JP2023536361A - Ｌｅｄデバイス及びｌｅｄデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ｎドープ部と、ｐドープ部と、ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域と、を含む。発光領域は、電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍのピーク波長で発光する発光層と、発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層と、を含む。発光ダイオードはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含む。ＬＥＤのアレイ、及び、電気バイアスのもとで４００ｎｍ～５９９ｎｍのピーク発光波長を有するＬＥＤを製造する方法も提供される。【選択図】 図１７

Description

本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）及びＬＥＤの改良された製造方法に関する。

ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料、特にＩＩＩ族窒化物半導体材料群は、半導体デバイス設計において非常に重要である。

「ＩＩＩ－Ｖ」族半導体は、Ｇａ、Ａｌ、及びＩｎのようなＩＩＩ族元素とＮ、Ｐ、Ａｓ、及びＳｂ）のようなＶ族元素の二元合金、三元合金、及び四元合金を含み、オプトエレクトロニクスを含む様々な応用分野において重要である。

特に重要なのは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む「ＩＩＩ族窒化物」材料として知られる半導体材料クラスと、それらの三元合金及び四元合金である。（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮは、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、及びＧａＮを含む語である。ＩＩＩ族窒化物材料は、半導体照明及びパワーエレクトロニクスで商業的成功を収めているだけでなく、量子光源及び光と物質の相互作用において特別な利点を有する。

オプトエレクトロニクス半導体デバイスにとって、ＧａＮ半導体材料にＩｎをドープすることは興味深い。半導体のＩｎ含有量が変動すると材料の電子バンドギャップが変わり、したがって半導体の発光波長が変わるからである。しかし、材料のＩｎ含有量が変動すると、半導体の面内格子定数も影響を受ける。例えば、ＩｎＮの面内格子定数はＧａＮよりも概ね１１％大きく、中間組成物の格子寸法はインジウム含有量に応じて変動する。このため、アクティブ半導体層を、異なる格子寸法を有する基板層の上に堆積することが望まれる場合、デバイス設計上の問題が生じる。その理由は、層境界における格子不整合が格子内にひずみを発生させ、これにより、無放射再結合中心として作用する欠陥が材料内に形成されるからである。これはデバイス性能を著しく損なう。

全ての可視波長、特に緑色、黄色、及び赤色に近い長波長で発光するＬＥＤには非常に大きな需要があるが、製造業者は歴史的に、長波長で発光するＬＥＤの製造において多くの問題に直面してきた。

ＧａＮ系プラットフォーム上に緑色ＬＥＤ、黄色ＬＥＤ、及び赤色ＬＥＤ等の長波長ＬＥＤを成長させることに伴う大きな課題の１つは、例えば、アクティブ領域のバンドギャップを長波長発光に適したレベルに低減するため、インジウム（Ｉｎ）含有量を高くする必要があることである。必要とされるＩｎＧａＮアクティブ領域は、その下層のＧａＮよりも大きい格子パラメータを有し、その結果生じるひずみが材料内に無放射再結合中心として作用する欠陥を形成し、デバイス性能を劣化させる。

したがって、ＩｎＮとＧａＮの大きな格子不整合のため、高品質のＩｎＧａＮ（２０％超の高いインジウム含有量を有する）を達成することは難しい。また、不一致ひずみは、組成引き込み効果（composition pulling effect）によるインジウム組成低減を招く。

短波長ＬＥＤは、長波長発光に必要であるよりもインジウム含有量が少ないＩｎＧａＮ発光領域を用いて作製できるので、より容易に製造される。

本発明は、ＬＥＤの改良された製造方法、及びその方法を用いて製造されたＬＥＤに関する。

本発明は独立クレームにおいて規定され、独立クレームについてはここで言及するものとする。本発明の好適な又は有利な特徴は、添付のサブクレームに記載される。

本出願で記載される発光ダイオードすなわちＬＥＤは、好ましくはＩＩＩ－Ｖ族半導体材料から形成され、特に好ましくはＩＩＩ族窒化物半導体材料から形成される。

「ＩＩＩ－Ｖ」族半導体は、Ｇａ、Ａｌ、及びＩｎのようなＩＩＩ族元素とＮ、Ｐ、Ａｓ、及びＳｂ）のようなＶ族元素の二元合金、三元合金、及び四元合金を含み、オプトエレクトロニクスを含む多数の用途において重要である。

特に重要なのは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む「ＩＩＩ族窒化物」材料として知られる半導体材料クラスと、それらの三元合金及び四元合金、（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮである。本発明では、極性ｃ面、非極性、及び半極性方位等、様々な結晶方位を用いることができる。２つの主な非極性方位にａ面（１１－２０）及びｍ面（１－１００）がある。半極性では、（１１－２２）及び、結晶面族である｛２０２１｝がある。ＩＩＩ族窒化物材料は、半導体照明及びパワーエレクトロニクスで商業的成功を収めているだけでなく、量子光源及び光と物質の相互作用において特別な利点を有する。

多種多様なＩＩＩ族窒化物材料が商業的な面で興味深いが、窒化ガリウム（ＧａＮ）は最も重要な新しい半導体材料の１つと広く認められ、多数の用途において特に重要である。

ＧａＮ等のバルクＩＩＩ族窒化物に気孔を導入すると、（光学的、機械的、電気的、及び熱的等の）材料特性に大きな影響を及ぼすことが知られている。したがって、多孔度を変えることによって、ＧａＮ及びＩＩＩ族窒化物半導体の様々な材料特性を調整できる可能性があるので、多孔質ＧａＮはオプトエレクトロニクス応用製品にとって興味深い。

本発明はＧａＮ及びＩｎＧａＮを参照して記載されるが、代替的なＩＩＩ族窒化物材料の組み合わせにも有利に応用される。

以下の記載では、成長用基板は半導体構造であり、その上に更なる半導体層を成長させて半導体デバイスとなる。本発明における成長用の例示的な基板は、ドープＧａＮ及び非ドープＧａＮの複数の層を含むＧａＮ半導体構造である。

半導体構造の層は電気化学エッチングによって多孔質化することができ、このことは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）に記載されている。

発明者らは、本発明を用いてＬＥＤを有利に提供できることを見出した。

ＬＥＤ
本発明の第１の態様によれば、発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。このＬＥＤは、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域を含み、発光領域は、
電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍのピーク波長で発光する発光層と、
発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層とを含み、
前記ＬＥＤはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含む。

本発明者らは、ＩＩＩ族窒化物材料の電気化学的多孔質化が、ＩＩＩ族窒化物格子内のひずみ及びウェーハ全体の反り又は湾曲を有利に低減させることを認識した。理論に束縛されることは望まないが、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を多孔質化するプロセスは、第１のＩＩＩ族窒化物材料層の上に層を成長させる間に形成された、貫通転位のような構造的欠陥もエッチング除去すると考えられる。

多孔質化の間に多孔質領域の半導体材料から転位が除去されると、特に多孔質領域の格子寸法がその下層の材料の格子寸法と一致しない場合に発生する、多孔質領域内のひずみが大幅に低減する。このため、多孔質領域の上方にＩＩＩ族窒化物材料層が堆積される場合、半導体構造のエピタキシャル成長中に、多孔質材料はその上に重なる非多孔質層の格子と整合しやすくなる。この結果、多孔質領域の上方の層では、多孔質領域が存在しない場合に比べてひずみが著しく小さくなる。

第２のＩＩＩ族窒化物材料のひずみが小さくなると、デバイス性能を損なう無放射再結合中心として作用する非多孔質層内の構造的欠陥も少なくなる。

組成引き込み効果：カワグチらは、インジウムの割合が成長の初期段階では小さいが成長厚の増大と共に大きくなる、いわゆるＩｎＧａＮ組成引き込み効果について報告した。この観察は、ある程度、下層のＧａＮ又はＡｌＧａＮとは独立していた。著者らは、この効果が界面の格子不整合で生じるひずみによって発生することを示唆した。著者らは、ＩｎＧａＮと下部エピタキシャル層との格子不整合が大きくなると、Ｉｎ含有量の変化が大きくなることを見出した。

イナトミらによる「Theoretical study of the composition pulling effect in InGaN metalorganic vapor-phase epitaxy growth」（Japanese Journal of Applied Physics, Volume 56, Number 7）によれば、圧縮ひずみがＩｎＮの取り込みを抑制することが分かった。他方で、引張ひずみは、緩和バルク成長の場合に比べてＩｎＮの取り込みを促進する。

発明者らは、半導体構造中で多孔質領域を使用すると、半導体構造の層内のひずみを低減する「ひずみ緩和」が生じ、これが組成引き込み効果に関する観点からの改善につながる可能性があることを見出した。多孔質化はＩＩＩ族窒化物層内のひずみを低減し、半導体構造のひずみが小さくなるので、より多くのＩｎを取り込むための条件が利用可能となる。したがって本発明は、多孔質領域の上に成長させるＬＥＤ構造の層内への多くのインジウム取り込みを支援することができ、これは長波長の発光にとって極めて望ましい。

ｎドープ領域、発光領域、及びｐドープ領域は、好ましくは多孔質領域の上方に提供される。言い換えると、多孔質領域は、ＬＥＤ構造のｎドープ領域、発光領域、及びｐドープ領域の下方に位置決めされる。

発光層は、好ましくはインジウムガリウム窒化物（ＩｎＧａＮ）層である。

ＬＥＤにＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を設けることによって、多孔質領域が存在しない場合に可能であるよりも小さいひずみで、ｎドープ領域、発光領域、及びｐドープ領域を多孔質領域上に成長させることができる。したがって、このような積層半導体構造のひずみレベルの低減により、ＬＥＤの１又は複数の発光層内に多くのインジウムを取り込むことを支援できるので、インジウム含有量の多い高品質ＩｎＧａＮ発光層を成長させることが可能となる。これにより、充分なインジウムを発光インジウムガリウム窒化物層内に取り込むことができ、ＬＥＤは電気的バイアスが印加された場合に４００～５９９ｎｍのピーク波長で発光する。

上記の背景技術のセクションで述べたように、４００～５９９ｎｍで発光する赤色ＬＥＤには非常に大きな需要があるが、１又は複数の発光層内に充分なインジウムを取り込むことに技術的な難しさがあり、長波長ＬＥＤを達成することが困難であった。

発光層は、電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍ又は４００～５９０ｎｍ又は４３０～５７０ｎｍのピーク波長で発光する。

発明者らは、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上にＬＥＤ構造を成長させると、同じＬＥＤ構造を非多孔質基板上に成長させる場合に比べ、発光波長が長波長側へ大きくシフトすることを見出した。

発明者らは、これを実証するため、非多孔質ＧａＮウェーハ上に従来の緑色（５００～５２０ｎｍの発光）ＩｎＧａＮのＬＥＤ構造を成長させ、このＬＥＤが予想通り緑色光を発光することを確認した。次いで、同じ「緑色」ＩｎＧａＮのＬＥＤ構造を、多孔質領域を含むテンプレート上に成長させ、このＬＥＤに電気バイアスを印加すると、ＬＥＤはより長い（レッドシフトした）５３０～５５０ｎｍの波長範囲で発光した。

同様のレッドシフトを実証するため、ＧａＮの上に従来の青色ＬＥＤを成長させ、予想通り約４３５ｎｍのピーク波長で発光させた。次いで、同じＬＥＤ構造を多孔質領域を含むテンプレート上に成長させたが、このＬＥＤは４５０～４６０ｎｍのピーク発光波長で発光した。

したがって、本発明は、従来の容易に製造可能なＬＥＤ構造を長波長発光にシフトさせることができるので、以前は短波長（例えば紫色又は青色）ＬＥＤとして使用していたＬＥＤについて、その構造内に多孔質領域を組み込むことで長波長ＬＥＤにすることができる。これにより、従来技術の設計に伴う技術的な問題の多くを発生させることなく、ＬＥＤを有利に作製できる。

従来、長波長発光のために必要な大量のインジウムを組み込んだＩｎＧａＮ量子井戸を成長させるには、ＩｎＧａＮ材料のエピタキシャル成長中に低い成長温度が必要であった。低い成長温度の欠点には、結晶構造中に多くの欠陥が存在することやＮＨ３クラッキング効率（NH3 cracking efficiency）が低いことがある。

しかし、本発明では、成長中にＬＥＤテンプレートに多孔質領域が存在することによって結晶構造のひずみが低減し、所与の成長温度で以前に可能であったよりも多くのＩｎをアクティブ領域内へ取り込むことができる。したがって、構造内に多孔質領域を組み込むことにより大量のＩｎが高温で取り込まれるので、Ｉｎの取り込みを増大させるためＩｎＧａＮの成長温度を低下させる必要はなくなる。これにより、ＬＥＤに高いＩｎＧａＮ成長温度を用いることが可能となるので、従来技術における同様の波長のＬＥＤに比べ、結晶品質の向上、欠陥の減少、及び性能とＬＥＤ特性の改善が達成される。

ＬＥＤ発光領域は好ましくは、ＬＥＤのピーク発光波長よりも低いピーク波長で発光するためのＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域のピーク発光波長をより長いピーク発光波長にシフトさせる。

ＬＥＤ構造の下方の多孔質領域によって生じるレッドシフトの大きさは、多孔質領域の多孔度と厚さ及びＬＥＤアクティブ領域の設計を含む多くのファクタに依存する。当業者には多様なＬＥＤアクティブ領域が既知であり、エピタキシャル設計（厚さ、組成、ドーピングレベル）を変動させることは最先端の技術では一般的である。

レッドシフトの大きさは、異なるＬＥＤ構造では異なるが、好適な実施形態において多孔質領域が生成する典型的な波長レッドシフトは、１５ｎｍ～８０ｎｍ、又は好ましくは１５ｎｍ～５０ｎｍ、特に好ましくは３０ｎｍ～５０ｎｍ、又は３０ｎｍ～４０ｎｍである。したがって、非多孔質ＧａＮ基板上に成長させた従来のＬＥＤ構造は、多孔質領域を含むテンプレートの上に成長させた同じＬＥＤ構造よりも、電気バイアスのもとで、１５～８０ｎｍ、又は１５～５０ｎｍ、又は３０ｎｍ～５０ｎｍ短いピーク発光波長で発光する。

例えば、ＬＥＤ発光領域は、ＬＥＤの所望のピーク発光波長よりも１５～８０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光スペクトルを１５～８０ｎｍだけレッドシフトさせて、本発明に従ったＬＥＤのピーク発光波長に到達させることができる。

あるいは、ＬＥＤ発光領域は、ＬＥＤの所望のピーク発光波長よりも１５ｎｍ～５０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光スペクトルを１５ｎｍ～５０ｎｍだけレッドシフトさせて、本発明に従ったＬＥＤのピーク発光波長に到達させることができる。

あるいは、ＬＥＤ発光領域は、ＬＥＤの所望のピーク発光波長よりも３０ｎｍ～５０ｎｍ、又は好ましくは３０ｎｍ～４０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光スペクトルを３０ｎｍ～５０ｎｍ又は３０ｎｍ～４０ｎｍだけレッドシフトさせて、本発明に従ったＬＥＤのピーク発光波長に到達させることができる。

ＬＥＤ発光領域は、非多孔質ＧａＮテンプレート上に成長させた場合、種々の異なるピーク波長で発光するのに適しているか、又は発光するように構成されたＬＥＤ発光領域である。例えばＬＥＤ発光領域は、従来の非多孔質半導体テンプレート上に成長させた場合、当技術分野において既知である青色光（例えば４７５ｎｍ）を発するように構成された発光領域である。しかし、多孔質テンプレート上にこの「青色」ＬＥＤ発光領域を成長させて本発明に従ったＬＥＤを形成することにより、ＬＥＤ構造はレッドシフトを生じ、ＬＥＤは通常の４７５ｎｍ発光波長よりも長い波長で発光するようになる。

例えばＬＥＤ発光領域は、多孔質ＩＩＩ窒化物層上に成長させない場合、５２０～５５５ｎｍ、又は４４５～５２０ｎｍ、又は４００～４４５ｎｍ、又は３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域である。しかし、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域上にＬＥＤ発光領域を成長させると、発光領域の発光波長を、その発光領域の予想ピーク波長よりも長いピーク発光波長にシフトさせることができる。

多孔質材料をＬＥＤ内に導入するこれまでのいくつかの試みでは、多孔質材料が高度のスペクトル広がりを引き起こすので、スペクトル発光ピークの半値全幅（ＦＷＨＭ：full width half max）が不必要に広くなることがわかっていた。これは殆どのＬＥＤ用途において好ましくはない。ＬＥＤの発する光が所望の波長であるか又は所望の波長の近くであるためには、狭い発光ピークが好ましいからである。

有利には、本発明におけるＬＥＤは好ましくは、ＦＷＨＭが５０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下の光を発し、好ましくはＬＥＤのＦＷＨＭは４０ｎｍ未満であり、より好ましくは２０ｎｍ未満である。

好適な実施形態において、発光層はインジウムガリウム窒化物発光層である。ＬＥＤは好ましくは、ＧａＮ材料の領域も含む。ＧａＮとＩｎＧａＮとの格子不整合のため、多孔質領域によって生じる応力緩和効果は特に有利である。

発光ダイオードは、以下から選択された少なくとも１つの特徴を備える。
（ａ）発光領域が、１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８の量子井戸（又は少なくとも１の量子井戸）を含むこと、あるいは、
（ｂ）ＩＩＩ窒化物層が、組成Ａｌ_ｙＧａ_{（１－ｙ）}Ｎを有するアルミニウムガリウム窒化物層を含み、ｙは０．１～１．０の範囲内であること、あるいは、
（ｃ）ｎドープ部と発光領域との間に、紫外発光又は青色発光ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、又はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子、又はＩｎＧａＮ層が配置されていること、である。

オレンジ色ＬＥＤ
本発明の好適な態様において、ＬＥＤはオレンジ色ＬＥＤであり、発光領域は電気バイアスのもとで５９０～５９９ｎｍ又は５９２～５９７ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合にオレンジ色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、５４０～５６０ｎｍ又は５４０～５８０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５９０～５９９ｎｍのような黄色波長にシフトさせることができる。

黄色ＬＥＤ
本発明の好適な態様において、ＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、発光領域は電気バイアスのもとで５７０～５８９ｎｍ又は５８０～５９５ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に黄色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、５２０～５４０ｎｍ又は５４０～５６０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５７０～５８９ｎｍ又は５７５～５８５ｎｍのような黄色波長にシフトさせる。

黄色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２５≦ｘ≦０．３５である。

緑色ＬＥＤ
本発明の別の好適な態様において、ＬＥＤは緑色ＬＥＤであり、発光領域は好ましくは、電気バイアスのもとで５００～５６９ｎｍ又は５１０～５５５ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に緑色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４５０～５２０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５００～５６９ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのような緑色波長にシフトさせる。あるいは、ＬＥＤ発光領域は、４７０～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長をより長い緑色波長にシフトさせる。

緑色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２２≦ｘ≦０．３０であり、好ましくはｘ＝０．２５である。

青色ＬＥＤ
本発明の別の好適な態様において、ＬＥＤは青色ＬＥＤであり、発光領域は、電気バイアスのもとで４５０～４９９ｎｍ又は４５０～４８５ｎｍ又は４６０～４７５ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に青色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４００～４５０ｎｍ又は４２０～４３０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば４５０～４９９ｎｍのような青色波長にシフトさせる。あるいは、ＬＥＤ発光領域は、４２０～４７０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を４５０～４９９ｎｍのようなより長い青色波長にシフトさせる。

青色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１２≦ｘ≦０．２５、又は０．１５≦ｘ≦０．２２である。

紫色ＬＥＤ
本発明の別の好適な態様において、ＬＥＤは紫色ＬＥＤであり、発光領域は、電気バイアスのもとで４００～４４９ｎｍ又は４１０～４３０ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に紫色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は好ましくは、３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を４００～４４９ｎｍにシフトさせる。

紫色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．０５≦ｘ≦０．１７、又は０．０７≦ｘ≦０．１２である。

テンプレート
ｎ型領域、発光領域、及びｐ型領域（これらをＬＥＤ構造と呼ぶことができる）は、好ましくは、多孔質領域を含む半導体テンプレート上に成長させる。半導体テンプレートは、ＬＥＤ構造の成長に適した基板を提供するように配置された多数の半導体材料層も含む。しかし、ｎ型領域、発光領域、及びｐ型領域を一度テンプレート上に成長させたら、ＬＥＤ構造及びテンプレートは双方ともＬＥＤの一部を構成する。

多孔質領域は、少なくとも１ｎｍ、好ましくは少なくとも１０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも５０ｎｍの厚さを有する。例えば、多孔質領域は１ｎｍ～１００００ｎｍの厚さを有する。

多孔質領域は、１％～９９％多孔度、又は１０％～８０％多孔度、又は２０％～７０％多孔度、又は３０％～６０％多孔度の多孔度を有し得る。多孔質領域の多孔度は、多孔質領域全体の体積に対する全ての気孔の体積として測定される。

多孔度は、多孔質領域が引き起こす波長シフトの大きさに影響を及ぼすことが明らかになった。一般に、多孔率が高くなれば、非多孔質テンプレート上に形成された同じＬＥＤ構造と比較したＬＥＤの波長シフトが大きくなる。

多孔質領域は好ましくは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、又はＡｌＮのうち１つから形成される。

多孔質領域は、ｎ型領域、発光領域、及びｐ型領域の真下又は下方に置くことができる。好ましくは、ｎ型領域、発光領域、及びｐ型領域（ＬＥＤ構造）は、ＬＥＤ内での層の成長順によって規定されるように、多孔質領域の上又は上方に位置決めされる。ＬＥＤ構造は好ましくは多孔質領域上に成長させるので、ＬＥＤ構造は多孔質ＩＩＩ族窒化物層のひずみ緩和の恩恵を受ける。

ＬＥＤは、ｎドープ部と多孔質領域との間に位置決めされたＩＩＩ窒化物材料の接続層を含む。好ましくは、接続層の厚さは少なくとも１００ｎｍであるが、これより小さいか又は大きい厚さを用いてもよい。接続層は好ましくは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、又はＡｌＮのうち１つとすることができる。

ＬＥＤは好ましくは、多孔質領域と発光領域との間に、ＩＩＩ族窒化物材料多孔質領域の非多孔質中間層を含む。多孔質領域は、好ましくはＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を通した電気化学的多孔質化によって、ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）の方法を用いて形成される。このため、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層は通常、多孔質領域の上に維持される非多孔質中間層を形成する。非多孔質中間層は、製造中に更なる層の成長のための平滑表面を有利に提供する。

好ましくは、ＬＥＤは、多孔質領域と接続層との間に位置決めされた、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層を含む。好ましくは、多孔質領域の電気化学エッチングは、非多孔質層を通して実行される。

非多孔質中間層は好ましくは、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、又はＡｌＮのうち１つとすることができる。

多孔質領域は１つの多孔質層とすることができ、このため発光ダイオードはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を含む。好ましくは多孔質領域は、例えば多孔質ＩＩＩ族窒化物材料の連続層から形成された、連続的に多孔質である多孔質層である。

多孔質領域は複数の多孔質層を含むことができ、任意に複数の非多孔質層も含む。本発明の好適な実施形態において、多孔質領域は多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックであり、スタックの上面が多孔質領域の上部を画定し、スタックの下面が多孔質領域の下部を画定する。発光領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層のスタックを含む多孔質領域の上に形成される。

いくつかの実施形態では、発光領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の複数多孔質層のスタックの上に位置決めされる。このため多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の単一の多孔質層でなく、少なくともいくつかの層が多孔質であるＩＩＩ族窒化物材料の複数層のスタックである。好ましくは、多孔質層のスタックは、多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックである。

あるいは、多孔質領域は、１つ以上の多孔質領域を含むＩＩＩ族窒化物材料層であり、例えば、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層内に１つ以上の多孔質領域が含まれる。言い換えると、多孔質領域は多孔質材料の連続的な層である必要はない。

好適な実施形態において、多孔質領域又は多孔質層は、この多孔質層又は多孔質領域を成長させる基板と同等の横方向寸法（幅又は長さ）を有する。例えば、従来の基板ウェーハサイズは種々のサイズを有することができ、例えば１ｃｍ^２、又は直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、又は１６インチである。しかし、１つ以上の層をパターニングすること、及び／又は同一の層内に電荷キャリア濃度の異なる領域を堆積することによって、基板全体までは及ばない小さい多孔質領域を形成することもできる。したがって、多孔質層又は多孔質領域の横方向寸法は、１画素の約１０分の１（例えば０．１μｍ）から基板自体の横方向寸法まで変動する。

ｎドープ部は、好ましくはｎドープＩＩＩ族窒化物層を含む。

好ましくは、ｎドープ部及び／又はｎドープ層は、ｎ－ＧａＮ、又はｎ－ＩｎＧａＮ、又はｎ－ＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタック、又は、異なる濃度のインジウムを含有するｎ－ＩｎＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタックを含む。

ｎドープ部は、単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物部を含み得る。好ましくは、ｎドープ部は平坦な上面を有する単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層を含む。

多孔質領域、及び、多孔質領域と単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層との間のそれぞれの層は、単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層の平坦な上面に平行である上面及び下面を有する平坦な層とすることができる。

発光層は好ましくは１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸を含み、好ましくは１～７の量子井戸を含む。

発光層は、量子ドット、断片的な量子井戸、又は不連続的な量子井戸のような量子構造を含むＩｎＧａＮのナノ構造層とすることがでる。

発光層及び／又は量子井戸は好ましくは組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．０７≦ｘ≦０．３５であり、好ましくは０．１２≦ｘ≦０．３０又は０．２２≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２２≦ｘ≦０．２７である。

ＬＥＤは好ましくは、発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層と、を含む。

発光層上のＩＩＩ族窒化物層を「キャップ層」と呼ぶ。このキャップ層を用いて、１）バンド曲がりに対する量子閉じ込めシュタルク効果を増大し、これによってレッドシフトと長波長発光を達成し、また、２）ＩｎＧａＮ内の高いＩｎ％を保護して、長波長を達成すると共に大きいバリアを提供するために、充分なＩｎ％の取り込みを保証する。

ＬＥＤは好ましくは、量子井戸とｐドープ領域との間にＩＩＩ族窒化物材料のキャップ層を含む。キャップ層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＮとすればよい。

ＬＥＤは好ましくは、量子井戸とｐドープ領域との間にＩＩＩ族窒化物材料のバリア層を含む。バリア層は、ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、又はＡｌＮとすればよい。

ｐドープ領域は、ｐドープＩＩＩ族窒化物層と、ｐドープＩＩＩ族窒化物層と発光領域との間に位置決めされたｐドープアルミニウムガリウム窒化物層とを含む。ｐドープアルミニウム窒化物層は好ましくは、キャップ層とｐ型層との間に位置決めされた電子ブロック層（ＥＢＬ：electron blocking layer）であり、電子ブロック層は５～２５ａｔ％のアルミニウムを含有し、好ましくは、電子ブロック層の厚さは１０～５０ｎｍである。

多孔質領域は好ましくは、分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の一部ではない。

画素サイズ
発光領域及び／又はＬＥＤは、１００μｍより大きく３００μｍより小さい横方向寸法（幅と長さ）を有する。この場合、ＬＥＤを「ミニＬＥＤ」と呼ぶことができる。好適な実施形態において、ミニＬＥＤは、方形又は円形又は丸いコーナを有する方形とすることができ、３００μｍ×３００μｍ、２００μｍ×２００μｍ、１００μｍ×１００μｍ等の寸法を有する。

あるいは、発光領域及び／又はＬＥＤは、１００μｍ未満の横方向寸法（幅と長さ）を有する。この場合、ＬＥＤを「マイクロＬＥＤ」と呼ぶことができる。マイクロＬＥＤは好ましくは、８０μｍ未満、又は７０μｍ未満、又は６０μｍ未満、又は５０μｍ未満又は３０μｍ未満、又は２５μｍ未満、又は２０μｍ未満、又は１５μｍ未満又は１０μｍ未満、又は５μｍ未満又は３μｍ未満又は１μｍ未満又は５００ｎｍ未満、又は２００ｎｍ未満、又は１００ｎｍ未満、又は５０ｎｍ未満の横方向寸法を有する。

好適な実施形態において、マイクロＬＥＤは、方形又は円形又は丸いコーナを有する方形とすることができ、７５μｍ×７５μｍ、５０μｍ×５０μｍ、４０μｍ×４０μｍ、３０μｍ×３０μｍ、２５μｍ×２５μｍ、２０μｍ×２０μｍ又は１０μｍ×１０μｍ、又は５μｍ×５μｍ、又は２μｍ×２μｍ、又は１μｍ×１μｍ、又は５００ｎｍ×５００ｎｍ、又はより小さい寸法を有する。

ＬＥＤは任意に、円形、方形、矩形、六角形、又は三角形の形状とすることができる。不規則な形状の画素設計の場合、少なくとも１つの寸法は、ＬＥＤをミニＬＥＤ又はマイクロＬＥＤに分類するため上記で規定した寸法内に収まらなければならない。例えば、ＬＥＤをマイクロＬＥＤに分類するため、ＬＥＤの幅又は直径は好ましくは１００μｍ未満である。

ミニＬＥＤ
本発明の第２の態様では、本発明の第１の態様に従ったＬＥＤを含むミニＬＥＤを提供することができる。このミニＬＥＤにおいて、発光領域は、１００μｍより大きく３００μｍ又は２００μｍより小さい横方向寸法（幅と長さ）を有する。好適な実施形態において、ミニＬＥＤは、方形又は円形又は丸いコーナを有する方形とすることができ、３００μｍ×３００μｍ、２００μｍ×２００μｍ、１００μｍ×１００μｍ等の寸法を有する。

マイクロＬＥＤ
本発明の第３の態様では、本発明の第１の態様に従ったＬＥＤを含むマイクロＬＥＤを提供することができる。このマイクロＬＥＤにおいて、発光領域は、１００μｍより小さい横方向寸法を有する。マイクロＬＥＤは好ましくは、８０μｍ未満、又は７０μｍ未満、又は６０μｍ未満、又は５０μｍ未満又は３０μｍ未満、又は２５μｍ未満、又は２０μｍ未満、又は１５μｍ未満又は１０μｍ未満、又は５μｍ未満又は３μｍ未満又は１μｍ未満又は５００ｎｍ未満、又は２００ｎｍ未満、又は１００ｎｍ未満、又は５０ｎｍ未満の横方向寸法を有する。

マイクロＬＥＤのアレイ
本発明の第４の態様では、本発明の第３の態様に従った、マイクロＬＥＤを複数含むマイクロＬＥＤのアレイを提供することができる。

緑色ＬＥＤ
本発明の第５の態様によれば、緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。この緑色ＬＥＤは、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域を含み、発光領域は、
電気バイアスのもとで５００～５７０ｎｍのピーク波長で発光する発光層と、
発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層とを含み、
ＬＥＤはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含む。

緑色ＬＥＤの発光領域は好ましくは、電気バイアスのもとで５００～５７０ｎｍ又は５１０～５５５ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に緑色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４５０～５２０ｎｍ又は４７０ｎｍ～５１０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５００～５７０ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのような緑色波長にシフトさせることができる。

緑色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２２≦ｘ≦０．３０であり、好ましくはｘ＝０．２５である。

第１から第４の態様に関連して上述した特徴は、緑色ＬＥＤにも等しく当てはまる。

青色ＬＥＤ
本発明の第６の態様によれば、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）が提供される。この青色ＬＥＤは、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域を含み、発光領域は、
電気バイアスのもとで４５０～５００ｎｍのピーク波長で発光する発光層と、
発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層とを含み、
ＬＥＤはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含む。

発光領域は、電気バイアスのもとで４５０～５００ｎｍ又は４５５～４８５ｎｍ又は４６０～４７５ｎｍのピーク波長で発光する。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に青色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４００～４４５ｎｍ又は４２０～４３０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば４５０～５００ｎｍのような青色波長にシフトさせる。

青色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１２≦ｘ≦０．２２、又は０．１５≦ｘ≦０．２０とする。

第１から第４の態様に関連して上述した特徴は、青色ＬＥＤにも等しく当てはまる。

製造方法
本発明の第７の態様では、ＬＥＤの製造方法を提供するもので、この方法は、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域であって、電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍのピーク波長で発光する発光層を含む発光領域と、
を含むＬＥＤを、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に成長させるステップを含む。

あるいは、その方法は、以前に可能であったよりも高い成長温度で、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上にＬＥＤ構造を成長させるステップを含む。ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域があることは、半導体格子がひずみ緩和されることを意味するので、通常よりも高い成長温度を用いて、ＩｎＧａＮ発光層を成長させる場合に必要なインジウムを取り込める。多孔質領域上に成長させたＬＥＤ構造は既知のＬＥＤ構造であるが、この場合、多孔質テンプレートを使用することによって、非多孔質基板上に成長させる場合に可能であるよりも高い成長温度で、例えばＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）のようなＬＥＤ発光層を成長させることが可能となる。

本発明の第８の態様では、ＬＥＤの製造方法を提供することができ、この方法は、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域であって、電気バイアスのもとで３８５～５５５ｎｍのピーク波長で発光する発光層を含む発光領域と、
を含むＬＥＤを、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に成長させるステップを含み、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域上での成長は、発光領域の発光波長を、電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍのピーク波長にシフトさせる。

本発明の第９の態様によれば、電気バイアスのもとで４００ｎｍ～５９９ｎｍのピーク発光波長を有するＬＥＤを製造する方法を提供することができる。この方法は、
ｎドープ部と、
ｐドープ部と、
ＬＥＤのピーク発光波長よりも低いピーク波長で発光するための発光領域と、
を含むＬＥＤ構造を、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に成長させるステップを含み、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長をピーク発光波長にレッドシフトさせる。

ｎドープ部、ｐドープ部、及び発光領域を含むＬＥＤ構造は、ＬＥＤのピーク発光波長よりも低い波長で発光するためのＬＥＤ構造とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長をピーク発光波長にレッドシフトさせる。

以下の考察は、本発明の第７、第８、及び第９の態様の方法に当てはまる。

ＬＥＤ発光領域は、ＬＥＤの所望のピーク発光波長よりも１５～８０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光スペクトルを１５～８０ｎｍだけレッドシフトさせることができる。

あるいは、ＬＥＤ発光領域は、ＬＥＤの所望のピーク発光波長よりも１５ｎｍ～５０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光スペクトルを１５ｎｍ～５０ｎｍだけレッドシフトさせることができる。

ＬＥＤ発光領域は、非多孔質ＧａＮテンプレート上に成長させた場合、種々の異なるピーク波長で発光するのに適しているか又は発光するように構成されたＬＥＤ発光領域とすることができる。例えばＬＥＤ発光領域は、従来の非多孔質半導体テンプレート上に成長させた場合、当技術分野において既知である青色光（例えば４７５ｎｍ）を発するように構成された発光領域である。しかし、この「青色」ＬＥＤ発光領域を多孔質テンプレート上に成長させて本発明に従ったＬＥＤを形成することにより、ＬＥＤ構造はレッドシフトを生じ、ＬＥＤは通常の４７５ｎｍ発光波長よりも長い波長で発光するようになる。

例えばＬＥＤ発光領域は、多孔質ＩＩＩ窒化物層上に成長させない場合、５２０～５５５ｎｍ、又は４４５～５２０ｎｍ、又は４００～４４５ｎｍ、又は３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域である。しかし、ＬＥＤ発光領域をＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域上に成長させると、発光領域の発光波長を、その発光領域の予想ピーク波長よりも長いピーク発光波長にシフトさせることができる。

好適な実施形態において、発光層は発光インジウムガリウム窒化物層である。ＬＥＤは好ましくは、ＧａＮ材料の領域も含む。ＧａＮとＩｎＧａＮとの格子不整合のため、多孔質領域によって生じる応力緩和効果は特に有利である。

オレンジ色ＬＥＤの製造
その方法は、電気バイアスのもとで５９０ｎｍ～５９９ｎｍのピーク発光波長を有するオレンジ色ＬＥＤを製造する方法とすることができる。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に黄色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、５４０～５６０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５９０～５９９ｎｍのようなオレンジ色波長にシフトさせる。

オレンジ色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２５≦ｘ≦０．３５である。

黄色ＬＥＤの製造
その方法は、電気バイアスのもとで５７０ｎｍ～５８９ｎｍ又は５７５～５８５ｎｍのピーク発光波長を有する、黄色ＬＥＤを製造する方法とすることができる。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に黄色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、５２０～５４０ｎｍ又は５４０～５６０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば５７０～５８９ｎｍ又は５７５～５８５ｎｍのような黄色波長にシフトさせる。

黄色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２５≦ｘ≦０．３５である。

緑色ＬＥＤの製造
その方法は、電気バイアスのもとで５００ｎｍ～５７０ｎｍ又は５１０～５５５ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのピーク発光波長を有する緑色ＬＥＤを製造する方法とすることができる。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に緑色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４５０～５２０ｎｍ又は４７０～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば４９５～５７０ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのような緑色波長、又はより長い緑色波長にシフトさせる。

緑色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２２≦ｘ≦０．３０であり、好ましくはｘ＝０．２５である。

青色ＬＥＤの製造
方法は、電気バイアスのもとで４５０ｎｍ～４９９ｎｍ又は４５０～４８５ｎｍ又は４６０～４７５ｎｍのピーク発光波長を有する、青色ＬＥＤを製造する方法とすることができる。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に青色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、４００～４５０ｎｍ又は４２０～４７０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を、例えば４５０～４９９ｎｍのような青色波長、又はより長い青色波長にシフトさせることができる。

青色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１２≦ｘ≦０．２２、又は０．１５≦ｘ≦０．２０である。

紫色ＬＥＤの製造
その方法は、電気バイアスのもとで４００～４４９ｎｍ又は４１０～４３０ｎｍのピーク発光波長を有する青色ＬＥＤを製造する方法とすることができる。

多孔質領域上にＬＥＤ構造を成長させる場合に紫色ＬＥＤを提供するため、ＬＥＤ発光領域は、３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域とすることができ、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、発光領域の発光波長を４００～４４９ｎｍにシフトさせる。

紫色ＬＥＤの１つの好適な実施形態において、発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．０５≦ｘ≦０．１７、又は０．０７≦ｘ≦０．１２である。

製造ステップ
ｎ型領域、発光領域、及びｐ型領域（これらをＬＥＤ構造と呼ぶことができる）は、好ましくは、多孔質領域を含む半導体テンプレートの上に成長させる。半導体テンプレートは、ＬＥＤ構造の成長に適した基板を提供するように配置された多数の半導体層も含み得る。

その方法は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するため、ＩＩＩ族窒化物材料層を電気化学的に多孔質化する第１のステップを含む。これは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）に記載されている、ウェーハスケール多孔質化プロセスを用いて達成される。

その方法は好ましくは、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を通した電気化学的多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成し、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を非多孔質中間層とするステップを含む。非多孔質中間層は、ＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の接続層のような、更なる層の成長のための平滑表面を有利に提供する。

多孔質領域は、基板上のＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の層又は領域を多孔質化することによって形成される。基板は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ、β－Ｇａ_２Ｏ_３である。基板の結晶方位は、極性、半極性、又は無極性方位である。基板の厚さは、典型的に１００μｍ～１５００μｍの間で変動する。

多孔質領域は１つの多孔質層とすることができ、このため方法は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層の上に、ｎドープ部、ｐドープ部、及びＬＥＤ発光領域を成長させるステップを含む。好ましくは多孔質領域は、例えば多孔質ＩＩＩ族窒化物材料の連続層から形成された、連続的に多孔質である多孔質層である。

多孔質領域は複数の多孔質層を含むことができ、任意に複数の非多孔質層も含む。本発明の好適な実施形態において、多孔質領域は多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックであり、スタックの上面が多孔質領域の上部を画定し、スタックの下面が多孔質領域の下部を画定する。

あるいは、多孔質領域は、１つ以上の多孔質領域を含むＩＩＩ族窒化物材料層であり、例えば、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層内に１つ以上の多孔質領域が含まれる。

好適な実施形態において、多孔質領域又は多孔質層は、この多孔質層又は多孔質領域を成長させる基板と同等の横方向寸法（幅又は長さ）を有する。例えば、従来の基板ウェーハサイズは種々のサイズを有することができ、例えば１ｃｍ^２、又は直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、又は１６インチである。しかし、１つ以上の層をパターニングすること、及び／又は同一の層内に電荷キャリア濃度の異なる領域を堆積することによって、基板全体までは及ばない小さい多孔質領域を形成することが可能である。したがって、多孔質層又は多孔質領域の横方向寸法は、１画素の約１０分の１（例えば０．１μｍ）から基板自体の横方向寸法まで変動する。

多孔質化ステップに先立って、基板上に、好ましくは１つの層又は複数の層のスタックを含む、ｎドープＩＩＩ族窒化物半導体材料のドープ領域を堆積することができる。１又は複数のＩＩＩ族窒化物層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（四元層、三元層）。ＩＩＩ族窒化物スタックの厚さは、好ましくは１０～４０００ｎｍである。ＩＩＩ族窒化物領域は、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^２０ｃｍ^－３のドーピング濃度を有する。

好ましくは、ドープ材料を多孔質化する前に、ドープ材料の上に非ドープＩＩＩ族窒化物材料の中間層を堆積する。中間層の厚さは、好ましくは１ｎｍ～３０００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ～２０００ｎｍである。中間層は非ドープであるので、多孔質化ステップの後も非多孔質のままであり、これは半導体の更なる層のエピタキシャル成長のために良好な表面を提供する。

好適な実施形態において、ドープ領域は、ドープ層と非ドープ層の交互層からなるスタックである。好適な実施形態において、スタックは５～５０ペアの層を含む。高度ドープ層の各々の厚さは１０ｎｍ～２００ｎｍの間で変動し、低度ドープ層又は非ドープ層の厚さは５～１８０ｎｍとすることができる。

当技術分野において既知のように、電気化学的な多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料のｎ型ドープ領域から材料が除去され、半導体材料中に空の気孔を生成する。

好適な実施形態では、ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質層のスタックの上にＬＥＤ構造を形成する。このため多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の単一の多孔質層でなく、少なくともいくつかの層が多孔質である、ＩＩＩ族窒化物材料の複数の層のスタックである。多孔質層のスタックは、好ましくは多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックである。

その方法は好ましくは、ＩＩＩ族窒化物材料の中間層の表面上にＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の接続層を堆積するステップを含む。このステップの後、接続層上にｎドープ領域、ＬＥＤ発光領域、及びｐドープ領域を成長させる。

あるいは、多孔質領域の上に非多孔質中間層が存在しない場合、その方法は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の表面上にＩＩＩ族窒化物材料の接続層を堆積するステップを含む。

その方法は、接続層上にｎドープ領域、ＬＥＤ発光領域、及びｐドープ領域を成長させる更なるステップを含んでもよい。

この製造方法によって生成されるＬＥＤは、好ましくは、本発明の第１から第６の態様のうち１つに従ったＬＥＤである。

本発明の１つの態様に関して記載されている特徴は、本発明の他の態様にも等しく当てはまる。

これより図面を参照して本発明の実施形態を記載する。

図１は、本発明に従ったＬＥＤに適した多孔質テンプレートを示す。
図２～図１８は、本発明の好適な実施形態にしたがってＬＥＤを製造するステップを示す。
図１９は、多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤについて、正規化エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図２０は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤについて、異なる電流注入における正規化エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図２１は、図１５と同じＩｎＧａＮのＬＥＤであって、多孔質領域上に成長させたＩｎＧａＮのＬＥＤについて、異なる電流注入における正規化エレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図２２は、非多孔質基板上の様々な画素サイズのＩｎＧａＮマイクロＬＥＤについて測定したＩ－Ｖ曲線であり、差し込み図は黄色発光を示す。
図２３は、多孔質基板上の様々な画素サイズのＩｎＧａＮマイクロＬＥＤについて測定したＩ－Ｖ曲線であり、差し込み図は赤色発光を示す。
図２４Ａは、異なるテンプレート上に成長させた３種類のＬＥＤを比較した強度対ＥＬ波長を示すグラフである。
図２４Ｂは、異なるテンプレート上に成長させた３種類のＬＥＤを比較した強度対ＥＬ波長を示すグラフである。
図２４Ｃは、異なるテンプレート上に成長させた２種類のＬＥＤを比較した強度対ＥＬ波長を示すグラフである。

図１は、本発明に従ったＬＥＤに適した多孔質テンプレートを示す。

多孔質テンプレートは基板上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含み、多孔質領域の上面上にＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層が配置されている。任意に、基板と多孔質領域との間にＩＩＩ族窒化物材料の更なる層も存在する。

以下で詳述するように、多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ領域、次いでＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ層をエピタキシャルに成長させ、多孔質化プロセスを用いてｎドープ領域を多孔質化することによって提供される。多孔質化プロセスについては、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）に記載されている。

上述のように、この多孔質化によって結晶格子のひずみ緩和が生じ、これは、それ以降の更なる半導体層の成長が、格子内の圧縮ひずみ低減の恩恵を受けることを意味する。

多孔質領域は、１つ以上のＩＩＩ族窒化物材料からなる１つ以上の層を含むことができ、ある範囲の厚さを有し得るが、それら全ての場合で、多孔質領域の上方に成長させたＩｎＧａＮ発光層の波長をシフトさせることからなるひずみ緩和の利益が得られる。好適な実施形態において、多孔質領域は例えばＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮを含む。

図１に示されているテンプレートの上に様々なＬＥＤ構造を成長させることができる。

特に、当技術分野で黄色又は緑色ＬＥＤを製造するために既知であるＩｎＧａＮ発光層を含むＬＥＤ構造を、多孔質テンプレート上に標準的なＬＥＤ製造ステップを用いて成長させることができる。しかし、多孔質テンプレート上に成長させた場合、通常は第１の波長で発光するＬＥＤ構造は、レッドシフトにより長い波長で発光する。

このように、既知のＩｎＧａＮのＬＥＤ構造を成長させるためのテンプレート又は疑似基板として、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を用ることで、より長い波長のＬＥＤを簡単に製造することができる。

好適な実施形態において、本発明に従ったＬＥＤは以下の層を含み、以下に記載される段階的なプロセスを用いて製造される。

ＬＥＤ構造の以下の説明は、下から上に順に記載されるトップエミッションアーキテクチャに関するが、本発明はボトムエミッションアーキテクチャにも等しく適用可能である。

図２ 基板及び多孔質化のためのＩＩＩ族窒化物層
エピタキシャル成長の開始表面として、互換性のある基板を用いる。基板は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ、β－Ｇａ_２Ｏ_３、ＧａＮ、ガラス、又は金属とすればよい。基板の結晶方位は、極性、半極性、又は無極性方位とすることができる。基板サイズは、１ｃｍ^２から、直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、１６インチ、及びそれ以上まで変動し得る。基板の厚さは１μｍより大きく、例えば１μｍ～１５０００μｍである。

基板上に、ＩＩＩ族窒化物材料の１つの層又は複数の層のスタックをエピタキシャルに成長させる。ＩＩＩ族窒化物層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（二元層、三元層、又は四元層）。

ＩＩＩ族窒化物スタックの厚さＴは、好ましくは、少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍであり、例えば１０～１００００ｎｍである。

ＩＩＩ族窒化物層は、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^２０ｃｍ^－３のｎ型ドーピング濃度を有するドープ領域を含む。また、ＩＩＩ族窒化物層は、ドープ領域の上にＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ「キャップ」層も含む。

ドープ領域はＩＩＩ族窒化物層の露出上面で終端し、その場合、この層の表面は電気化学エッチングの間に多孔質化される。

あるいは、ＩＩＩ族窒化物材料のドープ領域をＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ「キャップ」層で覆うことで、ドープ領域を半導体構造の表面下に置いてもよい。ドープ領域の表面下開始深さ（ｄ）は、例えば１～２０００ｎｍとすることができる。

図３ 多孔質領域への多孔質化
ＩＩＩ族窒化物層（又は複数の層のスタック）は、基板上に堆積された後、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）に記載されているような、ウェーハスケール多孔質化プロセスによって多孔質化される。このプロセス中に、ＩＩＩ族窒化物材料のドープ領域は多孔質化するが、ＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ領域は多孔質化しない。

多孔質化ステップの後、構造体は、これ以前にｎドープＩＩＩ族窒化物材料であった場所に多孔質領域を含み、任意に、この多孔質領域の上に存在する非多孔質中間層も含む。

多孔質領域の多孔度は、電気化学エッチングプロセスによって制御され、１％～９９％の多孔度、好ましくは２０％～９０％又は３０％～８０％の多孔度とすればよいが、これらより低いか又は高い多孔度も使用され得る。

多孔質化後の多孔質領域の厚さは、好ましくは１ｎｍより大きく、更に好ましくは１０ｎｍより大きく、特に好ましくは少なくとも４０ｎｍ又は５０ｎｍ又は１００ｎｍである。しかし、多孔質領域によって与えられるひずみ緩和の利益を得るために必要な材料の厚さは、多孔質領域を生成するＩＩＩ族窒化物材料の種類に応じて変動する。

多孔質化プロセスによって生成される多孔質領域は、層全体を通して均一な組成と均一な多孔度を有するＩＩＩ族窒化物材料のバルク層である。あるいは、多孔質領域は、組成及び／又は多孔度が異なる複数の多孔質材料層を含み、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質スタックを形成する。例えば多孔質領域は、多孔質ＧａＮの連続層、又は多孔質ＩｎＧａＮの連続層、又は多孔質ＧａＮの１つ以上の層及び／又は多孔質ＩｎＧａＮの１つ以上の層を含むスタックである。発明者らは、異なる厚さ、組成、及び層のスタックを有する広範囲の多孔質領域で、成長のための多孔質領域のひずみ緩和の利益が得られることを見出している。

図面に示されている実施形態では、多孔質領域は単一の多孔質層である。

ドープ領域の上にＩＩＩ族窒化物材料の非ドープキャップ層が存在する場合、この非ドープ領域は、下方のドープ領域の表面貫通多孔質化が実行された後も非多孔質の状態を維持する。この非多孔質キャップ層の厚さＤは、好ましくは少なくとも２ｎｍ、又は少なくとも５ｎｍ、又は少なくとも１０ｎｍであり、好ましくは５～３０００ｎｍとすることができる。ドープ領域の上に非ドープキャップ層を設けると、多孔質化後に多孔質領域を覆うＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層が得られる利点がある。この非多孔質キャップ層は、多孔質領域の上方に更なる材料を良好に成長させるという利点を与える。

ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開されている）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開されている）の多孔質化方法を半導体ウェーハ全体に実行できるので、多孔質化のためのテンプレートを調製する処理／パターニング／処置は必要ない。

図４ 接続層
多孔質層の形成後、多孔質層と非多孔質キャップ層によって与えられる多孔質テンプレート／疑似基板上に、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤエピタキシ構造を成長させることができる。

テンプレート上にＬＥＤ構造を成長させるための第１の層を接続層１と呼ぶことができる。

非多孔質キャップ層上に直接ＬＥＤエピタキシャル構造を成長させることも可能であるが、ＬＥＤ構造を成長させる前にキャップ層の上に接続層１を設けることが好ましい。発明者らは、多孔質領域とＬＥＤエピタキシ構造との間にＩＩＩ族窒化物接続層１を用いると、ＬＥＤと多孔質テンプレート／基板との間の良好なエピタキシャル関係を有利に保証できることを見出した。この層の成長によって、接続層上のこれ以降の成長が確実に円滑かつエピタキシャルとなり、適切に高品質となる。

接続層１はＩＩＩ族窒化物材料で形成され、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（二元層、三元層、又は四元層）。

接続層はドープ層又は非ドープ層である。接続層は任意に、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｏ等の適切なｎ型ドーパント材料をドープされる。ＩＩＩ族窒化物層は、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^２０ｃｍ^－３のドーピング濃度を有する。

この接続層の厚さは、好ましくは少なくとも１００ｎｍであり、例えば１００～１００００ｎｍとすることができる。

図５ Ｎドープ領域
接続層の成長後、バルクｎドープＩＩＩ族窒化物領域２を成長させる。

ｎドープ領域２は、インジウムを含有するＩＩＩ族窒化物層、又はインジウムを含有するか含有しない薄いＩＩＩ族窒化物層のスタックを含むか又はこれらから構成することができ、あるいは、バルク層内もしくはスタック内でインジウムの原子百分率が変動するバルクＩＩＩ族窒化物層もしくはＩＩＩ族窒化物層のスタックを成長させる。例えばｎドープ領域は、ｎ－ＧａＮの層、又はｎ－ＩｎＧａＮの層、又はｎ－ＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタック、又は、異なる量のインジウムを有するｎ－ＩｎＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタックである。

好ましくは、ｎドープ領域２はインジウムを含むので、ｎドープ領域の結晶格子はＬＥＤのＩｎＧａＮ発光層の格子と同様の格子パラメータを有する。ｎドープ領域のインジウム原子百分率は、例えば０．１～２５％の間で変動する。

好適な実施形態において、ｎドープ領域のインジウム含有量は、ＩｎＧａＮ発光層のインジウム含有量の２０ａｔ％以下、又は１５ａｔ％以下、又は１０ａｔ％以下、又は５ａｔ％以下である。これによって、ｎドープ領域の格子パラメータはＩｎＧａＮ発光層と充分に類似し、これらの層間の過剰なひずみを回避することを有利に保証する。

ｎドープ領域の合計厚は、少なくとも２ｎｍ、又は少なくとも５ｎｍ、又は少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも２０ｎｍである。ｎドープ領域の厚さは、例えば２ｎｍ～５０００ｎｍの間で変動するか、又はより厚い場合もある。ｎドープ領域が複数の層のスタックを含む場合、スタック内の個々の層の厚さは好ましくは１～４０ｎｍである。

好ましくは、ｎドープ領域のｎ型ドーピング濃度は、１×１０^１７ｃｍ^－３～５×１０^２０ｃｍ^－３、好ましくは１×１０^１８ｃｍ^－３～５×１０^２０ｃｍ^－３であり、特に好ましくは１×１０^１８ｃｍ^－３より高い。

図６ 発光領域
ｎドープ領域２の成長後、１又は複数の発光層内のひずみを解放するため、下地（underlay）又は前層（pre-layer）又は前井戸（pre-well）（図６では番号を付けていない）を成長させることができる。下地は、ＧａＮもしくはＩｎＧａＮの単一層、又はＧａＮ、ＩｎＧａＮ、もしくはＧａＮ／ＩｎＧａＮ、もしくはＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮのスタック／複数層とすることができる。あるいは、下地は、構造はＩｎＧａＮのＱＷ／ＧａＮ量子バリアに類似しているがインジウムの割合が低い。例えば、比較的インジウムの割合が高い発光層を堆積する前に、この発光層よりもインジウムの割合が低いバルクＩｎＧａＮ層から成る下地を成長させることができる。あるいは下地は、発光層よりもインジウムの割合が低いＩｎＧａＮ「ダミー」ＱＷ、及び１つ以上のＧａＮ量子バリアの形態をとることも可能である。

ｎドープ領域２と任意に下地の成長後、ＩｎＧａＮ発光層を含む発光領域３を成長させる。

発光領域３は少なくとも１つのＩｎＧａＮ発光層を含む。それぞれのＩｎＧａＮ発光層はＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）とすることができる。好ましくは、発光領域は１～７の量子井戸を含む。隣接する量子井戸は、量子井戸とは異なる組成を有するＩＩＩ族窒化物材料のバリア層で分離される。

１又は複数の発光層は、本文書全体を通して「量子井戸」と呼ぶことができるが、種々の形態をとり得る。例えば、発光層はＩｎＧａＮの連続的な層とするか、又は、連続的な層、断片的な層、断続的な層とするか、ギャップを含むか、もしくは、量子井戸が量子ドットとして振る舞う複数の３Ｄナノ構造を実質的に含むようにナノ構造化することができる。

量子井戸及びバリアは、６００～８００℃の温度範囲で成長させる。

それぞれの量子井戸は、１５～４０％の原子インジウム百分率を有するＩｎＧａＮ層から成る。好ましくは、１又は複数の発光インジウムガリウム窒化物層及び／又は量子井戸は、組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．０５≦ｘ≦０．３５、好ましくは０．１２≦ｘ≦０．３０、又は０．２２≦ｘ≦０．３０、特に好ましくは０．２２≦ｘ≦０．２７である。

それぞれの量子井戸層の厚さは、１．５～８ｎｍ、好ましくは１．５ｎｍ～６ｎｍ、又は１．５ｎｍ～４ｎｍである。量子井戸は薄い（０．５～３ｎｍ）ＩＩＩ族窒化物ＱＷキャッピング層で覆われていてもよく、このキャッピング層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（四元層、三元層）。

ＱＷ成長の直後に追加される層であるＱＷキャッピング層は、ＡｌＮ、Ａｌ％が０．０１～９９．９％のＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｉｎ％が０．０１～３０％のＩｎＧａＮである。

発光層（量子井戸）を分離するＩＩＩ族窒化物ＱＷバリアは、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（四元層、三元層）。ＱＷバリアは、ＡｌＮ、Ａｌ％が０．０１～９９．９％のＡｌＧａＮ、ＧａＮ、及びＩｎ％が０．０１～１５％のＩｎＧａＮとすることができる。好ましくは、ＱＷバリア層はＡｌＮ及び／又はＡｌＧａＮを含有する。

１又は複数のＱＷキャッピング層及びＱＷバリアは発光領域３の一部を形成するので、これの層は図面において個別の参照番号で示されていない。

ＱＷキャッピング層は、それぞれのＱＷ成長の後であってバリア成長の前に成長させる。例えば、ＬＥＤが３つのＱＷを含む場合、これらのそれぞれのＱＷの上にＱＷキャッピング層を成長させ、次いでＱＷバリア層を成長させるので、発光領域はそのような３つのＱＷキャッピング層と３つのＱＷバリア層を含む。

１．ＱＷと同一の条件でキャップを成長させることができる。
２．成長を実行せずに高い温度に上昇させて、このキャップを成長させることが可能であり（これは実質的にアニーリングステップである）、ここでの温度上昇は異なるガス混合物内で実行できる。
３．温度上昇及び温度上昇中の成長を実行できる。

発光領域の設計は、当技術分野及び従来のＬＥＤ設計で充分に理解されているパラメータに従って変更される。例えば、ＬＥＤのターゲットＥＬ発光波長に応じて、発光層とバリア層の組成、厚さ、及び層数は変更される。本出願で前述したように、長波長の発光が望まれる場合は、ＩｎＧａＮ発光層のインジウム含有量は増加させる。

上述したように、本発明は、多孔質領域を含むテンプレートの上に、電気バイアスのもとで第１の波長で発光することが知られている既知のＬＥＤ構造を成長させることによって提供される。ＬＥＤ構造の下方の多孔質領域がもたらすひずみ緩和により、同一の成長条件下で１又は複数の発光層内に取り込めるインジウム量が増大するので、非多孔質基板の上に同一条件下で成長させた同じＬＥＤ構造に比べ、生成されるＬＥＤの波長はレッドシフトする。したがって、本発明を用いると、従来技術で可能であったよりも多様な発光波長を達成できる。特に、高いＩｎＧａＮ成長温度で長波長を達成することができる。これにより、ＬＥＤにおいて優れた品質の結晶構造が提供され、したがって高性能のＬＥＤが得られる。

長波長ＬＥＤの製造では、１又は複数の発光層内に大量のインジウムが存在するので、キャッピング層の重要性がいっそう高くなる。長波長の黄色、オレンジ色、又は赤色ＬＥＤを製造するこれまでの試みは、充分なインジウムが取り込まれないために失敗していたからである。したがって、発光領域内に充分なインジウムを捕捉することを保証するため、キャッピングは極めて重要である。

図７ キャップ層
１又は複数の発光層の成長後、非ドープキャップ層４を成長させる。非ドープキャップ層４は、完全な発光領域の成長後に、例えば、ＱＷ、ＱＷキャッピング層、及びＱＷバリア層のスタックの成長後に形成されるので、発光領域キャップ層と呼ぶことができる。

キャップ層（発光領域キャップ層）４は、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの成長スキームでは極めて良く知られている標準的な層である。

キャップ層の厚さは５～３０ｎｍとすることができ、好ましくは５～２５ｎｍ又は５～２０ｎｍである。

発光領域キャップ層４の目的は、発光領域（ＱＷスタック）内のインジウムを保護し、このインジウムが以降の処理中に脱着／蒸発するのを防止することにある。これは、通常、ＩｎＧａＮのＱＷは低温で成長させるが、これはＧａＮ／ＡｌＧａＮには好ましくなく、典型的には、発光領域の上方に更なる層を成長させる前に温度上昇ステップが必要となる。キャップ層は、１又は複数のＩｎＧａＮ発光層が適切にキャップされて保護されることを保証するために使用され、材料品質の向上のためｐドープ層成長条件を変更する機会と時間ウィンドウを提供する。また、発光領域キャップ層４は、ｐ型層の成長中にＭｇドーパントがＱＷ領域へ入らないことを保証する。

電子ブロック層（ＥＢＬ）
量子井戸、キャッピング層、及びバリア層の成長後、アルミニウムを含有する電子ブロックＩＩＩ族窒化層（ＥＢＬ）５を成長させる。Ａｌ％は例えば５～２５％とすることができるが、より多いＡｌ含有量も可能である。

ＥＢＬには適切なｐ型ドーピング材料がドーピングされる。ＥＢＬのｐ型ドーピング濃度は、好ましくは５×１０^１８ｃｍ^－３～８×１０^２０ｃｍ^－３である。

ＥＢＬの厚さは１０～５０ｎｍであり、好ましくは２０ｎｍである。

図８ Ｐドープ層
電子ブロック層（ＥＢＬ）５の上方にｐドープ層６を成長させる。

ｐ型領域は、好ましくはＭｇがドープされており、ｐ型層のｐ型ドーピング濃度は、好ましくは５×１０^１８ｃｍ^－３～８×１０^２０ｃｍ^－３である。

ｐドープＩＩＩ族窒化物層はＩｎ及びＧａを含む。

ドーピング層は、好ましくは２０～２００ｎｍの厚さであり、特に好ましくは５０～１００ｎｍの厚さである。ドーピング濃度はｐ型層内で変動してもよく、より良好なｐ接点を可能とするため、この層のＬＥＤ表面に近い方の最後の１０～３０ｎｍの部分にドーピングレベルのスパイクを有する。

ｐドープ層内のＭｇアクセプタを活性化するため、ＭＯＣＶＤ反応器内又はアニーリングオーブンで構造体をアニーリングすることができる。アニーリング温度は、Ｎ_２又はＮ_２／Ｏ_２雰囲気で７００～８５０℃の範囲である。

ＥＢＬ及びｐドープ層の双方がｐ型ドープされているので、これらの層をｐドープ領域と呼ぶことができる。

図９ 透明伝導層
次いで、アクティブ半導体層のスタックを透明伝導層７で覆う。透明伝導層は、Ｎｉ／Ａｕ、インジウムスズ酸化物、インジウム亜鉛酸化物、グラフェン、Ｐｄ、Ｒｈ、銀、ＺｎＯ等、又はこれらの材料の組み合わせから作製される。

透明伝導層の厚さは１０～２５０ｎｍである。

透明伝導層は当技術分野では周知であり、任意の適切な材料及び厚さを用いればよい。

ｐ接点をオーミックにするため、アニーリングステップが必要となる場合がある。

図１０
製造したＬＥＤ構造に応じて、半導体構造を処理してＬＥＤ、ミニＬＥＤ、又はマイクロＬＥＤデバイスにする。

通常のＬＥＤは、典型的に２００μｍより大きい（ＬＥＤ構造の幅及び長さの横方向寸法に関して。ミニＬＥＤは典型的に横方向サイズが１００～２００μｍであり、マイクロＬＥＤは典型的にサイズが１００μｍより小さい。

図１０以降は、半導体構造の層２～７をエッチングして、それぞれが同一の構造を有する複数の個別のＬＥＤスタック又はメサにした後の半導体構造を示す。

ＬＥＤ製造のステップは従来のもので、当業者には周知である。以下の製造ステップの順序は本発明に特有のものではなく、以下で説明される製造ステップの代替的な製造ステップを用いて本発明の範囲内のＬＥＤデバイスを調製できることは当業者には認められよう。しかし、例示のみを目的として、本発明にしたがってＬＥＤを調製する１つの好適な製造方法を以下に記載する。

次のステップでは、透明伝導層７がアクティブ発光要素の上面のみを覆うように構造化されている。この構造化は、レジストコーティング及びフォトリソグラフィを含む標準的な半導体処理方法を用いて実行することができる。透明伝導層は、ウェット化学エッチプロセス又はアルゴンを用いたスパッタエッチプロセスによってエッチングされる。このステップの後、ＩＩＩ族窒化物構造のウェット又はドライエッチングを行う。誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング、反応性イオンエッチングのみ、又は中性ビームエッチングを用いて、ＩＩＩ族窒化物層にメサを生成する。ドライエッチプロセスは、Ｃｌ、Ａｒ、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４ガスのうち１つ以上を含み得る。

このステップの目的は、個々の発光要素を分離することと、ｐ－ｎ接合の埋め込みｎドープ層にアクセスすることである。

ドライエッチプロセスの後、ウェットエッチプロセスを実行して、メサの側壁からドライエッチング損傷を除去する。湿式化学物質は、ＫＯＨ（１～２０％）、ＴＭＡＨ、又は他の塩基性化学物質を含む。

図１１ パッシベーション
次のステップは、１つのパッシベーション層８又は複数のパッシベーション層の組み合わせを堆積することである。開始パッシベーション層はＡｌ_２Ｏ_３（１０～１００ｎｍ）（原子層堆積によって堆積される）とすることができ、その後、スパッタ又はプラズマ励起化学気相堆積によりＳｉＯ_２、ＳｉＮ、又はＳｉＯＮ（５０～３００ｎｍ）を堆積する。

Ａｌ_２Ｏ_３は５０～１５０℃で堆積することができる。

ＳｉＯ_２、ＳｉＮ、及びＳｉＯＮは２５０～３５０℃で堆積することができる。

スパッタプロセスは室温で実行することができる。

図１２から図１３
次のステップは、酸化物パッシベーション層８に開口を生成してＬＥＤ構造の上部を露出させることである。これは、ウェットエッチング、ドライエッチング、又はそれら双方の組み合わせによって実行できる。

ウェットエッチングでは、緩衝酸化物エッチング、希釈フッ化水素酸、リン酸、又はこれらの混合物を使用することができる。

また、ＬＥＤ構造間の接続層１に溝をエッチングし、次いで溝内に誘電マスク材料８を堆積することによりＬＥＤ構造を相互に電気的に絶縁し、ＬＥＤが相互に独立して動作できるようにする。

デバイス製造における次のステップは、ｐドープ層６上の透明伝導層７を、電気的ｐ接点として作用する金属層で覆うことである。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップで実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆うことができる。この例では、詳細を簡略化するため単一のステップを用いる。

金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕを含み得る。完全な金属スタックの厚さは２００～２０００ｎｍとすることができる。

図１４ 接続層の露出
標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて第２のマスク層８に開口を生成し、接続層１の複数の領域を露出させる。開口のサイズは２００ｎｍ～５００００ｎｍの間で変動し得る。開口間の距離は５００ｎｍ～３００００ｎｍである。開口は、ＬＥＤ構造によって占められていないウェーハの領域にのみ生成される。

好ましくは、フッ素系ガスを用いたドライエッチングにより第２のマスク層８をエッチングする。

図１５ Ｎ接点
デバイス製造における次のステップは、酸化物８の開口を金属接点１０で覆い、ＬＥＤ構造のｎドープ層と電気的に接触している接続層１にアクセスすることである。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップによって実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆う。この実施例では、詳細を簡略化するため単一のステップを用いる。

金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕを含む。完全な金属スタックの厚さは２００～２０００ｎｍとすることができる。

図１６から図１８
この処理の後、基板を薄くする、及び／又は、多孔質領域を除去することにより、接続層１を露出する。

基板、多孔質領域又は層１に表面構造化又はテクスチャリングを実行して、光出力を増大させると共に、発光角並びに他の光工学及び設計を制御することができる。

最後に、ウェーハ／デバイスをひっくり返し、シリコン／サファイア又は他のタイプのパッシブデバイスからなるキャリア基板に接合する。あるいは、アクティブマトリクス・マイクロＬＥＤディスプレイパネル用のＣＭＯＳシリコンバックプレーンにデバイスを接合する。

図１６で示されているように、デバイスの上側を別のキャリアウェーハ／基板／バックプレーン１１に、又はマイクロドライバ回路基板に接合して画素のアレイを形成する。

図１７で示されているように、デバイスから基板を除去し、デバイスの下側をカバーガラス又は透明材料１２に接合する。

図１８で示されているように、基板、並びに多孔質及び非多孔質領域を、デバイスから除去する。デバイスの上側を、別のキャリアウェーハ／基板／バックプレーン１１に、又はマイクロドライバ回路基板に接合して画素のアレイを形成する。デバイスの下側を、カバーガラス又は透明材料１２に接合する。

ＬＥＤ構築の既知の原理に従ってＬＥＤ構造の組成及び層構造を変更することにより、個々のＬＥＤ構造の発光波長を制御できることは、当業者には理解されよう。このため、本発明を用いれば、様々な発光波長範囲で発光する多様な可変波長ＬＥＤデバイスを提供することができ、緑色から赤色以外の色の組み合わせを提供することも可能である。

図１９から図２３
図１９は、多孔質領域によってもたらされた波長レッドシフトに起因して、約６２５ｎｍ前後のピーク波長で発光する多孔質層上のＩｎＧａＮのＬＥＤの実施例を示す。

図２０及び図２１は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤ（図２０）と、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を含むテンプレート上に成長させた同じＩｎＧａＮのＬＥＤとの発光特性の比較である。これら２つのグラフを比較すると、多孔質の下層によって長い発光波長へのシフトが生じたことが実証されており、多孔質テンプレート上のＬＥＤの発光は非多孔質テンプレート上の同じＬＥＤよりも一貫して２１ｎｍ～４５ｎｍ長い。

図２２及び図２３は、非多孔質基板上の黄色ＩｎＧａＮマイクロＬＥＤ（図２２）と、多孔質層を含むテンプレート上の赤色ＩｎＧａＮマイクロＬＥＤとの、Ｉ－Ｖ特性の比較である。

図２４Ａから図２４Ｃ
チップオンウェーハ（ＣｏＷ：Chip on Wafer）ＬＥＤに図２４Ａから図２４Ｃの実験を行って、青色、緑色、及び黄色波長における波長シフトを試験した。

図２４Ａから図２４Ｃは、チップオンウェーハマイクロＬＥＤのアレイが発した光度又は輝度対ピークＥＬ発光波長のグラフである。図２４Ａから図２４Ｃは、４００ｎｍ～６００ｎｍの間の多様なＥＬ波長で発光するように構成されたＬＥＤで取得したものであり、様々な発光波長を有する広範囲のＬＥＤにおいて、本発明のレッドシフト効果が得られることを示す。

図２４Ａでは、ＧａＮ及び平坦サファイア基板（ＦＳＳ）上で成長させた標準的な４５０ｎｍのＬＥＤ Ａを試験し、電気バイアスのもとで主に４４０～４５０ｎｍの範囲内で発光することを見出した。図２４Ａにおいて、ＬＥＤ Ａのデータはピンク色のデータポイントで示されている。

４２０ｎｍ前後で発光することが知られているＬＥＤ構造ＬＥＤ Ｂを、非多孔質ＧａＮテンプレート上に成長させた。図１９Ａで示されているように、ＬＥＤ Ｂは電気バイアスのもとで約４２５～４２５ｎｍで発光する。図２４Ａにおいて、ＬＥＤ Ｂのデータは暗い赤色のデータポイントで示されている。

本発明によって与えられる波長レッドシフトを示すため、ＬＥＤ Ｂと同じＬＥＤ構造を有するＬＥＤ Ｃを、多孔質ＧａＮ領域を含むテンプレート上に成長させた。図２４Ａにおいて、ＬＥＤ Ｃのデータは緑色のデータポイントで示されている。ＬＥＤ Ｂ（非多孔質基板上で４２０ｎｍ前後のピーク波長で発光する）は、４３０～４５０ｎｍの範囲内のピークＥＬ発光波長を有するＬＥＤ Ｃを提供する目標に適したＬＥＤ構造として選択され、ＬＥＤ Ｃは、多孔質テンプレート上で成長させた場合に可視スペクトルの紫色領域で発光する。

ＬＥＤ Ｂ及びＬＥＤ Ｃは、同じＬＥＤ構造を有し（同じアクティブ領域、並びに同じｎ型領域及びｐ型領域）、同一の成長条件下で同じエピタキシャル成長動作で成長させた。しかし、図２４Ａで示されているように、ＬＥＤ Ｃが多孔質領域の上に形成されていることによって発光挙動に大きな差が生じる。第１に、多孔質ＧａＮ上のＬＥＤ ＣはＬＥＤ Ｂよりも長い波長で、すなわち、４２０ｎｍに対して４３０～４４５ｎｍの範囲内で発光する。したがって、多孔質領域上での成長は、アレイ内のＬＥＤにおいて平均１０～２５ｎｍ前後の波長レッドシフトをもたらした。第２に、非多孔質テンプレートでなく多孔質ＧａＮテンプレート上でＬＥＤ Ｃを形成したことにより、ひずみ緩和された多孔質領域上で成長した半導体層の品質向上の結果として、ＬＥＤ発光強度が著しく増大した。

図２４Ｂでは、標準的な緑色ＬＥＤ「Ｄ」を、非多孔質ＧａＮテンプレート上で成長させ、電気バイアスのもとで主に５１０～５３０ｎｍの範囲内で発光することを見出した。図２４Ｂにおいて、ＬＥＤ Ｄのデータは緑色のデータポイントで示されている。

同じ緑色ＬＥＤ構造を、多孔質ＧａＮ層を含む同様のＧａＮテンプレート上に成長させて、ＬＥＤ Ｅを形成した。図１９Ｂにおいて、ＬＥＤ Ｅのデータは暗い赤色のデータポイントで示されている。ＬＥＤ Ｅは、ひずみ緩和された多孔質領域上で成長した半導体層の品質向上によるレッドシフトに起因して、ＬＥＤ Ｄの５２０ｎｍ発光波長に比べ、平均５４０～５６０ｎｍという長い波長で発光することを見いだした。

図２４ＣはＬＥＤ Ｆの比較データを示すもので、ＬＥＤ Ｆは電気バイアスのもとで５４０～５６０ｎｍ前後で発光することが知られているＬＥＤ構造である。図２４Ｃにおいて、ＬＥＤ Ｆのデータは青色のデータポイントで示されている。

本発明によって与えられる波長レッドシフトを示すため、ＬＥＤ Ｆと同じＬＥＤ構造を有するＬＥＤ Ｇを、多孔質ＧａＮ領域を含むテンプレート上に成長させた。図２４Ｃにおいて、ＬＥＤ Ｇのデータは暗い赤色のデータポイントで示されている。ＬＥＤ Ｆ（非多孔質基板上で５４０～５６０ｎｍ前後のピーク波長で発光する）は、５５０～５７０ｎｍの範囲内のピークＥＬ発光波長を有するＬＥＤ Ｇを提供する目標に適したＬＥＤ構造として選択され、ＬＥＤ Ｇは、多孔質テンプレート上で成長させた場合、可視スペクトルの緑色領域で発光する。

ＬＥＤ Ｆ及びＬＥＤ Ｇは、同じＬＥＤ構造を有し（同じアクティブ領域、並びに同じｎ型領域及びｐ型領域）、同一の成長条件下で同じエピタキシャル成長動作で成長させた。しかし、図２４Ｃで示されているように、ＬＥＤ Ｇが多孔質領域の上に形成されていることは、多孔質ＧａＮ上のＬＥＤ ＧがＬＥＤ Ｆよりも長い波長で、すなわち、５４０～５６０ｎｍに対して５５０～５７０ｎｍの範囲内で発光することを意味する。多孔質領域がもたらすひずみ緩和によって、ＬＥＤ Ｇは、同じ成長条件下でＬＥＤ Ｆよりも多くのインジウムを取り込めるので、結果としてＬＥＤ Ｇは長波長発光が可能となる。

Claims (61)

1. 発光ダイオード（ＬＥＤ）であって、
   ｎドープ部と、
   ｐドープ部と、
   前記ｎドープ部とｐドープ部との間に配置された発光領域であって、
   電気バイアスのもとで４００～５９９ｎｍのピーク波長で発光する発光層と、
   前記発光層上に配置されたＩＩＩ族窒化物層と、前記ＩＩＩ族窒化物層上に配置されたＩＩＩ族窒化物バリア層と、
   を含む発光領域と、
   を備え、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を備える、発光ダイオード（ＬＥＤ）。
2. 請求項１に記載のＬＥＤであって、
   次から選択された少なくとも1つの特徴を有する前記発光ダイオード。
   （ａ）前記発光領域が、１又は２又は３又は４又は５又は６又は７又は８の量子井戸（又は少なくとも１の量子井戸）を含むこと、あるいは、
   （ｂ）前記ＩＩＩ窒化物層が、組成Ａｌ_ｙＧａ_{（1－ｙ）}Ｎを有するアルミニウムガリウム窒化物層を含み、ｙは０．１～１．０の範囲内であること、あるいは、
   （ｃ）前記ｎドープ部と前記発光領域との間に、紫外発光又は青色発光ＩｎＧａＮ／ＧａＮ、又はＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ超格子、又はＩｎＧａＮ層が配置されていること。
3. 請求項１又は２のいずれかに記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤ発光領域は前記ＬＥＤの前記ピーク波長よりも低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記ピーク発光波長をより長いピーク発光波長にシフトさせるＬＥＤ。
4. 請求項３に記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤ発光領域は前記ＬＥＤの前記ピーク発光波長よりも１５～８０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記ピーク発光波長を１５～８０ｎｍだけレッドシフトさせるＬＥＤ。
5. 請求項３に記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤ発光領域は前記ＬＥＤの前記ピーク発光波長よりも３０～５０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記ピーク発光波長を３０～５０ｎｍだけレッドシフトさせるＬＥＤ。
6. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤはオレンジ色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで５９０～５９９ｎｍ又は５９２～５９７ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ。
7. 請求項６に記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤ発光領域は５４０～５７５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記発光波長を５９０～５９９ｎｍにシフトさせるＬＥＤ。
8. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤは黄色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで５７０～５８９ｎｍ又は５８０～５８５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ。
9. 請求項８に記載のＬＥＤであって、
   前記ＬＥＤ発光領域は５２０～５７５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記発光波長を５７０～５８９ｎｍにシフトさせるＬＥＤ。
10. 請求項８又は９に記載のＬＥＤであって、
    前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２５≦ｘ≦０．３５であり、前記ＬＥＤは黄色ＬＥＤであるＬＥＤ。
11. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤは緑色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで５００～５６９ｎｍ又は５１０～５５５ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ。
12. 請求項１１に記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤ発光領域は４５０～５２０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記発光波長を５００～５６９ｎｍにシフトさせるＬＥＤ。
13. 請求項１１又は１２のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２２≦ｘ≦０．３０であり、好ましくはｘ＝０．２５であり、前記ＬＥＤは緑色ＬＥＤであるＬＥＤ。
14. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤは青色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで４５０～４９９ｎｍ又は４６０～４９０ｎｍ又は４７０～４８０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ。
15. 請求項１４に記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤ発光領域は４００～４５０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記発光波長を４５０～４９９ｎｍにシフトさせるＬＥＤ。
16. 請求項１４又は１５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１２≦ｘ≦０．２２であり、前記ＬＥＤは青色ＬＥＤであるＬＥＤ。
17. 請求項１から５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤは紫色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで４００～４４９ｎｍ又は４００～４４５又は４１０～４４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ。
18. 請求項１７に記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤ発光領域は３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、前記発光領域の前記発光波長を４００～４４９ｎｍにシフトさせるＬＥＤ。
19. 請求項１７又は１８のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．０５≦ｘ≦０．１７であり、前記ＬＥＤは紫色ＬＥＤであるＬＥＤ。
20. 請求項１から１９のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤは、ＦＷＨＭが５０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下、又は２０ｎｍ以下の光を発し、好ましくは前記ＬＥＤは２０～４０ｎｍのＦＷＨＭを有するＬＥＤ。
21. 請求項１から２０のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光層はインジウムガリウム窒化物発光層であるＬＥＤ。
22. 請求項１から２１のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記多孔質領域は、少なくとも１ｎｍ、好ましくは少なくとも１０ｎｍ、特に好ましくは少なくとも５０ｎｍの厚さを有するＬＥＤ。
23. 請求項１から２２のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ＬＥＤは、前記ｎドープ部と前記多孔質領域との間に位置決めされたＩＩＩ窒化物材料の接続層を備え、好ましくは前記接続層の前記厚さは少なくとも１００ｎｍであるＬＥＤ。
24. 請求項２３に記載のＬＥＤであって、前記多孔質領域と前記接続層との間に位置決めされたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層を備えるＬＥＤ。
25. 請求項１から２４のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ｎドープ部はｎドープＩＩＩ族窒化物層を含み、好ましくは前記ｎドープ部は、ｎ－ＧａＮ、又はｎ－ＩｎＧａＮ、又はｎ－ＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタック、又は、異なる濃度のインジウムを含有するｎ－ＩｎＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタックを含むＬＥＤ。
26. 請求項１から２５のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ｎドープ部は単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物部を含み、好ましくは前記ｎドープ部は、平坦な上面を有する単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層を含むＬＥＤ。
27. 請求項２６に記載のＬＥＤであって、
    前記多孔質領域、及び、前記多孔質領域と前記単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層との間のそれぞれの層は、前記単結晶ｎドープＩＩＩ族窒化物層の前記平坦な上面に平行である上面及び下面を有する平坦な層であるＬＥＤ。
28. 請求項１から２７のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光層は１つ以上の量子井戸を含み、好ましくは１～７の量子井戸を含むＬＥＤ。
29. 請求項１から２８のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光層は、量子ドット、断片的な量子井戸、又は不連続的な量子井戸のような量子構造を含むナノ構造層であるＬＥＤ。
30. 請求項２８又は２９のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記発光層はインジウムガリウム窒化物発光層であり、前記インジウムガリウム窒化物発光層及び／又は前記量子井戸は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１５≦ｘ≦０．３５であり、好ましくは０．２０≦ｘ≦０．３０又は０．２２≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２２≦ｘ≦０．２７であるＬＥＤ。
31. 請求項１から３０いずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光層と前記ｐドープ部との間にＩＩＩ族窒化物材料のキャップ層を備えるＬＥＤ。
32. 請求項１から３１のいずれかに記載のＬＥＤであって、
    前記ｐドープ部は、ｐドープＩＩＩ族窒化物層と、前記ｐドープＩＩＩ属窒化物層と前記発光領域との間に位置決めされたｐドープアルミニウムガリウム窒化物層とを含むＬＥＤ。
33. 請求項３２に記載のＬＥＤであって、
    前記ｐドープアルミニウム窒化物層は前記キャップ層と前記ｐ型層との間に位置決めされた電子ブロック層（ＥＢＬ）であり、前記電子ブロック層は５～２５ａｔ％のアルミニウムを含有し、好ましくは前記電子ブロック層の厚さは１０～５０ｎｍであるＬＥＤ。
34. 請求項１から３３のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記多孔質領域は分布ブラッグ反射器（ＤＢＲ）の一部ではないＬＥＤ。
35. 請求項１から３４のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光領域は１００μｍより大きく２００μｍより小さい横方向寸法を有するＬＥＤ。
36. 請求項１から３４のいずれかに記載のＬＥＤであって、前記発光領域は１００μｍより小さい横方向寸法を有するＬＥＤ。
37. 請求項１から３６のいずれかに記載のＬＥＤを複数備えるＬＥＤのアレイ。
38. 電気バイアスのもとで４００ｎｍ～５９９ｎｍのピーク発光波長を有するＬＥＤの製造方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上にＬＥＤ構造を成長させるステップを含み、前記ＬＥＤ構造は、
    ｎドープ部と、
    ｐドープ部と、
    前記ＬＥＤの前記ピーク波長よりも低い波長で発光する発光領域と、を含み、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記発光波長を前記ピーク発光波長にレッドシフトさせる、ＬＥＤの製造方法。
39. 請求項３８に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は前記ＬＥＤの前記ピーク発光波長よりも１５～８０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記ピーク発光波長を１５～８０ｎｍだけレッドシフトさせる方法。
40. 請求項３８に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は前記ＬＥＤの前記ピーク発光波長よりも３０～５０ｎｍ低いピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記ピーク発光波長を３０～５０ｎｍだけレッドシフトさせる方法。
41. 請求項３８、３９、又は４０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは、電気バイアスのもとで５９０～５９９ｎｍ又は５９５～５９９ｎｍのピーク発光波長を有するオレンジ色ＬＥＤである方法。
42. 請求項４１に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は５２０～５８０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記発光波長をレッドシフトさせる方法。
43. 請求項３８、３９、又は４０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは、電気バイアスのもとで５７０～５８９ｎｍ又は５７５～５８５ｎｍのピーク発光波長を有する黄色ＬＥＤである方法。
44. 請求項４３に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は５２０～５６０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記発光波長をレッドシフトさせる方法。
45. 請求項４３又は４４のいずれかに記載の方法であって、前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２５≦ｘ≦０．３５であり、前記ＬＥＤは黄色ＬＥＤである方法。
46. 請求項３８、３９、又は４０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは、電気バイアスのもとで５００～５６９ｎｍ又は５１０～５５５ｎｍ又は５２０～５４０ｎｍのピーク発光波長を有する緑色ＬＥＤである方法。
47. 請求項４６に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は４５０～５６０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記ピーク発光波長をレッドシフトさせる方法。
48. 求項４６又は４７のいずれかに記載の方法であって、前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．２２≦ｘ≦０．３０であり、好ましくはｘ＝０．２５であり、前記ＬＥＤは緑色ＬＥＤである方法。
49. 請求項３８、３９、又は４０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは青色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで４５０～４９９ｎｍ又は４５５～４９５ｎｍ又は４６０～４８０ｎｍのピーク発光波長で発光する方法。
50. 請求項４９に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は４００～４５０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記ピーク発光波長をレッドシフトさせる方法。
51. 請求項４９又は５０のいずれかに記載の方法であって、前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１８≦ｘ≦０．２５であり、前記ＬＥＤは青色ＬＥＤである方法。
52. 請求項３８、３９、又は４０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは紫色ＬＥＤであり、前記発光領域は電気バイアスのもとで４００～４４９ｎｍ又は４１０～４３５ｎｍのピーク波長で発光する方法。
53. 請求項５２に記載の方法であって、前記ＬＥＤ発光領域は３８５～４２５ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ発光領域であり、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記発光領域の前記発光波長をレッドシフトさせる方法。
54. 請求項５２又は５３のいずれかに記載の方法であって、前記発光層は組成Ｉｎ_ｘＧａ_１－ｘＮを有し、０．１５≦ｘ≦０．２２であり、前記ＬＥＤは紫色ＬＥＤである方法。
55. 請求項３８から５４のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは、ＦＷＨＭが５０ｎｍ以下、又は４０ｎｍ以下、又は３０ｎｍ以下の光を発し、好ましくは前記ＬＥＤは２０～４０ｎｍのＦＷＨＭを有する方法。
56. 請求項３８から５５のいずれかに記載の方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するため、ＩＩＩ窒化物材料層を電気化学的に多孔質化する第１のステップを含む方法。
57. 請求項５６に記載の方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を通した電気化学的多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成し、ＩＩＩ族窒化物材料の前記非多孔質領域が非多孔質中間層を形成するステップを含む方法。
58. 請求項５７に記載の方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の前記中間層の前記表面上にＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の接続層を堆積するステップを含み、このステップの後、前記接続層上に前記ｎドープ領域、前記ＬＥＤ発光領域、及び前記ｐドープ領域を成長させる方法。
59. 請求項５６に記載の方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の前記表面上にＩＩＩ族窒化物材料の接続層を堆積するステップを含む方法。
60. 請求項５８又は５９のいずれかに記載の方法であって、前記接続層上に、前記ｎドープ領域、前記ＬＥＤ発光領域、及び前記ｐドープ領域を成長させるステップを含む方法。
61. 請求項３８から６０のいずれかに記載の方法であって、前記ＬＥＤは請求項１から３７のいずれかに規定されるようなＬＥＤである方法。

Images