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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-08-24
(54)【発明の名称】ＬＥＤデバイス及びＬＥＤデバイスの製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 33/16 20100101AFI20230817BHJP
H01L 33/08 20100101ALI20230817BHJP
H01L 33/32 20100101ALI20230817BHJP
【ＦＩ】
H01L33/16
H01L33/08
H01L33/32
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2023507873
(86)(22)【出願日】2021-08-04
(85)【翻訳文提出日】2023-04-04
(86)【国際出願番号】 GB2021052023
(87)【国際公開番号】W WO2022029437
(87)【国際公開日】2022-02-10
(31)【優先権主張番号】2012105.9
(32)【優先日】2020-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2012098.6
(32)【優先日】2020-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2012103.4
(32)【優先日】2020-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2012108.3
(32)【優先日】2020-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2012110.9
(32)【優先日】2020-08-04
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2018016.2
(32)【優先日】2020-11-16
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】PCT/GB2021/050158
(32)【優先日】2021-01-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】PCT/GB2021/050152
(32)【優先日】2021-01-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】PCT/GB2021/050147
(32)【優先日】2021-01-22
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2102012.8
(32)【優先日】2021-02-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2102021.9
(32)【優先日】2021-02-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(31)【優先権主張番号】2102017.7
(32)【優先日】2021-02-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522287640
【氏名又は名称】ポロ テクノロジーズ リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100092679
【弁理士】
【氏名又は名称】樋口 盛之助
(74)【代理人】
【識別番号】100208731
【弁理士】
【氏名又は名称】真々田 忠博
(72)【発明者】
【氏名】リュー，インジュン
(72)【発明者】
【氏名】ズー，トントン
(72)【発明者】
【氏名】アリー，ムハンマド
【テーマコード（参考）】
5F241
【Ｆターム（参考）】
5F241AA03
5F241AA12
5F241AA40
5F241AA43
5F241CA05
5F241CA08
5F241CA21
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA66
5F241CA67
5F241CA74
5F241CA77
5F241CA88
5F241CB11
5F241CB27
(57)【要約】
ＬＥＤデバイスを製造する方法は、第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップを含み、第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる。ＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造を備え、第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。ＬＥＤのアレイ、及び３色ＬＥＤデバイスも提供される。
【選択図】 図３５
【選択図】 図３５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＬＥＤデバイスの製造方法であって、第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップを含み、前記第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる、方法。
【請求項2】
前記多孔質領域の上に前記第１のＬＥＤ構造を形成するステップと、前記第１のＬＥＤ構造の上に前記第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するステップと、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に前記第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項4】
前記第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、前記第１のマスク層の一部を除去して前記第１のｐドープ部の露出領域を露出させるステップと、
前記第１のｐドープ部の前記露出領域上にＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に前記第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記第１のＬＥＤ構造は電気バイアスのもとで第１の発光波長で発光するように構成され、前記第２のＬＥＤ構造は電気バイアスのもとで前記第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成されている、請求項１から４のいずれかに記載の方法。
【請求項6】
前記第１のＬＥＤ構造は、第１のｎドープ部と、
第１のｐドープ部と、
前記第１のｎドープ部と前記第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、を含み、好ましくは、前記第１のＬＥＤ構造を形成するステップを含む、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項7】
前記第２のＬＥＤ構造を形成する前記ステップは、第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
前記第２のｎドープ部と前記第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を形成することを含む、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項8】
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成する前記ステップは、ｎドープＩＩＩ族窒化物材料の領域を堆積するステップと、ｎドープＩＩＩ族窒化物材料の前記領域を電気化学的に多孔質化してＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するステップと、を含む、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項9】
ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を通した電気化学的多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するステップを含み、ＩＩＩ族窒化物材料の前記非多孔質層は前記多孔質領域上の非多孔質中間層を形成し、前記非多孔質中間層の上に前記第２のＬＥＤ構造が形成されることからなる、請求項１から８のいずれかに記載の方法。
【請求項10】
前記非多孔質中間層の厚さは１ｎｍ～３０００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ～２０００ｎｍである、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を含むか又はＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層から成る、請求項１から１０のいずれかに記載の方法。
【請求項12】
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質層からなるスタックを含む、請求項１から１１のいずれかに記載の方法。
【請求項13】
多孔質層の前記スタックは多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックであり、好ましくは、前記スタックは多孔質層と非多孔質層の２～５０のペアを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項14】
前記多孔質領域の厚さは、１０ｎｍ～４０００ｎｍ、又は１００ｎｍ～３０００ｎｍ、又は２００ｎｍ～１０００ｎｍである、請求項１から１３のいずれかに記載の方法。
【請求項15】
前記多孔質領域又はそれぞれの多孔質層は１０％～９０％多孔質又は１５％～７０％多孔質を有する、請求項１から１４のいずれかに記載の方法。
【請求項16】
前記第１のマスク層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮのうち１つから形成される、請求項４から１５のいずれかに記載の方法。
【請求項17】
前記第１のマスク層の厚さは、２０ｎｍ～１０００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ～８００ｎｍ、特に好ましくは４００ｎｍ～６００ｎｍである、請求項４から１６のいずれかに記載の方法。
【請求項18】
前記第１のマスク層は、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、ＡＬＤ、蒸着、又はインサイチュＭＯＣＶＤによって堆積される、請求項４から１７のいずれかに記載の方法。
【請求項19】
前記第１のマスク層の一部を除去する前記ステップは、フォトリソグラフィ、湿式エッチング又は乾式エッチング、例えば誘導結合乾式エッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ）を含む、請求項４から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項20】
前記接続層の前記第１の露出領域は、円形、方形、矩形、六角形、又は三角形の形状である、請求項４から１８のいずれかに記載の方法。
【請求項21】
前記第１の露出領域の幅は、０．２μｍ～５０μｍ、好ましくは０．５μｍ～３０μｍ、又は１μｍ～２０μｍ、特に好ましくは１０μｍ未満、例えば１μｍ～１０μｍである、請求項４から２０のいずれかに記載の方法。
【請求項22】
前記第１のＬＥＤ構造は、基板上のＩＩＩ族窒化物材料のテンプレート層の上に配置されている、請求項１から２１のいずれかに記載の方法。
【請求項23】
ＩＩＩ族窒化物材料の前記テンプレート層は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層である、請求項２２に記載の方法。
【請求項24】
前記第１のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップを含み、前記第３のＬＥＤ構造は好ましくは電気バイアスのもとで前記第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている、請求項１から２３のいずれかに記載の方法。
【請求項25】
前記第１のＬＥＤは青色ＬＥＤ構造であり、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長で発光する、請求項１から２４のいずれかに記載の方法。
【請求項26】
前記第２のＬＥＤ構造は緑色ＬＥＤ構造であり、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍの発光波長で発光するように構成されている、請求項１から２５のいずれかに記載の方法。
【請求項27】
前記第２のＬＥＤ構造を形成する前に、前記第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を形成するステップを含み、前記非多孔質領域は前記多孔質領域と同じ面内に配置されている、請求項１から２６のいずれかに記載の方法。
【請求項28】
前記第２のＬＥＤ構造は前記多孔質領域と前記非多孔質領域の双方の上に形成される、請求項１から２７のいずれかに記載の方法。
【請求項29】
前記第２のＬＥＤ構造を、前記多孔質領域の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造と、前記非多孔質領域の上に位置決めされた第３のＬＥＤ構造とに分割するステップを含む、請求項２８のいずれかに記載の方法。
【請求項30】
ＬＥＤのアレイを製造する方法であって、第１のＬＥＤ構造の第１のアレイを形成するステップと、第１のＬＥＤ構造の前記第１のアレイの上に第２のＬＥＤ構造の第２のアレイを形成するステップと、を含み、ＬＥＤ構造の前記第１のアレイ又は第２のアレイのうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる、方法。
【請求項31】
前記多孔質領域の上にＬＥＤ構造の前記第１のアレイを形成するステップと、前記第１のＬＥＤ構造の上にＬＥＤ構造の前記第２のアレイを形成するステップと、を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項32】
前記第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域を形成するステップと、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に前記第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項33】
第１のＬＥＤ構造及び前記第１のＬＥＤ構造の上の第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、前記ＬＥＤ構造を第１のＬＥＤ構造の第１のアレイとＬＥＤ構造の第２のアレイとに分割するステップと、を含む、請求項３０、３１、又は３２に記載の方法。
【請求項34】
第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、
を含む、請求項３０から３３のいずれかに記載の方法。
【請求項35】
前記第１のＬＥＤ構造の前記第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、前記第１のマスク層の複数の部分を除去して前記第１のｐドープ部の露出領域のアレイを露出させるステップと、
前記第１のｐドープ部の前記アレイの前記露出領域のそれぞれの上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記複数の多孔質領域のそれぞれの上に第２のＬＥＤ構造を形成することによって第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、
を含む、請求項３４に記載の方法。
【請求項36】
好ましくは前記第１のＬＥＤ構造に溝をエッチングすることによって、前記第１のＬＥＤ構造を複数の第１のＬＥＤ構造に分割するステップを含む、請求項３０から３５のいずれかに記載の方法。
【請求項37】
３色ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に第１のＬＥＤ構造を形成するステップと、
前記第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
前記第２のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項38】
３色ＬＥＤデバイスを製造する方法であって、第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
前記第１のＬＥＤ構造の上に、前記多孔質領域と同じ面内に配置されたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記非多孔質領域の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む方法。
【請求項39】
前記第１のＬＥＤ構造は第１の発光波長で発光するように構成され、前記第２のＬＥＤ構造は前記第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成され、前記第３のＬＥＤ構造は前記第１の発光波長及び前記第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている、請求項３７又は３８に記載の方法。
【請求項40】
前記第２のＬＥＤ構造は前記第３のＬＥＤ構造と同一であり、前記第２及び第３のＬＥＤ構造は同時に形成される、請求項３７、３８、又は３９に記載の方法。
【請求項41】
前記第２及び第３のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍの発光波長で発光するように構成され、前記第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長で発光するように構成されている、請求項３７から４０のいずれかに記載の方法。
【請求項42】
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造を備え、前記第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている、ＬＥＤデバイス。
【請求項43】
前記第１のＬＥＤ構造は前記多孔質領域の上に位置決めされ、前記第２のＬＥＤ構造は前記第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされている、請求項４２に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項44】
第１のＬＥＤ構造と、前記第１のＬＥＤ構造の上のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域と、
ＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造と、
を含む、請求項４２に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項45】
前記第１のＬＥＤ構造は第１の発光波長で発光するように構成され、前記第２のＬＥＤ構造は前記第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成されている、請求項４２、４３、又は４４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項46】
前記多孔質領域と前記多孔質領域の上に位置決めされた前記ＬＥＤ構造との間に位置決めされた、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層を含む、請求項４２から４５のいずれかに記載のＬＥＤデバイス。
【請求項47】
前記第１のＬＥＤ構造は、第１のｎドープ部と、
前記第１のｐドープ部と、
前記第１のｎドープ部と前記第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、
を含み、前記第２のＬＥＤ構造は、
第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
前記第２のｎドープ部と前記第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を含む、請求項４２から４６のいずれかに記載のＬＥＤデバイス。
【請求項48】
前記第１及び／又は第２のｎドープ部はｎドープＩＩＩ族窒化物層を含み、好ましくは前記ｎドープ部は、ｎ－ＧａＮ、又はｎ－ＩｎＧａＮ、又はｎ－ＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタック、又は異なる濃度のインジウムを含有するｎ－ＩｎＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタックを含む、請求項４７に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項49】
前記第１及び／又は第２の発光領域は１つ以上のＩＩＩ族窒化物発光層を含み、前記発光層又はそれぞれの発光層は、量子井戸、又は、量子ドット、断片的な量子井戸、もしくは不連続的な量子井戸のような量子構造を含むナノ構造層を含む、請求項４７又は４８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項50】
前記第１のＬＥＤ構造における前記１つ以上の発光層は組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有し、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１８≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２０≦ｘ≦０．３０である、請求項４９に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項51】
前記第２のＬＥＤ構造における前記１つ以上の発光層は組成ＩｎｙＧａ１－ｙＮを有し、０．２０≦ｙ≦０．４０であり、好ましくは０．２６≦ｙ≦０．４０であり、特に好ましくは０．３０≦ｙ≦０．４０である、請求項４９又は５０に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項52】
前記第１のＬＥＤ構造の前記ｐドープ部の上に位置決めされたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を追加的に含み、前記非多孔質領域は好ましくは前記多孔質領域と同じ面内に位置決めされている、請求項４４から５１のいずれかに記載のＬＥＤデバイス。
【請求項53】
第３のＬＥＤ構造を追加的に含み、前記第３のＬＥＤ構造は、前記第１のＬＥＤ構造又は前記第２のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、前記第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている、請求項４２から５２のいずれかに記載のＬＥＤデバイス。
【請求項54】
前記第３のＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族窒化物材料の前記非多孔質領域の上に位置決めされている、請求項５３に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項55】
前記第３のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｚＧａ１－ｚＮを有し、０．２０≦ｚ≦０．４０であり、好ましくは０．２６≦ｚ≦０．４０であり、特に好ましくは０．３０≦ｚ≦０．４０である、請求項５３又は５４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項56】
基板上に形成された、請求項４２から５５のいずれかに記載のＬＥＤデバイスを複数備えるＬＥＤのアレイ。
【請求項57】
第１のＬＥＤ構造の第１のアレイと、前記第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造の第２のアレイと、を備え、ＬＥＤ構造の前記第１のアレイ及び／又は前記第２のアレイはＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の多孔質領域の上に位置決めされている、ＬＥＤのアレイ。
【請求項58】
第１の発光波長で発光するように構成された第１のＬＥＤ構造と、前記第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、前記第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成された第２のＬＥＤ構造と、
前記第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、前記第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成された第３のＬＥＤ構造と、
を備え、前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている、３色ＬＥＤデバイス。
【請求項59】
前記第１のＬＥＤ構造はＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に位置決めされている、請求項５８に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項60】
前記第２のＬＥＤ構造は、前記第２のＬＥＤ構造と前記第１のＬＥＤ構造との間に位置決めされた、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている、請求項５８に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項61】
前記デバイスは赤緑青（ＲＧＢ）ＬＥＤデバイスであり、前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造は、電気バイアス印加時に赤色光、緑色光、及び青色光を発光するように構成されている、請求項５８、５９、又は６０に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項62】
前記第２のＬＥＤ構造はＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に位置決めされ、前記第３のＬＥＤ構造はＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域の上に位置決めされない、請求項５８から６１のいずれかに記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項63】
前記第３のＬＥＤ構造は前記第２のＬＥＤ構造と同一であり、前記第２及び第３のＬＥＤ構造は、前記第２のＬＥＤ構造の下方にある前記多孔質領域に起因して、異なる発光波長で発光する、請求項６２に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項64】
前記第２のＬＥＤ構造は５１５～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ構造であり、前記第２のＬＥＤ構造の下のＩＩＩ族窒化物材料の前記多孔質領域は前記第２のＬＥＤ構造の前記発光波長を６００～６５０ｎｍにシフトさせる、請求項６２又は６３に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項65】
前記第２のＬＥＤ構造及び前記第３のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有し、０．１０≦ｘ≦０．４０であり、好ましくは０．１８≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２２≦ｘ≦０．３０である、請求項６３又は６４に記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項66】
前記第３のＬＥＤ構造は、前記第１のＬＥＤ構造の上方のＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域の上に位置決めされている、請求項５８から６５のいずれかに記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項67】
前記第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０ｎｍ～４７０ｎｍのピーク波長で発光するように構成されている、請求項５８から６６のいずれかに記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項68】
前記第１のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｚＧａ１－ｚＮを有し、０．１０≦ｚ≦０．３０であり、好ましくは０．１２≦ｚ≦０．２５であり、特に好ましくは０．１５≦ｚ≦０．２０である、請求項５８から６７のいずれかに記載の３色ＬＥＤデバイス。
【請求項69】
前記第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造は、前記第１のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍのピーク波長で発光し、
前記第２のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで６００～６５０ｎｍのピーク波長で発光し、
前記第３のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで５１５～５５０ｎｍのピーク波長で発光する、
ように構成されている、請求項５８から６８のいずれかに記載の３色ＬＥＤデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体デバイス及び半導体デバイスの製造方法に関し、特に、ＬＥＤデバイス、ＬＥＤデバイスのアレイ、及びＬＥＤデバイスの改良された製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光用の標準的な発光ダイオード（ＬＥＤ）は、通常、２００μｍ×２００μｍよりも大きい。マイクロＬＥＤは、横方向サイズが１００μｍ×１００μｍ未満に縮小した高密度の微小規模ＬＥＤのアレイである。このため、マイクロＬＥＤは、横方向の寸法（長さと幅）が１００μｍ×１００μｍよりも小さく、数十ナノメートル、更にはより小型になったＬＥＤ構造として定義される。
【0003】
これまで、既知の技術を用いてマイクロＬＥＤを製造する試みが行われてきた。例えば、従来の試みは、通常のＬＥＤエピタキシ及びレーザリフトオフ、静電キャリー、及び転写用のエラストマスタンプを使用している。しかし、このアプローチをマイクロＬＥＤくらい小さいデバイスに応用することには問題がある。
【0004】
これらの問題には以下が含まれる。
－３つの主要カラー（ＲＧＢ：赤色、緑色、青色）の全てをマイクロＬＥＤの同一チップ上に生成するには、通常のＬＥＤエピタキシでは難しい。
－緑色及び赤色のマイクロＬＥＤでは効率が低い。
－微小規模のＬＥＤメサを画定するには、常に乾式エッチングが必要である。ＬＥＤサイズが小さくなると、ＬＥＤ構造の側壁に対するプラズマ損傷がデバイスの発光効率と寿命に影響を及ぼす。
－レーザリフトオフは歩留まりが低く、コストが高い。
－以前から存在するひずみ／反りの問題に起因した転写の低い歩留り。
－３つの主要カラー（ＲＧＢ：赤色、緑色、青色）の全てをマイクロＬＥＤの同一チップ上に生成するには、通常のＬＥＤエピタキシでは難しい。
－緑色及び赤色のマイクロＬＥＤでは効率が低い。
－微小規模のＬＥＤメサを画定するには、常に乾式エッチングが必要である。ＬＥＤサイズが小さくなると、ＬＥＤ構造の側壁に対するプラズマ損傷がデバイスの発光効率と寿命に影響を及ぼす。
－レーザリフトオフは歩留まりが低く、コストが高い。
－以前から存在するひずみ／反りの問題に起因した転写の低い歩留り。
【0005】
これらの問題のため、従来のＬＥＤ製造技術は高品質のマイクロＬＥＤを生産するには満足できるものではない。特に、従来のＬＥＤ製造技術は、同一基板上に複数の異なる色のＬＥＤを含む多色ＬＥＤデバイスを生産するには満足できないものである。
【発明の概要】
【0006】
本出願は、ＬＥＤデバイスの改良された製造方法、及びこの方法を用いて作製されたＬＥＤデバイスに関する。本発明は独立クレームにおいて規定され、独立クレームについてはここで言及するものとする。本発明の好適な又は有利な特徴は、従属するサブクレームに記載される。
【0007】
ＬＥＤデバイスは、好ましくはＩＩＩ－Ｖ族半導体材料から形成され、ＩＩＩ族窒化物半導体材料から形成されると特に好ましい。
【0008】
「ＩＩＩ－Ｖ」族半導体は、Ｇａ、Ａｌ、及びＩｎのようなＩＩＩ族元素とＮ、Ｐ、Ａｓ、及びＳｂ）のようなＶ族元素の二元合金、三元合金、及び四元合金を含み、オプトエレクトロニクスを含む多数の応用分野において重要である。
【0009】
特に重要なのは、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、及び窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を含む「ＩＩＩ族窒化物」材料として知られる半導体材料クラスと、それらの三元合金及び四元合金である。ＩＩＩ族窒化物材料は、半導体照明及びパワーエレクトロニクスで商業的成功を収めているだけでなく、量子光源及び光と物質の相互作用において特別な利点を有する。
【0010】
多様なＩＩＩ族窒化物材料が商業的な面で興味深いが、窒化ガリウム（ＧａＮ）は最も重要な新しい半導体材料の１つとして広く認められ、多数の応用分野において特に興味深い。
【0011】
バルクＧａＮに気孔を導入すると、例えば屈折率のような材料特性に大きな影響を及ぼし得ることが知られている。したがって、ＧａＮの多孔度を変えることによってＧａＮの光学特性を調整できる可能性があるので、多孔質ＧａＮはオプトエレクトロニクスの応用分野において重要である。
【0012】
本発明はＧａＮを参照して記載されるが、代替的なＩＩＩ族窒化物材料にも有利に応用され得る。
【0013】
ＩＩＩ－Ｖ族半導体材料の多孔質化に関する従来の刊行物には、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）が含まれる。
【0014】
発明者らは、本発明を用いて多色ＬＥＤデバイス及び多色ＬＥＤデバイスのアレイを有利に提供できることを見出した。
【0015】
ＬＥＤデバイスの製造方法
本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、
第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップを含み、第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる。
本発明の第１の態様によれば、ＬＥＤデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、
第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップを含み、第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる。
【0016】
第１の実施形態において、その方法は、多孔質領域の上に第１のＬＥＤ構造を形成するステップと、第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、を含む。
【0017】
他の実施形態において、好ましくは、本発明はＬＥＤデバイスを製造する方法を提供する。この方法は、
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
【0018】
第２のＬＥＤ構造及び／又は多孔質領域は、好ましくは第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に形成される。
【0019】
ＬＥＤデバイスの製造方法は、好ましくは、
第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、
第１のマスク層の一部を除去して第１のｐドープ部の露出領域を露出させるステップと、
第１のｐドープ部の露出領域上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、
第１のマスク層の一部を除去して第１のｐドープ部の露出領域を露出させるステップと、
第１のｐドープ部の露出領域上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
【0020】
第１のＬＥＤ構造は、好ましくは第１の発光波長で発光するように構成され、第２のＬＥＤ構造は、第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成されている。
【0021】
第１の発光波長で発光するように構成された第１のＬＥＤ構造と、第１のＬＥＤ構造の上に第２の発光波長で発光するように構成された第２のＬＥＤ構造とを提供することにより、多色ＬＥＤデバイスが提供される。第１及び第２のＬＥＤ構造は、同一の半導体構造の一部として提供されるにもかかわらず、異なる波長で発光する。
【0022】
第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は、多様な波長で発光するように構成される。例えば第１のＬＥＤ構造は、緑色発光ＬＥＤ構造、又は青色発光ＬＥＤ構造、又は赤色発光ＬＥＤ構造とすることができる。また、第２のＬＥＤ構造は、緑色発光ＬＥＤ構造、又は青色発光ＬＥＤ構造、又は赤色発光ＬＥＤ構造とすることができるが、第１のＬＥＤ構造とは異なる色で発光するように構成されている。
【0023】
好適な実施形態において、ＬＥＤ構造に電気バイアスが印加された場合、第１のＬＥＤ構造は、５１５ｎｍ～５５０ｎｍ、好ましくは５３０ｎｍ前後の第１の発光波長で発光するように構成され、第２のＬＥＤ構造は、５７０ｎｍ～６３０ｎｍ、好ましくは５７５ｎｍ超の第２の発光波長で発光するように構成されている。
【0024】
他の好適な実施形態において、ＬＥＤ構造に電気バイアスが印加された場合、第１のＬＥＤ構造は、４００ｎｍ～５００ｎｍ、好ましくは４３０ｎｍ～４７０ｎｍの第１の発光波長で発光するように構成され、第２のＬＥＤ構造は、５００ｎｍ～６００ｎｍ、好ましくは５２０ｎｍ～５４０ｎｍの第２の発光波長で発光するように構成されている。
【0025】
特定の好適な実施形態において、多孔質領域は、第１のＬＥＤ構造を覆うように第１のＬＥＤ構造の上に拡がる連続的な領域であり、この後に第１のＬＥＤ構造の上方に成長させる全てのＬＥＤ構造は、多孔質領域の上に形成される。
【0026】
ＬＥＤデバイスは好ましくは、半導体材料の平坦な層のスタックから形成された積層構造である。構造体のそれぞれの層又は領域のエピタキシャル堆積中に、構造のそれぞれの層の厚さ、組成、及び電荷キャリア濃度を制御することができる。デバイスは層の連続的な堆積によって形成され、前の層の上に後の層が堆積されるので、生成された構造内では前の層の上方に後の層が位置決めされる。このようなデバイスは典型的に、平坦な基板上の極めて薄い層として堆積され、これらの層の横幅は高さよりも著しく大きい。層が堆積される順序を制御すると共に、それぞれの層の横方向サイズと下層に対する位置とを制御することにより、デバイスコンポーネントの相対的な位置を制御することができる。特段の指示がある場合を除いて、ここで記載される層又は領域が他の層の「上に（over）」又は「上方に（above）」形成されている又は位置決めされている場合、その層又は領域は、半導体構造内で他の層の垂直方向上方に位置し、かつ、構造内で下方にある他の層の少なくとも一部のエリアに対応するエリアの上で横方向に拡がっている。
【0027】
他の好適な実施形態において、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域及びＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域は、第１のｐドープ部の上に又は上方に形成される。多孔質領域及び非多孔質領域は好ましくは、構造内で同一面内に配置される。例えば、構造体の層は部分的に多孔質ＩＩＩ族窒化物材料で構成され、部分的に非多孔質材料で構成される。このため、多孔質領域は第１のｐドープ部の一部のみの上に位置決めすることができ、非多孔質領域は第１のｐドープ部の別の横方向エリアの上に重なっている。この実施形態において、第２のＬＥＤ構造は多孔質領域の上に又は上方に位置決めすることができ、別のＬＥＤ構造（例えば第３のＬＥＤ構造）は非多孔質領域の上に位置決めされる。
【0028】
本発明者らは、ＩＩＩ族窒化物材料の電気化学的多孔質化が、ＩＩＩ族窒化物格子内のひずみ及びウェーハ全体の反り又は湾曲を有利に低減させることを認識した。理論に束縛されることは望まないが、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を多孔質化するプロセスは、第１のＩＩＩ族窒化物材料層上にこの層を成長させる間に形成された貫通転位のような構造的欠陥も、エッチング除去すると考えられる。
【0029】
多孔質化の間に多孔質領域の半導体材料から転位が除去されると、特に多孔質領域の格子寸法がその下層の材料の格子寸法と一致しない場合に発生する、多孔質領域内のひずみが大幅に低減する。このため、多孔質領域の上方にＩＩＩ族窒化物材料層が堆積される場合、半導体構造のエピタキシャル成長中に、多孔質材料はその上層の非多孔質層の格子と整合しやすくなる。この結果、多孔質領域の上方の層では、多孔質領域が存在しない場合に比べ、ひずみが著しく小さくなる。
【0030】
組成引き込み効果：カワグチらは、インジウムの割合が成長の初期段階では小さいが成長厚の増大と共に大きくなる、いわゆるＩｎＧａＮ組成引き込み効果について報告した。この観察は、ある程度、下層のＧａＮ又はＡｌＧａＮとは独立していた。著者らは、この効果が界面の格子不整合で生じるひずみによって発生することを示唆した。著者らは、ＩｎＧａＮと下部エピタキシャル層との格子不整合が大きくなると、Ｉｎ含有量の変化が大きくなることを見出した。
【0031】
イナトミらによる「Theoretical study of the composition pulling effect in InGaN metalorganic vapor-phase epitaxy growth」（Japanese Journal of Applied Physics, Volume 56, Number 7）によれば、圧縮ひずみがＩｎＮの取り込みを抑制することがわかった。他方で、引張ひずみは、緩和バルク成長の場合に比べてＩｎＮの取り込みを促進する。
【0032】
発明者らは、半導体構造中で多孔質領域を使用すると、半導体構造の層内のひずみを低減する「ひずみ緩和」が生じ、これが組成引き込み効果の観点からの改善につながる可能性があることを見出した。多孔質化はＩＩＩ族窒化物層内のひずみを低減し、半導体構造のひずみが小さくなるので、より多くのＩｎを取り込むための条件が利用可能となる。したがって本発明は、多孔質領域の上に成長させるＬＥＤ構造の層内への多くのインジウム取り込みを支援することができ、これは長波長の発光にとって極めて望ましい。
【0033】
ＬＥＤにＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を設けることによって、多孔質領域が存在しない場合に可能であるよりも小さいひずみで、ＬＥＤ構造の１つ以上を多孔質領域の上に成長させることができる。したがって、このような積層半導体構造のひずみレベルの低減により、多孔質層の上方にあるＬＥＤ構造の１又は複数の発光層内に多くのインジウムを取り込むことを支援できるので、インジウム含有量の多い高品質ＩｎＧａＮ発光層を成長させることが可能となる。これにより、充分なインジウムをインジウムガリウム窒化物発光層内に取り込むことができるので、ＬＥＤに電気的バイアスが印加された場合に６００～７５０ｎｍのピーク波長で発光する。
【0034】
６００～７５０ｎｍで発光する赤色ＬＥＤには非常に大きな需要があるが、１又は複数の発光層内に充分なインジウムを取り込むことの技術的な難しさは、赤色ＩｎＧａＮのＬＥＤの達成が困難であることを意味していた。しかし、より短い波長のＬＥＤ、例えば緑色（５００～５５０ｎｍ）及び黄色（５５０～６００ｎｍ）ＬＥＤは、赤色発光に必要であるよりもインジウム含有量が少ないＩｎＧａＮ発光領域を用いて作製できるので、はるかに容易に製造される。
【0035】
発明者らは、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上にＬＥＤ構造を成長させると、非多孔質基板上に同じＬＥＤ構造を成長させる場合に比べ、発光波長が長波長側へ大きくシフトすることを見出した。
【0036】
図面に示されているように、発明者らは、これを実証するため、非多孔質ＧａＮウェーハ上に従来の緑色／黄色（５００～５５０ｎｍ又は５５０ｎｍ～６００ｎｍの発光）ＩｎＧａＮのＬＥＤ構造を成長させ、このＬＥＤが予想通り緑色／黄色光を発光することを確認した。次いで、同じ「緑色／黄色」ＩｎＧａＮのＬＥＤ構造を多孔質領域を含むテンプレート上に成長させ、このＬＥＤに電気バイアスを印加すると、ＬＥＤは６００～７５０ｎｍの赤色範囲で発光した。
【0037】
好適な実施形態において、本発明は、多孔質領域の上の接続層上に形成した第２のＬＥＤ構造の緑色／黄色（５００～５５０ｎｍ又は５５０ｎｍ～６００ｎｍの発光）ＩｎＧａＮのＬＥＤ構造と、第１のＬＥＤ構造の上方の非多孔質領域の上に形成した第３のＬＥＤ構造の緑色／黄色（５００～５５０ｎｍ又は５５０ｎｍ～６００ｎｍの発光）ＩｎＧａＮ ＬＥＤ構造と、を含む。第２のＬＥＤ構造及び第３のＬＥＤ構造は同一の構造と組成を有する。それにもかかわらず、多孔質領域上の第２のＬＥＤ構造の位置によって第２のＬＥＤ構造の発光波長はシフトするので、第２のＬＥＤ構造は第３のＬＥＤ構造とは異なる波長で発光する。第３のＬＥＤ構造は予想通り緑色／黄色波長（５００～５５０ｎｍ又は５５０ｎｍ～６００ｎｍの発光）で発光するが、第２のＬＥＤ構造はより長い６００～６５０ｎｍの波長で発光する。したがって、同一の従来のＬＥＤ構造を２度形成すること、すなわち一度は非多孔質領域の上に、一度は多孔質領域の上に形成することにより、複数の発光色を達成することができる。
【0038】
特に好ましくは、第１のＬＥＤ構造の上方に上述した第２及び第３のＬＥＤ構造を位置決めし、第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスを印加した場合に青色光を発光するように構成された青色ＬＥＤ構造とすることができる。
【0039】
第１のＬＥＤ構造は、好ましくは、
第１のｎドープ部と、
第１のｐドープ部と、
第１のｎドープ部と第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、を含む。ｐドープ部はｐドープ層とすることができる。第１の態様の方法は好ましくは、第１のＬＥＤ構造を形成する第１のステップを含む。
第１のｎドープ部と、
第１のｐドープ部と、
第１のｎドープ部と第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、を含む。ｐドープ部はｐドープ層とすることができる。第１の態様の方法は好ましくは、第１のＬＥＤ構造を形成する第１のステップを含む。
【0040】
第１の電気絶縁（誘電）マスク層を形成し、次いでマスクの一部を除去してｐドープ接続層の露出領域を露出させることにより、ＬＥＤ構造を上に形成するテンプレート又は「フットプリント」を生成する。除去されるマスクの一部のサイズ及び形状を制御することによって、露出領域のサイズ及び形状を制御できる。次いで、露出領域上に以降の半導体材料層を堆積して第２のＬＥＤ構造を形成することができる。露出領域のサイズ及び形状を制御することにより、以降に形成されるＬＥＤ構造の横方向サイズ（長さと幅）及び形状を制御できる。このサイズ制御は、横方向の寸法が極めて小さいマイクロＬＥＤ構造を成長させるうえでは特に有利である。
【0041】
従来技術では、大規模ＬＥＤ構造を成長させ、次いで溝をエッチングしてこの構造を所望の横方向サイズの微小規模プラットフォーム又は「メサ」に切断することにより、マイクロＬＥＤに分割する。このような従来技術を用いて作製されたマイクロＬＥＤでは、ＬＥＤ構造の側壁に対するエッチング損傷が、マイクロＬＥＤにより形成される極めて小さい画素に著しい影響を及ぼす。これは、マイクロＬＥＤの信頼性と輝度を害する可能性がある。
【0042】
本発明の方法は、あらかじめ画定された露出領域に第２のＬＥＤ構造を形成できる利点があり、任意に、これらの露出領域はマイクロＬＥＤを形成するに適したサイズと形状を有する。本発明では露出領域が各ＬＥＤ構造のフットプリントを制御するので、第２のＬＥＤ構造は最初から適切なサイズに有利に形成される。このため、本発明では、ＬＥＤ構造をエッチングして横方向サイズを小さくする必要はない。したがって、これにより得られるＬＥＤデバイスでは、従来技術の方法で生じる乾式エッチング損傷を回避する。
【0043】
ＬＥＤ構造のアクティブ層に対する乾式エッチング損傷を回避することで、従来技術を用いて調製されたマイクロＬＥＤに比べて著しい利益が得られ、本方法を用いて作製されたＬＥＤデバイスは信頼性が高く、かつ輝度が高いという利点がある。
【0044】
第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造を形成するステップは、当技術分野における従来の方法に従ってＬＥＤ構造を成長させることを含む。すなわち、ＬＥＤ構造は、既知の半導体堆積技術を用いて成長させることができ、従来の様々なＬＥＤエピタキシャル層を有する。ここでは一例として典型的なＬＥＤ構造を記載するが、当技術分野では多様なＬＥＤ構造（層厚、材料、及びドーピングレベルの様々な組み合わせを含む）が既知であり、本発明と共に使用可能であることは当業者に理解されよう。
【0045】
第２のＬＥＤ構造を形成するステップは、
第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
第２のｎドープ部と第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を形成することを含み得る。
第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
第２のｎドープ部と第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を形成することを含み得る。
【0046】
第２のＬＥＤ構造を形成するステップは、多孔質領域の上に又は上方に第２のＬＥＤ構造を形成することを含む。多孔質領域と第２のＬＥＤ構造との間に、ＩＩＩ族窒化物材料の追加の層を位置決めすることも可能である。
【0047】
特定の好適な実施形態において、多孔質領域の上に又は上方に複数の第２のＬＥＤ構造を形成する。
【0048】
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップは、ｎドープＩＩＩ族窒化物材料の領域を堆積するステップと、ＩＩＩ族窒化物材料層を電気化学的に多孔質化してＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップとを含む。これは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている、ウェーハスケール多孔質化プロセスを用いて達成される。このステップは、多孔質領域の上にＬＥＤ構造を形成する前に実行することで、上に成長させるＬＥＤ構造を電気化学的に多孔質化しないようにしなければならない。
【0049】
その方法は好ましくは、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を通した電気化学的多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成し、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層が非多孔質中間層を形成するステップを含む。非多孔質中間層は、ＬＥＤ構造の成長のための平滑表面を有利に与え得る。この後、中間層は、多孔質領域と、上に成長させたＬＥＤ構造のｎドープ部との間に位置する。
【0050】
多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の層又は領域を多孔質化することによって形成される。ＩＩＩ族窒化物材料が多孔質化されるためには、多孔質化される材料がｎ型ドープされていることと、１×１０１７～１×１０２０の範囲内のドーピング濃度を有することが必要である。
【0051】
多孔質領域は１つの多孔質層とすることができ、このため方法は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層の上にＬＥＤ構造を形成するステップを含む。好ましくは多孔質領域は、例えば多孔質ＩＩＩ族窒化物材料の連続的な層から形成された、一様に多孔質である多孔質層である。
【0052】
多孔質領域は複数の多孔質層を含むことができ、任意に複数の非多孔質層を含む。本発明の好適な実施形態において、多孔質領域は多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックであり、スタックの上面が多孔質領域の上部を画定し、スタックの下面が多孔質領域の下部を画定する。ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ接続層を、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層のスタックを含む多孔質領域の上に形成する。
【0053】
あるいは、多孔質領域は、１つ以上の多孔質領域を含むＩＩＩ族窒化物材料層であり、例えば、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層内に１つ以上の多孔質領域が含まれる。
【0054】
好ましくは、ドープ材料を多孔質化する前に、ドープ材料の上に非ドープＩＩＩ族窒化物材料の中間層を堆積する。中間層の厚さは、好ましくは１ｎｍ～３０００ｎｍであり、好ましくは５ｎｍ～２０００ｎｍ、又は１０００ｎｍ～１５００ｎｍである。
【0055】
当技術分野において既知のように、電気化学的多孔質化によってＩＩＩ族窒化物材料のｎ型ドープ領域から材料を除去し、半導体材料中に空の気孔を生成する。
【0056】
好適な実施形態において、多孔質化の前のドープ領域は、高度ドープ層／低度ドープ層の順序で層が交互に配置されたスタックから成る。スタックは、高度／低度ドーピング層のペアで構成し、好ましくは２～５０ペアの層を含む。それぞれの各高度ドープ層の厚さは、２ｎｍ～２００ｎｍ、又は１０ｎｍ～１５０ｎｍ、又は５０ｎｍ～１００ｎｍの間で変動する。低度ドープ層は、２ｎｍ～１８０ｎｍ、又は１０ｎｍ～１５０ｎｍ、又は５０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有する。
【0057】
多孔質層のスタックは好ましくは、多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックである。好ましくは、スタックは、相互に積層された多孔質層と非多孔質層の２～５０のペアを含む。多孔質層は好ましくは、２ｎｍ～２００ｎｍ、又は１０ｎｍ～１５０ｎｍ、又は５０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有する。非多孔質層は好ましくは、２ｎｍ～１８０ｎｍ、又は１０ｎｍ～１５０ｎｍ、又は５０ｎｍ～１００ｎｍの厚さを有する。
【0058】
好適な実施形態において、ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ接続層は、ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質層のスタックの上に形成される。このため多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の単一の多孔質層でなく、少なくともいくつかの層が多孔質であるＩＩＩ族窒化物材料の複数の層のスタックである。
【0059】
多孔質領域又は多孔質領域内のそれぞれの多孔質層は、１％～９９％多孔質の多孔度を有する。好ましくは、多孔質領域又はスタック内のそれぞれの多孔質層は、１０％～９０％多孔度、又は１０％～７０％多孔度を有する。
【0060】
好適な実施形態では、好ましくは非多孔質中間層上に第２のＬＥＤ構造を堆積することによって、第２のＬＥＤ構造を多孔質領域の上に成長させる。
【0061】
第１のＬＥＤ構造は基板の上に又は上方に形成される。基板は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ、β－Ｇａ２Ｏ３である。基板の結晶方位は、極性、半極性、又は非極性方位である。基板の厚さは、典型的に１００μｍ～１５００μｍの間で変動する。
【0062】
第１のＬＥＤ構造は好ましくは、基板上のＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上のテンプレート層の上に形成される。ＩＩＩ族窒化物材料の１又は複数のテンプレート層は非多孔質とすることができ、又は、特定の実施形態におけるテンプレート層はＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層とすることができる。
【0063】
好適な実施形態において、テンプレート層は、このテンプレート層又は領域を上に成長させる基板と同等の横方向寸法（幅又は長さ）を有する。例えば、従来の基板ウェーハサイズは種々のサイズを有することができ、例えば１ｃｍ２、又は直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、又は１６インチである。
【0064】
テンプレート層は、基板上に成長させた非ドープ又はｎドープＩＩＩ族窒化物半導体材料の１つの層又は複数の層のスタックを含む。テンプレート層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含み得る（四元層、三元層）。１又は複数のテンプレート層の厚さは、好ましくは１０～４０００ｎｍである。テンプレート層は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する。
【0065】
好適な実施形態では、多孔質領域を形成する前に、第１のｐドープ部の上に第１のマスク層を堆積する。第１のマスク層を第１のパッシベーション層と呼ぶ。第１のマスク層は好ましくは、ｐドープ部の上に誘電材料層を堆積することによって形成され、ｐドープ部は第１のＬＥＤ構造のｐドープ層である。好ましくは、第１のｐドープ領域の全表面上に第１のマスク層を堆積して、第１のｐドープ部が完全に誘電材料で覆われるようにする。マスク層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、ＡｌＯｘ、又は他の任意の適切な誘電材料から形成する。
【0066】
第１のマスク層の厚さは、２０ｎｍ～１０００ｎｍ、好ましくは１００ｎｍ～８００ｎｍ、特に好ましくは２００ｎｍ～６００ｎｍである。
【0067】
第１のマスク層の堆積は、プラズマ励起化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）、スパッタリング、原子層堆積（ＡＬＤ）、蒸着、又はインサイチュ（in-situ）有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）のような従来の堆積技術によって実行される。
【0068】
標準的なリソグラフィ技術を用いて第１のマスク層の一部を除去し、非導電性マスク層に１つ以上の開口を生成して、下方の第１のｐドープ部の第１の領域を露出する。第１のマスク層の一部を除去するステップは、フォトリソグラフィ、湿式エッチング又は乾式エッチング、例えば誘導結合乾式エッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ）を含む。
【0069】
１又は複数の露出領域の横方向サイズ（マスク層の開口の長さと幅）及び形状によって、露出領域内に成長させる第２のＬＥＤ構造の横方向サイズ及び形状を制御する。
【0070】
第１のｐドープ部の１又は複数の露出領域は、任意の所望の形状に形成することができ、第１のマスク層の一部をパターニングしてリソグラフィで除去することによって制御される。例えば露出領域は、円形、方形、矩形、六角形、又は三角形の形状とする。
【0071】
露出領域のサイズは、０．２μｍ～１００μｍ、好ましくは１μｍ～３０μｍ、特に好ましくは２μｍ～１０μｍである。
【0072】
好適な実施形態において、その方法は、第１のマスク層の複数の部分を除去して第１のｐドープ部の複数の露出領域を露出させ、次いで、複数の多孔質領域及び第２のＬＥＤ構造をそれぞれの露出領域の上に１つずつ形成することと、を含む。
【0073】
特に好ましくは、露出領域のサイズはマイクロＬＥＤのサイズである。例えば、１又は複数の露出領域の幅及び／又は長さ（又は、露出領域が円形である場合は直径）は、０．０５μｍ～１００μｍ、好ましくは０．０５μｍ～３０μｍ、特に好ましくは１０μｍ未満、例えば０．１μｍ～１０μｍ又は０．５μｍ～１０μｍである。好適な実施形態において、露出領域の長さ、幅、又は直径は、５０μｍ未満、又は４０μｍ未満、又は３０μｍ未満、又は２０μｍ未満、又は１０μｍ未満である。特に好ましくは、露出領域は１０μｍ未満の幅又は直径を有するので、露出領域内に成長させたＬＥＤ構造は１０μｍ未満のサイズのマイクロＬＥＤ画素を形成する。
【0074】
一旦第１のｐドープ部の第１の露出領域を誘電マスク層に形成したら、この露出領域に多孔質領域を形成し、次いでこの多孔質領域上に第２のＬＥＤ構造を成長させる。
【0075】
多孔質領域の横方向寸法と、第２のｎドープ部、第２の発光領域、及び第２のｐドープ部を含む第２のＬＥＤ構造の横方向寸法とは、好ましくは露出領域と同じである。これは、第２のＬＥＤ構造が露出領域内に成長して露出領域の横方向サイズを受け継ぐからである。これはつまり、ＬＥＤ構造の横方向寸法を小さくするためのエッチングステップを必要とすることなく、第２のＬＥＤを適切なサイズで成長させることが可能であることを意味する。
【0076】
一旦第２のＬＥＤ構造を形成したら、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造の双方の上に第２の電気絶縁マスク層を形成する。第２の電気絶縁マスク層を第２のパッシベーション層と呼ぶ。第２のマスク層は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、酸化アルミニウム、酸化タンタル、酸化ハフニウム、又はそれらの組み合わせで形成される。第２のマスク層は、ＰＥＣＶＤ、スパッタリング、ＡＬＤ、蒸着、インサイチュＭＯＣＶＤ、又は他の任意の従来技術によって堆積される。
【0077】
第２のマスク層は、第１のＬＥＤ構造の表面及び側壁、並びに接続層を覆う。
【0078】
第２のマスク層の厚さは２０～２０００ｎｍとすることができる。第２のマスク層の厚さは、２０ｎｍ～１８００ｎｍ、好ましくは２００ｎｍ～１５００ｎｍ、特に好ましくは５００ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0079】
第２のマスク層を堆積する前に第１のマスク層を除去する。第１のマスク層は、緩衝酸化物エッチング化学物質を用いた湿式エッチングによって除去する。
【0080】
一旦第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造を第２のマスク層で覆うと、その方法は、半導体構造の一部を除去し、それぞれの半導体構造との電気的接続を形成するステップと、を含む。
【0081】
その方法は、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部及び第２のＬＥＤ構造の第２のｐドープ部を露出させ、ｐドープ部の露出領域に電気接点を形成するステップを含む。例えばフォトリソグラフィ、湿式エッチング又は乾式エッチング、例えば誘導結合乾式エッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ）によって、第２のマスク層に開口を生成することにより、ｐドープ部を露出させる。
【0082】
その方法は、第１のＬＥＤ構造の第１のｎドープ部及び第２のＬＥＤ構造の第２のｎドープ部を露出させ、ｎドープ部の露出領域に電気接点を形成するステップを含む。第２のマスク層に開口を生成することにより、また、任意に第１及び／又は第２のＬＥＤ構造の重なった層に開口を生成することにより、ｎドープ部を露出させることができ、例えば、フォトリソグラフィの後に、誘導結合乾式エッチング（ＩＣＰ－ＲＩＥ）、反応性イオンエッチングプロセス、又は中性ビームエッチングプロセス等の乾式エッチングプロセスを用いて行う。
【0083】
その方法は、第１のＬＥＤ構造をエッチングして複数のメサにするステップを含む。第１のＬＥＤ構造をエッチングするステップは、第１のＬＥＤ構造の第１のｎドープ部へのアクセスを形成し、電気的ｎ接点の形成を可能とする。
【0084】
本発明の利益を享受しながら、様々な第１及び第２のＬＥＤ構造を用いることができる。全てのそのようなＬＥＤ構造は通常、ｎドープ部、発光領域、及びｐドープ部を含み、任意にＬＥＤエピタキシにおいて典型的である更なる半導体材料層も含む。
【0085】
以下で、本発明の第１又は第２のＬＥＤ構造として用いるのに適した例示的なＬＥＤ構造について記載する。以下の記載は、第１のＬＥＤ構造と第２のＬＥＤ構造の双方に当てはまる。
【0086】
好適な実施形態では、それぞれのＬＥＤ構造のｎドープ部を接続層の露出領域上に成長させ、ｎドープ部をｎドープ接続層と直接接触させる。
【0087】
ｎドープ部はＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ層を含む。ｎドープ層は、インジウムを含有するＩＩＩ族窒化物層、又は、インジウムを含有するか含有しない薄いＩＩＩ族窒化物層のスタック、又は、層内もしくはスタック内でインジウムの原子百分率が変動するＩＩＩ族窒化物バルク層もしくはＩＩＩ族窒化物層のスタックを含む。例えばｎドープ領域は、ｎ－ＧａＮ層、又はｎ－ＩｎＧａＮ層、又は、ｎ－ＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタック、又は、異なる量のインジウムを有するｎ－ＩｎＧａＮ／ｎ－ＩｎＧａＮ層の交互層からなるスタックである。
【0088】
ｎドープ部のインジウム原子百分率は０．５～２５％の間で変動する。ｎドープ部の合計厚は２ｎｍ～２００ｎｍの間で変動することができ、例えば１０ｎｍ～１５０ｎｍ、又は２０ｎｍ～１００ｎｍである。ｎドープ部が層のスタックを含む場合、スタック内の個々の層の厚さは、好ましくは１ｎｍ～４０ｎｍ又は５ｎｍ～３０ｎｍの間で変動する。
【0089】
ｎドープ部は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のｎ型ドーピング濃度を有する。
【0090】
露出領域にＬＥＤ構造のｎ型部を成長させた後、ｎ型部の上にＬＥＤの発光領域を成長させる。
【0091】
第１及び／又は第２のＬＥＤ構造の発光領域は、好ましくはインジウムガリウム窒化物（ＩｎＧａＮ）発光層であるところの、１つ以上のＩＩＩ族窒化物発光層を含む。単一の発光層又はそれぞれの発光層は好ましくは、量子井戸、又は、量子ドット、断片的な量子井戸、もしくは不連続的な量子井戸のような量子構造を含むナノ構造層を含む。
【0092】
量子井戸及びバリアは、既知技術に従って、好ましくは６００～８００℃の温度範囲内で成長させる。
【0093】
単一の発光層又はそれぞれの発光層は好ましくは、原子インジウム含有量が１０～４０％であるＩＩＩ族窒化物材料を含む。発光層のインジウム含有量は、第１及び第２のＬＥＤ構造に望まれる発光波長に応じて異なるレベルのものが選択される。好適な実施形態において、発光層のインジウム含有量は１２～１８％とすることができ、好ましくは１３％超であり、又は２０～３０％とすることができ、好ましくは２２％超であり、又は３０～４０％とすることができ、好ましくは３３％超である。
【0094】
第１のＬＥＤ構造の第１の発光領域は、好ましくは、第２のＬＥＤ構造の第２の発光領域とは異なる原子インジウム含有量を含み、その結果、第１及び第２のＬＥＤ構造は異なる波長で発光する。
【0095】
１つの好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有し、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１８≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２０≦ｘ≦０．３０である。
【0096】
好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造のターゲットのエレクトロルミネッセンス（ＥＬ）発光波長は５１５ｎｍ～５５０ｎｍであり、好ましくは５３０ｎｍである。
【0097】
いくつかの好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造及び第２のＬＥＤ構造は、第１の発光波長が第２の発光波長よりも短いように選択される。
【0098】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｙＧａ１－ｙＮを有することができ、０．２０≦ｙ≦０．４０であり、好ましくは０．２６≦ｙ≦０．４０であり、特に好ましくは０．３０≦ｙ≦０．４０である。
【0099】
いくつかの好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造のターゲットＥＬ発光波長は５７０ｎｍ～６３０ｎｍであり、好ましくは５７５ｎｍ超とすることができる。
【0100】
別の好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有することができ、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１２≦ｘ≦０．２５であり、特に好ましくは０．１５≦ｘ≦０．２０である。特に好ましい実施形態において、第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４１５～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍのピーク波長で発光するように構成される。
【0101】
好適な実施形態において、それぞれの発光領域は、１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸、好ましくは１～７の量子井戸を含む。各量子井戸層の厚さは１．５～８ｎｍの間で変動する。
【0102】
量子井戸は、薄い（０．５～３ｎｍ）ＩＩＩ族窒化物層で覆ってもよく、又は覆わなくてもよい。
【0103】
ＩＩＩ族窒化物バリア層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含み得る（三元層又は四元層）。
【0104】
ＬＥＤ構造は、量子井戸とｐドープ部との間にＩＩＩ族窒化物材料のキャップ層を含む。好ましくは、キャップ層はドープされておらず、５ｎｍ～３０ｎｍの厚さを有する。
【0105】
第１及び第２のＬＥＤ構造のｐドープ部を発光領域の上方に成長させる。ｐドープ部は、ｐドープＩＩＩ族窒化物層と、このｐドープＩＩＩ族窒化物層と発光領域との間に位置決めされたｐドープアルミニウムガリウム窒化物層と、を含む。ｐドープアルミニウムガリウム窒化物層は、キャップ層とｐ型層との間の電子ブロック層（ＥＢＬ）である。電子ブロック層は５～２５ａｔ％のアルミニウムを含有し、好ましくは、電子ブロック層の厚さは１０ｎｍ～１００ｎｍ又は２０ｎｍ～５０ｎｍである。
【0106】
ｐドープＩＩＩ族窒化物層は、好ましくは５×１０１８ｃｍ－３～８×１０２０ｃｍ－３のｐ型ドーピング濃度を有する。ｐドープＩＩＩ族窒化物層はＩｎ及びＧａを含むことができ、厚さは２０～２００ｎｍであり、好ましくは５０～１００ｎｍである。ドーピング濃度はこの層内で変動する可能性があり、層の最後の１０～３０ｎｍの部分にドーピングレベルのスパイクを有し得る。Ｍｇアクセプタを活性化するため、ＭＯＣＶＤ反応器内又はアニーリングオーブンにおいて構造をアニーリングすることができる。アニーリング温度は、Ｎ２又はＮ２／Ｏ２雰囲気で７００～８５０℃の範囲とすればよい。
【0107】
ＥＢＬ及びｐドープ層は双方ともｐ型ドープされているので、これらの層をｐドープ部と呼ぶ。
【0108】
その方法は、第２のＬＥＤ構造を形成した後、第２のマスクの一部を除去して第１のＬＥＤ構造の領域を露出させ、第１のＬＥＤ構造の露出領域に電気接点を形成するステップを含み、好ましくは第１のＬＥＤ構造のｐドープ部との電気的接続を形成する。また、第２のＬＥＤ構造のｐドープ部との電気的接続も形成する。
【0109】
第１及び第２のマスク層の一部は、湿式エッチング、乾式エッチング、又はそれら双方の組み合わせによって除去される。湿式エッチングでは、緩衝酸化物エッチング、希釈フッ化水素酸、リン酸、又はこれらの混合物を使用することができる。
【0110】
ｐドープ部電気的接続の形成は、第１及び第２のＬＥＤ構造のｐ型領域上に、透明導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、他の互換性のある酸化物）又は金属層を堆積するステップを含む。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップによって実行できる。金属は、ｐ型領域を完全に又は部分的に覆うことができる。金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等を含む。完全な金属スタックの厚さは、２００ｎｍ～２０００ｎｍ又は５００ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0111】
この構造化は、レジストコート、フォトリソグラフィ、及びリフトオフを含む標準的な半導体処理方法を用いて実行することができる。これを乾式又は湿式構造化と組み合わせることで、導電性金属層がｐドープ領域の上面を完全に又は単に部分的に覆うことを可能とする。
【0112】
ｎドープ部電気的接続の形成は、好ましくは第２のマスク層に生成した開口内に金属を堆積することによって、ｎ型接続層の露出領域上に金属接点を堆積するステップを含む。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップによって実行できる。金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等を含む。金属スタック接点の厚さは、例えば２００ｎｍ～２０００ｎｍ、又は５００ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0113】
第３のＬＥＤ構造
特に好適な実施形態において、その方法は、第１のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップを含む。第３のＬＥＤ構造は好ましくは、電気バイアスのもとで第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている。第３のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に形成される。
特に好適な実施形態において、その方法は、第１のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップを含む。第３のＬＥＤ構造は好ましくは、電気バイアスのもとで第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている。第３のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に形成される。
【0114】
特に好ましくは、第１のＬＥＤは、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長で発光する青色ＬＥＤ構造である。
【0115】
第２のＬＥＤ構造は好ましくは、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍの発光波長で発光するように構成された緑色ＬＥＤ構造である。しかし、第２のＬＥＤ構造を多孔質領域の上に成長させるので、第２のＬＥＤの実際の発光波長は、通常の場合よりも長い波長にシフトする。
【0116】
その方法は、第２のＬＥＤ構造を形成する前に、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に、多孔質領域と同じ面内に配置されたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を形成するステップを含む。
【0117】
第３のＬＥＤ構造は、好ましくは非多孔質領域の上に形成する。このため、第３のＬＥＤ構造が第２のＬＥＤ構造と同じ構造と組成を有する場合であっても、第２のＬＥＤ構造においてのみ多孔質領域による波長シフトがもたらされるので、これら２つは異なる波長で発光する。
【0118】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は、多孔質領域と非多孔質領域の双方の上に形成される。このため方法は、第２のＬＥＤ構造を、第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた２つの別個のＬＥＤ構造又は「メサ」に分割するステップを含む。この分割ステップは、半導体構造に溝をエッチングするための従来のプロセスによって実行すればよい。第２のＬＥＤ構造は、多孔質領域の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造と、非多孔質領域の上に位置決めされた第３のＬＥＤ構造とに分割される。
【0119】
したがって、本発明の方法を有利に用いて、第３のＬＥＤ構造を多孔質領域の上でなく第１のＬＥＤ構造の上に形成することにより、３つの異なる発光波長を有するＬＥＤデバイスを提供することができる。
【0120】
別の可能な実施形態では、多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成した後、第２のＬＥＤ構造を誘電材料の第２のマスク層で覆うことによって不動態化する。次いで、第２のマスク層及びその下の第１のマスク層の一部を除去して、ｎドープ接続層の第３の露出領域を露出させる。次いで、第３の露出領域上に、第１及び第２の波長とは異なる第３の波長で発光するように構成された第３のＬＥＤ構造を形成する。
【0121】
次いで、３つ全てのＬＥＤ構造に対する電気接点を作製するステップを上述したように実行する。
【0122】
第３のＬＥＤ構造は上述したＬＥＤ構造であり、第１及び第２のＬＥＤ構造とは異なる波長で発光するように構成される。特に好適な実施形態において、ＬＥＤデバイスは、１つの赤色発光ＬＥＤ構造、１つの緑色発光ＬＥＤ構造、及び１つの青色発光ＬＥＤ構造を含む。
【0123】
好適な実施形態
好適な実施形態において、ＬＥＤを製造する本方法は以下のステップを含む。
好適な実施形態において、ＬＥＤを製造する本方法は以下のステップを含む。
【0124】
ステップ１ 基板上にＧａＮの層を堆積することによって、基板上にＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質テンプレート層を形成する。
【0125】
ステップ２ テンプレート層上に、ｎ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮのｎドープ領域を堆積し、次いでｎ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮの露出部分に量子井戸（ＱＷ）アクティブ発光領域（複数の量子井戸を含み得る）を成長させることによって、第１のＬＥＤ構造を形成する。量子井戸は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮであり、量子井戸層を取り囲む量子バリアは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮとすることができる。量子井戸、それらの構造、及びそれらの機能は、当技術分野では周知である。ＱＷの横方向寸法はテンプレート層と同じとすればよい。
【0126】
ステップ３ 量子井戸領域の上に、ｐ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮ層（高度にドープされたｐ型（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮ）を堆積する。ｐ－ＧａＮ層の横方向寸法はＱＷ領域と同じである。したがって、ｐ－ＧａＮ、ＱＷ領域、及びｎドープ領域が、基板上に第１のＬＥＤ構造を形成する。
【0127】
ステップ４ 第１のＬＥＤ構造の上に、例えばＳｉＯ２である誘電材料の第１のマスク層を堆積して、マスク層がｐ－ＧａＮ層を覆う。この誘電材料の第２の層は、第１のＬＥＤ構造のためのパッシベーション層である。
【0128】
ステップ５ リソグラフィ、又はナノインプリント、又は他の適切な技術によって第１のマスク層をパターニングし、次いで第１のマスク層の一部を湿式化学エッチング又は乾式エッチングプロセスによって除去する。第１のマスク層の一部を除去すると、不動態化した第１のＬＥＤ構造を損傷することなく、下方のｐ－ＧａＮ層の露出領域が露出する。誘電体の除去エリアは、好ましくはマイクロＬＥＤの形状及びサイズであり、例えば１００μｍ×１００μｍ以下である。
【0129】
ステップ６ ｐ－ＧａＮ層上の露出領域に、例えばｎ－ＧａＮのｎドープＩＩＩ族窒化物材料の領域を堆積し、既知の多孔質化技術を用いてｎドープ材料を電気化学的に多孔質化することにより、多孔質領域を形成する。
【0130】
ステップ７ ｎ－ＧａＮの多孔質領域上に第２のＬＥＤ構造を形成する。第２のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造について上述したものと類似の積層構造を有するが、第１のＬＥＤ構造の発光波長とは異なる波長で発光するように構成されている。
【0131】
ステップ８ 一旦第２のＬＥＤ構造が形成されたら、第１及び第２のＬＥＤ構造の側壁と表面を覆うように第２の誘電マスク層を堆積することによって、これらのＬＥＤ構造の双方を不動態化する。
【0132】
ステップ９ 湿式化学エッチング又は乾式エッチングプロセスによって第２のマスク層の一部を除去し、第１及び第２のＬＥＤ構造のｐ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮ層を露出させる。
【0133】
ステップ１０ 第１のＬＥＤ構造と第２のＬＥＤ構造の双方のｐ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮの露出部分上に電気的ｐ接点を堆積し、ｐ接点をこれらのＬＥＤ構造のｐ－（Ａｌ，Ｉｎ）ＧａＮ層と電気的に接触させる。
【0134】
ステップ１１ ｎドープ接続層との電気的ｎ接点を作製するため、第２のマスク層の１つ以上の領域を除去して、第１及び第２のＬＥＤ構造のｎドープ部の領域を露出させる。次いで、既知の技術に従って金属接点を堆積することにより、ｎドープ部との電気的ｎ接点を作製する。
【0135】
この方法は、２つの異なる波長で発光するＬＥＤ構造が同一基板上に提供されることを意味する。
【0136】
所望の場合、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている、電気化学エッチングによって半導体構造層を多孔質化することができる。
【0137】
上述の方法は、ｐ側光射出ＬＥＤ構成に関する。
【0138】
ｎ側光射出マイクロＬＥＤは、「フリップチップ」ステップを組み込み、マイクロＬＥＤをシリコンＣＭＯＳバックプレーンに接合することにより、同様の方法を用いて製造することが可能である。
【0139】
ＳｉＯ２はマスキング及びパッシベーションに適した誘電体の単なる一例であり、これらの代わりに他の誘電体を用いてもよい。
【0140】
半導体材料層は、エピタキシャル成長によって堆積させる。上述した層は、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）（有機金属気相エピタキシ（ＭＯＶＰＥ）としても知られる）、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）、アモノサーマルプロセス、又は、ＩＩＩ族窒化物材料の成長に適した他の従来のプロセスによって形成される。
【0141】
ＬＥＤのアレイの製造
本発明の第２の態様によれば、第１のＬＥＤ構造の第１のアレイを形成することと、第１のＬＥＤ構造の第１のアレイの上に第２のＬＥＤ構造の第２のアレイを形成することと、が提供され、ＬＥＤ構造の第１のアレイ又は第２のアレイのうち少なくとも１つは、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる。
本発明の第２の態様によれば、第１のＬＥＤ構造の第１のアレイを形成することと、第１のＬＥＤ構造の第１のアレイの上に第２のＬＥＤ構造の第２のアレイを形成することと、が提供され、ＬＥＤ構造の第１のアレイ又は第２のアレイのうち少なくとも１つは、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされる。
【0142】
その方法は、多孔質領域の上にＬＥＤ構造の第１のアレイを形成するステップと、第１のＬＥＤ構造の上にＬＥＤ構造の第２のアレイを形成するステップと、を含む。
【0143】
あるいは、その方法は、
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
【0144】
その方法は、第１のＬＥＤ構造及びこの第１のＬＥＤ構造の上の第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、これらのＬＥＤ構造を第１のＬＥＤ構造の第１のアレイとＬＥＤ構造の第２のアレイとに分割するステップと、を含む。
【0145】
本発明は、ＬＥＤのアレイを製造する方法を提供する。この方法は、
第１のＬＥＤ構造の上に（好ましくは、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に）ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、を含む。
第１のＬＥＤ構造の上に（好ましくは、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に）ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、を含む。
【0146】
好ましくは、その方法は、
第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、
第１のマスク層の複数の部分を除去して第１のｐドープ部の露出領域のアレイを露出させるステップと、
第１のｐドープ部のアレイのそれぞれの露出領域上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質領域のそれぞれの上に第２のＬＥＤ構造を形成することによって第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、を含む。
第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に第１の電気絶縁マスク層を形成するステップと、
第１のマスク層の複数の部分を除去して第１のｐドープ部の露出領域のアレイを露出させるステップと、
第１のｐドープ部のアレイのそれぞれの露出領域上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質領域のそれぞれの上に第２のＬＥＤ構造を形成することによって第２のＬＥＤ構造のアレイを形成するステップと、を含む。
【0147】
その方法は、好ましくは第１のＬＥＤ構造に溝をエッチングすることによって、第１のＬＥＤ構造を複数の第１のＬＥＤ構造に分割するステップを含む。
【0148】
ＬＥＤのアレイを製造する方法は、好ましくは第１の態様の方法を含み、第１のｐドープ部の複数の露出領域を形成し、これらの露出領域に複数の多孔質領域及び第２のＬＥＤ構造を形成する。マスク層の一部を除去して露出領域のアレイを露出させることにより、第２のＬＥＤ構造のアレイのレイアウトは、ＬＥＤによって所望の寸法と密度の画素が形成されるように設計することができる。
【0149】
好ましくは、ＬＥＤ構造はマイクロＬＥＤ構造とすることができる。
【0150】
露出領域のアレイは好ましくは、同一の露出領域の均一な配列又はパターンである。例えばアレイは、規則的に間隔をあけた露出領域の複数の行と列を含む。
【0151】
その方法は、露出領域のアレイそれぞれの露出領域上に、多孔質領域、次いで第２のＬＥＤ構造を形成することを含むので、これは、複数の多孔質領域及び複数のＬＥＤ構造を形成することを含む。
【0152】
露出領域のアレイを露出させる場合、隣接する露出領域間の距離は、好ましくは５００ｎｍ～３００００ｎｍ、又は７５０ｎｍ～２００００ｎｍ、又は１０００ｎｍ～１５０００ｎｍである。
【0153】
ＬＥＤのアレイは、単一の基板上に有利に形成される。それぞれの多孔質領域上に半導体材料層を同時に堆積する堆積ステップを用いて、複数の第２のＬＥＤ構造を同時に形成することができる。
【0154】
その方法は、任意に、第１及び第２のＬＥＤ構造並びにｎドープ接続層の上に第３の電気絶縁マスク層を形成し、第３のマスク層の一部を除去してｎドープ接続層の露出領域の第３のアレイを露出させ、ｎドープ接続層上の第３のアレイのそれぞれの露出領域上に、第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成された第３のＬＥＤ構造を形成するステップを含む。
【0155】
この方法を用いると、異なる色のＬＥＤ又はマイクロＬＥＤのアレイを同一のウェーハ上に形成することができる。
【0156】
ＬＥＤのアレイを製造する方法は、第１のＬＥＤ構造に溝を形成して構造を複数の別個の領域に分割することにより、第１のＬＥＤ構造をエッチングして複数のメサにするステップ、又は第１のＬＥＤ構造をエッチングして第１のマイクロＬＥＤ構造のアレイにするステップを含む。
【0157】
第２の態様の方法は、本発明の第１の態様に関連して上述した特徴の全てを有利に含み得る。
【0158】
３色ＬＥＤデバイスの製造
本発明の第３の態様によれば、３色ＬＥＤデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第１のＬＥＤ構造を形成するステップと、
第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
第２のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
本発明の第３の態様によれば、３色ＬＥＤデバイスを製造する方法が提供される。この方法は、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第１のＬＥＤ構造を形成するステップと、
第１のＬＥＤ構造の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
第２のＬＥＤ構造の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
【0159】
本発明の他の態様によれば、３色ＬＥＤデバイスの製造方法が提供される。この方法は、
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
第１のＬＥＤ構造の上に、多孔質領域と同じ面内に配置されたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
第１のＬＥＤ構造の上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成するステップと、
第１のＬＥＤ構造の上に、多孔質領域と同じ面内に配置されたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップと、
ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域の上に第３のＬＥＤ構造を形成するステップと、
を含む。
【0160】
好ましくは、第１のＬＥＤ構造は第１の発光波長で発光するように構成され、第２のＬＥＤ構造は第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成され、第３のＬＥＤ構造は第１の発光波長及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている。
【0161】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は第３のＬＥＤ構造と同一であり、第２及び第３のＬＥＤ構造は同時に形成される。
【0162】
好ましくは、第２及び第３のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍの発光波長で発光するように構成され、第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長で発光するように構成されている。
【0163】
ＬＥＤデバイス
本発明の他の態様は、上述した方法によって作製されたＬＥＤデバイス又はマイクロＬＥＤデバイスであるＬＥＤデバイスに関する。
本発明の他の態様は、上述した方法によって作製されたＬＥＤデバイス又はマイクロＬＥＤデバイスであるＬＥＤデバイスに関する。
【0164】
本発明の第４の態様によれば、ＬＥＤデバイスが提供される。このＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造を備え、第１又は第２のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。
【0165】
１つの可能な実施形態において、第１のＬＥＤ構造は多孔質領域の上に位置決めされ、第２のＬＥＤ構造は第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされている。
【0166】
他の実施形態において、ＬＥＤデバイスは、
第１のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域と、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上の第２のＬＥＤ構造と、
を含む。
第１のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域と、
ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上の第２のＬＥＤ構造と、
を含む。
【0167】
第１のＬＥＤ構造は好ましくは第１のｐドープ部を有し、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は好ましくは第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上又は上方に位置決めされている。
【0168】
ＬＥＤデバイスは好ましくは、本発明の第１の態様に関連して上述した方法を用いて作製されたＬＥＤデバイスである。ＬＥＤデバイスは、異なる波長で発光する２つのＬＥＤ構造を含むので、多色ＬＥＤ、多色ＬＥＤデバイス、又は多波長ＬＥＤデバイスと呼ぶことができる。
【0169】
多孔質領域は１つの多孔質層であり、このためその方法は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層の上に第２のＬＥＤ構造を形成するステップを含む。いくつかの実施形態において、多孔質領域は複数の多孔質層を含み、任意に複数の非多孔質層も含む。本発明の好適な実施形態において、多孔質領域は多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックであり、スタックの上面が多孔質領域の上部を画定し、スタックの下面が多孔質領域の下部を画定する。第２のＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層のスタックを含む多孔質領域の上に形成する。
【0170】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族窒化物材料の複数の多孔質層のスタックの上に位置決めされる。このため、多孔質領域は、ＩＩＩ族窒化物材料の単一の多孔質層でなく、少なくともいくつかの層が多孔質であるＩＩＩ族窒化物材料の複数の層のスタックである。
【0171】
多孔質層のスタックは好ましくは、多孔質層と非多孔質層の交互層からなるスタックである。好ましくは、スタックは、相互に積層された多孔質層と非多孔質層の２～５０のペアを含む。多孔質層は好ましくは２ｎｍ～２００ｎｍの厚さを有し、非多孔質層は好ましくは２ｎｍ～１８０ｎｍの厚さを有する。
【0172】
好ましくは、多孔質領域又はスタック内のそれぞれの多孔質層は、１０％～９０％多孔度、又は２０％～７０％多孔度を有する。
【0173】
ＬＥＤデバイスは好ましくは、多孔質領域とｎドープＩＩＩ族窒化物接続層との間にＩＩＩ族窒化物材料多孔質領域の非多孔質中間層を含む。多孔質領域はＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層を通した電気化学的多孔質化によって形成され、その方法は、ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている。このため、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層は通常、多孔質領域の上に維持される非多孔質中間層を形成する。非多孔質中間層は、製造中に接続層の成長のための平滑表面を有利に提供する。
【0174】
ＬＥＤデバイスは、多孔質領域と接続層との間に位置決めされた非多孔質ＩＩＩ族窒化物材料の中間層を含む。中間層の厚さは、好ましくは１ｎｍ～３０００ｎｍであり、好ましくは２０ｎｍ～２０００ｎｍ、又は５０ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0175】
ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ接続層は、好ましくは１００ｎｍ～２０００ｎｍ又は２００ｎｍ～１０００ｎｍの厚さを有する。ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ接続層は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有し、好ましくは、少なくとも１×１０１８ｃｍ－３のｎ型電荷キャリア濃度を有する。
【0176】
マスク層の一部をパターニングしてリソグラフィで除去することにより、製造中にＬＥＤ構造のフットプリントを制御できるので、ＬＥＤ構造は任意の所望の形状を有する。例えば、ＬＥＤ構造のフットプリント（平面視）は、円形、方形、矩形、六角形、又は三角形の形状とすることができる。
【0177】
ＬＥＤ構造は、「マイクロＬＥＤ」に分類される横方向寸法を有する。例えば、ＬＥＤ構造の幅及び／又は長さ（又は、ＬＥＤが円形である場合は直径）は、０．０５μｍ～１００μｍ、好ましくは０．０５μｍ～３０μｍ、特に好ましくは１０μｍ未満、例えば０．１μｍ～１０μｍ又は０．５μｍ～１０μｍである。好適な実施形態において、ＬＥＤ構造の長さ、幅、又は直径は、５０μｍ未満、又は４０μｍ未満、又は３０μｍ未満、又は２０μｍ未満、又は１０μｍ未満である。特に好ましくは、ＬＥＤ構造は１０μｍ未満の幅又は直径を有するので、ＬＥＤ構造は１０μｍ未満のサイズのマイクロＬＥＤ画素を形成する。
【0178】
第１のＬＥＤ構造は、
第１のｎドープ部と、
第１のｐドープ部と、
前第１のｎドープ部と第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、
を含む。
第１のｎドープ部と、
第１のｐドープ部と、
前第１のｎドープ部と第１のｐドープ部との間に配置された第１の発光領域と、
を含む。
【0179】
第２のＬＥＤ構造は、
第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
第２のｎドープ部と第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を含む。
第２のｎドープ部と、
第２のｐドープ部と、
第２のｎドープ部と第２のｐドープ部との間に配置された第２の発光領域と、
を含む。
【0180】
多孔質領域が第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされている場合、第２のＬＥＤ構造の第２のｎドープ部は、好ましくはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域と接触している。
【0181】
ＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造のｐドープ部の上に位置決めされたＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域を更に含む。非多孔質領域は、好ましくは多孔質領域と同じ面内又は同じ層内に位置決めされている。
【0182】
ＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造の上に、好ましくは第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上に位置決めされた、第３のＬＥＤ構造を更に含み得る。第３のＬＥＤ構造は、第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成されている。特に好ましくは、第３のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造の上のＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域上に位置決めされる。上述したように、多孔質領域の上に第２のＬＥＤ構造を位置決めすると、第２のＬＥＤ構造のエレクトロルミネッセンス発光波長の波長シフトが生じる。これにより、第２のＬＥＤ構造は、他の場合に可能であるよりも長い波長で発光できるという利点がある。
【0183】
あるいは、ＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造のｐドープ部の上に位置決めされたＩＩＩ族窒化物材料の第２の多孔質領域を更に含む。第２の多孔質領域は、好ましくは多孔質領域と同じ面内又は同じ層内に位置決めされている。第２の多孔質領域は、好ましくは多孔質領域の多孔度とは異なる多孔度を有するので、上方に成長させた半導体構造に与えるひずみ緩和効果は、第２の多孔質領域の上に成長させた第３のＬＥＤ構造では異なる。第３のＬＥＤ構造は、任意に、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上方で、ＩＩＩ族窒化物材料の第２の多孔質領域の上に位置決めされる。
【0184】
第３のＬＥＤ構造が提供される場合、第３のＬＥＤ構造は第３の波長で有利に発光するので、ＬＥＤデバイスは３つの異なる波長で発光する。
【0185】
本発明の第１の態様に関連付けて上述したように、ＬＥＤ構造は、厚さ、組成、及び電荷キャリア濃度が異なる複数の層を有する多様な形態をとることができる。
【0186】
本発明の第１の態様に関連付けて上述したＬＥＤ構造の特徴は、第３の態様のＬＥＤデバイスにも等しく適用される。
【0187】
第１及び／又は第２のＬＥＤ構造は、量子井戸又は量子層（例えば、複数の３Ｄ量子構造を含む多孔質化された量子井戸）であるアクティブ層を含む。量子井戸は、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮであり、量子井戸層を取り囲む量子バリアは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ、ＩｎＡｌＮである。
【0188】
ＬＥＤ構造は、横方向の寸法（長さと幅）が１００μｍ×１００μｍよりも小さく、数十ナノメートル、更にはより小さい。この文脈において、ＬＥＤの「高さ」は、意図された発光方向における寸法である。
【0189】
第１の発光領域は、組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有する１つ以上の発光層を含むことができ、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１８≦ｘ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２０≦ｘ≦０．３０である。
【0190】
他の好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有し、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１２≦ｘ≦０．２５であり、特に好ましくは０．１５≦ｘ≦０．２０である。特に好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４１５～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍのピーク波長で発光するように構成される。
【0191】
第２の発光領域は好ましくは、組成ＩｎｙＧａ１－ｙＮを有する１つ以上の発光層を含み、０．２０≦ｙ≦０．４０であり、好ましくは０．２６≦ｙ≦０．４０であり、特に好ましくは０．３０≦ｙ≦０．４０である。
【0192】
第１及び第２の発光領域は、好ましくは異なる原子インジウム含有量を含み、したがって異なる発光波長を有する。
【0193】
第１及び発光領域は、好ましくは１つ以上のＩｎＧａＮ量子井戸、特に好ましくは１～７の量子井戸を含む。
【0194】
ＬＥＤデバイスは任意に、第１及び第２の波長とは異なる波長で発光するように構成された他のＬＥＤ構造を含む。例えばＬＥＤデバイスは、第１のＬＥＤ構造の上方に位置決めされた第３のＬＥＤ構造を更に含む。特に好ましくは、第３のＬＥＤ構造は多孔質領域の上に位置決めされず、あるいは、第３のＬＥＤ構造は、第１の多孔質領域とは異なる多孔度を有する第３の多孔質領域の上に位置決めされる。
【0195】
好適な実施形態において、第３のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は組成ＩｎｚＧａ１－ｚＮを有し、０．２０≦ｚ≦０．４０であり、好ましくは０．２６≦ｚ≦０．４０であり、特に好ましくは０．３０≦ｚ≦０．４０である。特に好ましくは、第３のＬＥＤ構造は電気バイアス印加時に緑色光を発する。
【0196】
ＬＥＤのアレイ
本発明の第５の態様によれば、ＬＥＤのアレイが提供される。ＬＥＤのアレイは、単一の半導体ウェーハのような共有基板上に形成された、本発明の第３の態様に従ったＬＥＤデバイスを複数含む。
本発明の第５の態様によれば、ＬＥＤのアレイが提供される。ＬＥＤのアレイは、単一の半導体ウェーハのような共有基板上に形成された、本発明の第３の態様に従ったＬＥＤデバイスを複数含む。
【0197】
本発明はＬＥＤのアレイを提供することができる。このＬＥＤのアレイは、
第１のＬＥＤ構造の第１のアレイと、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造の第２のアレイと、を備え、ＬＥＤ構造の第１のアレイ及び／又は第２のアレイはＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の多孔質領域の上に位置決めされている。
第１のＬＥＤ構造の第１のアレイと、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされた第２のＬＥＤ構造の第２のアレイと、を備え、ＬＥＤ構造の第１のアレイ及び／又は第２のアレイはＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の多孔質領域の上に位置決めされている。
【0198】
本発明はＬＥＤのアレイを提供することができる。このＬＥＤのアレイは、第１のＬＥＤ構造のアレイと、第１のＬＥＤ構造のうち少なくともいくつかの上のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域と、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上の複数の第２のＬＥＤ構造と、を含む。
【0199】
ＬＥＤのアレイは、規則正しく連続した又は配列されたＬＥＤであり、例えば、それぞれが複数のＬＥＤを含む多数の行と列が規則的に形成されたものである。
【0200】
ＬＥＤのアレイは、本発明の第２の態様の方法を用いて製造されたＬＥＤのアレイである。
【0201】
好ましくは、アレイは、第１及び第２のＬＥＤ構造のそれぞれのアレイによって、少なくとも２つの異なる色で発光するマイクロＬＥＤのアレイである。
【0202】
ＬＥＤのアレイは追加的に、第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成された、複数の第３のＬＥＤ構造を含む。
【0203】
３色ＬＥＤデバイス
本発明の第６の態様によれば、３色ＬＥＤデバイスが提供される。この３色ＬＥＤデバイスは、
第１の発光波長で発光するように構成された第１のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成された第２のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成された第３のＬＥＤ構造と、
を備え、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。
本発明の第６の態様によれば、３色ＬＥＤデバイスが提供される。この３色ＬＥＤデバイスは、
第１の発光波長で発光するように構成された第１のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、第１の発光波長とは異なる第２の発光波長で発光するように構成された第２のＬＥＤ構造と、
第１のＬＥＤ構造の上に位置決めされ、第１及び第２の発光波長とは異なる第３の発光波長で発光するように構成された第３のＬＥＤ構造と、
を備え、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造のうち少なくとも１つはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。
【0204】
１つの好適な実施形態において、第１のＬＥＤ構造はＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。
【0205】
他の好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は、第２のＬＥＤ構造と第１のＬＥＤ構造との間に位置決めされた、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされている。
【0206】
他の可能な実施形態において、第１のＬＥＤ構造はＩＩＩ族窒化物材料の第１の多孔質領域の上に位置決めされ、第２のＬＥＤ構造は、第２のＬＥＤ構造と第１のＬＥＤ構造との間に位置決めされた、ＩＩＩ族窒化物材料の第２の多孔質領域の上に位置決めされる。第２の多孔質領域は第１の多孔質領域とは異なる多孔度を有する。特に好ましくは、デバイスは赤緑青（ＲＧＢ）ＬＥＤデバイスであり、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造は、電気バイアス印加時に赤色光、緑色光、及び青色光を発光するように構成されている。
【0207】
第２のＬＥＤ構造は、好ましくはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされ、第３のＬＥＤ構造は、好ましくはＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされない。したがって、第２及び第３のＬＥＤ構造では、多孔質領域上に成長させたＬＥＤ構造に生じる、同一の発光波長シフトが生じるわけではない。
【0208】
第３のＬＥＤ構造は第２のＬＥＤ構造と同一とすることができ、第２及び第３のＬＥＤ構造は、第２のＬＥＤ構造の下方にある多孔質領域に起因して、異なる発光波長で発光する。
【0209】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は、ＬＥＤ構造に電気バイアスを印加した時に５１５～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ構造である。第２のＬＥＤ構造の下のＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域は、ＬＥＤ構造の第１の発光領域の発光波長を６００～６５０ｎｍにシフトさせる。このため、第２のＬＥＤ構造は赤色光を発する。
【0210】
好適な実施形態では、第３のＬＥＤ構造も、ＬＥＤ構造に電気バイアスを印加した時に５１５～５４０ｎｍのピーク波長で発光するＬＥＤ構造である。好ましくは、第３のＬＥＤ構造は多孔質領域の上に位置決めされないので、第３のＬＥＤ構造は電気バイアスのもとで５１５～５４０ｎｍの予想ピーク波長で発光する。このため、第３のＬＥＤ構造は緑色光を発する。
【0211】
第２のＬＥＤ構造及び／又は第３のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は、組成ＩｎｙＧａ１－ｙＮを有し、０．１０≦ｙ≦０．４０であり、好ましくは０．１８≦ｙ≦０．３０であり、特に好ましくは０．２２≦ｙ≦０．３０である。
【0212】
好ましくは、第３のＬＥＤ構造は、第１のＬＥＤ構造の第１のｐドープ部の上方で、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域の上に位置決めされている。
【0213】
第１のＬＥＤ構造は、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０ｎｍ～４７０ｎｍのピーク波長で発光するように構成される。特に好ましくは、第１のＬＥＤ構造は青色光を発光する青色ＬＥＤ構造とすることができる。
【0214】
第１のＬＥＤ構造における１つ以上の発光層は、例えば組成ＩｎｘＧａ１－ｘＮを有することができ、０．１０≦ｘ≦０．３０であり、好ましくは０．１２≦ｘ≦０．２５であり、特に好ましくは０．１５≦ｘ≦０．２０である。
【0215】
特に好適な実施形態において、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造は、
第１のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍのピーク波長で発光し、
第２のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで６００～６５０ｎｍのピーク波長で発光し、
第３のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで５１５～５５０ｎｍのピーク波長で発光する、ように構成されている。
第１のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍのピーク波長で発光し、
第２のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで６００～６５０ｎｍのピーク波長で発光し、
第３のＬＥＤ構造が電気バイアスのもとで５１５～５５０ｎｍのピーク波長で発光する、ように構成されている。
【0216】
本発明の第１、第２、第３、第４、第５、又は第６の態様のいずれかに関連して上述した特徴は全て、本発明の態様に等しく適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【0217】
これより図面を参照して本発明の特定の実施形態を記載する。
【0218】
図１―２２は、本発明の好適な実施形態に従って、多色マイクロＬＥＤのアレイを製造するステップを示す概略側断面図である。
図２３―３０は、本発明の好適な実施形態に従って、３色ＬＥＤデバイスを製造するステップを示す概略側断面図である。
図３１―３７は、本発明の好適な実施形態に従って、３色ＬＥＤデバイスを製造する代替的な方法のステップを示す概略側断面図である。
図３８は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤについて、様々な電流注入における正規化エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図３９は、本発明の好適な実施形態に従って、多孔質領域上に成長させた図４５と同じＩｎＧａＮのＬＥＤについて、様々な電流注入における正規化エレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図２３―３０は、本発明の好適な実施形態に従って、３色ＬＥＤデバイスを製造するステップを示す概略側断面図である。
図３１―３７は、本発明の好適な実施形態に従って、３色ＬＥＤデバイスを製造する代替的な方法のステップを示す概略側断面図である。
図３８は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤについて、様々な電流注入における正規化エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
図３９は、本発明の好適な実施形態に従って、多孔質領域上に成長させた図４５と同じＩｎＧａＮのＬＥＤについて、様々な電流注入における正規化エレクトロルミネセンス（ＥＬ）強度対波長を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0219】
図１ 基板
エピタキシャル成長の開始表面として、互換性のある基板を用いる。基板は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ、β－Ｇａ２Ｏ３、ＧａＮ、ガラス、又は金属である。基板の結晶方位は、極性、半極性、又は無極性方位とすることができる。基板サイズは、１ｃｍ２から、直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、１６インチ、及びそれ以上まで変動する。基板の厚さは１μｍより大きく、例えば１μｍ～１５０００μｍである。好ましくは、基板は半導体ウェーハである。本発明の利点は、フルサイズの半導体ウェーハ上にマイクロＬＥＤのアレイを同時に製造できることである。図示した方法を用いて、多数のマイクロＬＥＤのアレイを同時に同一ウェーハ上に製造することができる。
エピタキシャル成長の開始表面として、互換性のある基板を用いる。基板は、シリコン、サファイア、ＳｉＣ、β－Ｇａ２Ｏ３、ＧａＮ、ガラス、又は金属である。基板の結晶方位は、極性、半極性、又は無極性方位とすることができる。基板サイズは、１ｃｍ２から、直径２インチ、４インチ、６インチ、８インチ、１２インチ、１６インチ、及びそれ以上まで変動する。基板の厚さは１μｍより大きく、例えば１μｍ～１５０００μｍである。好ましくは、基板は半導体ウェーハである。本発明の利点は、フルサイズの半導体ウェーハ上にマイクロＬＥＤのアレイを同時に製造できることである。図示した方法を用いて、多数のマイクロＬＥＤのアレイを同時に同一ウェーハ上に製造することができる。
【0220】
図２ テンプレート層
基板上に、ＩＩＩ族窒化物材料のテンプレート層１又は複数のテンプレート層のスタックをエピタキシャルに成長させる。ＩＩＩ族窒化物層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（二元層、三元層、又は四元層）。
基板上に、ＩＩＩ族窒化物材料のテンプレート層１又は複数のテンプレート層のスタックをエピタキシャルに成長させる。ＩＩＩ族窒化物層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（二元層、三元層、又は四元層）。
【0221】
ＩＩＩ族窒化物テンプレート層の厚さは、好ましくは、少なくとも１０ｎｍ、又は少なくとも５０ｎｍ、又は少なくとも１００ｎｍ、例えば１０～１００００ｎｍ、好ましくは１０ｎｍ～４０００ｎｍである。
【0222】
いくつかの好適な実施形態において、ＩＩＩ族窒化物層は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のｎ型ドーピング濃度を有するドープ領域を含む。また、ＩＩＩ族窒化物層は、ドープ領域上にＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ層（図示せず）も含む。
【0223】
ドープ領域はＩＩＩ族窒化物層の露出上面で終端し、その場合、この層の表面は電気化学エッチングの間に多孔質化される。
【0224】
好ましくは、ＩＩＩ族窒化物材料のドープ領域はＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ中間（又は「キャップ」）層で覆われており、そのためドープ領域は半導体構造の表面下にある。ドープ領域の表面下開始深さ（ｄ）は、例えば１ｎｍ～３０００ｎｍ又は５ｎｍ～２０００ｎｍである。
【0225】
図１から図２２に示す例では、テンプレート層１は非多孔質であるが、本発明の範囲内の特定の実施形態では、既知の電気化学的多孔質化技術によってテンプレート層を多孔質化してＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を形成する。
【0226】
【0227】
第１のｎドープ部２は、ＩＩＩ族窒化物材料で形成され、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（二元層、三元層、又は四元層）。第１のｎドープ部２は、０～３０％のアルミニウム、０．５～２５％のインジウムと共に、Ｇａ原子を含む。第１のｎドープ部２は、例えばＳｉ、Ｇｅ、Ｃ、Ｏ等の適切なｎ型ドーパント材料でドーピングされ、ｎ型電荷キャリア濃度は１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３であり、好ましくは１×１０１８ｃｍ－３より高い。
【0228】
図４ 第１の発光領域
第１のｎ型層２の成長後、第１の発光領域３を成長させる。
第１のｎ型層２の成長後、第１の発光領域３を成長させる。
【0229】
第１の発光領域３は少なくとも１つの発光層を含む。それぞれの発光層は量子井戸（ＱＷ）であり、好ましくはＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）である。好ましくは、発光領域は１～７の量子井戸を含む。隣接する量子井戸は、量子井戸とは異なる組成を有するＩＩＩ族窒化物材料のバリア層で分離される。
【0230】
１又は複数の発光層は、本文書全体を通して「量子井戸」と呼ぶが、種々の形態をとる。例えば発光層は、ＩｎＧａＮの連続的な層であるか、又は、連続的な層、断片的な層、断続的な層とするか、ギャップを含むか、もしくは、量子井戸が量子ドットとして振る舞う複数の３Ｄナノ構造を実質的に含むようにナノ構造化することができる。
【0231】
量子井戸及びバリアは、６００～８００℃の温度範囲で成長させる。
【0232】
それぞれの量子井戸は好ましくは、１０～３０％、好ましくは２０％超、好ましくは３０％未満の原子インジウム百分率を有するＩｎＧａＮ層から成る。
【0233】
それぞれの量子井戸層の厚さは１．５～８ｎｍであり、好ましくは１．５ｎｍ～６ｎｍ又は１．５ｎｍ～４ｎｍである。
【0234】
量子井戸は、薄い（０．５～３ｎｍ）ＩＩＩ族窒化物ＱＷキャッピング層で覆ってもよく、又は覆わなくてもよい。このキャッピング層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（四元層、三元層）。
【0235】
ＱＷキャッピング層（存在する場合）は、ＱＷ成長の直後に追加される層であり、ＡｌＮ、Ａｌ％が０．０１～９９．９％のＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｉｎ％が０．０１～３０％のＩｎＧａＮとすることができる。
【0236】
発光層（量子井戸）を分離するＩＩＩ族窒化物ＱＷバリアは、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含み得る（四元層、三元層）。
【0237】
１又は複数のＱＷキャッピング層及びＱＷバリアは、発光領域４の一部を形成するので、これらの層は図面において個別の参照番号で示されていない。
【0238】
第１のＬＥＤ構造の発光波長は所望のように調整され得るが、好適な例示の実施形態では、電気バイアスのもとでの発光領域４のターゲット発光波長は５１５ｎｍ～５５０ｎｍであり、好ましくは５３０ｎｍである。
【0239】
図５ キャップ層及びＥＢＬ
量子井戸の成長後、非ドープキャップ層４を成長させる。非ドープキャップ層４は、完全な発光領域の成長後に、例えば、ＱＷ、ＱＷキャップ層、及びＱＷバリア層のスタックの成長後に形成されるので、発光領域キャップ層と呼ぶことができる。
量子井戸の成長後、非ドープキャップ層４を成長させる。非ドープキャップ層４は、完全な発光領域の成長後に、例えば、ＱＷ、ＱＷキャップ層、及びＱＷバリア層のスタックの成長後に形成されるので、発光領域キャップ層と呼ぶことができる。
【0240】
キャップ層（発光領域キャップ層）４は、ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤの成長スキームでは極めて良く知られている標準的な層である。
【0241】
キャップ層の厚さは５～３０ｎｍであり、好ましくは５～２５ｎｍ又は５～２０ｎｍである。
【0242】
電子ブロック層（ＥＢＬ）
キャップ層４の後、アルミニウムを含有する電子ブロックＩＩＩ族窒化物層５（ＥＢＬ）を成長させる。ＥＢＬの厚さは典型的に１０～５０ｎｍである。Ａｌ％は例えば５～２５％であるが、より多いＡｌ含有量も可能である。
キャップ層４の後、アルミニウムを含有する電子ブロックＩＩＩ族窒化物層５（ＥＢＬ）を成長させる。ＥＢＬの厚さは典型的に１０～５０ｎｍである。Ａｌ％は例えば５～２５％であるが、より多いＡｌ含有量も可能である。
【0243】
ＥＢＬには適切なｐ型ドーピング材料がドープされている。ドーピング濃度は５×１０１８ｃｍ－３～８×１０２０ｃｍ－３とすることができる。
【0244】
図６ 第１のｐドープ層
電子ブロック層（ＥＢＬ）５の上方に第１のｐドープ層６を成長させる。
電子ブロック層（ＥＢＬ）５の上方に第１のｐドープ層６を成長させる。
【0245】
ｐ型領域は、好ましくはＭｇがドープされており、ｐ型層のｐ型ドーピング濃度は、好ましくは５×１０１８ｃｍ－３～８×１０２０ｃｍ－３である。
【0246】
ｐドープＩＩＩ族窒化物層はＩｎ及びＧａを含む。
【0247】
ドーピング層は、好ましくは２０～２００ｎｍの厚さであり、特に好ましくは５０～１００ｎｍの厚さである。ドーピング濃度はｐ型層内で変動する可能性があり、より良好なｐ接点を可能とするため、この層のＬＥＤ表面に近い方の最後の１０～３０ｎｍの部分にドーピングレベルのスパイクを有し得る。
【0248】
ｐドープ層内のＭｇアクセプタを活性化するため、ＭＯＣＶＤ反応器内又はアニーリングオーブンで構造をアニーリングすることができる。アニーリング温度は、Ｎ２又はＮ２／Ｏ２雰囲気で７００～８５０℃の範囲である。
【0249】
ＥＢＬ及びｐドープ層の双方がｐ型ドープされているので、これらの層を第１のｐドープ部と呼ぶ。
【0250】
層２～６は第１のＬＥＤ構造を形成する。
【0251】
図７ 第１のマスク層
次いで、第１のドープ層６を覆うように、ウェーハ表面上に電気絶縁第１マスク層７を堆積する。マスク層７の目的は、次のステップでマスクとして第１のＬＥＤ構造の特定領域を保護することと、このテンプレートの上で選択的エリアのエピタキシを可能とすることである。
次いで、第１のドープ層６を覆うように、ウェーハ表面上に電気絶縁第１マスク層７を堆積する。マスク層７の目的は、次のステップでマスクとして第１のＬＥＤ構造の特定領域を保護することと、このテンプレートの上で選択的エリアのエピタキシを可能とすることである。
【0252】
このマスク層７は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、又はＳｉＯＮである。この層の厚さは２０ｎｍ～１０００ｎｍとすることができ、好ましくは１００ｎｍ～７００ｎｍである。
【0253】
この層を堆積するために用いられる方法は、例えばＰＥＣＶＤ又はスパッタリングである。
【0254】
図８ 第１のｐドープ層の露出領域
標準的なリソグラフィ又はフォトリソグラフィ技術を用いて、非導電性第１マスク層７に開口を生成して、第１のｐドープ層６の表面上の第１の露出領域を露呈させる。開口は、湿式エッチング又は乾式エッチング法のいずれかを用いて生成することができる。
標準的なリソグラフィ又はフォトリソグラフィ技術を用いて、非導電性第１マスク層７に開口を生成して、第１のｐドープ層６の表面上の第１の露出領域を露呈させる。開口は、湿式エッチング又は乾式エッチング法のいずれかを用いて生成することができる。
【0255】
図面の概略図では、第１のマスク層７を通して２つの第１の露出領域が形成される。好適な実施形態では、マスキングされた半導体ウェーハに、複数の露出領域の規則的なアレイが形成される。
【0256】
特に好適な例では、フォトリソグラフィを用いて２つのエリアからＳｉＯ２を除去し、これによって、第１のｐドープ層６の表面上に、第１のマスク層７で覆われていない２つの露出領域を生成する。
【0257】
第１の露出領域のサイズは、２００ｎｍ～５００００ｎｍであり、好ましくは５００ｎｍ～１００００ｎｍ、又は１０００ｎｍ～８０００ｎｍである。
【0258】
第１の露出領域間の距離は、５００ｎｍ～３００００ｎｍであり、例えば１０００ｎｍ～１００００ｎｍ又は５０００ｎｍ～８０００ｎｍである。
【0259】
露出領域の形状は、円形、方形、矩形、六角形、三角形等とすることができる。開口の幅又は直径は１００μｍ未満であることが好ましく、これにより、露出エリア上に形成されるＬＥＤ構造がマイクロＬＥＤに分類される。露出領域は、好ましくは０．０５μｍ～３０μｍ、特に好ましくは１０μｍ以下の幅を有し得る。
【0260】
この後、多孔質領域及び第２のＬＥＤ構造を、第１のｐドープ層６の第１の露出領域の全てに成長させるので、これらの露出領域はμＬＥＤ画素になる。
【0261】
図９ ｎドープ領域
第１のｐドープ層６の第１の露出領域を形成した後、ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ領域８を第１の露出領域にのみ堆積する。
第１のｐドープ層６の第１の露出領域を形成した後、ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ領域８を第１の露出領域にのみ堆積する。
【0262】
ｎドープＩＩＩ族窒化物層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含み得る（四元層、三元層）。ｎドープ領域の厚さは１０～４０００ｎｍである。ｎドープ領域８は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のドーピング濃度を有する。ドープ領域はｎドープ領域の表面で終端するか、又は、表面下ドープ領域の上に厚さ１～２０００ｎｍの非ドープ領域（図示せず）が配置される場合がある。
【0263】
図１０ 多孔質領域を形成するための多孔質化
ｎドープＩＩＩ族窒化物領域８は、基板上に堆積された後、ウェーハスケール多孔質化プロセスによって多孔質化される。これは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている。このプロセス中に、ｎドープＩＩＩ族窒化物材料は多孔質になり、一方、ＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ領域は多孔質にならない。多孔質層の多孔度は、電気化学エッチングプロセスによって制御され、好ましくは１０％～９０％、好ましくは２０％～７０％である。
ｎドープＩＩＩ族窒化物領域８は、基板上に堆積された後、ウェーハスケール多孔質化プロセスによって多孔質化される。これは、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている。このプロセス中に、ｎドープＩＩＩ族窒化物材料は多孔質になり、一方、ＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ領域は多孔質にならない。多孔質層の多孔度は、電気化学エッチングプロセスによって制御され、好ましくは１０％～９０％、好ましくは２０％～７０％である。
【0264】
多孔質化ステップの後、ｎドープ領域８は、好ましくはＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層（図示せず）で覆われた多孔質領域９に変換される。
【0265】
図１１ 第２のｎドープ部
一旦それぞれの露光領域に多孔質領域９が形成されると、多孔質領域９の上にｎドープ層１０を成長させる。ｎドープ層１０は、０～３０％のアルミニウム、０．５～２５％のインジウムと共に、Ｇａ原子を含む。
一旦それぞれの露光領域に多孔質領域９が形成されると、多孔質領域９の上にｎドープ層１０を成長させる。ｎドープ層１０は、０～３０％のアルミニウム、０．５～２５％のインジウムと共に、Ｇａ原子を含む。
【0266】
それぞれのｎドープ層１０は、インジウムを含有するバルクＩＩＩ族窒化物層、又は、インジウムを含有するか含有しない薄いＩＩＩ族窒化物層のスタック、又は、バルク層内もしくはスタック内でインジウムの原子百分率が変動するバルクＩＩＩ族窒化物層もしくはＩＩＩ族窒化物層のスタックを含む。インジウム原子百分率は０．５～２５％の間で変動する。ｎ型層３の合計厚は２ｎｍ～２００ｎｍの間で変動し、例えば５０ｎｍ～１００ｎｍである。スタックが用いられる場合、スタック内の個々の層の厚さは１～４０ｎｍの間で変動する。ｎドープ層３は、１×１０１７ｃｍ－３～５×１０２０ｃｍ－３のｎドーピング濃度を有する。
【0267】
図１２ 第２の発光領域
多孔質領域９上に第２のｎ型層１０を成長させた後、それぞれの多孔質領域１０の上に第２の発光領域１１を成長させる。
多孔質領域９上に第２のｎ型層１０を成長させた後、それぞれの多孔質領域１０の上に第２の発光領域１１を成長させる。
【0268】
第２の発光領域１１は少なくとも１つの発光層を含む。それぞれの発光層は量子井戸（ＱＷ）であり、好ましくはＩｎＧａＮ量子井戸（ＱＷ）である。好ましくは、発光領域は１～７の量子井戸を含む。隣接する量子井戸は、量子井戸とは異なる組成を有するＩＩＩ族窒化物材料のバリア層で分離される。
【0269】
１又は複数の発光層は、本文書全体を通して「量子井戸」と呼ぶが、種々の形態をとり得る。例えば、発光層はＩｎＧａＮの連続的な層であるか、又は、連続的な層、断片的な層、断続的な層であるか、ギャップを含むか、もしくは、量子井戸が量子ドットとして振る舞う複数の３Ｄナノ構造を実質的に含むようにナノ構造化することができる。
【0270】
量子井戸及びバリアは、６００～８００℃の温度範囲で成長させる。
【0271】
それぞれの量子井戸は、２０～４０％、好ましくは２６％超、好ましくは３０％超の原子インジウム百分率を有するＩｎＧａＮ層から成る。
【0272】
それぞれの量子井戸層の厚さは、１．５～８ｎｍ、好ましくは１．５ｎｍ～６ｎｍ、又は１．５ｎｍ～４ｎｍである。
【0273】
量子井戸は、薄い（０．５～３ｎｍ）ＩＩＩ族窒化物ＱＷキャッピング層で覆ってもよく、又は覆わなくてもよい。このキャッピング層は、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含み得る（四元層、三元層）。
【0274】
ＱＷ成長の直後に追加される層であるＱＷキャッピング層（存在する場合）は、ＡｌＮ、Ａｌ％が０．０１～９９．９％のＡｌＧａＮ、ＧａＮ、Ｉｎ％が０．０１～３０％のＩｎＧａＮである。
【0275】
発光層（量子井戸）を分離するＩＩＩ族窒化物ＱＷバリアは、元素Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎのうち１つ又はいくつかの組み合わせを含む（四元層、三元層）。
【0276】
１又は複数のＱＷキャッピング層及びＱＷバリアは、第２の発光領域１１の一部を形成するので、図面において個別の参照番号で示されていない。
【0277】
第２の発光領域１１のターゲットＰＬ発光波長は５７０ｎｍ～６３０ｎｍであり、好ましくは５７５ｎｍ超である。このため、第２の発光領域１１は第１の発光領域３とは異なる発光波長を有する。
【0278】
図１３ キャップ層及びＥＢＬ
量子井戸の成長後、非ドープキャップ層１２及び電子ブロックＩＩＩ族窒化物層１３（ＥＢＬ）を成長させる。これらの層は、上述したキャップ層４及びＥＢＬ５と類似又は同一である。
量子井戸の成長後、非ドープキャップ層１２及び電子ブロックＩＩＩ族窒化物層１３（ＥＢＬ）を成長させる。これらの層は、上述したキャップ層４及びＥＢＬ５と類似又は同一である。
【0279】
図１４ 第２のｐドープ層
電子ブロック層（ＥＢＬ）１３の上方に第２のｐドープ層１４を成長させる。第２のｐドープ層１４は、上述したｐドープ層６と類似又は同一である。
電子ブロック層（ＥＢＬ）１３の上方に第２のｐドープ層１４を成長させる。第２のｐドープ層１４は、上述したｐドープ層６と類似又は同一である。
【0280】
層１０～１４で構成されて完成した第２のＬＥＤ構造は、好ましくは、５７０～６３０ｎｍのＰＬ発光波長及び６００～６６５ｎｍのＥＬ発光波長を有する。このため、第２のＬＥＤ構造は、電気バイアスが印加された場合に赤色光を発光する赤色ＬＥＤである。
【0281】
図１５ 第１のマスク層の除去
次いで、ウェーハを処理して第１のマスク層７を除去する。これは、緩衝酸化物エッチング化学物質を用いた湿式エッチングによって実行できる。好ましい方法は湿式ウェット化学エッチングである。
次いで、ウェーハを処理して第１のマスク層７を除去する。これは、緩衝酸化物エッチング化学物質を用いた湿式エッチングによって実行できる。好ましい方法は湿式ウェット化学エッチングである。
【0282】
図１６ 第２のマスク層
図１６で示されているように、ウェーハ表面上に第２のマスク層１５を堆積する。第２のマスク層１５は新しいパッシベーション層であり、第１及び第２のＬＥＤ構造の双方の表面と側壁を覆う。第２のマスク層１５は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、アルミニウム、ハフニウム含有酸化物のタンタル、又はこれらの層の組み合わせである。この層は、プラズマ励起化学気相堆積、スパッタリング、又は他の適切な技術（例えば原子層堆積）によって堆積される。パッシベーション層の厚さは２０～２０００ｎｍの間で変動する。
図１６で示されているように、ウェーハ表面上に第２のマスク層１５を堆積する。第２のマスク層１５は新しいパッシベーション層であり、第１及び第２のＬＥＤ構造の双方の表面と側壁を覆う。第２のマスク層１５は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、アルミニウム、ハフニウム含有酸化物のタンタル、又はこれらの層の組み合わせである。この層は、プラズマ励起化学気相堆積、スパッタリング、又は他の適切な技術（例えば原子層堆積）によって堆積される。パッシベーション層の厚さは２０～２０００ｎｍの間で変動する。
【0283】
図１７ ｐドープ層の露出
次のステップでは、デバイス処理を開始する。第１のステップは、第２のマスク層１５に開口を生成して、第１のｐドープ層６及び第２のｐドープ層１４に到達し、これにより、第１及び第２のＬＥＤ構造のｐドープ部に対する電気接点を作製可能とする。
次のステップでは、デバイス処理を開始する。第１のステップは、第２のマスク層１５に開口を生成して、第１のｐドープ層６及び第２のｐドープ層１４に到達し、これにより、第１及び第２のＬＥＤ構造のｐドープ部に対する電気接点を作製可能とする。
【0284】
標準的なフォトリソグラフィ技術を用いて、第２のマスク層１５に開口を生成する。開口のサイズは２００ｎｍ～５００００ｎｍの間で変動する。開口間の距離は５００ｎｍ～３００００ｎｍである。双方のダイオード構造のｐドープ層６、１４が露出されるように、開口は特定の領域にのみ生成される。
【0285】
緩衝酸化物エッチング又は他の適切な湿式化学物質を用いて開口を生成することができる。
【0286】
図１８ 透明導電層
次いで、露出した第１及び第２のｐ型層６、１４を、透明導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、他の互換性のある酸化物）等の透明導電層１６又は金属層で覆って、電気的ｐ接点を形成する。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップによって実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆うことができる。金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等を含む。完全な金属スタックの厚さは、２００～２０００ｎｍとすることができる。
次いで、露出した第１及び第２のｐ型層６、１４を、透明導電性酸化物（例えば、ＩＴＯ、ＺｎＯ、他の互換性のある酸化物）等の透明導電層１６又は金属層で覆って、電気的ｐ接点を形成する。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップによって実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆うことができる。金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕ、Ａｇ等を含む。完全な金属スタックの厚さは、２００～２０００ｎｍとすることができる。
【0287】
透明導電層は当技術分野では周知であり、任意の適切な材料及び厚さを用いられる。
【0288】
図１９ ｎ接点の開口
標準的なフォトリソグラフィ技術は、第１及び第２のＬＥＤ構造のｎ型層２、１０に到達するプロセスを開始する。第１のｎ型層２は、その上に成長させた複数の半導体層で覆われているので、第１のｎ型層２との電気的ｎ接続を形成するためには、第２のマスク層１５を介して、更に、第１のＬＥＤ構造の全ての重なった層を介して、到達経路をエッチングする。
標準的なフォトリソグラフィ技術は、第１及び第２のＬＥＤ構造のｎ型層２、１０に到達するプロセスを開始する。第１のｎ型層２は、その上に成長させた複数の半導体層で覆われているので、第１のｎ型層２との電気的ｎ接続を形成するためには、第２のマスク層１５を介して、更に、第１のＬＥＤ構造の全ての重なった層を介して、到達経路をエッチングする。
【0289】
この後、乾式エッチングプロセスを行う。乾式エッチングプロセスは、誘導結合プラズマ反応イオンプロセス、反応性イオンエッチプロセスのみ、又は中性ビームエッチングプロセスによって実行できる。
【0290】
図２０ 第３のマスク層
ｎドープ層２、１０のための到達経路を生成した後、ウェーハ表面上に新しい第３のマスク層１７を堆積する。第３のマスク層１７は新しいパッシベーション層で、第１及び第２のＬＥＤ構造の側壁を覆う。第３のマスク層１７は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、アルミニウム、ハフニウム含有酸化物のタンタル、又はこれらの層の組み合わせとすることができる。層１７は、プラズマ励起化学気相堆積、スパッタリング、又は他の適切な技術（例えば原子層堆積）によって堆積される。第３のマスク層１７の厚さは２０～２０００ｎｍの間で変動する。
ｎドープ層２、１０のための到達経路を生成した後、ウェーハ表面上に新しい第３のマスク層１７を堆積する。第３のマスク層１７は新しいパッシベーション層で、第１及び第２のＬＥＤ構造の側壁を覆う。第３のマスク層１７は、ＳｉＯ２、ＳｉＮ、ＳｉＯＮ、アルミニウム、ハフニウム含有酸化物のタンタル、又はこれらの層の組み合わせとすることができる。層１７は、プラズマ励起化学気相堆積、スパッタリング、又は他の適切な技術（例えば原子層堆積）によって堆積される。第３のマスク層１７の厚さは２０～２０００ｎｍの間で変動する。
【0291】
湿式又は乾式エッチングプロセスを用いて、第１及び第２のＬＥＤ構造のｎ型層２、１０を再露出させるための第３のマスク層１７の開口を生成することができる。この特定の例では、乾式エッチングプロセスが用いられる。
【0292】
図２１ 電気的ｎ接点
デバイス製造における次のステップは、ＬＥＤ構造のｎドープ層２、１０に到達するように、第３のマスク層１７の開口を金属層で覆うことである。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップで実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆うことができる。この例では、詳細を簡略化するため単一のステップを用いる。
デバイス製造における次のステップは、ＬＥＤ構造のｎドープ層２、１０に到達するように、第３のマスク層１７の開口を金属層で覆うことである。このように覆うことは、単一のステップ又は複数のステップで実行できる。金属は、画素を完全に又は部分的に覆うことができる。この例では、詳細を簡略化するため単一のステップを用いる。
【0293】
金属は、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ａｕを含む。完全な金属スタックの厚さは２００～２０００ｎｍである。
【0294】
図２２ ｐ接点の露出
最終ステップは、第３のマスク層１７の他の湿式又は乾式エッチングステップを実行して、ｐドープ接点１６を再露出させることである。
最終ステップは、第３のマスク層１７の他の湿式又は乾式エッチングステップを実行して、ｐドープ接点１６を再露出させることである。
【0295】
第３のマスク層１７の開口は、湿式又は乾式エッチングプロセスによって生成することができる。この特定の例では、乾式エッチングプロセスが用いられる。
【0296】
図２から図２２に示されているマイクロＬＥＤアレイは、電気バイアスが印加された場合に、２つの異なる発光波長、すなわち５１５～５５０ｎｍ及び６００～６６５ｎｍで発光する２つのＬＥＤセットを有するように設計される。図示されているデバイスは、デバイスのｐ側（図示されているマイクロＬＥＤアレイの上側）から光を発するように構成されている。第１及び第２の発光領域の双方の発光波長は、望まれる色の組み合わせのＬＥＤを得るように調整することができる。また、第３のＬＥＤ構造の第３のアレイをウェーハに追加して、３つの別々の波長で発光するＬＥＤのアレイを提供することも可能である。
【0297】
【0298】
【0299】
【0300】
基板の上に、層２～６（図１から図２２に関して上述した）で構成された第１のＬＥＤ構造を成長させる。第１のＬＥＤは好ましくは青色ＬＥＤで、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長を有する。
【0301】
第１のｐドープ層６の上に、ＩＩＩ族窒化物材料のいくつかの層を堆積する。これらの層は、単一層内の隣接した横方向部分を占めるＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ領域と非ドープ領域を含む。次いで、上述したようにｎドープ領域を電気化学的に多孔質化して、第１のｐドープ層６の一部の上に位置決めされたＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を形成する。図示されている実施形態では、構造の横方向幅の約半分が多孔質領域で覆われ、他の半分がＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質領域で覆われる。この非多孔質領域は非ドープであり、したがってエッチングステップ中に多孔質化されない。多孔質化は、上述のように、ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層を通して実行される。
【0302】
ＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質中間層は、構造の幅全体に拡がり、多孔質領域と非多孔質領域の双方を覆っている。
【0303】
非多孔質中間層の上に第２のＬＥＤ構造を成長させる。第２のＬＥＤ構造は、図１から図２２に関して上述したように、層１０～１４で構成される。第２のＬＥＤ構造は好ましくは従来の緑色ＬＥＤ構造で、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍのピーク発光波長で発光するように構成されている。
【0304】
第２のＬＥＤ構造は構造の幅全体にわたって成長させるので、第２のＬＥＤ構造の一部は多孔質領域の真上に位置決めされ、第２のＬＥＤ構造の他の部分は非多孔質領域の真上に位置決めされる。
【0305】
次いで、図２７で示されているように、標準的な半導体処理ステップを用いて、第２のＬＥＤ構造（１０～１４）を２つの別個のメサに分割し、第１のＬＥＤ構造の領域を露出させる。第２のＬＥＤ構造のこの分割によって、多孔質領域の上方に位置決めされた第２のＬＥＤ構造の１つの「ピラー」又は「メサ」と、非多孔質領域の上方に位置決めされた第２のＬＥＤ構造の別の「ピラー」又は「メサ」を生成する。非多孔質領域の上方に位置決めされたＬＥＤ構造のピラーは、第３のＬＥＤ構造、すなわちＬＥＤ３とすることができ、多孔質領域の上方のピラーは、引き続き第２のＬＥＤ構造、すなわちＬＥＤ２とする。
【0306】
上述のようにデバイス処理ステップを実行し、ＬＥＤ構造をマスク層１５で不動態化し、ＬＥＤ構造の導電性領域を露出させ、ｐ接点１６及びｎ接点１８を堆積する。
【0307】
図３０で示されているように、基板は除去するか又は保持することができる。ある例では、基板を除去し、別の基板へ移送するか又は取り付ける。次いで、上部電極を、別のキャリアウェーハ／基板２１又はマイクロドライバ回路基板又はバックプレーンに接合して、画素のアレイを形成する。
【0308】
好適な実施形態において、第２のＬＥＤ構造は好ましくは従来の緑色ＬＥＤ構造で、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍのピーク発光波長で発光するように構成される。しかし、上述したように、第２のＬＥＤ構造は、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域の上に位置決めされているので、多孔質領域の上に形成さていない同一の第３のＬＥＤ構造に対して、第２のＬＥＤ構造の発光波長のレッドシフトが生じる。この結果、第３のＬＥＤ構造の発光領域は、約５１５ｎｍ～５４０ｎｍのピークＥＬ波長で発光し、一方、波長シフトした第２のＬＥＤ構造の発光領域は約５８０ｎｍ～６５０ｎｍのピークＥＬ波長で発光する。
【0309】
したがって、ＬＥＤデバイスは赤緑青（ＲＧＢ）ＬＥＤデバイスであり、青色光を発光する第１のＬＥＤ構造、赤色光を発光する第２のＬＥＤ構造、緑色光を発光する第３のＬＥＤ構造を含む。
【0310】
これら３つのＬＥＤ構造の全てを同一基板上に製造された一体化デバイスで提供することによって、赤緑青ＬＥＤデバイスが有利に提供され、この赤緑青ＬＥＤデバイスは、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤ構造が発光のため色付き画素を形成し、特に、赤色、緑色、及び青色の画素は、従来技術の製造方法を用いて可能であるよりも近接して形成される。
【0311】
当業者であれば、ＬＥＤ構造の組成及び層構造を変更することで、ＬＥＤ構築の既知の原理に従って個々のＬＥＤ構造の発光波長を制御できることは理解される。このため、本発明を用いて多様な多色ＬＥＤデバイスを提供することができ、当然ながら、赤色、緑色、及び青色以外の色の組み合わせを提供することも可能である。
【0312】
【0313】
多孔質テンプレートは基板上にＩＩＩ族窒化物材料の多孔質領域を含み、多孔質領域の上面上にＩＩＩ族窒化物材料の非多孔質層が配置されている。任意に、基板と多孔質領域との間にＩＩＩ族窒化物材料の他の層が存在してもよい。
【0314】
上記で詳述したように、ＩＩＩ族窒化物材料のｎドープ領域を、次いでＩＩＩ族窒化物材料の非ドープ層をエピタキシャルに成長させ、多孔質化プロセスを用いてｎドープ領域を多孔質化することによって、多孔質領域を提供することができる。多孔質化プロセスについては、国際特許出願ＰＣＴ／ＧＢ２０１７／０５２８９５号（ＷＯ２０１９／０６３９５７号として公開）及びＰＣＴ／ＧＢ２０１９／０５０２１３号（ＷＯ２０１９／１４５７２８号として公開）に記載されている。
【0315】
多孔質領域は、１つ以上のＩＩＩ族窒化物材料の１つ以上の層を含むことができ、ある範囲の厚さを有する。好適な実施形態において、多孔質領域は例えばＧａＮ及び／又はＩｎＧａＮ及び／又はＡｌＧａＮを含む。
【0316】
【0317】
【0318】
【0319】
基板の上に、層２～６（図１から図２２に関して上述した）で構成された第１のＬＥＤ構造（ＬＥＤ１）を成長させる。第１のＬＥＤは好ましくは青色ＬＥＤで、電気バイアスのもとで４００～５００ｎｍ、好ましくは４３０～４７０ｎｍの発光波長を有する。
【0320】
第１のＬＥＤ構造の上に、層１０～１４（図１から図２２に関して上述した）で構成された第２のＬＥＤ構造（ＬＥＤ２）を成長させる。第２のＬＥＤ構造は好ましくは緑色ＬＥＤで、電気バイアスのもとで５００～６００ｎｍ、好ましくは５２０～５４０ｎｍの発光波長を有する。
【0321】
第２のＬＥＤ構造の上に、層１０Ａ～１４Ａ（図１から図２２に関して上述した領域１０～１４と同等）で構成された第３のＬＥＤ構造（ＬＥＤ３）を成長させる。第２のＬＥＤ構造は好ましくは赤色ＬＥＤで、電気バイアスのもとで６００～７５０ｎｍ、好ましくは６００～６５０ｎｍの発光波長を有する。
【0322】
図示されている実施形態における領域は以下のものである。
１８ ｎ接点
１７ ｎドープ層を露出させた後のパッシベーション層
１６ ｐ接点
１５ マスク層
１４Ａ ｐドープ層（ＬＥＤ３）
１３Ａ ＥＢＬ（ＬＥＤ３）
１２Ａ キャップ層（ＬＥＤ３）
１１Ａ 発光領域（ＬＥＤ３）
１０Ａ ｎドープ層（ＬＥＤ３）
１４ ｐドープ層（ＬＥＤ２）
１３ ＥＢＬ（ＬＥＤ２）
１２ キャップ層（ＬＥＤ２）
１１ 発光領域（ＬＥＤ２）
１０ ｎドープ層（ＬＥＤ２）
７ マスク層
６ ｐドープ層（ＬＥＤ１）
５ ＥＢＬ（ＬＥＤ１）
４ キャップ層（ＬＥＤ１）
３ 発光領域（ＬＥＤ１）
２ ｎドープ層（ＬＥＤ１）
１ テンプレート層（非ドープ又はｎドープＩＩＩ族窒化物材料）
基板
１８ ｎ接点
１７ ｎドープ層を露出させた後のパッシベーション層
１６ ｐ接点
１５ マスク層
１４Ａ ｐドープ層（ＬＥＤ３）
１３Ａ ＥＢＬ（ＬＥＤ３）
１２Ａ キャップ層（ＬＥＤ３）
１１Ａ 発光領域（ＬＥＤ３）
１０Ａ ｎドープ層（ＬＥＤ３）
１４ ｐドープ層（ＬＥＤ２）
１３ ＥＢＬ（ＬＥＤ２）
１２ キャップ層（ＬＥＤ２）
１１ 発光領域（ＬＥＤ２）
１０ ｎドープ層（ＬＥＤ２）
７ マスク層
６ ｐドープ層（ＬＥＤ１）
５ ＥＢＬ（ＬＥＤ１）
４ キャップ層（ＬＥＤ１）
３ 発光領域（ＬＥＤ１）
２ ｎドープ層（ＬＥＤ１）
１ テンプレート層（非ドープ又はｎドープＩＩＩ族窒化物材料）
基板
【0323】
第３のＬＥＤ構造の第３のｐドープ層１４Ａの上面に、マスク７を提供する。次いで、マスク層７に開口を形成し、従来の半導体エッチング技術を用いて層１０Ａ～１４Ａ及び層１０～１４の一部を除去する。
【0324】
エッチング後、図３５で示されているように、第１、第２、及び第３のＬＥＤ構造のｐドープ層６、１４、及び１４Ａを露出させる。層１０Ａ～１４Ａによって形成された第３のＬＥＤ構造のピラー又はメサと、層１０～１４によって形成された、上に半導体層が重なっていない第２のＬＥＤ構造の一部と、層２～６によって形成された、上に半導体層が重なっていない第１のＬＥＤ構造の一部と、が残される。
【0325】
ＬＥＤ構造をマスク層１５で不動態化し、ＬＥＤ構造の導電性領域を露出させ、ｐ接点１６及びｎ接点１８を堆積するデバイス処理ステップを、上述のように実行する。
【0326】
図３７で示されているように、基板は除去するか又はＬＥＤデバイスの一部として保持することができる。ある例では、基板を除去し、別の基板へ移送するか又は取り付ける。次いで、上部電極を、他のキャリアウェーハ／基板２１又はマイクロドライバ回路基板又はバックプレーンに接合して、画素のアレイを形成する。
【0327】
したがって、図２３から図３０において記載した実施形態と同様、ＬＥＤデバイスは、青色光を発光する第１のＬＥＤ構造と、赤色光を発光する第２のＬＥＤ構造と、緑色光を発光する第３のＬＥＤ構造と、を含む赤緑青（ＲＧＢ）ＬＥＤデバイスである。この実施形態では、３つ全てのＬＥＤ構造が多孔質領域の上に形成されるので、これら３つ全てが、上述したひずみ緩和効果による利益を享受する。
【0328】
レッドシフト
図３８及び図３９は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤの発光特性（図３８）と、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を含むテンプレート上に成長させた同じＩｎＧａＮのＬＥＤの発光特性（図３９）を比較している。これら２つのグラフを比較すると、多孔質の下層によって長い発光波長へのシフトが生じたことが実証され、多孔質テンプレート上のＬＥＤの発光は、非多孔質テンプレート上の同じＬＥＤよりも一貫して２１ｎｍ～４５ｎｍ長くなっている。したがって、第１のＬＥＤ構造を多孔質領域上で成長させ、同一の第２のＬＥＤ構造を非多孔質領域上で成長させた場合、第１のＬＥＤ構造は第２のＬＥＤ構造よりも長い波長で発光する。
図３８及び図３９は、非多孔質基板上のＩｎＧａＮのＬＥＤの発光特性（図３８）と、ＩＩＩ族窒化物材料の多孔質層を含むテンプレート上に成長させた同じＩｎＧａＮのＬＥＤの発光特性（図３９）を比較している。これら２つのグラフを比較すると、多孔質の下層によって長い発光波長へのシフトが生じたことが実証され、多孔質テンプレート上のＬＥＤの発光は、非多孔質テンプレート上の同じＬＥＤよりも一貫して２１ｎｍ～４５ｎｍ長くなっている。したがって、第１のＬＥＤ構造を多孔質領域上で成長させ、同一の第２のＬＥＤ構造を非多孔質領域上で成長させた場合、第１のＬＥＤ構造は第２のＬＥＤ構造よりも長い波長で発光する。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】
【図32】
【図33】
【図34】
【図35】
【図36】
【図37】
【図38】
【図39】
【国際調査報告】