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：在第一LED结构上方形成第二LED结构，其中所述第一或第二LED结构中的至少一者位于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是具有高密度且具有低至小于100μm
×
100μm的横向大小的微尺度LED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的横向尺寸的LED结构。
[0003]以往，有人尝试使用已知技术制造微型LED。例如，先前尝试使用常规LED磊晶(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]‑
使用常规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所述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。具体而言，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]本申请案是涉及制造LED装置的改良方法及使用该方法制成的LED装置。本专利技术界定在所附应参照的独立权利要求中。本专利技术的优选地或有利特征是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，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]本专利技术是藉由参照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
‑
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]在第一LED结构上方形成第二LED结构，其中所述第一或第二LED结构中的至少一者位于III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方。
[0023]在第一实施例中，该方法可包括步骤：在该多孔区域上方形成该第一LED结构；及在该第一LED结构上方形成该第二LED结构。
[0024]在另一实施例中，优选地本专利技术提供一种制造LED装置的方法，包括步骤：
[0025]在第一LED结构上方形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及
[0026]在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成第二LED结构。
[0027]第二LED结构和/或该多孔区域可优选地形成在该第一LED结构的第一p掺杂部分上方。
[0028]该制造LED装置的方法可优选地包括步骤：
[0029]在第一LED结构的第一p掺杂部分上方形成电绝缘的第一掩模层；
[0030]移除该第一掩模层的一部分以暴露该第一p掺杂部分的暴露区域；
[0031]在该第一p掺杂部分的该暴露区域上形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及
[0032]在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成第二LED结构。
[0033]该第一LED结构优选地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。
[0034]藉由提供配置成以第一发射波长发光的第一LED结构及配置成在该第一LED结构的顶部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结构两者发射不同波长，但它们设置成相同半导体结构的一部分。
[0035]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结构或发射红光LED结构。该第二LED结构也可为发射绿光LED结构、发射蓝光LED结构或发射红光LED结构，但配置成以与该第一LED结构不同的颜色发光。
[0036]在优选的实施例中，该第一LED结构配置成当施加电偏压通过该LED结构时以在515nm至550nm间且优选地为大约530nm的第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成以在570nm至630nm间的第二发射波长且优选地为大于575nm的波长发光。
[0037]在其他优选的实施例中，该第一LED结构配置成当施加电偏压通过该LED结构时以在400nm至500nm间且优选地为在430nm至470nm间的第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成以在500nm至600nm间且优选地为在520nm至540nm间的第二发射波长发光。
[0038]在某些优选的实施例中，该多孔区域可为延伸在该第一LED结构上方的连续区域，
使得该多孔区域覆盖该第一LED结构，且接着生长在该第一LED结构上方的全部LED结构形成在多孔区域上方。
[0039]该LED装置优选地是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、组成及电荷载本文档来自技高网...

【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，包括步骤：在第一LED结构上方形成第二LED结构，其中所述第一LED结构或所述第二LED结构中的至少一者位于III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方。2.根据权利要求1所述的方法，包括步骤：在该多孔区域上方形成该第一LED结构；及在该第一LED结构上方形成该第二LED结构。3.根据权利要求1所述的方法，包括步骤：在该第一LED结构上方形成该III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成该第二LED结构。4.根据权利要求3所述的方法，包括步骤：在该第一LED结构的第一p掺杂部分上方形成电绝缘的第一掩模层；移除该第一掩模层的一部分以暴露该第一p掺杂部分的暴露区域；在该第一p掺杂部分的该暴露区域上形成该III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成该第二LED结构。5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第一LED结构配置成在电偏压作用下以第一发射波长发光，该第二LED结构配置成在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。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第一LED结构包括：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，优选地其中该方法包括形成该第一LED结构的步骤。7.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。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域的步骤包括步骤：沉积n掺杂III族
‑
氮化物材料的区域；及使该n掺杂III族
‑
氮化物材料的区域电化学地孔隙化以形成该III族
‑
氮化物材料的多孔区域。9.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
‑
氮化物材料的无孔层形成该III族
‑
氮化物材料的多孔区域，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，其中该第二LED结构形成在该无孔中间层上。10.根据权利要求9所述的方法，其中，该无孔中间层具有在1nm至3000nm之间且优选地在5nm至2000nm之间的厚度。11.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该III族
‑
氮化物材料的多孔区域包括III族
‑
氮化物材料的多孔层或由III族
‑
氮化物材料的多孔层所组成。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该III族
‑
氮化物材料的多孔区域包括III族
‑
氮化物材料的多个多孔层的堆叠物。13.根据权利要求12所述的方法，其中，该多孔层的堆叠物是交替的多孔层和无孔层的
堆叠物，优选地其中该堆叠物包括2对至50对多孔层和无孔层。14.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述多孔层具有在10nm至4000nm之间、在100nm至3000nm之间或在200nm至1000nm之间的厚度。15.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该多孔区域或各多孔层具有在10％至90％孔隙度之间或在15％至70％孔隙度之间的孔隙度。16.根据权利要求4至15中任一项所述的方法，其中，该第一掩模层由以下项中的一者形成：SiO2、SiN、SiON。17.根据权利要求4至16中任一项所述的方法，其中，该第一掩模层具有在20nm至1000nm之间，优选地在200nm至800nm之间，且特别优选地在400nm至600nm之间的厚度。18.根据权利要求4至17中任一项所述的方法，其中，所述第一掩模层是藉由电浆加强化学蒸汽沉积(PECVD)、溅镀、ALD、蒸发或原位MOCVD来沉积的。19.根据权利要求4至18中任一项所述的方法，其中，移除该第一掩模层的一部分的步骤包括光微影、湿式蚀刻、或例如电感耦合干式蚀刻(ICP
‑
RIE)的干式蚀刻。20.根据权利要求4至18中任一项所述的方法，其中，该连接层的第一暴露区域的形状是圆形、正方形、矩形、六边形或三角形。21.根据权利要求4至20中任一项所述的方法，其中，所述第一暴露区域具有在0.2μm至50μm之间，优选地在0.5μm至30μm之间或在1μm至20μm之间，且特别优选地小于10μm，例如在1μm至10μm之间的宽度。22.根据权利要求1至21中任一项所述的方法，其中，该第一LED结构布置在基材上的III族
‑
氮化物材料的模板层上方。23.根据权利要求22所述的方法，其中，该III族
‑
氮化物材料的模板层是III族
‑
氮化物材料的多孔层。24.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LED结构上方形成第三LED结构，该第三LED结构优选地配置成在电偏压通过的作用下以与所述第一发射波长和第二发射波长不同的第三发射波长发光。25.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第一LED是在电偏压作用下以在400nm至500nm间且优选地在430nm至470nm间的发射波长发光的蓝光LED结构。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第二LED结构是配置成在电偏压作用下以在500nm至600nm间且优选地在520nm至540nm间的发射波长发光的绿光LED结构。27.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：在形成该第二LED结构前，在该第一LED结构上方形成III族
‑
氮化物材料的无孔区域，该无孔区域布置在与该多孔区域相同的平面中。28.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第二LED结构形成在该多孔区域和该无孔区域两者上方。29.根据权利要求28所述的方法，包括步骤：将该第二LED结构分成位于该多孔区域上方的第二LED结构和位于该无孔区域上方的第三LED结构。30.一种制造LED阵列的方法，包括步骤：形成第一LED结构的第一阵列；及在该第一LED结构的第一阵列上方形成第二LED结构的第二阵列，其中所述LED结构的
第一阵列或第二阵列中的至少一者位于III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方。31.根据权利要求30所述的方法，包括步骤：在该多孔区域上方形成所述LED结构的第一阵列；及在所述第一LED结构上方形成所述LED结构的第二阵列。32.根据权利要求30所述的方法，包括步骤：在所述第一LED结构上方形成该III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成所述第二LED结构。33.根据权利要求30、31或32所述的方法，包括步骤：形成第一LED结构和在该第一LED结构上方的第二LED结构；及将所述LED结构分成第一LED结构的第一阵列和LED结构的第二阵列。34.根据权利要求30至33中任一项所述的方法，包括步骤：在第一LED结构的第一p掺杂部分上方形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成第二LED结构的阵列。35.根据权利要求34所述的方法，包括步骤：在第一LED结构的该第一p掺杂部分上方形成电绝缘的第一掩模层；移除该第一掩模层的多个部分以暴露该第一p掺杂部分的暴露区域的阵列；在该第一p掺杂部分上的该阵列中的各暴露区域上形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；及藉由在该III族
‑
氮化物材料的多个多孔区域的各多孔区域上方形成第二LED结构来形成第二LED结构的阵列。36.根据权利要求30至35中任一项所述的方法，包括步骤：将该第一LED结构分成多个第一LED结构，优选地藉由在该第一LED结构中蚀刻沟道而将该第一LED结构分成多个第一LED结构。37.一种制造三色LED装置的方法，包括步骤：形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；在该III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成第一LED结构；在该第一LED结构上方形成第二LED结构；及在该第二LED结构上方形成第三LED结构。38.一种制造三色LED装置的方法，包括步骤：在第一LED结构上方形成III族
‑
氮化物材料的多孔区域；在该第一LED结构上方形成III族
‑
氮化物材料的无孔区域，...

【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：