬＥＤ構造。

【請求項11】

半導体テンプレート上にアレイとしてモノリシックに形成されている複数のマイクロＬＥＤ構造を備え、
前記複数のマイクロＬＥＤ構造は、青色波長で発光するように構成されている青色マイクロＬＥＤ構造、緑色波長で発光するように構成されている緑色マイクロＬＥＤ構造、および赤色波長で発光するように構成されている赤色マイクロＬＥＤ構造を含み、
前記赤色マイクロＬＥＤ構造は、請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載のＬＥＤ構造を有している、ディスプレイ。

【請求項12】

発光ダイオード（ＬＥＤ）構造であって、
半導体テンプレートと、
前記半導体テンプレート上に形成された第１の準備層と、
前記第１の準備層上に形成された第２の準備層と、
前記第２の準備層上に形成された少なくとも１つの活性量子井戸（ＱＷ）層と、
前記少なくとも１つの活性ＱＷ層上に形成された少なくとも１つのｐ－層とを備え、
前記第１の準備層は、非活性ＱＷを含み、
前記第２の準備層は、アルミニウム含有底部層を含み、
前記少なくとも１つの活性ＱＷ層は、活性化されると前記ＬＥＤ構造から発光する、ＬＥＤ構造。

【請求項13】

前記第２の準備層は反射層を備える、請求項１２に記載のＬＥＤ構造。

【請求項14】

前記第２の準備層は正孔阻止層を備える、請求項１２または請求項１３に記載のＬＥＤ構造。

【請求項15】

半導体基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を形成するための方法であって、
前記半導体基板上に少なくとも１つのプレップ層を堆積させることと、
前記少なくとも１つのプレップ層上に活性多重量子井戸（ＭＱＷ）領域を形成することと、
前記活性ＭＱＷ領域上にｐ－層を堆積させることとを備え、
前記活性ＭＱＷ領域を形成することは、
第１のバリア材料を堆積させることと、
活性ＱＷ材料を堆積させることと、
第２のバリア材料を堆積させることとを含み、
前記活性ＭＱＷ領域を形成することは、
前記第１のバリア材料と前記活性ＱＷ材料との間に底部層を堆積させることと、
前記底部層と前記活性ＱＷ材料との間に中間層を堆積させることと、
前記活性ＱＷ材料と前記第２のバリア材料との間にキャップ層を堆積させることとを含み、
前記活性ＱＷ材料を堆積させること、前記底部層を堆積させること、前記中間層を堆積させること、および前記キャップ層を堆積させることのうちの少なくとも１つは、アルミニウムを組み込むことを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願
本願は、２０２０年５月４日に出願された「性能および指向性を向上させるためのＬＥＤ構造における量子井戸の下方の追加の層（Additional Layers Below Quantum Wells in LED Structures for Enhanced Performance and Directionality）」と題される米国特許出願番号第６３／０１９，７６５号および２０２１年１月８日に出願された「アルミニウム含有層を組み入れた発光ダイオード、および関連付けられた方法（Light Emitting Diodes with Aluminum-Containing Layers Integrated Therein and Associated Methods）」と題される米国特許出願番号第６３／１３５，２８８号に対する優先権を主張し、これらの特許出願は両方とも引用によって全文が本明細書に援用される。

【背景技術】

【0002】

背景
本開示の局面は、一般に、さまざまなタイプのディスプレイで使用される発光素子などの発光素子に関し、より具体的には、発光素子における活性層への活性元素の組み込みの向上に関する。

【0003】

よりよいユーザエクスペリエンスを提供して新たな用途を可能にするためにディスプレイ内の発光体（たとえば、画素）の数を増やし続ける必要があるが、ディスプレイ構成内の発光体の数を増やすことは難題になってきた。発光体の個数も密度も増加させるためにさらに小さな発光体を実現するためには、マイクロＬＥＤ構造またはナノ発光体などの小さな発光ダイオード（ＬＥＤ）を使用する可能性は魅力的である。しかし、マイクロＬＥＤ構造を大量に高密度で製造してさまざまな色（たとえば、赤色、緑色、青色）を生成することができるようにするための現在利用可能な技術は、煩雑であり、時間がかかり、高価であり、または性能制約を有するＬＥＤ構造を生じさせる。

【0004】

窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）量子井戸（ＱＷ）構造に基づく高効率ＬＥＤなどの先進的なＬＥＤ構造は、所望の発光特性を有する発光を生じさせるために協働するように設計されたさまざまな材料の層の正確な形成を必要とする。

【0005】

図１は、一般的に実施される先行技術のエピタキシャル層ＬＥＤ構造１００を示す図である。ＬＥＤ構造１００は、１つまたは複数のバルクまたはプレップ（ｐｒｅｐ）層１２０を支持するための、半導体基板としても知られている半導体テンプレート１１０を含む。バルクまたはプレップ層１２０上には活性多重量子井戸（ＭＱＷ）領域１３０が形成されている。バルクまたはプレップ層１２０は、たとえば格子不整合の影響および／または熱膨張係数不整合の影響および／または半導体テンプレート１１０から活性ＭＱＷ領域１３０への欠陥のフィルタリングの影響を減少させるように構成された１つの材料からなる厚い層または２つもしくはそれ以上の材料からなる構造である。バルクまたはプレップ層１２０の材料組成は、活性ＭＱＷ領域１３０の材料選択における柔軟性を向上させるように調整され、そのため、所望の発光特性を有する活性領域の形成が可能になる。最後に、活性ＱＷ上には１つまたは複数のｐ－層１４０が堆積されて、ＬＥＤ構造１００に電子的接続を提供するｐ－ｎダイオードが形成される。ｐ－層１４０は、ｐ－ドープ層および／またはコンタクト層を含む。次いで、ＬＥＤ構造１００は、エッチングまたは別の方法で成形されて、指定の用途にとって望ましいマイクロＬＥＤフォームファクタが形成される。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

概要
先行技術のＬＥＤ構造１００は、マイクロＬＥＤを設計するためのフレームワークを提供するが、さまざまな材料選択、特定のエピタキシャル堆積条件、およびそれら２つの組み合わせが可能である。たとえば、マイクロＬＥＤ構造内に特定の材料の層を含めることは、欠陥を減少させて放射効率を高くしたり発光波長シフトを減少させたりするなどの有利な光学的および電気的特性を提供することが知られている。しかし、赤色波長において高い効率および輝度を有するマイクロＬＥＤ、特に窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）またはリン化インジウムガリウム（ＩｎＧａＰ）ベースのマイクロＬＥＤは、製造するのがこれまでは困難であった。

【0007】

１つまたは複数の局面の基本的理解を提供するために、このような局面の簡略化された概要を以下に提示する。この概要は、全ての考えられる局面の広範な全体像ではなく、全ての局面の重要なまたは不可欠な要素を特定することを意図しているわけではなく、いずれかまたは全ての局面の範囲を描写することを意図しているわけでもない。その目的は、１つまたは複数の局面のいくつかの概念を、簡略化された形式で、後に提示されるさらに詳細な説明への前置きとして提供することである。

【0008】

本開示の局面は、発光素子の性能を向上させる技術および構造を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0009】

特定の実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、半導体テンプレート上に形成されたバルクまたはプレップ層と、上記バルクまたはプレップ層上に形成された活性領域とを含み、上記活性領域は、上記バルクまたはプレップ層上に形成された第１のバリア層と、上記第１のバリア層上に形成された少なくとも１つのアルミニウム含有活性量子井戸（ＱＷ）スタックと、上記活性ＱＷスタック上に形成された第２のバリア層とを含み、上記ＬＥＤ構造はさらに、上記活性領域上に形成された少なくとも１つのｐ－層を含み、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックが注入電流によって駆動されると、上記活性領域は上記ＬＥＤ構造から発光する。

【0010】

他の実施形態において、発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、半導体テンプレートと、上記半導体テンプレート上に形成された第１の準備層と、上記第１の準備層上に形成された第２の準備層と、上記第２の準備層上に形成された少なくとも１つの活性量子井戸（ＱＷ）層と、上記活性ＱＷ層上に形成された少なくとも１つのｐ－層とを含み、上記活性ＱＷ層は、活性化されると上記ＬＥＤ構造から発光する。

【0011】

他の実施形態において、方法は、半導体基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を形成する。上記方法は、上記半導体基板上に少なくとも１つのプレップ層を堆積させることと、上記少なくとも１つのプレップ層上に活性多重量子井戸（ＭＱＷ）領域を形成することと、上記活性ＭＱＷ領域上にｐ－層を堆積させることとを含み、上記活性ＭＱＷ領域を形成することは、第１のバリア材料を堆積させることと、活性ＱＷ材料を堆積させることと、第２のバリア材料を堆積させることとを含み、上記活性ＭＱＷ領域を形成することは、任意に、上記第１のバリア材料と上記活性ＱＷ材料との間に底部層を堆積させることと、上記底部層と上記活性ＱＷ材料との間に中間層を堆積させることと、上記活性ＱＷ材料と上記第２のバリア材料との間にキャップ層を堆積させることとを含み、上記活性ＱＷ材料を堆積させること、上記底部層を堆積させること、上記中間層を堆積させること、および上記キャップ層を堆積させることのうちの少なくとも１つは、アルミニウムを組み込むことを含む。

【0012】

添付の図面は、いくつかの実現例を示しているに過ぎないため、範囲を限定するものとして考えられるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】一般的に実施される先行技術のマイクロＬＥＤ構造を示す図である。

【図2】実施形態における、ディスプレイで使用される、単一の基板によって支持された複数のマイクロＬＥＤ構造を有する１つの例示的なＬＥＤアレイの一部を示す上面図である。

【図3】実施形態における、モルフォロジーおよび歪み特性を向上させた、第１および第２の準備層を有する１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図4】実施形態における、モルフォロジーおよび歪み特性を向上させた、非活性ＱＷ層およびＡｌＧａＮ層を有する１つの例示的なＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図5】実施形態における、指向性を向上させた１つの例示的なＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図6】実施形態における、正孔漏れを減少させることによって性能を向上させた１つの例示的なＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図7】実施形態における、活性多重量子井戸（ＭＱＷ）領域内にアルミニウムを含めた１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図8A】実施形態における、活性ＭＱＷ領域内にアルミニウム含有底部層を含む例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図8B】実施形態における、活性ＭＱＷ領域内にアルミニウム含有底部層を含む例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図9】実施形態における、活性ＭＱＷ領域内で活性ＱＷの上方に配置されたアルミニウム含有キャップ層を含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図10】実施形態における、少なくとも１つの活性ＱＷ層内に組み込まれたアルミニウムを含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図11】実施形態における、図１０のマイクロＬＥＤ構造と同様であって、アルミニウム含有底部層をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図12】実施形態における、図１０のマイクロＬＥＤ構造と同様であって、アルミニウム含有キャップ層をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図13】実施形態における、図１２のマイクロＬＥＤ構造と同様であって、アルミニウム含有底部層をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造を示す概略断面図である。

【図14】実施形態における、マイクロＬＥＤ構造を作製するための１つの例示的なプロセスを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0014】

実施形態の詳細な説明
添付の図面または図に関連付けて以下に記載される詳細な説明は、さまざまな構成の説明として意図されており、本明細書に記載されている概念を実施できる構成のみを表すことを意図しているわけではない。詳細な説明は、さまざまな概念を十分に理解できるようにするための具体的な詳細を含んでいる。しかし、これらの具体的な詳細がなくてもこれらの概念を実施できるということは、当業者に明らかであろう。いくつかの事例では、このような概念を曖昧にすることを回避するために、周知の構成要素はブロック図の形式で示されている。

【0015】

特定の用途では、赤色、緑色および青色（ＲＧＢ）波長で動作するマイクロＬＥＤ構造を組み合わせて、スマートウォッチ、スマートフォンおよびテレビなどの低コスト低電力消費用途のための低フィルファクタ低密度ディスプレイにする。このような低密度ディスプレイでは、各色のマイクロＬＥＤ構造は、別々に作製され、次いで低フィルファクタＲＧＢ画素の別個のディスプレイバックプレーン上に転写されて組み合わせられて、たとえば電力消費が少ないという利点を有する、既存の液晶ディスプレイまたは有機発光ダイオードディスプレイのフルカラー等価物を提供する。

【0016】

別の用途アプローチでは、マイクロＬＥＤ構造（たとえば、およそ１０ミクロン以下のフォームファクタを有するＬＥＤ）を使用して、拡張現実（ＡＲ）または仮想現実（ＶＲ）イメージングのためのコンパクトなライトフィールドディスプレイなどの新たな種類のディスプレイ用途を可能にするための発光体の高密度アレイを形成し得る。このようなマイクロＬＥＤ構造の高密度アレイを実現する１つの方法は、単一の基板上にミクロン規模の発光体をモノリシックに集積するというものである。しかし、さまざまな範囲の波長で発光する（赤色、緑色および青色など）よう意図されたマイクロＬＥＤ構造の構造および材料組成の違い、ならびに、別々に形成されたマイクロＬＥＤ構造を高密度の構成でバックプレーン上に転写するのに必要な精密さを実現することの難しさのために、さまざまな波長で発光するマイクロＬＥＤ構造のモノリシック集積は、元来問題がある。たとえば、高い輝度および効率で動作する青色および緑色マイクロＬＥＤ構造は、両立できる材料を使用して可能であるが、同等の輝度および効率を有する赤色（または、長波長緑色、琥珀色または赤橙色）マイクロＬＥＤ構造を実現することは困難であることが分かった。たとえば、青色および緑色可視波長範囲のマイクロＬＥＤ構造は高い効率を有することが証明されたが、赤色可視波長範囲のマイクロＬＥＤ構造は製造するのがより困難であった。

【0017】

「極性ＩｎＧａＮ／ＧａＮ量子井戸：グリーンギャップ問題に対するキャリア局在化の影響の再考（Polar InGaN/GaN quantum wells: Revisiting the impact of carrier localization on the green gap problem）」と題される論文（２０２０年１月２８日、タナー等）には、（たとえば、６２０ｎｍ以上における）ＩｎＧａＮベースの赤色ＬＥＤの内部量子効率（ＩＱＥ）が非常に低いことが知られていると記載されている（たとえば、タナーの図１を参照して、ＩＱＥが実質的にゼロであることを示している）。そこに記載されている実施形態は、ＬＥＤ構造のさまざまな層内にアルミニウムを含めることを開示しており、６３５ｎｍ波長において１２％以上のＩＱＥ値を実現した。例示的なＱＷ構造層組成は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＧａＮ、ＩｎｘＧａ１－ｘＮおよびＡｌＧａＮのうちの１つまたは複数を含む。改良されたＬＥＤ構造は、アルミニウムを含む１つまたは複数の追加の中間層も含み得る。

【0018】

本実施形態の一局面は、ディスプレイデバイスのニーズを満たすために、ディスプレイ素子（たとえば、画素）を形成する発光構造の数および密度は増やすべきであるため、発光効率および品質を維持しながら発光構造のサイズを小さくする必要がある、という認識を含む。さらに小さな発光構造を実現するために小さなＬＥＤ（たとえば、マイクロＬＥＤ構造またはナノ発光体）を使用することは魅力的であるが、小さなＬＥＤを大量に高密度で製造してさまざまな色（たとえば、赤色、緑色、青色）を生成することができるようにするためのいくつかの技術は、現在のところ、煩雑であり、時間がかかり、高価であり、または性能制約を有する構造を生じさせる。ライトフィールドディスプレイなどのためのより高度なディスプレイアーキテクチャは、小さなＬＥＤ構造の使用から恩恵を受けることができるが、このようなディスプレイの要求事項は、小さなＬＥＤの実現を困難にする。本実施形態は、さまざまな色の光を生成する多数の小さな発光構造を同一の基板（たとえば、単一の集積半導体デバイス）上にモノリシックに集積することを可能にする新たな技術を提供することによって、この問題を解決する。

【0019】

たとえばエピタキシャル成長およびドライエッチングまたは選択領域成長（ＳＡＧ）などの、発光構造を製造するための特定の半導体処理技術の使用は、多数のマイクロＬＥＤを単一の集積半導体デバイス上にモノリシックに集積するための前途有望なアプローチを提供する。発光構造を製造するためのテンプレート上に成長させる材料の品質は、ＬＥＤの性能特性に重大な影響を及ぼす。

【0020】

この目的のために、高品質活性（たとえば、発光）領域を有する小さな発光構造の形成を可能にする構造的構成が必要である。たとえば、ＱＷベースのＬＥＤでは、追加の層を戦略的に含めることは、作製プロセスに複雑さを持ち込むおそれがあるものの、発光構造のモルフォロジーおよび／または指向性を改良するまたは向上させる機能を提供する。

【0021】

本明細書に開示されている１つのアプローチは、ＬＥＤ構造に高バンドギャップ材料または層を組み込むことを含む。従来の半導体デバイスでは、高バンドギャップ層は、通常、デバイス動作に必要とされない限り、またはデバイス性能をどうにか向上させない限り、含まれることはない。しかし、本明細書に記載されている実施形態は、発光多重量子井戸（ＭＱＷ）活性領域の前（たとえば、下方または下）に成長させるかまたはＭＱＷ活性領域自体に組み入れられるアルミニウム含有層を実現し、これらのアルミニウム含有層は、活性量子井戸の品質を向上させて、活性量子井戸によって生成される光によりよい指向性を提供する。これらの実施形態は、これまで不可能であった広範にわたる新たな用途を可能にするモノリシック構造の、およそ１０ミクロン以下の寸法を有する、電磁スペクトル全体にわたってある波長範囲にわたって動作する複数の高輝度マイクロＬＥＤ構造を提供する。

【0022】

以下の説明は、赤色波長範囲で動作するマイクロＬＥＤ構造についての改良点に焦点をあてるが、本明細書に記載されている技術および構造は、他のマイクロＬＥＤもしくはより大きなＬＥＤ、および、可視（長波長緑色、琥珀色および赤橙色を含む）波長、赤外波長または紫外波長などの他の波長で動作する他の半導体ベースの発光体にも適用可能であるということに留意されたい。赤色波長範囲の第１の例は、０．５９μｍ～０．７６μｍである。赤色波長範囲の第２のより狭い例は、０．６１μｍ～０．７６μｍである。

【0023】

図２は、単一の基板２４０によって支持された複数のマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０を有する１つの例示的なＬＥＤアレイ２００の一部を示す上面図であり、ＬＥＤアレイ２００は、ディスプレイで使用され得る。マイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０は、それぞれ赤色波長、緑色波長および青色波長で発光し得る。ＬＥＤアレイ２００の一部は、１６個のマイクロＬＥＤ構造を有するように示されているが、ＬＥＤアレイ２００は、たとえばディスプレイで使用され得るマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０のはるかに大きなアレイであってもよく、マイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０は、画素（たとえば、マイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０のグループまたはサブアレイ）に配置されてもよい。このような場合、画素の配置、それらの形状、それらの数、それらのサイズ、およびそれらの対応する波長発光は、ＬＥＤアレイ２００を特定の用途に合わせるように製造中に設定可能である。特定の実施形態では、ＬＥＤアレイ２００は、ライトフィールド用途で使用されるディスプレイなどの高解像度高密度ディスプレイで使用される。他の実施形態では、ＬＥＤアレイ２００は、拡張現実（ＡＲ）または仮想現実（ＶＲ）用途のためのコンパクトなディスプレイに組み込まれてもよい。

【0024】

特に、発光体の高密度を実現するために、相互に両立できるプロセスを使用して、モノリシックに集積された態様で基板２４０上にマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０を形成することが望ましい。すなわち、別個の基板上に各タイプのマイクロＬＥＤ構造を形成し（たとえば、第１の基板上に１つまたは複数の赤色発光マイクロＬＥＤ構造、第２の基板上に１つまたは複数の緑色発光マイクロＬＥＤ構造、および第３の基板上に１つまたは複数の青色発光マイクロＬＥＤ構造）、次いで、各マイクロＬＥＤ構造を第４の基板に転写して、ディスプレイで使用するためのマイクロＬＥＤアレイを形成するのではなく、３つ全てのタイプのマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０のアレイを基板２４０上に直接形成する。特に、３つ全てのタイプのマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０をアレイとして基板２４０（たとえば、単一の基板）上に直接形成することによって、より高密度のＬＥＤアレイを形成することができる。言い換えれば、各色のマイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０を別々のウェーハ上に形成して、各ＬＥＤを別の基板に転写してディスプレイのためのＬＥＤアレイを形成するのではなく、マイクロＬＥＤ構造２１０，２２０および２３０を基板２４０上に直接形成するので、ＬＥＤアレイ２００は、より高い密度を実現する。

【0025】

しかし、フルカラーディスプレイ（たとえば、赤色－緑色－青色（ＲＧＢ）ディスプレイ）を製造するために、必要な波長範囲にわたる効率的な発光に適合したプロセスおよび材料を使用してマイクロＬＥＤ構造を形成することが非常に難しいことは、既存の文献に十分に記録されている。窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）ＱＷに基づくＬＥＤなどの高効率大規模（たとえば、寸法が数百ミクロン）窒化物ベース青色ＬＥＤ、および、リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）に基づくＬＥＤなどの高効率大規模リン化物ベース赤色ＬＥＤが容易に入手可能であるが、同様に高い効率で動作する緑色ＬＥＤの欠如に起因する「グリーンギャップ」が数十年にわたって認識されてきた。それぞれの発光範囲（たとえば、赤色、青色、緑色）の各タイプのＬＥＤを形成する従来のアプローチは、それ自体の最適化されたプロセスを使用し、次いで、結果として得られたＬＥＤ構造を別個のディスプレイ基板上に転写してＬＥＤアレイを形成する。このアプローチは、独立して形成されたマイクロＬＥＤ構造を別個のディスプレイ基板に転写することを可能にするのに必要なＬＥＤの最小サイズ、および、高密度マイクロＬＥＤアレイを形成するためのマイクロＬＥＤ構造の正確な位置合わせに必要な位置合わせ忠実度に関連する制約を有している。本実施形態の一局面は、マイクロＬＥＤ構造（たとえば、赤色、緑色および青色発光マイクロＬＥＤ構造）のアレイを単一の基板上に形成して、同様の輝度および効率レベルを有するフルカラー画像を提供することが非常に難しいという認識を含む。

【0026】

本実施形態は、マイクロＬＥＤ構造の複数の色のモノリシック集積に適合した材料および製造プロセスを使用しながら、より長い波長で高効率マイクロＬＥＤ構造を実現するために、量子井戸（ＱＷ）内における活性元素の含有を制御するためのマイクロＬＥＤ構造設計および作製プロセスを使用することによって、この問題を解決する。より具体的には、本実施形態は、短波長（たとえば、青色および緑色）の高効率マイクロＬＥＤ構造の製造に適合した材料を使用して長波長（たとえば、赤色）の高効率マイクロＬＥＤ構造を形成することを可能にすることにより、さまざまな色で発光するマイクロＬＥＤ構造のモノリシックに集積されたアレイの実現を可能にするデバイス構造および作製プロセスを開示している。しかし、本明細書に開示されている技術は、たとえば赤色のみのマイクロＬＥＤ構造を含む全てのサイズおよび構成のエピタキシャルに形成されたＬＥＤに適用可能である、ということが強調される。

【0027】

上記のように、別々に製造された高効率大規模窒化物ベース青色ＬＥＤおよびリン化物ベース赤色ＬＥＤが知られている。長波長ＬＥＤ（たとえば、赤色）のための発光窒化物ベースＱＷ構造を形成する際、層の均一性を維持するとともに欠陥を制御しながら長波長発光を実現するためにＱＷ内の必要な活性材料（たとえば、インジウム（Ｉｎ））の百分率組成を増加させることは難しい。とりわけ、特に高い反応物蒸気圧下では、ＱＷ内で優れた均一性を有する状態で所望の高い割合のＩｎを得ることは難しい。インジウムの割合が減少すると、ＬＥＤの公称設計よりもＱＷ構造からの発光波長が短くなる。さらに、ＱＷ構造内では、Ｉｎクラスタリング、相分離およびくぼみなどの欠陥が一般的に見られる。好適な材料品質を維持しながらのＩｎ組成の改良が従来の窒化ガリウム（ＧａＮ）／ＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＱＷ材料および成長技術の限界に達する前に成長条件パラメータ（たとえば、温度、時間、蒸気圧）を介して利用できる調整は限られる。

【0028】

ＭＱＷ構造内に活性ＩｎＧａＮ ＱＷ層を堆積させる前にアルミニウム（Ａｌ）からなる薄層を底部層として含めることは、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）／ＩｎＧａＮ境界面におけるさらなる分極電荷および場合によっては点欠陥の多少の減少に起因するＱＷにおける正孔濃度の増大のために青色ＬＥＤ性能の向上を実現することが分かった。このような技術は、ＡｌＧａＮからなる１ｎｍの層と、３．５ｎｍ厚みのＩｎＧａＮ ＱＷ層と、それに続くバリア層としてのＧａＮからなる５ｎｍの層とのスタックを使用してシリコン基板上に青色ＬＥＤを生成するのに使用された（「Ｓｉ（１１１）基板上に成長させたＩｎＧａＮ／ＧａＮ ＭＱＷ内に薄いＡｌＧａＮ中間層を有する高効率青色ＬＥＤ（High- efficiency blue LEDs with thin AlGaN interlayers in InGaN/GaN MQWs grown on Si (111) substrates）」、Ｓ．木村等、Proc. of SPIE、第９７４８巻、９７４８１Ｕ）。Ａｌなどの材料を底部層として含めることは、活性領域内のキャリア分布および場合によっては欠陥の減少を促進するものと思われる。

【0029】

しかし、ＩｎＧａＮ ＱＷ内にＡｌを含めることは、青色ＬＥＤでは実現可能であり得るが、赤色ＬＥＤではＡｌを含めることが適当でないということを一般通念は示しているであろう。特に、ＡｌはＩｎと比較してバンドギャップが広い材料であるので、ＱＷ構造内にＡｌを含めることにより、ＱＷのバンドギャップ全体が広くなり、そのため、発光体波長にブルーシフト（すなわち、より短い波長の方へのシフト）が生じやすくなる。このブルーシフトは、青色ＬＥＤでは容易に補償することができるが、赤色ＬＥＤの通常の目標は、長波長での発光を実現することであるため、赤色ＬＥＤのＱＷ構造内にＡｌを含めることは、逆効果であるものと思われるであろう。

【0030】

以前は、窒化物ベースの青色ＬＥＤの発光波長を緑色、さらには赤みがかったオレンジ色の波長に拡張しようとして、ＱＷ構造を覆うのにＡｌＧａＮからなる薄層（たとえば、１～２ｎｍ厚みの層）が使用されていた。たとえば、１ｎｍ厚みのＡｌＧａＮ層をキャップ層として各３ｎｍ厚みのＩｎＧａＮ ＱＷ層上に直接堆積し、次いで、ＭＱＷ構造内で１０ｎｍ厚みのＩｎＧａＮバリア層によって覆って、１１％～２０％の範囲内の外部量子効率（ＥＱＥ）値を有する緑色－黄色波長、黄色波長および琥珀色波長の発光を実現していた（橋本、「新規の活性領域によるグリーンギャップへの対処（Addressing the green gap with a novel active region）」、www.compoundsemiconductor.net、２０１４年３月、第４４頁）。この橋本論文は、ＡｌＧａＮキャップ層が電子の波動関数を井戸の内部の方にシフトさせるように機能することによって、電子－正孔の重なりおよび放射再結合を増加させるとともに、ＩｎＧａＮ井戸の後の表面の平滑性を取り戻しながら各井戸からの電子のオーバーフローに対するバリアを生じさせる、ということを推測している。さらに別の例として、同一の技術、すなわち各ＱＷ層のキャップ層として１ｎｍ厚みのＡｌＧａＮ層を含めること（すなわち、７５５℃で成長させた窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）からなる３ｎｍ厚みの活性層に続いて、７５５℃で成長させたＡｌＧａＮからなる１ｎｍの層を形成して、バリア層としての８５５℃で成長させたＩｎＧａＮからなる１０ｎｍの層によって覆う）は、２．９％という低いＥＱＥ値にもかかわらず、赤色波長範囲の短波長側の端である６２９ｎｍの波長で動作するＬＥＤを製造することが分かった（Ｊ．Ｉ．ファン等、「（０００１）極性表面上に成長させたＩｎＧａＮベースの赤色ＬＥＤの開発（Development of InGaN-based red LED grown on (0001) polar surface）」、アプライド・フィジックス・エクスプレス７、０７１００３（２０１４））。しかし、ＡｌＧａＮキャップ層は、ＱＷ構造自体の中にＩｎを含む欠陥を防止するものとは思われず、これは、より短い波長の方への赤色ＬＥＤの発光のシフトおよび低いＥＱＥ値の一般的な原因である。実際、ファン等は、結果として得られたＬＥＤを駆動するための注入電流が増加すると発光波長におけるレッドシフトが無くなることに特に言及している。さらに、上記で報告された全ての実験結果において、ＬＥＤデバイスの各々は、各辺がおよそ数百ミクロンの寸法を有する大面積デバイスである。

【0031】

このような一般通念とは逆の、以下でさらに詳細に説明する予期せぬ結果として、ＭＱＷ構造内にまたはＭＱＷ構造内の１つまたは複数の場所に均一にＡｌを含めることにより、長波長発光の高効率生成を含む赤色ＬＥＤの性能の向上が実際にもたらされることが分かった。特に、底部層にアルミニウムを適切に組み込むこと、キャップ層にアルミニウムを適切に組み込むこと、さらには活性量子井戸自体の中にアルミニウムを適切に組み込むこと、およびそれらの組み合わせは、一辺が１ミクロンほどの寸法を有するマイクロＬＥＤデバイスであっても、可視スペクトルの赤色範囲（たとえば、６２５ｎｍよりも長い）内での高い効率での赤色ＬＥＤ性能の向上を予想外にもたらした。

【0032】

図３は、モルフォロジーおよび歪み特性を向上させた、第１および第２の準備層３２０および３３０を有する１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造３００を示す概略断面図である。ＬＥＤ構造３００は、半導体テンプレート３１０（たとえば、支持層）の表面上に形成されている。ＬＥＤ構造３００は、半導体テンプレート３１０上に形成、成長（たとえば、エピタキシャル成長）または堆積された第１の準備層３２０（準備層１）と、第１の準備層３２０上に形成、成長または堆積された第２の準備層３３０（準備層２）と、第２の準備層３３０上に形成、成長または堆積された活性ＱＷ領域３４０と、活性ＱＷ領域３４０上に形成、成長または堆積されたコンタクト層（たとえば、ｐ－ドープ層）を含むｐ－層３５０とを含む。いくつかの実現例では、半導体テンプレート３１０上のＬＥＤ構造３００の位置、形状およびサイズを定義するために、エピタキシャル成長およびドライエッチングまたは選択領域成長などの技術が使用され得る。

【0033】

第１の準備層３２０および第２の準備層３３０は、適切なモルフォロジーおよび歪みを有するように活性ＱＷ領域３４０を形成して活性ＱＷ領域３４０が向上した材料特性および発光性能を有するようにするのに使用される表面を準備するように構成されている。この目的のために、第１の準備層３２０、第２の準備層３３０、またはそれら両方は、アルミニウム含有層などの高バンドギャップ材料を含んでいる。アルミニウム含有層は、たとえば、５％～１００％の範囲内のＡｌの組成を有するＡｌＩｎＧａＮ合金を含む。第１および第２の準備層３２０および３３０の各々は、０．３ナノメートル～２５０ナノメートルの範囲内の厚みを有し得る。

【0034】

活性ＱＷ領域３４０は、ＬＥＤ構造３００の動作中に発光するように構成されている。
一例では、第１の準備層３２０は、アルミニウム含有層であって、超格子を含む。超格子は、たとえばＡｌＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮからなる交互の層によって形成され得る。一例として、超格子は、異なるＡｌおよびＩｎ組成を有するＡｌＩｎＧａＮおよびＡｌＧａＮからなる交互の層によって形成されてもよい。別の例では、第１の準備層３２０は、バルク層である。バルク層は、アルミニウム含有層であり得る。活性ＱＷ領域３４０とは異なって、第１および第２の準備層３２０および３３０は、それぞれ、活性ＱＷ領域３４０と同一の可視波長で発光するようには構成されていない。たとえば、活性ＱＷ領域３４０が赤色波長で発光するよう意図されている場合、第１または第２の準備層に含まれる超格子は、活性ＱＷ領域３４０の所期の機能と干渉しないように、緑色波長、青色波長または紫外波長の波長に関連付けられてもよい。

【0035】

一例として、上記のように、第２の準備層３３０はアルミニウム含有層であってもよい。一例では、第２の準備層３３０は、ＬＥＤ構造３００の動作中に活性ＱＷ領域３４０と同一の波長で発光するように構成されない超格子、バルク層、１つまたは複数のＱＷ構造を含み得る。さらに、第２の準備層３３０が単一の量子井戸または複数の量子井戸を含む事例では、第２の準備層３３０は、単一の量子井戸または複数の量子井戸の下または上に形成されたＡｌＧａＮ層などの高バンドギャップ中間層をさらに含み得る。Ａｌ含有層などの高バンドギャップ材料を組み込むなど、第１および第２の準備層３２０および３３０をそれぞれ含めることにより、活性ＱＷ領域３４０の発光特性が向上する。たとえば、高温処理に対する耐性の向上、移動する不純物の捕獲、歪み特性の向上および活性ＱＷ領域３４０の化学量論の最適化などであるがこれらに限定されない有利な効果を提供することによって、発光波長仕様などの発光性能、発光波長の狭ピーク化、および活性ＱＷの発光強度を向上させることができる。

【0036】

図４は、モルフォロジーおよび歪み特性を向上させた１つの例示的なＬＥＤ構造４００を示す概略断面図である。ＬＥＤ構造４００は、図３のＬＥＤ構造３００と同様であって、ＧａＮテンプレートまたは支持層であり得る半導体テンプレート３１０の表面上に形成されている。ＬＥＤ構造４００は、非活性ＱＷ層４１０と、ＡｌＧａＮ層４２０と、活性ＱＷ領域３４０と、ｐ－層３５０とを含む。非活性ＱＷ層４１０とＡｌＧａＮ層４２０との組み合わせが１つだけ示されているが、ＬＥＤ構造４００は、非活性ＱＷ層４１０とＡｌＧａＮ層４２０との複数のまたは繰り返される組み合わせを含んでいてもよい。非活性ＱＷ層４１０は、活性ＱＷ領域３４０の発光波長よりも短い波長に関連付けられ得る。たとえば、活性ＱＷ領域３４０が赤色波長の発光を生成するように構成される場合、非活性ＱＷ層４１０は、緑色波長、青色波長または紫外波長の波長に関連付けられ得る。ＡｌＧａＮ層４２０は、Ｉｎに対してＡｌが５％～１００％の組成を有するＡｌＩｎＧａＮ合金などの、ＡｌＧａＮを含むさまざまな合金からなっていてもよい。

【0037】

図３のＬＥＤ構造３００と比較して、ＬＥＤ構造４００は、非活性ＱＷ層４１０内に少なくとも１つのＱＷを含み、この少なくとも１つのＱＷ上にＡｌＧａＮ層４２０が形成されている。たとえば、単一または複数の非活性ＱＷを含み得る非活性ＱＷ層４１０は第１の準備層３２０に対応し、ＡｌＧａＮ層４２０は第２の準備層３３０に対応する。図４は、非活性ＱＷ層４１０とＡｌＧａＮ層４２０との対を１つだけ示しているが、ＬＥＤ構造４００は、その範囲から逸脱することなく非活性ＱＷ層４１０とＡｌＧａＮ層４２０との複数の層状の対を含んでいてもよい。

【0038】

図５は、指向性を向上させた１つの例示的なＬＥＤ構造５００を示す概略断面図である。ＬＥＤ構造５００は、図３のＬＥＤ構造３００と同様であって、半導体テンプレート３１０の表面上に形成されている。ＬＥＤ構造５００は、第１の準備層３２０と、反射層５１０と、活性ＱＷ領域３４０と、ｐ－層３５０とを含む。反射層５１０は、ＡｌＩｎＮ／ＧａＮ底部ミラーまたはＡｌＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ底部ミラーであってもよく、活性ＱＷ領域３４０の前に形成され得る。別の例では、反射層５１０は、異なるＡｌおよびＩｎ組成を有するＡｌＩｎＧａＮ／ＡｌＩｎＧａＮを含んでいてもよい。したがって、反射層５１０は、反射スタックを形成する少なくとも１つのアルミニウム含有層を含み得る。反射層５１０がＡｌＩｎＮ／ＧａＮ底部ミラーである場合、ＡｌＩｎＮ層は、ＧａＮに格子整合し得るおよそ８２％のＩｎに対するＡｌ含有率を有するため、Ｉｎに対するＡｌ含有率が約５０％であるＡｌＧａＮ／ＧａＮ系と同等の７％という高い屈折率コントラストを維持しながら、後続の活性層における歪み関連の問題を回避する。

【0039】

さらに、反射層５１０は、活性ＱＷ領域３４０によって生成された放射パターンを特定の用途に合わせることを可能にする分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）であり得て、またはＤＢＲとして機能するように構成され得るため、活性ＱＷ３４０からの発光の指向性を向上させる。たとえば、反射層５１０がＤＢＲである、またはＤＢＲとして動作するように構成される場合、ＬＥＤ構造５００は、共振空洞ＬＥＤまたは垂直共振器面発光型レーザ（ＶＣＳＥＬ）として動作するように構成され得る。すなわち、活性ＱＷ３４０からの光の所期の発光波長に対する活性ＱＷ３４０の厚みによっては、ＬＥＤ構造５００が共振空洞ＬＥＤまたはＶＣＳＥＬとして動作し得るように、ｐ－層３５０および反射層５１０は、活性ＱＷ３４０を含む共振器空洞を形成する。

【0040】

上記のＬＥＤ構造３００，４００および５００の各々は、高密度用途に適した１ミクロンまでの直径サイズまたは特徴サイズを有するようにエピタキシャル成長およびドライエッチングまたは選択領域成長などの技術によって作製することができる。特定の実施形態では、直径サイズは、１ミクロン～１０ミクロンなど、１ミクロンよりも大きい。

【0041】

アルミニウム含有層を使用することは、小さなＬＥＤの製造およびこのような小さなＬＥＤのモノリシックな集積と関連付けてＬＥＤ構造３００，４００および５００によって提供されるモルフォロジー、歪みおよび指向性の利点に加えて、他の利点を有する。これらのアルミニウム含有層は、不純物を取り込むためのゲッタの役割を果たし、そのため、それらをＬＥＤ構造のパッシブ領域に局在させることによって活性領域（たとえば、活性ＱＷ領域３４０）内の不純物を減少させることができる。さらに、取り込まれたまたは局在した不純物は、後続のプロセス動作における高温の用途下であっても移動することを阻止され得る。図４の例では、非活性ＱＷ層４１０上に成長させたＡｌＧａＮ層４２０を不純物（たとえば、酸素）のゲッタリングに使用することによって、活性ＱＷ領域３４０への不純物（たとえば、酸素）の混入を減少させることができる。図５の例では、反射層５１０を形成するのに使用されるＡｌＩｎＮ層も酸素ゲッタリング層として機能し得る。

【0042】

図６は、正孔漏れを減少させることによって性能を向上させた１つの例示的なＬＥＤ構造６００を示す概略断面図である。ＬＥＤ構造６００は、図３のＬＥＤ構造３００と同様であって、半導体テンプレート３１０の表面上に形成されている。ＬＥＤ構造６００は、第１の準備層３２０と、正孔阻止層６１０と、活性ＱＷ領域３４０と、ｐ－層３５０とを含む。正孔阻止層６１０は、半導体テンプレート３１０および第１の準備層３２０から活性ＱＷ領域３４０への正孔のオーバーフロー、ならびに、活性ＱＷ領域３４０から第１の準備層３２０および半導体テンプレート３１０への正孔のオーバーフローを防止する。特定の実施形態では、正孔阻止層６１０は、ｎ－ＡｌＧａＮを含んでいてもよい。他の実施形態では、正孔阻止層６１０は、活性ＱＷ領域３４０の発光効率を向上させるＡｌＧａＮ／ＧａＮまたはＩｎＡｌＮ／ＧａＮ層からなる超格子である。しかし、正孔阻止層６１０は、ｎ－ＡｌＧａＮ、ｎドープＡｌＧａＮ／ＧａＮ超格子およびｎドープＩｎＡｌＮ／ＧａＮ超格子を含む他の好適な材料を使用してもよい。

【0043】

図７は、活性ＭＱＷ領域７３０にアルミニウムを導入させた１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造７００を示す概略断面図である。マイクロＬＥＤ構造７００は、１つまたは複数のバルクまたはプレップ層７２０を支持するための、半導体基板としても知られている半導体テンプレート７１０と、活性ＭＱＷ領域７３０と、少なくとも１つのｐ－層７４０とを含む。活性ＭＱＷ領域７３０は、バルクまたはプレップ層７２０上に形成され得て、隣接するバリア層７３４（たとえば、ＧａＮまたはＩｎＧａＮバリア層）を有する、アルミニウムを含有する少なくとも１つの活性ＱＷスタック７３２を含む。各活性ＱＷスタック７３２は、アルミニウム含有材料からなる単一の層を含んでいてもよく、または、異なる材料からなる２つまたはそれ以上の層を、これらの層のうちの少なくとも１つがアルミニウムを含有するように含んでいてもよい。図７の例は、各々が隣接するバリア層７３４を有する４つの活性ＱＷスタック７３２を有する活性ＭＱＷ領域７３０を示しているが、マイクロＬＥＤ構造７００の所望の発光性能によっては、より少ないまたはより多くの活性ＱＷスタック７３２および対応するバリア層７３４が含まれていてもよい。

【0044】

上記のように、Ｉｎと比較してバンドギャップが広い材料であるＡｌを含めることは、結果として得られるマイクロＬＥＤ構造からの発光波長を短くすることに有利であるものと思われるであろう。しかし、直観に反して、Ａｌを適切に含めることは、Ａｌを含めないマイクロＬＥＤ構造と比較して高い効率およびフォトルミネセンス性能を有するマイクロＬＥＤ構造をもたらす。より具体的には、Ａｌを含めることは、上記のように、ＬＥＤ構造にわたる電流密度が増加した場合に、マイクロＬＥＤ構造から発せられた波長をより短い波長の方にシフトさせる（たとえば、ブルーシフト）ため、このブルーシフトを補償するためにマイクロＬＥＤ構造全体で調整が必要になる。活性ＱＷ領域内および活性ＱＷ領域の周囲の特定の層など、活性ＱＷスタック７３２にＡｌを組み込むさまざまな方法が開示されており、これらについては以下でさらに詳細に説明する。

【0045】

図８Ａおよび図８Ｂは、活性ＭＱＷ領域８３０Ａおよび８３０Ｂ内にそれぞれアルミニウム含有底部層を含む例示的なマイクロＬＥＤ構造８００Ａおよび８００Ｂを示す概略断面図である。マイクロＬＥＤ構造８００Ａおよび８００Ｂは、図７のマイクロＬＥＤ構造と同様である。活性ＭＱＷ領域８３０Ａおよび８３０Ｂは、バルクまたはプレップ層７２０上に形成されている。図８Ａは、ＱＷスタックと総称される４つの活性ＱＷ層８３２のスタックを含むマイクロＬＥＤ構造８００Ａの活性ＭＱＷ領域８３０Ａを示す。各ＱＷ層８３２は、それぞれのＡｌＧａ（Ｉｎ）Ｎ底部層８３６（以下、Ａｌ底部層８３６）上に堆積されて、バリア層７３４によって分離された層の対を形成する。Ａｌ底部層８３６は、厚みが数原子層～数ナノメートルであり得る。このような厚みを超えると、Ａｌ底部層８３６は、バンドギャップの増加に起因してマイクロＬＥＤ構造内に望ましくないブルーシフトを生じさせる可能性がある。活性ＱＷ層８３２は、ＩｎＧａＮからなっていてもよい。Ａｌ底部層８３６は、マイクロＬＥＤ構造８００Ａなどの窒化物ベースのマイクロＬＥＤ構造の作製プロセスに適合した、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮおよびＩｎＡｌＧａＮのうちの１つなどの、アルミニウムを含む合金である。Ａｌ底部層８３６は、中間層と称されてもよい。

【0046】

ＱＷベースのＬＥＤ構造において活性ＱＷ層の下にＡｌＧａＮ底部層を含めることは青色波長で証明されており、これは概念上筋が通っている。なぜなら、Ａｌの導入に起因する発光波長のブルーシフトは、青色ＬＥＤに対応するからである。しかし、Ａｌ底部層８３６をさらに含めることは、活性ＭＱＷ領域８３０Ａの有効バンドギャップをさらに広げるものと思われるが、Ａｌ底部層８３６内にＡｌを含めることにより、活性ＱＷ層８３２内の高Ｉｎ含有率材料の品質および均一性を向上させる。ＡｌＧａＮまたはＡｌＩｎＮ底部層を含めることにより、活性ＱＷ層を成長させる結晶面モルフォロジーが変更され、欠陥を減少させて、バリア層７３４の成長中などの高温処理中の材料の安定性を向上させるものと思われる。したがって、活性ＭＱＷ領域８３０Ａのバンドギャップが事実上広くなることに起因するいかなるブルーシフトも、活性ＱＷ層８３２内の成長モードの向上および欠陥の減少によって克服されるものと思われる。その結果、予想外なことに、マイクロＬＥＤ構造８００Ａは、図８Ａに示される特徴の組み合わせを有しないマイクロＬＥＤ構造と比較して優れた効率および長波長発光をもたらす。たとえば、マイクロＬＥＤ構造８００Ａは、その他の点では同様の材料構造を有する先行技術のＬＥＤ構造１００と比較して、適用される電流密度が増加した場合に波長が１０ｎｍ以下のブルーシフトを有する同様のピークＩＱＥ値を示すことが証明された。

【0047】

図８Ｂは、図８ＡのマイクロＬＥＤ構造８００Ａと同様であるが、活性ＭＱＷ領域８３０ＢのＡｌ底部層８３６と活性ＱＷ層８３２との間に中間層８３８を含むマイクロＬＥＤ構造８００Ｂを示す。中間層８３８は、ＧａＮなどの従来のバリア層材料、または、窒化物ベースのマイクロＬＥＤの作製に適合したさまざまな組成のＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮ材料などの他の材料からなっていてもよい。Ａｌ底部層８３６と中間層８３８との組み合わせは、活性ＱＷ層８３２の接着および均一性をさらに向上させ、境界面における欠陥および活性ＱＷ層８３２内の欠陥を減少させ、各活性ＱＷ層８３２内のＩｎの保持を向上させる。その結果、マイクロＬＥＤ構造８００Ｂの発光は、赤色波長の方にシフトされて、マイクロＬＥＤ構造８００Ｂの量子効率性能は、Ａｌ底部層８３６を含まないマイクロＬＥＤ構造と比較して向上する。

【0048】

図９は、図７のマイクロＬＥＤ構造７００と同様であって、バルクまたはプレップ層７２０上に形成された活性ＭＱＷ領域９３０内で活性ＱＷ層８３２の上方に配置されたアルミニウム含有キャップ層９３２（以下、Ａｌキャップ層９３２と称される）をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造９００を示す概略断面図である。たとえば、およそ１ナノメートル以下の厚みを有するＡｌＧａＮ層がキャップ層９３２として使用されてもよい。Ａｌキャップ層９３２は、別の中間層と称されてもよい。Ａｌキャップ層９３２を含めることは、活性ＭＱＷ領域９３０の有効バンドギャップを広くするものと思われるが、Ａｌキャップ層９３２は、多くの利点を提供するため、Ａｌキャップ層９３２は、マイクロＬＥＤ構造８００Ａおよび８００ＢのＡｌ底部層８３６のように、活性ＱＷ層８３２とバリア層７３４との間の歪みを均衡させる役割を果たし、活性ＱＷ層８３２の成長前後のモルフォロジーを合わせること、活性ＱＷ層８３２内にＩｎを保持すること、および／または、ブルーシフトを最小限にしながら長波長発光に寄与するバンドアライメントを提供することを可能にする。したがって、活性ＱＷ層８３２は、よりよいＩｎの保持および均一性を示し、図９に示される特徴の組み合わせを有しないマイクロＬＥＤと比較して優れた効率および長い波長の発光をもたらす。

【0049】

Ａｌキャップ層９３２は、構造全体に組み込まれ得る任意の電子阻止層およびｐ－層からの水素を含む点欠陥の移動に対するバリアとしての役割を果たし得る。しかし、Ａｌキャップ層９３２は、必ずしも活性ＱＷ層８３２自体の中の欠陥を防止することを手助けするわけではないので、場合によっては図８Ａおよび図８Ｂに示されるようにＡｌ底部層８３６を含めるなどの追加の対策が必要になる。

【0050】

図１０は、バルクまたはプレップ層７２０上に形成された活性ＭＱＷ領域１０３０の少なくとも１つの活性ＱＷ層１０３２内にアルミニウムを含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造１０００を示す概略断面図である。活性ＭＱＷ領域１０３０は、ＱＷスタックとも総称される活性ＱＷ層１０３２を４つ有するように示されているが、その範囲から逸脱することなくより多くのまたはより少ない活性ＱＷ層１０３２を含んでいてもよい。特定の実施形態では、活性ＱＷ層１０３２の堆積中に、たとえば０．０１～５％の濃度で活性ＱＷ層１０３２の合金組成にＡｌを組み込むために、Ａｌ含有ガスが特定の濃度で導入される。特定の実施形態では、このプロセスは、Ａｌを含めるために活性ＭＱＷ領域１０３０内の全ての活性ＱＷ層１０３２について実行される。他の実施形態では、同様のプロセスを使用して、活性ＭＱＷ領域１０３０の各活性ＱＷ層１０３２に含められるＡｌの量を変化させる。たとえば、特定のＱＷ層内にＡｌを含めることは、擬合金、デジタル合金または短周期超格子の形態であってもよい。活性ＭＱＷ領域１０３０内で、活性ＱＷ層１０３２は、ＧａＮなどの好適な材料からなるバリア層７３４によって分離されている。

【0051】

活性ＱＷ層１０３２内にＡｌを含めることは、Ｉｎの分布の均一性を向上させ、通常は活性ＱＷ層１０３２の堆積中よりも約１００℃高い温度を必要とするバリア層７３４の成長中などの後続の高温処理中の活性ＱＷ層１０３２からのＩｎの脱離を防止する。Ａｌを含めることは、ＱＷ歪みを補償することにより分極誘導電界を変更するものと思われる。言い換えれば、活性ＱＷ層１０３２の堆積中にＡｌを含めることは、Ｉｎの閉じ込めおよびＩｎの保持を向上させ、高Ｉｎ含有率ＩｎＧａＮ材料に関連付けられた欠陥を減少させ、および／または、活性ＱＷ層１０３２内のＩｎＧａＮの安定性を向上させ、そのため、Ａｌなどのバンドギャップがより広い材料を含めることの考えられるマイナスの影響を克服するものと思われる。さらに、Ａｌは、従来のＬＥＤ（およそ１００ミクロン以上の寸法を有する）も赤外波長、可視波長および紫外波長の波長で動作するように構成されたマイクロＬＥＤ構造も含む発光構造のさまざまな波長のためのドーパントとして活性ＭＱＷ領域１０３０内で使用され得る。Ａｌは、有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）システムなどの、ＱＷ構造の生成に一般的に使用されるシステムで容易に利用できる標準的な前駆体であるので、有利である。

【0052】

活性ＱＷ層１０３２へのＡｌの組み込みは、活性ＱＷ材料の成長条件（たとえば、温度、圧力、時間）によっていろいろであるため、活性ＱＷ層１０３２へのＡｌの含有量は、活性ＱＷ層１０３２の所望の特性を提供するように調整され得る。活性ＭＱＷ領域１０３０は、４つの活性ＱＷ層１０３２を有するように示されているが、マイクロＬＥＤ構造１０００の所望の発光および動作特性を実現するために、より多くのまたはより少ない活性ＱＷ層１０３２および対応するバリア層７３４が含められてもよい。

【0053】

図１１は、図１０のマイクロＬＥＤ構造１０００と同様であって、図８Ａおよび図８ＢのマイクロＬＥＤ構造８００Ａおよび８００ＢのＡｌ底部層８３６などのアルミニウム含有底部層をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造１１００を示す概略断面図である。バルクまたはプレップ層７２０上に活性ＭＱＷ領域１１３０が形成されており、活性ＭＱＷ領域１１３０は、両方がＡｌ含有を有するＡｌ底部層８３６と活性ＱＷ層１０３２との組み合わせを含む。Ａｌ底部層８３６は、堆積の均一性およびその中での活性ＱＷ層１０３２の接着を促進するものと思われ、活性ＱＷ層１０３２内にＡｌを含めることは、ＱＷ内でのＩｎの保持を促進し、その結果、図１１の特徴を含まないマイクロＬＥＤ構造の赤色波長での量子効率と比較して、赤色波長での量子効率を向上させる。特定の実施形態では、Ａｌ底部層８３６と活性ＱＷ層１０３２との間に中間層８３８（図８Ｂに記載）が含まれていてもよい。

【0054】

図１２は、図１０のマイクロＬＥＤ構造１０００と同様であって、マイクロＬＥＤ構造９００のＡｌキャップ層９３２（図９）をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造１２００を示す概略断面図である。マイクロＬＥＤ構造１２００の活性ＭＱＷ領域１２３０は、バルクまたはプレップ層７２０上に形成されており、やはりＡｌを含む活性ＱＷ層１０３２を有するＡｌキャップ層９３２を含む。Ａｌキャップ層９３２を上にのせた活性ＱＷ層１０３２の組み合わせは、活性ＱＷ層１０３２内のＩｎの保持を促進するため、活性ＭＱＷ領域１２３０を有しないマイクロＬＥＤ構造の赤色波長での量子効率と比較して、赤色波長での量子効率を向上させる。

【0055】

図１３は、図１２のマイクロＬＥＤ構造１２００と同様であって、図８ＢのＡｌ底部層８３６をさらに含む１つの例示的なマイクロＬＥＤ構造１３００を示す概略断面図である。マイクロＬＥＤ構造１３００は、バルクまたはプレップ層７２０上に形成された活性ＭＱＷ領域１３３０を有しており、活性ＭＱＷ領域１３３０は、各活性ＱＷ層１０３２についてＡｌ底部層８３６とＡｌキャップ層９３２とを含んでおり、Ａｌ底部層８３６およびＡｌキャップ層９３２に隣接してバリア層７３４をさらに含んでいる。任意に、図１３に示されるように、Ａｌ底部層８３６がたとえばＡｌＧａ（Ｉｎ）Ｎである場合、Ａｌ底部層８３６と活性ＱＷ層１０３２との間には中間層８３８が配置されてもよい。活性ＭＱＷ領域１３３０内にＡｌを含めることは、各活性ＱＷ層１０３２内のＩｎの分布の均一性を向上させ、活性ＭＱＷ領域１３３０内のＩｎの保持を促進し、バリア層７３４の成長中の活性ＱＷ層１０３２からのＩｎの脱離を減少させる。したがって、マイクロＬＥＤ構造１３００は、図８Ｂ、図９および図１０に示されるマイクロＬＥＤ構造の有益な効果を兼ね備えている。

【0056】

図１４は、マイクロＬＥＤ構造を作製するための１つの例示的なプロセス１４００を示すフローチャートである。プロセス１４００は、たとえばマイクロＬＥＤの作製に適したＭＯＣＶＤシステムまたは他のシステム内で行われてもよい。プロセス１４００のブロック１４１０において、１つまたは複数のバルクまたはプレップ層が基板上に堆積される。ブロック１４１０の一例では、第１および第２の準備層３２０，３３０が半導体テンプレート３１０上に堆積される。ブロック１４１０の別の例では、バルクまたはプレップ層７２０が半導体テンプレート７１０上に堆積される。ブロック１４１２は任意である。含まれる場合、ブロック１４１２において、プロセス１４００は、１つまたは複数のバリア材料を堆積させる。ブロック１４１２の一例では、バリア層７３４がバルクまたはプレップ層７２０上に堆積される。なお、特定の実施形態では、ブロック１４１２においてバリア材料を別途堆積させるのではなく、ブロック１４１０において堆積された１つまたは複数のバルクまたはプレップ層７２０に第１のバリア材料が組み込まれてもよい。

【0057】

ブロック１４２０は判断である。ブロック１４２０において判断がＡｌを有する底部層を追加するというものである場合、プロセス１４００はブロック１４２２に進み、そうでなければ、プロセス１４００はブロック１４２４に進む。ブロック１４２２において、プロセス１４００は、Ａｌ含有底部層を堆積させる。ブロック１４２２の一例では、Ａｌ底部層８３６が以前に堆積された層上に堆積される。

【0058】

ブロック１４２４は判断である。ブロック１４２４において判断が中間層を追加するというものである場合、プロセス１４００はブロック１４２６に進み、そうでなければ、プロセス１４００はブロック１４３０に進む。ブロック１４２６において、プロセス１４００は、以前に堆積された層の中に中間層を堆積させる。ブロック１４２６の一例では、中間層８３８がＡｌ底部層８３６上に堆積される。

【0059】

ブロック１４３０は判断である。ブロック１４３０において判断が活性ＱＷ層にＡｌを含めるというものである場合、プロセス１４００はブロック１４３２に進み、そうでなければ、プロセス１４００はブロック１４４０に進む。ブロック１４３２において、プロセス１４００は、Ａｌを組み込んだ活性ＱＷ材料を堆積させる。ブロック１４３２の一例では、活性ＱＷ層１０３２がバリア層７３４上に堆積されるときにＡｌが追加される。ブロック１４３２の別の例では、活性ＱＷ層１０３２がＡｌ底部層８３６上に堆積されるときにＡｌが追加される。ブロック１４３２の別の例では、活性ＱＷ層１０３２が中間層８３８上に堆積されるときにＡｌが追加される。次いで、プロセス１４００はブロック１４５０に進む。ブロック１４４０において、プロセス１４００は、Ａｌを追加することなく活性ＱＷ材料を堆積させる。ブロック１４４０の一例では、活性ＱＷ領域３４０が第２の準備層３３０上に堆積される。ブロック１４４０の別の例では、活性ＱＷ層８３２がＡｌ底部層８３６上に堆積される。ブロック１４４０の別の例では、活性ＱＷ層８３２が中間層８３８上に堆積される。ブロック１４４０の別の例では、活性ＱＷ層８３２がバリア層７３４上に堆積される。

【0060】

ブロック１４５０は判断である。ブロック１４５０においてＡｌキャップ層を含めるという判断がなされる場合、プロセス１４００はブロック１４５２に進み、そうでなければ、プロセス１４００はブロック１４７０に進む。ブロック１４５２において、プロセス１４００は、Ａｌキャップ層を堆積させる。ブロック１４５２の一例では、Ａｌキャップ層９３２が活性ＱＷ層８３２上に堆積される。ブロック１４５２の別の例では、Ａｌキャップ層９３２が活性ＱＷ層１０３２上に堆積される。

【0061】

ブロック１４７０は判断である。ブロック１４７０において追加のＱＷ層が堆積されると判断されると、プロセス１４００はブロック１４１２に進み、そうでなければ、プロセス１４００はブロック１４８０に進む。したがって、ブロック１４１２～１４７０は、追加される各々の追加のＱＷ層について繰り返される。

【0062】

ブロック１４８０において、プロセス１４００はバリア材料を堆積させる。ブロック１４８０の一例では、バリア層７３４が活性ＱＷスタック７３２上に堆積される。ブロック１４８０の別の例では、バリア層７３４が活性ＱＷ層８３２上に堆積される。ブロック１４８０の別の例では、バリア層７３４がＡｌキャップ層９３２上に堆積される。ブロック１４８２において、プロセス１４００は、１つまたは複数のｐ－層を堆積させる。ブロック１４８２の一例では、１つまたは複数のｐ－層３５０が活性ＱＷ領域３４０上に堆積される。ブロック１４８２の別の例では、ｐ－層７４０がバリア層７３４上に堆積される。次いで、プロセス１４００は終了し得る。

【0063】

本開示は、マイクロＬＥＤ構造から発せられた赤色波長での性能を向上させるための技術および構造を使用するさまざまな実施形態を説明している。上記の説明は、赤色波長で発光するマイクロＬＥＤ構造に焦点をあてたが、記載されている実施形態の技術および構造は、より短い可視波長および赤外波長を含む他の波長範囲で動作するＬＥＤの性能を適合させるのにも使用されてもよい。さらに、開示されている実施形態は、主に窒化物ベースのマイクロＬＥＤ構造を示しているが、バンドギャップおよび欠陥エンジニアリングのための同様の材料および層化構造変形例は、リン化物ベースのＬＥＤ構造などの他の発光構造にも適用可能である。さらに、開示されている実施形態は、ＱＷ構造の生成に一般的に使用されるＭＯＣＶＤシステムで容易に利用できる標準的な前駆体であるＡｌを含めることに関連しているが、マイクロＬＥＤ構造からの所望の発光をさらにエンジニアリングするためにマイクロＬＥＤ構造のＭＱＷ領域内に他の材料を含めることも検討されてもよい。さらに、図９における活性ＱＷ層８３２とＡｌキャップ層９３２との間および／または図１２および図１３における活性ＱＷ層１０３２とＡｌキャップ層９３２との間に追加の中間層が含められてもよい。

【0064】

ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの量子井戸を有する活性領域を含み得て、この活性領域は、ＬＥＤ構造に関連付けられた発光を提供するように構成されている。少なくとも１つの量子井戸内には、ある量のアルミニウムが組み込まれる。ＬＥＤ構造の活性領域は、少なくとも１つの量子井戸内に組み込まれたアルミニウムの量よりも多くの量のアルミニウムを組み込んだ少なくとも１つのアルミニウム含有層をさらに含み得る。少なくとも１つの量子井戸内に組み込まれるアルミニウムの量は、少なくとも１つの量子井戸の０．０１～５％である。ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの量子井戸内に組み込まれたアルミニウムの量を有しない無修正ＬＥＤ構造によって示される無修正内部量子効率値よりも高い修正内部量子効率値を示す。ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの量子井戸内に組み込まれたアルミニウムの量を有しない無修正ＬＥＤ構造の無修正ピーク波長よりも長い修正ピーク波長で動作する。ＬＥＤ構造の直径は、１０ミクロン未満である。

【0065】

ＬＥＤ構造は、ＬＥＤ構造に関連付けられた発光を提供するように構成された活性領域を含み、活性領域は、バリア層と、活性ＱＷ層とを含み、活性ＱＷ層は、一次活性ＱＷ材料で実質的に構成されており、活性ＱＷ層は、活性ＱＷ層内に組み込まれたある量の二次材料をさらに含み、二次材料は、一次活性ＱＷ材料よりも広いバンドギャップを示す。活性領域は、活性量子井戸層内に組み込まれた二次材料の量よりも多くの量の二次材料を組み込んだ少なくとも１つの中間層をさらに含み得る。少なくとも１つの中間層は、バリア層と活性量子井戸層との間に配置されている。少なくとも１つの中間層は、底部層であってもよい。少なくとも１つの中間層は、キャップ層であってもよい。二次材料は、アルミニウムである。ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの量子井戸全体にわたって分散された二次材料の量を有しない無修正ＬＥＤ構造によって示される無修正内部量子効率値よりも高い修正内部量子効率値を示す。ＬＥＤ構造は、少なくとも１つの量子井戸全体にわたって分散された二次材料の量を有しない無修正ＬＥＤ構造の無修正ピーク波長よりも長い修正ピーク波長で動作する。ＬＥＤ構造の直径は、１０ミクロン未満である。

【0066】

方法は、バリア層と活性量子井戸層とを含む少なくとも１つの量子井戸領域を含む発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を形成する。少なくとも１つの量子井戸領域を形成する際、一次活性量子井戸材料が、一次活性量子井戸材料よりも広いバンドギャップを示すある量の二次材料とともに、堆積される。二次材料の量は、一次活性量子井戸材料の０．０１～５％である。ある量の二次材料とともに一次活性量子井戸材料を堆積させることは、一次活性材料および二次材料の擬合金を形成することを含む。

【0067】

特徴の組み合わせ
以下の実施形態、および互いに両立できるこのような実施形態の任意の組み合わせが特に意図される。

【0068】

（Ａ）発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、半導体テンプレート上に形成されたバルクまたはプレップ層と、上記バルクまたはプレップ層上に形成された活性領域と、上記活性領域上に形成された少なくとも１つのｐ－層とを含む。上記活性領域は、上記バルクまたはプレップ層上に形成された第１のバリア層と、上記第１のバリア層上に形成された少なくとも１つのアルミニウム含有活性量子井戸（ＱＷ）スタックと、上記活性ＱＷスタック上に形成された第２のバリア層とを含む。上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックが注入電流によって駆動されると、上記活性領域は上記ＬＥＤ構造から発光する。

【0069】

（Ｂ）（Ａ）として表されるＬＥＤ構造において、上記活性領域は、上記ＬＥＤ構造から赤色波長で発光するように構成されている。

【0070】

（Ｃ）（Ａ）および（Ｂ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ａ）上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層と、（ｂ）上記アルミニウム含有底部層上に形成された活性ＱＷ層とを備える。

【0071】

（Ｄ）（Ａ）～（Ｃ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記アルミニウム含有底部層は、ＡｌＧａ（Ｉｎ）Ｎ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＮおよびＩｎＡｌＧａＮからなる群から選択された合金を含む。

【0072】

（Ｅ）（Ａ）～（Ｄ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ｃ）上記活性ＱＷ層上に形成されたアルミニウム含有キャップ層をさらに備える。

【0073】

（Ｆ）（Ａ）～（Ｅ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記アルミニウム含有キャップ層は、１ｎｍの厚みのＡｌＧａＮ材料を含む。

【0074】

（Ｇ）（Ａ）～（Ｆ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ａ）上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層と、（ｂ）上記アルミニウム含有底部層上に形成された中間層と、（ｃ）上記中間層上に形成された活性ＱＷ層とを備える。

【0075】

（Ｈ）（Ａ）～（Ｇ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記中間層は、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮからなる群から選択された材料を含む。

【0076】

（Ｉ）（Ａ）～（Ｈ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有ＱＷ層を備える。

【0077】

（Ｊ）（Ａ）～（Ｉ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記アルミニウム含有ＱＷ層は、擬合金、デジタル合金および短周期超格子のうちの１つを含む。

【0078】

（Ｋ）（Ａ）～（Ｊ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ａ）上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層と、（ｂ）上記アルミニウム含有底部層上に形成されたアルミニウム含有活性ＱＷ層とを備える。

【0079】

（Ｌ）（Ａ）～（Ｋ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ａ）上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有活性ＱＷ層と、（ｂ）上記活性ＱＷ層上に形成されたアルミニウム含有キャップ層とを備える。

【0080】

（Ｍ）（Ａ）～（Ｌ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記少なくとも１つの活性ＱＷスタックは、（ａ）上記第１のバリア層上に形成されたアルミニウム含有底部層と、（ｂ）上記アルミニウム含有底部層上に形成されたアルミニウム含有活性ＱＷ層と、（ｃ）上記アルミニウム含有活性ＱＷ層上に形成されたアルミニウム含有キャップ層とを備える。

【0081】

（Ｎ）（Ａ）～（Ｍ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、青色波長で発光する青色マイクロＬＥＤ構造、緑色波長で発光する緑色マイクロＬＥＤ構造、および赤色波長で発光する赤色マイクロＬＥＤ構造の各々を含むアレイとして複数のマイクロＬＥＤ構造が上記半導体テンプレート上にモノリシックに形成されている。

【0082】

（Ｏ）発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、半導体テンプレートと、上記半導体テンプレート上に形成された第１の準備層と、上記第１の準備層上に形成された第２の準備層と、上記第２の準備層上に形成された少なくとも１つの活性量子井戸（ＱＷ）層と、上記活性ＱＷ層上に形成された少なくとも１つのｐ－層とを備え、上記活性ＱＷ層は、活性化されると上記ＬＥＤ構造から発光する。

【0083】

（Ｐ）（Ｏ）として表されるＬＥＤ構造において、上記第１の準備層は非活性ＱＷを備え、上記第２の準備層はアルミニウム含有底部層を備える。

【0084】

（Ｑ）（Ｏ）または（Ｐ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記第２の準備層は反射層を備える。

【0085】

（Ｒ）（Ｏ）～（Ｑ）として表されるＬＥＤ構造のいずれかにおいて、上記第２の準備層は正孔阻止層を備える。

【0086】

（Ｓ）方法は、半導体基板上に発光ダイオード（ＬＥＤ）構造を形成する。上記方法は、上記半導体基板上に少なくとも１つのプレップ層を堆積させることと、上記少なくとも１つのプレップ層上に活性多重量子井戸（ＭＱＷ）領域を形成することと、上記活性ＭＱＷ領域上にｐ－層を堆積させることとを備える。上記活性ＭＱＷ領域を形成することは、第１のバリア材料を堆積させることと、活性ＱＷ材料を堆積させることと、第２のバリア材料を堆積させることとを含む。上記活性ＭＱＷ領域を形成することは、任意に、上記第１のバリア材料と上記活性ＱＷ材料との間に底部層を堆積させることと、上記底部層と上記活性ＱＷ材料との間に中間層を堆積させることと、上記活性ＱＷ材料と上記第２のバリア材料との間にキャップ層を堆積させることとを含む。上記活性ＱＷ材料を堆積させること、上記底部層を堆積させること、上記中間層を堆積させること、および上記キャップ層を堆積させることのうちの少なくとも１つは、アルミニウムを組み込むことを含む。

【0087】

したがって、示されている実現例に従って本開示が提供されてきたが、これらの実施形態に対する変更があってもよく、それらの変更は本開示の範囲内であろう、ということを当業者は容易に認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく多くの変更が当業者によってなされてもよい。上記の方法およびシステムにおいて、その範囲から逸脱することなく変更がなされてもよい。このように、上記の説明に含まれるか添付の図面に示される事項は、例示的として解釈されるべきであり、限定的な意味で解釈されるべきではない、ということに留意すべきである。以下の請求項は、本明細書に記載されている全ての一般的および具体的な特徴と、言語の問題としてそれらの間に入ると言える本方法およびシステムの範囲の全ての記載とをカバーするよう意図されている。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】