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TW202221938A - Ｌｅｄ及製造方法 - Google Patents

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TW202221938A
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朱彤彤
劉穎俊
穆罕默德 阿里
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英商普羅科技有限公司
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Priority claimed from PCT/GB2021/050152 external-priority patent/WO2021148808A1/en
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Abstract

一種發光二極體(LED)包含：一n摻雜部份；一p摻雜部份；及一發光區域，其設置在該n摻雜部份與該p摻雜部份之間。該發光區域包含：一發光層，其在電偏壓通過之情形下以在400與599 nm之間的一峰波長發光；一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上。該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔區域。在此亦提供一種LED陣列及一種製造LED之方法，該LED在電偏壓作用下具有在400 nm與599 nm之間的一峰發射波長。

Description

LED及製造方法
本發明係有關於發光二極體(LED)及製造LED之改良方法。
III-V族半導體材料受到半導體裝置設計之特別關注，特別是III族-氮化物半導體材料之家族。
「III-V族」半導體包括如Ga、Al及In之III族元素及如N、P、As及Sb之V族元素的二元、三元及四元合金，且受到包括光電子學之多種應用的大量關注。
受到特別關注的是稱為「III族-氮化物」材料之半導體材料種類，其包括氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)及氮化鋁(AlN)，以及其三元及四元合金。(Al, In)GaN係包含AlGaN、InGaN及GaN之用語。III族-氮化物材料不僅在固態發光及電力電子學中獲得商業成功，而且對量子光源及光與物質交互作用而言亦具有特別好處。
將In摻雜在GaN半導體材料中受到光電半導體裝置之特別關注，因為改變該半導體之In含量可改變該材料之電子能隙及因此該半導體發光之波長。但是，改變該材料之In含量亦影響該半導體之平面內晶格常數。例如，InN之平面內晶格常數比GaN之平面內晶格常數大大約11%，且中間組成物之晶格尺寸隨著該銦含量改變。當需要在具有不同晶格尺寸之一基材層頂部沈積一主動半導體層時，這產生一裝置設計之問題。其原因係在該層邊界之晶格失配在該晶格中產生應變而導致該材料中形成多個成為無輻射重組中心的缺陷。這明顯地傷害裝置性能。
目前非常需要在全部可見光波長發射，特別是朝向綠、黃與紅光之更長波長的LED，但製造商在過去遭遇製造在較長波長發射之LED的許多問題。
例如，在以GaN為主之平台上成長如綠、黃與紅光LED之較長波長LED時面臨的其中一大挑戰係需要使用高銦(In)含量來減少該主動區域中之能隙至適合長波長發射的一適當值。所需之InGaN主動區域具有比下方GaN大之一晶格參數且產生之應變導致該材料中形成破壞裝置性能之成為無輻射重組中心的缺陷。
因為InN與GaN間之大晶格失配，所以難以獲得高品質InGaN(具有高銦含量＞20%)。這錯配應變亦透過組成牽引效應產生一低銦組成。
較短波長LED比較容易製造，因為它們可使用含有比較長波長光發射所需少之一銦比率的InGaN發光區域製成。
本申請案係有關於一種製造LED之改良方法及使用該方法製成之LED。
本發明係界定在以下應參照之獨立項中。本發明之較佳或有利特徵係在依附項中提出。
在本申請案中所述之發光二極體或LED係較佳地由III-V族半導體材料，且特佳地由III族-氮化物半導體材料形成。
「III-V族」半導體包括如Ga、Al及In之III族元素及如N、P、As及Sb之V族元素的二元、三元及四元合金，且受到包括光電子學之多種應用的大量關注。
受到特別關注的是稱為「III族-氮化物」材料之半導體材料種類，其包括氮化鎵(GaN)、氮化銦(InN)及氮化鋁(AlN)，以及其三元及四元合金(Al, In)GaN。在本發明中可使用不同晶體方位，例如極性c平面、非極性及半極性方位。有兩種主要非極性方位：a平面(11-20)及m平面(1-100)。對半極性而言，有一晶體平面族之(11-22)、{2021}。III族-氮化物材料不僅在固態發光及電力電子學中獲得商業成功，而且對量子光源及光與物質交互作用而言亦具有特別好處。
雖然各種III族-氮化物材料在商業上受到關注，但氮化鎵(GaN)被廣泛地視為其中一種最重要的新半導體材料，且受到多種應用之特別關注。
已知的是在整塊III族-氮化物，例如GaN中導入孔隙可深刻地影響其材料性質(光學、機械、電氣及熱等)。藉由改變其孔隙度來調整GaN及III族-氮化物半導體之大範圍材料性質的可能性因此使多孔GaN受到光電子應用之大量關注。
本發明係藉由參照GaN及InGaN來說明，但亦可有利地應用於替代之III族-氮化物材料組合。
在以下說明中，用於增生之一基材係一半導體結構，且另一半導體層可成長該半導體層上以便產生一半導體裝置。在本發明中用於增生之一示範基材可為包含多數摻雜及未摻雜GaN層之一GaN半導體結構。
多個半導體結構層可藉由如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中揭示之電化學蝕刻來孔隙化。
發明人發現可使用本發明有利地提供LED。 LED
依據本發明之一第一態樣，提供一種發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與一p摻雜部份之間，該發光區域包含： 一發光層，其在電偏壓通過之情形下以在400與599 nm之間的一峰波長發光； 一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及 一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上， 其中該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔區域。
本發明人了解III族-氮化物材料之電化學孔隙化有利地減少該III族-氮化物晶格中之應變及總晶圓屈曲或彎曲。在不希望受理論束縛的情形下，吾人認為使III族-氮化物材料之多孔區域孔隙化的程序亦蝕刻去除結構缺陷，例如在該第一III族-氮化物材料之層頂面上的層成長時形成的線差排(threading dislocation)。
在孔隙化時由該多孔區域之半導體材料去除差排大幅地減少特別在該多孔區域之晶格尺寸未匹配該下方材料之晶格尺寸時發生的該多孔區域中之應變。因此，當該多孔區域上方沈積III族-氮化物材料層時該半導體結構之磊晶成長期間，該多孔材料更具順應性以匹配該等上覆無孔層之晶格。這使該多孔區域上方之該等層經受比在沒有該多孔區域之情形中低很多的應變。
因為該第二III族-氮化物材料產生較少應變，所以在該無孔層中亦有較少結構缺陷成為無輻射重組中心來傷害裝置性能。
組成牽引效應：Kawaguchi等人提出之一所謂InGaN組成牽引效應，其中該銦比例在成長之初始階段較小但隨著成長厚度增加而增加。這觀察在一第一範圍內與下方層，GaN或AlGaN無關。作者建議這效應係由在界面之晶格失配產生之應變造成。他們發現InGaN與底磊晶層間之一較大晶格失配伴隨In含量之較大變化。
在Inatomi等人之 Theoretical study of the composition pulling effect in InGaN metalorganic vapor-phase epitaxy growth(Japanese Journal of Applied Physics, Volume 56, Number 7)中，發現壓縮應變抑制InN之加入。另一方面，相較於該鬆弛之整塊成長情形，拉伸應變促進InN之加入。
發明人發現在該半導體結構中使用一多孔區域產生減少一半導體結構層中之應變的「應變鬆弛」且這可對該組成牽引效應產生一改良效果。孔隙化減少該等III族-氮化物層中之應變且使該半導體結構應變比較少，並且因此可適用於加入更多In之情況。因此本發明可有助於更多銦加入成長在該模板之一多孔區域上面之任一LED結構的層中，這對於以較長波長發光而言是非常需要的。
該n摻雜區域、該發光區域及該p摻雜區域係較佳地設置在該多孔區域上方。換言之，該多孔區域可在該LED結構中位於該n摻雜區域、該發光區域及該p摻雜區域下方。
該發光區域可較佳地為一氮化銦鎵(InGaN)層。
藉由在該LED中提供一III族-氮化物材料之多孔區域，該n摻雜區域、該發光區域及該p摻雜區域可因此成長在該多孔區域上面且具有比沒有該多孔區域可能具有之應變低的一應變。該層狀半導體結構中之這應變減少程度可因此有助於更多銦加入該LED之該(等)發光層，使得高品質InGaN發光層可成長成具有一高銦含量。這容許足夠銦加入該發光氮化銦鎵層使得當一電偏壓施加通過該LED時，該等LED以在400與599 nm之間的一峰波長發光。
如在以上背景段中所述，雖然極需要在400與599 nm之間發光之LED，但在該(等)發光層中加入足夠銦之技術困難意味難以獲得較長波長LED。
該發光層可在電偏壓通過之情形下以在400與599 nm之間、在電偏壓通過之情形下以在400與590 nm之間或在電偏壓通過之情形下以在430與570 nm之間的一峰波長發光。
發明人發現相較於在一無孔基材上成長一相同LED結構，在一III族-氮化物材料之多孔區域上面成長一LED結構造成發射波長朝向較長波長之一明顯位移。
發明人已藉由在一無孔GaN晶圓上成長一習知綠光(發射波長在500至520 nm之間)InGaN LED結構證明這一點，且證明該LED如預期地發射綠光。接著在包含一多孔區域之一模板上成長相同之「綠光」InGaN LED結構，且當一電偏壓施加通過該LED時，該LED發射在530與550 nm之間的一較長(紅位移)波長範圍的光。
一類似紅位移已藉由在GaN上成長如預期地發射大約435 nm之一峰波長之光的一習知藍光LED且接著在包含一多孔區域之一模板上面成長相同LED結構，然後該LED發射450至460 nm之一峰發射波長來證明。
本發明因此容許習知之可輕易製造的LED結構位移至較長波長發射，因此先前作為較短波長(例如紫或藍光)LED之結構可藉由在該結構中加入一多孔區域而製成較長波長LED。這可有利地容許LED在沒有在習知設計中遭遇之許多技術問題的情形下製成。
以往，為了成長加入較長波長發射所需之較高銦量的InGaN量子井，在磊晶沈積InGaN材料時需要較低成長溫度。較低成長溫度之缺點包括在該晶體結構中出現更多缺陷及較低NH 3裂解效率。
但是，在本發明中，成長時在該LED模板中存在該多孔區域可減少該晶體結構中之應變，且可將比先前在一預定成長溫度可能加入者更多之In銦加入該主動區域。藉由將一多孔區域加入該結構，因為可在較高溫度加入較大量之In，所以不再有降低該InGaN之成長溫度以增加In加入的需要。這容許該LED可使用較高InGaN成長溫度，藉此相較於習知技術中之類似波長LED可產生較高晶體品質、較少缺陷及改良性能及LED特性。
該LED發光區域較佳地係用於在比該LED之峰發射波長小之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之峰發射波長位移至一較長峰發射波長。
由該LED結構下方之多孔區域產生之紅位移的大小取決於多種因素，包括該多孔區域之孔隙度及厚度、及該LED主動區域之設計。所屬技術領域中具有通常知識者已知許多種LED主動區域，且磊晶設計(厚度、組成、摻雜程度)之變化在最新技術中是習知的。
雖然紅位移之大小可在不同LED結構之間不同，但在較佳實施例中該多孔區域產生在15 nm與80 nm之間或較佳在15 nm與50 nm之間，且特佳30 nm至50 nm或30 nm至40 nm的一典型波長紅位移。因此成長在一無孔GaN基材上之一習知LED結構會在電偏壓作用下發射比成長在包含一多孔區域之一模板上面的相同LED結構少15至80 nm、15至50 nm或30 nm至50 nm的一峰發射波長。
例如該LED發光區域可為用於在低於該LED之所需峰發射波長15至80 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射光譜紅位移15至80 nm而到達依據本發明之LED的峰發射波長。
或者，該LED發光區域可為用於在低於該LED之所需峰發射波長15 nm至50 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射光譜紅位移15 nm至50 nm而到達依據本發明之LED的峰發射波長。
或者，該LED發光區域可為用於在低於該LED之所需峰發射波長30 nm至50 nm或較佳地30 nm至40 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射光譜紅位移30 nm至50 nm或30 nm至40 nm而到達依據本發明之LED的峰發射波長。
該LED發光區域可為當成長在一無孔GaN模板上時，適合發射或組配成發射各種不同峰波長之光的一LED發光區域。例如該LED發光區域可為所屬技術領域中具有通常知識者習知且組配成當成長在一習知無孔半導體模板上時發射藍光(例如，發射475 nm)的一發光區域。但是，藉由在一多孔模板上成長該「藍光」LED發光區域而形成依據本發明之一LED，該LED結構可產生一紅位移使得該LED以比一般475 nm發射波長長之一波長發光。
例如，該LED發光區域係當未增生在一多孔III族-氮化物層上時，用於在520至555 nm、445至520 nm、400至445 nm或385至425 nm之一峰波長發射的一LED發光區域。但是，在該III族-氮化物材料之多孔區域上面成長該LED發光區域可使該發光區域之發射波長位移至比該發光區域之預期峰波長長的一峰發射波長。
在將多孔材料加入LED之某些先前嘗試中，發現該多孔材料產生一高光譜擴展度，使得該光譜發射峰之半波高全寬度(FWHM)不必要地變大。這對於一窄發射峰為較佳使得由該LED發射之光在或接近所需波長的大部份LED應用是不需要的。
有利地，在本發明中該LED較佳地用等於或小於50 nm、等於或小於40 nm或等於或小於30 nm之一FWHM發光，較佳地其中該LED具有＜40 nm且更佳＜20 nm之一FWHM。
在較佳實施例中，該發光層係一發光氮化銦鎵層。該LED亦較佳地包含一GaN材料之區域。由於GaN與InGaN間之晶格失配，由該多孔區域產生之應力鬆弛效應特別地有利。
該發光二極體可包含選自於以下者中之至少一特徵： (a)該發光區域包含一、二、三、四、五、六、七或八個量子井(或至少一量子井)；或 (b)該III族-氮化物層包含一氮化鋁鎵層，其具有組成In yGa (1-y)N，其中y在0.1至1.0之範圍內；或 (c)一發射UV或藍光之InGaN/GaN或InGaN/InGaN超晶格或InGaN層係設置在該n摻雜部份與該發光區域之間。 橙光LED
在本發明之一較佳態樣中，該LED係一橙光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在590與599 nm之間或在592與597 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一橙光LED，該LED發光區域可為用於在540至560 nm或540至580 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在590與599 nm之間的一黃光波長。 黃光LED
在本發明之一較佳態樣中，該LED係一黃光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在570與589 nm之間或在電偏壓作用下以在580與595 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一黃光LED，該LED發光區域可為用於在520至540 nm或540至560 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在570與589 nm之間或575至585 nm的一黃光波長。
在一黃光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.25 ≤ x ≤ 0.35。 綠光LED
在本發明之另一較佳態樣中，該LED係一綠光LED且該發光區域較佳地在電偏壓作用下以在500與569 nm之間或在510與555 nm之間或在電偏壓作用下以在520與540 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一綠光LED，該LED發光區域可為用於在450至520 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在500與569 nm之間或在520與540 nm之間的一綠光波長。或者，該LED發光區域可為用於在470至540 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至一較長綠光波長。
在一綠光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.22 ≤ x ≤ 0.30，且以x=0.25為佳。 藍光LED
在本發明之另一較佳態樣中，該LED係一藍光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在450與499 nm之間、在電偏壓作用下以在450與485 nm之間或在電偏壓作用下以在460與475 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一藍光LED，該LED發光區域可為用於在400至450 nm或420至430 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在450與499 nm之間的一藍光波長。或者，該LED發光區域可為用於在420至470 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至450與499 nm之間的一較長藍光波長。
在一藍光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.12 ≤ x ≤ 0.25或0.15 ≤ x ≤ 0.22。 紫光LED
在本發明之另一較佳態樣中，該LED係一紫光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在400與449 nm之間或在電偏壓作用下以在410與430 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一紫光LED，該LED發光區域可較佳地係用於在385至425 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至400與449 nm之間。
在一紫光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.05 ≤ x ≤ 0.17或0.07 ≤ x ≤ 0.12。 模板
該n型區域、該發光區域及該p型區域(可稱為LED結構)係較佳地成長在包含該多孔區域之一半導體模板上面。該半導體模板亦可包含配置成為增生該LED結構提供一適當基材之多數半導體材料層。但是，該n型區域、該發光區域及該p型區域成長在該模板上後，該LED結構及該模板兩者形成該LED之一部份。
該多孔區域可具有至少1 nm，較佳至少10 nm且特佳至少50 nm之一厚度。例如，該多孔區域可具有在1 nm與10000 nm之間的一厚度。
該多孔區域可具有在1%與99%孔隙度之間、在10%與80%孔隙度之間、在20%與70%孔隙度之間或在30%與60%孔隙度之間的一孔隙度。該多孔區域之孔隙度可用相對整個多孔區域之體積的全部孔隙之體積來測量。
吾人發現該孔隙度會影響由該多孔區域產生之波長位移的大小。大致上，相較於一無孔模板上之相同LED結構，該%孔隙度越高，該LED之波長位移越大。
該多孔區域係較佳地由以下其中一者形成：GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN。
該多孔區域可在該LED之該n型區域、該發光區域及該p型區域正下方或下方。較佳地，該n型區域、該發光區域及該p型區域(該LED結構)係如在該LED中之層的成長順序所定義地位在該多孔區域上或上面。該LED結構較佳地增生在該多孔區域上面，使得該LED結構受益於該多孔III族-氮化物層中之應變鬆弛。
該LED可包含在該n摻雜部份與該多孔區域間的一III族-氮化物材料之連接層。較佳地，該連接層之厚度係至少100 nm，但亦可使用更小或更大之厚度。該連接層可較佳地係以下其中一者：GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN。
該LED較佳地包含在該多孔區域與該發光區域間的一III族-氮化物材料多孔區域之無孔中間層。因為該多孔區域係使用PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)之方法，藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔層形成，所以該III族-氮化物材料之無孔層通常形成留在該多孔區域之頂部的一無孔中間層。該無孔中間層在製造時為其他層之增生有利地提供一平滑表面。
較佳地，該LED包含位在該多孔區域與該連接層間的一III族-氮化物材料之無孔中間層。這可較佳地係一無孔層，且該多孔區域之電化學蝕刻係穿過該無孔層實行。
該無孔中間層可較佳係以下其中一者：GaN、InGaN、AlGaN、AlInGaN或AlN。
該多孔區域可為一多孔層，使得該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔層。較佳地，該多孔區域可為連續多孔且例如由一連續多孔III族-氮化物材料層形成的一多孔層。
該多孔區域可包括複數多孔層及任選之複數無孔層。在本發明之較佳實施例中，該多孔區域係一交替多孔及無孔層之堆疊物，且該堆疊物之頂面界定該多孔區域之頂部，並且該堆疊物之底面界定該多孔區域之底部。該發光區域可形成在包含一III族-氮化物材料多孔層之堆疊物的多孔區域上面。
在某些實施例中，該發光區域係位在一多數III族-氮化物材料多孔層之堆疊物上面。因此，該多孔區域可不是一III族-氮化物材料之單一多孔層，而是至少某些層為多孔的一III族-氮化物材料層之堆疊物。該多孔層之堆疊物可較佳地係一交種多孔及無孔層之堆疊物。
或者該多孔區域可為一III族-氮化物材料層，其包含一或多個多孔區域，例如在一III族-氮化物材料之除多孔區域之外無孔的層中的一或多個多孔區域。換言之，該多孔區域不必是一連續多孔材料層。
在較佳實施例中，該多孔區域或多孔層可具有等於成長該多孔層或區域的該基材之一橫向尺寸的一橫向尺寸(寬度或長度)。例如，習知基材晶圓大小可具有不同大小，例如1 cm 2、或2英吋、4英吋、6英吋、8英吋、12英吋或16英吋直徑。但是，藉由使相同層中不同電荷載子濃度之一或多個層及/或沈積區域圖案化，可形成未跨越整個基材之多個較小多孔區域。因此，該多孔層或區域之橫向尺寸可由大約一像素之1/10(例如0.1 μm)變化到該基材本身之橫向尺寸。
該n摻雜部份較佳地包含一n摻雜III族-氮化物層。
較佳地，該n摻雜部份及/或該n摻雜層包含n-GaN、n-InGaN、一n-GaN/n-InGaN交替層之堆疊物或包含不同銦濃度的一n-InGaN/n-InGaN交替層之堆疊物。
該n摻雜部份可包含一單晶n摻雜III族-氮化物部份，較佳地其中該n摻雜部份包含具有一平坦頂面之一單晶n摻雜III族-氮化物層。
該多孔區域及在該多孔區域與該單晶n摻雜III族-氮化物層間之各層可為平坦層，該等平坦層具有與該單晶n摻雜III族-氮化物層之平坦頂面平行之個別頂面及個別底面。
該發光區域較佳地包含一或多個InGaN量子井，且以1與7個之間的量子井為佳。
該發光層可為一InGaN之奈米結構層，其包含例如量子點、片段量子井或不連續量子井之量子結構。
該發光層及/或該等量子井較佳地具有組成In xGa 1-xN，其中0.07 ≤ x ≤ 0.35，較佳為0.12 ≤ x ≤ 0.30或0.22 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.27。
該LED較佳地包含：一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上。
該發光層上之III族-氮化物層可稱為一「覆蓋層」。該覆蓋層係用於：1)增加用於頻帶彎曲之量子侷限史塔克效應，因此該紅位移及達成較長波長發射；2)保護InGaN中之高In%以確保足夠In%加入用於達成長波長及提供一較大障壁。
該LED較佳地包含在該等量子井與該p摻雜區域間的一III族-氮化物材料之覆蓋層。該覆蓋層可為GaN、InGaN、AlGaN或AlN。
該LED較佳地包含在該等量子井與該p摻雜區域間的一III族-氮化物材料之障壁層。該障壁層可為GaN、InGaN、AlGaN或AlN。
該p摻雜區域可包含一p摻雜III族-氮化物層及位在該p摻雜III族-氮化物層與該發光區域之間的一p摻雜氮化鋁鎵層。該p摻雜氮化鋁層係在該覆蓋層與該p型層之間的一電子阻擋層(EBL)，其中該電子阻擋層包含5至25 at%之鋁，較佳地其中該電子阻擋層具有在10至50 nm之間的一厚度。
較佳地，該多孔區域不是分布式布拉格反射器(DBR)之一部份。 像素大小
該發光區域及/或該LED可具有大於100 μm且小於300 μm之橫向尺寸(寬度及長度)。在這情形中，該LED可稱為一「小型LED」。在較佳實施例中，該小型LED可為正方形、圓形或具有圓角之正方形且具有例如：300 μm×300 μm、200 μm×200 μm、100 μm×100 μm之尺寸。
該發光區域及/或該LED亦可具有小於100 μm之橫向尺寸(寬度及長度)。在這情形中，該LED可稱為一「微型LED」。該微型LED可較佳地具有小於80 μm、70 μm、60 μm、50 μm、30 μm、25 μm、20 μm、15 μm、10 μm、5 μm、3 μm、1 μm、500 nm、200 nm、100 nm或50 nm之橫向尺寸。
在較佳實施例中，該微型LED可為正方形、圓形或具有圓角之正方形且具有例如：75 μm×75 μm、50 μm×50 μm、40 μm×40 μm、30 μm×30 μm、25 μm×25 μm、20 μm×20 μm、10 μm×10 μm、5 μm×5 μm、2 μm×2 μm、1 μm×1 μm、500 nm×500 nm或更小之尺寸。
該等LED之形狀可選擇地為圓形、正方形、矩形、六邊形或三角形。在不規則形狀之像素設計的情形中，至少一尺寸應落在上述尺寸內以便該等LED被分類為小型或微型LED。例如，該等LED之寬度或直徑係較佳地小於100 μm使得該等LED被分類為微型LED。 小型LED
在本發明之一第二態樣中，提供一種小型LED，其包含依據本發明之第一態樣的LED，其中該發光區域具有大於100 μm且小於300 μm或200 μm之橫向尺寸(寬度及長度)。在較佳實施例中，該小型LED可為正方形、圓形或具有圓角之正方形且具有例如：300 μm×300 μm、200 μm×200 μm、100 μm×100 μm之尺寸。 微型LED
在本發明之一第三態樣中，提供一種微型LED，其包含依據本發明之第一態樣的LED，其中該發光區域具有小於100 μm之橫向尺寸。該微型LED可較佳地具有小於80 μm、70 μm、60 μm、50 μm、30 μm、25 μm、20 μm、15 μm、10 μm、5 μm、3 μm、1 μm、500 nm、200 nm、100 nm或50 nm之橫向尺寸。 微型LED陣列
在本發明之一第四態樣中，提供一種微型LED陣列，其包含複數依據本發明之第三態樣的微型LED。 綠光LED
依據本發明之一第五態樣，提供一種綠光發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與一p摻雜部份之間，該發光區域包含： 一發光層，其在電偏壓通過之情形下以在500與570 nm之間的一峰波長發光； 一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及 一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上， 其中該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔區域。
該綠光LED之發光區域可較佳地在電偏壓作用下以在500與570 nm之間、在電偏壓作用下以在510與555 nm之間或在電偏壓作用下以在520與540 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一綠光LED，該LED發光區域可為用於在450至520 nm或在470 nm與510 nm之間的一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在500與570 nm之間或在520與540 nm之間的一綠光波長。
在一綠光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.22 ≤ x ≤ 0.30，且以x=0.25為佳。
以上關於第一至第四態樣所述之特徵可同樣地應用於該綠光LED。 藍光LED
依據本發明之一第六態樣，提供一種藍光發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與一p摻雜部份之間，該發光區域包含： 一發光層，其在電偏壓通過之情形下以在450與500 nm之間的一峰波長發光； 一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及 一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上， 其中該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔區域。
該藍光LED之發光區域可在電偏壓作用下以在450與500 nm之間、在電偏壓作用下以在455與485 nm之間或在電偏壓作用下以在460與475 nm之間的一峰波長發光。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一藍光LED，該LED發光區域可為用於在400至445 nm或420至430 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在450與500 nm之間的一藍光波長。
在一藍光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.12 ≤ x ≤ 0.22或0.15 ≤ x ≤ 0.20。
以上關於第一至第四態樣所述之特徵可同樣地應用於該藍光LED。 製造方法
在本發明之一第七態樣中提供一種製造LED之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面增生： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與一p摻雜部份之間，該發光區域包含在電偏壓通過之情形下以在400與599 nm之間的一峰波長發光的一發光層。
或者，該方法可包含以下步驟：用比以前可能者高之一成長溫度在一III族-氮化物材料之多孔區域上面成長一LED結構。因為存在該III族-氮化物材料之多孔區域意味該半導體晶格被應變鬆弛，所以當成長該InGaN發光層時可使用比平常高之成長溫度來加入所需之銦。增生在該多孔區域上之LED結構可為一習知LED結構，但在這情形中使用該多孔模板有利地容許該等LED發光層，例如InGaN量子井(QW)增生在無孔基材上時可用比可能者高之一成長溫度成長。
在本發明之一第八態樣中提供一種製造LED之方法，其包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面增生： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與一p摻雜部份之間，該發光區域包含用於在385至555 nm之一峰波長發射的一發光層， 其中在該III族-氮化物材料之多孔區域上增生使該發光區域之發射波長在電偏壓作用下位移至400與599 nm之間的一峰波長。
在本發明之一第九態樣中提供一種製造LED之方法，該LED在電偏壓作用下具有在400 nm與599 nm之間的一峰發射波長，該方法包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面增生一LED結構，該LED結構包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，用於在比該LED之該峰發射波長小之一波長發射，其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長紅位移至該峰發射波長。
包括該n摻雜部份、該p摻雜部份及該發光區域之LED結構可為用於在比該LED之該峰發射波長小之一波長發射，使得該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長紅位移至該峰發射波長的一LED結構。
以下說明應用於本發明之第七、第八與第九態樣的方法。
該LED發光區域可為用於在低於該LED之所需峰發射波長15至80 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射光譜紅位移15至80 nm。
或者，該LED發光區域可為用於在低於該LED之所需峰發射波長15 nm至50 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之發射光譜紅位移15 nm至50 nm。
該LED發光區域可為當成長在一無孔GaN模板上時，適合發射或組配成發射各種不同峰波長之光的一LED發光區域。例如該LED發光區域可為所屬技術領域中具有通常知識者習知且組配成當成長在一習知無孔半導體模板上時發射藍光(例如，發射475 nm)的一發光區域。但是，藉由在一無孔模板上成長該「藍光」LED發光區域而形成依據本發明之一LED，該LED結構可經歷一紅位移使得該LED以比一般475 nm發射波長長之一波長發光。
例如，該LED發光區域係當未增生在一多孔III族-氮化物層上時，用於在520至555 nm、445至520 nm、400至445 nm或385至425 nm之一峰波長發射的一LED發光區域。但是，在該III族-氮化物材料之多孔區域上面成長該LED發光區域可使該發光區域之發射波長位移至比該發光區域之預期峰波長長的一峰發射波長。
在較佳實施例中，該發光層係一發光氮化銦鎵層。該LED亦較佳地包含一GaN材料之區域。由於GaN與InGaN間之晶格失配，由該多孔區域產生之應力鬆弛效應特別地有利。 橙光LED製造
該方法可為一製造橙光LED之方法，該橙光LED具有在電偏壓作用下在590 nm與599 nm之間的一峰發射波長。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一黃光LED，該LED發光區域可為用於在540至560 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在590與599 nm之間的一橙光波長。
在一橙光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.25 ≤ x ≤ 0.35。 黃光LED製造
該方法可為一製造黃光LED之方法，該黃光LED具有在電偏壓作用下在570 nm與589 nm之間或在電偏壓作用下在575與585 nm之間的一峰發射波長。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一黃光LED，該LED發光區域可為用於在520至540 nm或540至560 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在570與589 nm之間或575至585 nm的一黃光波長。
在一黃光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.25 ≤ x ≤ 0.35。 綠光LED製造
該方法可為一製造綠光LED之方法，該綠光LED具有在電偏壓作用下在500 nm與570 nm之間、在電偏壓作用下在510與555 nm之間或在電偏壓作用下在520與540 nm之間的一峰發射波長。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一綠光LED，該LED發光區域可為用於在450至520 nm或在470與540 nm之間的一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在495與570 nm之間或在520與540 nm之間的一綠光波長或一較長綠光波長。
在一綠光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.22 ≤ x ≤ 0.30，且以x=0.25為佳。 藍光LED製造
該方法可為一製造藍光LED之方法，該藍光LED具有在電偏壓作用下在450 nm與499 nm之間、在電偏壓作用下在450與485 nm之間或在電偏壓作用下在460與475 nm之間的一峰發射波長。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一藍光LED，該LED發光區域可為用於在400至450 nm或420至470 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至例如在450與499 nm之間的一藍光波長或一較長藍光波長。
在一藍光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.12 ≤ x ≤ 0.22或0.15 ≤ x ≤ 0.20。 紫光LED製造
該方法可為一製造紫光LED之方法，該紫光LED具有在電偏壓作用下在400與449 nm之間或在電偏壓作用下在410與430 nm之間的一峰發射波長。
為了當該LED結構增生在該多孔區域上面時提供一紫光LED，該LED發光區域可為用於在385至425 nm之一峰波長發射的一LED發光區域，且該III族-氮化物材料之多孔區域可使該發光區域之發射波長位移至400與449 nm之間。
在一紫光LED之一較佳實施例中，該發光層可具有組成In xGa 1-xN，其中0.05 ≤ x ≤ 0.17或0.07 ≤ x ≤ 0.12。 製造步驟
該n型區域、該發光區域及該p型區域(可稱為LED結構)係較佳地成長在包含該多孔區域之一半導體模板上面。該半導體模板亦可包含配置成為該LED結構之增生提供一適當基材的多數半導體材料層。
該方法可包含使一III族-氮化物材料層電化學地孔隙化以形成該III族-氮化物材料之多孔區域的一第一步驟。這可使用如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中揭示之一晶圓級孔隙化程序來達成。
該方法可較佳地包含藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔層形成該III族-氮化物材料之多孔區域，使得該III族-氮化物材料之無孔層形成一無孔中間層的步驟。該無孔中間層可為增生例如III族-氮化物材料之一或多個連接層的其他層有利地提供一平滑表面。
該多孔區域可藉由使在該基材上之一或多個III族-氮化物材料層或區域孔隙化來形成。該基材可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga 2O 3。該等基材之晶體方位可為極性、半極性或非極性方位。該基材厚度通常可在100 μm與1500 μm之間變化。
該多孔區域可為一多孔層，因此該方法包含以下步驟：在一III族-氮化物材料之多孔層上面形成：一n摻雜部份；一p摻雜部份；及一LED發光區域。較佳地，該多孔區域可為連續多孔且例如由一連續多孔III族-氮化物材料層形成的一多孔層。
該多孔區域可包括複數多孔層及任選之複數無孔層。在本發明之較佳實施例中，該多孔區域係一交替多孔及無孔層之堆疊物，且該堆疊物之頂面界定該多孔區域之頂部，並且該堆疊物之底面界定該多孔區域之底部。
或者，該多孔區域可為一III族-氮化物材料層，其包含一或多個多孔區域，例如一III族-氮化物材料之除多孔區域之外無孔的層中的一或多個多孔區域。
在較佳實施例中，該多孔區域或多孔層可具有等於成長該多孔層或區域的該基材之一橫向尺寸的一橫向尺寸(寬度或長度)。例如，習知基材晶圓大小可具有各種大小，例如1 cm 2、或2英吋、4英吋、6英吋、8英吋、12英吋或16英吋直徑。但是，藉由使相同層中不同電荷載子濃度之一或多個層及/或沈積區域圖案化，可形成未跨越整個基材之多個較小多孔區域。因此，該多孔層或區域之橫向尺寸可由大約一像素之1/10(例如0.1 μm)變化到該基材本身之橫向尺寸。
在該孔隙化步驟前，較佳地包含一層或層堆疊物的一n摻雜III族-氮化物半導體材料之摻雜區域可沈積在一基材上。該(等)III族-氮化物層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。該III族-氮化物堆疊物之厚度較佳地在10至4000 nm之間。該III族-氮化物區域可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的一摻雜濃度。
較佳地，一未摻雜III族-氮化物材料之中間層在它孔隙化前沈積在該摻雜材料上面。該中間層較佳地具有在1 nm與3000 nm之間且較佳在5 nm與2000 nm之間的一厚度。因為該中間層未摻雜，所以它在該孔隙化步驟後仍保持無孔，這為其他半導體層之磊晶層增生有利地提供一良好表面。
在較佳實施例中，該摻雜區域由一交替摻雜及未摻雜層之堆疊物構成。在較佳實施例中，該堆疊物包含5至50對間之層。各高摻雜層之厚度可在10 nm至200 nm之間變化且低摻雜或未摻雜層可具有5至180 nm之間的一厚度。
如所屬技術領域中習知地，電化學孔隙化由III族-氮化物材料之n型摻雜區域移除材料，且在該半導體材料中產生空孔隙。
在較佳實施例中，該LED結構係形成在一多數III族-氮化物材料多孔層之堆疊物上面。因此，該多孔區域可不是一III族-氮化物材料之單一多孔層，而是至少某些層為多孔的一III族-氮化物材料層之堆疊物。該多孔層之堆疊物可較佳地為一交替多孔及無孔層之堆疊物。
該方法可較佳地包含以下步驟：在一或多個III族-氮化物材料之連接層上增生該n摻雜區域、該LED發光區域及該p摻雜區域前，在該III族-氮化物材料之中間層的表面上沈積該連接層。
或者，在該多孔區域上面沒有無孔中間層時，該方法可包含以下步驟：在該III族-氮化物材料之多孔區域的表面上沈積一III族-氮化物材料之連接層。
該方法可包含以下其他步驟：在該連接層上增生該n摻雜區域、該LED發光區域及該p摻雜區域。
由該製造方法產生之LED較佳地係依據本發明之第一至第六態樣中之一態樣的一LED。
在此關於本發明之一態樣所述之特徵可同樣地應用於本發明之其他態樣。
圖1顯示適用於依據本發明之一LED的一多孔模板。
該多孔模板包含在一基材上的一III族-氮化物材料之多孔區域，且一III族-氮化物材料之無孔層配置在該多孔區域之頂面上面。或者，可在該基材與該多孔區域之間具有III族-氮化物材料之其他層。
如以下更詳細所述地，該多孔區域可藉由磊晶地成長一III族-氮化物材料之n摻雜區域且接著成長一III族-氮化物材料之未摻雜層及使用如國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中揭示之孔隙化程序使該n摻雜區域孔隙化來提供。
如上所述，這孔隙化在晶格中產生應變鬆弛，這意味其他半導體層之後續增生受益於其晶格中之減少壓力應變。
該多孔區域可包含一或多層一或多個III族-氮化物材料且可具有一範圍之厚度，而全部仍提供使增生在該多孔區域上方之InGaN發光層的波長位移的應變鬆弛好處。在較佳實施例中，該多孔區域可例如包含GaN及/或InGaN。
各種LED結構可增生在圖1所示之模板上面。
詳而言之，所屬技術領域中具有通常知識者習知之用於製造黃或綠光LED的包含InGaN發光層之LED結構可使用標準LED製造步驟增生在該多孔模板上。但是，當成長在該多孔模板上時，通常發射一第一波長之一LED結構發射一紅位移之較長波長。
依此方式，使用一III族-氮化物材料之多孔區域作為用於增生習知InGaN LED結構的一模板或準基材容許較長波長LED以一直接方式製成。
在一較佳實施例中，依據本發明之一LED包含以下層且可使用以下程序逐步地製造。
該LED結構之以下說明係有關於以由下向上之方式說明之頂發射架構，但本發明可同樣地應用於底發射架構。 圖2-基材與用於孔隙化之III族-氮化物層
使用一相容基材作為用於磊晶成長之一開始表面。該基材可為矽、藍寶石、SiC、β-Ga 2O 3、GaN、玻璃或金屬。該等基材之晶體方位可為極性、半極性或非極性方位。該基材可具有1 cm 2、2英吋、4英吋、6英吋、8英吋、12英吋、16英吋直徑及16英吋直徑以上之不同尺寸，且該基材可具有大於1 μm，例如在1 μm與15000 μm之間的一厚度。
III族-氮化物材料之一層或層堆疊物在該基材上磊晶地成長。該III族-氮化物層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(二元、三元或四元層)。
該III族-氮化物堆疊物的厚度T較佳地係至少10 nm、至少50 nm或至少100 nm，例如在10至10000 nm之間。
該III族-氮化物層包含具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間之一n型摻雜濃度的一摻雜區域。該III族-氮化物層亦可包含在該摻雜區域上面的一III族-氮化物材料之未摻雜「覆蓋」層。
該摻雜區域可終止在該III族-氮化物層之暴露上表面，在此情形中該層之該表面在電化學蝕刻時被孔隙化。
或者，該III族-氮化物材料之該摻雜區域被一III族-氮化物材料之未摻雜「覆蓋」層覆蓋，使得該摻雜區域係該半導體結構中之次表面。該摻雜區域之次表面開始深度(d)可例如在1至2000 nm之間。 圖3-對多孔區域之孔隙化
該III族-氮化物層(或層堆疊物)沈積在該基材上後，使它藉由如在國際專利申請案PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)中揭示之一晶圓級孔隙化程序來孔隙化。在這程序中，該III族-氮化物材料之摻雜區域成為多孔，而沒有任何III族-氮化物材料之未摻雜區域成為多孔。
該孔隙化步驟後，該結構因此包含仍有先前n摻雜III族-氮化物材料之一多孔區域及任選之覆蓋該多孔區域之一無孔中間層。
該等多孔層之孔隙化程度係藉由該電化學蝕刻程序控制且可在1%至99%孔隙度之間、較佳在20%至90%孔隙度之間或在30%至80%之間，但亦可使用更小或更大之孔隙度。
孔隙化後之多孔區域的厚度係較佳地大於1 nm、更佳地係大於10 nm且特佳地係至少40 nm、50 nm或100 nm。但是，獲得由該多孔區域提供之應變鬆弛好處所需的材料厚度可依據形成該多孔區域之III族-氮化物材料的種類改變。
由該孔隙化程序產生之多孔區域可為在整層中具有一均勻組成及一均勻孔隙度之一III族-氮化物材料的一整體層。或者，該多孔區域可包含不同組成及/或孔隙度之多數多孔材料層，因此形成一III族-氮化物材料之多孔堆疊物。例如，該多孔區域可為一多孔GaN之連續層、一多孔InGaN之連續層或包含一或多個多孔GaN層及/或一或多個多孔InGaN層之一堆疊物。本發明人發現用於增生之該多孔區域的應變鬆弛好處可在具有不同厚度、組成或層狀堆疊物之大範圍多孔區域獲得。
在圖中所示之實施例中，該多孔區域係一單一多孔層。
當在該摻雜區域上面有一III族-氮化物材料之未摻雜覆蓋層時，在下方摻雜區域之穿過表面孔隙化後，該未摻雜區域保持無孔。這無孔覆蓋層之厚度D可較佳地為至少2 nm、至少5 nm或至少10 nm且較佳5至3000 nm。在該摻雜區域上面提供一未摻雜覆蓋層有利地產生在孔隙化後覆蓋該多孔區域的一III族-氮化物材料之一無孔層。這無孔覆蓋層可有利地容許在該多孔區域上方更佳地增生其他材料。
當可在整個半導體晶圓上實行PCT/GB2017/052895(公開號為WO2019/063957)及PCT/GB2019/050213(公開號為WO2019/145728)之孔隙化方法時，不需要加工/圖案化/處理來準備用於孔隙化之模板。 圖4-連接層
形成該多孔層後，可在由該多孔層及該無孔覆蓋層提供之多孔模板/準基板上成長一III族-氮化物LED磊晶結構。
用於在該模板上成長該LED結構之第一層可稱為一連接層1。
雖然一LED磊晶結構可直接地成長在該無孔覆蓋層上，但最好在增生該LED結構前在該覆蓋層上面設置一連接層1。本發明人發現使用在該多孔區域與該LED磊晶結構之間的一III族-氮化物連接層1可有利地確保在該LED與該多孔模板/基材之間的一良好磊晶關係。這層之成長確保在該連接層頂部之後續增生平順且磊晶並且具有適當高品質。
該連接層1係由III族-氮化物材料形成且可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(二元、三元或四元層)。
該連接層可為一摻雜或未摻雜層。該連接層可選擇地摻雜適當n型摻雜劑材料，例如Si、Ge、C、O。該III族-氮化物層可具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3之間的一摻雜濃度。
該連接層之厚度較佳地係至少100 nm且可例如在100至10000 nm之間。 圖5-n摻雜區域
該連接層成長後，成長一整體n摻雜III族-氮化物區域2。
該n摻雜區域2可包含或由包含銦之一III族-氮化物層或有或無銦之一薄III族-氮化物層堆疊物構成，或成長銦之原子百分比在整個整體層或III族-氮化物層堆疊物中變化之該層或堆疊物。例如，該n摻雜區域可為一n-GaN層或一n-InGaN層，或者該n摻雜區域可為一n-GaN/n-InGaN交替層堆疊物或在交替層中具有不同銦量的一n-InGaN/n-InGaN交替層堆疊物。
較佳地，該n摻雜區域2包含銦，使得該n摻雜區域之結晶晶格具有與該LED中的InGaN發光層之晶格類似的晶格參數。該n摻雜區域中之銦原子百分比可例如在0.1至25%之間變化。
在較佳實施例中，n摻雜區域之銦含量係在該InGaN發光層之銦含量的20 at%內、15 at%內、10 at%內或5 at%內。這可有利地確保該n摻雜區域之晶格參數充分地類似該InGaN發光層之晶格參數以避免這些層間之過大應變。
該n摻雜區域之總厚度可為至少2 nm、至少5 nm、至少10 nm或至少20 nm。該n摻雜區域之厚度可例如在2 nm至5000 nm之間變化或甚至更厚。若該n摻雜區域包含一層堆疊物，則該堆疊物中之各獨立層的厚度係較佳地在1至40 nm之間。
該n摻雜區域較佳地具有在1×10 17cm -3至5×10 20cm -3間，較佳地在1×10 18cm -3至5×10 20cm -3間且特佳地大於1×10 18cm -3之一n型摻雜濃度。 圖6-發光區域
成長該n摻雜區域2後，可成長一底層、預成形層或預成形井(在圖6中未標示)以便釋放該(等)發光層中之應變。該底層可為一單一層或GaN、InGaN、GaN/InGaN或InGaN/InGaN之堆疊物/多數層。或者，該底層可具有類似InGaN QW/GaN量子障壁之一結構，但具有一較低銦比例。例如，在沈積具有比較高比例銦之發光層前，可成長由具有比該發光層低之一銦比例之一整體InGaN層構成的一底層。或者，該底層可採用具有比該發光層低之一銦比例的一InGaN「假」QW及一或多個GaN量子障壁的形式。
成長該n摻雜區域2及任選之該底層後，成長包含一InGaN發光層之一發光區域3。
該發光區域3可包含至少一InGaN發光層。各InGaN發光層可為一InGaN量子井(QW)。較佳地，該發光區域可包含1至7個間之量子井。相鄰量子井被具有與該等量子井不同之組成的III族-氮化物材料之障壁層分開。
該(等)發光層在本文件中可稱為「量子井」，但可採用各種不同形式。例如，該等發光層可為InGaN之連續層，或該等層可為連續、片段、間斷層，可包含間隙或可具有奈米結構使得該量子井有效地包含表現為量子點之複數3D奈米結構。
該等量子井及障壁係在600至800℃之一溫度範圍內成長。
各量子井由具有在15至40%間之原子銦百分比的一InGaN層構成。較佳地，該(等)發光氮化銦鎵層及/或該等量子井具有組成In xGa 1-xN，其中0.05 ≤ x ≤ 0.35，較佳為0.12 ≤ x ≤ 0.30或0.22 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.27。
各量子井層之厚度可在1.5至8 nm之間且較佳在1.5 nm與6 nm之間或在1.5 nm與4 nm之間。該等量子井可被一薄(0.5至3 nm)III族-氮化物QW覆蓋層覆蓋，該III族-氮化物QW覆蓋層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。
在QW成長後立即添加之層的該QW覆蓋層(若有的話)可為AlN、0.01至99.9%中之任一Al%的AlGaN、GaN、0.01至30%中之任一In%的InGaN。
分開該等發光層(量子井)之該等III族-氮化物QW障壁層可包含這些元素中之一者或一組合：Al、Ga、In(三元或四元層)。該QW障壁層可為AlN、0.01至99.9%中之任一Al%的AlGaN、GaN及0.01至15%中之任一In%的InGaN。較佳地，該QW障壁層包含AlN及/或AlGaN。
因為該(等)QW覆蓋層及QW障壁形成該發光區域3之一部分，所以這些層在圖中未用獨立符號表示。
該等QW覆蓋層可在各QW後但在該障壁成長前成長。例如，若一LED包含3個QW，則這些QW之各QW可增生一QW覆蓋層及接著一QW障壁層，使得該發光區域包含3個如此之QW覆蓋層及三個如此之QW障壁層。
1.可在與該QW相同之條件下成長該覆蓋層。
2.可在無成長之情形下升溫至較高溫度且使這覆蓋層成長(事實上這是一退火步驟)並且在此該升溫係在一不同氣體混合物中實行。
3.可在溫度上升期間升溫及成長。
該發光區域之設計可依據所屬技術領域中具有通常知識者非常了解且在LED設計中習知之參數來改變。例如，可依據該LED之目標EL發射波長，改變發光層及障壁層之組成、厚度及數目。如本申請案中先前所述地，當需要較長波長發射時，可增加InGaN發光層之銦含量。
如上所述，本發明可藉由在包含一多孔區域之一模板上面成長習知地在電偏壓作用下發射一第波長之一習知LED結構來提供。由該LED結構下方之多孔區域產生之應變鬆弛可在相同成長條件下將更多銦加入該(等)發光層，因此當相較於在相同條件下在一無孔基材上面成長之相同LED結構時，製得之LED的波長產生紅位移。因此可使用本發明獲得比在習知技術中可能獲得者更多樣的發射波長，且特別地可在更高InGaN成長溫度下獲得較長波長。這導致了在該LED中優異品質之晶體結構，因此產生較高性能之LED。
因為製造較長波長黃光、橙光或紅光LED之先前嘗試由於未加入足夠銦而失敗，所以對製造較長波長LED而言，該(等)發光層中之大量銦使該覆蓋層更為重要。因此覆蓋對確保有足夠銦存在該發光區域內是非常重要的。 圖7-覆蓋層
在該(等)發光層成長後，成長一未摻雜覆蓋層4。因為該未摻雜覆蓋層4係在完整發光區域成長後，例如在QW、QW覆蓋層及QW障壁層之堆疊物成長後形成，所以這層可稱為一發光區域覆蓋層。
該覆蓋層(發光區域覆蓋層)4係在用於III族-氮化物LED之成長架構中習知的一標準層。
該覆蓋層之厚度可在5至30 nm之間，較佳在5至25 nm或5至20 nm之間。
該未摻雜覆蓋層4之目的係保護該發光區域(QW堆疊物)中之銦及防止它在後續處理時脫附/蒸發。因為該InGaN QW通常在對GaN/AlGaN不利之較低溫度下成長，所以可在該發光區域上方成長其他層前通常需要一溫度升高步驟。該覆蓋層係用於確保該(等)InGaN發光層被適當地覆蓋及保護，因此有一機會及時窗來改變該p摻雜層成長條件以獲得更佳材料品質。該發光區域覆蓋層4亦確保無Mg摻雜物在成長p型層時進入該QW區域。 電子阻擋層(EBL)
在成長量子井、覆蓋及障壁層後，成長包含鋁之一電子阻擋層(EBL)5。該Al%可例如在5至25%之間，但亦可為更高Al含量。
用一適當p型摻雜材料摻雜該EBL。該EBL之p型摻雜濃度係較佳地在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。
該EBL之厚度可在10至50 nm之間，且以20 nm為佳。 圖8-p摻雜層
在該電子阻擋層(EBL)5上方成長一p摻雜層6。
較佳地用Mg摻雜該p型區域，且該p型層之p型摻雜濃度較佳地在5×10 18cm -3至8×10 20cm -3之間。
該p摻雜III族-氮化物層可包含In與Ga。
該摻雜層之厚度係較佳地在20至200 nm之間，特佳在50至100 nm之間。摻雜濃度在該p型層上各處可不同且可在該層朝向該LED表面的最後10至30 nm中具有摻雜濃度之一峰值以獲得較佳p接觸。
為了活化該p摻雜層中之Mg受子，該結構可在MOCVD反應器內或在一退火爐中退火。在N 2中或在N 2/O 2之環境中該退火溫度可在700至850℃之範圍內。
因為該EBL及該p摻雜層都被p型摻雜，所以這些層可稱為p摻雜區域。 圖9-透明導電層
用一透明導電層7覆蓋主動半導體層之堆疊物。該透明導電層可由Ni/Au、氧化銦錫、氧化銦鋅、石墨烯、Pd、Rh、銀、ZnO等或這些材料之一組合形成。
該透明導電層之厚度可在10至250 nm之間。
透明導電層在所屬技術領域中是習知的且可使用任何適當材料及厚度。
可能需要一退火步驟來產生該p接觸歐姆。 圖10
依據製成之LED結構，該半導體結構可被處理成LED、小型LED或微型LED。
一般LED通常比200μm(係指該LED結構之寬度及長度的橫向尺寸大。小型LED之橫向大小通常係100至200 μm，而微型LED之大小通常小於100 μm。
由圖10開始顯示將該半導體結構之層2至7蝕刻成各具有相同結構之多數獨立LED堆疊物或台面後的半導體結構。
LED製造之步驟係習知的且為所屬技術領域中具有通常知識者所熟知。對本發明而言，以下製造步驟之順序非特定且所屬技術領域中具有通常知識者可了解在本發明之範圍內的LED裝置可使用以下所示者之替代製造步驟來製備。但是，只是為了說明，以下說明依據本發明製備LED之一較佳製造行程。
在下一步驟中，建構該透明導電層7使得它只覆蓋該主動發射元件之頂面。該建構可使用包括抗蝕劑塗布及光微影之標準半導體處理方法來達成。該透明導電層係藉由使用濕式化學或一使用氬之濺鍍蝕刻程序來蝕刻。這步驟後進行該III族-氮化物結構之濕式或乾式蝕刻。使用一電感耦合反應離子蝕刻、只有反應離子蝕刻程序或中性束蝕刻在該III族-氮化物層中產生多個台面。該乾式蝕刻程序可包括Cl、Ar、BCl 3、SiCl 4氣體中之任一個或多個。
這步驟之目的係隔離該等個別發射元件及進接該p-n接面之埋入n摻雜層。
在該乾式蝕刻程序後進行一濕式蝕刻程序以便由該台面之側壁移除乾式蝕刻破壞。該濕式化學可包括KOH(1至20%)、TMAH或其他鹼化學。 圖11-鈍化
下一步驟係沈積一鈍化層8或一鈍化層之組合。該開始鈍化層可為Al 2O 3(10至100 nm)(藉由原子層沈積來沈積)，接著濺鍍或電漿加強化學蒸氣沈積SiO 2、SiN或SiON(50至300 nm)。
該Al 2O 3可在50至150℃之間沈積。
該SiO 2、SiN及SiON可在250至350℃之間沈積。
該濺鍍程序可在室溫下進行。 圖12至13
下一步驟係在該氧化物鈍化層8中產生通孔以暴露該LED結構之頂部。這可透過濕式、乾式蝕刻或兩者之一組合來達成。
就濕式緩衝氧化物蝕刻而言，可使用稀氫氟酸、磷酸或這些酸之一混合物。
亦在該等LED結構之間蝕刻通道穿過該連接層1，接著藉由在該等通道中沈積介電遮罩材料8使該等LED結構互相電氣地隔離，使得該等LED可互相獨立地操作。
裝置製造中之下一步驟係用金屬層9覆蓋該等p摻雜層6上之透明導電層7以作為電p接觸。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或部份地覆蓋該等像素。在這例子中使用一單一步驟來簡化細節。
該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。該完成金屬堆疊物之厚度可在200至2000 nm之間。 圖14-暴露連接層
可使用標準光微影技術在該第二遮罩層8中產生通孔以暴露該連接層1之複數區域。該等通孔之大小可在200 nm至50000 nm之間變化。該等通孔間之距離可在500 nm至30000 nm之間。該等通孔只在未被LED結構佔據的晶圓之區域中產生。
最好使用乾式蝕刻來使用氟基氣體蝕刻該第二遮罩層8。 圖15-n接觸
裝置製造中之下一步驟係藉由金屬接觸10覆蓋該氧化物8中之通孔以進接與該等LED結構之n摻雜層電接觸的連接層1。該覆蓋可藉由一單一步驟或多數步驟來達成。該等金屬可完全地或部份地覆蓋該等像素。在這例子中使用一單一步驟來簡化細節。
該金屬可包含Ti、Pt、Pd、Rh、Ni、Au。該完成金屬堆疊物之厚度可在200至2000 nm之間。 圖16至18
這處理後，可使該基材薄化及/或可移除該多孔區域使該連接層1暴露。
在該基材上且在該多孔區域或層1可進行表面結構化或粗化以增加光輸出且控制該發射角度及其他光學工程及設計。
最後，可將該晶圓/裝置翻轉且結合在可為矽/藍寶石或任一種作為被動裝置者之另一載體基材，或者可將該等裝置結合在用於主動矩陣微型LED顯示面板之一CMOS矽底板上。
如圖16所示，可將該裝置之頂側結合在另一載體晶圓/基材/底板11或一微驅動電路板上以形成一像素之陣列。
如圖17所示，接著可由該裝置移除該基材，且可將該裝置之底側可結合在一蓋玻璃或透明材料12上。
如圖18所示，可由該裝置移除該基材及該多孔與無孔區域。該裝置之頂側可結合在另一載體晶圓/基材/底板11或一微驅動電路板上以形成一像素之陣列。該裝置之底側可結合在一蓋玻璃或透明材料12上。
所屬技術領域中具有通常知識者可了解的是該等獨立LED結構之發射波長可藉由依據LED構造之習知原理改變該等LED結構之組成及層結構來控制。因此可使用本發明提供在不同發射波長範圍內發射之各種可變波長LED裝置，且可提供綠至紅以外之顏色組合。 圖19至23
圖19顯示在一多孔層上面之一InGaN LED的一例子，其由於由該多孔區域產生之波長紅位移而發射大約625 nm之一峰波長。
圖20與21比較一無孔基材(圖20)上之一InGaN LED與在包含一III族-氮化物材料之多孔層的一模板上成長的相同InGaN LED的發射特性。這兩個圖之比較證明朝向由該多孔底層產生之較長發射波長的位移，因為該多孔模板上之LED的發射波長係比該無孔模板上之相同LED的發射波長一致地長21 nm與45 nm之間。
圖22與23比較一無孔基材(圖22)上之一黃光InGaN微型LED與在包含一多孔層之一模板上的紅光InGaN微型LED的I-V特性。 圖24A至24C
圖24A至24C之實驗係對晶圓上晶片(CoW)LED實行以測試藍光、綠光及黃光波長之波長位移。
圖24A至C係發光強度或亮度對由一晶圓上晶片微型LED之陣列發射之峰EL發射波長的圖。圖24A至C係由組配成發射在400 nm與600 nm之間的各種EL波長的LED獲得，顯示本發明之紅位移效應係通過具有不同發射波長之大範圍LED獲得。
在圖24A中，測試在GaN及平坦藍寶石基材(FSS)上成長之一標準450 nm LED A且發現在電偏壓作用下主要在440至450 nm之範圍中發光。LED A之資料係顯示在圖24A中之粉紅色資料點中。
在一無孔GaN模板上成長已知以大約420 nm發光之一LED結構LED B。如圖19A所示，LED B在電偏壓作用下以大約425至425 nm發光。LED B之資料係顯示在圖24A中之深紅色資料點中。
為了說明由本發明提供之波長紅位移，在包含一多孔GaN區域之一模板上成長具有與LED B相同之LED結構的LED C。LED C之資料係顯示在圖24A中之綠色資料點中。選擇LED B(在一無孔基材上發射大約420 nm之一峰波長)作為用於達成為一LED C提供在430至450 nm範圍內之一峰EL發射波長之目標的一適當LED結構，使得LED C增生在該多孔模板上時在可見光譜之紫光區域中發光。
LED B與C具有相同LED結構(相同主動區域及n與p型區域)且在相同磊晶成長操作中在相同成長條件下成長。但是，如圖24A所示，LED C形成在一多孔區域上面之事實導致發射行為之明顯差異。首先，相較於420 nm，多孔GaN上之LED C在430至445 nm的範圍中發射比LED B長的波長。在該多孔區域上面之增生因此對在該陣列中之LED造成平均大約10至25 nm之一波長紅位移。其次，由於增生在該應變鬆弛多孔區域上面之半導體層的改良品質，在一多孔GaN模板而非一無孔模板上面形成LED C導致LED發射強度明顯增加。
在圖24B中，一標準綠光LED「D」成長在一無孔GaN模板上，且發現在電偏壓作用下主要在510至530 nm之範圍中發光。LED D之資料係顯示在圖24B中之綠色資料點中。
相同綠光LED結構增生在包含一多孔GaN層之一類似GaN模板上以形成LED E。LED E之資料係顯示在圖19B中之深紅色資料點中。由於增生在該應變鬆弛多孔區域上面之半導體層的改良品質產生的紅位移，相較於LED D之520 nm發射波長，發現LED E以平均540至560 nm之較長波長發光。
圖24C顯示LED F之比較資料，該LED F係已知在電偏壓作用下以大約540至560 nm發光之一LED結構。LED F之資料係顯示在圖24C中之藍色資料點中。
為了說明由本發明提供之波長紅位移，在包含一多孔GaN區域之一模板上成長具有與LED F相同之LED結構的LED G。LED G之資料係顯示在圖24C中之暗紅色資料點中。選擇LED F(在一無孔基材上發射大約540至560 nm之一峰波長)作為用於達成為一LED G提供在550至570 nm範圍內之一峰EL發射波長之目標的一適當LED結構，使得LED G增生在該多孔模板上時在可見光譜之綠光區域中發光。
LED F與G具有相同LED結構(相同主動區域及n與p型區域)且在相同磊晶成長操作中在相同成長條件下成長。但是，如圖24C所示，LED G形成在一多孔區域上面之事實意味相較於540至560 nm，多孔GaN上之LED G在550至570 nm的範圍中發射比LED F長的波長。因為由該多孔區域產生之應變鬆弛容許LED G在相同成長條件下加入比LED F多之銦，所以LEG G產生較長波長發射。
1:連接層 2:n摻雜區域 3:發光區域 4:未摻雜覆蓋層 5:電子阻擋層(EBL) 6:p摻雜層 7:透明導電層 8:鈍化層；第二遮罩層 9:金屬層 10:金屬接觸 11:另一載體晶圓/基材/底板 12:蓋玻璃或透明材料 A,B,C,D,E,F,G:LED D,T:厚度 d:深度
以下參照圖說明本發明之實施例，其中： 圖1顯示適用於依據本發明之一LED的一多孔模板； 圖2至18顯示製造依據本發明一較佳實施例之一LED的步驟； 圖19係對在一多孔區域上面之一InGaN LED而言，標準化電致發光(EL)強度對波長的圖； 圖20係對在一無孔基材上之一InGaN LED而言，在不同電流引入時標準化電致發光(EL)強度對波長的圖； 圖21係對成長在一多孔區域上面之與圖15相同的InGaN LED而言，在不同電流引入時標準化電致發光(EL)強度對波長的圖； 圖22係對在一無孔基材上之不同像素大小的InGaN微型LED測得的一I-V曲線，且該插入影像顯示黃光發射； 圖23係對在一多孔基材上之不同像素大小的InGaN微型LED測得的一I-V曲線，且該插入影像顯示紅光發射； 圖24A係比較成長在不同模板上之三種LED的強度對EL波長的圖； 圖24B係比較成長在不同模板上之三種LED的強度對EL波長的圖； 圖24C係比較成長在不同模板上之兩種LED的強度對EL波長的圖。
1:連接層
2:n摻雜區域
3:發光區域
4:未摻雜覆蓋層
5:電子阻擋層(EBL)
6:p摻雜層
7:透明導電層
8:鈍化層；第二遮罩層
9:金屬層
10:金屬接觸
11:另一載體晶圓/基材/底板
12:蓋玻璃或透明材料

Claims (61)

  1. 一種發光二極體(LED)，其包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，其設置在該n摻雜部份與p摻雜部份之間，該發光區域包含： 一發光層，其在電偏壓通過之情形下以在400與599 nm之間的一峰波長發光； 一III族-氮化物層，其設置在該發光層上；及 一III族-氮化物障壁層，其設置在該III族-氮化物層上， 其中該發光二極體包含一III族-氮化物材料之多孔區域。
  2. 如請求項1之LED，其中該發光二極體包含選自於以下者中之至少一特徵： (a)該發光區域包含一、二、三、四、五、六、七或八個量子井(或至少一量子井)；或 (b)該III族-氮化物層包含一氮化鋁鎵層，其具有組成In yGa (1-y)N，其中y在0.1至1.0之範圍內；或 (c)一發射UV或藍光之InGaN/GaN或InGaN/InGaN超晶格或InGaN層係設置在該n摻雜部份與該發光區域之間。
  3. 如請求項1或2之LED，其中該LED發光區域係用於在比該LED之峰波長小之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長位移至一較長峰發射波長。
  4. 如請求項3之LED，其中該LED發光區域係用於在低於該LED之該峰發射波長15至80 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移15至80 nm。
  5. 如請求項3之LED，其中該LED發光區域係用於在低於該LED之該峰發射波長30至50 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移30至50 nm。
  6. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該LED係一橙光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在590與599 nm之間或在592與597 nm之間的一峰波長發光。
  7. 如請求項6之LED，其中該LED發光區域係用於在540至575 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長位移至590與599 nm之間。
  8. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該LED係一黃光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在570與589 nm之間或在580與585 nm之間的一峰波長發光。
  9. 如請求項8之LED，其中該LED發光區域係用於在520至575 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長位移至570與589 nm之間。
  10. 如請求項8或9之LED，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.25 ≤ x ≤ 0.35，且其中該LED係一黃光LED。
  11. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該LED係一綠光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在500與569 nm之間、在電偏壓作用下以在510與555 nm之間或在電偏壓作用下以在520與540 nm之間的一峰波長發光。
  12. 如請求項11之LED，其中該LED發光區域係用於在450至520 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長位移至500與569 nm之間。
  13. 如請求項11或12之LED，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.22 ≤ x ≤ 0.30且以x=0.25為佳，且其中該LED係一綠光LED。
  14. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該LED係一藍光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在450與499 nm之間或在460與490 nm之間或在電偏壓作用下以在470與480 nm之間的一峰波長發光。
  15. 如請求項14之LED，其中該LED發光區域係用於在400至450 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長位移至450與499 nm之間。
  16. 如請求項14或15之LED，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.12 ≤ x ≤ 0.22且其中該LED係一藍光LED。
  17. 如請求項1至5中任一項之LED，其中該LED係一紫光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在400與449 nm之間、在400與445 nm之間或在410與440 nm之間的一峰波長發光。
  18. 如請求項17之LED，其中該LED發光區域係用於在385至425 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長位移至400與449 nm之間。
  19. 如請求項17或18之LED，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.05 ≤ x ≤ 0.17且其中該LED係一紫光LED。
  20. 如請求項1至19中任一項之LED，其中該LED用等於或小於50 nm、等於或小於40 nm、等於或小於30 nm或等於或小於20 nm之一FWHM發光，較佳地其中該LED具有20至40 nm之一FWHM。
  21. 如請求項1至20中任一項之LED，其中該發光層係一發光氮化銦鎵層。
  22. 如請求項1至21中任一項之LED，其中該多孔區域具有至少1 nm，較佳至少10 nm且特佳至少50 nm之一厚度。
  23. 如請求項1至22中任一項之LED，其中該LED包含位在該n摻雜部份與該多孔區域之間的一III族-氮化物材料之連接層，較佳地其中該連接層之厚度係至少100 nm。
  24. 如請求項23之LED，其包含位在該多孔區域與該連接層之間的一III族-氮化物材料之無孔中間層。
  25. 如請求項1至24中任一項之LED，其中該n摻雜部份包含一n摻雜III族-氮化物層，較佳地其中該n摻雜部份包含n-GaN、或n-InGaN、或一n-GaN/n-InGaN交替層之堆疊物、或包含不同銦濃度的一n-InGaN/n-InGaN交替層之堆疊物。
  26. 如請求項1至25中任一項之LED，其中該n摻雜部份包含一單晶n摻雜III族-氮化物部份，較佳地其中該n摻雜部份包含具有一平坦頂面之一單晶n摻雜III族-氮化物層。
  27. 如請求項26之LED，其中該多孔區域及在該多孔區域與該單晶n摻雜III族-氮化物層間之各層係平坦層，該等平坦層具有與該單晶n摻雜III族-氮化物層之該平坦頂面平行的個別頂面及個別底面。
  28. 如請求項1至27中任一項之LED，其中該發光區域包含一或多個量子井，且較佳地包含在1與7個之間的量子井。
  29. 如請求項1至28中任一項之LED，其中該發光層係一奈米結構層，該奈米結構層包含例如量子點、片段量子井或不連續量子井之量子結構。
  30. 如請求項28或29之LED，其中該發光層係一發光氮化銦鎵層，且該發光氮化銦鎵層及/或該等量子井具有組成In xGa 1-xN，其中0.15 ≤ x ≤ 0.35，較佳為0.20 ≤ x ≤ 0.30或0.22 ≤ x ≤ 0.30且特佳為0.22 ≤ x ≤ 0.27。
  31. 如請求項1至30中任一項之LED，其中該LED包含在該發光層與該p摻雜部份之間的一III族-氮化物材料之覆蓋層。
  32. 如請求項1至31中任一項之LED，其中該p摻雜部份包含一p摻雜III族-氮化物層及位在該p摻雜III族-氮化物層與該發光區域之間的一p摻雜氮化鋁鎵層。
  33. 如請求項32之LED，其中該p摻雜氮化鋁鎵層係在該覆蓋層與該p型層之間的一電子阻擋層(EBL)，其中該電子阻擋層包含5至25 at%之鋁，較佳地其中該電子阻擋層具有在10至50 nm之間的一厚度。
  34. 如請求項1至33中任一項之LED，其中該多孔區域不是分布式布拉格反射器(DBR)之一部份。
  35. 如請求項1至34中任一項之LED，其中該發光區域具有大於100 μm且小於200 μm之橫向尺寸。
  36. 如請求項1至34中任一項之LED，其中該發光區域具有小於100 μm之橫向尺寸。
  37. 一種LED陣列，其包含複數如請求項1至36中任一項之LED。
  38. 一種製造LED之方法，該LED在電偏壓作用下具有在400 nm與599 nm之間的一峰發射波長，該方法包含以下步驟： 在一III族-氮化物材料之多孔區域上面增生一LED結構，該LED結構包含： 一n摻雜部份； 一p摻雜部份；及 一發光區域，用於在比該LED之該峰發射波長小之一波長發射，其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長紅位移至該峰發射波長。
  39. 如請求項38之方法，其中該LED發光區域係用於在低於該LED之該峰發射波長15至80 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移15至80 nm。
  40. 如請求項38之方法，其中該LED發光區域係用於在低於該LED之該峰發射波長30至50 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移30至50 nm。
  41. 如請求項38、39或40之方法，其中該LED係一橙光LED，該橙光LED具有在電偏壓作用下在590與599 nm之間或在電偏壓作用下在595與599 nm之間的一峰發射波長。
  42. 如請求項41之方法，其中該LED發光區域係用於在520至580 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長紅位移。
  43. 如請求項38、39或40之方法，其中該LED係一黃光LED，該黃光LED具有在電偏壓作用下在570與589 nm之間或在電偏壓作用下在575與585 nm之間的一峰發射波長。
  44. 如請求項43之方法，其中該LED發光區域係用於在520至560 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該發射波長紅位移。
  45. 如請求項43或44之方法，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.25 ≤ x ≤ 0.35，且其中該LED係一黃光LED。
  46. 如請求項38、39或40之方法，其中該LED係一綠光LED，該綠光LED具有在電偏壓作用下在500與569 nm之間、在電偏壓作用下在510與555 nm之間或在電偏壓作用下在520與540 nm之間的一峰發射波長。
  47. 如請求項46之方法，其中該LED發光區域係用於在450至560 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移。
  48. 如請求項46或47之方法，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.22 ≤ x ≤ 0.30且以x=0.25為佳，且其中該LED係一綠光LED。
  49. 如請求項38、39或40之方法，其中該LED係一藍光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在450與499 nm之間、在電偏壓作用下以在455與495 nm之間或在電偏壓作用下以在460與480 nm之間的一峰波長發光。
  50. 如請求項49之方法，其中該LED發光區域係用於在400至450 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移。
  51. 如請求項49或50之方法，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.18 ≤ x ≤ 0.25且其中該LED係一藍光LED。
  52. 如請求項38、39或40之方法，其中該LED係一紫光LED且該發光區域在電偏壓作用下以在400與449 nm之間或在電偏壓作用下以在410與435 nm之間的一峰波長發光。
  53. 如請求項52之方法，其中該LED發光區域係用於在385至425 nm之一峰波長發射的LED發光區域，且其中該III族-氮化物材料之多孔區域使該發光區域之該峰發射波長紅位移。
  54. 如請求項52或53之方法，其中該發光層具有組成In xGa 1-xN，其中0.15 ≤ x ≤ 0.22且其中該LED係一紫光LED。
  55. 如請求項38至54中任一項之方法，其中該LED用等於或小於50 nm、等於或小於40 nm或等於或小於30 nm之一FWHM發光，較佳地其中該LED具有20至40 nm之一FWHM。
  56. 如請求項38至55中任一項之方法，其包含使一III族-氮化物材料層電化學地孔隙化以形成該III族-氮化物材料之多孔區域的一第一步驟。
  57. 如請求項56之方法，其包含以下步驟：藉由電化學孔隙化穿過一III族-氮化物材料之無孔區域形成該III族-氮化物材料之多孔區域，使得該III族-氮化物材料之無孔層形成一無孔中間層。
  58. 如請求項57之方法，其包含以下步驟：在增生該n摻雜區域、該LED發光區域及該p摻雜區域前，在該III族-氮化物材料之中間層的表面上沈積一或多個III族-氮化物材料之連接層。
  59. 如請求項56之方法，其包含以下步驟：在該III族-氮化物材料之多孔區域的表面上沈積一III族-氮化物材料之連接層。
  60. 如請求項58或59之方法，其包含以下步驟：在該連接層上增生該n摻雜區域、該LED發光區域及該p摻雜區域。
  61. 如請求項38至60中任一項之方法，其中該LED係如請求項1至37中任一項之LED。
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