TWI843061B - 具有提高的紅光量子效率之銦-鎵-氮化物發光二極體 - Google Patents

Abstract

形成半導體結構的範例處理方法可包括在半導體基板上形成成核層。此方法可進一步包括在成核層上形成第一、第二、及第三含鎵及氮區。第一含鎵及氮區可被多孔化，但不多孔化第二與第三含鎵及氮區。此方法仍可進一步包括在多孔化第一含鎵及氮區上形成第一主動區，及在未多孔化第二含鎵及氮區上形成第二主動區。此方法可又再包括在未多孔化第三含鎵及氮區上形成第三主動區。

Description

具有提高的紅光量子效率之銦-鎵-氮化物發光二極體

本申請案請求2021年3月10日提出之標題為「INDIUM-GALLIUM-NITRIDE LIGHT EMITTING DIODES WITH INCREASED RED-LIGHT QUANTUM EFFICIENCY」之美國非臨時申請案第17/197,493號之優先權權益，其內容在此藉由實際上參照其全文的方式併入。

本發明係關於半導體處理及產品。更明確地，本發明係關於產生半導體結構及形成的元件。

藉由在基板表面上產生複雜地圖案化材料層的處理而得以製造積體電路。在基板上產生圖案化材料要求材料的沉積與移除的受控方法。然而，用新穎的元件設計，產生高品質的材料層會是具挑戰性。

因此，需要可用以產生高品質元件與結構的改善系統及方法。這些及其他需求藉由本發明所解決。

本發明包括範例半導體處理方法，其可包括在半導體基板上形成成核層。此方法可進一步包括在成核層上形成第一、第二、及第三含鎵及氮區。第一含鎵及氮區可被多孔化，但不多孔化第二及第三含鎵及氮區。此方法仍可進一步包括在多孔化第一含鎵及氮區上形成第一主動區，及在未多孔化第二含鎵及氮區上形成第二主動區。此方法又可再包括在未多孔化第三含鎵及氮區上形成第三主動區。

在額外實施例中，可在半導體基板上的主動區材料的單一沉積中形成第一主動區與第二主動區。在又進一步實施例中，主動區材料可包括含InGaN材料。在更多實施例中，形成第三主動區可包括在第三主動區中形成一或多個v形凹坑(v-pit)。在又更多實施例中，第一主動區可藉由在第二峰值光發射波長與第三峰值光發射波長之間的第一峰值光發射波長所表徵，第二峰值光發射波長表徵第二主動區，第三峰值光發射波長表徵第三主動區。在實施例中，第二峰值光發射波長小於或約550 nm，及第三峰值光發射波長大於或約600 nm。在又額外實施例中，此方法可包括在第一、第二、及第三主動區上形成第一反射層，之後從第三主動區移除第一反射層的一部分。在實施例中，第二反射層可形成在第一、第二、及第三主動區上方。在進一步實施例中，第一反射層可包括鋁，及第二反射層可包括銅。

本發明技術也包括額外半導體處理方法，其可包括形成第一、第二、及第三含鎵及氮區。此方法可進一步包括在第一與第二含鎵及氮區上沉積主動區材料，其中主動區材料形成進入第一含鎵及氮區上的第一主動區，及第二含鎵及氮區上的第二主動區。此方法仍可進一步包括在第三含鎵及氮區上形成第三主動區。此方法也可包括在第一、第二、及第三主動區上形成第一反射層，及從第三主動區移除第一反射層的一部分。此方法也仍進一步包括在第一、第二、及第三主動區上方形成第二反射層。

在額外實施例中，此方法可進一步包括在第一、第二、及第三主動區上形成第一反射層之前，在第一、第二、及第三主動區上形成透明導電層。在實施例中，透明導電層可包括銦錫氧化物。在又進一步實施例中，第一反射層可包括鋁，及第二反射層可包括銅。在進一步實施例中，此方法可包括多孔化第一含鎵及氮區，但不多孔化第二與第三含鎵及氮區。在又進一步實施例中，形成第三主動區可包括在第三主動區中形成v形凹坑(v-pit)。在實施例中，第一主動區可藉由在第二峰值光發射波長與第三峰值光發射波長之間的第一峰值光發射波長所表徵，第二峰值光發射波長表徵第二主動區，第三峰值光發射波長表徵第三主動區。在實施例中，第二峰值光發射波長小於或約550 nm，及第三峰值光發射波長大於或約600 nm。

本發明進一步包括半導體結構，其可包括在多孔化第一含鎵及氮區上的第一含InGaN主動區。此半導體結構也可包括在未多孔化第二含鎵及氮區上的第二含InGaN主動區。此半導體結構仍可進一步包括在未多孔化第三含鎵及氮層上的第三含InGaN主動區。在實施例中，第一主動區可藉由在第二峰值光發射波長與第三峰值光發射波長之間的第一峰值光發射波長所表徵，第二峰值光發射波長表徵第二主動區，第三峰值光發射波長表徵第三主動區。在進一步實施例中，第二峰值光發射波長小於或約550 nm，及第三峰值光發射波長大於或約600 nm。

在額外實施例中，半導體結構的第一、第二、及第三含鎵及氮區可接觸成核層，成核層包括氮化鎵、氮化鋁鎵、氮化銦鎵、氮化鋁、氮化鈮、氮化鈦、或氮化鉿中的至少一者。在進一步實施例中，第一含InGaN主動區與第二含InGaN主動區由含InGaN材料的單一沉積所形成。在更多實施例中，第三含InGaN主動區可包括一或多個v形凹坑(v-pit)。在又更多實施例中，半導體結構可進一步包括在第一與第二主動區上的含鋁第一反射層，及在第三主動區上的含銅第二反射層。在更進一步實施例中，半導體結構可包括定位在此等主動區與此等反射層之間的透明導電層。

本發明技術可提供相較於習知半導體處理方法及結構的許多益處。例如，處理方法的實施例減少操作的數目以藉由在兩個或更多個含鎵及氮區上的主動區材料的單一沉積，形成帶有不同峰值光發射波長的主動區，兩個或更多個含鎵及氮區藉由不同數量的孔隙度所表徵。在實施例中，相較於沉積在較多孔隙的含及氮材料上的相同主動區材料，沉積在較少孔隙的含鎵及氮區上的主動區材料形成藉由較短峰值光發射波長所表徵的主動區。在進一步實例中，處理方法與結構的實施例可包括形成具有增加主動區的量子效率的一或多個v形凹坑(v-pit)的一些主動區。在實施例中，v形凹坑可形成在藉由較長峰值光發射波長所表徵的主動區(例如，紅光發射主動區)中，相較於藉由在較短波長的峰值光發射所表徵的主動區，藉由較長峰值光發射波長所表徵的主動區具有較低量子效率。在額外實例中，處理方法與結構的實施例包括在藉由不同的峰值光發射波長所表徵的不同主動區上形成兩個或更多個反射層。在實施例中，第一反射層可由反射較大百分比之來自第一主動區(例如，藍光發射主動區)的光的材料(例如，鋁)所製造，及第二反射層可由反射較大百分比之來自不同主動區(例如，紅光發射主動區)的光的材料(例如，銅)所製造。聯合之後的說明書與附屬圖式而更詳細地說明這些與其他實施例，及其許多優點和特徵。

諸如鋁、銦、及鎵的III族金屬的氮化物為用於在微米尺度(即，µLED)下製造發光二極體的(LED)的具前景材料。不幸地，這些材料將來自電流的能量轉變成光發射的轉換效率是顯著地低於100%，且在可見光譜範圍是完全不一致的。由含銦-鎵-氮化物材料製造的微LED通常具有在可見光譜範圍低於30%的峰值量子效率。含銦-鎵-及氮的LED的另一問題是在經調諧以發射在藍色、綠色、及紅色波長的光之主動區之間的量子效率不一致。LED在將來自電流的能量轉換成藍色光相較於轉換成紅色光是顯著地更有效率。因此，由含銦-鎵-及氮的材料之三個子像素所製造的紅-綠-藍(RGB)像素使用平衡條件，其增加來自紅色子像素之光發射的強度，或者減少來自藍色子像素之光發射的強度，或兼具兩者。也可使用對於具有在藍色與紅色子像素之間的中間轉換效率的綠色子像素的額外平衡條件。

子像素的許多含銦-鎵-及氮的主動區產生在所有方向上等向性光發射。在LED應用中，主動區發射朝向基板的光一般地不提供有用的光。此會造成高達一半或更多的藉由LED子像素的主動區所產生的光子變成不可使用的光，其中已經是低量子效率的這些子像素提供極少光子以備用。在許多情況中，不可使用的光的一部分滲透進入其他子像素，造成周知的子像素串音(crosstalk)的問題。此串音會產生在含InGaN像素的顯示器中的藍色調(blue hue)，此藍色調係藉由相較於綠色或紅色子像素具有較高量子效率的藍色子像素所發射的光的較高強度所造成的。

本發明的實施例透過增加藉由子像素發射的有用光的量及降低來自不同顏色子像素的光發射強度中的差異之處理方法及結構的組合，解決在紅色、綠色、及藍色子像素的含銦-鎵-及氮的主動區中的低及變動的量子效率的問題。在實施例中，這些處理方法及結構包括含鎵及氮區的選擇性多孔化，在含鎵及氮區上形成中間主動區，中間主動區具有相較於具有較短峰值光發射波長(例如，藍光發射)及較長峰值光發射波長(例如，紅光發射)兩者的主動區之中間峰值光發射波長(例如，綠光發射)。在進一步實施例中，在其上方形成這些中間主動區的含鎵及氮區可為在不同顏色子像素之中的僅有的被多孔化區。除了其他益處之外，此可降低形成LED所需要的多孔化操作的數目。

在進一步實施例中，本發明技術可包括在藉由較長峰值光發射波長所表徵的主動區(例如，紅光發射主動區)中的一或多個v形凹坑(v-pit)的形成。此v形凹坑是量子阱(QW)，其包括提供電荷載體到達QW的更有效路徑的v形部分，及將其能量轉換成光子產生事件。v形凹坑可增加紅光發射主動區的量子效率，而不要求其上形成主動區之下方結構經受顯著數目的多孔化。在實施例中，含有主動區的v形凹坑可形成在含鎵及氮區(或形成彼區的支撐層)上，此含鎵及氮區不具有來自多孔化操作的添加孔隙度。除了其他益處之外，此允許增加紅光發射主動區的量子效率，而無下方的含鎵及氮區的過度多孔化。此因而降低由過度多孔化的下方支撐區的缺陷及脫層所導致的主動區的故障率。

本發明的實施例藉由將反射層併入LED的子像素中來解決有用光的產生中的低效率的問題，將反射層併入LED的子像素中增強有用光萃取且可較佳地滿足諸如顯示器或其他可照明裝置或部件之裝置的性能要求。在實施例中，反射層形成在子像素的至少一部分上，其以貢獻至裝置的照明的方式增強由子像素發射的光。在進一步實施例中，反射層的至少一部分可形成在子像素的一表面上，此表面相對於形成在子像素上的光學結構，光行經穿過此光學結構照明此裝置。在又進一步實施例中，反射層增加從子像素的主動區萃取的有用光的量相較於缺少反射層的類似子像素大於或約5%、大於或約10%、大於或約15%、大於或約20%、大於或約25%、大於或約30%、大於或約40%、大於或約50%、大於或約60%、大於或約70%、大於或約80%、大於或約90%、或更大。

本發明也認知到反射層中的材料選擇可取決於鄰近於反射層的主動區的峰值光發射波長。例如，諸如銅的反射材料相較於較短波長(例如，綠色及藍色波長)而反射更多在較長波長(例如，紅色波長)的可見光。在實施例中，鄰近於紅色發射主動區的反射層可由銅所製造以增加從紅色發射子像素萃取的有用光的量。在實施例中，銅反射層也可使來自紅色發射子像素的峰值光發射的光譜銳化，及增加光譜的峰值發射波長。在進一步實施例中，由諸如鋁的金屬所製造的反射層可用以從藉由諸如綠光或藍光的較短峰值光發射波長所表徵的主動區萃取更多有用光。

第1圖顯示根據本發明的一些實施例之沉積、蝕刻、烘烤、及固化腔室的處理系統100的一實施例的頂部平面視圖。在圖示中，一對的前開式晶圓傳送盒102供給各種尺寸的基板，基板被機械臂104接收及被放置進入低壓固持區域106，然後被放置進入定位在串聯區段109a-c中的基板處理腔室108a-f的一者中。第二機械臂110可用以將基板晶圓從固持區域106傳送至基板處理腔室108a-f並返回。各基板處理腔室108a-f可被配備以執行若干基板處理操作，包括本文所述的乾式蝕刻處理，還有循環層沉積、原子層沉積、化學氣相沉積、物理氣相沉積、蝕刻、預清洗、退火、電漿處理、除氣、定向、及其他基板處理。

基板處理腔室108a-f可包括一或多個系統部件用於沉積、退火、固化及/或蝕刻基板晶圓上的材料膜。在一配置中，兩對的處理腔室，例如，108c-d與108e-f，可用於在基板上沉積材料，及第三對的處理腔室，例如，108a-b，可用以固化、退火、或處理沉積的膜。在另一配置中，所有三對的腔室，例如，108a-f，可設置以沉積及固化在基板上的膜。所述處理的任一者或多者可執行在與顯示在不同實施例中的製造系統分開的額外腔室中。將領會到由系統100可料想到用於材料膜的沉積、蝕刻、退火、及固化腔室的額外配置。此外，本發明可利用任意數目的其他處理系統，其可併入執行任何特定操作的腔室。在一些實施例中，可提供存取多個處理腔室同時維持各種區段(諸如，所述的固持與移送區域)中的真空環境的腔室系統可容許將在多個腔室中執行的操作，同時維持在離散的處理之間的特定真空環境。

系統100，或更明確地併入系統100的腔室或其他處理系統，可用以根據本發明的一些實施例產生結構。第2圖顯示根據本發明的一些實施例之形成半導體結構的方法200中的範例操作。方法200可執行在一或多個處理腔室中，例如，諸如併入系統100的腔室。在方法200開始之前可包括或可不包括一或多個操作，包括前段處理、沉積、蝕刻、拋光、清洗、或在所說明的操作之前可執行的任何其他操作。此方法可包括若干任選的操作，其可明確地或可不明確地與根據本發明的方法之一些實施例相關。方法200敘述圖解地顯示在第3A-3D與4A-4D圖中的操作，其說明將結合方法200的操作來說明。將理解到第3A-3D與4A-4D圖僅繪示具有有限細節的部分圖解視圖，且在一些實施例中，基板可含有具有圖示中所繪示的態樣及替代結構態樣的任意數目的半導體區段，替代結構態樣仍可從本發明的任何態樣獲益。

方法200可涉及將半導體結構發展成特定製造操作的操作。雖然在一些實施例中的方法200可執行在基底結構上，在額外實施例中的方法可執行在其他材料形成之後。如第3A圖所繪示，半導體結構可表示在前段或其他處理已經完成之後的元件300。例如，基板305可為平面材料，或可為結構化元件，其可包括設置作為柱、溝槽、或由本發明所涵蓋的可被類似地理解的其他結構之多種材料。基板305可包括任何數目的導電及/或介電材料，包括金屬，包括過渡金屬、過渡後金屬(post-transition metals)、類金屬(metalloids)、這些材料的任一者的氧化物、氮化物、及碳化物，及可併入結構內的任何其他材料。在一些實施例中，基板305可為或包括矽，其可被摻雜任何數目的材料，及含矽或含鎵材料。此摻雜可為n+或n-於一些操作中，及矽可藉由任何數目的技術形成或生長。此外，在實施例中，一或多個摻雜區可被包括在結構中。例如，任何數目的n型摻雜或p型摻雜區可被包括在基板上。

方法200的實施例可包括在操作205的在基板305上的成核層310的形成。此成核層提供表面以形成含鎵及氮區，原本該含鎵及氮區的形成耗時太長，或是完全不形成在下方基板305上。在實施例中，成核層310可包括一或多種金屬氮化物，諸如氮化鋁、氮化鈮、氮化鈦、或氮化鉿，除此之外的其他類型氮化物。在一些實施例中，成核層可包括氮化鎵。在實施例中，成核層310可藉由在基板上的成核層的物理氣相沉積(PVD)來形成。在進一步實施例中，成核層310可被表徵為厚度大於或約5 nm、大於或約10 nm、大於或約25 nm、大於或約50 nm、大於或約100 nm、大於或約250 nm、大於或約500 nm、大於或約750 nm、大於或約1000 nm、大於或約1250 nm、大於或約1500 nm、大於或約1750 nm、大於或約2000 nm、或更大。

方法200可進一步包括在操作210中的形成含鎵及氮區325a-c。在實施例中，含鎵及氮區325a-c可藉由由上而下處理來形成，首先在成核層310上沉積含鎵及氮材料的毯覆層，然後在層中選擇性蝕刻間隙以用於含鎵及氮區325a-c。在進一步實施例中，含鎵及氮區325a-c可藉由由下而上處理來形成，其在沉積在成核層310上的遮罩層中形成圖案化開口。含鎵及氮材料生長在成核層310的多個部分上，此等部分藉由遮罩層中的圖案化開口被暴露。

在由上而下處理以形成含鎵及氮區325a-c的實施例中，含鎵及氮材料的毯覆層可直接地形成在未圖案化成核層310上。在進一步實施例中，含鎵及氮材料的毯覆層可使用在成核層310上的含鎵及氮材料的有機金屬化學氣相沉積(MOCVD)來形成。在又更多實施例中，MOCVD可包括供給沉積前驅物至包括成核層310的沉積表面的沉積區。在實施例中，沉積前驅物可包括一或多種烷基鎵化合物，諸如三甲基鎵或三乙基鎵，以提供含鎵及氮材料的鎵成分，含鎵及氮材料形成含鎵及氮層。在額外實施例中，沉積前驅物也可包括氨(NH ₃)以提供含鎵及氮層的氮成分。

在更進一步實施例中，含鎵及氮層可包括一或多種額外成分，諸如鋁與銦。在這些實施例中，沉積前驅物可進一步包括一或多種有機鋁化合物，諸如三甲基鋁。在額外實施例中，沉積前驅物可進一步包括一或多種烷基銦化合物，諸如三甲基銦。在實施例中，一或多種額外成分的莫耳比率可小於或約15 mol.%、小於或約12.5 mol.%、小於或約10 mol.%、小於或約9 mol.%、小於或約8 mol.%、小於或約7 mol.%、小於或約6 mol.%、小於或約5 mol.%、或更小。例如，含鎵及氮層可包括銦在層級為小於或約15 mol.%、小於或約14 mol.%、小於或約13 mol.%、小於或約12 mol.%、小於或約11 mol.%、小於或約10 mol.% 小於或約9 mol.%、小於或約8 mol.%、小於或約7 mol.%、小於或約6 mol.%、小於或約5 mol.%、小於或約4 mol.%、小於或約3 mol.%、小於或約2 mol.%、小於或約1 mol.%、或更小。

在實施例中，含鎵及氮層中的氮對於鎵及其他III族金屬的莫耳比率可透過含氮前驅物與含鎵前驅物的流率來調整。在進一步實施例中，含氮前驅物對於含鎵前驅物的流率比率可大於或約50、大於或約100、大於或約500、大於或約1000、大於或約5000、大於或約10000、大於或約20000、大於或約30000、或更大。

在額外實施例中，可在選擇用於在成核層310的暴露區上的前驅物的沉積之溫度下形成含鎵及氮層。在實施例中，沉積溫度可被表徵為大於或約500°C、大於或約600°C、大於或約700°C、大於或約800°C、大於或約900°C、大於或約1000°C、大於或約1100°C、或更大。在一些實施例中，用於含鎵及氮材料的沉積溫度可基於存在於材料中的額外成分的量來調整。在實施例中，包括顯著數量的銦之含鎵及氮材料可在低於無銦的含鎵及氮材料的沉積溫度下形成。在額外實施例中，進一步包括銦的含鎵及氮材料可在一沉積溫度下沉積，此沉積溫度小於或約700°C、小於或約650°C、小於或約600°C、或更小。

在進一步實施例中，含鎵及氮層可在促進此區形成的沉積壓力下形成。在實施例中，形成含鎵及氮層的沉積壓力為大於或約10托、大於或約50托、大於或約100托、大於或約200托、大於或約300托、大於或約400托、大於或約500托、大於或約600托、大於或約700托、或更大。

在含鎵及氮層的形成之後，可蝕刻此層以形成含鎵及氮區325a-c。在實施例中，蝕刻處理可包括圖案化蝕刻，其包括在毯覆含鎵及氮層上的遮罩層的形成及圖案化。在進一步實施例中，將間隙蝕刻進入含鎵及氮層的暴露部分以形成離散的含鎵及氮區325a-c。在更進一步實施例中，蝕刻操作可包括乾式蝕刻，使用氣體或電漿系蝕刻劑(例如，含氯蝕刻劑，諸如Cl ₂、BCl ₃及/或SiCl ₄，除此之外的其他含氯蝕刻劑)。在又進一步實施例中，經蝕刻含鎵及氮區325a-c的組成可與蝕刻前的含鎵及氮毯覆層的組成相同。在額外實施例中，含鎵及氮區325a-c的經蝕刻側壁可用鈍化層鈍化。在更額外實施例中，鈍化層可包含氧化鋁層(Al ₂O ₃)，其藉由原子層沉積或電漿增強化學氣相沉積中的一者或多者所形成。

在實施例中，藉由由上而下處理形成的含鎵及氮區325a-c的形成可進一步包括平坦化此區。在實施例中，平坦化處理可包括化學機械拋光處理。在進一步實施例中，平坦化處理可包括蝕刻處理。

在額外實施例中，含鎵及氮區325a-c可以由下而上處理所形成，諸如選擇性區域生長(SAG)處理。在實施例中，由下而上處理可包括在成核層310上的遮罩層的形成。在實施例中，遮罩層可由一或多種介電材料所製造，諸如氧化矽、氮化矽、碳化矽、非晶碳、或碳氧化矽，除此之外的其他介電材料。遮罩層可被圖案化與蝕刻以在遮罩層中形成開口，此開口允許在成核層310的暴露部分上生長含鎵及氮材料。

在實施例中，圖案化遮罩層中的開口允許含鎵及氮區325a-c的形成，其構成三種不同子像素(例如，紅光、綠光、及藍光發射子像素)的元件，這些元件一起構成發光二極體顯示器中的像素。圖案化遮罩層的開口的最長尺度可小於或約10 µm、小於或約5 µm、小於或約1 µm、小於或約0.9 µm、小於或約0.8 µm、小於或約0.7 µm、小於或約0.6 µm、小於或約0.5 µm、小於或約0.4 µm、小於或約0.3 µm、小於或約0.2 µm、小於或約0.1 µm、或更小。

在實施例中，由下而上生長的含鎵及氮區325a-c可形成為錐體形。在進一步實施例中，此錐體的基底可接觸成核層310，而此錐體的頂點可指向在與成核層相反的方向上。

在進一步實施例中，可平坦化由下而上生長的含鎵及氮區325a-c。在實施例中，平坦化處理可包括在遮罩層及含鎵及氮區325a-c上形成停止層之後執行的化學機械拋光處理。在進一步實施例中，平坦化處理可包括蝕刻操作。在實施例中，含鎵及氮區325a-c的頂點部分可被溼式蝕刻或乾式蝕刻向下至蝕刻終止層。在更進一步實施例中，平坦化處理可包括退火處理，其將錐體形區的頂點昇華以留下在含鎵及氮區325a-c的頂部處的平面區(有時稱為c刻面(c-facet))。在實施例中，平面區產生用於子像素的後續部件的形成之穩定基底，包括多孔化區及主動區。

在實施例中，退火處理可包括在退火氣體中加熱含鎵及氮區325a-c持續一指定時間段。在進一步實施例中，退火含鎵及氮區325a-c的退火溫度可為大於或約900°C、大於或約1000°C、大於或約1100°C、或更大。在更進一步實施例中，含鎵及氮區325a-c可在一或多種退火氣體中被退火，退火氣體可包括氨或氫(H ₂)的至少一者。在更進一步實施例中，含鎵及氮區325a-c可被退火持續小於或約10分鐘、小於或約7.5分鐘、小於或約5分鐘、或更小。

方法200也可包括在操作215中形成子像素的一或多個多孔化區。在實施例中，藉由將含鎵及氮區325a-c的一或多者暴露至多孔化處理，可形成多孔化區。在第3B圖中所示的實施例中，含鎵及氮區325c暴露至多孔化處理，而含鎵及氮區325a-b藉由屏蔽層330a-b的沉積而避開多孔化處理。在進一步實施例中，屏蔽層330a-b可為形成在含鎵及氮區325a-b上的介電層(例如，氧化矽、氮化矽)。

在實施例中，藉由將含鎵及氮區325c暴露至孔隙蝕刻劑，可多孔化含鎵及氮區325c，孔隙蝕刻劑蝕刻在此區的形成期間(例如，在含鎵及氮毯覆層的形成期間或在含鎵及氮區325a-c的由下而上生長的期間)併入此區的蝕刻孔隙摻雜劑。孔隙摻雜劑可增加孔隙蝕刻劑可在經摻雜區中形成孔洞的速率。孔隙摻雜劑的位準可用以調整形成在經摻雜區中的孔隙的數量。在額外實施例中，孔隙摻雜劑可包括併入含鎵及氮區325c中的矽(Si)。在實施例中，被併入矽的數量可大於或約5 x 10 ¹⁷原子/cm ³、大於或約1 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約2 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約3 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約4 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約5 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約6 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約7 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約8 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約9 x 10 ¹⁸原子/cm ³、大於或約1 x 10 ¹⁹原子/cm ³、或更大。

在多孔化操作215的實施例中，電化學蝕刻處理可用以將在暴露的含鎵及氮區325c中的孔隙摻雜劑的至少一部分暴露至電化學蝕刻劑，同時將電壓施加至此區。在額外實施例中，電化學蝕刻劑可為酸，諸如草酸或硫酸。在進一步實施例中，電化學蝕刻劑可為鹼，諸如氫氧化鉀。在進一步實施例中，施加至暴露的含鎵及氮區325c的電壓可大於或約1伏特、大於或約5伏特、大於或約10伏特、大於或約12.5伏特、大於或約15伏特、大於或約17.5伏特、大於或約20伏特、大於或約22.5伏特、大於或約25伏特、大於或約27.5伏特、大於或約30伏特、或更大。

在實施例中，多孔化操作215可增加多孔化區332c的孔隙率。在進一步實施例中，多孔化區332c的增加孔隙度可允許一主動區的形成，此主動區藉由一峰值光射波長所表徵，此峰值光射波長比由沉積在具有較少或沒有添加的孔隙度的含鎵及氮區(例如，含鎵及氮區325b)上的相同主動層材料所形成的第二主動區更長。此允許由在未多孔化與多孔化的含鎵及氮區(例如，未多孔化的含鎵及氮區325b與多孔化區332c)上的一主動層材料的沉積來形成發射不同顏色光(例如，藍光與綠光)的兩個主動區。在又進一步實施例中，多孔化區332c可具有更順應的晶格結構，其致使在後續沉積的主動區中的較少缺陷及較少應力。在實施例中，此可顯著地增加主動區的量子效率以將電流的能量轉換成光。

在額外實施例(未顯示在第3A-3D圖)中，多孔化區可形成在含鎵及氮區325c上，以取代(或還要)多孔化含鎵及氮區325c。在這些實施例中，獨立的多孔化區可由沉積在含鎵及氮區325c上的預多孔化層所形成。在實施例中，預多孔化層可包括鎵及氮。在更進一步實施例中，除了鎵及氮之外，預多孔化層可包括銦。在又額外實施例中，預多孔化層可具有與含鎵及氮區325c相同的鎵及氮的莫耳百分率。在更額外實施例中，預多孔化層可具有與含鎵及氮區325c相同的銦、鎵、及氮的莫耳百分率。在又更額外實施例中，預多孔化層可藉由與含鎵及氮區325c相同化學組成所表徵，但藉由更大的密度所表徵。

在額外實施例中，含鎵及氮區325a-c中的兩者或更多者可包括一些添加的孔隙度或可包括獨立形成的多孔化區。在這些實施例中，藉由調整對於不同區的一或多種多孔化參數以提供不同位準的添加孔隙度，不同位準的孔隙度可被添加至不同區。在進一步實施例中，諸如在各摻雜區中的孔隙摻雜劑的摻雜位準、施加至各摻雜區的電化學蝕刻電壓、及摻雜區的選擇性遮罩的一或多種多孔化參數可用以變動對於不同多孔區的添加孔隙的數量。

在實施例中，在主動區的沉積之前，可完成多孔化區332c及其他多孔化區的形成。此允許主動區避免會在多孔化期間發生的一些損害與污染，及進一步增加元件300的量子效率。

方法200可更進一步包括操作220以形成子像素的主動區，其將來自所供給的電流的能量轉換成光。如第3C圖所繪示，主動區335b-c可分別形成在多孔化區332c與未多孔化含鎵及氮區325c上。在實施例中，主動區335b-c可由在單一操作中沉積在多孔化區332c與未多孔化含鎵及氮區325c兩者上的含InGaN材料所製造。在進一步實施例中，此單一沉積形成藍光發射主動區335b及綠光發射主動區335c。在實施例中，儘管藉由相同的剛沉積(as-deposited)含InGaN主動區材料所形成，但主動區335b與335c可藉由不同密度與不同的銦莫耳百分率所表徵。不願受到任何特定理論所侷限，相信在多孔化區332c與未多孔化含鎵及氮區325c中的孔隙度的不同位準產生對於主動區335b-c的不同結晶條件，其使得它們有著不同密度及銦百分率，以及其他特性。

在實施例中，形成在未多孔化含鎵及氮區325c上的主動區335b可包括銦莫耳百分率為小於或約15mol.%、小於或約14mol.%、小於或約13mol.%、小於或約12mol.%、小於或約11mol.%、小於或約10mol.%、或更小。此藍色發射主動區335b可產生藉由一峰值強度波長所表徵的光，此峰值強度波長小於或約500nm、小於或約490nm、小於或約480nm、小於或約470nm、小於或約460nm、小於或約450nm、小於或約440nm、小於或約430nm、小於或約420nm、小於或約410nm、小於或約400nm、或更小。在進一步實施例中，形成在多孔化區332c上的主動區335c可具有銦莫耳百分率為大於或約20mol.%、大於或約21mol.%、大於或約22mol.%、大於或約23mol.%、大於或約24mol.%、大於或約25mol.%、大於或約26mol.%、大於或約27mol.%、大於或約28mol.%、大於或約29mol.%、大於或約30mol.%、或更大。此綠色發射主動區335c可產生藉由一峰值強度波長所表徵的光，此峰值強度波長大於或約520nm、大於或約530nm、大於或約540nm、大於或約550nm、大於或約560nm、大於或約570nm、大於或約580nm、大於或約590nm、大於或約600nm、 大於或約610nm、大於或約620nm、或更大。在又進一步實施例中，主動區335c可具有銦的中間莫耳百分率，中間莫耳百分率大於在主動區335b中的銦莫耳百分率且小於在主動區335a中的銦莫耳百分率。在進一步實施例中，主動區335c可藉由一銦莫耳百分率所表徵，此銦莫耳百分率大於或約20mol.%，且小於或約25mol.%。此綠色發射主動區335c可產生藉由一峰值強度波長所表徵的光，此峰值強度波長大於藉由主動區335b產生的峰值強度波長且小於藉由主動區335a產生的峰值強度波長。在實施例中，主動區335c可藉由具有峰值強度波長為約530nm的光發射來表徵。

現在參照第4D圖，方法200中的操作220的實施例可進一步包括主動區335a的形成，主動區335a藉由大於主動區335b-c的峰值光發射波長的峰值光發射波長所表徵。在實施例中，主動區335a可形成在未多孔化含鎵及氮區325a上。在進一步實施例中，主動區335a可包括一或多個v形凹坑，其允許主動區335a儘管被形成在未多孔化含鎵及氮區325a上，但仍藉由較長的峰值光發射波長所表徵。在又進一步實施例中，主動區335a可藉由一峰值光發射波長所表徵，此峰值光發射波長大於或約600nm、大於或約610nm、大於或約620nm、大於或約630nm、大於或約640nm、大於或約650nm、大於或約660nm、大於或約670nm、大於或約680nm、大於或約690nm、大於或約700nm、或更大。

在實施例中，在主動區335a中的一或多個v形凹坑的形成可包括在含鎵及氮區325a上的一或多個量子阱的形成。在額外實施例中，量子阱可形成在可被集合地稱為InGaN/GaN-超晶格(SL)之沉積在含鎵及氮區325a上的含InGaN材料的一多個層上。在實施例中，形成在含鎵及氮區325a上，或InGaN/GaN-超晶格上的量子阱層的數目可為大於或約2量子阱層、大於或約3量子阱層、大於或約4量子阱層、大於或約5量子阱層、大於或約6量子阱層、大於或約7量子阱層、大於或約8量子阱層、大於或約9量子阱層、大於或約10量子阱層、或更大。在更進一步實施例中，量子阱層可包括銦、鎵、及氮(例如，InGaN)。在又進一步實施例中，量子阱層可藉由厚度為大於或約1 nm、大於或約2 nm、大於或約3 nm、大於或約4 nm、大於或約5 nm、或更大所表徵。

在額外實施例中，量子阱層可在量子阱層中產生一或多個凹坑的狀態下生長。在進一步實施例中，此等凹坑可藉由具有指向含鎵及氮區325a、或InGaN/GaN-超晶格的倒置頂點的六邊形所表徵。在又進一步實施例中，與頂點對齊且正交於量子阱層的平面之此六邊形凹坑的剖面顯示出在量子阱層中的v形凹陷，其給出v形凹坑的名稱。在進一步實施例中，形成在量子阱中的v形凹坑的數目密度可表徵為大於或約5 x 10 ⁷cm ^-2、大於或約1 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.1 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.2 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.3 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.4 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.5 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.6 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.7 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.8 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約1.9 x 10 ⁸cm ^-2、大於或約2 x 10 ⁸cm ^-2、或更大。

在更一步實施例中，一或多個額外層可形成在量子阱層上。這些額外層可包括一或多個p型摻雜含鋁-鎵-及-氮層、及一或多個p型摻雜含鎵及氮層，其可與n型摻雜的含鎵及氮區325a互補。

在實施例中，含v形凹坑的主動層335a可具有外部量子效率，其顯著地大於形成在高度多孔化的含鎵及氮區上的習知紅光發射主動層。在進一步實施例中，含v形凹坑的主動層335a可具有外部量子效率為大於或約0.1%、大於或約0.2%、大於或約0.3%、大於或約0.4%、大於或約0.5%、大於或約0.6%、大於或約0.7%、大於或約0.8%、大於或約0.9%、大於或約1%、大於或約5%、大於或約10%、大於或約20%、大於或約30%、大於或約40%、大於或約50%、大於或約60%、或更大。

方法200可更進一步包括在操作225於主動區335a-c上任選地形成一或多個預反射層。在實施例中，這些預反射層可包括透明導電層，其產生在主動區與含鎵及氮區之間的歐姆接觸，同時也允許從主動區發射的光通過至反射層及從反射層通過。在進一步實施例中，預反射層可包括阻障層，其防止金屬物種從反射層擴散進入主動層。在又進一步實施例中，預反射層可包括透明層，其可作為導電、歐姆接觸層及對於金屬擴散的阻障層兩者。在更進一步實施例中，預反射層可包括透明導電氧化物。在額外實施例中，透明導電氧化物可包括銦錫氧化物。在更額外實施例中，阻障層可由允許光在主動區335a-c與反射層之間通過的材料所製造。在進一步實施例中，阻障層可由氮化鈦與氮化鉭的至少一者所製造。在更多實施例中，阻障層可具有允許光在主動區335a-c與反射層之間通過的厚度。在實施例中，阻障層可藉由小於或約5 nm、小於或約2.5 nm、小於或約2 nm、小於或約1.5 nm、小於或約1 nm、或更小的厚度所表徵。

方法200可又進一步包括操作230-240以形成在主動區上方的反射層350與355及子像素的其他部件，如第4A-D圖所示。如第4A圖所示，元件實施例被繪示為其中從主動區335a-c發射的有用光可在成核層310與基板305的方向上。在這些實施例中，形成第一反射層350的操作230可包括單一形成操作以形成第一反射層350，包括形成在主動區335a-c上的反射層350a-c的部分，及形成在主動區上的任何預反射層。在實施例中，第一反射層350可包括鋁、或以大略上相同的效率反射在可見光譜範圍的其他材料。在進一步實施例中，形成第一反射層350可使用物理氣相沉積、原子層沉積、熱蒸鍍、電子束蒸鍍、無電解電鍍、及電鍍、除此之外的其他形成方法。反射層350可形成具有厚度為小於或約2000 nm、小於或約1500 nm、小於或約1000 nm、小於或約500 nm、小於或約250 nm、小於或約100 nm、小於或約50 nm、小於或約25 nm、小於或約20 nm、小於或約15 nm、小於或約10 nm、或更小。

方法200可進一步包括在操作235移除第一反射層350的一部分。如第4B圖所示，第一反射層350的經移除部分可包括鄰近於主動區335a的部分(即，第一反射層部分350a)。在進一步實施例中，反射層350a的部分的移除可包括圖案化蝕刻此層350a，同時屏蔽反射層350b-c的其他部分。

方法200可更進一步包括在操作240的第二反射層355的形成。如第4C圖所示，第二反射層可包括形成在第一反射層350b-c的未移除部分上的部分355b-c，及鄰近於主動層335a形成的部分，於主動層335a處，第一反射層 350a的一部分已被移除。用於反射層350與355的形成之形成-移除-形成操作230-240鞏固在兩個形成步驟中的反射層的三個部分(即，第一反射層350b-c與第二反射層355a)的形成。

如第4D圖所示，形成操作可更進一步包括基板層305的移除以留下支撐子像素且使來自子像素的有用光通過的成核層310。在實施例中，可藉由研磨晶圓的背側來移除基板層305，基板層305形成在晶圓上。在進一步實施例中，基板層305可藉由化學蝕刻來移除，諸如溼式蝕刻(例如，在水性KOH中的蝕刻)、或乾式蝕刻(例如，以SF ₆的蝕刻)。在更進一步實施例中，可藉由塊體移除處理，之後接著藉由剩餘基板層的化學機械平坦化來移除基板層305。在額外實施例中，可藉由雷射剝離來移除基板層305(例如，含藍寶石或含玻璃基板層)。

本發明技術認知到由鋁所製造的反射層在反射可見光的較短波長(諸如藍光或綠光)相較於反射紅光是更有效率。也認知到由銅製造的反射層於反射紅光相較於反射藍光與綠光是更有效率。在實施例中，第一反射層350b與350c的部分可具有反射效率為大於或約50%、大於或約60%、大於或約70%、大於或約80%、大於或約90%、大於或約95%、大於或約99%、或更大，用於反射具有小於或約600 nm的波長的光。在進一步實施例中，第二反射層350a可具有反射效率為大於或約50%、大於或約60%、大於或約70%、大於或約80%、大於或約90%、大於或約95%、大於或約99%、或更大，用於反射具有波長為大於600 nm、大於或約610 nm、大於或約620 nm或更大的光。在實施例中，鄰近於紅色發射主動區335a的第二反射層355a可由銅所製造以增加從紅色發射子像素萃取的有用光的量。在實施例中，含銅的第二反射層355a也可銳化來自紅色發射子像素的峰值光發射的光譜，及增加光譜的峰值發射波長。

在實施例中，反射層350b-c與355a的部分萃取更多來自主動區335a-c的有用光。在進一步實施例中，相較於缺少反射層的類似子像素，反射層可增加來自子像素的有用光的強度大於或約5%、大於或約10%、大於或約15%、大於或約20%、大於或約25%、或更大。

在前方的說明書中，為了闡明目的，已說明許多細節以提供理解本發明的各種實施例。然而，對於通常知識者顯而易見的是，某些實施例可在沒有這些細節中的一些細節下實行，或帶有額外的細節下實行。

已經揭示數個實施例，通常知識者將認知到在不背離實施例的精神下可使用各種修改、替代架構及等效物。此外，並未說明若干周知的處理與元件，以避免不必要地混淆本發明。因此，上方的說明書不應作為限制本發明技術的範疇。此外，方法或處理可被敘述為相繼的或分階段的，但將理解到操作可被同時地執行，或以不同於表列的順序執行。

當提供一數值範圍時，除非上下文明確地另外指明，理解到在範圍的上限值與下限值之間的至下限值的單位的最小部分之每個中介值也被明確地揭示。在敘明範圍中的任何敘明值或未敘明中介值及敘明範圍中的任何其他敘明或中介值之間的任何較窄範圍被涵蓋。彼等較小範圍的上限值與下限值可獨立地在此範圍中被包括或被排除，及受到在敘明範圍中的任何明確排除限值，在較小範圍中任一限值被包括、限值皆不被包括、或限值皆被包括的各範圍也被涵蓋在本發明中。當敘明範圍包括限值的一者或兩者，也包括排除這些被包括限值的任一者或兩者的範圍。

在本文中及隨附申請專利範圍中使用時，除非上下文清楚地另外指明，單數形式的「一(a)」、「一(an)」及「該」包括複數參照物。因此，例如，關於「一溝槽」包括複數個此溝槽，及關於「該層」包括關於一或多個層及通常知識者所知的其等效物，以此類推。

又，字詞「包含(comprise(s))」、「包含(comprising)」、「含有(contain(s))」、「含有(containing)」、「包括(include(s))」、及「包括(including)」當被使用在本說明書及在之後的申請專利範圍中時， 旨在指明敘明特徵、整體、部件、或操作的存在，但它們不排除一或多個其他特徵、整體、部件、動作、或群組的存在或添加。

100:處理系統 102:前開式晶圓傳送盒 104:機械臂 106:固持區域 108a,108b,108c,108d,108e,108f:基板處理腔室 109a,109b,109c:串聯區段 110:第二機械臂 200:方法 205,210,215,220,225,230,235,240:操作 300:元件 305:基板 310:成核層 325a,325b,325c:含鎵及氮區 330a,330b:屏蔽層 332c:多孔化區 335a,335b,335c:主動區 350a,350b,350c:反射層 355a,355b,355c:反射層

參照本說明書的其餘部分及圖式，可實現進一步理解所揭示發明的本質與優點。

第1圖顯示根據本發明的一些實施例之範例處理系統的一實施例的頂部平面視圖。

第2圖顯示根據本發明的一些實施例之形成半導體元件的方法中的範例操作。

第3A-3D圖顯示根據本發明的實施例之經處理的半導體結構的剖面視圖。

第4A-4D圖顯示根據本發明的實施例之經處理的半導體結構的額外剖面視圖。

包括數個圖作為示意圖。將理解到圖係用於示例目的，且不被當作按比例的，除非明確地說明為按比例的。此外，作為示意圖，提供圖以助於理解且可不包括與現實代表物相比較之所有的態樣或資訊，及可包括誇示材料以用於示例目的。

在隨附圖示中，類似部件及/或特徵可具有相同元件符號。再者，相同類型的各種部件可藉由元件符號之後的用於在類似部件中區別之字母來區別。若在本說明書中僅使用第一元件符號，此說明可應用於具有相同第一元件符號而不論其字母的類似部件的任一者。

國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無 國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

200:方法

205,210,215,220,225,230,235,240:操作

Claims (20)

1. 一種半導體處理方法，包含以下步驟：在一半導體基板上形成一成核層；在該成核層上形成第一、第二、及第三含鎵及氮區；多孔化該第一含鎵及氮區，但不多孔化該第二及第三含鎵及氮區；在該多孔化第一含鎵及氮區上形成一第一主動區，及在該未多孔化第二含鎵及氮區上形成一第二主動區；及在該未多孔化第三含鎵及氮區上形成一第三主動區。
2. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中在該半導體基板上的一主動區材料的一單一沉積中形成該第一主動區與該第二主動區。
3. 如請求項2所述之半導體處理方法，其中該主動區材料包含一含InGaN材料。
4. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中形成該第三主動區的步驟進一步包含在該第三主動區中形成一或多個v形凹坑(v-pit)。
5. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中：該第一主動區藉由在一第二峰值光發射波長與一第三峰值光發射波長之間的一第一峰值光發射波長所表徵，該第二峰值光發射波長表徵該第二主動區，該第三峰值光發射波長表徵該第三主動區，及該第二峰值光發射波長小於或約550nm，及該第三峰值光發射波長大於或約600nm。
6. 如請求項1所述之半導體處理方法，其中該方法進一步包含以下步驟：在該第一、第二、及第三主動區上形成一第一反射層；從該第三主動區移除該第一反射層的一部分；及在該第一、第二、及第三主動區上方形成一第二反射層。
7. 如請求項6所述之半導體處理方法，其中該第一反射層包含鋁及該第二反射層包含銅。
8. 一種半導體處理方法，包含以下步驟：形成第一、第二、及第三含鎵及氮區；在該第一與第二含鎵及氮區上沉積一主動區材料，其中該主動區材料被形成進入該第一含鎵及氮區上的一第一主動區，及該第二含鎵及氮區上的一第二主動區；在該第三含鎵及氮區上形成一第三主動區；在該第一、第二、及第三主動區上形成一第一反射層；從該第三主動區移除該第一反射層的一部分；及在該第一、第二、及第三主動區上方形成一第二反射層。
9. 如請求項8所述之半導體處理方法，其中該方法進一步包含在該第一、第二、及第三主動區上形成該第一反射層的步驟之前，在該第一、第二、及第三主動區上形成一透明導電層。
10. 如請求項9所述之半導體處理方法，其中該 透明導電層包含銦錫氧化物。
11. 如請求項8所述之半導體處理方法，其中該第一反射層包含鋁，及該第二反射層包含銅。
12. 如請求項8所述之半導體處理方法，其中該方法進一步包含多孔化該第一含鎵及氮區，但不多孔化該第二及第三含鎵及氮區。
13. 如請求項8所述之半導體處理方法，其中形成該第三主動區的步驟進一步包含在該第三主動區中形成一或多個v形凹坑(v-pit)。
14. 如請求項8所述之半導體處理方法，其中：該第一主動區藉由在一第二峰值光發射波長與一第三峰值光發射波長之間的一第一峰值光發射波長所表徵，該第二峰值光發射波長表徵該第二主動區，該第三峰值光發射波長表徵該第三主動區，及該第二峰值光發射波長小於或約550nm，及該第三峰值光發射波長大於或約600nm。
15. 一種半導體結構，包含：一第一含InGaN主動區，在一多孔化第一含鎵及氮區上；一第二含InGaN主動區，在一未多孔化第二含鎵及氮區上；及一第三含InGaN主動區，在一未多孔化第三含鎵及氮區上，其中該第一主動區藉由在一第二峰值光發射波長與一 第三峰值光發射波長之間的一第一峰值光發射波長所表徵，該第二峰值光發射波長表徵該第二主動區，該第三峰值光發射波長表徵該第三主動區，及該第二峰值光發射波長小於或約550nm，及該第三峰值光發射波長大於或約600nm。
16. 如請求項15所述之半導體結構，其中該第一、第二、及第三含鎵及氮區接觸一成核層，該成核層包含氮化鋁、氮化鈮、氮化鈦、或氮化鉿。
17. 如請求項15所述之半導體結構，其中該第一含InGaN主動區及該第二含InGaN主動區由含InGaN材料的一單一沉積所形成。
18. 如請求項15所述之半導體結構，其中該第三含InGaN主動區包含一或多個v形凹坑(v-pit)。
19. 如請求項15所述之半導體結構，其中該半導體結構進一步包含在該第一與第二主動區上的一第一反射層，及在該第三主動區上的一第二反射層，該第一反射層包含鋁，該第二反射層包含銅。
20. 如請求項19所述之半導體結構，其中該半導體結構進一步包含定位在該等主動區與該等反射層之間的一透明導電層。