(57)【要約】  レーザー光を使用して、ＬＥＤのガリウム半導体層の表面を改質する。レーザーのパラメータは、レーザーが所望の形でガリウム半導体層と相互作用して、所望の表面特性をもたらすように選択される。例えば、特定の表面粗さが望ましい場合、レーザー光の出力は、レーザー光が所望の表面粗さに合致する深さまでガリウム半導体層に進入するように選択される。同じ原理を、ＬＥＤのガリウム半導体層上のトレンチ、ピット、レンズ、およびミラーなどのフィーチャを作成するプロセスでも適用することができる。レーザープロジェクタは、ガリウム半導体層のある領域を照射して、金属ガリウムの領域を作成するように操作される。所望の表面粗さおよび様々なフィーチャは、有利には、ＬＥＤのビーム平行度、光抽出、および他の性質を改善することができる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード（ＬＥＤ）のガリウム半導体層の発光面に対する所望の粗さを決定することと、
レーザー光が前記ガリウム半導体層の前記発光面上に投射されたとき、前記所望の厚さを達成する、前記レーザー光の出力を含む前記レーザー光の１つまたは複数のレーザーパラメータを決定することと、
レーザープロジェクタを操作して、前記決定されたレーザーパラメータを有するレーザー光を前記ガリウム半導体層の前記発光面上に適用することであって、前記ガリウム半導体層の一部分が前記レーザー光を吸収して、前記発光面に金属ガリウム層を形成する、レーザー光を前記ガリウム半導体層の前記発光面上に適用することと、
前記金属ガリウム層を除去して、前記所望の粗さを有する発光面を露出させることと、を含む、方法。
【請求項２】
前記ガリウム半導体層が窒化ガリウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザープロジェクタがパルス紫外（ＵＶ）レーザー光を投射する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記ガリウム半導体層が、前記ガリウム半導体層を成長させた成長基板上に付着した状態で、前記レーザープロジェクタが操作され、前記レーザー光が、前記成長基板を通して前記ガリウム半導体層の前記発光面に伝達され、前記方法が更に、前記ガリウム半導体層および前記成長基板を剥がすために前記金属ガリウム層を溶融することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記所望の粗さが３ｎｍから７ｎｍの算術平均偏差である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記所望の粗さが９５０ｎｍから１０５０ｎｍの算術平均偏差である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
ガリウム半導体層を備える発光ダイオード(ＬＥＤ）であって、
前記ガリウム半導体層の発光面に対する所望の粗さを取得することと、
レーザー光が前記ガリウム半導体層の前記発光面上に投射されたとき、前記所望の厚さを達成する、前記レーザー光の出力を含む前記レーザー光の１つまたは複数のレーザーパラメータを決定することと、
レーザープロジェクタを操作して、前記決定されたレーザーパラメータを有するレーザー光を前記ガリウム半導体層の前記発光面上に適用することであって、前記ガリウム半導体層の一部分が前記レーザー光を吸収して、前記発光面に金属ガリウム層を形成する、レーザー光を前記ガリウム半導体層の前記発光面上に適用することと、
前記金属ガリウム層を除去して、前記所望の粗さを有する発光面を露出させることと、を含むプロセスによって製造される、発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項８】
発光ダイオード(ＬＥＤ）のガリウム半導体層の発光面におけるフィーチャと関連付けられた所望の深さを決定することと、
レーザー光が前記ガリウム半導体層の前記発光面上に投射されたとき、前記フィーチャと関連付けられた前記所望の深さを有する前記ガリウム半導体層の陥凹領域を形成する、レーザープロジェクタから放射される前記レーザー光の１つまたは複数のレーザーパラメータを決定することと、
前記決定されたレーザーパラメータに従って、前記ガリウム半導体層の前記発光面上に前記レーザー光を適用するように、前記レーザープロジェクタを操作することであって、前記ガリウム半導体層の一部分が前記レーザー光を吸収して、前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域および前記陥凹領域内の金属ガリウム層を形成する、前記レーザープロジェクタを操作することと、を含む、方法。
【請求項９】
前記フィーチャが前記金属ガリウム層を備える環状ミラーフィーチャであり、前記金属ガリウム層が環状形状を有する、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記金属ガリウム層を前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域から除去することを更に含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記フィーチャが、前記ガリウム半導体層の前記発光面におけるリング状のトレンチである、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記フィーチャが、前記ガリウム半導体層の前記発光面におけるピットフィーチャであり、前記ピットフィーチャが放物型の側面と平らな底面とを有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記金属ガリウム層を前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域から除去した後、コーティングを前記ガリウム半導体層に塗布することを更に含む、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記金属ガリウム層を前記陥凹領域から除去することによって凹状のピットを露出させ、前記コーティングの第１の表面が前記凹状のピットと接触しているとともに凸形状を有し、前記コーティングの、前記第１の表面とは反対側の第２の表面が平らな形状を有し、前記フィーチャが、前記コーティングを含む平凸レンズである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記金属ガリウム層を前記陥凹領域から除去することによって凹状のピットを露出させ、前記コーティングの第１の表面が前記凹状のピットと接触しているとともに凸形状を有し、前記コーティングの、前記第１の表面とは反対側の第２の表面が凸形状を有し、前記フィーチャが、前記コーティングを含む両凸レンズである、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
フィーチャを有するガリウム半導体層を備える発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）であって、
前記ＬＥＤのガリウム半導体層の発光面におけるフィーチャと関連付けられた所望の深さを決定することと、
レーザー光が前記ガリウム半導体層の前記発光面上に投射されたとき、前記フィーチャと関連付けられた前記所望の深さを有する前記ガリウム半導体層の陥凹領域を形成する、レーザープロジェクタから放射される前記レーザー光の１つまたは複数のレーザーパラメータを決定することと、
前記決定されたレーザーパラメータに従って、前記ガリウム半導体層の前記発光面上に前記レーザー光を適用するように、前記レーザープロジェクタを操作することであって、前記ガリウム半導体層の一部分が前記レーザー光を吸収して、前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域および前記陥凹領域内の金属ガリウム層を形成する、前記レーザープロジェクタを操作することと、を含むプロセスによって製造される、発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ  ｅｍｉｔｔｉｎｇ  ｄｉｏｄｅ）。
【請求項１７】
前記プロセスが、
前記金属ガリウム層を前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域から除去することを更に含む、請求項１６に記載のＬＥＤ。
【請求項１８】
前記プロセスが、
前記金属ガリウム層を前記ガリウム半導体層の前記陥凹領域から除去した後、コーティングを前記ガリウム半導体層に塗布することを更に含む、請求項１７に記載のＬＥＤ。
【請求項１９】
前記金属ガリウム層を前記陥凹領域から除去することによって凹状のピットを露出させ、前記コーティングの表面が前記凹状のピットと接触しているとともに凸形状を有し、前記フィーチャが前記コーティングを含むレンズである、請求項１８に記載のＬＥＤ。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本開示は、発光ダイオードの製造に関する。
【０００２】
ディスプレイは、ユビキタスであり、多くのウェアラブル電子デバイス、スマートフォン、タブレット、ラップトップ、デスクトップ、テレビ、および他の表示システムのコア部品である。多くのディスプレイは発光ダイオード（ＬＥＤ）のアレイを含む。ＬＥＤは、半導体層を基板上に成長させることによって製造することができる。しかしながら、ＬＥＤを製造する従来の方法では、光抽出または光線平行度が適切でないＬＥＤがもたらされることがある。
【発明の概要】
【０００３】
実施形態は、ＬＥＤの光抽出性を改善することに関する。例えば、レーザー光を使用して、ＬＥＤのガリウム半導体層の発光面および近傍領域を改質して、ＬＥＤのガリウム半導体層の光抽出効率を改善することができる。ガリウム半導体層とは、ガリウム系材料を含むＬＥＤのエピタキシャル層を指す。ガリウム半導体層は、ＬＥＤのクラッド層であってもよく、ガリウム半導体層の第１の面は、光を放射する活性層（例えば、多重量子井戸）に面し、またはガリウム半導体層の第１の面とは反対側の第２の面は、ＬＥＤの発光面を含む。
【０００４】
ガリウム半導体層は、光を局所的に吸収し、金属ガリウムとガスとに分離することによって、紫外（ＵＶ）レーザー光などのレーザー光に応答する。金属ガリウムは、洗浄プロセス（例えば、酸洗浄）を使用してＬＥＤから簡単に除去することができ、または光抽出を向上させるミラーフィーチャとして役立つようにＬＥＤ上に残すことができる。ガス（例えば、ガリウム半導体層がＧａＮを含む場合はＮ２）は、ＬＥＤから蒸発する。レーザープロジェクタは、レーザー光をガリウム半導体層の（例えば、発光）表面に投射して、ガリウム半導体層の所望の表面特性を達成する。レーザー光がガリウム半導体層上に投射されると、レーザー光はガリウム半導体層の表面をアブレーションして、金属ガリウムの層を形成する。一実施形態では、レーザー光は、ＬＥＤを成長させた成長基板からＬＥＤを分離するレーザー剥離プロセスの一部として、ガリウム半導体層上に投射される。
【０００５】
レーザー光のパラメータは、レーザーが所望の形でガリウム半導体層と相互作用して、所望の表面特性をもたらすように選択される。例えば、特定の表面粗さが望ましい場合、レーザー光の出力は、レーザー光が所望の表面粗さに合致する深さまでガリウム半導体層に進入するように選択される。低出力のレーザー光は、進入深さは浅いが均一度が高く、作成される金属ガリウムは、厚さは薄いがより平滑であり、高出力のレーザー光は、進入深さは深いが均一度が低く、作成される金属ガリウムは、厚さは厚いがより粗い。レーザー光がガリウム半導体層の表面上に投射された後、金属ガリウムの層を除去して、所望の表面粗さを有する表面を露出させる。
【０００６】
発光表面の異なるレベルの表面粗さによって異なる利点がもたらされる。例えば、より平滑な表面（低出力のレーザー光で作られる）は、ＬＥＤ光出力の平行度を改善することができる。一方、より粗い表面（高出力のレーザー光で作られる）は、ＬＥＤの光抽出効率を改善する。例えば、平坦な表面は、発光面を通して伝達される方向付けられた光の平行度は増加するが光抽出は減少するような臨界角をもたらし、より粗い表面は、方向付けられた光の光抽出は増加するが平行度は減少するように伝達する複数の臨界角を含む。このように、所望の抽出効率および平行度を達成するように、発光面の粗さを調節してもよい。
【０００７】
レーザー光を使用したガリウム半導体層の変換は、ＬＥＤのガリウム半導体層の発光面上にトレンチ、ピット、レンズ、およびミラーなどのフィーチャを作成するプロセスで適用することもできる。レーザープロジェクタは、ガリウム半導体層のある領域を照射して、金属ガリウムの領域を作成するように操作される。ミラーフィーチャを作成するには、ガリウム半導体層を照射することによって作成された金属ガリウムがガリウム半導体層上に残される。金属ガリウムは、ＬＥＤによって放射された光を反射するミラーとして作用する。ミラーフィーチャは、ビーム平行度または光抽出を改善する形で光を反射するように整形することができる。例えば、環状ミラーフィーチャ（即ち、金属ガリウムの環状領域）は、フィーチャがなければ比較的広角でＬＥＤから放射されるであろう光線を反射することによって、ビーム平行度を改善する。
【０００８】
トレンチおよびピットなどのフィーチャは、ガリウム半導体層のある領域を照射し、次に作成された金属ガリウムを除去することによって、ＬＥＤのガリウム半導体層にエッチングすることができる。例えば、円形トレンチは、リング状の領域を照射し、金属ガリウムのリング状の領域を除去することによって、ガリウム半導体層にエッチングすることができる。円形トレンチは、ＬＥＤの光抽出を、トレンチに囲まれた円形領域に集中させることができる。
【０００９】
レンズフィーチャは、ガリウム半導体層に凹状のピットをエッチングし、次に比較的屈折率が高いコーティングをガリウム半導体層上に堆積させることによって作成することができる。結果として、コーティングの一方の面はガリウム半導体層と接触するので、凹状のピットと接触している部分は凸面を有する。コーティングは、他方の表面が平面または凸状（もしくは他の何らかの形状）であるように塗布することができる。他方の面が平面である場合、コーティングは平凸レンズフィーチャを形成する。他方の面が凸状である場合、コーティングは両凸レンズフィーチャを形成する。このようにして作成されるレンズフィーチャは、同様に、ＬＥＤの光抽出およびビーム平行度を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一実施形態による、ディスプレイアセンブリシステムを示すシステム図である。
【図２Ａ】一実施形態による、マイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）の概略断面図である。
【図２Ｂ】一実施形態による、マイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）の概略断面図である。
【図２Ｃ】一実施形態による、マイクロＬＥＤ（μＬＥＤ）の概略断面図である。
【図３】一実施形態による、μＬＥＤの単純化した概略図である。
【図４】一実施形態による、低出力レーザーを使用して、より平滑な表面をガリウム半導体層上に作成する操作を示す図である。
【図５】一実施形態による、高出力レーザーを使用して、より粗い表面をガリウム半導体層上に作成する操作を示す図である。
【図６】一実施形態による、ガリウム半導体層上に所望の粗さを有する表面を作成するレーザー操作のプロセスを示すフローチャートである。
【図７Ａ−Ｃ】一実施形態による、ガリウム半導体層にエッチングすることができる円形トレンチの一例を示す図である。
【図８】様々な実施形態による、ガリウム半導体層にエッチングすることができるピットフィーチャの例を示す図である。
【図９】様々な実施形態による、ガリウム半導体層にエッチングすることができるレンズフィーチャの例を示す図である。
【図１０】様々な実施形態による、ガリウム半導体層にエッチングすることができるレンズフィーチャの例を示す図である。
【図１１Ａ−Ｂ】一実施形態による、ガリウム半導体層に作成することができる環状ミラーフィーチャの一例を示す図である。
【図１２】一実施形態による、ガリウム半導体層に作成することができる別のタイプのミラーフィーチャの一例を示す図である。
【図１３】一実施形態による、ＬＥＤのガリウム半導体層に１つまたは複数のフィーチャを作成するレーザー操作のプロセスを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面は、単に例証のため、本開示の実施形態を図示する。
【００１２】
ＬＥＤディスプレイ製作のシステム
図１は、一実施形態による、ディスプレイアセンブリシステム１００を示すシステム図である。システム１００は、半導体素子１１２をターゲット基板１１８上に組み立てることによって、ディスプレイデバイスを製作する。いくつかの実施形態では、半導体素子１１は異なる色の発光ダイオード（ＬＥＤ）ダイである。キャリア基板１１４は、ピックアップヘッドアレイ１０４によって取り上げるために半導体素子１１２を保持するキャリアフィルムであってもよい。
【００１３】
ターゲット基板１１８は、ディスプレイ基板であってもよく、またはディスプレイ基板との結合を容易にする中間キャリア基板であってもよい。システム１００は、ＬＥＤをディスプレイ基板のピクセル位置に配置し、次にＬＥＤをディスプレイ基板に結合する。いくつかの実施形態では、半導体素子１１２は、光出力の発散を低減したマイクロＬＥＤであり、発光面積は従来のＬＥＤに比べて小さい。
【００１４】
システム１００は、半導体素子１１２を取り上げ配置する環境１０２を含む。環境１０２内で、システム１００は、環境１０２内に配置されたピックアップヘッドアレイ１０４と、結像素子１０８と、アクチュエータ１２２と、キャリアステージ１１６と、ターゲットステージ１２０と、レーザープロジェクタ１２６とを更に含む。いくつかの実施形態では、環境１０２はＳＥＭチャンバの内部環境であり、結像素子２０８は走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）である。
【００１５】
キャリアステージ１１６は、半導体素子１１２を有するキャリア基板１１４を保持する。ターゲットステージ１２０は、半導体素子１１２の一部または全てをキャリア基板１１４から受け取る、ターゲット基板１１８を保持する。コントローラ１０６は、（例えば、アクチュエータ１２２を介して）結像素子１０８およびピックアップヘッドアレイ１０４に結合され、結像素子１０８およびピックアップヘッドアレイ１０４の動作を制御する。例えば、コントローラ１０６は、ピックアップヘッドアレイ１０４によって、キャリア基板１１４上に配置された１つまたは複数の半導体素子１１２を取り上げさせ、１つまたは複数の半導体素子をターゲット基板１１８上に配置させる。
【００１６】
ピックアップヘッドアレイ１０４は複数のピックアップヘッド１２４を含む。各ピックアップヘッド１２４は、半導体素子１１２をキャリア基板１１４から取り上げ、半導体素子をターゲット基板１１８上に配置することができる。半導体素子１１２を取り上げた後、ピックアップヘッド１２４はターゲット基板１１８上の位置と位置合わせされる。次に、ピックアップヘッド１２４は、半導体素子１１２をターゲット基板１１８上の位置に配置した後、半導体素子１１２から分離される。
【００１７】
アクチュエータ１２２は、コントローラ１０６からの命令に基づいてピックアップヘッドアレイ１０４の移動を制御する電気機械部品である。例えば、アクチュエータ１２２は、上下、左右、および前後を含む３つの自由度で、ピックアップヘッドアレイ１０４、または個々のピックアップヘッド１２４を移動してもよい。様々な実施形態では、アクチュエータ１２２は、例えば、回転モータ、リニアモータ、または油圧シリンダであってもよい。
【００１８】
結像素子１０８は、キャリア基板１１４からの半導体素子の取上げにおける視覚的位置合わせ、およびターゲット基板１１８上の半導体素子の配置における位置合わせを容易にする。例えば、結像素子１０８は、ピックアップヘッドアレイ１０４およびキャリア基板１１４の画像を生成し、画像をコントローラ１０６に提供する。コントローラ１０６は、画像に基づいて、ピックアップヘッドアレイ１０４の１つまたは複数のピックアップヘッド１２４をキャリア基板１１４と位置合わせし、キャリア基板１１４上に搭載される１つまたは複数の半導体素子１１２を取り上げる。別の例として、結像素子１０８は、ピックアップヘッドアレイ１０４の１つまたは複数のピックアップヘッド１２４およびターゲット基板１１８の画像を生成し、画像をコントローラ１０６に提供する。コントローラ１０６は、画像に基づいて、１つまたは複数のピックアップヘッド１２４をディスプレイ基板１１８と位置合わせし、１つまたは複数のピックアップヘッド１２４に付着された半導体素子１１２をディスプレイ基板１１８上に配置する。
【００１９】
いくつかの実施形態では、結像素子１０８は、標本をコーティングせずに画像を提供する、環境制御型走査電子顕微鏡（ＥＳＥＭ）である。これらの実施形態では、環境１０２は、水蒸気の高圧雰囲気を含むＥＳＥＭチャンバである。ＳＥＭを使用することは、マイクロＬＥＤダイなどの小型半導体素子を取り上げ配置するのに有利である。様々な実施形態では、位置合わせを容易にするのに、他のタイプの結像素子が使用されてもよい。
【００２０】
いくつかの実施形態では、キャリアステージ１１６および／またはターゲットステージ１２０は、ピックアップヘッドアレイ１０４との精密な位置合わせを容易にするように調節することができる。例えば、キャリアステージ１１６および／またはターゲットステージ１２０は３つの自由度を含んでもよい。自由度は、左右、前後、およびヨー回転自由度を含んでもよい。キャリア基板１１４はキャリアステージ１１６とともに移動され、ディスプレイ基板１１８はターゲットステージ１２０とともに移動される。
【００２１】
システム１００は１つまたは複数のキャリア基板１１４を含んでもよい。例えば、異なるキャリア基板１１４は異なる色のＬＥＤダイを担持してもよい。キャリア基板１１４は、個片化した半導体素子１１２をディスプレイ基板１１８へと転送するために保持するキャリアフィルムであってもよい。システムは１つまたは複数のターゲット基板１１８を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ターゲット基板１１８が半導体素子１１２を受け取るディスプレイ基板である場合など、ターゲットステージ１２０は、ピックアップヘッド１０４によって半導体素子１１２をディスプレイ基板１１８上に配置した後、半導体素子１１２の電気接点パッドをディスプレイ基板１１８に熱伝導結合するためのヒーターを含む。他の実施形態では、ターゲット基板１１８は、（例えば、直接結合プロセスを使用して）半導体素子１１２を別個のディスプレイ基板１１８と直接結合するのを容易にするのに使用される中間キャリア基板である。
【００２２】
いくつかの実施形態では、システム１００は、別個のステーションにそれぞれ位置付けられる複数のピックアップヘッドアレイ１０４を含む。各ステーションは、緑色のステーションは緑色ＬＥＤ用、赤色のステーションは赤色ＬＥＤ用、青色のステーションは青色ＬＥＤ用など、特定の色のＬＥＤを取り上げ配置するための専用のものであってもよい。
【００２３】
上述したように、いくつかの実施形態では、半導体素子１１２はマイクロＬＥＤ（以下、μＬＥＤと呼ぶ）である。本明細書に記載するように、μＬＥＤは、小さいアクティブ発光面積（例えば、２，０００μｍ２未満）および平行光出力を有する特定のタイプのＬＥＤである。平行光出力は、小さいアクティブ発光面積から放射される光の明るさのレベルを増加させる。本出願は、主にμＬＥＤについて考察するが、他の実施形態では、半導体素子１１２は、基板上に成長させたガリウム系エピタキシャル層を含む半導体素子を含む、ガリウム半導体層を有する任意の半導体素子を含んでもよい。
【００２４】
半導体素子１１２はそれぞれ基板層１２８上に形成されてもよい。基板層１２８は、ガラス基板またはサファイア基板などの透明基板であってもよい。いくつかの実施形態では、基板層１２８は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）など、光学的に透明ではないが、別の波長範囲（例えば、ＩＲ範囲）に対しては実質的に透明である材料で形成される。いくつかの実施形態では、半導体素子１１２は、ガリウム半導体層を基板層１２８上に成長させることによって、基板層１２８上に成長させられる。ここで、ガリウム半導体層は基板層１２８上のエピタキシャル層である。いくつかの実施形態では、半導体素子１１２はキャリア基板１１４上に配置され、半導体素子は基板上で、基板層１２８を半導体素子１１２から切り離すのを容易にするために保持される。
【００２５】
レーザープロジェクタ１２６は、基板層１２８に隣接する半導体素子１１２の表面をレーザー光に暴露することによって、基板層１２８を半導体素子１１２から切り離すために使用される。レーザープロジェクタ１２６を使用して基板層１２８を切り離すプロセスは、本明細書では、レーザー剥離（ＬＬＯ）操作と呼ばれる。いくつかの実施形態では、レーザープロジェクタ１２６は、基板層１２８を通過し、半導体素子１１２のガリウム半導体層によって吸収することができる、レーザー光を投射するように構成される。例えば、レーザープロジェクタ１２６は、サファイア基板層１２８を通過して半導体素子１１２のガリウム半導体層によって吸収することができる、パルス紫外レーザーを投射してもよい。他の実施形態では、基板層１２８がヒ化ガリウムを含む場合、レーザープロジェクタ１２６はＩＲレーザーを投射する。レーザープロジェクタ１２６によって投射されたレーザー光を吸収することによって、ガリウム半導体層の一部分が分離して構成部品要素となり、半導体素子１１２のガリウム半導体層と基板層１２８との間の結合が弱まって、半導体素子１１２および基板層１２８を分離することが可能になる。
【００２６】
いくつかの実施形態では、レーザープロジェクタ１２６は、基板層１２８を通してレーザーを投射するように構成される代わりに、基板層１２８と半導体素子１１２のガリウム半導体層との接合部にレーザーを投射する。そのため、投射されたレーザーは必ずしも基板層１２８を通過しなくてもよい。これらの実施形態では、基板層１２８は、レーザープロジェクタ１２６によって投射されるレーザーに対して実質的に透明でない材料を含んでもよい。
【００２７】
いくつかの実施形態では、別のレーザー（図示なし）がレーザー光を発生させて、キャリア基板１１４上の半導体素子１１２を個片化する。複数の半導体素子１１２が、原基板（例えば、基板層１２８）上に製作され、キャリア基板１１４上で個片化されてもよい。いくつかの実施形態では、レーザー光はキャリア基板１１４を通して方向付けられる。キャリア基板は、半導体素子１１２を接着力によって適所で保持する、キャリアテープまたは他の接着剤層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、レーザー光は、ピックアップヘッドアレイ１０４によって半導体素子１１２を取り上げるのを容易にするため、接着力を低減させる。いくつかの実施形態では、システム１００は、ダイヤモンドを用いた切断ホイールなど、半導体素子１１２を個片化する機械的ダイサーを含む。
【００２８】
いくつかの実施形態では、コントローラ１０６は、（例えば、アクチュエータ１２２を使用して）ピックアップヘッドアレイ１０４のピックアップヘッド１２４の位置合わせを制御するのに加えて、環境１０２の温度も制御してもよい。いくつかの実施形態では、コントローラ１０６は、環境１０２の温度を変更して半導体素子１１２の温度を変化させてもよい。例えば、コントローラ１０６は、環境１０２内の１つまたは複数の加熱コイル（図示なし）を操作して、半導体素子１１２の温度を上げてもよい。他の実施形態では、キャリアステージ１１６または他の構成要素は、半導体素子１１２の１つまたは複数を直接加熱することができるヒーターを含んでもよい。いくつかの実施形態では、環境１０２の温度は、別個の温度コントローラ（図示なし）を使用して制御される。
【００２９】
マイクロＬＥＤ構造
図２Ａ〜図２Ｃは、一実施形態による、μＬＥＤ２００の概略断面図を示している。μＬＥＤ２００は、平行な可視光または不可視光を放射するように、ディスプレイ基板（例えば、ターゲット基板１１８）の表面上に位置付けられてもよいＬＥＤの一例である。
【００３０】
図２Ａを最初に参照すると、μＬＥＤ２００は、基板層２０２（図１に示される基板層１２８に対応してもよい）上のエピタキシャル構造２５０を含む。エピタキシャル構造２５０は、基板層２０２上に成長させられたガリウム半導体層２０４と、基板層２０２上に成長させられた活性層２０８と、活性層２０８上に成長させられた別の半導体層２５２とを含む。いくつかの実施形態では、ガリウム半導体層２０４はｎ型半導体層であり、半導体層２５２はｐ型半導体層である。図２Ａには図示されていないが、ガリウム半導体層２０４は、電流閉じ込め層と電流拡散層とを含んでもよい。更に、半導体層２５２は、ガリウム系または別のものであってもよく、電流閉じ込め層と、ｐ接点２１６に接続するコンタクト層とを含んでもよい。他の実施形態では、半導体層２０４はｐ型半導体層であり、半導体層２５２はｎ型半導体層である。ここで、ｐ接点２１６はｎ接点であり、ｎ接点２１８はｐ接点である。ガリウム半導体層２０４は、発光面２１０を含み、窒化ガリウム（ＧａＮ）、リン化ガリウム（ＧａＰ）、またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などのガリウムを含む、半導体材料で形成されてもよい。
【００３１】
更に、誘電体層２１４はガリウム半導体層２０４上に配設され、ｐ接点２１６は誘電体層２１４の第１の部分上に配設され、ｎ接点２１８はガリウム半導体層２０４の第２の部分上に配設される。
【００３２】
図２Ｂに示されるように、基板層２０２は、μＬＥＤ２００の発光面２１０が現れるように、μＬＥＤ２００のガリウム半導体層２０４の表面から除去されてもよい。いくつかの実施形態では、基板層２０２は、レーザー剥離（ＬＬＯ）プロセスを使用して、ガリウム半導体層２０４から分離される。
【００３３】
μＬＥＤ２００は、直径２０μｍ未満であってもよく、ウェハ処理中にＬＥＤダイ上にエッチングされた放物型構造が、発光面２１０から発する擬似平行光線を形成してもよい。μＬＥＤ２００は、比較的高い光抽出効率を有し、形状によって擬似平行光を出力する。
【００３４】
いくつかの実施形態では、エピタキシャル構造２５０はメサ２０６状に形作られる。活性（もしくは発光）層２０８（または「アクティブ発光面積」）はメサ２０６の構造に含まれる。メサ２０６は、μＬＥＤ２００の光伝達面または発光面２１０とは反対側に、切頭頂部を有する。メサ２０６はまた、μＬＥＤ２００内で発生する光を反射する囲壁を形成する、ほぼ放物型の形状を有する。
【００３５】
図２Ｃは、基板層２０２を除去した後のμＬＥＤ２００を示している。基板層２０２を除去する際、μＬＥＤ２００は、ディスプレイ基板（図示なし）上に配置され、光を放射するように操作されてもよい。矢印２１２は、活性層２０８から放射された光が、光がμＬＥＤ素子２００の外に出るのに十分な角度（即ち、全内反射の角度内）で、ｐ接点２１６およびメサ２０６の内壁から発光面２１０に向かってどのように反射するかを示している。ｐ接点２１６は、活性層２０８から放射される光に対して反射性である。活性層１０８から放射される光の少なくとも一部分は、半導体層２５２を通って移動し、半導体層２５２でｐ接点２１６によって反射され、半導体層２５２および２０４を通って発光面２１０に戻る。メサ２０６が放物型の形状であることによって反射光が平行になり、光を発光面２１０の臨界角内で発光面２１０に入射するように方向付けることによって、抽出効率が改善される。操作中、ｐ接点２１６およびｎ接点２１８は、μＬＥＤ２００をディスプレイ基板（図示なし）に接続する。
【００３６】
上述したように、基板層２０２はガラスまたはサファイア基板に対応してもよい。一実施形態では、エピタキシャル構造２５０は、ｐドープ窒化ガリウム（ＧａＮ）層（例えば、半導体層２５２）と、ｎドープＧａＮ層２０４（例えば、半導体層２０４）とを含み、更に、ｐドープおよびｎドープＧａＮ層の間に活性層２０８を含む。活性層２０８は多重量子井戸構造を含んでもよい。基板層２０２は、基板２０２を通してガリウム半導体層２０４に適用されてもよい、レーザープロジェクタ１２６によって投射されるレーザー光に対して透明である。別の実施形態では、基板層２０２は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）などのガリウム化合物を含む。この実施形態では、ガリウム半導体層２０４は、ｐドープＧａＡｎ層と、ｎドープＧａＡｓ層とを含み、更に、ｐドープおよびｎドープＧａＡｓ層の間に活性層２０８を含む。いくつかの実施形態では、μＬＥＤ２００は、赤色可視ＬＥＤなど、ＧａＡｓに対する透明度を増加させるため、リン化ガリウム（ＧａＰ）基板２０２を含む。いくつかの実施形態では、基板層２０２は、シリコン基板などの半導体基板である。不透明基板層２０２が使用される場合、レーザープロジェクタ１２６からのレーザー光は、基板層２０２およびガリウム半導体層２０４の境界面に適用されて層を分離してもよい。
【００３７】
図３は、一実施形態による、μＬＥＤ３００の単純化した概略図を示している。μＬＥＤ３００は、図２Ａ〜図２Ｃに示されるμＬＥＤ２００に対応してもよい。図３に示されるμＬＥＤ３００は、発光面３１０を有するガリウム半導体層３０２を備える。加えて、μＬＥＤ３００は、図２Ａ〜図２Ｃに示されるｎ接点２１８およびｐ接点２１６に対応してもよい、一対の電気接点パッド３２０を備える。
【００３８】
所望の表面粗さを達成するレーザーパラメータの制御
上述したように、レーザープロジェクタは、基板層をガリウム半導体層の表面から分離する、レーザー剥離操作を実施するのに使用することができる。加えてまたは代わりに、レーザープロジェクタは、所望の粗さなど、所望の表面特性を達成するため、ガリウム半導体層の表面（例えば、発光面）を改質するのに使用されてもよい。表面の粗さは、理想の平坦な表面に対する表面の法線ベクトルの方向における偏差の尺度を指す。より大きい偏差はより粗い表面に対応し、より小さい偏差はより平滑な表面に対応する。出力およびドット間ピッチなど、レーザー光の様々なパラメータは、レーザー光がガリウム半導体層と異なる形で相互作用することによって、異なる特性の表面をもたらすように調節することができる。所望の表面特性を達成するためのガリウム半導体層のレーザー改質は、基板層をガリウム半導体層から分離し、発光面を露出させる、ＬＬＯプロセスと関連して実施することができる。別の例では、レーザー光の別個の適用は、基板層を分離し、所望の表面特性を形成するのに使用することができる。
【００３９】
図４は、一実施形態による、低出力レーザー光４０８を使用して、より平滑な表面をμＬＥＤ４００のガリウム半導体層４０４上に作成する操作を示している。図４に示される操作では、レーザー光４０８は、図１に示されるレーザープロジェクタ１２６によって放射されるレーザー光に対応し、ガリウム半導体層４０４は、図２Ａ〜図２Ｃおよび図３にそれぞれ示されるガリウム半導体層２０４、３０２に対応する。
【００４０】
いくつかの実施形態では、ガリウム半導体層４０４はガリウム半導体化合物である。例えば、ガリウム半導体層４０４は、図４に示される実施形態では窒化ガリウム（ＧａＮ）である。他の実施形態では、ガリウム半導体層４０４は、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）またはリン化ガリウム（ＧａＰ）などの異なるガリウム半導体化合物である。いくつかの実施形態では、μＬＥＤ４００の基板を形成するガリウム化合物のタイプは、μＬＥＤのタイプに基づく。μＬＥＤ４００は、ガリウム半導体４０４の、基板層とは反対側の表面上に形成される、一対の電極４０６を更に備える。電極４０６は、図３に示される電気接点パッド３２０、または図２Ａ〜図２Ｃに示されるｐ接点２１６およびｎ接点２１８に対応する。
【００４１】
図４に示される操作では、レーザー光（図４には図示なし）のパラメータは、レーザープロジェクタが低出力でレーザー光４０８を放射するように調節されている。レーザー光４０８は、レーザー光４０８の少なくとも一部分を吸収する、ガリウム半導体層４０４上に投射される。一実施形態では、操作はレーザー剥離操作の一部として実施され、この場合、レーザー光４０８は、ガリウム半導体層を成長させた成長基板（例えば、図１および２Ａ〜図２Ｃにそれぞれ示される基板層１２８または２０２）を通して投射され、ガリウム半導体層は成長基板に付着したままである。この実施形態では、成長基板（図４には図示なし）は、レーザー光４０８に対して実質的に透明であり、したがってレーザー光４０８のかなりの部分を吸収しない材料で形成される。例えば、レーザー光はパルス紫外（ＵＶ）レーザー光であってもよく、基板層はサファイア基板であってもよい。別の実施形態では、レーザー光４０８は、基板層を通過することなく、基板層およびガリウム半導体層４０４の接合部に向かって投射される。更に別の実施形態では、操作は基板層が除去された後に実施される。
【００４２】
レーザー光４０８はガリウム半導体層４０４の表面をアブレーションする。例えば、図４に示されるように、ガリウム半導体層４０４の表面にある窒化ガリウム（ＧａＮ）材料は、レーザー光４０８に暴露されると、材料の成分である窒素元素およびガリウム元素に分解される。窒素は窒素ガス４１０として放出されて、金属ガリウムの層４１２が残る。レーザープロジェクタは低出力レーザー光４０８を放射するように構成されたので、レーザー光４０８は、ガリウム半導体層４０４の比較的浅い部分に進入しアブレーションする。結果として、ガリウムの層４１２は比較的薄く、ガリウム半導体層の表面全体にわたって比較的均一な深さを有する。
【００４３】
ガリウム層４１２が形成された後、ガリウム層４１２の除去４１４によって操作は継続する。例えば、ガリウム層４１２は、ガリウム半導体層４０４およびガリウム層４１２を剥がすために加熱されてもよく、次に、ガリウム層４１２の除去４１４のために洗浄プロセスが実施される。ガリウム層４１２は摂氏約４０℃の低温で溶融するので、わずかな加熱によってガリウム層４１２が溶融し、ガリウム層４１２をガリウム半導体層４０４から分離することが可能になる。いくつかの実施形態では、加熱は、基板層を分離するＬＬＯプロセスと統合される。例えば、ガリウム半導体層４０４および基板層を剥がすのに、ガリウム層４１２が加熱され得る。一実施形態では、ガリウム層４１２の除去４１４の洗浄プロセスは、（例えば、塩酸を使用する）酸性ウェットエッチである。別の実施形態では、洗浄プロセスはドライエッチである。上述したように、低出力レーザー光４０８は比較的薄く比較的均一な深さを有するガリウム層４１２をもたらすので、ガリウム層４１２の除去４１４は平滑な表面４１６を残す。例えば、μＬＥＤ４００の光出力の平行度を改善するので、より平滑な表面が有利である。
【００４４】
図５は、一実施形態による、高出力レーザー光を使用して、より粗い表面をガリウム半導体層上に作成する操作を示している。図４に示される操作と同様に、図５に示されるレーザー光５０８は、図１に示されるレーザープロジェクタ１２６によって放射されるレーザー光に対応し、ガリウム半導体層５０４は、図２Ａ〜図２Ｃおよび図３にそれぞれ示されるガリウム半導体層２０４、３０２に対応する。同様に、ガリウム半導体層５０４は窒化ガリウム（ＧａＮ）として図５に示されているが、他の実施形態では、ガリウム半導体層５０４は代わりに、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）またはリン化ガリウム（ＧａＰ）などの異なるガリウム半導体化合物であってもよい。
【００４５】
図５に示される操作では、レーザー光（図４には図示なし）のパラメータは、レーザープロジェクタが高出力でレーザー光５０８を放射するように調節されている。レーザー光５０８は、図４に関して上述したのと同じ形でガリウム半導体層５０４上に投射され、レーザー光５０８は、ガリウム半導体層４０４の表面をアブレーションして、ガリウム半導体層５０４を層の成分である窒素元素５１０およびガリウム元素５１２に分解する。レーザープロジェクタは高出力レーザー光５０８を放射するように構成されたので、レーザー光５０８は、ガリウム半導体層５０４のより深い部分に進入しアブレーションする。結果として、ガリウムの層５１２はより厚く、ガリウム半導体層５０４の表面全体にわたって均一性が低い深さを有する。
【００４６】
金属ガリウム層５１２の除去５１４の後、ガリウム半導体層５０４の結果として得られる表面５１６は、図４に示される低出力操作によってもたらされる表面よりも粗い。より粗い表面５１６は、例えば、抽出効率を改善し、ＬＥＤが発生する光の大部分を放射することを可能にするので、有利なことがある。これは、高解像度ディスプレイデバイスのピクセル素子を形成するのに複数のＬＥＤが使用されるときなど、方向付けられた光出力がＬＥＤに望ましいときに有用なことがある。
【００４７】
図６は、一実施形態による、ガリウム半導体層上に所望の粗さを有する表面を作成するレーザー操作のプロセス６００を示すフローチャートである。プロセス６００は、異なるおよび／または追加のステップを含んでもよく、あるいは一部のステップは異なる順序であってもよい。
【００４８】
プロセス６００は、ＬＥＤのガリウム半導体層の表面に関する所望の表面粗さを決定すること（６０２）を含む。表面は、ガリウム半導体層の発光面または他の何らかの表面であってもよい。表面粗さは、表面の法線ベクトルの方向に沿った表面上の偏差の尺度である。例えば、表面にわたるより大きい偏差は、より粗い表面および表面粗さのより大きい値に対応し、表面にわたるより小さい偏差は、より平滑な表面および表面粗さのより小さい値に対応する。表面粗さは、例えば、表面粗さプロファイルの中心線からのプロファイル偏差の絶対値の算術平均である、算術平均偏差（Ｒａ）として定量化されてもよい。様々な実施形態では、図４に示される表面４１６などの平滑な表面は、算術平均偏差約Ｒａ＝５ｎｍ（ナノメートル）（例えば、３ｎｍ〜７ｎｍ）を有し、図５に示される表面５１６などの粗い表面は、約Ｒａ＝１０００ｎｍ（例えば、９５０ｎｍ〜１０５０ｎｍ）の算術平均偏差を有する。あるいは、表面粗さは、平均二乗偏差（Ｒｑ）として、または他の何らかの粗さパラメータを用いて定量化されてもよい。
【００４９】
所望の表面粗さを取得（６０２）した後、プロセス６００は、所望の表面粗さを達成するレーザーパラメータを決定すること（６０４）を含む。一実施形態では、プロセス６００は、所望の表面粗さを達成するのに必要な深さまでガリウム半導体層にレーザー光を進入させる、レーザー出力を選択する。他の実施形態では、加えてまたは代わりに、プロセス６００は、ドット間ピッチなど、レーザー光の他のパラメータの値を決定することができる。本明細書で言及するとき、ドット間ピッチは、レーザー光が走査パターンでガリウム半導体層上に投射される実施形態における、レーザー光の２つの隣接するパルス間の距離である。レーザー光が走査パターンで投射されると、単一のレーザーパルスが網羅する面積の粗さはレーザー光の出力に応じて決まり、ガリウム半導体層全体にわたる粗さの均一性はドット間ピッチに応じて決まる。いくつかの実施形態では、ドット間ピッチは、隣接するパルスが実質的に均一に重なり合う（即ち、隣接するパルスの異なる組がほぼ同じ重なり合う面積を有する）ように選択され、それによって、ガリウム半導体層全体にわたってほぼ均一な厚さが得られる。他の実施形態では、ドット間ピッチは、重なり合いが実質的に均一ではないように選択され、それによって表面粗さの局所的ばらつきが増加する。
【００５０】
レーザープロジェクタは、決定されたレーザーパラメータでレーザー光を投射するように操作される（６０６）。図４および図５に関して上述したように、レーザープロジェクタはレーザー光をガリウム半導体層上に投射し、ガリウム半導体層はレーザー光の少なくとも一部分を吸収する。一実施形態では、レーザー光は走査パターンでガリウム半導体層上に投射される。レーザー光は、ガリウム半導体層の表面をアブレーションして、金属ガリウムの層をガリウム半導体層の表面上に形成する。いくつかの実施形態では、レーザープロジェクタは、基板層を分離するように、ＬＬＯプロセスに関連して操作される。他の実施形態では、ＬＬＯプロセスまたは他の何らかのプロセスは、基板層を除去するのに使用され、次にレーザープロジェクタが金属ガリウムの層を形成するように操作される。レーザープロジェクタを操作して金属ガリウム層を形成（６０６）した後、ＬＥＤの発光面など、所望の表面粗さを有する表面を露出させるように金属ガリウム層が除去される（６０８）。
【００５１】
図４および図５に示される例は、ＬＥＤ４００、５００の発光表面上で実施されるこのプロセス６００を示しているが、加えてまたは代わりに、プロセス６００は、ＬＥＤの側面または縁部で実施されてもよい。他の実施形態では、プロセス６００はまた、他のタイプの半導体素子上で所望の表面粗さを達成するように実施されてもよい。
【００５２】
フィーチャを作成するレーザーパラメータの制御
図４〜図６に関して上述した原理は、ＬＥＤのガリウム半導体層上に、トレンチ、ピット、レンズ、およびミラーなどのフィーチャを作成するのに使用することもできる。図７Ａ〜図７Ｃは、一実施形態による、発光面からガリウム半導体層をエッチングした円形トレンチ７０８を有するＬＥＤ７００を示している。上述したＬＥＤと同様に、ＬＥＤ７００は、ガリウム半導体層７０４と接点パッド７０６とを含む。上述したように、ガリウム半導体層７０４は、窒化ガリウム（ＧａＮ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、またはリン化ガリウム（ＧａＰ）などのガリウム半導体化合物で形成される。
【００５３】
円形トレンチ７０８は、ガリウム半導体層７０４のリング状領域を照射し、金属ガリウム７０２の結果として得られる層を除去することによって、ガリウム半導体層７０４の発光面にエッチングされる。レーザープロジェクタからの照射は、上述したのと同じ形でリング状領域をアブレーションし、図７Ａおよび図７Ｂに上面図および側面図でそれぞれ示されるように、金属ガリウム７０２の層をリング状領域に形成する。例えば、ガリウム半導体層７０４が窒化ガリウム（ＧａＮ）で形成される一実施形態では、照射によって、照射された領域の窒化ガリウム（ＧａＮ）材料は、窒素ガスおよび金属ガリウムに分解される。
【００５４】
リング状領域が照射されて金属ガリウム７０２のリングを形成した後、金属ガリウムが除去されて、図７Ｃに示されるように、ガリウム半導体層７０４に円形トレンチ７０８がもたらされる。レーザー光のパラメータは、照射がガリウム半導体７０４に所望の深さまで進入することによって、特定の厚さの金属ガリウムのリングがもたらされるように選択することができる。結果として、円形トレンチ７０８は、金属ガリウム７０２が除去された後と同様の深さを有する。例えば、比較的浅い円形トレンチ７０８を作成するには、レーザープロジェクタは、照射が比較的浅い深さまでガリウム半導体層７０４に進入するように、低出力で操作される。同様に、より深い円形トレンチ７０８を作成するには、レーザープロジェクタは、照射がより深い深さまでガリウム半導体７０４に進入するように、高出力で操作される。いくつかの実施形態では、ガリウム半導体層７０４は、基板層を分離するＬＬＯプロセスと関連して形成される。例えば、発光面は、発光面の他の部分よりも高出力で、または長時間照射されるトレンチ７０８に対応する、発光面の部分が照射されてもよい。
【００５５】
いくつかの実施形態では、円形トレンチ７０８は、複数の過程を実施することによって作成される。換言すれば、上述の照射ステップおよび除去ステップは、連続して複数回実施されて、円形トレンチ７０８の深さが増加し、過程ごとに特定量増加する。複数の過程を実施することによって、有利には、各過程を比較的低いレーザー出力で実施することができるので、比較的平滑な底面を有する円形トレンチ７０８を作成することが可能になる。
【００５６】
円形トレンチ７０８は、例えば、トレンチによって取り囲まれた円形領域７１０に光抽出を集中させることができるので有利である。図７Ｃに示されるように、ＬＥＤ７００によって発生する光線７１２の一部は、光線がガリウム半導体層７０４を通って移動するに従って、円形トレンチ７０８の側面から内部反射する。これによって、追加の光線が、ＬＥＤの発光表面上の取り囲まれた円形領域７１０から、ＬＥＤ７００から放射されることによって、ＬＥＤの光抽出がこの円形領域に集中する。
【００５７】
図８〜図１０は、様々な実施形態による、ガリウム半導体層にエッチングすることができるピットフィーチャおよびレンズフィーチャの例を示している。図８〜図１０に示されるＬＥＤ８００、９００、１０００はそれぞれ、上述したＬＥＤの対応する構成要素と同じ機能性を有する、ガリウム半導体層８０２、９０２、１００２と接点パッド８０４、９０４、１００４とを含む。ＬＥＤ８００、９００、１０００はそれぞれ、ＬＥＤの光抽出、および／またはＬＥＤによって放射される光のビーム平行度を改善することができる、異なるタイプのフィーチャも含む。
【００５８】
図８を最初に参照すると、ガリウム半導体層８０２にエッチングされたピットフィーチャ８０６を有するＬＥＤ８００が示されている。ピットフィーチャ８０６は、図７Ａ〜図７Ｃに関して上述した円形トレンチ７０８と類似の形で作成することができる。レーザープロジェクタは、ガリウム半導体層８０２の領域を照射して金属ガリウムを作成するように操作され、次に金属ガリウムが除去されて、ピットフィーチャ８０６がもたらされる。図８に示される例では、ピットフィーチャ８０６は、実質的に平坦な底面と内側に湾曲した壁とを含む。一実施形態では、ピットフィーチャ８０６は、切頭基部を有する放物型である（即ち、ピットの壁は放物型表面であり、ピットの底面は平面である）。湾曲した壁を作成するため、レーザーがピットフィーチャ８０６の縁部付近のより浅い深さまで進入するように、レーザー光のパラメータを変更することができる。加えてまたは代わりに、ピットフィーチャ８０６の湾曲した壁は、複数の過程を実施することによって作成することができ、連続する過程はそれぞれ、その前の過程よりも小さい領域を照射し、領域から金属ガリウムを除去する。
【００５９】
図８に示されるピットフィーチャ８０６は、他の理由の中でも特に、ピットの形状がＬＥＤ８００によって放射されるビームの平行度を改善できるという理由で有利である。特に、光線は平坦な底面を通過する際に屈折し、屈折した光線の一部は湾曲した側壁から反射する。側壁の曲率は、ＬＥＤ８００の発光する上面に対してほぼ直交するように、これらの屈折したビームを反射するように形作ることができるので、それによってビームの平行度が改善される。
【００６０】
次に図９および図１０を参照すると、レンズフィーチャ９０８、１００８を有するＬＥＤ９００、１０００が示されている。図９に示されるＬＥＤ９００は、平凸レンズフィーチャ９０８(即ち、発光面に面する１つの凸面と１つの平面とを有するレンズ）を有し、図１０のＬＥＤ１０００は、両凸レンズフィーチャ１００８(即ち、２つの凸面を有するレンズ）を有する。両方のフィーチャ９０８、１００８の形状は、ビームの平行度および光抽出を改善することができる。
【００６１】
これらのＬＥＤ上のレンズフィーチャ９０８、１００８は、最初に、ピットフィーチャ８０６およびトレンチ７０８に関して上述したのと同じ形で、ガリウム半導体層９０２、１００２に凹状のピットをエッチングすることによって作成される（即ち、ガリウム半導体層を照射し、結果として得られる金属ガリウムを除去する）。凹状のピットがガリウム半導体層９０２、１００２にエッチングされた後、コーティング９０６、１００６がガリウム半導体層９０２、１００２に塗布される。コーティング９０６、１００６は、高屈折率の材料で作られる。
【００６２】
図９に示される平凸レンズフィーチャ９０８を作成するため、コーティング９０６は、実質的に平坦な上面を作成する形で、ガリウム半導体層９０２の放射上面の上に塗布される。コーティング９０６の底面の一部分は凹状のピットと接触している。結果として、コーティング９０６は、コーティング９０６の底面が凸形状を有し、コーティング９０６の上面が平面である、平凸レンズの形状を有する。
【００６３】
一実施形態では、図１０に示される両凸レンズフィーチャ１００８は、コーティングを形成する材料を個々に堆積させる、１つまたは複数のマイクロポジショナー（材料を非常に微細な限度内で位置決めすることができるデバイス）を使用して作成される。材料を堆積させた後、材料は、（例えば、材料を硬化することによって）硬化レンズ状コーティング１００６を形成するように処理される。
【００６４】
別の実施形態では、凹状のピットをエッチングした後に、材料の薄膜をガリウム半導体層の上面上に堆積させ、次に材料を加熱しリフローさせることによって、両凸レンズフィーチャが作成される。加熱およびリフロープロセスは凹状のピット内の材料を合体させ、表面張力によって材料が両凸レンズ形状を形成する。
【００６５】
上述のトレンチ、ピット、およびレンズフィーチャはそれぞれ、ＬＥＤのガリウム半導体層の一部分を照射し、次に生成される金属ガリウムを除去することによって作成される。レーザープロジェクタはまた、金属ガリウムを除去することなくガリウム半導体層の領域を照射して、金属ガリウムがＬＥＤの一部として残り、ミラーとして機能できるようにすることによって、ＬＥＤ上にミラーフィーチャを作成するように操作することができる。
【００６６】
図１１Ａ〜図１１Ｂは、一実施形態による、環状ミラーフィーチャ１１０６の一例を示している。図１１Ａは、環状ミラーフィーチャ１１０６を有するＬＥＤ１１００の上面図を示し、図１１Ｂは、ＬＥＤ１１００の側面図を示している。上述のＬＥＤと同様に、図１１Ａ〜図１１Ｂに示されるＬＥＤ１１００は、ガリウム半導体層１１０２（例えば、窒化ガリウムの層）と接点パッド１１０４とを含む。環状ミラーフィーチャ１１０６は、ガリウム半導体層１１０２の（図１１Ａの上面図に示されるような）発光表面の環状領域を照射することによって作成される。他のタイプのフィーチャに関して記載したように、環状領域を照射することによって環状領域に金属ガリウムの層が作成される。
【００６７】
環状領域が照射された後、ガリウム除去ステップは省略されて、金属ガリウムの層がＬＥＤ１１００の発光表面上に残される。金属ガリウムの層は環状ミラーフィーチャ１１０６を形成する。金属ガリウムは光を反射するので、環状ミラーフィーチャ１１０６の底面に衝突する光線は、ＬＥＤ１１００から放射されるのではなく、反射してガリウム半導体層１１０２内に戻る。環状ミラーフィーチャ１１０６の環状形状は、別の場合であればＬＥＤ１１００から比較的大きい角度で放射されるであろう光線を反射する。結果として、環状ミラーフィーチャ１１０６はＬＥＤのビーム平行度を増加させる。例えば、図１１Ｂに示される最も左側および最も右側の光線は、環状ミラーフィーチャ１１０６の底面に衝突し、反射してガリウム半導体層１１０２内に戻り、中央の３つのビームはＬＥＤ１１００から放射される。
【００６８】
図１２は、一実施形態による、ガリウム半導体層１２０２と、接点パッド１２０４と、サイドミラーフィーチャ１２０６とを含む、ＬＥＤ１２００の一例を示している。サイドミラーフィーチャ１２０６は、ガリウム半導体層１２０２を側面および背面から照射することによって作成される。一実施形態では、レーザー光は、ガリウム半導体層１２０２を成長基板上に成長させた後、接点パッド１２０４を成長させる前に、ガリウム半導体層１２０２上に投射される。別の実施形態では、図１に示されるキャリア基板１１４およびキャリアステージ１１６は両方とも、レーザー光に対して実質的に透明な材料で形成され、レーザー光は、キャリア基板１１４およびキャリアステージの下方から、ガリウム半導体層１２０２の背面上に投射される。
【００６９】
サイドミラーフィーチャ１２０６は、例えば、発光表面から離れたガリウム半導体層１２０２の各表面から光線を反射するので有利である。結果として、光線のより大きな部分は発光表面から放射され、はるかにより小さな比率の光線が他の表面から放射されることによって、ＬＥＤ１２００の光抽出が改善される。いくつかの実施形態では、サイドミラーフィーチャ１２０６は、ほぼ全ての光線を発光表面から放射させる。
【００７０】
図１３は、一実施形態による、ＬＥＤのガリウム半導体層に１つまたは複数のフィーチャを作成するレーザー操作のプロセス１３００を示すフローチャートである。プロセス１３００は、異なるおよび／または追加のステップを含んでもよく、あるいは一部のステップは異なる順序であってもよい。
【００７１】
プロセス１３００は、発光面など、ＬＥＤの１つまたは複数の表面に作成されるフィーチャを決定すること（１３０２）を含む。上述の例に記載したように、フィーチャは、ガリウム半導体層の発光面に形成されるトレンチ、ピット、レンズ、またはミラーであることができる。各フィーチャは、所望の深さと関連付けられ、ガリウム半導体層のある領域を占める。例えば、図７Ａ〜図７Ｃに関して記載した円形トレンチ７０８は、ガリウム半導体層のリング状領域を占める。同様に、図８に関して記載したピットフィーチャ８０６は丸い領域を占め、図１１Ａ〜図１１Ｂに関して記載した環状ミラーフィーチャ１１０６は環状領域を占める。
【００７２】
レーザーパラメータは、レーザー光がガリウム半導体層に進入して、所望の深さを有する陥凹領域をガリウム半導体層に形成するように決定され（１３０４）、レーザープロジェクタは、決定されたレーザーパラメータを有するレーザー光をＬＥＤのガリウム半導体層に適用する（１３０６）ように操作される。レーザー光をガリウム半導体層に適用することによって、ガリウム半導体層が照射されて、陥凹領域および陥凹領域内の金属ガリウム層が形成される。いくつかの実施形態では、陥凹領域は、ガリウム半導体層の発光面の一部分を包含し、また発光面の一部分を除外する（即ち、発光表面全体は照射されない）。他の実施形態では、基板層のＬＬＯプロセスと関連してフィーチャの作成が実施されるときなど、発光面全体が照射されてもよい。ここで、フィーチャに対応する発光面の部分は、他の部分よりも高い出力、長い持続時間、追加のサイクルなどで照射されてもよい。
【００７３】
照射は、ガリウム半導体層の領域をアブレーションし、ガリウム半導体層を、金属ガリウムの層を含む構成要素へと分離する。上述したように、レーザーパラメータはレーザー光の出力を含むことができる。高出力レーザー光はより深い深さまでガリウム半導体層に進入し、低出力レーザー光はより浅い深さまで進入するが、金属ガリウムの層はより均一な厚さになる。
【００７４】
作成されるフィーチャがミラーフィーチャの場合、金属ガリウム層はガリウム半導体層上に残される。別のタイプのフィーチャが作成される場合、金属ガリウム層は、ガリウム洗浄操作（例えば、酸ウェットエッチまたはドライエッチ）で除去される（１３０８）。併せて、レーザー光をガリウム半導体層の領域に適用するステップ１３０６、および金属ガリウムを除去するステップ１３０８は、構造をガリウム半導体層にエッチングする効果を有する。例えば、図７Ａ〜図７Ｃに示される円形トレンチ７０８、および図８に示されるピットフィーチャ８０６は両方とも、このようにしてガリウム半導体層にエッチングされる。
【００７５】
コーティングをガリウム半導体層に塗布することができる（１３１０）。例えば、レンズフィーチャが作成される場合、コーティングは、コーティングの一面が（例えば、上述の照射ステップ１３０６および除去ステップ１３０８を介して）ガリウム半導体層にエッチングされた凹状のピットと接触し、コーティングの反対面が平坦な形状または凸形状のどちらかを有するようにして塗布される、高い屈折率を有する材料である。これにより、平凸レンズまたは両凸レンズのどちらかの形状を有するコーティングが得られる。いくつかの実施形態では、コーティングを塗布するこのステップ１３１０は省略される。例えば、ステップ１３１０は、図７Ａ〜図７Ｃ、図８、および図１１〜図１２にそれぞれ示されるトレンチ、ピット、およびミラーフィーチャを作成するとき、省略されてもよい。
【００７６】
追加の構成上の検討事項
本明細書で使用するとき、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、量が閾値を超えて固定値と違わないことを示す。閾値は、固定値からのパーセンテージ偏差、または固定値と同じ単位で測定される数値的偏差として定義されてもよい。同様に、複数の値が実質的にまたはほぼ同じであると説明される場合、「実質的に」および「ほぼ」という用語は、値が閾値を超えて互いに相違ないことを示す。例えば、隣接するパルスがほぼ同じ重なり合い面積を有すると説明される場合、最も小さい重なり合い面積は、閾値パーセンテージまたは閾値面積を超えて、最も大きい重なり合い面積と違わない。
【００７７】
実施形態の上述の説明を例証の目的で提示してきたが、排他的であること、または開示した正確な形態に特許権を限定することを意図しない。当業者であれば、上述の開示に照らして多くの修正および変形が可能であることを認識するであろう。
【００７８】
本明細書で使用される言語は、基本的に可読性および教育の目的で選択されており、本発明の主題を正確に描写するかまたは制限するために選択されていないことがある。したがって、特許権の範囲は、この詳細な説明によってではなく、適用の基礎となる任意のクレームによって限定されることが意図される。したがって、実施形態の開示は、以下の特許請求の範囲に記載される特許権の範囲を例示するものであって限定するものではない。
追加の請求可能な主題は、それに限定されないが、以下を含む。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ−Ｃ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ−Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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