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，先前尝试使用一般LED磊晶(epitaxy)及雷射剥离、静电承载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]‑
总是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也具有特别好处。
[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，但还可有利地应用于替代的III族
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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，其包括以下步骤：
[0022]在III族
‑
氮化物材料的多孔区域上方形成III族
‑
氮化物材料的n掺杂连接层；
[0023]在该n掺杂连接层上形成第一电绝缘掩模层；
[0024]移除该第一掩模层的一部分以暴露该n掺杂连接层的第一暴露区域；
[0025]在该n掺杂连接层的该第一暴露区域上形成配置成以第一发射波长发光的第一LED结构；
[0026]在该第一LED结构及该n掺杂连接层上方形成第二电绝缘掩模层；
[0027]移除该第二掩模层的一部分以暴露该n掺杂连接层的第二暴露区域；及
[0028]在该n掺杂连接层的该第二暴露区域上形成配置成以与该第一发射波长不同的第二发射波长发光的第二LED结构。
[0029]藉由在该n掺杂连接层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。
[0030]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结构亦可为发射绿光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。
[0031]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至540nm间且优选地为大约530nm的第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成当该LED结构在电偏压作用下时以在570nm至630nm间的第二发射波长且优选地为大于600nm的波长发光。
[0032]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，后续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。所述装置通常在平坦基材上沉积成非常薄的层，使得所述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“上方”或“上面”的一层或区域都垂直地设置在该半导体结构中的另一层上方，且横向地延伸遍及一领域，该领域对应下方该结构中的另一层的至少一部分的领域。
[0033]该n型连接层有利地作为电流分散层以提供电流至所述第一与第二LED结构。提供与相同导电连接层接触的多个LED结构亦表示可非常容易与两LED结构都产生电气n接触。
[0034]形成电绝缘(介电)掩模层且接着移除该掩模的一部分以暴露该n掺杂连接层的暴
露区域而产生可形成所述LED结构的模板或“部署区”的步骤。所述暴露区域的大小及形状可藉由控制被移除的掩模部分的大小及形状来控制。该半导体材料的后续层可接着沉积在所述第一与第二暴露区域上以分别地形成所述第一与第二LED结构。藉由控制所述暴露区域的大小及形状，可控制后来形成的LED结构的横向大小(长度及宽度)及形状。这种大小控制对于生长具有极小横向尺寸的微本文档来自技高网...

【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III族
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氮化物材料的多孔区域上方形成III族
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氮化物材料的n掺杂连接层；在该n掺杂连接层上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n掺杂连接层的第一暴露区域；在该n掺杂连接层的该第一暴露区域上形成配置成以第一发射波长发光的第一LED结构；在该第一LED结构和该n掺杂连接层上方形成电绝缘的第二掩模层；移除该第二掩模层的一部分以暴露该n掺杂连接层的第二暴露区域；及在该n掺杂连接层的该第二暴露区域上形成被配置成以与该第一发射波长不同的第二发射波长发光的第二LED结构。2.根据权利要求1所述的方法，其中，该第一LED结构配置成在电偏压的作用下以在510nm至560nm之间的第一发射波长发光，且该第二LED结构配置成以在600nm至650nm之间的第二发射波长发光。3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，该III族
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氮化物材料的n掺杂连接层形成在III族
‑
氮化物材料的多孔区域和III族
‑
氮化物材料的无孔区域上方，该多孔区域和该无孔区域设置在基材上的相同平面中。4.根据权利要求3所述的方法，其中，该第一LED结构和该第二LED结构中的一者位于该多孔区域上方，而另一者位于该无孔区域上方。5.根据权利要求1、2或3所述的方法，其中，该第一LED结构和该第二LED结构都位于该多孔区域上方。6.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n掺杂连接层的该第一暴露区域上形成：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。7.根据权利要求1至5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n掺杂连接层的该第二暴露区域上形成：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。8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括第一步骤：使III族
‑
氮化物材料的n掺杂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，使得形成n掺杂的III族
‑
氮化物连接层前，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。10.根据权利要求9所述的方法，包括步骤：在该无孔中间层上方形成该III族
‑
氮化物材料的n掺杂连接层前，蚀刻该无孔中间层以减少其厚度。11.根据权利要求9或10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。
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
‑
氮化物材料的多孔层。13.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。14.根据权利要求13所述的方法，其中，该多孔层的堆叠物为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5对至50对的多孔层和无孔层。15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述多孔层具有在10nm至200nm之间的厚度，且所述无孔层具有在5nm至180nm之间的厚度。16.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％孔隙度之间的孔隙度。17.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n掺杂连接层具有在100nm至2000nm之间的厚度以及>1
×
10
17
cm
‑3且优选地>1
×
10
18
cm
‑3的电荷载子浓度。18.根据前述权利要求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。19.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该掩模层具有在20nm至1000nm之间，优选地在200nm至800nm之间，特别优选地在400nm至600nm之间的厚度。20.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一掩模层和/或第二掩模层是藉由PECVD、溅镀、ALD、蒸发或原位MOCVD来沉积的。21.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，移除所述第一掩模层和/或第二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。22.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该连接层的所述第一暴露区域和/或第二暴露区域的形状为圆形、正方形、矩形、六边形或三角形。23.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述第一暴露区域和/或第二暴露区域具有在0.05μm至100μm之间，优选地在0.1μm至50μm之间或在0.2μm至30μm之间，且特别优选地小于10μm，例如在0.1μm至10μm之间或在0.5μm至10μm之间的宽度。24.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，该第二掩模层由以下项中的一者形成：SiO2、SiN、SiON、氧化铝、氧化钽、氧化铪、或其组合。25.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结构后，移除该第二掩模的一部分以暴露该第一LED结构的一区域；及在该第一LED结构的该暴露区域中形成电接触。26.根据前述权利要求中任一项所述的方法，包括步骤：暴露该n掺杂连接层的一部分；以及在该n掺杂连接层的该暴露区域中形成电接触。27.一种制造LED阵列的方法，包括步骤：在III族
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氮化物材料的多孔区域上方形成III族
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氮化物材料的n掺杂连接层；在n掺杂的III族
‑
氮化物层上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n掺杂连接层的暴露区域的第一阵列；
在该n掺杂连接层上的该第一阵列的各暴露区域上形成第一LED结构；在所述第一LED结构和该n掺杂连接层上方形成电绝缘的第二掩模层；移除该第二掩模层的一部分以暴露该n掺杂连接层的暴露区域的第二阵列；及在该n掺杂连接层上的该第二阵列的各暴露区域上形成第二LED结构。28.一种制造三色LED装置的方法，包括步骤：在III族
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氮化物材料的多孔区域和III族
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氮化物材料的无孔区域上方形成III族
‑
氮化物材料的n掺杂连接层；在该n掺杂连接层上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在该多孔区域上方的该n掺杂连接层的第一暴露区域；移除该第一掩模层的一部分以暴露在该无孔区域上方的该n掺杂连接层的第二暴露区域；在该n掺杂连接层的该第一暴露区域上形成被配置成以第一发射波长发光的第一LED结构；在该n掺杂连接层的该第二暴露区域上形成被配置成以第二发射波长发光的第二LED结构；在该第一LED结构、该第二LED结构和该n掺杂连接层上方形成电绝缘的第二掩模层；移除该第二掩模层的一部分以暴露该n掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱彤彤，刘颖俊，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：