LED装置及制造LED装置的方法制造方法及图纸

一种制造LED装置的方法包括步骤：提供模板，该模板包括III族

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LED装置及制造LED装置的方法


[0001]本专利技术涉及半导体装置及制造半导体装置的方法，特别是涉及LED装置、LED装置的阵列及制造LED装置的改良方法。

技术介绍

[0002]用于发光的标准发光二极管(LED)通常大于200μm
×
200μm。微型LED具有高密度且具有低至小于100μm
×
100μm的横向大小的微尺度LED的阵列。因此微型LED可定义为具有小于100μm
×
100μm一直到低至数十分之一纳米或甚至更小横向尺寸的LED结构。
[0003]以往，有人尝试使用已知技术制造微型LED。例如，先前尝试使用一般LED磊晶(LED epitaxy)及雷射剥离、静电载运及弹性体冲压来进行转移。但是，对如此小的微型LED使用这方法会有一些问题。
[0004]这些问题包括：
[0005]‑
使用一般LED磊晶，难以在相同微型LED的芯片上产生全部三种主要颜色(RGB：红、绿、蓝)。
[0006]‑
对绿及红微型LED而言效率低。
[0007]‑
一直需要干式蚀刻来界定微尺度LED台面。随着LED尺寸变小，对该LED结构的侧壁的电浆破坏会影响该装置发光效率及寿命。
[0008]‑
雷射剥离产率低且成本高。
[0009]‑
由于既有的应变/屈曲问题，转印的产率低。
[0010]由于这些问题，已知LED制造技术用于制造高质量微型LED是无法令人满意的。具体的，已知LED制造技术用于制造在相同基材上包括多种不同颜色的LED的多色LED装置是无法令人满意的。

技术实现思路

[0011]本申请案涉及制造LED装置的改良方法及使用该方法制成的LED装置。本专利技术应参照独立权利要求来界定。本专利技术的优选或有利特征在从属权利要求中提出。
[0012]该LED装置优选地由III
‑
V族半导体材料，且特别优选地由III族
‑
氮化物半导体材料形成。
[0013]“III
‑
V族”半导体包括如Ga、Al及In的III族元素及如N、P、As及Sb的V族元素的二元、三元及四元合金，且受到包括光电子学的多种应用的大量关注。
[0014]受到特别关注的是称为“III族
‑
氮化物”材料的半导体材料种类，其包括氮化镓(GaN)、氮化铟(InN)及氮化铝(AlN)，以及其三元及四元合金。III族
‑
氮化物材料不仅在固态发光及电力电子学中获得商业成功，而且对量子光源及光与物质交互作用而言亦具有特别好处。
[0015]虽然各种III族
‑
氮化物材料在商业上受到关注，但氮化镓(GaN)被广泛地视为其中一种最重要的新半导体材料，且受到多种应用的特别关注。
[0016]已知的是在整块GaN中导入孔隙可深刻地影响其材料性质，例如其折射率。藉由改变其孔隙度来调整GaN的光学性质的可能性因此使多孔GaN受到光电子应用的大量关注。
[0017]本专利技术藉由参照GaN来说明，但亦可有利地应用于替代的III族
‑
氮化物材料。
[0018]有关III
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V族半导体材料的先前公报包括国际专利申请案PCT/GB2017/052895(公开号为WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公开号为WO2019/145728)。
[0019]专利技术人发现可使用本专利技术有利地提供多色LED装置及多色LED装置的阵列。
[0020]制造LED装置的方法
[0021]依据本专利技术的第一方面，提供一种制造LED装置的方法，该方法包括步骤：
[0022]提供模板，该模板包括一III族
‑
氮化物材料的第一多孔区域；
[0023]在该模板上且在该第一多孔区域上方形成一第一LED结构；及
[0024]在该模板上形成第二LED结构，其中该第二LED结构不位于该第一多孔区域上方。
[0025]该模板优选地包括基材，且该III族
‑
氮化物材料的第一多孔区域位于该基材上方。
[0026]该第一LED结构配置成在施加通过该LED结构的电偏压作用下以第一发射波长发光。该第二LED结构优选地配置成在施加通过该第二LED结构的电偏压作用下以与该第一发射波长不同的第二发射波长发光。
[0027]藉由在相同模板上形成配置成以第一发射波长发光的第一LED结构及配置成以第二发射波长发光的第二LED结构，提供多色LED装置。第一与第二LED结构都以不同波长发光，但它们设置在相同多孔模板上。
[0028]该第一LED结构及该第二LED结构可配置成以各种不同波长发光。例如，该第一LED结构可为发射绿光LED结构、发射蓝光LED结构或一发射红光LED结构。该第二LED结构亦可为一发射绿光LED结构、发射蓝光LED结构或一发射红光LED结构，但配置成以与该第一LED结构不同的颜色发光。
[0029]在优选实施例中，该第一LED结构配置成当该LED结构在电偏压的作用下时以在515nm与540nm间且优选为大约530nm的第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成当该LED结构在电偏压作用下时以在570nm与630nm间的第二发射波长且优选为大于600nm的波长发光。
[0030]该LED装置优选地由多个平坦半导体材料层的堆叠物形成的层状基材。在磊晶沉积该结构的各层或区域时，可控制该结构的各层中的厚度、组成及电荷载子浓度。当藉由依序沉积多层来形成该装置时，后来层沉积在较早层的顶面上，使得它们位于制得结构中的较早层上方。该等装置通常在平坦基材上沉积成非常薄的层，使得该等层的横向宽度远大于其高度。藉由控制层沉积的顺序及控制各层相对下方层的横向尺寸及位置，可控制该装置组件的相对位置。除非另外声明，在此说明为形成或位于另一层“上面”或“上方”的层或区域都垂直地设置在该半导体结构中的另一层上方，且横向地延伸遍及领域，该领域对应下方该结构中的另一层的至少一部分的领域。
[0031]在第一实施例中，该模板可包括位于该基材上且在与该第一多孔区域相同的平面中的III族
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氮化物材料的第二多孔区域，且该方法可包括在该模板的该第二多孔区域上方形成该第二LED结构的步骤。该III族
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氮化物材料的第一多孔区域可具有第一孔隙度，且该III族
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氮化物材料的第二多孔区域优选地具有与该第一孔隙度不同的第二孔隙度。
[0032]在优选实施例中，该模板亦可包括在与该第一多孔区域及该第二多孔区域相同的平面中的III族
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氮化物材料的第三多孔区域，且该方法可包括在该模板的该第三多孔区域上方形成一第三LED结构的步骤。
[0033]在其他优选实施例中，该模板包括在与该第一多孔区域相同的平面中的III族
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种制造LED装置的方法，该方法包括步骤：提供模板，该模板包括III族
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氮化物材料的第一多孔区域；在该模板上且在该第一多孔区域上方形成第一LED结构；及在该模板上形成第二LED结构，其中该第二LED结构不位于该第一多孔区域上方。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该模板包括基材，且该III族
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氮化物材料的第一多孔区域位于该基材上方。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该方法包括形成该III族
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氮化物材料的第一多孔区域的步骤，该步骤包括：使n掺杂的III族
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氮化物材料的区域电化学地孔隙化以形成该III族
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氮化物材料的多孔区域。4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：藉由电化学孔隙化穿过III族
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氮化物材料的无孔层形成该III族
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氮化物材料的第一多孔区域，使得该III族
‑
氮化物材料的无孔层在该多孔区域上方形成无孔中间层，并且其中该第一LED结构形成在该中间层上。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该模板包括在该多孔区域上方的III族
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氮化物材料的无孔中间层，并且其中该第一LED结构和该第二LED结构形成在该无孔中间层上。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该模板包括在与该第一多孔区域相同的平面中的III族
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氮化物材料的第二多孔区域，并且其中该方法包括：在该模板的该第二多孔区域上方形成该第二LED结构。7.根据权利要求6所述的方法，其中，该III族
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氮化物材料的第一多孔区域具有第一孔隙度；且该III族
‑
氮化物材料的第二多孔区域具有与该第一孔隙度不同的第二孔隙度。8.根据权利要求6或7所述的方法，其中该模板包括在与该第一多孔区域和该第二多孔区域相同的平面中的III族
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氮化物材料的第三多孔区域，并且其中该方法包括：在该模板的该第三多孔区域上方形成第三LED结构。9.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，该模板包括在与该第一多孔区域相同的平面中的III族
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氮化物材料的无孔区域，并且其中该方法包括：在该模板的该无孔区域上方形成该第二LED结构。10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第一LED结构配置成以第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成以与该第一发射波长不同的第二发射波长发光。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成该第一LED结构的步骤包括：在该模板上且在该III族
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氮化物材料的第一多孔区域上方形成：第一n掺杂部分；第一p掺杂部分；及第一发光区域，其设置在该第一n掺杂部分与该第一p掺杂部分之间。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成该第二LED结构的步骤包括：在该模板上形成：第二n掺杂部分；第二p掺杂部分；及第二发光区域，其设置在该第二n掺杂部分与该第二p掺杂部分之间。13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成第一LED结构及第二LED结构的
步骤包括：在该模板上方形成LED结构，该LED结构包括：n掺杂部分；p掺杂部分；及发光区域，其设置在该n掺杂部分与该p掺杂部分之间；及将该LED结构分成多个LED结构，以形成在该第一多孔区域上方的第一LED结构及不位于该第一多孔区域上方的第二LED结构。14.根据权利要求13所述的方法，其中，该发光区域包括一个或多个发光层，该一个或多个发光层具有组成In
x
Ga1‑
x
N，其中0.10≤x≤0.30，优选为0.18≤x≤0.30，特别优选地为0.20≤x≤0.30，优选地其中，该LED结构是发绿光LED结构。15.根据权利要求14所述的方法，其中，该第二LED结构与该第一LED结构相同，并且其中该第一LED结构和该第二LED结构由于在该第一LED结构下方的该第一多孔区域而以不同发射波长发光。16.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：在该第一多孔区域上方形成第一电绝缘掩模；在该模板的未遮蔽区域上形成第二LED结构；在该第二LED结构上方形成第二电绝缘掩模；暴露该第一多孔区域；及在该第一多孔区域上形成该第一LED结构。17.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：在所述LED结构中的至少一者上方形成电绝缘掩模；及使未经覆盖的LED结构的发光区域电化学地孔隙化。18.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括在该模板上形成第三LED结构的步骤，其中该第三LED结构不位于该第一多孔区域上方。19.根据权利要求16所述的方法，其中，该第三LED结构配置成以与该第一发射波长和该第二发射波长不同的第三发射波长发光。20.根据权利要求16或17所述的方法，其中，该第三LED结构形成在该模板的无孔区域上方，且优选地其中，该方法包括使该第三LED结构的发光区域电化学地孔隙化的步骤。21.根据权利要求16、17或18所述的方法，其中，该第一LED结构、第二LED结构或第三LED结构中的一者在电偏压通过的情形下发射红光；该第一LED结构、第二LED结构或第三LED结构中的一者在电偏压通过的情形下发射绿光；且该第一LED结构、第二LED结构或第三LED结构中的一者在电偏压通过的情形下发射蓝光。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：在该模板上方形成LED结构；在该LED结构上方形成掩模；暴露该LED结构的暴露区域；及使该暴露区域下方的该发光区域电化学地孔隙化以形成该LED结构的该发光区域的多孔部分。23.根据权利要求20所述的方法，包括步骤：
分隔该LED结构以形成在该第一多孔区域上方的第一LED结构、不在该第一多孔区域上方的第二LED结构及包括该发光区域的该多孔部分的第三LED结构。24.一种制造LED阵列的方法，包括步骤：提供模板，该模板包括III族
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氮化物材料的第一多孔区域；在该模板上且在该第一多孔区域上方形成第一LED结构的阵列；及在该模板上形成第二LED结构的阵列，其中所述第二LED结构不位于该第一多孔区域上方。25.根据权利要求22所述的方法，包括在该模板上形成第三LED结构的阵列的步骤，其中所述第三LED结构不位于该第一多孔区域上方。26.一种制造三色LED装置的方法，包括步骤：在模板上的III族
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氮化物材料的第一多孔区域上方形成配置成以第一发射波长发光的第一LED结构；在该模板上形成配置成以第二发射波长发光的第二LED结构，该第二LED结构不位于该第一多孔区域上方；在该模板上形成配置成以第三发射波长发光的第三LED结构，该第三LED结构不位于该第一多孔区域上方。27.根据权利要求26所述的方法，其中，该三色LED装置是红绿蓝光LED装置。28.根据权利要求26或27所述的方法，其中，该第二LED结构及该第三LED结构与该第一LED结构相同，并且其中该第一LED结构、第二LED结构和第三LED结构是同时形成的。29.根据权利要求28所述的方法，其中，形成该第三LED结构的步骤包括：使该第三LED结构中的一个或多个发光层电化学地孔隙化的步骤。30.根据权利要求26至29中任一项所述的方法，其中，该第二LED结构形成在该模板上的III族
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氮化物材料的无孔区域上方，或其中，该第二LED结构形成在该模板上的III族
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氮化物材料的第二多孔区域上方，该第二多孔区域具有与该第一多孔区域不同的孔隙度。31.根据权利要求26至30中任一项所述的方法，其中，该第三LED结构形成在该模板上的III族
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氮化物材料的无孔区域上方，或其中，该第三LED结构形成在该模板上的III族
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氮化物材料的第三多孔区域上方，该第三多孔区域具有与该第一多孔区域不同的孔隙度。32.一种LED装置，包括：第一LED结构，其在III族
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氮化物材料的第一多孔区域上方；及第二LED结构，其不位于该第一多孔区域上方。33....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘颖俊，朱彤彤，穆罕默德，
申请(专利权)人：波拉科技有限公司，
类型：发明
国别省市：