TW202224205A - 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：提供一模板，該模板包含一III族-氮化物材料之第一多孔區域；在該模板上且在該第一多孔區域上方形成一第一LED結構；及在該模板上形成一第二LED結構，其中該第二LED結構不位在該第一多孔區域上方。一種LED裝置包含：一第LED結構，其在一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面；及一第二LED結構，其不位在該第一多孔區域上面。在此亦提供一種三色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，該方法包含以下步驟： 提供一模板，該模板包含一III族-氮化物材料之第一多孔區域； 在該模板上且在該第一多孔區域上方形成一第一LED結構；及 在該模板上形成一第二LED結構，其中該第二LED結構不位在該第一多孔區域上方。
該模板較佳地包含一基材，且該III族-氮化物材料之第一多孔區域位在該基材上方。
該第一LED結構係組配成在施加通過該LED結構之一電偏壓作用下以一第一發射波長發光。該第二LED結構係較佳地組配成在施加通過該第二LED結構之一電偏壓作用下以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光。
藉由在相同模板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。
在一第一實施例中，該模板可包含位在該基材上且在與該第一多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之第二多孔區域，且該方法可包含在該模板之該第二多孔區域上方形成該第二LED結構的步驟。該III族-氮化物材料之第一多孔區域可具有一第一孔隙度，且該III族-氮化物材料之第二多孔區域較佳地具有與該第一孔隙度不同的一第二孔隙度。
在較佳實施例中，該模板亦可包含在與該第一多孔區域及該第二多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之第三多孔區域，且該方法可包含在該模板之該第三多孔區域上方形成一第三LED結構的步驟。
在其他較佳實施例中，該模板包含在與該第一多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之無孔區域。該多孔區域及該無孔區域可較佳地設置在該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-氮化物材料構成且部份地由無孔材料構成，並且這些區域覆蓋該基材之不同橫向領域。
該方法可包含在該模板之該無孔區域上方形成該第二LED結構。因此該第一LED結構可位在該模板之一多孔區域上面，而該第二LED結構不位在一多孔區域上面。
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模板之一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。
藉由在該模板中提供一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，其形成在該第一多孔區域上面；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。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，該第一LED結構在該第一多孔區域上面之位置使該第一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，且一次在一第一多孔區域上面)來獲得多色發光。
相同效應可藉由在具有不同孔隙度之各多孔區域上面形成該等第一與第二LED結構來獲得。因為下方III族-氮化物多孔區域之孔隙度與該增生之LED結構的應變鬆弛有關，所以具有不同%孔隙度之多孔區域因此在該模板上成長之LED結構中產生不同程度之應變鬆弛及因此不同程度之波長位移。因此可藉由形成相同習知LED結構兩次(一次在具有一第一孔隙度之一第一多孔區域上面，且一次在具有一不同第二孔隙度之一第二多孔區域上面)來獲得多色發光。
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一第一步驟。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。這步驟應在形成該等LED結構前實行。
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等LED結構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等LED結構之間。
該多孔區域可藉由使在該基材上之一或多個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多孔區域上面。
或者，該模板可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。這可藉由只在該基材之一預定區域上沈積n摻雜III族-氮化物材料及由未摻雜III族-氮化物材料(其不會被電化學地孔隙化)形成該層之其他部份來提供。
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5至50對間之層。各高摻雜層之厚度可例如在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。低摻雜層可例如具有在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、在20 nm與150 nm之間或在50 nm與100 nm之間的一厚度。該等無孔層可較佳地具有在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。
在較佳實施例中，該多孔區域可包含一多數III族-氮化物材料多孔層之堆疊物。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。
該模板可包含在該III族-氮化物材料之第一多孔區域上面的一III族-氮化物材料之n摻雜連接層。較佳地，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層係位在該無孔中間層上面。
該等LED結構可形成在該n摻雜連接層上。
該n型摻雜連接層可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。
該方法可包含形成一電絕緣(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。
該無孔中間層之厚度可選擇地藉由在成長該等LED結構前進行蝕刻來減少。
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。
該模板較佳地包含在該第一多孔區域上方或在包含該第一多孔區域之層上方的一III族-氮化物材料之無孔中間層。較佳地，該無孔中間層係一平行側平坦層，該平行側平坦層延伸在該第一多孔區域及位在該第一多孔區域之平面中的任何其他無孔區域及/或其他多孔區域上面。較佳地，該等第一與第二LED結構係形成在該無孔中間層上。
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可被所屬技術領域中具有通常知識者了解而與本發明一起使用。但是，在本發明中，該等第一與第二LED結構係只在該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。
形成該第一LED結構之步驟可包含在該模板上且在該III族-氮化物材料之第一多孔區域上方形成： 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模板上形成： 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。
該等第一與第二LED結構可藉由遮蔽該模板之一部份、成長其中一LED結構及接著遮蔽該LED結構並在成長另一LED結構前暴露該模板之先前遮蔽部份來選擇地逐一形成。
該方法可包含以下步驟： 在該第一多孔區域上面形成一第一電絕緣遮罩； 在該模板之一未遮蔽區域上形成一第二LED結構； 在該第二LED結構上面形成一第二電絕緣遮罩； 暴露該第一多孔區域；及 在該第一多孔區域上形成該第一LED結構。
許多第一與第二LED結構可在該模板上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。
或者，形成一第一LED結構及一第二LED結構之步驟可包含： 在該模板上面形成一LED結構，該LED結構包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與該p摻雜部份之間；及 將該LED結構分成複數LED結構以形成在該第一多孔區域上方之一第一LED結構及不位在該第一多孔區域上方之一第二LED結構。
換言之，一大尺度LED結構可形成在整個模板上面，且接著分成形成獨立第一與第二LED結構且較佳是微型LED之台面。各第一與第二LED結構因此具有相同層設計，且該等半導體層之厚度及組成在各LED結構中相同。若係這種情形，則任一既定LED結構之發射波長可由該既定LED結構是否位在一III族-氮化物材料之多孔區域上面來決定，且因此獲益於應變鬆弛及產生之波長位移。
以下說明在本發明中適合作為一第一及/或第二LED結構使用之示範LED結構。
該等第一與第二及任選之第三LED結構可以任何順序形成。
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。
在該模板上成長該LED結構的n摻雜部份後，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。
該發光層或各發光層較佳地包含具有在10至30%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20至30%間且較佳為22%以上之一銦含量。
該發光區域可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 ≤ 0.30，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30。較佳地，該LED結構係一發綠光LED結構。
在一較佳實施例中，該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摻雜部份。
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。
該方法可包含以下步驟：在該等LED結構中之至少一者上面形成一電絕緣遮罩；及使該未覆蓋LED結構之發光區域電化學地孔隙化。 第三LED結構
本發明之方法可有利地用於藉由在該模板上且較佳地在該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結構較佳地不位在該第一多孔區域上方。該第三LED結構可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。
該第三LED結構可形成在該模板上使得它位在一第三多孔區域上方，或該第三LED結構可位在該模板之一無孔區域上面。
較佳地，該方法包含使該第三LED結構之發光區域電化學地孔隙化的步驟。
在一較佳實施例中，該第三LED結構可與該第一LED結構及/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結構及/或該第二LED結構相同之結構。
在另一較佳實施例中，在該模板上形成該等第一與第二LED結構後，可藉由將該等LED結構覆蓋在一介電材料之遮罩層中來鈍化該等LED結構。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模板之一第三暴露區域。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。
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。
特佳地，該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射紅光；該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射綠光；且該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射藍光。
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。在一較佳實施例中，該第三LED結構可在一電偏壓下發射藍光。特佳地，該第三LED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。
在一較佳實施例中，該方法可包含以下步驟： 在該模板上面形成一LED結構； 在該LED結構上面形成一遮罩； 暴露該LED結構之一暴露區域；及 使該暴露區域下方之發光區域電化學地孔隙化以形成該LED結構之該發光區域的一多孔部份。
該方法可接著包含以下步驟：分隔該LED結構以形成在該第一多孔區域上方之一第一LED結構、不在該第一多孔區域上方之一第二LED結構及包含該發光區域之該多孔部份的一第三LED結構。 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： 提供一模板，該模板包含一III族-氮化物材料之第一多孔區域； 在該模板上且在該第一多孔區域上方形成第一LED結構之一陣列；及 在該模板上形成第二LED結構之一陣列，其中該等第二LED結構不位於該第一多孔區域上方。
該製造LED之陣列的方法較佳地包含該第一態樣之方法。如上所述，可藉由在該模板上形成一LED結構及接著例如藉由在該LED結構中蝕刻通道而將該LED結構分成複數LED結構來形成該等第一與第二LED結構。
較佳地，該等LED結構可為微型LED結構。
該等LED結構之陣列較佳地為相同LED結構之均勻配置或圖案。例如，該等陣列可分別地包含多數行列之規則間隔的第一與第二LED結構。
該方法可包含以下步驟：在該模板上形成第三LED結構之一陣列，其中該等第三LED結構不位在該第一多孔區域上方。
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LED結構之陣列。
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： 在一模板上的一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該模板上形成組配成以一第二發射波長發光之一第二LED結構，該第二LED結構不位在該第一多孔區域上面； 在該模板上形成組配成以一第三發射波長發光之一第三LED結構，該第三LED結構不位在該第一多孔區域上面。
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結構及該第三LED結構與該第一LED結構相同，且該等第一、第二與第三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。
形成該第三LED結構之步驟可包含使該第三LED結構中之一或多個發光層電化學地孔隙化的步驟。如上所述，且如WO2019/145728中所述，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。
該第二LED結構可形成在該模板上的一III族-氮化物材料之無孔區域上方，或該第二LED結構可形成在該模板上的一III族-氮化物材料之第二多孔區域上方，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。
該第三LED結構係較佳地形成在該模板上的一III族-氮化物材料之無孔區域上方，或該第三LED結構可形成在該模板上的一III族-氮化物材料之第三多孔區域上方，該第三多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。 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： 一第一LED結構，其在一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面；及 一第二LED結構，其不位在該第一多孔區域上面。
該第一LED結構係較佳地組配成以一第一發射波長發光且該第二LED結構係較佳地組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光。
該第二LED結構可位在一III族-氮化物材料之第二多孔區域上面，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。或者，該第二LED結構可位在一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該III族-氮化物材料之無孔區域係配置在與該第一多孔區域相同之平面中。
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。
該LED裝置較佳地包含位在該第一多孔區域與該第一LED結構間的一III族-氮化物材料之無孔中間層。該LED裝置較佳地更包含位在該III族-氮化物材料之無孔中間層與該等LED結構間的一n摻雜連接層。
如上所述，該III族-氮化物材料之n摻雜連接層可延伸在III族-氮化物材料之多數多孔區域上面，或該連接層可延伸在該III族-氮化物材料之第一多孔區域及一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。
該等第一及/或第二及/或第三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(等)多孔區域包含多數III族-氮化物材料多孔層的一堆疊物。因此，該或各多孔區域不是一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裝置可包含位在該多孔區域與該等LED結構間的一無孔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LED較佳地包含在該中間層與該等LED結構間的一III族-氮化物材料之n摻雜連接層。該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。
各LED結構之至少一部份係較佳地與該n摻雜連接層接觸。較佳地，各LED結構之n摻雜部份係與該n摻雜連接層電接觸。
該第一LED結構可包含： 一第一n摻雜部份； 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結構可包含： 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。
該等第一及/或第二n摻雜部份可包含一n摻雜III族-氮化物層，較佳地其中該n摻雜部份包含n-GaN、n-InGaN、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。
該等第一及/或第二發光區域可包含一或多個III族-氮化物發光層，且該或各發光層可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。
較佳地，該等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 ≤ 0.30，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30。
在一較佳實施例中，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。
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。
在一較佳實施例中，該LED裝置另外地包含形成在該III族-氮化物材料之無孔區域上面的一第三LED結構。或者，該LED裝置可另外地包含具有一第三孔隙度的一III族-氮化物材料之第三多孔區域，及在該第三多孔區域上之一第三LED結構。
該第三LED結構係較佳地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。較佳地，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 ≤ 0.40，較佳係0.10 ≤ z ≤ 0.30且特佳係0.15 ≤ z ≤ 0.25。
在一特佳實施例中，該第三LED結構中之一或多個發光層係多孔的。
特佳地，該等第一、第二及第三LED結構係組配成使得： 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以600與750 nm間之峰波長發光； 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以515與550 nm間之峰波長發光；且 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以415與500 nm間之峰波長發光。
較佳地，該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射紅光；該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射綠光；且該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射藍光。特佳地，該第一LED結構在電偏壓通過之情形下發射紅光；該第二LED結構在電偏壓通過之情形下發射綠光；且該第三LED結構在電偏壓通過之情形下發射藍光。 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。
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： 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光且在一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面； 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，該第二LED結構不位在該第一多孔區域上面； 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，該第三LED結構不位在該第一多孔區域上面。
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，該第二LED結構可位在一第二多孔區域上面，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域之孔隙度不同的一孔隙度。該第三LED結構亦可位在一第三多孔區域上面，該第三多孔區域具有與該第一多孔區域之孔隙度不同的一孔隙度。
或者，該第二LED結構及/或該第三LED結構可位在一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該III族-氮化物材料之無孔區域係配置在與該第一多孔區域相同之平面中。在這情形中，這些LED結構未受益於與該第一LED結構相同之應變鬆弛波長位移效應。
在一較佳實施例中，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該LED結構之情形下以515至540 nm之一峰波長發光的一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該LED結構之情形下以515至540 nm之一峰波長發光的一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以515至540 nm之預定峰波長發光。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0.10 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30。
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。
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。 較佳態樣
該方法可包含以下步驟： 準備一III族-氮化物半導體材料之半導體結構，其適合使用WO2019/063957中所述之方法進行穿過表面電化學孔隙化； 使該半導體結構之一第一部份孔隙化； 使該半導體結構之一第二部份孔隙化至與該第一部份之孔隙度不同的一孔隙度；及 在該等第一與第二部份之頂部增生一發光半導體裝置結構。
本發明人發現III族-氮化物材料之電化學孔隙化導致該半導體晶格中之應變鬆弛。該應變鬆弛之程度係與該孔隙大小及位置以及該晶格之孔隙化程度(%孔隙度)相關。因此，使該半導體結構之兩獨立部份孔隙化至不同孔隙度表示該等第一與第二部份經歷不同程度之應變鬆弛。該晶格之應變鬆弛導致增生在該結構上之一發光半導體裝置之發射波長的一位移，因此該等第一與第二部份之不同孔隙度意味增生在該第一部份上之裝置具有與增生在該結構之第二部份上的裝置不同的一發射波長。依此方式，相同層狀半導體結構可在不需使用不同半導體材料之情形下以一種以上之不同波長發光。這有利地提供一明顯更有效率之製備多波長裝置的方法。
該半導體結構較佳地係選擇地附接在一基材上的一III族-氮化物材料之多層結構。為了使該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。
特佳地，該半導體結構係一半導體晶圓或一半導體晶圓之一部份。
較佳地該半導體結構包含(In)GaN，且較佳地該發光半導體裝置包含InGaN。
該半導體結構之第一與第二部份可藉由在電化學孔隙化前遮蔽該半導體結構之上表面來形成。該遮罩可為例如SiO 2、Al 2O 3或任何其他習知蝕刻遮罩。
該第一部份較佳地係包含該半導體結構之表面層的一第一領域的一列半導體材料，且多數次表面層之對應領域位在該第一領域之正下方。
類似地，該第二部份較佳地係包含該半導體結構之表面層的一第二領域的一列半導體材料，且多數次表面層之對應領域位在該第二領域之正下方。
該半導體結構之第一與第二部份可藉由WO2019/063957中所述之穿過表面蝕刻機構形成為具有個別孔隙度分布，藉此使電解質與可為未摻雜或n摻雜之該結構的表面層接觸，且孔隙化向下進行至該結構中。在這機構中，在與該電解質接觸之表面領域下方的次層之區域被孔隙化，而不在一電解質接觸領域下方的次層之區域未被孔隙化。這容許該半導體結構之個別區域在不使整個結構孔隙化之情形下被孔隙化。
或者，該等第一與第二部份可藉由在該半導體晶圓中形成溝以產生個別「台面」來形成。一第一台面可形成該半導體結構之第一部份，且一第二台面可形成該半導體結構之第二部份。該等台面可接著使用在習知技術中常用之「橫向」蝕刻機構來分別地孔隙化，其中電解質由一半導體結構之暴露邊緣向內進入。
因此，本發明之裝置可藉由穿過表面孔隙化或橫向孔隙化來形成。
該等第一與第二部份通常包含相同半導體層之分開領域。因為可在一晶圓級層狀模板中均勻地摻雜該等層，所以可在不只由各部份中之電荷載子濃度決定之情形下控制該等第一與第二層之孔隙化程度。
該等第一與第二部份之孔隙化程度可相反地藉由與該第二部份分開地使該第一部份孔隙化及對各部份施加不同電氣參數來控制。例如，使該第一部份孔隙化時施加之電壓可與使該第二部份孔隙化時施加之電壓不同。因此，即使該等第一與第二部份之層結構及電荷載子分布相同時，該等第一與第二部份可被孔隙化至不同程度，結果這些部份中之一部份最後比另一部份具有更大孔隙度。
為了製備具有不同孔隙度之不同部份，在固定電壓EC蝕刻模式中，電壓可相對一預定摻雜濃度變化。或者，該摻雜濃度可因製備該等第一與第二部份成長為具有不同摻雜分布之一模板而相對一預定電壓變化。
類似地，在固定電壓EC蝕刻模式中，可藉由以類似方式相對該摻雜濃度改變蝕刻電流來製備具有不同孔隙度之不同部份。
孔隙度亦可藉由改變電解質濃度(即0.01M至它可成為之任何高濃度M)、處理溫度(-30至60℃)及其他大氣參數且藉由提供UV照射來控制及改變。這些因素中之一或多個因素可在使該第一區域孔隙化與使該第二區域孔隙化之步驟間改變，以便最後在該等二區域中得到不同孔隙度分布。
該等第一與第二部份可藉由在各孔隙化步驟中只使一部份與電解質接觸，例如藉由遮蔽該表面層之其他部份來互相分開地孔隙化。
該遮罩可在該多孔半導體結構上磊晶地增生該半導體裝置前選擇地移除。
藉由使該半導體結構之其他部份孔隙化至不同孔隙度，可獲得其他發射波長。例如該半導體結構之一第三部份可被孔隙化至與該等第一與第二部份不同之一孔隙度。該結構之這部份的應變鬆弛程度可不同，且因此該上覆發光裝置之發射波長可不同。
在一示範第一步驟中，一遮蔽抗蝕劑可施加於該半導體結構之表面層，使得只有該表面層之二領域(一第一領域及一第二領域)保持暴露。
在第二步驟中，藉由將該第一領域暴露於電解質且施加一蝕刻電壓，該半導體結構被電化學地孔隙化而在該第一領域下方產生一第一多孔區域(呈由該表面向下延伸之一列多孔材料的形式)。在該半導體結構之多層結構中，導電性較大層的孔隙化程度比導電性較小層大。
藉由將該第二領域暴露於電解質且施加一蝕刻電壓，該半導體結構亦被電化學地孔隙化而在該第二領域下方產生一第二多孔區域(呈由該表面向下延伸之一列多孔材料的形式)。該第二領域與該第一領域分開地孔隙化且對各領域使用不同電化學蝕刻控制參數，例如蝕刻時間及蝕刻電壓。這表示產生之該第二多孔區域的孔隙度分布與產生之該第一多孔區域的產生孔隙度分布不同。雖然，類似該第一部份，該第二區域內之孔隙度依據初始導電性因層而異，但是該第二多孔區域之整體孔隙度分布與該第一多孔區域之整體孔隙度分布不同。儘管如此，它們的預蝕刻組成及結構相同。
在第三步驟中，由該表面層移除該遮罩。
在第四步驟中，在該表面層之頂部增生由一InGaN中間層、InGaN量子井(QW)及一p-(In)GaN之上層構成之一發光半導體裝置。
因為該第一多孔區域及該第二多孔區域具有不同程度之應變鬆弛，所以這導致該發光裝置在該第一多孔區域上面具有與該第二多孔區域不同之一發射波長。
在另一態樣中，提供一種半導體裝置，其包含： 一半導體結構，其具有一第一多孔部份及具有與該第一多孔部份不同之一孔隙度的一第二多孔部份；及 一或多個發光半導體結構，其配置在該第一多孔部份及該第二多孔部份上方，其中在該第一多孔部份上方之該發光半導體結構以一第一波長發光，且在該第二多孔部份上方之該發光半導體結構以與該第一波長不同之一第二波長發光。
圖1與2
圖1與2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的三個不同橫向位置。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、2與3上面之連接層上形成一LED結構。接著藉由習知蝕刻程序將該LED結構分成三部份而留下位在多孔區域3上方之一第一LED結構、位在多孔區域2上方之一第二LED結構及位在多孔區域1上方之一第三LED結構。
由於整體及局部應變鬆弛，不同區域可在一施加電偏壓作用下有利地發射藍、綠及紅色波長。
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、第二與第三LED結構本身相同，多孔區域1、多孔區域2及多孔區域3間之不同孔隙度的差亦可產生不同第一、第二與第三發射波長。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藍光LED、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。 圖3與4
圖3與4顯示依據本發明另一較佳實施例之製備一紅綠藍光LED裝置的一方法。
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的三個不同橫向位置。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、2與3上面之連接層上形成一習知綠或黃光LED結構。接著藉由習知蝕刻程序將該LED結構分成三部份而留下位在多孔區域3上方之一第一LED結構、位在多孔區域2上方之一第二LED結構及位在多孔區域1上方之一第三LED結構。
接著可用一遮罩覆蓋該等第一與第二LED結構，使該第三LED結構暴露。
接著在該暴露第三LED結構上實行一第二電化學蝕刻，使該綠光LED結構中之該等QW孔隙化。該電化學孔隙化步驟可使用WO2019/145728中所述之習知製程來實行。如WO2019/145728中所述，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。
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、第二與第三LED結構本身係在一單一步驟中成長，多孔區域1、多孔區域2及多孔區域3與該第三LED結構之多孔發光區域間之不同孔隙度亦可產生不同第一、第二與第三發射波長。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。該等多孔QW表示該第三LED結構在一施加電偏壓作用下發射藍光。同時該第二LED結構在一施加電偏壓作用下發射綠光。因此，可使用相同磊晶成長步驟同時地形成一藍光LED、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。 圖5-基材及用於孔隙化之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-氮化物區域係具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n型摻雜濃度的一摻雜區域。該摻雜區域只佔據該基材之寬度的一部份。一III族-氮化物材料之未摻雜區域係配置在與該摻雜區域相同之平面中，使得該未摻雜區域佔據該基材之寬度的其他部份。
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5至20所示之例子中，該III族-氮化物層之一摻雜區域係藉由習知電化學孔隙化技術孔隙化以形成一III族-氮化物材料之多孔區域。 圖6-模板
該n摻雜III族-氮化物區域沈積在該基材上後，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III族-氮化物材料之未摻雜區域則未成為多孔。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，該模板包含在與一III族-氮化物材料之無孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之多孔區域。該多孔區域及該無孔區域具有相同厚度且兩者都被覆蓋該多孔區域及該無孔區域兩者之一無孔中間層覆蓋。 圖7-連接層
如圖6所示，在孔隙化後，使該模板增生一連接層1。該連接層係具有在50與2000 nm之間(圖7中之層1)，較佳為200至1500 nm且更佳為500至1500 nm之一厚度的一n摻雜III族-氮化物(較佳為GaN)層。該連接層係具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間且較佳＞1×10 18cm -3之一n型電荷載子濃度的一n摻雜III族-氮化物(較佳為GaN)層。
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。
在一例子中，可在該連接層1成長前使用原位蝕刻來減少該中間層之厚度。 圖8-第一n摻雜區域
在形成該連接層1後，在該連接層1上面形成一III族-氮化物材料之n摻雜層2。
在所示特定例子中，藉由MOCVD成長一n摻雜層2。該成長發生在該n摻雜連接層1之表面上。Si在該n摻雜層2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2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2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2可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n摻雜濃度。 圖9-第一發光區域
在該模板上成長該第一n型層2後，成長一發光區域3。
該發光區域3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10至30%之間，較佳在20%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3之一部分，所以這些層在圖中未用獨立符號表示。
在一施加電偏壓作用下該發光區域3之目標發射波長係在515 nm至550 nm之間且較佳係530 nm。因此該發光區域3較佳地係組配成當施加一電偏壓時發射綠光之一綠光LED結構。 圖10-覆蓋層及EBL
在量子井成長後，成長一未摻雜覆蓋層4。因為該未摻雜覆蓋層4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)4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4之後，成長包含鋁之一電子阻擋層5(EBL)。EBL之厚度可通常在10至50 nm之間。該Al%可例如在5至25%，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11-第一p摻雜層
在該電子阻擋層(EBL)5上方成長一第一p摻雜層6。
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。
這表示完成該第一LED結構(層2至6)。 圖12-遮罩層
下一步驟係在該連接層1及該第一LED結構之層2至6上面沈積一第二遮罩層7或一鈍化層之組合。
該遮罩層7可為光阻或介電材料。
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。該遮罩層7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。該遮罩層7之厚度可在20至2000 nm之間變化。 遮罩中之通孔
下一步驟係藉由移除該遮罩層7之一部份來產生該p摻雜層6之一暴露區域。這可透過標準光微影技術、電子束或奈米壓印技術來達成。
圖12顯示穿過該遮罩層7產生以暴露該p摻雜層6之表面者。
該等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。 圖13-使該發光區域之一部份孔隙化
接著在該暴露區域上實施一第二電化學孔隙化步驟，例如在該發光區域中蝕刻QW。該電化學孔隙化步驟可使用WO2019/145728中所述之習知製程來實行。如WO2019/145728中所述，使該等量子井層孔隙化在該LED結構之發射光譜中產生一藍位移。
該電化學孔隙化步驟只在位在該p摻雜層6之暴露區域下方的該發光區域之一部份中產生該發光區域3中之一多孔區域。這在該等發光層中形成InGaN之多孔量子結構或奈米結構，因此產生局部效應，導致該綠LED結構之一藍位移，故可獲得一藍光LED。
接著可移除遮罩層7。若遮罩層7係一光阻遮罩，則移除遮罩層7。若遮罩層7係一介電材料，則它可與圖14中之第二遮罩層8結合。 圖14-第二遮罩層
下一步驟係在整個結構上面沈積一第二遮罩層8或一鈍化層之組合。該第二遮罩層可由一介電材料形成且可使用習知程序沈積。 圖15-第二遮罩層中之通孔
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p摻雜層6之複數第二暴露區域。這可透過可施加以界定用於該等微型LED像素之圖案及台面的標準光微影技術、電子束微影或奈米壓印來達成。
圖15顯示留在該p摻雜層6之獨立區域上的該第二遮罩層8之三個部份。
該遮罩層8之一段係留在該發光區域3中之多孔區域上面，該遮罩層8之另一段係留在該模板之無孔區域上方且該遮罩層8之另一段係留在該模板之多孔區域上方。 圖16與17
可施加標準光微影技術、電子束微影或奈米壓印以界定用於該等微型LED像素之圖案及台面。
通道蝕刻穿過該第二遮罩層8、該LED結構2至6及該連接層1以產生三個獨立「台面」作為三個LED結構。該LED結構分成形成三個獨立LED結構之三個獨立段。一第一LED結構係位在該模板之多孔區域上方。一第二LED結構係位在該模板之無孔區域上方。一第三LED結構包含該發光區域3之多孔區域。
接著藉由在該等通道中沈積介電遮罩材料8使該等三個LED結構互相電氣地隔離。
接著產生通孔以暴露該等三個LED結構之各LED結構上的p摻雜層6之多個區域及暴露形成該等三個LED結構之各LED結構的該n摻雜連接層1之多個區域。
裝置製造中之下一個步驟係藉由透明導電氧化物(例如其他相容氧化物上之ITO、ZnO)或藉由金屬層9覆蓋氧化物中之通孔。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及光微影/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9只完全地或部份地覆蓋該等p摻雜區域6之頂面。
裝置製造中之下一個步驟係藉由金屬層9覆蓋該遮罩層8中之通孔。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。
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LED結構間之區域中產生。可使用乾式蝕刻來使用氟基氣體蝕刻該遮罩層。 圖18
裝置製造中之最後步驟係藉由金屬層10覆蓋該遮罩8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19
可移除或保持該基材。在一情形中，將該基材移除且轉移至或附接在另一基材上。接著將該等頂電極結合在另一載體晶圓/基材11或一微驅動電路板或底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12上。
如圖20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11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12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。該第一LED結構較佳地係位在該模板之多孔區域上面的LED結構，使得該多孔區域之應變鬆弛在該第一LED結構之發射波長中產生一紅位移。
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。該第二LED結構較佳地係位在該模板之無孔區域上面且未包含該發光區域3之一多孔區域的LED結構。
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。該第三LED結構較佳地係位在該模板之無孔區域上面且包含該發光區域3之該多孔區域的LED結構，使得該多孔發光區域之量子侷限在該第三LED結構之發射波長中產生一藍位移。
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21與22比較一無孔基材(圖21)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。
1:連接層 2:n摻雜層；n型層 3:發光區域 4:(未摻雜)覆蓋層 5:電子阻擋層(EBL) 6:第一p摻雜層 7:遮罩層 8:第二遮罩層 9,10:金屬層 11:另一載體晶圓/基材/底板 12:蓋玻璃或透明材料
以下參照圖說明本發明之特定實施例，其中： 圖1與2顯示依據本發明一較佳實施例之製備一紅綠藍光LED裝置的一方法； 圖3與4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； 圖5顯示用於孔隙化以形成適用於本發明之一模板的一半導體結構； 圖6顯示適用於本發明實施例之包含一多孔區域及一無孔區域的一模板； 圖7至20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21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22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21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。
1:連接層
2:n摻雜層；n型層
3:發光區域
4:(未摻雜)覆蓋層
5:電子阻擋層(EBL)
6:第一p摻雜層
8:第二遮罩層

Claims (61)

  1. 一種製造LED裝置之方法，該方法包含以下步驟： 提供一模板，該模板包含一III族-氮化物材料之第一多孔區域； 在該模板上且在該第一多孔區域上方形成一第一LED結構；及 在該模板上形成一第二LED結構，其中該第二LED結構不位在該第一多孔區域上方。
  2. 如請求項1之方法，其中該模板包含一基材，且該III族-氮化物材料之第一多孔區域位在該基材上方。
  3. 如請求項1或2之方法，其中該方法包含形成該III族-氮化物材料之第一多孔區域的步驟，該步驟包含使n摻雜I的II族-氮化物材料之一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。
  4. 如請求項1至3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-氮化物材料之第一多孔區域，使得該III族-氮化物材料之無孔層在該多孔區域上方形成一無孔中間層，且其中該第一LED結構形成在該中間層上。
  5. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該模板包含在該多孔區域上方的III族-氮化物材料之無孔中間層，且其中該等第一與第二LED結構形成在該無孔中間層上。
  6. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該模板包含在與該第一多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之第二多孔區域，且其中該方法包含在該模板之該第二多孔區域上方形成該第二LED結構。
  7. 如請求項6之方法，其中該III族-氮化物材料之第一多孔區域具有一第一孔隙度；且該III族-氮化物材料之第二多孔區域具有與該第一孔隙度不同的一第二孔隙度。
  8. 如請求項6或7之方法，其中該模板包含在與該第一多孔區域及該第二多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之第三多孔區域，且其中該方法包含在該模板之該第三多孔區域上方形成一第三LED結構。
  9. 如請求項1至5中任一項之方法，其中該模板包含在與該第一多孔區域相同之平面中的一III族-氮化物材料之無孔區域，且其中該方法包含在該模板之該無孔區域上方形成該第二LED結構。
  10. 如請求項1至9中任一項之方法，其中該第一LED結構係組配成以一第一發射波長發光，且該第二LED結構係組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光。
  11. 如請求項1至10中任一項之方法，其中形成該第一LED結構之步驟包含在該模板上且在該III族-氮化物材料之第一多孔區域上方形成： 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。
  12. 如請求項1至11中任一項之方法，其中形成該第二LED結構之步驟包含在該模板上形成： 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。
  13. 如請求項1至12中任一項之方法，其中形成一第一LED結構及一第二LED結構之步驟包含： 在該模板上面形成一LED結構，該LED結構包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與該p摻雜部份之間；及 將該LED結構分成複數LED結構以形成在該第一多孔區域上方之第一LED結構及不位在該第一多孔區域上方之一第二LED結構。
  14. 如請求項13之方法，其中該發光區域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 ≤ 0.30，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30，較佳地其中該LED結構係一發綠光LED結構。
  15. 如請求項14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結構由於在該第一LED結構下方之該第一多孔區域而以不同發射波長發光。
  16. 如請求項1至15中任一項之方法，其包含以下步驟： 在該第一多孔區域上面形成一第一電絕緣遮罩； 在該模板之一未遮蔽區域上形成一第二LED結構； 在該第二LED結構上面形成一第二電絕緣遮罩； 暴露該第一多孔區域；及 在該第一多孔區域上形成該第一LED結構。
  17. 如請求項1至16中任一項之方法，其包含以下步驟： 在該等LED結構中之至少一者上面形成一電絕緣遮罩；及 使未經覆蓋之LED結構之發光區域電化學地孔隙化。
  18. 如請求項1至17中任一項之方法，其包含在該模板上形成一第三LED結構之步驟，其中該第三LED結構不位在該第一多孔區域上方。
  19. 如請求項16之方法，其中該第三LED結構係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。
  20. 如請求項16或17之方法，其中該第三LED結構係形成在該模板之一無孔區域上面，且較佳地其中該方法包含使該第三LED結構之發光區域電化學地孔隙化的步驟。
  21. 如請求項16、17或18之方法，其中該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射紅光；該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射綠光；且該等第一、第二或第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射藍光。
  22. 如請求項1至21中任一項之方法，其包含以下步驟： 在該模板上面形成一LED結構； 在該LED結構上面形成一遮罩； 暴露該LED結構之一暴露區域；及 使該暴露區域下方之該發光區域電化學地孔隙化以形成該LED結構之該發光區域的一多孔部份。
  23. 如請求項20之方法，其包含以下步驟： 分隔該LED結構以形成在該第一多孔區域上方之一第一LED結構、不在該第一多孔區域上方之一第二LED結構及包含該發光區域之該多孔部份的一第三LED結構。
  24. 一種製造LED之陣列的方法，其包含以下步驟： 提供一模板，該模板包含一III族-氮化物材料之第一多孔區域； 在該模板上且在該第一多孔區域上方形成第一LED結構之一陣列；及 在該模板上形成第二LED結構之一陣列，其中該等第二LED結構不位於該第一多孔區域上方。
  25. 如請求項22之方法，其包含在該模板上形成第三LED結構之一陣列的步驟，其中該等第三LED結構不位在該第一多孔區域上方。
  26. 一種製造三色LED裝置之方法，其包含以下步驟： 在一模板上的一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面形成組配成以一第一發射波長發光之一第一LED結構； 在該模板上形成組配成以一第二發射波長發光之一第二LED結構，該第二LED結構不位在該第一多孔區域上面； 在該模板上形成組配成以一第三發射波長發光之一第三LED結構，該第三LED結構不位在該第一多孔區域上面。
  27. 如請求項26之方法，其中該三色LED裝置係一紅綠藍光LED裝置。
  28. 如請求項26或27之方法，其中該第二LED結構及該第三LED結構與該第一LED結構相同，且其中該等第一、第二與第三LED結構同時地形成。
  29. 如請求項28之方法，其中形成該第三LED結構之步驟包含使該第三LED結構中之一或多個發光層電化學地孔隙化的步驟。
  30. 如請求項26至29中任一項之方法，其中該第二LED結構係形成在該模板上的一III族-氮化物材料之無孔區域上方，或其中該第二LED結構係形成在該模板上的一III族-氮化物材料之第二多孔區域上方，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。
  31. 如請求項26至30中任一項之方法，其中該第三LED結構係形成在該模板上的一III族-氮化物材料之無孔區域上方，或其中該第三LED結構係形成在該模板上的一III族-氮化物材料之第三多孔區域上方，該第三多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。
  32. 一種LED裝置，其包含： 一第一LED結構，其在一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面；及 一第二LED結構，其不位在該第一多孔區域上面。
  33. 如請求項32之LED裝置，其中該第一LED結構係組配成以一第一發射波長發光，且該第二LED結構係組配成以與該第一發射波長不同之一第二發射波長發光。
  34. 如請求項32或33之LED裝置，其中該第二LED結構係位在一III族-氮化物材料之第二多孔區域上面，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域不同之一孔隙度。
  35. 如請求項32、33或34之LED裝置，其中該第二LED結構係位在一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該III族-氮化物材料之無孔區域係配置在與該第一多孔區域相同之平面中。
  36. 如請求項32至35中任一項之LED裝置，其包含位在該第一多孔區域與該第一LED結構間的一III族-氮化物材料之無孔中間層。
  37. 如請求項32至36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； 該第一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， 且其中該第二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。
  38. 如請求項32至37中任一項之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、n-InGaN、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。
  39. 如請求項32至38中任一項之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。
  40. 如請求項32至39中任一項之LED裝置，其中該等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 ≤ 0.30，較佳為0.18 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30。
  41. 如請求項32至40中任一項之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。
  42. 如請求項32至41中任一項之LED裝置，其中該等III族-氮化物材料之第一及/或第二多孔區域包含一III族-氮化物材料之多孔層。
  43. 如請求項32至42中任一項之LED裝置，其中該等III族-氮化物材料之第一及/或第二多孔區域包含多數III族-氮化物材料多孔層之一堆疊物。
  44. 如請求項43之LED裝置，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2與50對間之多孔及無孔層。
  45. 如請求項32至44中任一項之LED裝置，其中該LED裝置另外地包含形成在該III族-氮化物材料之無孔區域上面的一第三LED結構。
  46. 如請求項32至44中任一項之LED裝置，其中該LED裝置另外地包含具有一第三孔隙度的一III族-氮化物材料之第三多孔區域，及在該第三多孔區域上之一第三LED結構。
  47. 如請求項45或46之LED裝置，其中該第三LED結構係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。
  48. 如請求項45、46或47之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 ≤ 0.40，較佳係0.10 ≤ z ≤ 0.30且特佳係0.15 ≤ z ≤ 0.25。
  49. 如請求項45至48中任一項之LED裝置，其中該第三LED結構中之一或多個發光層係多孔的。
  50. 如請求項45至49中任一項之LED裝置，其中該等第一、第二及第三LED結構係組配成使得： 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以600與750 nm間之峰波長發光； 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以515與550 nm間之峰波長發光；且 該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下以415與500 nm間之峰波長發光。
  51. 如請求項45至50中任一項之LED裝置，其中該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射紅光；該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射綠光；且該等第一、第二及第三LED結構中之一者在電偏壓通過之情形下發射藍光。
  52. 一種LED之陣列，其包含形成在一基材上的複數如請求項45至51中任一項之LED裝置。
  53. 一種三色LED裝置，其包含： 一第一LED結構，其組配成以一第一發射波長發光且在一III族-氮化物材料之第一多孔區域上面； 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，該第二LED結構不位在該第一多孔區域上面； 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，該第三LED結構不位在該第一多孔區域上面。
  54. 如請求項53之三色LED裝置，其中該三色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。
  55. 如請求項53或54之三色LED裝置，其中該第二LED結構係位在一第二多孔區域上面，該第二多孔區域具有與該第一多孔區域之孔隙度不同的一孔隙度，及/或其中該第三LED結構係位在一第三多孔區域上面，該第三多孔區域具有與該第一多孔區域之孔隙度不同的孔隙度。
  56. 如請求項53或54之三色LED裝置，其中該第二LED結構及/或該第三LED結構係位在一III族-氮化物材料之無孔區域上面，該III族-氮化物材料之無孔區域係配置在與該第一多孔區域相同之平面中。
  57. 如請求項53至56中任一項之三色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。
  58. 如請求項53至57中任一項之三色LED裝置，其中該第一LED結構係用於以515至540 nm之一峰波長發光的一LED結構，且其中在該第一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該發射波長位移至600與650 nm之間。
  59. 如請求項53至58中任一項之三色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0.10 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30。
  60. 如請求項53至59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 nm至470 nm間之一峰波長發光。
  61. 如請求項53至60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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