TW202221937A - Led裝置及製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種製造LED裝置之方法包含以下步驟：在一III族-氮化物材料之多孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層；在該n摻雜連接層上形成一第一電絕緣遮罩層；移除該第一遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第一暴露區域；在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構；在該第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層；移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第二暴露區域；及在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光的一第二LED結構。在此亦提供一LED裝置、一LED之陣列及一三色LED裝置。

Description

LED裝置及製造方法
本發明係有關於半導體裝置及製造半導體裝置之方法，特別是有關於LED裝置、LED裝置之陣列及製造LED裝置之改良方法。
用於發光之標準發光二極體(LED)通常大於200 μm×200 μm。微型LED係具有高密度且具有低至小於100 μm×100 μm之橫向大小的微尺度LED之陣列。因此一微型LED可定義為具有小於100 μm×100 μm一直到低至數十分之一奈米或甚至更小之橫向尺寸的一LED結構。
以往，有人嘗試使用習知技術製造微型LED。例如，先前嘗試使用一般LED磊晶及雷射剝離、靜電載運及彈性體衝壓來進行轉移。但是，對如此小之微型LED使用這方法會有一些問題。
這些問題包括： 使用一般LED磊晶，難以在相同微型LED之晶片上產生全部三種主要顏色(RGB：紅、綠、藍)。 對綠及紅微型LED而言效率低。 一直需要乾式蝕刻來界定微尺度LED台面。隨著LED尺寸變小，對該LED結構之側壁的電漿破壞會影響該等裝置發光效率及壽命。 雷射剝離產率低且成本高。 由於既有之應變/屈曲問題，轉印之產率低。
由於這些問題，習知LED製造技術用於製造高品質微型LED是無法令人滿意的。詳而言之，習知LED製造技術用於製造在相同基材上包含多種不同顏色之LED的多色LED裝置是無法令人滿意的。
本申請案係有關於一種製造LED裝置之改良方法及使用該方法製成之LED裝置。本發明係界定在以下應參照之獨立項中。本發明之較佳或有利特徵係在依附項中提出。
該LED裝置係較佳地由III-V族半導體材料，且特佳係由III族-氮化物半導體材料形成。
「III-V族」半導體包括如Ga、Al及In之III族元素及如N、P、As及Sb)之V族元素的二元、三元及四元合金，且受到包括光電子學之多種應用的大量關注。
受到特別關注的是稱為「III族-氮化物」材料之半導體材料種類，其包括氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)及氮化鋁(AlN)，以及其三元及四元合金。III族-氮化物材料不僅在固態發光及電力電子學中獲得商業成功，而且對量子光源及光與物質交互作用而言亦具有特別好處。
雖然各種III族-氮化物材料在商業上受到關注，但氮化鎵(GaN)被廣泛地視為其中一種最重要的新半導體材料，且受到多種應用之特別關注。
已知的是在整塊GaN中導入孔隙可深刻地影響其材料性質，例如其折射率。藉由改變其孔隙度來調整GaN之光學性質的可能性因此使多孔GaN受到光電子應用之大量關注。
本發明係藉由參照GaN來說明，但亦可有利地應用於替代之III族-氮化物材料。
有關III-V族半導體材料之先前公報包括國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)。
發明人發現可使用本發明有利地提供多色LED裝置及多色LED裝置之陣列。 製造LED裝置之方法
依據本發明之一第一態樣，提供一種製造LED裝置之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜連接層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第一暴露區域； 在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第二暴露區域；及 在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光的一第二LED結構。
藉由在該n摻雜連接層上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構及組配成以一第二發射波長發光之一第二LED結構，提供一多色LED裝置。第一與第二LED結構都以不同波長發光，但它們設置在相同多孔模板上。
該第一LED結構及該第二LED結構可組配成以各種不同波長發光。例如，該第一LED結構可為一發射綠光LED結構、一發射藍光LED結構或一發射紅光LED結構。該第二LED結構亦可為一發射綠光LED結構、一發射藍光LED結構或一發射紅光LED結構，但組配成以與該第一LED結構不同之顏色發光。
在較佳實施例中，該第一LED結構係組配成當該LED結構在電偏壓之作用下時以在515 nm與540 nm間且較佳為大約530 nm之一第一發射波長發光，且該第二LED結構係組配成當該LED結構在電偏壓作用下時以在570 nm與630 nm間之一第二發射波長且較佳為大於600 nm之一波長發光。
該LED裝置較佳地係由多個平坦半導體材料層之一堆疊物形成的一層狀基材。在磊晶沈積該結構之各層或區域時，可控制該結構之各層中的厚度、組成及電荷載子濃度。當藉由依序沈積多層來形成該裝置時，後來層係沈積在較早層之頂面上，使得它們位在製得結構中之較早層上方。該等裝置通常在平坦基材上沈積成非常薄之層，使得該等層之橫向寬度遠大於其高度。藉由控制層沈積之順序及控制各層相對下方層之橫向尺寸及位置，可控制該裝置組件之相對位置。除非另外聲明，在此說明為形成或位在另一層「上面」或「上方」之一層或區域係都垂直地設置在該半導體結構中之另一層上方，且橫向地延伸遍及一領域，該領域對應下方該結構中之另一層之至少一部份的一領域。
該n型連接層有利地作為一電流分散層以提供電流至該等第一與第二LED結構。提供與相同導電連接層接觸之多數LED結構亦表示可非常容易與兩LED結構都產生電氣n接觸。
形成一電絕緣(介電)遮罩層且接著移除該遮罩之一部份以暴露該n摻雜連接層之一暴露區域而產生可形成該等LED結構之一模板或「部署區」的步驟。該等暴露區域之大小及形狀可藉由控制被移除之遮罩部份的大小及形狀來控制。該半導體材料之後續層可接著沈積在該等第一與第二暴露區域上以分別地形成該等第一與第二LED結構。藉由控制該等暴露區域之大小及形狀，可控制後來形成之LED結構的橫向大小(長度及寬度)及形狀。這大小控制對於成長具有極小橫向尺寸之微型LED結構特別有利。
在習知技術中，大尺度LED結構成長且接著藉由蝕刻通道分成多個微型LED以將該結構切割成所需橫向大小之微尺寸平台或「台面」。在藉由該習知技術製成之微型LED中，對該LED結構之側壁的蝕刻破壞可對由微型LED形成之微小像素具有一明顯影響。這會傷害該等微型LED之可靠性及亮度。
本發明之方法有利地表示該等第一與第二LED結構形成在預定暴露區域中，且選擇地具有正確大小及形狀以形成微型LED。因為在本發明中之暴露區域控制各LED結構之部署區，所以該等第一與第二LED結構可先有利地形成一適當大小，因此不需要蝕刻本發明之LED結構來減少其橫向大小。因此製得之LED結構避免在習知方法中發生之任何乾式蝕刻破壞。
避免對該等LED結構之主動層的乾式蝕刻破壞相較於使用習知技術製備之微型LED產生明顯好處，使得使用本發明方法製成之LED裝置有利地更可靠且明亮。
本發明之另一好處是即使對只有數微米大小之非常小微型LED結構而言，亦可直接地與該等LED結構之n摻雜部份產生一電n接觸。本發明容許簡單地藉由移除該電絕緣遮罩層之另一部份來暴露該n摻雜連接層上之一第二暴露區域及將一導電接觸沈積在該第二暴露區域上來產生一n接觸。
該III族-氮化物材料之n摻雜連接層形成在一III族-氮化物材料之多孔區域上面。較佳地該等LED結構中之至少一者形成在該III族-氮化物材料之連接層上使得它位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面。
在某些較佳實施例中，該多孔區域可為覆蓋一基材之一連續區域，使得該多孔區域位於整個連接層下方，且全部LED結構形成在一多孔區域上面。較佳地，該第一LED結構及該第二LED結構都可位在該多孔區域上面。
在其他實施例中，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可形成在複數III族-氮化物材料之多孔區域，例如配置在相同平面中之具有不同孔隙度的複數區域上面。該等不同多孔區域可佔據該基材上之不同橫向位置，使得不同LED結構可位在不同多孔區域上面。例如，該第一LED結構可形成在具有一第一孔隙度之一第一多孔區域上面，且該第二LED結構可形成在具有一第二孔隙度之一第二多孔區域上面。
在其他較佳實施例中，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可形成在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面。該多孔區域及該無孔區域可較佳地設置在一基材上之相同平面中，例如該結構之一層可部份地由多孔III族-氮化物材料且部份地由無孔材料構成。因此該多孔區域可只位在該n摻雜連接層之一部份下方，而該無孔區域位在該n摻雜連接層之另一部份下方。在這實施例中，該第一LED結構及該第二LED結構中之一者可位在該多孔區域上面，而另一者位在該無孔區域上面。
本發明人了解III族-氮化物材料之電化學孔隙化有利地減少該III族-氮化物晶格中之應變及減少總晶圓屈曲或彎曲。在不希望受理論束縛的情形下，吾人認為使III族-氮化物材料之多孔區域孔隙化的程序亦蝕刻去除結構缺陷，例如在該第一III族-氮化物材料之層頂面上的層成長時形成的線差排(threading dislocation)。
在孔隙化時由該多孔區域之半導體材料去除差排大幅地減少特別在該多孔區域之晶格尺寸未匹配該下方材料之晶格尺寸時發生的該多孔區域中之應變。因此，當該多孔區域上方沈積III族-氮化物材料層時該半導體結構之磊晶成長期間，該多孔材料更具順應性以匹配該等上覆無孔層之晶格。這使該多孔區域上方之該等層經受比在沒有該多孔區域之情形中低很多的應變。
組成牽引效應：Kawaguchi等人提出之一所謂InGaN組成牽引效應，其中該銦比例在成長之初始階段較小但隨著成長厚度增加而增加。這觀察在一第一範圍內與下方層，GaN或AlGaN無關。作者建議這效應係由在界面之晶格失配產生之應變造成。他們發現InGaN與底磊晶層間之一較大晶格失配伴隨In含量之較大變化。
在Inatomi等人之 Theoretical study of the composition pulling effect in InGaN metalorganic vapor-phase epitaxy growth(Japanese Journal of Applied Physics, Volume 56, Number 7)中，發現壓縮應變抑制InN之加入。另一方面，相較於該鬆弛之整塊成長情形，拉伸應變促進InN之加入。
發明人發現在該半導體結構中使用一多孔區域產生減少一半導體結構層中之應變的「應變鬆弛」且這可對該組成牽引效應產生一改良效果。孔隙化減少該等III族-氮化物層中之應變且使該半導體結構應變比較少，並且因此可適用於加入更多In之情況。因此本發明可有助於更多銦加入成長在該多孔區域上面之任一LED結構的層中，這對於以較長波長發光而言是非常需要的。
藉由在該LED中提供一III族-氮化物材料之多孔區域，一或多個LED結構可因此成長在該多孔區域上面且具有比沒有該多孔區域可能具有之應變低的應變。該層狀半導體結構中之這應變減少程度可因此有助於更多銦加入該LED之該(等)發光層，使得高品質InGaN發光層可成長成具有一高銦含量。這容許足夠銦加入該發光氮化銦鎵層使得當一電偏壓施加通過該LED時，該等LED以在600與750 nm間之一峰波長發光。
目前對於在600與750 nm間發光之紅光LED有極大需求，但將足夠銦加入該(等)發光層之技術困難意味紅光InGaN LED難以實現。但是，如綠光(500至550 nm)及黃光(550至600 nm)LED之較短波長LED的製造則容易許多，因為它們可使用包含比發射紅光所需者低之銦比例的InGaN發光區域製成。
發明人發現相較於在一無孔基材上成長一相同LED結構，在一III族-氮化物材料之多孔區域上面成長一LED結構造成發射波長朝向較長波長之一明顯位移。
發明人已藉由在一無孔GaN晶圓上成長一習知綠/黃光(發射波長在500至550 nm或550至600 nm之間)InGaN LED結構證明這一點，且證明該LED如預期地發射綠/黃光。接著在包含一多孔區域之一模板上成長相同之「綠/黃光」InGaN LED結構，且當一電偏壓施加通過該LED時，該LED在600與750 nm間之紅光範圍內發光。
在一較佳實施例中，本發明可包含：一第一LED結構綠/黃光(發射波長在500至550 nm或550至600 nm之間)InGaN LED結構，其形成在該多孔區域上面之該連接層上；及一第二LED結構綠/黃光(發射波長在500至550 nm或550至600 nm之間)InGaN LED結構，其形成在一無孔區域上面之該連接層上。該第一LED結構及該第二LED結構可具有相同結構及組成。然而，在該多孔區域上面之該第一LED結構的位置使該第一LED結構之發射波長位移，使得它以與該第二LED結構不同之一波長發光。該第二LED結構可如預期地以綠/黃光波長發光(發射波長在500至550 nm或550至600 nm之間)，而該第一LED結構以600至650 nm之一較長波長發光。因此可簡單地藉由形成相同習知LED結構兩次(一次在一無孔區域上面，且一次在一多孔區域上面)來獲得多色發光。
形成該第一LED結構及該第二LED結構之步驟可包含依據所屬技術領域中之習知方法成長LED結構。即，該等LED結構可使用習知半導體沈積技術成長且可具有各種習知LED磊晶層。雖然示範LED結構可透過舉例在此說明，但是多種LED結構(包括層厚度、材料及摻雜程度之各種組合)在所屬技術領域中是習知的且所屬技術領域中具有通常知識者可了解而供本發明使用。但是，在本發明中，只在該n摻雜連接層之第一與第二暴露區域上分別地形成、成長或沈積該等第一與第二LED結構。
形成該第一LED結構之步驟較佳地包含在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成： 一第一n摻雜部份； 一第一p摻雜部份；及 一第一發光區域，其設置在該第一n摻雜部份與該第一p摻雜部份之間。
形成該第二LED結構之步驟可包含在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成： 一第二n摻雜部份； 一第二p摻雜部份；及 一第二發光區域，其設置在該第二n摻雜部份與該第二p摻雜部份之間。
製造LED裝置之方法可包含使一III族-氮化物材料層電化學地孔隙化以形成該III族-氮化物材料之多孔區域的第一步驟。這可使用如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中揭示之一晶圓級孔隙化程序來達成。這步驟應在該多孔區域上面形成該III族-氮化物材料之n摻雜連接層前實行，使得該連接層未被電化學地孔隙化。
該方法可較佳地包含藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔層形成該III族-氮化物材料之多孔區域，使得該III族-氮化物材料之無孔層形成一無孔中間層的步驟。該無孔中間層可為該連接層之增生有利地提供一平滑表面，藉此該中間層定位在該多孔區域與該n摻雜III族-氮化物連接層之間。
該多孔區域可藉由使在一基材上之一或多個III族-氮化物材料層或區域孔隙化來形成。為使該III族-氮化物材料可孔隙化，欲孔隙化之材料應為n型摻雜材料且具有在1×10 17至1×10 20之範圍內的一摻雜濃度。
該基材可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga 2O 3。該等基材之晶體方位可為極性、半極性或非極性方位。該基材厚度通常可在100 μm與1500 μm之間變化。
該多孔區域可為一多孔層，因此該方法包含在一III族-氮化物材料之多孔層上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層的步驟。較佳地，該多孔區域可為均勻地多孔且例如由一連續多孔III族-氮化物材料層形成的一多孔層。
該多孔區域可包括複數多孔層，及任選之複數無孔層。在本發明之較佳實施例中，該多孔區域係一交替多孔層及無孔層之堆疊物，且該堆疊物之頂面界定該多孔區域之頂部，並且該堆疊物之底面界定該多孔區域之底部。該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可形成在包含一III族-氮化物材料多孔層之堆疊物的一多孔區域上面。
或者，該多孔區域可為一III族-氮化物材料層，該III族-氮化物材料層包含一或多個多孔區域，例如一III族-氮化物材料之除多孔區域之外無孔的層中的一或多個多孔區域。
在較佳實施例中，該多孔區域或多孔層可具有等於成長該多孔層或區域的該基材之一橫向尺寸的一橫向尺寸(寬度或長度)。例如，習知基材晶圓大小可具有不同大小，例如1 cm 2、或2英吋、4英吋、6英吋、8英吋、12英吋或16英吋直徑。但是，藉由使相同層中不同電荷載子濃度之一或多個層及/或沈積區域圖案化，可形成未跨越整個基材之多個較小多孔區域。因此，該多孔層或區域之橫向尺寸可由大約一像素之1/10(例如0.1 μm)變化到該基材本身之橫向尺寸。
一n摻雜III族-氮化物半導體材料層或層堆疊物在該基材上成長。該III族-氮化物層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。該III族-氮化物堆疊物之厚度較佳地在10至4000 nm之間。欲孔隙化之III族-氮化物層可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一摻雜濃度。
較佳地，一未摻雜III族-氮化物材料之中間層在它孔隙化前沈積在該摻雜材料上面。該中間層較佳地具有在1 nm與3000 nm之間，且較佳地在5 nm與2000 nm之間或在1000 nm與1500 nm之間的一厚度。
如所屬技術領域中習知地，電化學孔隙化由III族-氮化物材料之n型摻雜區域移除材料，且在該半導體材料中產生空孔隙。
在較佳實施例中，在孔隙化前該摻雜區域由按照一高摻雜層/低摻雜層順序的一交替層之堆疊物構成。該堆疊物可由高/低摻雜層對構成，較佳地其中該堆疊物包含2至50對間之層。各高摻雜層之厚度可在10 nm與200 nm之間、在20 nm與150 nm之間或在50 nm與100 nm之間變化。低摻雜層可具有在5 nm與180 nm之間、在20 nm與150 nm之間或在50 nm與100 nm之間的一厚度。
該多孔層之堆疊物可較佳地為一交替多孔及無孔層之堆疊物。較佳地，該堆疊物包含互相上下堆疊的2與50對間之多孔及無孔層。該等多孔層可較佳地具有在2 nm與200 nm之間、在10 nm與150 nm之間或在20 nm與100 nm之間的一厚度。該等無孔層可較佳地具有在2 nm與180 nm之間、在10 nm與150 nm之間或在50 nm與100 nm之間的一厚度。
在較佳實施例中，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係形成在一III族-氮化物材料之多數多孔層的堆疊物上面。因此，該多孔區域可不是一III族-氮化物材料之單一多孔層，而是至少某些層為多孔的一III族-氮化物材料層之堆疊物。
該多孔區域或該多孔區域中之各多孔層可具有在1%與99%孔隙度之間的一孔隙度。較佳地，該多孔區域或該多孔區域中之各多孔層可具有在10%與90%孔隙度之間或在10%與70%孔隙度之間的一孔隙度。
該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係較佳地藉由沈積在一無孔中間層上而成長在該區域上面。
該無孔中間層之厚度可選擇地藉由在成長該III族-氮化物材料之n摻雜連接層前進行蝕刻來減少。
該III族-氮化物材料之n摻雜連接層較佳地具有在200 nm與2000 nm間之一厚度。該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可較佳地具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n型電荷載子濃度，且較佳地具有至少1×10 18cm -3之一電荷載子濃度。
該第一遮罩層可稱為一第一鈍化層。該第一遮罩層係較佳地藉由將一介電材料層沈積在該III族-氮化物材料之n摻雜連接層上面而形成。較佳地該第一遮罩層係沈積在該III族-氮化物材料之n摻雜連接層的整個表面上面，使得該連接層被完全地覆蓋在介電材料中。該遮罩層可由SiO 2、SiN、SiON、Al 2O 3或任何其他適當介電材料形成。
該第一遮罩層可具有在20 nm與1000 nm之間，較佳在100 nm與800 nm之間且特佳在200 nm與600 nm之間的一厚度。
該第一遮罩層可藉由如電漿加強化學蒸氣沈積(PECVD)、濺鍍、原子層沈積(ALD)、蒸發或原位金屬有機化學蒸氣沈積(MOCVD)之習知沈積技術來沈積。
可使用標準微影技術來移除該第一遮罩層之某些部份而在該非導電遮罩層中產生暴露下方n摻雜連接層之第一區域的一或多個通孔。移除該第一遮罩層之一部份的步驟可包括光微影、濕式蝕刻或例如電感耦合乾式蝕刻(ICP-RIE)之乾式蝕刻。
該(等)暴露區域之橫向大小(穿過該遮罩層的該通孔之長度及寬度)及形狀控制欲成長在該暴露區域中之LED結構的橫向大小及形狀。
該連接層之該(等)暴露區域可形成任何所需形狀且可藉由圖案化及微影地移除該遮罩層之某些部份來控制。例如，該等暴露區域之形狀可為圓形、正方形、矩形、六邊形或三角形。
該第一暴露區域之大小可在0.2 μm與100 μm之間，較佳在1 μm與30 μm之間且特佳在2 μm與10 μm之間。
特佳地，該暴露區域之大小應為一微型LED之大小。例如，該(等)暴露區域可具有在0.05 μm與100 μm之間，較佳在0.05 μm與30 μm之間且特佳為小於10 μm，例如在0.1 μm與10 μm之間或在0.5 μm與10 μm之間的一寬度及/或長度(或直徑，若該暴露區域為圓形)。在較佳實施例中該等暴露區域可具有小於50 μm、小於40 μm、30 μm、20 μm或10 μm之一長度、寬度或直徑。特佳地該等暴露區域可具有小於10 μm之一寬度或直徑，使得在該等暴露區域中成長之LED結構形成大小小於10 μm之微型LED像素。
該n摻雜連接層之第一暴露區域形成在該介電遮罩層中後，該第一LED結構可成長在該第一暴露區域中，使得該等第一LED結構與該n摻雜連接層接觸。
因為該第一LED結構在該第一暴露區域中成長且傳承其橫向大小，所以包括該n摻雜部份、發光區域及p摻雜部份的該第一LED結構之橫向尺寸較佳地與該第一暴露區域之橫向尺寸相同。這表示該第一LED可在不需要一蝕刻步驟來減少該LED結構之橫向尺寸的情形下用一適當大小成長。
該第一LED結構形成後，在該第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層。該第二電絕緣遮罩層可稱為一第二鈍化層。該第二遮罩層可由以下其中一者形成：SiO 2、SiN、SiON、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿或其組合。該第二遮罩層可藉由PECVD、濺鍍、ALD、原位MOCVD或任何其他習知技術來沈積。
該第二遮罩層覆蓋該第一LED結構之表面及側壁以及該連接層。該第二遮罩層可為例如藉由原子層沈積來沈積之Al 2O 3(一厚度為10至100 nm之層)，且這層可再加上濺鍍或電漿加強化學蒸氣沈積之SiO 2、SiN或SiON(一厚度為50至300 nm之層)。該Al 2O 3可在50至150℃之間沈積，而該SiO 2、SiN或SiON可在250至350℃之間沈積。該濺鍍程序可在室溫下完成。
該第二遮罩層之厚度可在20至2000 nm之間。該第二遮罩層可具有在20 nm與1800 nm之間，較佳在200 nm與1500 nm之間且特佳在500 nm與1000 nm之間的一厚度。
該第一遮罩層可在沈積該第二遮罩層前移除。該第一遮罩層可使用緩衝氧化物蝕刻化學透過濕式蝕刻來去除。
移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第二暴露區域的步驟可包括光微影、濕式蝕刻或例如電感耦合乾式蝕刻(ICP-RIE)之乾式蝕刻。
該第二暴露區域之大小可在0.2 μm與100 μm之間，較佳在1 μm與50 μm之間且特佳在2 μm與10 μm之間。
特佳地，該第二暴露區域之大小應為一微型LED之大小。例如，該(等)第二暴露區域可具有在0.05 μm與100 μm之間，較佳在0.05 μm與30 μm之間且特佳小於10 μm，例如在0.1 μm與10 μm之間或在0.5 μm與10 μm之間的一寬度及/或長度(或直徑，若該暴露區域為圓形)。在較佳實施例中該等暴露區域可具有小於50 μm、小於40 μm、30 μm、20 μm或10 μm之一長度、寬度或直徑。特佳地該等暴露區域可具有小於10 μm之一寬度或直徑，使得在該等暴露區域中成長之第二LED結構形成大小小於10 μm之微型LED像素。
該n摻雜連接層之第二暴露區域形成在該第二介電遮罩層中後，該第二LED結構可在該第一暴露區域中成長，使得該等第二LED結構與該n摻雜連接層接觸。
許多第一與第二LED結構可在該等暴露區域中成長同時獲得本發明之好處。全部該等LED結構通常包含一n摻雜部份、一發光區域及一p摻雜部份，以及通常在LED磊晶中之半導體材料的任選其他層。
該等第一與第二及任選之第三LED結構可以任何順序形成。
以下說明在本發明中適合作為第一或第二LED結構使用之示範LED結構。以下說明可應用於該第一LED結構及該第二LED結構兩者。
在一較佳實施例中，各LED結構之n摻雜部份係成長在該連接層之暴露區域上，使得該n摻雜部份與該n摻雜連接層直接接觸。
該n摻雜部份可包含一III族-氮化物材料之n摻雜層。該n摻雜層可包含含有銦之一III族-氮化物層、有或無銦之薄III族-氮化物層的一堆疊物、或銦之原子百分比在整個層或堆疊物中變化的一III族-氮化物層之整體層或堆疊物。例如，該n摻雜區域可為一n-GaN層或一n-InGaN層，或者該n摻雜區域可為一n-GaN/n-InGaN交替層堆疊物或在交替層中具有不同銦量的一n-InGaN/n-InGaN交替層堆疊物。
該n摻雜部份中之銦原子百分比可在0.5至25%之間變化。該n摻雜部份之總厚度可在2 nm至200 nm之間，例如在10 nm與150 nm之間或在20 nm與100 nm之間變化。若該n摻雜部份包含一層堆疊物，則該堆疊物中之各獨立層的厚度可較佳地在1 nm與40 nm之間或在5 nm與30 nm之間變化。
該n摻雜部份可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n型摻雜濃度。
在該等暴露區域中成長該LED結構之n型部份後，在該n型部份上增生該LED之發光區域。
該等第一及/或第二LED結構中之發光區域可包含一或多個III族-氮化物發光層，且較佳是氮化銦鎵(InGaN)發光層。該發光層或各發光層較佳地包含一量子井或一奈米結構層，該奈米結構層包含如量子點、片段或不連續量子井之量子結構。
該等量子井及障壁係較佳地依據習知技術在600至800℃之一溫度範圍內成長。該第一發光區域之成長完成後，該QW係較佳地在該第一遮罩層之高度的+/-200 nm內。
該發光層或各發光層較佳地包含具有在10至40%間之一原子銦含量的一III族-氮化物材料。該等發光層之銦含量可依據該等第一與第二LED結構所需之發射波長以不同等級來選擇。在較佳實施例中，該發光層可具有在12至18%間且較佳為13%以上之一銦含量、在20至30%間且較佳為22%以上之一銦含量或在30至40%間且較佳為33%以上之一銦含量。
該第一LED結構之第一發光區域較佳地包含與該第二LED結構之第二發光區域不同的一不同原子銦含量，結果該等第一與第二LED結構以不同波長發光。
在一較佳實施例中，該第一LED結構中之一或多個發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.10 ≤ x ≤ 0.40，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.30。在某些實施例中該第二LED結構中之一或多個發光層可具有這組成。
在一較佳實施例中，該第一LED結構之目標電致發光(EL)發射波長在電偏壓通過之情形下可在500 nm至560 nm之間，較佳在515 nm至540 nm或520 nm至540 nm之間且以530 nm為佳。
在一較佳實施例中，該第二LED結構中之一或多個發光層具有組成In yGa 1-yN，其中0.20 ≤ y ≤ 0.40，較佳為0.26 ≤ y ≤ 0.40且特佳為0.30 ≤ y ≤ 0.40。在某些實施例中該第一LED結構中之一或多個發光層可具有這組成。
該第二LED結構在電偏壓通過之情形下發光之目標EL發射波長可在560 nm與650 nm之間，較佳在600 nm與650 nm之間或大於600 nm。
在某些實施例中，該等第一與第二LED結構可具有相同結構，且可包含具有相同組成之發光區域。
在較佳實施例中，各發光區域包含一或多個InGaN量子井，且以在1與7個之間的量子井為佳。各量子井層之厚度可在1.5至8 nm之間變化。
該等量子井可或可未被一薄(0.5至3 nm)III族-氮化物層覆蓋。
該III族-氮化物障壁層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
該發光區域之量子井及障壁係較佳地在600至800℃之一溫度範圍內成長。
該等LED結構可包含在該等量子井與該p摻雜部份間之一III族-氮化物材料的覆蓋層，較佳地其中該覆蓋層係未摻雜且具有在5 nm與30 nm間之一厚度。
該等第一與第二LED結構之該等p摻雜部份係增生在該等發光區域上方，且包含一p摻雜III族-氮化物層及在該p摻雜III族-氮化物層與該發光區域間之一p摻雜氮化鋁鎵層。該p摻雜氮化鋁鎵層係在該覆蓋層與該p型層間之一電子阻擋層(EBL)，其中該電子阻擋層包含5至25 at%之鋁，較佳地其中該電子阻擋層具有在10 nm與100 nm之間或在20 nm與50 nm之間的一厚度。
該p摻雜III族-氮化物層具有在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3間之p型摻雜濃度。該p摻雜III族-氮化物層可包含In及Ga，且可具有在20至200 nm之間的厚度，較佳在50至100 nm之間的厚度。該摻雜濃度在這層上各處可不同且可在該層之最後10至30 nm中具有摻雜濃度之一峰值。為了活化Mg受子，該結構可在MOCVD反應器內或在一退火爐中退火。在N 2中或在N 2/O 2之環境中該退火溫度可在700至850 C之範圍內。
因為該EBL及該p摻雜層都被p型摻雜，所以這些層可稱為p摻雜區域。
該方法可包含其他步驟：在該第二LED結構形成後，移除該第二遮罩之一部份以暴露該第一LED結構之一區域；及在該第一LED結構之該暴露區域中形成一電連接，較佳地形成與該第一LED結構之該p摻雜部份之一電連接。一電連接亦可藉由該第二LED結構之該p摻雜部份來形成。
該鈍化層及該介電遮罩層之某些部份可藉由濕式蝕刻、乾式蝕刻或兩者之組合來去除。就濕式蝕刻而言，可使用緩衝氧化物蝕刻、稀釋氫氟酸、磷酸或這些之一混合物。
形成一p摻雜部份電連接可包含在該等第一與第二LED結構之p型區域上沈積透明導電氧化物(例如其他相容氧化物上之ITO、ZnO)或金屬層的步驟。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或只部份地覆蓋該等p型區域。該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au、Ag等。該完成金屬堆疊物之厚度可在200 nm與2000 nm之間或在500 nm與1000 nm之間。
該建構可使用包括抗蝕劑塗布、光微影及剝離之標準半導體處理方法來達成。這可與乾或濕建構組合使得該導電金屬層完全地或只部份地覆蓋該等p摻雜區域之頂面。
該方法較佳地包含以下步驟：在藉由該p摻雜部份形成該電連接後，暴露該n型連接層及形成與該n型連接層之一電接觸。該n型連接層之一區域係較佳地藉由移除該第二遮罩層來暴露。可使用標準光微影技術在該第二遮罩層中產生通孔。該等通孔之大小可在200 nm與50000 nm之間變化。該等通孔間之這距離可在500 nm至30000 nm之間。該等通孔只在沒有任何LED結構的該裝置之領域中產生。可使用乾式蝕刻來使用氟基氣體蝕刻該鈍化層。
形成一n摻雜部份電連接可包含以下步驟：較佳地藉由在該第二遮罩層中產生之通孔中沈積金屬，在該n型連接層之暴露區域上沈積一金屬接觸。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au、Ag等。該金屬堆疊物接觸之厚度可例如在200 nm與2000 nm之間或在500 nm與1000 nm之間。 第三LED結構
本發明之方法可有利地用於藉由在該n摻雜連接層上形成一第三LED結構來提供具有三種不同發射波長之一LED裝置。
該第三LED結構可形成在該n摻雜連接層上使得它位在該多孔區域上方，或該第三LED結構可位在該連接層下方之一無孔區域上面。
在一較佳實施例中，該第三LED結構可與該第一LED結構或該第二LED結構同時地形成。因此，該第三LED結構可具有與該第一LED結構或該第二LED結構相同之結構。
在另一較佳實施例中，在該連接層之第二暴露區域上形成該第二LED結構後，可藉由將該第二LED結構覆蓋在一介電材料之第三遮罩層中來鈍化它。接著可移除該第三遮罩層之一部份及任何下方遮罩層以暴露該n摻雜連接層之一第三暴露區域。接著可在該第三暴露區域上形成組配成以與該等第一與第二波長不同之一第三波長發光的一第三LED結構。
接著可如上所述地實行對全部三個LED結構產生電接觸的步驟。
該第三LED結構可為如上所述之一LED結構，其組配成以與該等第一與第二LED結構不同之一波長來發射波長。在一特佳實施例中，該LED裝置可包含一個發紅光、一個發綠光及一個發藍光LED結構。 較佳實施例 在一較佳實施例中，本發明之製造LED裝置的方法可包含以下步驟：
步驟1-藉由沈積具有1×10 18cm -3以上之一n型電荷載子密度的一GaN層且使用在國際專利申請案第PCT/GB2017/052895號中提出之孔隙化技術，在一基材上形成一III族-氮化物材料之多孔層。
步驟2-在該孔隙化DBR之頂部增生一n-(Al, In)GaN(重摻雜n型(Al, In)GaN，例如n-GaN、n-AlGaN或n-InGaN)之n型連接層。
步驟3-在該n-GaN之頂表面上沈積一例如SiO 2之介電材料的第一遮罩層。
步驟4-藉由微影、奈米壓印或任何其他適當技術使該介電材料圖案化，且接著藉由濕式化學或乾式蝕刻程序移除該第一遮罩層之某些部份。移除該介電層之某些部份可暴露下方n-GaN之一第一暴露區域。該介電體之移除領域較佳地係一微型LED之形狀及大小，例如等於或小於100 μm×100 μm。
步驟5-藉由沈積一n-(Al, In)GaN之n摻雜區域且接著在n-(Al, In)GaN之暴露部份上增生一量子井(QW)主動發光區域(可包括多數量子井)，在該第一暴露區域中形成一第一LED結構。該等量子井可包括InGaN、AlGaN、InN、InAlN、AlInGaN，同時包圍該量子井層之量子障壁可為GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN、InAlN。量子井、其結構及其功能係定義在國際專利申請案第PCT/GB2019/050213號中。該等QW之橫向尺寸與n-(Al, In)GaN之暴露部份的橫向尺寸相同。這表示該QW區域係一微型LED所需之大小。
步驟6-在該量子井區域之頂部沈積一p-(Al, In)GaN(重摻雜p型(Al, In)GaN)層。該p-GaN層之橫向尺寸與該QW之橫向尺寸相同，且與n-GaN之暴露部份相同。該p-GaN層、該QW區域及該n摻雜區域因此形成具有一微型LED所需之橫向尺寸的一第一LED結構。
步驟7-在該第一介電層之頂部沈積一例如SiO 2之介電材料的第二遮罩層，使得該第二介電層覆蓋該QW及p-(Al, In)GaN層之邊緣或側壁。這第二介電材料層係用於該第一LED結構之鈍化層。
步驟8-藉由微影、奈米壓印或任何其他適當技術使該第二遮罩層圖案化，且接著藉由濕式化學或乾式蝕刻程序移除該第二遮罩層之某些部份。移除該第二遮罩層之某些部份可暴露該下方n-GaN連接層之一第二暴露區域且未破壞該鈍化第一LED結構。該介電體之移除領域較佳地具有一微型LED之形狀及大小，例如等於或小於100 μm×100 μm。該第二暴露區域可例如定位成與該第一LED結構相鄰。
步驟9-在該n-GaN之n摻雜連接層的第二暴露區域上成長一第二LED結構。該第二LED結構可具有類似用於該第一LED結構之上述者的一層狀結構，但該第二LED結構係組配成以與該第一LED結構之發射波長不同的一發射波長發光。
步驟10-藉由濕式化學或乾式蝕刻程序移除該第二遮罩層之一部份以暴露該第一LED結構之p-(Al, In)GaN層。
步驟10-在該第一LED結構及該第二LED結構兩者之p-(Al, In)GaN的暴露部份上沈積電p接觸，使得該p接觸與該等LED結構之p-(Al, In)GaN層電接觸。
步驟11-為了與該n摻雜連接層產生電n接觸，(由未被該等第一與第二LED結構佔據的該晶圓之領域)移除該第二遮罩層之一或多個區域以暴露該n摻雜連接層之一區域。接著依據習知技術藉由沈積金屬接觸而與該連接層產生電n接觸。
這方法表示在相同基材上提供發射兩種不同波長之LED結構。更有利地，該等二LED結構之主動QW及p-(Al, In)GaN層未在該製程中之任何時點受到任何蝕刻破壞。亦可藉由將小LED結構定位在一n型連接層上而非常容易地與小LED結構產生n接觸。
避免對該微型LED之主動層的乾式蝕刻破壞相較於使用習知技術製備之微型LED產生明顯好處。在用習知技術製成之微型LED中，對該等p-GaN及QW層之蝕刻破壞可對由微型LED形成之微小像素具有一明顯影響。這會傷害該等微型LED之可靠性及亮度。
使用本方法製成之微型LED未暴露於在該LED堆疊物之側壁上的電漿蝕刻破壞，且因此有利地更可靠且明亮。
如有需要，該等半導體結構層可藉由如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中提出之一電化學蝕刻來孔隙化。
以上提出之方法係有關於一p側出光LED組態。
可使用一類似方法藉由加入一「倒裝晶片」步驟及將微型LED結合在一矽CMOS底板上來製造一n側出光微型LED。
SiO 2只是適用於遮蔽及鈍化之一介電體的一例子，但亦可另外使用其他介電體。
該等半導體材料層可藉由磊晶成長來沈積。所述層可藉由分子束磊晶(MBE)、金屬有機化學蒸氣沈積(MOCVD)(亦稱為金屬有機氣相磊晶(MOVPE))、氫化物氣相磊晶(HVPE)、氨熱程序或適用於成長III族-氮化物材料之其他習知程序來形成。 製造微型LED之陣列
依據本發明之一第二態樣，提供一種製造LED之陣列的方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜III族-氮化物層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩之一部份以暴露該n摻雜連接層的暴露區域之一第一陣列； 在該n摻雜連接層上的該第一陣列之各暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光的一第一LED結構； 在該等第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之暴露區域的一第二陣列；及 在該n摻雜連接層上的該第二陣列之各暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光的一第二LED結構。
該製造LED之陣列的方法較佳地包含第一態樣之方法，其中形成該n摻雜連接層之複數暴露區域，且複數LED結構形成在這些暴露區域中。藉由移除該等遮罩層之某些部份以暴露多個暴露區域之陣列，該LED陣列之布置可設計成具有由該等LED形成的所需尺寸及像素之密度。
較佳地，該等LED結構可為微型LED結構。
較佳地，該等第一LED結構及/或該等第二LED結構係位在該多孔區域之上面。在某些實施例中，該等第一LED結構可位在該多孔區域上面，而該等第二LED結構位在一無孔區域上面，或反之亦然。
該暴露區域之第一陣列及該暴露區域之第二陣列較佳地係均勻配置或圖案之相同暴露區域。例如，該第一及/或第二陣列可包含多數行列之規則間隔的暴露區域。
因為該方法包括在該暴露區域之第一陣列的各暴露區域上形成一第一LED結構，所以這包括形成複數第一LED結構。在該暴露區域之第二陣列的各暴露區域上形成一第二LED結構的步驟可稱為形成複數第二LED結構。
當暴露該暴露區域之第一陣列及該暴露區域之第二陣列時，相鄰暴露區域間之距離可較佳地在500 nm與30000 nm之間、在750 nm與20000 nm之間或在1000 nm與15000 nm之間。
該LED之陣列可有利地形成在一單一基材上。可使用將多層半導體材料同時沈積在該連接層之各暴露區域上的沈積步驟來同時地形成該等複數第一LED結構且可同時地形成該等複數第二LED結構。
該方法可選擇地包括：在該等第一與第二LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第三電絕緣遮罩層；移除該第三遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之暴露區域的一第三陣列；及在該n摻雜連接層上之該第三陣列的各暴露區域上形成組配成以與該等第一與第二發射波長不同之一第三發射波長發光的一第三LED結構。
使用這方法，可在不需要任何蝕刻步驟來將該等LED結構切割成個別像素所需之橫向尺寸的情形下在相同晶圓上形成不同顏色LED或微型LED之一陣列。該陣列中之微型LED因此避免對該LED結構之側壁的任何蝕刻破壞。
該第二態樣之方法可有利地包括以上關於本發明之第一態樣所述的任一或全部特徵。 製造三色LED裝置之方法
依據本發明之一第三態樣，提供一種製造三色LED裝置之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域及在與該多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之無孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜連接層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露在該多孔區域上面(上方)的該n摻雜連接層之一第一暴露區域； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露在該無孔區域上面(上方)的該n摻雜連接層之一第二暴露區域； 在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成組配成以一第二發射波長發光之一第二LED結構； 在該第一LED結構、該第二LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第三暴露區域；及 在該n摻雜連接層之該第三暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長及該第二發射波長不同之一第三發射波長發光的一第三LED結構。
因為該等三個LED結構回應施加通過該等LED結構之電偏壓以三種不同發射波長發光，所以該裝置係一三色LED裝置。
在一特佳實施例中，該等第一、第二與第三發射波長係紅光、綠光與藍光。因此該三色LED裝置可為一紅綠藍(RGB)光LED裝置。
在一較佳實施例中，該第二LED結構可與該第一LED結構相同，且該等第一與第二LED結構同時地形成。在這實施例中，該等第一與第二LED結構之不同第一與第二發射波長係由在該第一LED結構而非該第二LED結構下方之多孔區域產生的一波長位移造成。例如，該等第一與第二LED結構可都是習知綠光LED結構(即，在一施加電偏壓作用下發射綠光之習知LED結構)。但是，因為該多孔區域在本發明中造成一波長位移，所以該三色LED裝置中之第一LED結構可有利地在一施加電偏壓作用下發射紅光，同時該第二LED結構如預期地發射綠光。
該n摻雜連接層之第三暴露區域係較佳地在該III族-氮化物材料之無孔區域上面。因此該第三LED結構係較佳地成長在該模板之一無孔區域上面或上方而非在一多孔區域上面。
該第三LED結構可為組配成在一施加電偏壓作用下發射一習知波長之光的一習知LED結構。較佳地，該第三LED結構可為一藍光LED。特佳地，該第三LED結構可為由WO2019/145728中所述之程序形成的一藍光LED。例如，可藉由使該原生第三LED結構中之發光量子井層電化學地孔隙化來形成該藍光LED。如WO2019/145728中所述地，使該等量子井層孔隙化可在該LED結構之發射光譜中產生一藍位移。 LED裝置
本發明之另一態樣係有關於一種LED裝置，其可為由上述方法製成之一LED裝置或一微型LED裝置。
依據本發明之一第四態樣，提供一種LED裝置，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光；及 一第二LED結構，其組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光， 其中該等第一與第二LED結構之至少一部份延伸穿過該電絕緣遮罩層中之一間隙且與該n摻雜連接層接觸。
該LED裝置較佳地係使用以上關於本發明之第一態樣所述的方法製成的一LED裝置。該LED裝置包含以不同波長發射之二LED結構，且因此可稱為一多色LED、一多色LED裝置或一多波長LED裝置。
如上所述，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可延伸在一III族-氮化物材料之連續多孔區域上面，或該連接層可延伸在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該多孔區域及無孔區域係設置在相同平面中。
較佳地，該第一LED結構及該第二LED結構中之至少一者係位在該多孔區域上面。在某些實施例中，該第一LED結構及該第二LED結構兩者都位在該多孔區域上面。在其他實施例中，該第一LED結構及該第二LED結構中之一者係位在該多孔區域上面且另一者係位在該無孔區域上面。該多孔區域可為一多孔層，使得該LED裝置包含在一III族-氮化物材料之多孔層上面的一III族-氮化物材料之n摻雜連接層。在某些實施例中，該多孔區域可包含複數多孔層及任選之複數多孔層。在本發明之較佳實施例中，該多孔區域係一交替多孔及無孔層之堆疊物，且該堆疊物之頂面界定該多孔區域之頂部，並且該堆疊物之底面界定該多孔區域之底部。該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可形成在包含一III族-氮化物材料之多孔層堆疊物的一多孔區域上面。
在較佳實施例中，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係位在III族-氮化物材料之多數多孔層的一堆疊物上面。因此，該多孔區域不是一III族-氮化物材料之單一多孔層，而可為至少某些層為多孔的III族-氮化物材料層之一堆疊物。
該多孔層之堆疊物可較佳地為一交替多孔及無孔層之堆疊物。較佳地，該堆疊物包含互相上下堆疊的5與50對間之多孔及無孔層。該等多孔層可較佳地具有在10 nm與200 nm之間的一厚度，且該無孔層可較佳地具有在5 nm與180 nm之間的一厚度。
較佳地，該多孔區域或該堆疊物中之各多孔層具有在10%與90%孔隙度之間或在20%與70%孔隙度之間的一孔隙度。
該LED裝置較佳地包含在該多孔區域與該n摻雜III族-氮化物連接層間的一III族-氮化物材料多孔區域之無孔中間層。因為該多孔區域係較佳地使用PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)之方法，藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔層來形成，所以該III族-氮化物材料之無孔層通常形成留在該多孔區域頂部之一無孔中間層。該無孔中間層可有利地提供在製造時用於成長該連接層之一平滑表面。
在一特佳實施例中，該多孔層之堆疊物包含一分布式布拉格反射器(DBR)或一濾光器，使得該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係位在一III族-氮化物材料之多孔DBR或濾光器上面。因為相鄰層間之不同孔隙度產生相鄰層之折射率及因此透射與反射性質的一差異，所以一多孔DBR或濾光器可由一交替多孔/無孔層之堆疊物構成。
該LED裝置可包含位在該多孔區域與該連接層間的一無孔III族-氮化物材料之中間層。該中間層較佳地具有在1 nm與3000 nm之間，且較佳地在20 nm與2000 nm之間或在50 nm與1000 nm之間的一厚度。
該III族-氮化物材料之n摻雜連接層較佳地具有在100 nm與2000 nm之間或在200 nm與1000 nm之間的一厚度。該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的一摻雜濃度且較佳地具有至少1×10 18cm -3之一n型電荷載子濃度。
該遮罩層較佳地延伸在該III族-氮化物材料之n摻雜連接層的整個表面上面，使得除了該等第一及第二LED結構以外，該連接層完全地覆蓋在介電材料中。該遮罩層可由SiO 2、SiN、SiON、AlO x或任何其他適當介電材料形成。
該遮罩層可具有在20 nm與2000 nm之間，較佳在200 nm與1500 nm之間且特佳在400 nm與1000 nm之間的一厚度。
因為該等LED結構之部署區可在製造時藉由圖案化及微影地移除該遮罩層之某些部份來控制，所以該等LED結構可具有任何所需形狀。例如，該等LED結構之部署區(以平面圖視之)的形狀可為圓形、正方形、矩形、六邊形或三角形。
該等LED結構可具有被分類為一「微型LED」之橫向尺寸。例如，該等LED結構可具有在0.05 μm與100 μm之間，較佳在0.05 μm與30 μm之間且特佳為小於10 μm，例如在0.1 μm與10 μm之間或在0.5 μm與10 μm之間的一寬度及/或長度(或直徑，若該暴露區域為圓形)。在較佳實施例中該LED結構可具有小於50 μm、小於40 μm、30 μm、20 μm或10 μm之一長度、寬度或直徑。特佳地該等LED結構可具有小於10 μm之一寬度或直徑，使得該等LED結構形成大小小於10 μm之微型LED像素。
該第一LED結構包含： 一第一n摻雜部份； 一第一p摻雜部份；及 一第一發光區域，其設置在該第一n摻雜部份與該第一p摻雜部份之間。
該第二LED結構包含： 一第二n摻雜部份； 一第二p摻雜部份；及 一第二發光區域，其設置在該第二n摻雜部份與該第二p摻雜部份之間。
該第一LED結構及該第二LED結構之至少一部份較佳地延伸穿過該電絕緣介電遮罩層，使得該等LED結構各自與該n摻雜連接層電接觸。
如以上關於本發明之第一態樣所述地，該LED結構可採用具有不同厚度、組成及電荷載子濃度之層的各種不同形式。
以上關於本發明之第一態樣所述之LED裝置的特徵同樣地應用於該第三態樣之LED裝置。
該等第一及/或第二LED結構可包含一主動層，該主動層可為一量子井或一量子層(例如包含複數3D量子結構之一孔隙化量子井)。該量子井可為InGaN、AlGaN、InN、InAlN、AlInGaN，同時包圍該量子井層之量子障壁可為GaN、AlN、AlGaN、AlInGaN、InAlN。
該等LED結構可具有小於100 μm×100 μm一直到低至數十分之一奈米或甚至更小之橫向尺寸(長度及寬度)。在這上下文中，該LED之「高度」係在預定發光之方向上的尺寸。
該第一發光區域較佳地包含一或多個發光層，該一或多個發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.10 ≤ x ≤ 0.40，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.30。
該第二發光區域較佳地包含一或多個發光層，該一或多個發光層具有組成In yGa 1-yN，其中0.20 ≤ y ≤ 0.40，較佳為0.26 ≤ y ≤ 0.40且特佳為0.30 ≤ y ≤ 0.40。
該等第一與第二發光區域較佳地包含不同原子銦含量，且因此具有不同發射波長。
該等發光區域較佳地包含一或多個InGaN量子井，且特佳為在1與7個之間的量子井。
該LED裝置可選擇地包含組配成以與該等第一與第二波長不同之波長發光的其他LED結構。例如，該LED裝置可另外地包含一第三LED結構，該第三LED結構之一部份延伸穿過該電絕緣遮罩層中之一間隙且與該n摻雜連接層接觸。 LED之陣列
依據本發明之一第五態樣，提供一種LED之陣列。該LED之陣列可包含依據本發明之第四態樣的複數LED裝置，其形成在例如一單一半導體晶圓之一共用基材上。
本發明可提供一種LED之陣列，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 複數間隙，其在該電絕緣遮罩層中； 複數第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光；及 複數第二LED結構，其組配成以一第二發射波長發光， 其中各LED結構之至少一部份延伸穿過該電絕緣遮罩層中之一間隙且與該n摻雜連接層接觸。
一LED之陣列係一LED之有序系列或配置，例如，各包含複數LED之多數行列的一規則排列。
該LED之陣列可為使用本發明之第二態樣的方法製成的一LED之陣列。
較佳地，該陣列係一微型LED之陣列，其由於第一與第二LED結構之各陣列而發射兩種不同顏色之光。
該LED之陣列可另外地包含組配成以與該等第一與第二發射波長不同之一第三發射波長發光的複數第三LED結構。 三色LED裝置
依據本發明之一第六態樣，提供一種三色LED裝置，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光； 一第二LED結構，其組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光；及 一第三LED結構，其組配成以與該等第一與第二發射波長不同之一第三發射波長發光， 其中該等第一、第二與LED結構之至少一部份與該n摻雜連接層接觸。
特佳地，該三色LED裝置係一紅綠藍(RGB)光LED裝置，且該等第一、第二與第三LED結構係組配成在一施加電偏壓作用下發射紅、綠及藍光。
如上所述，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可延伸在一III族-氮化物材料之連續多孔區域上面，或該連接層可延伸在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該多孔區域及無孔區域係設置在相同平面中。
較佳地，該第一LED結構、該第二LED結構及該第三LED結構中之至少一者係位在該多孔區域上面。在某些實施例中，該第一LED結構及該第二LED結構都位在該多孔區域上面。在其他實施例中，該第一LED結構及該第二LED結構中之一者係位在該多孔區域上面且另一者係位在該無孔區域上面。
該第一LED結構係較佳地位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面且該第二LED結構係較佳地不位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面。
在某些較佳實施例中，該第二LED結構與該第一LED結構相同，且該等第一與第二LED結構由於在該第一LED結構下方之該多孔區域而以不同發射波長發光。
在一較佳實施例中，該第一LED結構可為用於在一電偏壓施加通過一LED結構之情形下發射515至540 nm之一峰波長的該LED結構。在該第一LED結構下方的該III族-氮化物材料之多孔區域可接著使該LED結構之該第一發光區域的發射波長位移至600與650 nm之間。因此，該第一LED結構可發射紅光。
在一較佳實施例中，該第二LED結構亦可為用於在一電偏壓施加通過一LED結構之情形下以515至540 nm之一峰波長發光的該LED結構。較佳地，該第二LED結構不位在一多孔區域上面，因此該第二LED結構在一電偏壓作用下發射515至540 nm之預定峰波長。因此，該第一LED結構可發射綠光。
該第一LED結構及該第二LED結構中之一或多個發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.10 ≤ x ≤ 0.40，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.30。
較佳地，該第三LED結構不位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面。
在一特佳實施例中，該第三LED結構可組配成在電偏壓通過之情形下以在415與500 nm間且較佳在430與470 nm間之一峰波長發光。
該第三LED結構中之一或多個發光層可具有組成In zGa 1-zN，其中0.10 ≤ z ≤ 0.30，較佳為0.12 ≤ z ≤ 0.25且特佳為0.15 ≤ z ≤ 0.20。
特佳地，該第三LED結構可包含一或多個多孔發光層。如WO2019/145728中所述地，該等發光層之孔隙度可有利地產生另外之量子侷限，該另外之量子侷限在該第三LED結構之發射波長中產生一藍位移，使得該第三LED結構在一電偏壓施加通過該結構時發射藍光。
在一特佳實施例中，該等第一、第二及第三LED結構係組配成使得： 該第一LED結構在電偏壓通過之情形下以在560 nm與750 nm間且較佳在600與650 nm間之一峰波長發光； 該第二LED結構在電偏壓通過之情形下以在500 nm與560 nm間且較佳在515與550 nm間之一峰波長發光；且 該第三LED結構在電偏壓通過之情形下以在400與500 nm間且較佳在430與470 nm間之一峰波長發光。
以上關於本發明之第一、第二、第三、第四、第五或第六態樣中之任一態樣所述的全部特徵可同樣地應用於本發明之其他態樣。
圖1顯示依據本發明之適用於一LED裝置的一多孔模板。
該多孔模板包含在一基材上的一III族-氮化物材料之多孔區域，且一III族-氮化物材料之無孔層配置在該多孔區域之頂面上面。或者，可在該基材與該多孔區域之間具有III族-氮化物材料之其他層。
如以上更詳細所述地，該多孔區域可藉由磊晶地成長一III族-氮化物材料之n摻雜區域且接著成長一III族-氮化物材料之未摻雜層及使用如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中提出之孔隙化程序使該n摻雜區域孔隙化來提供。
該多孔區域可包含一或多層一或多個III族-氮化物材料且可具有一範圍之厚度。在較佳實施例中，該多孔區域可例如包含GaN及/或InGaN及或AlGaN。
在一較佳實施例中，依據本發明之微型LED包含以下層且可使用以下所述之程序逐步地製造。
該微型LED之LED結構的以下說明係有關於以由下向上之方式說明之頂發射架構，但本發明可同樣地應用於底發射架構。 圖2-基材與用於孔隙化之III族-氮化物層
使用一相容基材作為用於磊晶成長之一開始表面。該基材可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga 2O 3、GaN、玻璃或金屬。該等基材之晶體方位可為極性、半極性或非極性方位。該基材可具有1 cm 2、2英吋、4英吋、6英吋、8英吋、12英吋、16英吋直徑及16英吋直徑以上之不同尺寸，且該基材可具有大於1 μm，例如在1 μm與15000 μm之間的一厚度。較佳地，該基材係一半導體晶圓。本發明之一優點係可在一完整尺寸半導體晶圓上同時地製造一微型LED之陣列。雖然所示例子顯示在一共用模板上形成兩個微型LED，但相同方法可用於在相同晶圓上同時地製造許多微型LED之陣列。
III族-氮化物材料之一層或層堆疊物在該基材上磊晶地成長。該III族-氮化物層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(二元、三元或四元層)。
欲孔隙化之III族-氮化物層的厚度T較佳地係至少1 nm、5 nm、10 nm、至少50 nm或至少100 nm，例如在10至10000 nm，且較佳在10 nm與4000 nm之間。
欲孔隙化之III族-氮化物區域包含具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n型摻雜濃度的一摻雜區域。該III族-氮化物層亦可包含在該摻雜區域上面的一III族-氮化物材料之未摻雜層(未圖示)。
該摻雜區域可終止在該III族-氮化物層之暴露上表面，在此情形中該層之該表面在電化學蝕刻時被孔隙化。
較佳地，該III族-氮化物材料之該摻雜區域被一未摻雜中間(或「覆蓋」)層覆蓋，使得該摻雜區域係該半導體結構中之次表面。該摻雜區域之次表面開始深度(d)可例如在1 nm與3000 nm之間，或在5 nm與2000 nm之間。
在圖2至22所示之例子中，該III族-氮化物層係藉由習知電化學孔隙化技術孔隙化以形成一III族-氮化物材料之單一均勻多孔層。 圖3-多孔區域
該n摻雜III族-氮化物層沈積在該基材上後，使它藉由如在國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中提出之一晶圓級孔隙化程序來孔隙化。在這程序中，該n摻雜III族-氮化物材料成為多孔，而沒有任何III族-氮化物材料之未摻雜區域成為多孔。該等多孔層之孔隙化程度係藉由該電化學蝕刻程序控制且可較佳地在10%至90%之間，且較佳在20%與70%之間。
該孔隙化步驟後，該結構包含覆蓋一多孔層之一無孔中間層。 圖4-連接層
如圖3所示，在孔隙化後，使該晶圓增生一連接層1。該連接層係一n摻雜III族-氮化物(較佳為GaN)層，其具有在100與2000 nm之間(圖3中之層1)的一厚度及在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間且較佳＞1×10 18cm -3的一n型電荷載子濃度。
該連接層1係由III族-氮化物材料形成且可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(二元、三元或四元層)。該連接層係摻雜適當n型摻雜劑材料，例如Si、Ge、C、O。 圖5-第一遮罩層
接著在該晶圓表面上沈積一電絕緣第一遮罩層2以覆蓋該連接層1。該遮罩層2之目的係在隨後步驟中作為一遮罩來保護該晶圓中之某些區域及在這模板頂部進行選擇領域之磊晶。
這遮罩層2可為SiO 2、SiN、SiON、AlO x或任何其他適當層。這層之厚度可在20 nm與1000 nm之間且較佳在100 nm與700 nm之間。
用於沈積這層之方法可為PECVD、濺鍍、ALD、蒸發或一原位MOCVD方法。 圖6-該連接層之第一暴露區域
使用標準微影或光微影技術在該非導電第一遮罩層2中產生通孔以顯露該連接層之表面上的第一暴露區域。該等通孔可藉由一濕式蝕刻或一乾式蝕刻方法來產生。
在該等示意圖中，穿過該第一遮罩層2形成兩個第一暴露區域。在一較佳實施例中，在一遮蔽半導體晶圓上全面地形成複數第一暴露區域之一規則陣列。
在一特佳例子中，使用電感耦合乾式蝕刻(ICP-RIE)由兩個領域移除SiO 2，因此在該連接層1之表面上產生不再被該第一遮罩層2覆蓋的兩個暴露區域。
該等第一暴露區域之大小可在200 nm與50000 nm之間，較佳在500 nm與10000 nm之間或在1000 nm與8000 nm之間。
相鄰第一暴露區域間之距離較佳地大於該等第一暴露區域的橫向寬度，且較佳地比該等第一暴露區域之橫向寬度大至少1.5倍或至少2倍。相鄰第一暴露區域間之距離可選擇成使得讓另一LED結構有可在相鄰第一暴露區域間成長之空間。
該等兩個第一暴露區域間之距離可在500 nm與30000 nm之間，例如在1000 nm與10000 nm之間或在5000 nm與8000 nm之間。
該等暴露區域之形狀可為圓形、正方形、矩形、六邊形、三角形等。該等通孔之寬度或直徑較佳地小於100 μm使得形成在該等暴露領域上之LED結構被分類為微型LED。該等暴露區域可較佳地具有0.05 μm至30 μm且特佳地等於或小於10 μm之一寬度。
接著在該連接層1之全部第一暴露區域中成長第一LED結構，使得這些暴露區域變成μLED像素。 圖7-第一n摻雜區域
在形成該連接層1之第一暴露區域後，在該等第一暴露區域中沈積一III族-氮化物材料之n摻雜層3。
在所示特定例子中，藉由MOCVD成長一n摻雜層3。該成長只發生在該n摻雜連接層1之表面上的該等第一暴露區域內側。Si在該n摻雜層3中作為一摻雜劑使用，且摻雜濃度係至少＞1×10 19cm -3。
該n摻雜層3可為包含銦之一整體III族-氮化物層或有或無銦之一薄III族-氮化物層堆疊物，或銦之原子百分比在該整個整體層或該堆疊物中變化。該銦原子百分比可在0.5至25%之間變化。該n型層3之總厚度可在2 nm與200 nm之間，例如在50 nm與100 nm之間變化。若使用該堆疊物，則該堆疊物中之個別層的厚度可在1至40 nm間變化。該n摻雜層3可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n摻雜濃度。 圖8-第一發光區域
在該等第一暴露區域中成長該第一n型層3後，成長第一發光區域4。
該第一發光區域4可包含至少一發光層。各發光層可為一量子井(QW)，較佳為一InGaN量子井(QW)。較佳地，該發光區域可包含1至7個間之量子井。相鄰量子井被具有與該等量子井不同之組成的III族-氮化物材料之障壁層分開。
該(等)發光層在本文件中可稱為「量子井」，但可採用各種不同形式。例如，該等發光層可為InGaN之連續層，或該等層可為連續、片段、間斷層，可包含間隙或可具有奈米結構使得該量子井有效地包含表現為量子點之複數3D奈米結構。
該等量子井及障壁係在600至800℃之一溫度範圍內成長。
各量子井較佳地由具有在18至30%之間，較佳在22%以上且較佳在30%以下之原子銦百分比的一InGaN層構成。
各量子井層之厚度可在1.5至8 nm之間，較佳在1.5 nm與6 nm之間或在1.5 nm與4 nm之間。
該等量子井可或可未被一薄(0.5至3 nm)III族-氮化物QW覆蓋層覆蓋，該QW覆蓋層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
在QW成長後立即添加之層的該QW覆蓋層(若有的話)可為AlN、0.01至99.9%中之任一Al%的AlGaN、GaN、0.01至30%中之任一In%的InGaN。
分開該等發光層(量子井)之該等III族-氮化物QW障壁層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
因為該(等)QW覆蓋層及QW障壁形成該發光區域4之一部分，所以這些層在圖中未用獨立符號表示。
成長完成時該發光區域4之高度係在該第一遮罩層2之高度的+/-200 nm內。
該發光區域4之目標發射波長係在515 nm至540 nm之間且較佳係530 nm。 圖9-覆蓋層及EBL
在量子井成長後，成長一未摻雜覆蓋層5。因為該未摻雜覆蓋層5係在完整發光區域成長後，例如在QW、QW覆蓋層及QW障壁層之堆疊物成長後形成，所以這層可稱為一發光區域覆蓋層。
該覆蓋層(發光區域覆蓋層)5係在用於III族-氮化物LED之成長架構中習知的一標準層。
該覆蓋層之厚度可在5至30 nm之間，較佳在5至25 nm或5至20 nm之間。 電子阻擋層(EBL)
在該覆蓋層5後，成長包含鋁之一電子阻擋層6(EBL)。EBL之厚度可通常在10至50 nm之間。該Al%可例如在5至25%之間，但亦可為更高Al含量。
用一適當p型摻雜材料摻雜該EBL。摻雜濃度可在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。 圖10-第一p摻雜層
在該電子阻擋層(EBL)6上方成長一第一p摻雜層7。
較佳地用Mg摻雜該p型區域，且該p型層之p型摻雜濃度較佳地在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。
該p摻雜III族-氮化物層可包含In與Ga。
該摻雜層之厚度係較佳地在20至200 nm之間，特佳在50至100 nm之間。摻雜濃度在該p型層上各處可不同且可在該層朝向該LED表面的最後10至30 nm中具有摻雜濃度之一峰值以獲得較佳p接觸。
為了活化該p摻雜層中之Mg受子，該結構可在MOCVD反應器內或在一退火爐中退火。在N 2中或在N 2/O 2之環境中該退火溫度可在700至850 C之範圍內。
因為該EBL及該p摻雜層都被p型摻雜，所以這些層可稱為p摻雜區域。 圖11-移除第一遮罩層
接著處理該等晶圓以便由該連接層1之表面移除該第一遮罩層2。這可使用緩衝氧化物蝕刻化學透過濕式蝕刻來達成。 圖12-第二遮罩層
下一步驟係在該連接層1及該第一LED結構之層3至7上面沈積一第二遮罩層8或一鈍化層之組合。該第二遮罩層可由SiO 2、SiN、SiON、含鋁、鉭或鉿之氧化物形成，或可為這些層之一組合。該第二遮罩層8係透過電漿加強化學蒸氣沈積、透過濺鍍或任何其他適當技術(例如原子層沈積)來沈積。該第二遮罩層8之厚度可在20至2000 nm之間變化。 圖13-鈍化層中之通孔
下一步驟係藉由移除該第二遮罩層8之某些部份來產生該連接層1之複數第二暴露區域。這可透過標準光微影技術、濕式或乾式蝕刻來達成。就濕式蝕刻而言，可使用一緩衝氧化物蝕刻、稀釋氫氟酸、磷酸或這些之一混合物。
圖13顯示穿過該第二遮罩層8產生三個第二暴露區域以暴露該連接層1之表面。
該等第二暴露區域之大小可在200 nm與50000 nm之間，較佳在500 nm與10000 nm之間或在1000 nm與8000 nm之間。
相鄰第二暴露區域間之距離較佳地大於該等第二暴露區域之橫向寬度，且較佳地比該等第二暴露區域之橫向寬度大至少1.5倍或至少2倍。相鄰第二暴露區域間之距離可選擇成使得讓另一LED結構有可在相鄰第二暴露區域間成長之空間。
該等相鄰第二暴露區域間之距離可在500 nm與30000 nm之間，例如在1000 nm與10000 nm之間或在5000 nm與8000 nm之間。
該等暴露區域之形狀可為圓形、正方形、矩形、六邊形、三角形等。該等通孔之寬度或直徑較佳地小於100 μm使得形成在該等暴露領域上之LED結構被分類為微型LED。該等暴露區域可較佳地具有0.05 μm至30 μm且特佳地等於或小於10 μm之一寬度。 圖14-第二n型部份
在形成該連接層1之第二暴露區域後，在該等第二暴露區域中沈積一III族-氮化物材料之第二n摻雜層9。
在所示特定例子中，藉由MOCVD成長一第二n摻雜層9。該成長只發生在該n摻雜連接層1之表面上的該等第二暴露區域內側。Si在該n摻雜層9中作為一摻雜劑使用，且摻雜濃度係至少＞1×10 19cm -3。
該第二n摻雜層9可為包含銦之一整體III族-氮化物層或有或無銦之一薄III族-氮化物層堆疊物，或銦之原子百分比在該整個整體層或該堆疊物中變化。該銦原子百分比可在0.5至25%之間變化。該n型層9之總厚度可在2 nm與200 nm之間，例如在50 nm與100 nm之間變化。若使用該堆疊物，則該堆疊物中之個別層的厚度可在1至40 nm間變化。該第二n摻雜層9可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n摻雜濃度。 圖15-第二發光區域
在該等第二暴露區域中成長該第二n型層9後，在各n型層9上面成長第二發光區域10。
該第二發光區域10可包含至少一發光層。各發光層可為一量子井(QW)，較佳為一InGaN量子井(QW)。較佳地，該發光區域可包含1至7個間之量子井。相鄰量子井被具有與該等量子井不同之組成的III族-氮化物材料之障壁層分開。
該(等)發光層在本文件中可稱為「量子井」，但可採用各種不同形式。例如，該等發光層可為InGaN之連續層，或該等層可為連續、片段、間斷層，可包含間隙或可具有奈米結構使得該量子井有效地包含表現為量子點之複數3D奈米結構。
該等量子井及障壁係在600至800℃之一溫度範圍內成長。
各量子井較佳地由具有在20至40%之間，較佳在26%以上且較佳在30%以上之原子銦百分比的一InGaN層構成。
各量子井層之厚度可在1.5至8 nm之間，較佳在1.5 nm與6 nm之間或在1.5 nm與4 nm之間。
該等量子井可或可未被一薄(0.5至3 nm)III族-氮化物QW覆蓋層覆蓋，該QW覆蓋層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
在QW成長後立即添加之層的該QW覆蓋層(若有的話)可為AlN、0.01至99.9%中之任一Al%的AlGaN、GaN、0.01至30%中之任一In%的InGaN。
分開該等發光層(量子井)之該等III族-氮化物QW障壁層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
因為該(等)QW覆蓋層及QW障壁形成該第二發光區域10之一部分，所以這些層在圖中未用獨立符號表示。
成長完成時該發光區域4之高度係在該第一遮罩層2之高度的+/-200 nm內。
該第二發光區域10之目標PL發射波長係在570 nm至630 nm之間且較佳係大於600 nm。因此該第二發光區域10具有與該第一發光區域4不同之一發射波長。 圖16-覆蓋層及EBL
在量子井成長後，成長一未摻雜覆蓋層11及一電子阻擋層12(EBL)。這些層與上述覆蓋層5及EBL6類似或相同。 圖17-第二p摻雜層
在該電子阻擋層(EBL)12上方成長一第二p摻雜層13。該第二p摻雜層13可與上述p型層7類似或相同。
包括層9至13之完成第二LED結構較佳地具有在570至630 nm間之一PL發射波長及在600至665 nm間之一EL發射波長。 圖18-暴露第一p摻雜層
在下一步驟中開始進行裝置處理。該第一步驟係只由該第一LED結構之p摻雜層7頂部移除該第二遮罩層8。 該第二遮罩層之移除可藉由濕式或乾式蝕刻方法達成。在濕式蝕刻之情形中，使用緩衝氧化物蝕刻來移除該鈍化層。 圖19-透明導電層
接著藉由例如一透明導電氧化物(例如其他相容氧化物上之ITO、ZnO)之一透明導電層14或藉由金屬層來覆蓋該等暴露第一與第二p型層7、13。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或部份地覆蓋該等像素。該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au、Ag等。該完成金屬堆疊物之厚度可在200至2000 nm之間。
該建構可使用包括抗蝕劑塗布、光微影及剝離之標準半導體處理方法來達成。 這可與乾或濕建構組合使得該導電金屬層只完全地或部份地覆蓋該等p摻雜區域(區域13與7)之頂面。
透明導電層在所屬技術領域中是習知的且可使用任何適當材料及厚度。 圖20-p接觸
裝置製造中之下一個步驟係藉由金屬層覆蓋該等p摻雜層7、13上之透明導電層14作為電p接觸。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或部份地覆蓋該等像素。在這例子中使用一單一步驟來簡化細節。
該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。該完成金屬堆疊物之厚度可在200至2000 nm之間。 圖21-暴露連接層
可使用標準光微影技術在該第二遮罩層8中產生通孔以暴露該連接層1之複數區域。該等通孔之大小可在200 nm至50000 nm之間變化。該等通孔間之距離可在500 nm至30000 nm之間。該等通孔只在未被第一或第二LED結構佔據的晶圓之區域中產生。
使用乾式蝕刻來使用氟基氣體蝕刻該第二遮罩層8。 圖22
裝置製造中之最後步驟係藉由金屬層覆蓋氧化物中之通孔以進接該n摻雜連接層1。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或部份地覆蓋該等像素。在這例子中使用一單一步驟來簡化細節。
該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。該完成金屬堆疊物之厚度可在200至2000 nm之間。
圖2至22圖中之所示微型LED陣列係設計成具有以：在515至540 nm之間及在570 nm至630 nm之間的兩種不同發射波長發光的兩組LED。所示裝置係組配成由該裝置之p側(如圖所示之微型LED陣列頂部)發光。該等第一與第二發光區域兩者之發射波長都可依需要調整以獲得所需顏色組合之LED。一第三LED結構之第三陣列亦可加入該晶圓以提供發射三種不同波長的LED之陣列。 紅綠藍光LED
圖23至44係示意側視橫截面圖，顯示依據本發明一較佳實施例之製造一紅綠藍光LED裝置的步驟。
圖23顯示適合供本發明使用之一半導體模板。圖23之模板類似圖3中之模板，但在圖23之模板中該多孔區域係局限於該模板之一特定橫向寬度內，而非一連續、非均勻多孔層延伸通過該基材上面的該模板之整個寬度。該多孔區域係設置在該基材之寬度的大約三分之一上面，而在與該多孔區域相同平面中之一無孔區域則覆蓋該基材之橫向寬度的剩餘三分之二。該等III族-氮化物材料之多孔及無孔區域的大小及形狀可依據藉由在磊晶成長時將這些區域之電荷載子濃度控制成只有具有大於大約1×10 17cm -3之電荷載子濃度的n摻雜區域在電化學蝕刻時被孔隙化來控制。
圖23至44所示之裝置之编號區域(或層)的細節與以上關於圖1至22所述者一致。
圖23至44所示之製造步驟類似以上關於圖1至22所述者。
藉由該多孔區域之電化學孔隙化穿過一無孔區域製備圖23之模板後，在該多孔區域及該無孔區域兩者上面形成一n摻雜連接層1。接著在該連接層1上面形沈積一第一電絕緣遮罩層2。
接著藉由移除該遮罩層2之某些部份，在該多孔區域上面形成一第一暴露區域且在該無孔區域上面形成一第二暴露區域。
接著成長由層3至7(以上關於圖2至22所述者)構成之兩個相同LED結構。一第一LED結構成長在該多孔區域上面的第一暴露區域上，且一第二LED結構成長在該無孔區域上面的第二暴露區域上。該等發光區域4中之量子井係具有在18至30%之間，較佳在22%以上且較佳在30%以下之原子銦百分比的InGaN III族-氮化物層。
在電偏壓通過之情形下該區域4之目標電致發光發射波長可在515 nm至540 nm之間且較佳係530 nm。
但是，如上所述，該第一LED結構位在一III族-氮化物材料之多孔區域上面的事實產生相對該相同第二LED結構在該第一LED結構之發射波長中的一紅位移。結果該第二LED結構中之發光區域發射大約515 nm至540 nm之一峰EL波長，而該波長位移第一LED結構發射大約580 nm至650 nm之一峰EL波長。
該等第一與第二LED結構(3至7)成長後，移除該第一遮罩層2且在該等第一與第二LED結構及該連接層2上面沈積一第二遮罩層8。接著藉由移除該第二遮罩層8之一部份在該無孔區域上面產生該連接層1之一第三暴露區域。
接著(如上所述地)在該第三暴露區域上成長由層9至13構成之一第三LED結構。該第三LED結構之發光區域10中的量子井較佳地由具有在10至30%之間，較佳大於12%之原子銦百分比且較佳為15%以上銦，特佳為小於22%銦的III族-氮化物層構成。在一電偏壓施加通過該LED結構之情形下，該區域10之目標發射波長係在400 nm至500 nm之間，較佳在430至470 nm之間且更佳係大於450 nm。
該第三LED結構(9至13)形成後，實行標準裝置製造步驟，其包括：暴露全部三個LED結構之p摻雜層7、13；在該等LED結構之間蝕刻通道穿過該連接層1；藉由在該等通道中沈積介電遮罩材料8使該等LED結構互相電絕緣；將透明導電氧化物14及金屬p接觸15施加至全部三個LED結構且接著在該第二遮罩層8中產生通孔以暴露該n摻雜連接層1；及形成與該連接層1接觸之金屬n接觸16。
如圖43所示，接著可由該裝置移除該基材。該裝置之上側可結合在另一載體晶圓/基材/底板17上或一微驅動器電路板上以形成一像素之陣列。該裝置之底側可結合在一蓋玻璃或透明材料18上。
如圖44所示，可由該裝置移除該基材及該多孔與無孔區域。該裝置之頂側可結合在另一載體晶圓/基材/底板17或一微驅動電路板上以形成一像素之陣列。該裝置之底側可結合在一蓋玻璃或透明材料18上。
因此如圖所示之完成結構包括一第一LED結構，該第一LED結構具有在560至650 nm及650至750 nm之間且較佳在600至650 nm之間的一發射波長。因此該第一LED結構可為一紅光LED。
該完成結構亦包括一第二LED結構，該第二LED結構具有在500至560 nm之間且較佳在520至540 nm之間的一發射波長。因此該第二LED結構可為一綠光LED。
該完成結構亦包括一第三LED結構，該第三LED結構具有在400 至500 nm之間且較佳在430至470 nm之間的一發射波長。因此該第三LED結構可為一藍光LED。
藉由在相同基材上製成之一整合裝置中提供這些LED結構中之全部三個LED結構，有利地提供一紅綠藍光LED裝置，其中紅光、綠光及藍光LED結構形成用於發光之彩色像素，特別地其中該等紅、綠及藍像素形成為比使用習知製造方法可形成者更靠近。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該等獨立LED結構之發射波長可藉由依據LED構造之習知原理改變該等LED結構之組成及層結構來控制。因此可使用本發明提供各種多色LED裝置，且當然可提供紅、綠及藍以外之顏色組合。 紅位移
圖45與46比較一無孔基材(圖45)上之一InGaN LED與在包含一III族-氮化物材料之多孔層的一模板上成長的相同InGaN LED的發射特性。這兩個圖之比較證明朝向由該多孔底層產生之較長發射波長的位移，因為該多孔模板上之LED的發射波長係比該無孔模板上之相同LED的發射波長一致地長21 nm與45 nm之間。因此當該第一LED結構成長在該多孔區域上面且該相同第二LED結構成長在該無孔區域上面時，該第一LED結構以比該第二LED結構長之一波長發光。 另一實施例
圖47與48顯示依據本發明一較佳實施例之製備一紅綠藍光LED裝置的另一方法。
提供一模板，其中具有不同孔隙度之三個多孔區域係位在相同平面中且在一半導體材料層中之三個不同橫向位置。一n摻雜連接層(未圖示)覆蓋全部三個多孔區域。
首先，在多孔區域1上面沈積一遮罩，在多孔區域2與3上面留下該連接層之一暴露區域。接著在多孔區域2與3上面之連接層上形成一綠光LED結構。接著藉由習知蝕刻程序將該綠光LED結構分成兩部份而留下位在多孔區域3上方之一第一LED結構及位在多孔區域2上方之一第二LED結構。
沈積另一遮罩層以覆蓋該第一LED結構及該第二LED結構。接著移除該遮罩層之一部份以暴露多孔區域1上方的該連接層之一區域。接著在多孔區域1上方的該連接層之暴露區域形成一藍光LED結構。
接著藉由上述相同LED處理步驟將全部三個LED結構處理成裝置結構。
在這實施例中，即使該等第一與第二LED結構本身相同，多孔區域1與多孔區域2間之孔隙度的差亦可產生不同第一與第二發射波長。在所示實施例中，多孔區域1之孔隙度造成一波長位移使得該第一LED結構在一施加電偏壓作用下發射紅光。因此，可使用相同磊晶成長步驟同時地形成一綠光LED及一紅光LED。
在不同實施例中，該等第二及/或第三LED結構可形成在III族-氮化物材料之無孔區域上面而非多孔區域1與2上面。
1:連接層 2:(第一)遮罩層 3:第一n摻雜層；(第一)n型層 4:(第一)發光區域 5,11:未摻雜覆蓋層 6:電子阻擋層(EBL) 7:第一p摻雜層；p型層 8:第二遮罩層 9:第二n摻雜層；(第二)n型層 10:第二發光區域 12:電子阻擋(III族-氮化物)層(EBL) 13:第二p摻雜層 14:透明導電層 15:金屬p接觸 16:金屬n接觸 17:另一載體晶圓/基材/底板 18:蓋玻璃或透明材料 T:厚度
以下參照圖說明本發明之特定實施例，其中： 圖1顯示依據本發明之適用於一LED裝置或一微型LED之陣列的一多孔模板；及 圖2至22係示意側視橫截面圖，顯示依據本發明一較佳實施例之製造一五微型LED之陣列的步驟； 圖23至44係示意側視橫截面圖，顯示依據本發明一較佳實施例之製造一紅綠藍光LED裝置的步驟； 圖45係對在一無孔基材上之一InGaN LED而言，在不同電流引入時標準化電致發光(EL)強度對波長的圖； 圖46係對依據本發明一較佳實施例成長在一多孔區域上面之與圖45相同的InGaN LED而言，在不同電流引入時標準化電致發光(EL)強度對波長的圖； 圖47與48顯示依據本發明一較佳實施例之製備一紅綠藍光LED裝置的另一方法。
1:連接層
3:第一n摻雜層；(第一)n型層
4:(第一)發光區域
5:n摻雜覆蓋層
6:電子阻擋層(EBL)
7:第一p摻雜層；p型層
8:第二遮罩層
9:第二n摻雜層；(第二)n型層
10:第二發光區域
11:未摻雜覆蓋層
12:電子阻擋(III族-氮化物)層(EBL)
13:第二p摻雜層
14:透明導電層
17:另一載體晶圓/基材/底板
18:蓋玻璃或透明材料

Claims (53)

  1. 一種製造LED裝置之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜連接層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第一暴露區域； 在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第二暴露區域；及 在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光的一第二LED結構。
  2. 如請求項1之方法，其中該第一LED結構係組配成在電偏壓之作用下以在510 nm與560 nm之一第一發射波長發光，且該第二LED結構係組配成以在600 nm與650 nm間之一第二發射波長發光。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係形成在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該多孔區域及該無孔區域係設置在一基材上之相同平面中。
  4. 如請求項3之方法，其中該第一LED結構及該第二LED結構中之一者係位在該多孔區域上面，而另一者係位在該無孔區域上面。
  5. 如請求項1、2或3之方法，其中該第一LED結構及該第二LED結構都位在該多孔區域上面。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中形成該第一LED結構之步驟包含在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成： 一第一n摻雜部份； 一第一p摻雜部份；及 一第一發光區域，其設置在該第一n摻雜部份與該第一p摻雜部份之間。
  7. 如請求項1至5中任一項之方法，其中形成該第二LED結構之步驟包含在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成： 一第二n摻雜部份； 一第二p摻雜部份；及 一第二發光區域，其設置在該第二n摻雜部份與該第二p摻雜部份之間。
  8. 如請求項1至7中任一項之方法，其包含使一III族-氮化物材料之n摻雜區域電化學地孔隙化以形成該III族-氮化物材料之多孔區域的第一步驟。
  9. 如請求項1至8中任一項之方法，其包含以下步驟：藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔層形成該III族-氮化物材料之多孔區域，使得形成該n摻雜III族-氮化物連接層前，該III族-氮化物材料之無孔層在該多孔區域上面形成一無孔中間層。
  10. 如請求項9之方法，其包含以下步驟：在該無孔中間層上面形成該III族-氮化物材料之n摻雜連接層前，蝕刻該無孔中間層以減少其厚度。
  11. 如請求項9或10之方法，其中該無孔中間層具有在1 nm與3000 nm之間且較佳地在5 nm與2000 nm之間的一厚度。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中該III族-氮化物材料之多孔區域包含一III族-氮化物材料之多孔層。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中該III族-氮化物材料之多孔區域包含一III族-氮化物材料之多數多孔層的堆疊物。
  14. 如請求項13之方法，其中該多孔層之堆疊物係一交替多孔及無孔層之堆疊物，較佳地其中該堆疊物包含在5與50對間之多孔及無孔層。
  15. 如請求項14之方法，其中該等多孔層具有在10 nm與200 nm之間的一厚度，且該等無孔層具有在5 nm與180 nm之間的一厚度。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其中該多孔區域或各多孔層具有在10%與90%孔隙度之間的一孔隙度。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其中該III族-氮化物材料之n摻雜連接層具有在100 nm與2000 nm之間的一厚度及＞1×10 17cm -3且較佳地＞1×10 18cm -3的一電荷載子濃度。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其中該第一遮罩層係由以下其中一者形成：SiO 2、SiN、SiON。
  19. 如請求項1至18中任一項之方法，其中該遮罩層具有在20 nm與1000 nm之間，較佳在200 nm與800 nm之間且特佳在400 nm與600 nm之間的一厚度。
  20. 如請求項1至19中任一項之方法，其中該等第一及/或第二遮罩層係藉由PECVD、濺鍍、ALD、蒸發或一原位MOCVD來沈積。
  21. 如請求項1至20中任一項之方法，其中移除該等第一及/或第二遮罩層之一部份的步驟包括光微影、濕式蝕刻或例如電感耦合乾式蝕刻(ICP-RIE)之乾式蝕刻。
  22. 如請求項1至21中任一項之方法，其中該連接層之該等第一及/或第二暴露區域之形狀係圓形、正方形、矩形、六邊形或三角形。
  23. 如請求項1至22中任一項之方法，其中該等第一及/或第二暴露區域具有在0.05 μm與100 μm之間，較佳在0.1 μm與50 μm之間或在0.2 μm與30 μm之間，且特佳小於10 μm，例如在0.1 μm與10 μm之間或在0.5 μm與10 μm之間的一寬度。
  24. 如請求項1至23中任一項之方法，其中該第二遮罩層係由以下其中一者形成：SiO 2、SiN、SiON、氧化鋁、氧化鉭、氧化鉿或其組合。
  25. 如請求項1至24中任一項之方法，其包含以下步驟： 在形成該第二LED結構後，移除該第二遮罩之一部份以暴露該第一LED結構之一區域；及 在該第一LED結構之該暴露區域中形成一電接觸。
  26. 如請求項1至25中任一項之方法，其包含以下步驟：暴露該n摻雜連接層之一部份；及在該n摻雜連接層之該暴露區域中形成一電接觸。
  27. 一種製造LED之陣列的方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜III族-氮化物層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩之一部份以暴露該n摻雜連接層的暴露區域之一第一陣列； 在該n摻雜連接層上的該第一陣列之各暴露區域上形成一第一LED結構； 在該等第一LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之暴露區域的一第二陣列；及 在該n摻雜連接層上的該第二陣列之各暴露區域上形成一第二LED結構。
  28. 一種製造三色LED裝置之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜連接層； 在該n摻雜連接層上形成一第一電絕緣遮罩層； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露在該多孔區域上面的該n摻雜連接層之一第一暴露區域； 移除該第一遮罩層之一部份以暴露在該無孔區域上面的該n摻雜連接層之一第二暴露區域； 在該n摻雜連接層之該第一暴露區域上形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該n摻雜連接層之該第二暴露區域上形成組配成以一第二發射波長發光之一第二LED結構； 在該第一LED結構、該第二LED結構及該n摻雜連接層上面形成一第二電絕緣遮罩層； 移除該第二遮罩層之一部份以暴露該n摻雜連接層之一第三暴露區域；及 在該n摻雜連接層之該第三暴露區域上形成組配成以與該第一發射波長及該第二發射波長不同之一第三發射波長發光的一第三LED結構。
  29. 如請求項28之方法，其中該第二LED結構與該第一LED結構相同，且其中該等第一與第二LED結構同時地形成。
  30. 如請求項28或29之方法，其中該n摻雜連接層之第三暴露區域係形成在該III族-氮化物材料之無孔區域上面。
  31. 一種LED裝置，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光；及 一第二LED結構，其組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光， 其中該等第一與第二LED結構之至少一部份延伸穿過該電絕緣遮罩層中之一間隙且與該n摻雜連接層接觸。
  32. 如請求項31之LED裝置，其中該III族-氮化物材料之n摻雜連接層延伸在一III族-氮化物材料之多孔區域及一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該多孔區域及無孔區域係設置在相同平面中。
  33. 如請求項32之LED裝置，其中該第一LED結構及該第二LED結構中之一者係位在該多孔區域上面且另一者係位在該無孔區域上面。
  34. 如請求項31、32或33之LED裝置，其中該第一LED結構及該第二LED結構都位在該多孔區域上面。
  35. 如請求項31至34中任一項之LED裝置，其包含位在該多孔區域與該連接層間的一III族-氮化物材料之無孔中間層。
  36. 如請求項31至35中任一項之LED裝置，其中該第一LED結構包含： 一第一n摻雜部份； 一第一p摻雜部份；及 一第一發光區域，其設置在該第一n摻雜部份與該第一p摻雜部份之間， 且該第二LED結構包含： 一第二n摻雜部份； 一第二p摻雜部份；及 一第二發光區域，其設置在該第二n摻雜部份與該第二p摻雜部份之間。
  37. 如請求項36之LED裝置，其中該等第一及/或第二n摻雜部份包含一n摻雜III族-氮化物層，較佳地其中該n摻雜部份包含n-GaN、或n-InGaN、或一n-GaN/n-InGaN交替層之堆疊物或包含不同銦濃度的一n-InGaN/n-InGaN交替層之堆疊物。
  38. 如請求項36或37之LED裝置，其中該等第一及/或第二發光區域包含一或多個III族-氮化物發光層，且其中該發光層或各發光層包含一量子井或一奈米結構層，該奈米結構層包含如量子點、片段或不連續量子井之量子結構。
  39. 如請求項38之LED裝置，其中該第一LED結構中之一或多個發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.10 ≤ x ≤ 0.40，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.30。
  40. 如請求項38或39之LED裝置，其中該第二LED結構中之一或多個發光層具有組成In yGa 1-yN，其中0.20 ≤ y ≤ 0.40，較佳為0.26 ≤ y ≤ 0.40且特佳為0.30 ≤ y ≤ 0.40。
  41. 如請求項31至40中任一項之LED裝置，其中該等發光區域包含一或多個InGaN量子井，且較佳為在1與7個之間的量子井。
  42. 一種LED之陣列，其包含形成在一基材上的複數如請求項31至41中任一項之LED裝置。
  43. 一種LED之陣列，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 複數間隙，其在該電絕緣遮罩層中； 複數第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光；及 複數第二LED結構，其組配成以一第二發射波長發光， 其中各LED結構之至少一部份延伸穿過該電絕緣遮罩層中之一間隙且與該n摻雜連接層接觸。
  44. 一種三色LED裝置，其包含： 一III族-氮化物材料之n摻雜連接層，其在一III族-氮化物材料之多孔區域上面； 一電絕緣遮罩層，其在該n摻雜III族-氮化物層上； 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光； 一第二LED結構，其組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光；及 一第三LED結構，其組配成以與該等第一與第二發射波長不同之一第三發射波長發光， 其中該等第一、第二與LED結構之至少一部份與該n摻雜連接層接觸。
  45. 如請求項44之三色LED裝置，其中該裝置係一紅綠藍(RGB)光LED裝置，且該等第一、第二與第三LED結構係組配成在一施加電偏壓作用下發射紅、綠及藍光。
  46. 如請求項44或45之三色LED裝置，其中該第一LED結構係位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面且該第二LED結構係不位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面。
  47. 如請求項46之三色LED裝置，其中該第二LED結構與該第一LED結構相同，且其中該等第一與第二LED結構由於在該第一LED結構下方之該多孔區域而以不同發射波長發光。
  48. 如請求項47之三色LED裝置，其中該第一LED結構係用於發射515至540 nm之一峰波長的一LED結構，且其中該第一LED結構下方的該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射波長位移至600與650 nm之間。
  49. 如請求項47或48之三色LED裝置，其中該第一LED結構及該第二LED結構中之一或多個發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.10 ≤ x ≤ 0.40，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.30。
  50. 如請求項44至49中任一項之三色LED裝置，其中該第三LED結構不位在該III族-氮化物材料之多孔區域上面。
  51. 如請求項44至50中任一項之三色LED裝置，其中該第三LED結構係組配成在電偏壓通過之情形下以在400與500 nm間且較佳在430至470 nm間之一峰波長發光。
  52. 如請求項44至51中任一項之三色LED裝置，其中該第三LED結構中之一或多個發光層具有組成In zGa 1-zN，其中0.10 ≤ z ≤ 0.30，較佳為0.12 ≤ z ≤ 0.25且特佳為0.15 ≤ z ≤ 0.20。
  53. 如請求項44至52中任一項之三色LED裝置，其中該等第一、第二及第三LED結構係組配成使得： 該第一LED結構在電偏壓通過之情形下以在600與650 nm間之一峰波長發光； 該第二LED結構在電偏壓通過之情形下以在515與550 nm間之一峰波長發光；且 該第三LED結構在電偏壓通過之情形下以在415與500 nm間之一峰波長發光。
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