(57)【要約】  ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための方法及び構造体が開示される。本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスは、エッジ効果による非発光性再結合を低減するための、内部閉じ込め電流注入区域を含み得る。電流を閉じ込めるための幾つかの方式としては、電流分配層のエッチング除去、電流分配層及び活性層のエッチング除去に続けたメサ再成長、イオン注入又はイオン拡散による隔離、量子井戸の混合、並びに酸化物隔離を挙げることができる。
2017500757.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤデバイスであって、
第１の電流拡散層ピラーと第２の電流拡散層との間の、活性層であって、前記第１の電流拡散層ピラーが、第１のドーパント型でドープされ、前記第２の電流拡散層が、前記第１のドーパント型とは反対の、第２のドーパント型でドープされる、活性層と、
前記第１の電流拡散層ピラーと前記活性層との間の、第１のクラッド層と、
前記第２の電流拡散層と前記活性層との間の、第２のクラッド層と、
を備え、前記第１の電流拡散層ピラーが、前記第１のクラッド層から離れる方向に突出し、前記第１のクラッド層が、前記第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である、ＬＥＤデバイス。
【請求項２】
前記第１のクラッド層の表面及び前記第１の電流拡散層ピラーの側壁部に沿って広がる、パッシベーション層を更に備える、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項３】
前記第１のクラッド層の反対側の、前記第１の電流拡散層ピラーの表面上の前記パッシベーション層内に、開口部を更に備える、請求項２に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項４】
前記パッシベーション層内の前記開口部内部に、前記第１の電流拡散層ピラーと電気的に接触する、導電性コンタクトを更に備える、請求項３に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項５】
前記導電性コンタクトが、前記第１のクラッド層と直接電気的に接触しない、請求項４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６】
前記第２の電流拡散層が、前記第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤデバイスが、支柱によって支持され、前記支柱の上面の表面積が、前記第１の電流拡散層ピラーの底面の表面積よりも小さい、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８】
前記第１の電流拡散層ピラーが、ｐドーパントでドープされる、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項９】
前記第１の電流拡散層が、ＧａＰを含み、前記第１のクラッド層が、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、及びＡｌＧａＡｓからなる群から選択される材料を含む、請求項８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤデバイスの前記活性層が、１００μｍ以下の最大幅を有し、前記第１の電流拡散層ピラーが、１０μｍ以下の最大幅を有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１１】
前記ＬＥＤデバイスの前記活性層が、２０μｍ以下の最大幅を有し、前記第１の電流拡散層ピラーが、１０μｍ以下の最大幅を有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１２】
前記活性層が、１０個未満の量子井戸層を含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１３】
前記ＬＥＤデバイスが、ディスプレイ基板に、前記ディスプレイ基板の表示区域内部で接合され、前記ＬＥＤデバイスが、前記ディスプレイ基板内の作動回路機構と電気的に接続する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１４】
前記ＬＥＤデバイスが、ディスプレイ基板に、前記ディスプレイ基板の表示区域内部で接合され、前記ＬＥＤデバイスが、前記表示区域内部で前記ディスプレイ基板に接合されたマイクロチップと電気的に接続する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１５】
前記第１のクラッド層が、非ドープの電流閉じ込め領域によって横方向で包囲された、ドープされた電流注入領域を含み、前記ドープされた電流注入領域が、前記第１のドーパント型でドープされる、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１６】
ＬＥＤデバイスアレイの形成方法であって、
ＬＥＤ基板のｐ−ｎダイオード層をパターニングすることにより、前記ｐ−ｎダイオード層の電流拡散層内に、閉じ込め溝のアレイによって隔てられた電流拡散層ピラーのアレイを形成することであって、前記閉じ込め溝が、前記電流拡散層を貫通して延在し、前記電流拡散層の下の、前記ｐ−ｎダイオード層のクラッド層を露出させる、形成することと、
前記電流拡散層ピラーのアレイ及び前記クラッド層の上に、犠牲剥離層を形成することと、
前記ＬＥＤ基板を、キャリア基板に接合することと、
前記ＬＥＤ基板から、ハンドル基板を除去することと、
前記ｐ−ｎダイオード層を、前記電流拡散層ピラーのアレイの間で横方向にパターニングすることにより、ＬＥＤデバイスのアレイを形成することであって、各ＬＥＤデバイスが、前記電流拡散層ピラーのアレイのうちの、１つの電流拡散層ピラーを含む、形成することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記ｐ−ｎダイオード層をパターニングすることが、上部電流拡散層、上部クラッド層、１つ以上の量子井戸層、及び前記クラッド層を貫通してエッチングすることにより、前記犠牲剥離層を露出させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電流拡散層ピラーのアレイ及び前記クラッド層の上に、前記犠牲剥離層を形成する前に、底部導電性コンタクトのアレイを、前記電流拡散層ピラーのアレイ上に、電気的に接触させて形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャリア基板に前記ＬＥＤ基板を接合する前に、前記犠牲剥離層をパターニングして、前記電流拡散層ピラーのアレイの上の前記犠牲剥離層内に、開口部のアレイを形成することと、
前記キャリア基板に、接合材料で前記ＬＥＤ基板を接合することにより、前記接合材料が、前記犠牲剥離層内の前記開口部のアレイ内部に配置されることと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ基板の前記パターン化ｐ−ｎダイオード層をアニールすることにより、前記電流拡散層ピラーのアレイから、前記クラッド層内に、ドーパントを追い出すことを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２１】
ディスプレイを動作させる方法であって、
駆動トランジスタに制御信号を送信することと、
前記制御信号に応答して、閉じ込め電流注入区域を含むＬＥＤデバイスに電流を通過させて駆動することと、
を含み、前記ＬＥＤデバイスが、クラッド層から離れる方向に突出する電流拡散層ピラーを含み、前記クラッド層が、前記電流拡散層ピラーよりも幅広である、方法。
【請求項２２】
前記電流が、１ｎＡ〜３０ｎＡであり、前記ＬＥＤデバイスを通過して流れる電流密度が、０．００１Ａ／ｃｍ2〜３Ａ／ｃｍ2であるか、又は、
前記電流が、２００ｎＡ〜４００ｎＡであり、前記ＬＥＤデバイスを通過して流れる電流密度が、０．２Ａ／ｃｍ2〜４Ａ／ｃｍ2であるか、又は、
前記電流が、１００ｎＡ〜３００ｎＡであり、前記ＬＥＤデバイスを通過して流れる電流密度が、０．０１Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2である、請求項２１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
〔関連出願〕
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０１３年１２月２７日に出願された米国特許出願第１４／１４１，７３５号の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスに関する。より詳細には、本発明の実施形態は、閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスに関する。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ますます、既存の光源の代替技術と見なされつつある。例えば、ＬＥＤは、サイネージ、交通信号、自動車のテールライト、モバイル電子機器のディスプレイ、及びテレビ内に見出される。従来の光源と比較したＬＥＤの様々な利益としては、効率の増大、より長い製品寿命、可変発光スペクトル、及び、様々なフォームファクタに統合可能である点を挙げることができる。
【０００４】
ＬＥＤの１つのタイプは、ダイオードの放出層が有機化合物で形成される、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）である。ＯＬＥＤの１つの利点は、その有機放出層を、可撓性基板上に印刷可能である点である。ＯＬＥＤは、薄いフレキシブルディスプレイ内に統合されており、多くの場合、携帯電話及びデジタルカメラなどの、ポータブル電子デバイス用のディスプレイを作製するために使用される。
【０００５】
ＬＥＤの別のタイプは、ダイオードの放出層が、より厚い半導体ベースのクラッド層の間に挟み込まれた１つ以上の半導体ベースの量子井戸層を含む、半導体ベースのＬＥＤである。ＯＬＥＤと比較した半導体ベースのＬＥＤの幾つかの利点としては、効率の増大、及びより長い製品寿命を挙げることができる。ルーメン毎ワット（ｌｍ／Ｗ）の単位で表される、高い発光効率は、半導体ベースのＬＥＤ照明の主要な利点のうちの１つであり、他の光源と比較して、より低いエネルギー使用量又は電力使用量を可能にする。輝度（明度）は、光源の単位面積当たりの、所定の方向で放出される光の量であり、カンデラ毎平方メートル（ｃｄ／ｍ2）の単位で測定され、また一般に、ニット（ｎｔ）とも称される。輝度は、動作電流の増大と共に増大するが、発光効率は、電流密度（Ａ／ｃｍ2）に応じて変化するものであり、初期には、電流密度が増大すると共に増大して、最大値に到達し、次いで、「効率ドループ」として既知の現象により、減少する。内部量子効率（ＩＱＥ）として既知の、内部で光子を生成する能力を含めた、多くの因子が、ＬＥＤデバイスの発光効率に寄与する。内部量子効率は、そのＬＥＤデバイスの品質及び構造の関数である。外部量子効率（ＥＱＥ）は、放出される光子の数を、注入された電子の数で除算したものとして定義される。ＥＱＥは、そのＬＥＤデバイスのＩＱＥ及び光抽出効率の関数である。低い動作電流密度（注入電流密度、又は順方向電流密度とも呼ばれる）では、ＬＥＤデバイスのＩＱＥ及びＥＱＥは、初期には、動作電流密度が増大すると共に増大し、次いで、効率ドループとして既知の現象で、動作電流密度が増大すると共に低下を開始する。低い電流密度では、非発光性再結合と呼ばれる、光の生成を伴わずに電子と正孔とが再結合する、欠陥又は他のプロセスの強い影響により、効率が低い。それらの欠陥が飽和状態になると共に、発光性再結合が優勢となり、効率が増大する。「効率ドループ」又は効率の漸減は、注入電流密度が、ある低い値、典型的には１．０〜１０Ａ／ｃｍ2を上回る際に開始する。
【０００６】
半導体ベースのＬＥＤは、インジケータ及びサイネージとして使用される低出力ＬＥＤ、光パネル及び自動車のテールライト用などの中出力ＬＥＤ、並びに固体照明及び液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）バックライト用などの高出力ＬＥＤを含めた、様々な用途で一般的に見出される。１つの用途では、高出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、一般的に、４００〜１，５００ｍＡで動作し得るものであり、１，０００，０００ｃｄ／ｍ2超の輝度を呈し得る。高出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、典型的には、そのＬＥＤデバイスに特有の効率曲線上のピーク効率の、かなり右側の電流密度で動作する。低出力の半導体ベースのＬＥＤインジケータ及びサイネージの用途では、多くの場合、約２０〜１００ｍＡの動作電流で、約１００ｃｄ／ｍ2の輝度を呈する。低出力の半導体ベースのＬＥＤ照明デバイスは、典型的には、そのＬＥＤデバイスに特有の効率曲線上の、ピーク効率の電流密度で、又はピーク効率の右側の電流密度で動作する。発光の増大を提供するために、ＬＥＤのダイサイズが増大されており、１ｍｍ2のダイが、かなり一般的なサイズになっている。より大きいＬＥＤのダイサイズは、電流密度の低減をもたらし得るものであり、このことにより、数百ｍＡ〜１アンペア超の、より高い電流の使用が可能となるため、これらのより高い電流での、ＬＥＤダイに関連付けられる効率ドループの影響を減少させることができる。
【０００７】
それゆえ、現在の最先端の半導体ベースのＬＥＤにおける傾向は、ＬＥＤの効率を増大させるために、動作電流並びにＬＥＤのサイズの双方を増大させることであるが、これは、ＬＥＤのサイズの増大が、電流密度の減少、及びより少ない効率ドループをもたらすためである。現在のところ、市販の半導体ベースのＬＥＤは、１ｍｍ2よりも、それほど小さくなってはいない。
【発明の概要】
【０００８】
本発明の実施形態は、閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスを説明する。一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、第１の電流拡散層ピラーと第２の電流拡散層との間の、活性層を含む。第１の電流拡散層ピラーは、第１のドーパント型でドープされ、第２の電流拡散層は、第１のドーパント型とは反対の、第２のドーパント型でドープされる。第１のクラッド層が、第１の電流拡散層ピラーと活性層との間に存在し、第２のクラッド層が、第２の電流拡散層と活性層との間に存在する。第１の電流拡散層は、第１のクラッド層から離れる方向に突出し、第１のクラッド層は、第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である。一実施形態では、第１の電流拡散層ピラーは、ｐドーパントでドープされる。一実施形態では、第１の電流拡散層ピラーはＧａＰを含み、第１のクラッド層は、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓなどの材料を含む。一実施形態では、活性層は、１０個未満の量子井戸層を含む。一実施形態では、活性層は、単一の量子井戸層を含み、複数の量子井戸層を含まない。一実施形態では、このＬＥＤデバイスの活性層は、１００μｍ以下の最大幅を有し、第１の電流拡散層ピラーは、１０μｍ以下の最大幅を有する。一実施形態では、このＬＥＤデバイスの活性層は、２０μｍ以下の最大幅を有し、第１の電流拡散層ピラーは、１０μｍ以下の最大幅を有する。一実施形態では、第２の電流拡散層は、第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である。
【０００９】
パッシベーション層が、第１のクラッド層の表面、及び第１の電流拡散層ピラーの側壁部に沿って、広がり得る。一実施形態では、第１のクラッド層の反対側の、第１の電流拡散層ピラーの表面上のパッシベーション層内に、開口部が形成される。次いで、導電性コンタクトを、第１のクラッド層と直接電気的に接触させることなく、このパッシベーション層内の開口部内部に、第１の電流拡散層ピラーと電気的に接触させて形成することができる。
【００１０】
一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、支柱によって支持され、この支柱の上面の表面積は、第１の電流拡散層ピラーの底面の表面積よりも小さい。そのような構成では、このＬＥＤデバイスは、キャリア基板上に存在し得る。一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、ディスプレイ基板に、そのディスプレイ基板の表示区域内部で接合される。例えば、このＬＥＤデバイスは、ディスプレイ基板に接合して、そのディスプレイ基板内部の作動回路と電気的に接続させることができ、又は、このＬＥＤデバイスは、ディスプレイ基板に接合して、同じく表示区域内部でディスプレイ基板に接合されたマイクロチップと、電気的に接続させることもできる。一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、ポータブル電子デバイスの表示区域内部に組み込まれる。
【００１１】
一実施形態では、ＬＥＤデバイスを形成する方法は、ＬＥＤ基板のｐ−ｎダイオード層をパターニングして、そのｐ−ｎダイオード層の電流拡散層内に、閉じ込め溝のアレイによって隔てられた電流拡散層ピラーのアレイを形成することを含み、それらの閉じ込め溝は、電流拡散層を貫通して延在し、その電流拡散層の下の、ｐ−ｎダイオード層のクラッド層を露出させる。電流拡散層ピラーのアレイ及びクラッド層の上に、犠牲剥離層を形成する。このＬＥＤ基板をキャリア基板に接合し、ＬＥＤ基板からハンドル基板を除去する。ｐ−ｎダイオード層を、電流拡散層ピラーのアレイの間で横方向にパターニングして、ＬＥＤデバイスのアレイを形成し、各ＬＥＤデバイスは、その電流拡散層ピラーのアレイのうちの、１つの電流拡散層ピラーを含む。このｐ−ｎダイオード層のパターニングは、上部電流拡散層、上部クラッド層、１つ以上の量子井戸層、及びクラッド層（例えば、底部クラッド層）を貫通してエッチングすることにより、犠牲剥離層を露出させることを含む。
【００１２】
電流拡散層ピラーのアレイ及びクラッド層の上に、犠牲剥離層を形成する前に、底部導電性コンタクトのアレイを、電流拡散層ピラーのアレイ上に、電気的に接触させて形成することができる。キャリア基板にＬＥＤ基板を接合する前に、この犠牲剥離層を更にパターニングして、電流拡散層ピラーのアレイの上の犠牲剥離層内に、開口部のアレイを形成することができる。そのような実施形態では、ＬＥＤ基板は、犠牲剥離層内の開口部のアレイ内部に配置される接合材料で、キャリア基板に接合される。ＬＥＤデバイスのアレイを形成した後、犠牲剥離層を除去することができ、ＬＥＤデバイスのアレイの一部分は、静電転写ヘッドアセンブリを使用して、キャリア基板から、転写先基板、例えばディスプレイ基板に転写される。
【００１３】
一実施形態では、ディスプレイを動作させる方法は、駆動トランジスタに制御信号を送信することと、その制御信号に応答して、閉じ込め電流注入区域を含むＬＥＤデバイスに電流を通過させて駆動することとを含み、このＬＥＤデバイスは、クラッド層から離れる方向に突出する電流拡散層ピラーを含み、そのクラッド層は、電流拡散層ピラーよりも幅広である。例えば、このディスプレイは、ポータブル電子デバイスである。本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスは、標準的なＬＥＤに関する通常動作条件又は設計動作条件を大きく下回る、注入電流及び電流密度で駆動することができる。一実施形態では、このＬＥＤデバイスを通過して駆動される電流は、１ｎＡ〜４００ｎＡである。一実施形態では、この電流は、１ｎＡ〜３０ｎＡである。そのような実施形態では、ＬＥＤデバイスに流れる電流密度は、０．００１Ａ／ｃｍ2〜３Ａ／ｃｍ2とすることができる。一実施形態では、この電流は、２００ｎＡ〜４００ｎＡである。そのような実施形態では、ＬＥＤデバイスに流れる電流密度は、０．２Ａ／ｃｍ2〜４Ａ／ｃｍ2とすることができる。一実施形態では、この電流は、１００ｎＡ〜３００ｎＡである。そのような実施形態では、ＬＥＤデバイスに流れる電流密度は、０．０１Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2とすることができる。
【００１４】
一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、第１の電流拡散層と第２の電流拡散層との間の、活性層を含み、第１の電流拡散層は、第１のドーパント型でドープされ、第２の電流拡散層は、第１のドーパント型とは反対の、第２のドーパント型でドープされる。第１のクラッド層が、第１の電流拡散層と活性層との間に存在し、第２のクラッド層が、第２の電流拡散層と活性層との間に存在する。電流閉じ込め領域が、電流注入領域を横方向で包囲することにより、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込める。一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、活性層の両側上に、分布ブラッグ反射層を含まない。このＬＥＤデバイスは、例えば、３００μｍ以下、１００μｍ以下、２０μｍ以下、又は更に小さいサイズの最大幅を有する、マイクロＬＥＤデバイスとすることができる。活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込める電流注入領域は、そのＬＥＤデバイスよりも小さい最大幅、例えば、１０μｍ以下の最大幅を有し得る。
【００１５】
一部の構成では、このＬＥＤデバイスは、支柱によって支持され、犠牲剥離層が、ＬＥＤデバイスの直下に広がる。例えば、そのような構成は、ディスプレイ基板などの転写先基板に転写する前には、キャリア基板上に存在し得る。他の構成では、このＬＥＤデバイスは、ポータブル電子デバイスの表示区域内部に組み込まれる。一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、ディスプレイ基板に、そのディスプレイ基板の表示区域内部で接合され、このＬＥＤデバイスは、そのディスプレイ基板内のサブピクセル駆動回路と電気的に接続されるか、又は、同じくディスプレイ基板内部でディスプレイ基板に接合された、マイクロチップと電気的に接続され、このマイクロチップは、ＬＥＤデバイスを駆動するためのサブピクセル駆動回路を含む。
【００１６】
活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込めるための、様々な構成が可能である。一実施形態では、電流注入領域は、第１の電流拡散層、第１のクラッド層、及び活性層を含む、ピラー構造体を含み、電流閉じ込め領域は、そのピラー構造体を横方向で包囲する、閉じ込めバリア充填部を含む。この閉じ込めバリア充填部は、活性層内の１つ以上の量子井戸層よりも大きいバンドギャップを有し得る。閉じ込めバリア充填部を通過する電路は、ピラー構造体を通過する電路よりも高い抵抗によって特徴付けることができる。例えば、この閉じ込めバリアは、ピラー構造体を形成する材料よりも高い抵抗率によって特徴付けられる材料を含み得るか、又は、閉じ込めバリア充填部は、ｐ−ｎ−ｐ接合などの接合を含み得る。閉じ込めバリア充填部は、複数の層、例えば、バッファ層及びバリア層、あるいはｐ−ｎ−ｐ接合を形成する複数の層を含み得る。
【００１７】
一実施形態では、電流注入領域は、第１の電流拡散層内部に配置され、電流閉じ込め領域は、その電流注入領域を横方向で包囲する、第１の電流拡散層内部の修正閉じ込めバリア領域を含む。例えば、この修正閉じ込めバリア領域は、電流注入領域よりも高い抵抗率によって特徴付けることができる。この修正閉じ込めバリア領域はまた、ピラー構造体内の第１の電流拡散層のドーパント型とは反対のドーパント型で、ドープすることもできる。例えば、第１の電流拡散層内部の閉じ込めバリア領域は、ピラー構造体内の第１の電流拡散層がｐ型である場合に、ｎ型とすることができる。
【００１８】
一実施形態では、電流注入領域は、活性層内部に配置され、電流閉じ込め領域は、その電流注入領域を横方向で包囲する、活性層内部の修正閉じ込めバリア領域を含む。この修正閉じ込めバリア領域は、電流注入領域よりも大きいバンドギャップによって、例えば、その修正閉じ込めバリア領域内での量子井戸の混合によって、特徴付けることができる。
【００１９】
一実施形態では、電流注入領域は、第１の横方向酸化閉じ込め層内部に配置された、第１の電流注入領域を含み、電流閉じ込め領域は、その第１の電流注入領域を横方向で包囲する、第１の横方向酸化閉じ込め層の第１の酸化領域を含む。電流注入領域は、第２の横方向酸化閉じ込め層内部に配置された、第２の電流注入領域を更に含み得るものであり、電流閉じ込め領域は、その第２の電流注入領域を横方向で包囲する、第２の横方向酸化閉じ込め層の第２の酸化領域を含む。一実施形態では、それらの１つ以上の横方向酸化閉じ込め層は、第１及び第２の電流拡散層、第１及び第２のクラッド層、並びに活性層などの、そのＬＥＤデバイス内部の他の層よりも、高いアルミニウム濃度によって特徴付けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る、ＬＥＤデバイスに関する内部量子効率と電流密度との関係のグラフ図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態に係る、バルクＬＥＤ基板の側断面図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態に係る、複数の量子井戸構成の側断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る、電流拡散層を貫通して形成された、電流拡散層閉じ込め溝のアレイの側断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る、電流拡散層ピラーのアレイの上に形成された、パターン化パッシベーション層の側断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係る、電流拡散層ピラーのアレイの上に形成された、底部導電性コンタクトのアレイの側断面図である。
【図６】本発明の実施形態に係る、電流拡散層ピラーのアレイの上に形成された、パターン化犠牲剥離層の側断面図である。
【図７Ａ】本発明の実施形態に係る、安定化層を有するキャリア基板に接合された、パターン化バルクＬＥＤ基板の側断面図である。
【図７Ｂ】本発明の実施形態に係る、安定化層を有するキャリア基板に接合された、パターン化バルクＬＥＤ基板の側断面図である。
【図８】本発明の実施形態に係る、ハンドル基板の除去後の、ＬＥＤデバイス層及びキャリア基板の側断面図である。
【図９】本発明の実施形態に係る、キャリア基板上のＬＥＤデバイス層の上に形成された、上部導電性コンタクト層の側断面図である。
【図１０】本発明の実施形態に係る、犠牲剥離層内に埋め込まれたＬＥＤデバイスのアレイを形成するように、ＬＥＤデバイス層内に形成されたアレイメサ溝の側断面図である。
【図１１Ａ】本発明の実施形態に係る、犠牲剥離層の除去後の、安定化支柱のアレイによって支持されたＬＥＤデバイスのアレイの側断面図である。
【図１１Ｂ】本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスの、上部−底部の組み合わせ概略図である。
【図１１Ｃ】本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスの、上部−底部の組み合わせ概略図である。
【図１１Ｄ】本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスの、上部−底部の組み合わせ概略図である。
【図１２Ａ】本発明の実施形態に係る、異なる幅を有するＬＥＤデバイスの中心からの距離の関数としての、３００ｎＡ／μｍ2の電流密度での発光性再結合のプロットである。
【図１２Ｂ】本発明の実施形態に係る、異なる幅を有するＬＥＤデバイスの中心からの距離の関数としての、１０ｎＡ／μｍ2の電流密度での発光性再結合のプロットである。
【図１２Ｃ】本発明の実施形態に係る、１０ｎＡ／ｃｍ2の電流密度での、図１２ＢのＬＥＤデバイスの最大発光性再結合のプロットである。
【図１３】本発明の実施形態に係る、異なる幅の電流拡散層ピラーを有するＬＥＤデバイスに関する、電流密度の関数としての内部量子効率のプロットである。
【図１４】本発明の実施形態に係る、異なるドーピングの電流拡散層ピラーを有するＬＥＤデバイスに関する、電流密度の関数としての内部量子効率のプロットである。
【図１５Ａ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を形成するように、ｐ−ｎダイオード層を部分的又は完全に貫通してエッチングされる、メサ再成長溝の形成の側断面図である。
【図１５Ｂ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を形成するように、ｐ−ｎダイオード層を部分的又は完全に貫通してエッチングされる、メサ再成長溝の形成の側断面図である。
【図１６Ａ】それぞれ、本発明の実施形態に係る、図１５Ａ、図１５Ｂのメサ再成長溝内部の閉じ込めバリア充填部の側断面図である。
【図１６Ｂ】それぞれ、本発明の実施形態に係る、図１５Ａ、図１５Ｂのメサ再成長溝内部の閉じ込めバリア充填部の側断面図である。
【図１７Ａ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図１７Ｂ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図１８】本発明の実施形態に係る、メサ再成長溝内部の多層閉じ込めバリア充填部の側断面図である。
【図１９】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する多層閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図２０】本発明の実施形態に係る、メサ再成長溝内部の、ｐ−ｎ−ｐ接合を備える閉じ込めバリア充填部の側断面図である。
【図２１Ａ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する、ｐ−ｎ−ｐ接合を備える閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図２１Ｂ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する、ｐ−ｎ−ｐ接合を備える閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤの拡大断面図である。
【図２１Ｃ】本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する、ｐ−ｎ−ｐ接合を備える閉じ込めバリア充填部を含む、ＬＥＤの拡大断面図である。
【図２２】本発明の実施形態に係る、電流分配層内部の修正閉じ込めバリア領域の、注入による形成の側断面図である。
【図２３】本発明の実施形態に係る、幾つかの注入プロファイルのグラフ図である。
【図２４】本発明の実施形態に係る、電流分配層内部の修正閉じ込めバリア領域の、拡散による形成の側断面図である。
【図２５】本発明の実施形態に係る、電流分配層内部の修正閉じ込めバリア領域を有する、ＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図２６Ａ】本発明の実施形態に係る、量子井戸の混合を有するＬＥＤデバイスの側断面図である。
【図２６Ｂ】本発明の実施形態に係る、量子井戸の混合の前の、３つの量子井戸を含む活性層の概略バンドギャップ図である。
【図２６Ｃ】本発明の実施形態に係る、量子井戸の混合の後の、図２６Ａの活性層の概略バンドギャップ図である。
【図２７】本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層を含むＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、片面プロセスの側断面図である。
【図２８】本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層を含むＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、片面プロセスの側断面図である。
【図２９】本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層及び側壁パッシベーションを含む、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、両面プロセスの側断面図である。
【図３０】本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層及び側壁パッシベーションを含む、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、両面プロセスの側断面図である。
【図３１】は、本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層及び側壁パッシベーションを含む、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、両面プロセスの側断面図である。
【図３２】本発明の実施形態に係る、酸化クラッド層及び側壁パッシベーションを含む、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、両面プロセスの側断面図である。
【図３３】本発明の実施形態に係る、ドープされた電流拡散層の側断面図である。
【図３４】本発明の実施形態に係る、ドープされた電流拡散層ピラーのアレイ及びドープされたクラッド層領域の側断面図である。
【図３５】本発明の実施形態に係る、ドープされた電流拡散層ピラー及びドープされたクラッド層領域を有する、ＬＥＤデバイスのアレイの側断面図である。
【図３６Ａ】本発明の実施形態に係る、キャリア基板から転写先基板にＬＥＤデバイスを転写する、静電転写ヘッドのアレイの側断面図である。
【図３６Ｂ】本発明の実施形態に係る、キャリア基板から転写先基板にＬＥＤデバイスを転写する、静電転写ヘッドのアレイの側断面図である。
【図３６Ｃ】本発明の実施形態に係る、キャリア基板から転写先基板にＬＥＤデバイスを転写する、静電転写ヘッドのアレイの側断面図である。
【図３６Ｄ】本発明の実施形態に係る、キャリア基板から転写先基板にＬＥＤデバイスを転写する、静電転写ヘッドのアレイの側断面図である。
【図３６Ｅ】本発明の実施形態に係る、キャリア基板から転写先基板にＬＥＤデバイスを転写する、静電転写ヘッドのアレイの側断面図である。
【図３７Ａ】本発明の実施形態に係る、ディスプレイパネルの上面図である。
【図３７Ｂ】本発明の実施形態に係る、線Ｘ−Ｘ及び線Ｙ−Ｙに沿った図３７Ａのディスプレイパネルの側面図である。
【図３７Ｃ】本発明の実施形態に係る、ディスプレイ基板に接合されたマイクロチップと電気的に接続する、ＬＥＤデバイスの側面図である。
【図３８】本発明の実施形態に係る、ディスプレイシステムの概略図である。
【図３９】本発明の実施形態に係る、照明システムの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の実施形態は、閉じ込め電流注入区域を有する、ＬＥＤデバイス及びＬＥＤデバイスを形成する方式を説明する。具体的には、本発明の一部の実施形態は、閉じ込め電流注入区域を有する、マイクロＬＥＤデバイス及びマイクロＬＥＤデバイスを形成する方式に関連し得る。
【００２２】
様々な実施形態では、図を参照して説明が実施される。しかしながら、特定の実施形態は、これらの具体的な詳細のうちの１つ以上を伴わずに、あるいは他の既知の方法及び構成と組み合わせて、実践することができる。以下の説明では、本発明の完全な理解を提供するために、具体的な構成、寸法、及びプロセスなどの、数多くの具体的な詳細が記載される。他の例では、本発明を不必要に曖昧にしないために、周知の半導体のプロセス及び製造技術は、特に詳細には説明されていない。本明細書の全体を通じた「一実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明される特定の機構、構造体、構成、又は特性が、本発明の少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味するものである。それゆえ、本明細書の全体を通じて、様々な個所で語句「一実施形態では」が現れる場合、必ずしも、本発明の同じ実施形態を言及するものではない。更には、それらの特定の機構、構造体、構成、又は特性は、１つ以上の実施形態で、任意の好適な方式で組み合わせることができる。
【００２３】
用語「〜に広がる」、「〜の上」、「〜に」、「〜の間」、及び「〜上」とは、本明細書で使用するとき、１つの層の、他の層に対する相対位置に言及し得るものである。別の層「に広がる」、別の層「の上」、若しくは別の層「上」の１つの層、又は別の層「に」接合する、若しくは別の層と「接触」する１つの層は、その別の層と直接接触する場合もあれば、あるいは１つ以上の介在層を有する場合もある。層「の間」の１つの層は、それらの層と直接接触する場合もあれば、又は１つ以上の介在層を有する場合もある。
【００２４】
一態様では、本発明の実施形態は、ＬＥＤデバイスが、静電転写ヘッドアセンブリを使用して、キャリア基板から転写され、転写先基板に接合される、ＬＥＤデバイス統合化設計を説明する。本発明の実施形態によれば、ＬＥＤデバイスに対する把持圧力を発生させるために、静電転写ヘッドに吸引電圧が印加される。マイクロデバイスのサイズが、約３００μｍ以下、又はより具体的には、約１００μｍ以下などの、真空チャック機器の特定の限界寸法未満に低減される場合、真空チャック機器を使用して、マイクロデバイスをピックアップするための十分な把持圧力を発生させることは、困難又は不可能な場合があることが認められている。更には、本発明の実施形態に係る静電転写ヘッドを使用することにより、真空チャック機器に関連付けられる１ａｔｍの圧力よりも、遥かに大きい把持圧力を生成することができる。例えば、本発明の実施形態によれば、２ａｔｍ以上、又は更に２０ａｔｍ以上の把持圧力を使用することができるしたがって、一態様では、本発明の実施形態により、現在の真空チャック機器では統合化が不可能な用途へと、マイクロＬＥＤデバイスを転写及び統合する能力が提供される。一部の実施形態では、用語「マイクロ」ＬＥＤデバイス又は構造体とは、本明細書で使用するとき、特定のデバイス又は構造体の記述的サイズ、例えば、長さ又は幅を指すことができる。一部の実施形態では、「マイクロ」ＬＥＤデバイス又は構造体は、多くの用途では、１μｍ〜約３００μｍ、又は１００μｍ以下の規模とすることができる。しかしながら、本発明の実施形態は、必ずしもそのように限定されるものではなく、それらの実施形態の特定の態様は、より大きいマイクロＬＥＤデバイス又は構造体、また恐らくは、より小さいサイズの規模に適用可能とすることができる点を理解されたい。
【００２５】
一態様では、本発明の実施形態は、ピックアップの準備が整い、１つ以上の安定化支柱によって支持される、ＬＥＤデバイスを説明する。本発明の実施形態によれば、ＬＥＤデバイスに対する把持圧力を発生させ、そのＬＥＤデバイスをピックアップするために、転写ヘッドに吸引電圧が印加される。本発明の実施形態によれば、安定化支柱からＬＥＤデバイスをピックアップするために必要とされる、最少量のピックアップ圧力は、安定化支柱を形成する接着接合材料とＬＥＤデバイス（又は、任意の中間層）との接着強度、並びに、安定化支柱の上面とＬＥＤデバイスとの接触面積によって決定することができる。例えば、ＬＥＤデバイスをピックアップするために克服しなければならない接着強度は、等式（１）で提供されるような、転写ヘッドによって発生される最小ピックアップ圧力に関連する：
【数１】
2017500757.tif 000003
式中、Ｐ1は、転写ヘッドによって発生させることが必要とされる、最小把持圧力であり、Ａ1は、転写ヘッドの接触表面とＬＥＤデバイスの接触表面との接触面積であり、Ａ2は、安定化支柱の上面上の接触面積であり、Ｐ2は、安定化支柱の上面上の接着強度である。一実施形態では、１気圧超の把持圧力が、転写ヘッドによって発生される。例えば、各転写ヘッドは、転写ヘッドの絶縁破壊による短絡を伴うことなく、２気圧以上、又は更に２０気圧以上の把持圧力を発生させることができる。より小さい面積により、転写ヘッドによって発生する把持圧力よりも高い圧力が、対応する安定化支柱の上面で実現される。
【００２６】
別の態様では、本発明の実施形態は、閉じ込め電流注入区域を含む、マイクロＬＥＤデバイスとすることが可能なＬＥＤデバイスを説明する。一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、第１のドーパント型でドープされた第１の（例えば、底部）電流拡散層ピラーと、その底部電流拡散層上の第１の（例えば、底部）クラッド層と、その底部クラッド層上の活性層と、その活性層上の第２の（例えば、上部）クラッド層と、第１のドーパント型とは反対の第２のドーパント型でドープされた第２の（例えば、上部）電流拡散層とを含む。底部電流拡散層ピラーは、底部クラッド層から離れる方向に突出し、底部クラッド層は、底部電流拡散層ピラーよりも幅広である。本発明の実施形態によれば、活性層もまた、底部電流拡散層ピラーよりも幅広である。上部クラッド層及び上部電流拡散層もまた、底部電流拡散層ピラーよりも幅広とすることができる。この方式で、上部電流拡散層と底部電流拡散層ピラーとにわたって電位が印加されると、底部電流拡散層ピラーの面積と上部電流拡散層の面積との関係によって、活性層内部の電流注入区域が修正される。動作時には、電流注入区域は、底部電流拡散層ピラー構成の面積が縮小されると共に、縮小される。この方式で、活性層内部で、活性層の外表面又は側面から離して、電流注入区域を内部に閉じ込めることができる。
【００２７】
他の実施形態では、電流閉じ込め領域が、電流注入領域を横方向で包囲することにより、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込める。メサ再成長技術、電流分配層又はクラッド層のドーパント修正若しくは陽子修正、量子井戸の混合、並びに閉じ込め層の横方向の酸化を含めた、様々な構成が可能である。更には、本明細書で説明される幾つかの電流閉じ込め構成のうちの多くは、単一のＬＥＤデバイス内部で組み合わせることができる。
【００２８】
更には、ｐ−ｎダイオード層の上部表面積が、活性層内部の電流閉じ込め領域の表面積よりも大きい、ＬＥＤデバイスを設計することが可能である。このことにより、静電転写ヘッドアセンブリを使用してＬＥＤデバイスを転写するために有益であり得る、より大きいＬＥＤデバイスを製造することが可能となると共に、閉じ込め電流注入区域が電流密度の増大をもたらし、また、特にＬＥＤデバイスの内部量子効率曲線の前ドループ領域未満又はその領域付近の注入電流及び注入電流密度で動作している場合に、そのＬＥＤデバイスの効率の増大をもたらす、構造体もまた提供される。
【００２９】
別の態様では、活性層の外部表面に沿って（例えば、ＬＥＤデバイスの側壁部に沿って）非発光性再結合が発生し得ることが認められている。そのような非発光性再結合は、欠陥の結果であり得ると考えられ、例えば、その欠陥は、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するためにｐ−ｎダイオード層を貫通してメサ溝を形成する結果であるか、あるいは、電流フロー及び非発光性再結合を可能にし得る、終端表面でのダングリングボンドによる表面準位の結果であり得る。この非発光性再結合はまた、電子及び正孔を非発光的に結合するまで閉じ込めることが可能な状態密度をもたらす、表面でのバンド曲りの結果でもあり得る。そのような非発光性再結合は、特に、それらの欠陥を飽和させることが不可能な電流でＬＥＤデバイスが駆動される、ＩＱＥ曲線の前ドループ領域内での低い電流密度では、そのＬＥＤデバイスの効率に対して著しい影響を及ぼす恐れがある。本発明の実施形態によれば、より多量の欠陥が存在し得る、活性層の外部表面又は側面へと、電流が横方向に拡散しないように、活性層内部で、電流注入区域を内部に閉じ込めることができる。結果として、活性層の外部表面又は側面付近での、非発光性再結合の量を低減することができ、ＬＥＤデバイスの効率が増大する。
【００３０】
本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスは、発光の効率が高く、ＬＣＤ又はＯＬＥＤディスプレイ技術と比較して、消費する電力を極めて小さくすることができる。例えば、従来のディスプレイパネルは、１００〜７５０ｃｄ／ｍ2の、全画面が白色の輝度を達成することができる。日光下で読み取り可能な画面に関しては、６８６ｃｄ／ｍ2超の輝度が必要となり得ることが理解されよう。本発明の一部の実施形態によれば、ＯＬＥＤディスプレイパネル用に使用される薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板バックプレーンなどの、ディスプレイバックプレーンに、ＬＥＤデバイスを転写及び接合することができ、その半導体ベースのＬＥＤデバイスが、ＯＬＥＤディスプレイの有機ＬＥＤ膜に置き換わる。この方式で、高効率の半導体ベースのＬＥＤデバイスが、より低い効率の有機ＬＥＤ膜に置き換わる。更には、半導体ベースのＬＥＤデバイスの幅／長さは、典型的には有機ＬＥＤ膜で充填される、ディスプレイパネルの割り当てサブピクセル区域よりも、遥かに小さいものとすることができる。他の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、複数のマイクロチップを含む基板と統合され、それらのマイクロチップは、ＴＦＴ基板バックプレーン内部に典型的に形成される、作動回路（例えば、サブピクセル駆動回路）に置き換わるものである。
【００３１】
本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスは、標準的なＬＥＤに関する通常動作条件又は設計動作条件を大きく下回る条件で、動作することができる。ＬＥＤデバイスはまた、レーザとは根本的に異なるものでもあり、レーザよりも著しく低い電流で動作することができる。例えば、本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスに関する放出の原理は、レーザに特有の、誘導されたコヒーレント光と比較して、自発的な無指向性の光子放出とすることができる。レーザは、典型的には、レーザ発振としても既知のコヒーレント発光を誘導するための、活性層の両側上の分布ブラッグ反射（ＤＢＲ）層を含む。レーザ発振は、本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイス動作に関しては必須ではない。結果として、ＬＥＤデバイスは、典型的なレーザよりも薄くすることができ、コヒーレント発光を誘導するための、活性層の両側上の反射層を必要としない。
【００３２】
例示の目的のために、本発明の実施形態によれば、ＬＥＤデバイスは、従来のＯＬＥＤディスプレイパネルと同様の駆動回路機構、例えば、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）バックプレーンを使用して駆動することができる点が想到される。しかしながら、実施形態は、そのように限定されるものではない。例えば、別の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、転写先基板に同じく静電的に転写される、マイクロチップによって駆動される。注入電流２５ｎＡのサブピクセル動作特性を想定すると、１μｍ2の閉じ込め電流注入区域を有する例示的ＬＥＤデバイスは、２．５Ａ／ｃｍ2の電流密度に概ね対応し、２５μｍ2の閉じ込め電流注入区域を有する例示的ＬＥＤデバイスは、０．１Ａ／ｃｍ2の電流密度に概ね対応し、１００μｍ2の閉じ込め電流注入区域を有する例示的ＬＥＤデバイスは、０．０２５Ａ／ｃｍ2の電流密度に概ね対応する。図１を参照すると、本発明の実施形態によれば、これらの低い注入電流及び電流密度は、特性効率曲線の前ドループ領域に対応し得る。これは、標準的なＬＥＤに関する通常動作条件又は設計動作条件を大きく下回る。更には、一部の実施形態では、それらの低い注入電流及び電流密度は、このＬＥＤデバイスに関する特性効率曲線の前ドループ領域上の、その曲線の傾きが１：１よりも大きい部分に対応し得るものであるため、電流密度の微増は、このＬＥＤデバイスのＩＱＥの、またそれゆえＥＱＥの、より大きい増大をもたらす。したがって、本発明の実施形態によれば、著しい効率の増大は、ＬＥＤデバイスの電流注入区域を閉じ込めることによって得られ、そのＬＥＤデバイスの発光効率及び輝度の増大をもたらすことができる。一部の実施形態では、閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、屋内ディスプレイ用途に関する約３００Ｎｉｔ、及び屋外ディスプレイ用途に関する最大約２，０００Ｎｉｔの目標輝度値に関して設計された、ディスプレイパネル用途へと実装される。注入電流及びディスプレイ用途を含めた上記の例は、本質的に、本発明の実施形態の実装に関するコンテキストを提供するための、例示的なものであり、実施形態は、そのように限定されるものではなく、他の動作条件で使用することができ、実施形態は、ディスプレイ用途又はＴＦＴバックプレーンに限定されるものではないことを理解されたい。
【００３３】
以下の説明では、マイクロＬＥＤデバイスとすることが可能なＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、例示的な加工処理シーケンスが説明される。ここで図２Ａを参照すると、本発明の実施形態に係る、バルクＬＥＤ基板１００の側断面図が提供される。例えば、図２Ａに示されるバルクＬＥＤ基板は、赤色の原色光（例えば、６２０〜７５０ｎｍの波長）、緑色の原色光（例えば、４９５〜５７０ｎｍの波長）、又は青色の原色光（例えば、４５０〜４９５ｎｍの波長）の放出用に設計することができるが、本発明の実施形態は、これらの例示的な発光スペクトルに限定されるものではない。一実施形態では、バルクＬＥＤ基板１００は、成長基板１０２上に形成されたｐ−ｎダイオード層１１５を含む。ｐ−ｎダイオード層１１５は、スペクトル内の特定領域に対応するバンドギャップを有する、様々な化合物半導体で形成することができる。例えば、ｐ−ｎダイオード層１１５は、ＩＩ−ＶＩ族材料（例えば、ＺｎＳｅ）、あるいは、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、及びそれらの合金）及びＩＩＩ−Ｖリン化物材料（例えば、ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、及びそれらの合金）を含めたＩＩＩ−Ｖ族材料に基づく、１つ以上の層を含み得る。成長基板１０２としては、限定するものではないが、シリコン、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＧａＮ、及びサファイアなどの、任意の好適な基板を挙げることができる。
【００３４】
具体的には、赤色発光ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、例示的な一次加工処理シーケンスが説明される。赤色発光ＬＥＤデバイスに関する一次加工処理シーケンスが説明されるが、この例示的な一次加工処理シーケンスは、異なる発光スペクトルを有するＬＥＤデバイスに関して使用することができ、特に、異なる材料を加工処理する場合、特定の修正が想到されることを理解されたい。更には、異なる材料では、ＩＱＥ曲線の形状は異なり得るものであり、具体的には、そのピークは、図１に示されるもの以外の電流密度で発生し得る。一実施形態では、バルクＬＥＤ基板１００は、赤色光の放出用に設計され、成長基板１０２は、ＧａＡｓで形成される。成長基板１０２は、任意選択的にドープすることができる。図示の実施形態では、成長基板１０２は、ｎ型にドープされるが、代替的実施形態では、成長基板１０２は、ｐ型にドープされる。電流拡散層１０４が、成長基板１０２上に、第１のドーパント型で形成される。一実施形態では、電流拡散層１０４は、ｎ型にドープされたＧａＡｓであるが、他の材料、及び反対のドーパント型を使用することもできる。図示のように、クラッド層１０６が、電流拡散層１０４の上に形成される。クラッド層１０６は、活性層１０８内部に電流を閉じ込める機能を果たし、活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを保有することができる。クラッド層１０６は、ドープされる場合もあれば、又はドープされない場合もある。一実施形態では、クラッド層１０６は、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓなどの材料で形成される。クラッド層１０６は、任意選択的に、ドープされる場合もあれば、又はドープされない場合もある。クラッド層１０６は、例えば、電流拡散層１１４と同じドーパント型で、任意選択的にドープすることができる例えば、クラッド層１０６のドーピングにより、活性層１０８内への垂直の電流注入を改善することができる。
【００３５】
活性層１０８が、クラッド層１０６上に形成される。活性層１０８は、多重量子井戸（ＭＱＷ）構成、又は単一量子井戸（ＳＱＷ）構成を含み得る。本発明の実施形態によれば、量子井戸の数の低減は、横方向の電流拡散に対するより大きい抵抗、より高いキャリア密度を提供することができ、完成したＬＥＤデバイス内で電流を内部に閉じ込めるために役立ち得る。一実施形態では、活性層１０８は、ＳＱＷを含む。一実施形態では、活性層１０８は、１０個未満の量子井戸層を有する、ＭＱＷ構成を含む。１つ以上のバリア層などの追加層もまた、活性層１０８内に含めることができる。例えば、ＭＱＷ構成は、バリア層によって隔てられた、複数の量子井戸層を含み得る。図２Ｂは、本発明の実施形態に係る、３つの量子井戸を含むＭＱＷ構成の図である。図示のように、量子井戸層１０８ａは、バリア層１０８ｂによって隔てられている。量子井戸層１０８ａを形成する材料は、量子井戸内部にキャリアを捕捉して閉じ込めるために、バリア層１０８ｂを形成する材料よりも低いバンドギャップを有する。活性層１０８は、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）、ＡｌＧａＡｓ、ＩｎＧａＰなどの材料、又は他の好適な材料で形成することができる。例えば、量子井戸層１０８ａ及びバリア層１０８ｂは、異なるｘ及び／又はｙの値を有する、（ＡｌxＧａ1-x）yＩｎ1-yＰ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）で形成することにより、所望のバンドギャップエネルギーを達成することができる。本発明の実施形態によれば、活性層１０８を形成する材料（単数又は複数）は、活性層１０８の両側上の双方のクラッド層１０６、１１０よりも、小さいバンドギャップエネルギーを有する。
【００３６】
図２Ａを再び参照すると、活性層１０８上にクラッド層１１０が形成され、このクラッド層１１０上に、電流拡散層１１４が形成される。本発明の実施形態によれば、クラッド層１０８の材料及び厚さは、目標動作電流で所望の抵抗率を達成するように選択することができ、それにより、クラッド層１１０は、電流拡散層ピラーが形成される電流拡散層１１４よりも高い抵抗率を有する。この方式で、クラッド層１１０が、ある程度まで横方向の電流拡散に抵抗することにより、完成したＬＥＤデバイス内で、電流が内部に閉じ込められる。クラッド層１０６と同様に、クラッド層１１０は、活性層１０８内部に電子及び正孔を閉じ込める機能を果たし、活性層よりも大きいバンドギャップエネルギーを保有することができる。一実施形態では、電流拡散層１１４は、電流拡散層１０４とは反対のドーパント型でドープされる。例えば、電流拡散層１１４は、電流拡散層１０４がｎ型にドープされる場合、ｐ型にドープすることができ、逆もまた同様である。一実施形態では、電流拡散層１１４は、ＧａＰである。一実施形態では、電流拡散層１１４は、複数の層で形成される。一実施形態では、電流拡散層１１４は、上部のｐ型ドープＧａＰ層１１２と、下層の、クラッド層１１０上のＩｎＧａＰエッチング停止層１１３とを含む。一実施形態では、クラッド層１１０は、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、又はＡｌＧａＡｓなどの材料で形成される。クラッド層１１０は、ドープされる場合もあれば、又はドープされない場合もある。クラッド層１１０は、例えば、電流拡散層１１４と同じドーパント型で、任意選択的にドープすることができる一実施形態では、クラッド層１１０は、クラッド層１０６のドーパント濃度よりも低い（ドーピングなしを含めた）ドーパント濃度を有する。
【００３７】
一実施形態では、バルクＬＥＤ基板１００は、厚さ２５０〜５００μｍの成長基板１０２、厚さ０．１〜１．０μｍの電流拡散層１０４、厚さ０．０５〜０．５μｍのクラッド層１０６、活性層１０８、厚さ０．０５〜０．５μｍのクラッド層１１０、及び厚さ０．１〜１．５μｍの電流拡散層１１４を含む。これらの厚さは例示的なものであり、本発明の実施形態は、これらの例示的厚さに限定されるものではない。
【００３８】
ここで図３を参照すると、本発明の実施形態に従って、電流拡散層閉じ込め溝１１６のアレイが、電流拡散層１１４を貫通して形成される。図示のように、これらの電流拡散層閉じ込め溝が、電流拡散層１１４を完全に貫通してエッチングされることにより、電流拡散層ピラー１１８のアレイを形成することができる。一実施形態では、エッチングは、クラッド層１１０上で停止する。別の実施形態では、クラッド層１１０は、電流拡散層１１４の完全除去を確実にするために、部分的にエッチングされる。本発明の実施形態によれば、エッチングは、活性層１０８に到達する前に停止される。エッチングは、湿式エッチング技術又は乾式エッチング技術などの、好適な技術を使用して実行することができる。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、及び化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）などの、乾式エッチング技術を使用することができる。これらのエッチング化学作用は、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、又はＳｉＣｌ4などの化学種を含む、ハロゲン系のものとすることができる。これらのエッチング化学作用はまた、Ｂｒ2又はＨＩＯ4などの化学種を含む、湿式化学作用とすることもできる。一実施形態では、電流拡散層１１４は、上部のｐ型ドープＧａＰ層１１２と、下層の、クラッド層１１０上のＩｎＧａＰエッチング停止層１１３とを含む。そのような実施形態では、上部のｐ型ドープＧａＰ層１１２は、Ｂｒ２又はＨＩＯ４を含む湿式エッチング化学作用を使用して、湿式エッチングされ、ＩｎＧａＰで形成されたエッチング停止層１１３上で停止する。次いで、ＨＣｌ＋Ｈ3ＰＯ4の溶液中で湿式エッチングすることによって、エッチング停止層１１３を除去することができる。あるいは、時限乾式エッチング技術を使用して、ＧａＰ１１２層及びＩｎＧａＰ１１３層の双方をエッチングすることができる。
【００３９】
以下の説明でより明らかとなるように、ＬＥＤデバイス内部の電流密度を増大させる能力、並びに、ＬＥＤデバイス内部に、及び非発光性再結合が発生し得る外側側壁部から離して、電流を内部に閉じ込める能力は、電流拡散層ピラー１１８の幅が少なくとも部分的に決定する。ある程度の横方向の電流拡散が、デバイス内部で発生するが、本発明の実施形態は、全般的に、この閉じ込め電流区域を、電流拡散層ピラー１１８の直上の量子井戸の区域と称する。電流拡散層ピラー１１８の幅はまた、ＬＥＤデバイスの幅にも関連し得る。一部の実施形態では、電流拡散層ピラー１１８は、１〜１０μｍの幅を有する。一部の実施形態では、電流拡散層ピラー１１８は、約２．５μｍの幅又は直径を有する。
【００４０】
図４は、本発明の実施形態に係る、電流拡散層ピラー１１８のアレイの上に形成された、パターン化パッシベーション層１２０の側断面図である。一実施形態では、パッシベーション層１２０は、酸化物又は窒化物などの、絶縁材料で形成される。一実施形態では、パッシベーション層は、厚さ約５０オングストローム〜３，０００オングストロームのＡｌ2Ｏ3である。一実施形態では、パッシベーション層１２０は、原子層堆積（ＡＬＤ）などの、高品質の薄膜堆積手順を使用して形成される。以下の説明でより明らかとなるように、高品質の薄膜堆積手順により、犠牲剥離層エッチング操作の間、パッシベーション層１２０の完全性を防護することができる。一実施形態では、パッシベーション層１２０は、ＡＬＤによって堆積された、厚さ約２００オングストロームのＡｌ2Ｏ3である。次いで、リソグラフィ及びエッチングなどの好適なパターニング技術を使用して、電流拡散層ピラー１１８の上に開口部１２２を形成することにより、電流拡散層ピラーの最上部表面を露出させることができる。図示の実施形態では、電流拡散層ピラー１１８の側壁部に沿って、及びクラッド層１１０上に、パターン化パッシベーション層１２０が形成される。他の実施形態では、パッシベーション層１２０は形成されない。
【００４１】
ここで図５を参照すると、本発明の実施形態に従って、底部導電性コンタクト１２４のアレイが、電流拡散層ピラー１１８のアレイの上に形成される。導電性コンタクト１２４は、金属、導電性酸化物、及び導電性ポリマーを含めた、様々な導電材料で形成することができる。一実施形態では、導電性コンタクト１２４は、蒸着又はスパッタリングなどの、好適な技術を使用して形成される。一実施形態では、導電性コンタクト１２４は、ＢｅＡｕ金属合金、又はＡｕ／ＧｅＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ層の金属スタックを含み得る。一実施形態では、導電性コンタクト１２４は、電流拡散層ピラー１１８とオーム接触するための第１の層と、キャリア基板に接合するために使用される安定化層との接着を制御するための、金などの第２の接合−剥離層とを含む。底部導電性コンタクト１２４の形成、又は少なくともオーミック層の形成に続けて、例えば５１０℃で１０分間にわたって、この基板スタックをアニールすることにより、オーム接触を作り出すことができる。図５に示される実施形態では、導電性コンタクト１２４は、隣り合う電流拡散層ピラー１１８の間に、完全には広がらない。一実施形態では、導電性コンタクト１２４は、パッシベーション層１２０によって覆われた、電流拡散層ピラー１１８の側壁部に沿って広がる。一実施形態では、導電性コンタクト１２４は、電流拡散層ピラー１１８の側壁部に沿って広がらない。
【００４２】
次いで、図６に示されるように、電流拡散層ピラー１１８のアレイの上に、犠牲剥離層１２６を形成することができる。図示の特定の実施形態では、犠牲剥離層１２６は、電流閉じ込め溝１１６内部に形成される。一実施形態では、犠牲剥離層１２６は、蒸気（例えば、蒸気ＨＦ）エッチング又はプラズマエッチングで容易かつ選択的に除去することが可能な、材料で形成される。一実施形態では、この犠牲剥離層は、０．２μｍ〜２μｍの厚さを有する、酸化物（例えば、ＳｉＯ2）又は窒化物（例えば、ＳｉＮx）で形成される。一実施形態では、この犠牲剥離層は、パッシベーション層１２０と比較して、相対的に低品質の膜形成技術を使用して形成される。一実施形態では、犠牲剥離層１２６は、スパッタリング、低温のプラズマ増強化学気相成長（ＰＥＣＶＤ）、又は電子ビーム蒸着によって形成される。
【００４３】
更に図６を参照すると、犠牲剥離層１２６をパターニングして、電流拡散層ピラー１１８のアレイの上に、開口部１２８のアレイを形成する。一実施形態では、各開口部１２８は、下層の導電性コンタクト１２４を露出させる。以下の説明でより明らかとなるように、この犠牲剥離層１２６内の開口部１２８の寸法は、形成される安定化支柱の寸法及び接触面積に対応するものであり、また結果的に、安定化支柱のアレイによって支持され、それらのアレイから採取される準備が整ったＬＥＤデバイスのアレイを、ピックアップするために克服しなければならない、接着強度に対応するものである。一実施形態では、開口部１２８は、リソグラフィ技術を使用して形成され、約０．５μｍ×０．５μｍの長さ及び幅を有するが、これらの開口部は、より大きく、又はより小さくすることもできる。一実施形態では、開口部１２８は、電流拡散層ピラー１１８の幅（又は、面積）よりも小さい幅（又は、面積）を有する。
【００４４】
ここで図７Ａ、図７Ｂを参照すると、一部の実施形態では、パターン化犠牲剥離層１２６の上に、安定化層１３０が形成され、このパターン化バルクＬＥＤ基板１００は、キャリア基板１４０に接合される。本発明の実施形態によれば、安定化層１３０は、接着接合材料で形成することができる。一実施形態では、この接着接合材料は、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）又はエポキシなどの、熱硬化性材料である。例えば、この熱硬化性材料は、形成されるＬＥＤデバイス上の導電性コンタクト１２４から離層することがないように、硬化の間の１０％以下の体積収縮、又は、より詳細には、硬化の間の６％以下の体積収縮を伴い得る。接着を向上させるためには、ＢＣＢ安定化層の場合、下層の構造体を調整するために、Ｄｏｗ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙより入手可能なＡＰ３０００などの接着促進剤で、その下層の構造体を処理することができる。パターン化犠牲剥離層１２６の上に安定化層１３０を塗布する前に、ＡＰ３０００を、例えば、その下層の構造体上にスピンコーティングして、ソフトベーク（例えば、１００℃）又は遠心脱水することにより、溶媒を除去することができる。
【００４５】
一実施形態では、安定化層１３０は、パターン化犠牲剥離層１２６の上に、スピンコーティング又はスプレーコーティングされるが、他の塗布技術を使用することもできる。安定化層１３０の塗布に続けて、この安定化層をプリベークすることにより、溶媒を除去することができる。安定化層１３０のプリベークの後、このパターン化バルクＬＥＤ基板１００は、その安定化層１３０で、キャリア基板１４０に接合される。一実施形態では、接合は、安定化層１３０を硬化させることを含む。安定化層１３０がＢＣＢで形成される場合、硬化温度は、約３５０℃を超過するべきではなく、この温度は、ＢＣＢが分解を開始する温度を表すものである。安定化層の１００％の完全硬化を達成することは、本発明の実施形態によれば、必要とされない場合がある。一実施形態では、安定化層１３０は、十分な硬化率（例えば、ＢＣＢに関しては７０％以上）まで硬化され、この時点で、安定化層１３０は、もはやリフローすることはない。更には、部分的に硬化したＢＣＢは、キャリア基板１４０及びパターン化犠牲剥離層１２６との、十分な接着強度を保有し得ることが認められている。一実施形態では、安定化層は、犠牲剥離層の剥離操作に十分抵抗するように、十分に硬化させることができる。
【００４６】
一実施形態では、安定化層１３０は、電流拡散層ピラー１１８、及びパターン化犠牲剥離層１２６内の開口部１２８の高さよりも厚い。この方式で、開口部１２８を充填する安定化層の厚さが、安定化支柱１３２となり、充填された開口部１２８の上の、安定化層１３０の厚さの残部が、パターン化バルクＬＥＤ基板１００をキャリア基板１４０に接着接合する機能を果たし得る。
【００４７】
図７Ａに示される実施形態では、キャリア基板１４０に接合された後、安定化層１３０の連続部分が、キャリア基板１４０の上に維持される。図７Ｂに示される実施形態では、形成される安定化支柱１３２の下方に、安定化層１３０の厚さが存在しないように、犠牲剥離層１２６（又は、別の中間層）が、接合の間、キャリア基板１４０に押し付けられる。そのような実施形態では、閉じ込め溝１１６は、接合の間、安定化層に関する越流空洞部として機能し得る。
【００４８】
キャリア基板１４０へのパターン化バルクＬＥＤ基板１００の接合に続けて、図８に示されるように、ハンドル１０２基板が除去される。ハンドル基板１０２の除去は、成長基板１０２の材料選択に応じて、レーザリフトオフ（ＬＬＯ）、研削、及びエッチングを含めた、様々な方法によって達成することができる。ハンドル基板１０２が、ＧａＡｓで形成された成長基板である、図示の特定の実施形態では、エッチング、又は研削とエッチングとの組み合わせによって、除去を達成することができる。例えば、ＧａＡｓ成長基板１０２は、Ｈ2ＳＯ4＋Ｈ2Ｏ2溶液、ＮＨ4ＯＨ＋Ｈ2Ｏ2溶液、又はＣＨ3ＯＨ＋Ｂｒ2の化学作用で除去することができる。
【００４９】
ここで図９を参照すると、成長基板１０２の除去に続けて、上部導電性コンタクト層１５２を形成することができる。上部導電性コンタクト層１５２は、金属、導電性酸化物、及び導電性ポリマーを含めた、様々な導電材料で形成することができる。一実施形態では、導電性コンタクト層１５２は、蒸着又はスパッタリングなどの、好適な技術を使用して形成される。一実施形態では、導電性コンタクト層１５２は、透明電極材料で形成される。導電性コンタクト層１５２は、ＢｅＡｕ金属合金、又はＡｕ／ＧｅＡｕ／Ｎｉ／Ａｕ層の金属スタックを含み得る。導電性コンタクト層１５２はまた、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの、透明導電性酸化物（ＴＣＯ）とすることもできる。導電性コンタクト層１５２はまた、１つ以上の金属層と導電性酸化物との組み合わせとすることもできる。一実施形態では、導電性コンタクト層１５２は、厚さ約３００オングストロームのＩＴＯである。一実施形態では、導電性コンタクト層１５２の形成の後、この基板スタックをアニールすることにより、導電性コンタクト層と電流拡散層１０４との間にオーム接触を生成する。安定化層１３０がＢＣＢで形成される場合、アニール温度は、約３５０℃未満とすることができ、この時点でＢＣＢが分解する。一実施形態では、アニール処理は、２００℃〜３５０℃、より詳細には、約３２０℃で、約１０分間実行される。
【００５０】
一実施形態では、上部導電性コンタクト層１５２の形成の前に、オーム接触層１５０を任意選択的に形成することにより、電流拡散層１０４とオーム接触させることができる。一実施形態では、オーム接触層１５０は、金属層とすることができる。一実施形態では、オーム接触層１５０は、薄いＧｅＡｕ層である。例えば、オーム接触層１５０は、厚さ５０オングストロームとすることができる。図示の特定の実施形態では、オーム接触層１５０は、ＬＥＤデバイス内に光が反射して戻り、潜在的に発光を低減させることがないように、ＬＥＤデバイス内部の電流閉じ込め区域に対応する、電流拡散層ピラー１１８の真上には形成されない。一部の実施形態では、オーム接触層１５０は、電流拡散層ピラー１１８の周囲にリングを形成する。
【００５１】
ここで図１０を参照すると、本発明の実施形態に従って、犠牲剥離層内に埋め込まれたＬＥＤデバイス１５６のアレイを形成するように、アレイメサ溝１５４が、ＬＥＤデバイス層１１５内に形成される。図示の実施形態では、メサ溝１５４は、電流拡散層ピラー１１８のアレイの間で横方向に、上部導電性コンタクト層１５２及びＬＥＤデバイス層１１５を貫通して延在し、犠牲剥離層上で停止することにより、ＬＥＤデバイス１５６のアレイを形成する。図示のように、各ＬＥＤデバイス１５６は、デバイス層１１５を貫通して形成された側壁部１６８と、電流拡散層ピラーのアレイのうちの１つの電流拡散層ピラー１１８とを有する、メサ構造体を含む。一実施形態では、電流拡散層ピラー１１８は、ＬＥＤデバイス１５６の側壁部１６８から等しく電流を閉じ込めるように、ＬＥＤデバイス１５６の中央部を中心として配置される。この時点で、得られた構造体は、後続の犠牲層除去及び静電ピックアップに関して基板を準備するための、取り扱い及び洗浄操作に対しては、依然として堅牢である。エッチングは、乾式エッチングなどの、好適な技術を使用して実行することができる。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、及び化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）などの、乾式エッチング技術を使用することができる。これらのエッチング化学作用は、Ｃｌ2、ＢＣｌ3、又はＳｉＣｌ4などの化学種を含む、ハロゲン系のものとすることができる。一実施形態では、エッチングは、パッシベーション層１２０を貫通して継続され、犠牲剥離層１２６上で停止する。
【００５２】
更に図１０を参照すると、一実施形態では、各ＬＥＤデバイス１５６上の上部導電性コンタクト１５２は、各ＬＥＤデバイス１５６の上面全体を実質的に覆う。そのような構成では、図１５Ａ〜図１５Ｅでより詳細に説明されるように、上部導電性コンタクト１５２は、静電転写ヘッドとの接触のための大きい平坦表面を提供するように、最大利用可能表面積を実質的に覆う。このことにより、静電転写ヘッドアセンブリの、ある程度の位置合わせの許容誤差が可能となり得る。
【００５３】
個別の、横方向に分離したＬＥＤデバイス１５６の形成に続けて、犠牲剥離層１２６を除去することができる。図１１Ａは、本発明の実施形態に係る、犠牲剥離層の除去後の、安定化支柱１３２のアレイによって支持されたＬＥＤデバイス１５６のアレイの側断面図である。図示の実施形態では、犠牲剥離層１２６が完全に除去されることにより、各ＬＥＤデバイス１５６の下方に、開放空間がもたらされる。ＨＦ蒸気、又はＣＦ4若しくはＳＦ6プラズマなどの、好適なエッチング化学作用を使用して、ＳｉＯ2又はＳｉＮx犠牲剥離層１２６をエッチングすることができる。一実施形態では、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、安定化支柱１３２のアレイ上に存在し、安定化支柱１３２のアレイのみによって支持される。図示の実施形態では、犠牲剥離層１２６の除去の間に、パッシベーション層１２０は除去されない。一実施形態では、パッシベーション層１２０は、Ａｌ2Ｏ3で形成され、ＳｉＯ2又はＳｉＮx犠牲剥離層１２６が、蒸気ＨＦで選択的に除去される。
【００５４】
更に図１１Ａを参照すると、このＬＥＤデバイスは、第１の電流拡散層ピラー１１８と第２の電流拡散層１０４との間に、活性層１０８を含み、第１の電流拡散層ピラー１１８は、第１のドーパント型でドープされ、第２の電流拡散層１０４は、第１のドーパント型とは反対の、第２のドーパント型でドープされる。第１のクラッド層１１０が、第１の電流拡散層ピラー１１８と活性層１０８との間に存在する。第２のクラッド層１０６が、第２の電流拡散層１０４と活性層１０８との間に存在する。第１の電流拡散層ピラーは、第１のクラッド層１１０から離れる方向に突出し、第１のクラッド層１１０は、第１の電流拡散層ピラー１１８よりも幅広である。一実施形態では、第１の電流拡散層ピラー１１８は、底部電流拡散層ピラーであり、第１のクラッド層１１０は、底部クラッド層であり、第２のクラッド層１０６は、上部クラッド層であり、第２の電流拡散層は、このＬＥＤデバイスの上部電流拡散層である。図示のように、パッシベーション層１２０が、底部クラッド層１１０の底面、及び底部電流拡散層ピラー１１８の側壁部に沿って、広がり得る。底部電流拡散層ピラー１１８の底面上のパッシベーション層１２０内に、開口部が形成される。底部導電性コンタクト１２４が、このパッシベーション層内の開口部内部に、底部電流拡散層ピラー１１８と電気的に接触して形成される。一実施形態では、この底部導電性コンタクトは、底部クラッド層１１０とは直接電気的に接触しない。一実施形態では、上部電流拡散層１０４の上面１６２は、底部電流拡散層ピラー１１８の底面よりも幅広である。このことは、電流を閉じ込める構造体に加えて、静電ピックアップのための、より大きい表面積を可能にし得る。一実施形態では、ＬＥＤデバイス１５６は、支柱１３２によって支持され、この支柱１３２の上面の表面積は、底部電流拡散層ピラー１１８の表面積よりも小さい。
【００５５】
本発明の実施形態によれば、ＬＥＤデバイス１５６は、マイクロＬＥＤデバイスとすることができる。一実施形態では、ＬＥＤデバイス１５６は、３００μｍ以下、又はより具体的には約１００μｍ以下の、上部電流拡散層１０４の上面１６２での最大幅又は最大長さを有する。ＬＥＤデバイス１５６内部の活性区域は、底部電流拡散層ピラー１１８の場所により、上面１６２よりも小さいものとすることができる。一実施形態では、上面１６２は、１〜１００μｍ、１〜５０μｍ、又はより具体的には、３〜２０μｍの最大寸法を有する。一実施形態では、キャリア基板上でのＬＥＤデバイス１５０のアレイのピッチは、（１〜３００μｍ）×（１〜３００μｍ）、又はより具体的には（１〜１００μｍ）×（１〜１００μｍ）、例えば、２０μｍ×２０μｍ、１０μｍ×１０μｍ、若しくは５μｍ×５μｍとすることができる。例示的実施形態では、キャリア基板上でのＬＥＤデバイス１５６のアレイのピッチは、１１μｍ×１１μｍである。そのような例示的実施形態では、上面１６２の幅／長さは、約９〜１０μｍであり、隣り合うＬＥＤデバイス１５６間の間隔は、約１〜２μｍである。底部電流拡散層ピラー１１８のサイズ決定は、ＬＥＤデバイス１５０の幅、及びＬＥＤデバイス１５０の所望の効率に応じて変化し得る。
【００５６】
上記の例示的実施形態では、電流拡散層ピラーを含むＬＥＤデバイス１５６を形成するための方式が説明される。上記の実施形態では、電流拡散層ピラーは、ハンドル基板からキャリア基板にｐ−ｎダイオード層を転写する前にピラーが形成される、片面プロセスを使用して、電流拡散層１１４から形成される。他の実施形態では、電流拡散層ピラーは、ハンドル基板からキャリア基板にｐ−ｎダイオード層を転写した後にピラーが形成される、両面プロセスを使用して、電流拡散層１０４から形成することができる。したがって、一部の実施形態では、このＬＥＤデバイスのピラー構造体は、反転させることができる。しかしながら、反転したＬＥＤデバイスのピラー構造体は、図３２Ａ〜図３２Ｅに関連して説明されるような、転写先基板への転写操作に関する、より大きい接触面積を提供し得ない。
【００５７】
ここで図１１Ｂ〜図１１Ｄを参照すると、本発明の実施形態に係る、種々の側壁部構成を有するＬＥＤデバイスの、上部−底部の組み合わせ概略図が提供される。図示のように、各ＬＥＤデバイスは、メサ構造体側壁部１６８及び電流拡散層ピラー１１８を含み得る。側壁部は、それらの形状の中でも特に、図１１Ｂに示されるような矩形若しくは正方形、図１１Ｃに示されるような三角形、又は図１１Ｄに示されるような円形などの、様々な構成を含み得る。電流拡散層ピラー１１８もまた、矩形、正方形、三角形、円形などを含めた、様々な形状を呈し得る。この方式で、本発明の実施形態は、様々な形状のＬＥＤデバイスと共に使用することができ、それらの様々な形状は、そのＬＥＤデバイスの光抽出及びＥＱＥに影響を及ぼし得る。上述のように、電流拡散層ピラー１１８は、ＬＥＤデバイスの底部から突出し得るものであり、又は、デバイスは反転される場合もあり、電流拡散層ピラー１１８は、ＬＥＤデバイスの上部から突出する。
【００５８】
図１２Ａは、本発明の実施形態に係る、異なる幅を有するＬＥＤデバイスの中心からの距離の関数としての、発光性再結合のプロットである。具体的には、図１２Ａは、実線で示されるような、幅１０μｍのＬＥＤデバイス及び幅１００μｍのＬＥＤデバイスに関する、３００ｎＡ／μｍ2（３０Ａ／ｃｍ2）の動作電流密度でのシミュレーションデータを示す。図１２Ａで提供されるシミュレーションデータは、底部電流拡散層内でのピラー形成を伴わない、一定の幅のＬＥＤデバイスに基づくものである。ここで、幅１００μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータを具体的に参照すると、（発光をもたらす）発光性再結合は、０μｍの距離によって示されるＬＥＤデバイスの中心で、ピーク値となる。このピーク値は、非発光性ゾーンが開始して、発光性再結合が低下を開始する、中心から約４０μｍまでは、中心から離れる方向に移動しても、比較的一定である。それゆえ、このことは、活性層の外部表面に沿って（例えば、ＬＥＤデバイスの側壁部に沿って）非発光性再結合が発生し得ることを示唆するものである。この幅１００μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータは、この非発光性ゾーンが、外側側壁部から約１０μｍで生じ始めることを示唆するものであり、これは、そのＬＥＤデバイスの２０％が、非発光性再結合ゾーンの影響を受けることを説明し得る。幅１０μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータは、（発光をもたらす）発光性再結合のピーク値が、ＬＥＤデバイスの中心でピーク値となり、中心から離れる方向に移動すると、即座に劣化を開始することを示す。更には、この発光性再結合のピーク値は、同じ３００ｎＡ／μｍ2の電流密度で駆動されるにもかかわらず、幅１００μｍのＬＥＤデバイスに関する発光性再結合のピーク値を大きく下回る。このことは、１０μｍのＬＥＤデバイス内部では、エッジ効果による非発光性再結合が、ＬＥＤデバイスの中心の範囲内であっても支配的であることを示唆するものである、それゆえ、このＬＥＤデバイスの１００％が、より低い効率又はＥＱＥをもたらす非発光性再結合ゾーンの影響を受ける恐れがある。
【００５９】
図１２Ｂは、本発明の実施形態に係る、異なる幅を有するＬＥＤデバイスの中心からの距離の関数としての、発光性再結合のプロットである。具体的には、図１２Ｂは、実線で示されるような、幅５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、及び３５０μｍのＬＥＤデバイスに関する、１０ｎＡ／μｍ2（１Ａ／ｃｍ2）の動作電流密度でのシミュレーションデータを示す。図１２Ｂで提供されるシミュレーションデータは、円筒形状としての、底部電流拡散層内でのピラー形成を伴わない、一定の幅のＬＥＤデバイスに基づくものである。ＬＥＤデバイスのサイズに関わりなく、上部量子井戸内での表面再結合に関する理論値が、約１１×１０-23ｃｍ-3秒-1の値を有する点線として示される。ここで、幅５０μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータを具体的に参照すると、（発光をもたらす）発光性再結合は、０μｍの距離によって示されるＬＥＤデバイスの中心で、ピーク値となる。このピーク値は、非発光性ゾーンが開始して、発光性再結合が低下を開始する、中心から約１５μｍまでは、中心から離れる方向に移動しても、比較的一定である。それゆえ、このことは、活性層の外部表面に沿って（例えば、ＬＥＤデバイスの側壁部に沿って）非発光性再結合が発生し得ることを示唆するものである。この幅５０μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータは、この非発光性ゾーンが、外側側壁部から約１０μｍで生じ始めることを示唆するものであり、これは、そのＬＥＤデバイスの４０％が、非発光性再結合ゾーンの影響を受けることを説明し得る。
【００６０】
図１２Ｃは、本発明の実施形態に係る、１０ｎＡ／μｍ2の電流密度での、図１２ＢのＬＥＤデバイスの最大発光性再結合のプロットである。幅５０μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータは、幅３５０μｍのＬＥＤデバイスと比較して、ＬＥＤデバイスの中心での発光性再結合の軽度の減少を示す。幅３５０μｍのＬＥＤデバイスに関する８．９、及び幅５０μｍのＬＥＤデバイスに関する７．５の測定発光性再結合を想定すると、この低減は、中心での約１５．７％の低減に及ぶものではあるが、これらのシミュレーション結果は、発光性再結合のピーク値が、中心から更に離れる方向で劣化する前に、ＬＥＤデバイスの中心から約１５マイクロメートルにわたって維持されることを示すものである、幅２０μｍのＬＥＤデバイスに関するシミュレーションデータは、幅３５０μｍのＬＥＤデバイスと比較して、ＬＥＤデバイスの中心での、より大きい発光性再結合の減少を示す。幅３５０μｍのＬＥＤデバイスに関する８．９、及び幅２０μｍのＬＥＤデバイスに関する１．２の測定発光性再結合を想定すると、この低減は、中心で約８６．５％に及ぶものである。このことは、２０μｍのＬＥＤデバイス内部では、エッジ効果による非発光性再結合が、ＬＥＤデバイスの中心の範囲内であっても支配的であることを示唆するものである、それゆえ、幅２０μｍのＬＥＤデバイスの１００％が、より低い効率又はＥＱＥをもたらす非発光性再結合ゾーンの影響を受ける恐れがある。更に図１２Ｃを参照すると、発光性再結合による上部量子井戸の光子生成の急速な下落が、幅約５０μｍ以下のＬＥＤデバイスで認められ、ＬＥＤデバイスのサイズが縮小される場合の、ＬＥＤデバイスの効率に対するエッジ効果の影響を示している。
【００６１】
そのような非発光性再結合は、欠陥の結果であり得ると考えられ、例えば、その欠陥は、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するためにｐ−ｎダイオード層を貫通してメサ溝を形成する結果であるか、あるいは、電流フロー及び非発光性再結合を可能にし得る、終端表面でのダングリングボンドによる表面準位の結果であり得る。そのような非発光性再結合は、特に、それらの欠陥を飽和させることが不可能な電流でＬＥＤデバイスが駆動される、ＩＱＥ曲線の前ドループ領域内での低い電流密度では、そのＬＥＤデバイスの効率に対して著しい影響を及ぼす恐れがある。上記のシミュレーションデータで示されるように、内部閉じ込め電流注入区域を有さないＬＥＤデバイスに関しては、ＬＥＤデバイスの幅（及び、活性層の幅）が、約１０〜２０μｍを超えて増大されると、そのデバイスの中心での（発光をもたらす）発光性再結合は、ピーク値が表面再結合に関する理論値に到達するまで、幅の増大と共に増大すると予想される。本発明の実施形態によれば、より多量の欠陥が存在し得る、活性層の外部表面又は側面へと、電流が横方向に拡散しないように、様々な異なる構造体を使用して、活性層内部で、電流注入区域を内部に閉じ込めることができる。結果として、活性層の外側側壁部表面付近の非発光性ゾーン内での、エッジ効果による非発光性再結合の量を低減するか、又は排除することができ、ＬＥＤデバイスの効率が増大する。
【００６２】
図１３は、本発明の実施形態に係る、異なる幅（１μｍ、２μｍ、４μｍ、６μｍ、８μｍ、及び１０μｍ）の電流拡散層ピラー（ｐ型ドープ）を有する、例示的な幅１０μｍのＬＥＤデバイス（量子井戸の幅）に関する、電流密度の関数としての内部量子効率のプロットである。図示のように、これらのデバイスに関するＩＱＥは、ピラーのサイズが１０μｍ（ピラーなし）から１μｍへと縮小されると共に増大する。このことは、特に、ＩＱＥが欠陥によって支配される恐れがある、ＩＱＥ曲線の前ドループ領域内の低い電流密度では、このピラー構成が、ＬＥＤデバイス内部で、側壁部から離して、注入電流を内部に閉じ込めることに成功していることを示唆するものである。
【００６３】
図１４は、本発明の実施形態に係る、異なるドーピングの電流拡散層ピラーを有する例示的ＬＥＤデバイスに関する、電流密度の関数としての内部量子効率のプロットである。具体的には、図１４で提供されるシミュレーションデータは、幅２μｍの電流拡散層ピラーを有する、幅１０μｍのＬＥＤデバイス（量子井戸の幅）に関するものであり、ｎ型ピラーのシミュレーションデータが、図１３からの幅２μｍのｐ型ピラーのデータと共に提示される。このシミュレーションデータは、ｐ型ピラー構成及びｎ型ピラー構成の双方に関してＩＱＥが増大し、ｐ型ピラー構成が、より大きいＩＱＥを得ることを示唆するものである。このことは、電子よりも低い移動性を有する正孔に起因し得るものであり、より低い移動性の正孔は、より効果的に閉じ込めることができる点を示唆するものである。
【００６４】
図１５Ａ〜図２１Ａは、本発明の実施形態に係る、ピラー構造体のアレイを形成するためのｐ−ｎダイオード層の一部分のエッチング除去に続けた、メサ再成長を含む、ＬＥＤデバイスのアレイを形成するための方式の側断面図である。図１５Ａ、図１５Ｂを参照すると、ｐ−ｎダイオード層を部分的又は完全に貫通して、メサ再成長溝１７１をエッチングすることにより、ピラー構造体１７０を形成することができる。図１５Ａを参照すると、ピラー構造体１７０は、電流拡散層１１４、クラッド層１１０、及び活性層１０８を完全に貫通してエッチングして、クラッド層１０６上で停止させることによって形成される。例えば、このことは、時限エッチング又は選択的エッチングで達成することができる。一実施形態では、ピラー構造体１７０をエッチングするために、パターン化マスク１７６が使用される。例えば、好適なマスク材料は、酸化シリコン、窒化シリコン、及び窒化アルミニウムとすることができる。図１５Ｂを参照すると、ピラー構造体１７０は、ｐ−ｎダイオード層を完全に貫通してエッチングすることによって形成される。ピラー構造体１７０は、一部の実施形態によれば、メサ再成長溝１７１のエッチングが活性層１０８を越えて進行する限りは、様々な層を含み得る。それゆえ、エッチングは、活性層１０８を越えた任意の場所で終了させることができる。一実施形態では、エッチングは、電流拡散層１０４を貫通する完全なエッチングを確実にするために、基板１０２内に、例えば、数百ナノメートル継続される。エッチングは、電流拡散層閉じ込め溝１１６の形成に関して上述された、湿式エッチング技術又は乾式エッチング技術などの、好適な技術を使用して実行することができる。例えば、反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）、電子サイクロトロン共鳴（ＥＣＲ）、誘導結合プラズマ反応性イオンエッチング（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、及び化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）などの、乾式エッチング技術を使用することができる。ピラー構造体１７０を形成するための閉じ込め溝のエッチングに続けて、閉じ込めバリア充填部１７２が、メサ再成長溝１７１内部に形成される。
【００６５】
図１６Ａ、図１６Ｂに示される実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、図１５Ａ、図１５Ｂでそれぞれ形成されたメサ再成長溝１７１を完全に充填して、ピラー構造体１７０の側壁部１７４に広がる。図１６Ａに示されるように、閉じ込めバリア充填部１７２は、各ピラー構造体１７０に関する、電流拡散層１１４、クラッド層１１０、及び活性層１０８の側壁部に広がる。図１６Ｂに示されるように、閉じ込めバリア充填部１７２は、各ピラー構造体１７０に関する、電流拡散層１１４、クラッド層１１０、活性層１０８、クラッド層１０６、及び電流拡散層１０４の側壁部に広がる。再成長させた閉じ込めバリア充填部１７２の所望の高さを達成するために、再成長の後に、マスク１７６を自己整合エッチングマスクとして使用して、較正された時限エッチングを任意選択的に実行することができる。他の実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、活性層１０８の側面を覆うために必要な高さまでのみ、形成される。それゆえ、クラッド層１１０及び電流拡散層１１４の側面は、閉じ込めバリア充填部１７２によって包囲されない場合がある。一実施形態では、ピラー構造体１７０を形成するために使用されたパターン化マスク１７６はまた、ピラー構造体の頂部上での再成長を阻止するために、並びに、自己整合プロセスを使用して閉じ込めバリア充填部１７２を形成するために、閉じ込めバリア充填部１７２の成長の間にも使用される。
【００６６】
上述のように、非発光性再結合は、欠陥の結果であり得ると考えられ、例えば、その欠陥は、ｐ−ｎダイオード層を貫通してエッチングする結果であるか、あるいは、電流フロー及び非発光性再結合を可能にし得る、終端表面でのダングリングボンドによる表面準位の結果であり得る。そのような非発光性再結合は、特に、それらの欠陥を飽和させることが不可能な電流でＬＥＤデバイスが駆動される、ＩＱＥ曲線の前ドループ領域内での低い電流密度では、そのＬＥＤデバイスの効率に対して著しい影響を及ぼす恐れがある。一実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、ピラー構造体１７０に沿った、特に活性層１０８に沿った、利用可能な表面準位を占有するために、ＭＢＥ又はＭＯＣＶＤなどの、エピタキシャル成長技術を使用して形成される。この方式で、ピラー構造体１７０を形成する層よりも、大きいバンドギャップ及び／又は高い抵抗率を保有する、連続的結晶構造体を、ピラー構造体１７０の横方向周囲に形成することができ、ピラー構造体１７０を形成する活性層１０８の周囲には、個別の側壁部は形成されない。本発明の一部の実施形態によれば、閉じ込めバリア充填部１７２は、活性層１０８を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込めるために、電流注入領域を形成するピラー構造体を横方向で包囲する、電流閉じ込め領域を形成する。
【００６７】
一実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、活性層１０８を形成する材料よりも、大きいバンドギャップ及び／又は大きい抵抗率を有する。一実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、電流拡散層１１４よりも、大きいバンドギャップ及び／又は大きい抵抗率を有する。閉じ込めバリア充填部１７２はまた、クラッド層１１０よりも、大きいバンドギャップ及び／又は大きい抵抗率を有し得る。活性領域よりも大きいバンドギャップを有する閉じ込めバリア充填部１７２を含むことは、２つの効果を有し得る。１つは、より大きいバンドギャップは、活性層から放出される光に対して透明であり得ることである。もう１つの効果は、より大きいバンドギャップ及び／又はより大きい抵抗率は、再成長させた閉じ込めバリア充填部１７２を電流が通過して漏洩することを阻止する、ヘテロバリアを作り出すことである。閉じ込めバリア充填部１７２に関する特定の再成長材料の適合性には、バンドギャップ及び／又は抵抗率に加えて、格子整合などの他の考慮事項が織り込まれる。本明細書で説明される例示的な赤色発光ＬＥＤデバイスに関する、例示的材料としては、適合性の順に、ＧａＰ、ＡｌＰ、ＡｌＧａＰ、ＡｌＡｓ、ＡｌＧａＡｓ、ＡｌＩｎＧａＰ、ＡｌＧａＡｓＰが挙げられ、いずれのＡｓ−Ｐ−Ａｌ−Ｇａ−Ｉｎも、活性層１０８を形成する材料（単数又は複数）よりも大きいバンドギャップを可能にし得る。潜在的に好適な更なる材料としては、ＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、及び、活性層１０８を形成する材料（単数又は複数）よりも大きいバンドギャップを有する、任意の窒化合金が挙げられる。赤色発光ＬＥＤデバイスに関する閉じ込めバリア充填部１７２は、更に、ドーパント材料でドープする（例えば、その場でドープする）ことにより、抵抗率を増大させるか、又は、その閉じ込めバリア充填部１７２を半絶縁性にさせることができる。例えば、本明細書で説明される赤色発光ＬＥＤデバイスは、Ｃｒ、Ｎｉ、又はＦｅなどの材料でドープすることができる。本明細書で説明される例示的な青色又は緑色発光ＬＥＤデバイスに関する、例示的材料としては、ＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＡｌＮ、ＡｌＩｎＧａＮが挙げられる。青色又は緑色発光ＬＥＤデバイスに関する閉じ込めバリア充填部１７２は、更に、Ｆｅ又はＣなどの材料でドープする（例えば、その場でドープする）ことができる。
【００６８】
閉じ込めバリア充填部１７２の形成の後、このｐ−ｎダイオード層を、ハンドル基板１０２からキャリア基板１４０に転写することができる。図１７Ａは、本発明の実施形態に係る、電流拡散層１１４、クラッド層１１０、及び活性層１０８を備えるピラー構造体と、そのピラー構造体１７０を横方向で包囲する、閉じ込めバリア充填部１７２とを含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。図１７Ｂは、本発明の実施形態に係る、電流拡散層１１４、クラッド層１１０、活性層１０８、クラッド層１０６、及び電流拡散層１０４を備えるピラー構造体と、そのピラー構造体１７０を横方向で包囲する、閉じ込めバリア充填部１７２とを含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。図１７Ａ、図１７Ｂに示される実施形態では、閉じ込めバリア充填部１７２は、活性層１０８を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイス１５６の内側部分に、及びＬＥＤデバイスの外側側壁部１６８から離して閉じ込めるために、ピラー構造体１７０によって特徴付けられる電流注入領域を横方向で包囲する、電流閉じ込め領域を表す。更には、この閉じ込めバリア充填部１７２の形成の方式により、ピラー構造体１７０に沿った、特に活性層１０８に沿った、利用可能な表面準位が占有される。この方式で、ピラー構造体１７０と閉じ込めバリア充填部１７２との間の材料遷移部は、活性層１０８の周囲に個別の側壁部が形成されない、連続的な結晶構造体となる。結果として、この材料遷移部に沿ったエッジ効果が軽減される。
【００６９】
図１７Ａ、図１７Ｂに示される構造体は、図５〜図１０に関連して上述されたものと同様の加工処理シーケンスを使用して、形成することができる。簡潔性のために、それらの加工処理シーケンスは、別個に説明及び図示されない。支柱１３２によって支持されたＬＥＤデバイスのアレイを含む、図１７Ａ、図１７Ｂに示される構造体の形成に続けて、それらのＬＥＤデバイスのアレイを、ピックアップ及び転写先基板への転写の準備が整うように調整するために、ＬＥＤデバイス１５６のアレイ間及び直下に広がる犠牲剥離層１２６を、図１１Ａに関連する上記の説明と同様に、除去することができる。
【００７０】
ここで図１８〜図２１Ａを参照すると、メサ再成長溝１７１内部に形成された、多層閉じ込めバリア充填部１７２を含む構造体が示される。図１８は、バッファ層１７３と、そのバッファ層１７３の上面上に成長されたバリア層１７５とを含む、多層閉じ込めバリア充填部１７２の図であり、バリア層１７５は、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部１６８から離して閉じ込めるために、活性層１０８を含むピラー構造体１７０の側壁部１７４に、横方向で隣接して形成される。一実施形態では、バッファ層１７３は、成長基板１０２とバリア層１７５との間の、格子遷移層としての役割を果たす。一実施形態では、バッファ層１７３は、高品質なバリア層１７５の成長を促進するために、成長基板の組成とバリア層１７５の組成との間で遷移する、傾斜層である。このことにより、ピラー構造体１７０に沿った、特に活性層１０８に沿った、利用可能な表面準位を占有する、バリア層１７５の形成を促進することができ、それにより、ピラー構造体１７０と閉じ込めバリア充填部との間の材料遷移部は、活性層１０８の周囲に個別の側壁部が形成されない、連続的な結晶構造体となる。一実施形態では、バッファ層１７３は、バリア層１７５と同じ材料で形成される。一部の実施形態では、バリア層１７５は、図１６Ａ、図１６Ｂの閉じ込めバリア充填部１７２に関連して上述されたように、ドープすることができる。同様に、バッファ層１７３を、任意選択的にドープすることもできる。一部の実施形態では、バッファ層１７３の形成は、成長基板１０２の非意図的なドープ領域１０３の形成をもたらし得る。図１８を参照すると、一実施形態では、バリア層１７５は、活性層１０８の横方向周囲に高品質なバリア層１７５を形成するために、メサ再成長溝１７１内部で、活性層１０８の少なくとも約２００ナノメートル下方に成長される。したがって、バッファ層１７３との間の遷移は、その遷移が、活性層１０８の少なくとも約２００ナノメートル下方で生じる限りは、電流拡散層１０４又はクラッド層１０６に横方向で隣接して生じ得る。更には、バリア層１７５は、図１８に示される活性層１０８を越えて／上方に、成長が継続される限りは、メサ再成長溝１７１を完全に充填する必要はない。
【００７１】
例示的な赤色発光ＬＥＤデバイス構造体では、成長基板１０２は、ＧａＡｓで形成され、バッファ層１７３は、ＧａＡｓからＧａＰへと傾斜する傾斜層、又はＧａＰであり、バリア層１７５は、ＧａＰで形成される。一実施形態では、バリア層１７５は、活性層１０８を形成する材料（単数又は複数）よりも、大きいバンドギャップ及び／又は大きい抵抗率を有する。前述のように、バリア層１７５を、例えば、Ｃｒ、Ｎｉ、又はＦｅドーパントでドープすることにより、抵抗率を増大させるか、又は、そのバリア層１７５を半絶縁性にさせることができる。
【００７２】
閉じ込めバリア充填部１７２の形成の後、このｐ−ｎダイオード層を、ハンドル基板１０２からキャリア基板１４０に転写することができる。図１９は、本発明の実施形態に係る、ピラー構造体と、そのピラー構造体１７０を横方向で包囲する多層閉じ込めバリア充填部１７２とを含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。図１９に示される構造体は、図５〜図１０に関連して上述されたものと同様の加工処理シーケンスを使用して、形成することができる。簡潔性のために、その加工処理シーケンスは、別個に説明及び図示されない。支柱１３２によって支持されたＬＥＤデバイスのアレイを含む、図１９に示される構造体の形成に続けて、それらのＬＥＤデバイスのアレイを、ピックアップ及び転写先基板への転写の準備が整うように調整するために、ＬＥＤデバイス１５６のアレイ間及び直下に広がる犠牲剥離層１２６を、図１１Ａに関連する上記の説明と同様に、除去することができる。
【００７３】
図２０は、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部１６８から離して閉じ込めるための、２つのｐ−ｎ接合を含む多層閉じ込めバリア充填部１７２の図である。図２０での多層閉じ込めバリア充填部１７２は、図１８の多層閉じ込めバリア充填部１７２と同様に形成することができるが、１つの相違点は、図１８のバリア層１７５が、ｐ−ｎ−ｐ逆バイアス接合を形成する層１９２、１９３、１９４で置き換えられていることである。この方式で、ｐ−ｎ−ｐ接合を含む閉じ込めバリア充填部１７２を通過する電路は、ピラー構造体１７０を通過する電路よりも高い抵抗によって特徴付けることができる。層１９２、１９３、１９４は、バリア層１７５と同じ材料で形成することができるが、唯一の相違点は、ドーピングである。一実施形態では、バリア充填層１９２、１９４は、その場でｐ型にドープされ（例えば、Ａｓ／Ｐ材料に関しては、Ｚｎ、Ｍｇ、若しくはＣ、又は窒化物材料に関しては、Ｍｇ）、バリア充填層１９３は、その場でｎ型にドープされる（例えば、窒化物材料に関しては、Ｓｉ、又はＡｓ／Ｐ材料に関しては、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｓ、Ｓｅ、若しくはＴｅ）。例えば、層１９２、１９３、１９４は、ｐ型ドープＧａＰ（Ｚｎドーパント）及びｎ型ドープＧａＰ（Ｓｉドーパント）で形成することができる。層１９２、１９３、１９４は、更に、活性層１０８を形成する材料（単数又は複数）よりも大きいバンドギャップの材料で形成することにより、放出光に対する透明性を提供することができる。図２０に示されるように、一実施形態では、ｐ型ドープバリア充填層１９２は、活性層１０８の上方に成長される。一実施形態では、ｐ型ドープバリア充填層１９２は、活性層１０８の上方及び下方の双方に成長されることにより、ｐ型ドープバリア充填層１９２は、活性層１０８を完全に横方向で包囲する。再成長構造体を通過する導電性及び電流漏洩に関連するような、より詳細な再成長層１９２、１９３、１９４の説明を、図２１Ａ〜図２１Ｃに関連して、より詳細に説明する。
【００７４】
閉じ込めバリア充填部１７２の形成の後、このｐ−ｎダイオード層を、ハンドル基板１０２からキャリア基板１４０に転写することができる。図２１Ａは、本発明の実施形態に係る、ピラー構造体と、そのピラー構造体１７０を横方向で包囲する多層閉じ込めバリア充填部１７２とを含む、ＬＥＤデバイスの側断面図である。図２１Ａに示される構造体は、図５〜図１０に関連して上述されたものと同様の加工処理シーケンスを使用して、形成することができる。簡潔性のために、その加工処理シーケンスは、別個に説明及び図示されない。支柱１３２によって支持されたＬＥＤデバイスのアレイを含む、図２１Ａに示される構造体の形成に続けて、それらのＬＥＤデバイスのアレイを、ピックアップ及び転写先基板への転写の準備が整うように調整するために、ＬＥＤデバイス１５６のアレイ間及び直下に広がる犠牲剥離層１２６を、図１１Ａに関連する上記の説明と同様に、除去することができる。
【００７５】
図２１Ｂは、本発明の実施形態に係る、ピラー構造体を横方向で包囲する、ｐ−ｎ−ｐ接合を備える閉じ込めバリア充填部１７２を含む、ＬＥＤの拡大断面図である。図示の特定の実施形態では、この特定の構造体が、再成長構造体を通過する導電性及び電流漏洩をどのように阻止するかを実証するために、例示的なドーピング特性が、層によって提供される。図示のように、このｐ−ｎ−ｐ接合ブロッキング層１９２、１９３、１９４の層を含むメサ再成長構造体は、その再成長構造体を通過する垂直の導電性を阻止する。バッファ層１７３は、図２１Ｂでは、任意選択的にｎ型とすることができる。ピラー構造体内部の活性層１０８に対する、このブロッキング層１９２、１９３、１９４の特定の場所はまた、再成長構造体内への横方向の漏洩も阻止する。
【００７６】
図２１Ｂに示される特定の実施形態では、ピラー構造体１７０と閉じ込めバリア充填部１７２との間に、ｐ−ｐ接続型が形成される。ｐ−ｐ接続型では、ｐ型電流拡散層１１４（又は、ｐ型クラッド層１１０）が、ｐ型ブロッキング層１９２に横方向で隣接する。ｐ−ｐ接続型は、ピラー構造体１７０と閉じ込めバリア充填部１７２との間に、同等のｎ−ｎ接続型よりも小さい、デバイス内での電流漏洩をもたらすことが予想される。このことは、ｎ型ブロッキング層が、ｐ型ブロッキング層よりも低い抵抗率を有することに起因し得る。更に図２１Ｂを参照すると、閉じ込めバリア充填部１７２を通過する漏洩電流路は、ｎ型ブロッキング層１９３によって制限され、このｎ型ブロッキング層１９３は、コンタクト１２４、１５０／１５２からキャリアが直接供給されない、電気的浮遊領域である。ｐ型電流拡散層１１４（又は、ｐ型クラッド層１１０）とのｐ型ブロッキング層１９２の重なり合い／接続の長さが短いほど、電流閉じ込めは良好であり、漏洩電流は低い。更には、種々のｎ型ブロッキング層及びｐ型ブロッキング層の、ドーピングレベルを制御することが重要である。極めて高い（ピラー構造体１７０内の、対応の電流拡散層及びクラッド層よりも高い）ドーピングレベルは、そのブロッキング領域内での電荷キャリアの移動性を低減し、逆バイアス接合でのビルトイン電位を増大させることにより、漏洩を低減する。レーザとは異なり、本発明の実施形態に係るＬＥＤでは、極めて高いドーピングレベルによる自由キャリア吸収からの光損失は、問題とはならない。これらのブロッキング層に関しては、著しい光吸収を防止するため、並びに、ブロッキング領域を通過するバリアハイトを増大させて、閉じ込めを促進するためには、より大きいバンドギャップの材料が有益である。図２１Ｃは、反転したドーピングをピラー構造体１７０内部に含む、ＬＥＤデバイスの実施形態を示すものであり、ピラー構造体１７０と、ブロッキング層１９６（ｎ型）、１９７（ｐ型）、１９８（ｎ型）を含む閉じ込めバリア充填部１７２との間に、ｐ−ｐ接続型が維持される。バッファ層１７３は、図２１Ｃでは、任意選択的にｐ型とすることができる。図示のように、図２１Ｃのｎ型ブロッキング層１９６は、図２１Ｂのｎ型ブロッキング層１９３と同様に浮遊している。同様に、ｐ型電流拡散層１０４（又は、ｐ型クラッド層１０６）とのｐ型ブロッキング層１９７の重なり合い／接続の長さが短いほど、電流閉じ込めは良好であり、漏洩電流は低い。
【００７７】
ここで図２２〜図２５を参照すると、電流拡散層１０４内への注入又は拡散によって、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込めるための、実施形態が示される。図２２を参照すると、限定するものではないが、酸化シリコン又は窒化シリコンなどの、パターン化注入マスク１７６が、電流分配層１１４の上に形成された後に、注入により、電流注入領域１８０を横方向で包囲する、修正閉じ込めバリア領域１７８を形成する。図示のように、未修正の電流注入領域１８０が、電流拡散層１１４内部に維持され、修正閉じ込め電流バリア領域１７８が、電流拡散層１１４内部に形成されて、その注入領域１８０を横方向で包囲する。修正閉じ込めバリア領域１８０は、部分的にクラッド層１１０内に延在し得る。一実施形態では、修正閉じ込めバリア領域１７８は、活性層１０８内部の１つ以上の量子井戸内には延在しない。代替的実施形態では、修正閉じ込めバリア領域１７８は、活性層１０８を貫通して延在する。
【００７８】
図２３を参照すると、一実施形態では、注入は、一連の注入操作で達成される。例えば、実線の濃度プロファイルによって示されるように、高エネルギー注入操作を初回として、その後、より均一な注入濃度を電流拡散層１１４内部で達成するために、より低い注入操作を連続させることができる。一実施形態では、この注入は、活性層内の１つ以上の量子井戸内には延在しないが、これは、１つ以上の量子井戸内での欠陥の生成が、非発光性再結合に関する部位をもたらす恐れがあると予想されるためである。代替的実施形態では、この注入は、活性層を貫通して延在する。
【００７９】
様々な化学種を、電流拡散層１１４内に注入することができる。一実施形態では、電流拡散に対する欠陥を作り出すために、中性種が電流拡散層１１４内に注入される。例えば、プロトン衝撃又はプロトン注入としても既知のように、Ｈｅ又はＨを注入することができる。このプロトン衝撃によって作り出された損傷が、注入された材料の抵抗率を増大させることになる。一実施形態では、注入は、活性層１０８を貫通して延在する。そのような実施形態では、損傷の量は、電流閉じ込めに関する抵抗率を増大させるために十分に有意なものであるが、非発光性再結合に関する有意な発生源としての役割を果たすほど、過度に大きい損傷ではない。
【００８０】
一実施形態では、電流拡散層１１４内にドーパントが注入されることにより、その電流拡散層の抵抗率を増大させ、その電流拡散層を半絶縁性にさせるか、又は、その層の再定義されるドーパント型を（例えば、ｐ型からｎ型に）変更する。例えば、ｐ型ドープ電流拡散層１１４内には、Ｓｉを注入することができ、ｎ型ドープ電流拡散層１１４内には、Ｚｎ又はＭｇを注入することができる。又は、Ｆｅ、Ｃｒ、若しくは何らかの他のそのようなドーパントを添加することにより、その層を半絶縁性にさせることができる。
【００８１】
図２４を参照すると、修正閉じ込めバリア領域１７８はまた、ドナー層１８２からの熱拡散によっても形成することができる。ドナー層１８２の上に、キャッピング層１８４（例えば、酸化物）を任意選択的に形成することにより、電流分配層１１４内に拡散を方向付けることができる。一実施形態では、電流拡散層１１４内にドーパントが拡散されることにより、その電流拡散層の抵抗率を増大させ、その電流拡散層を半絶縁性にさせるか、又は、その層の再定義されるドーパント型を（例えば、ｐ型からｎ型に）変更する。例えば、ｐ型ドープ電流拡散層１１４内には、シリコンドナー層１８２から、Ｓｉを拡散させることができ、ｎ型ドープ電流拡散層１１４内には、Ｚｎ又はＭｇドナー層１８２から、Ｚｎ又はＭｇを注入することができる。この拡散操作に続けて、ドナー層１８２及びキャッピング層１８４が除去される。
【００８２】
修正閉じ込めバリア領域１７８を形成するための、これらの注入操作又は拡散操作に続けて、図５〜図１０に関連して上述されたものと同様の加工処理シーケンスを使用して、このｐ−ｎダイオード層を、ハンドル基板１０２からキャリア基板１４０に転写することにより、図２５に示される構造体をもたらすことができる。簡潔性のために、その加工処理シーケンスは、別個に説明及び図示されない。
【００８３】
図２６Ａを参照すると、一実施形態では、修正閉じ込めバリア領域１７９は、活性層１０８の１つ以上の量子井戸を貫通して延在するように、高速熱アニールを伴う拡散又は注入を通じて製造されることにより、量子井戸の混合を達成することができ、この量子井戸の混合は、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込めるための、より大きいバンドギャップを有し、かつ電流注入領域１８１を横方向で包囲する、活性層１０８の修正閉じ込めバリア領域１７９を作り出す。１つ以上の量子井戸の混合は、修正閉じ込めバリア領域１７８に関連して前述されたように、ＲＴＡを伴う拡散又は注入を使用して、達成することができる。同様に、そのような実施形態では、未修正の注入領域１８１、及び修正閉じ込めバリア領域１７９が、量子井戸層１０８内部に形成される。量子井戸の混合に関する図２６Ａの修正閉じ込めバリア領域１７９と、電流分配層の隔離に関する図２５の修正閉じ込めバリア領域１７８との１つの相違点は、図２６Ａの修正閉じ込めバリア領域１７９は、量子井戸の混合を作り出すために、活性層１０８内に、又は活性層１０８周辺に、大部分を集中させることができる点である。したがって、活性層１０８の外側で、均一な陽子又は不純物の濃度プロファイルを達成することは必須ではない。一実施形態では、活性領域１０８内部に、著しい濃度の陽子又は不純物が注入されることにより、量子井戸と閉じ込めバリアとの間での、Ａｌ及びＧａの相互拡散が促進される。一実施形態では、この不純物はＳｉである。
【００８４】
量子井戸の混合は、バリア層によって隔てられた複数の量子井戸を、元の量子井戸よりも大きいバンドギャップを有する、単一の混合層に変換する結果をもたらし得る。図２６Ｂは、本発明の実施形態に係る、量子井戸の混合の前の、それぞれがバリア層の間に挟み込まれた、３つの量子井戸に関する、伝導帯と価電子帯との間のバンドギャップエネルギーのグラフ図を提供する。例えば、これらの量子井戸層及びバリア層は、図２Ｂに関連して上述されたものと同様のものとすることができる。３つの量子井戸の層が示されるが、そのような実施形態は例示的なものであり、活性層は、１つ以上の量子井戸層を含み得ることを理解されたい。図２６Ｃは、量子井戸の混合後の図２６Ａの構造体の、伝導帯と価電子帯との間のバンドギャップエネルギーのグラフ図を提供する。図示のように、原子は、結晶構造体内で、注入又は拡散によって作り出された点欠陥に沿って優先的に拡散することにより、従前は別個であった複数の量子井戸及びバリア層を、それらの元の井戸及びバリアの組成の平均である均一な組成を有する、混合修正閉じ込めバリア領域１７９へと変換させる。この方式で、その新たな層は、元の１つ以上の量子井戸よりも、全体として大きいバンドギャップを有する。このバンドギャップの増大により、注入領域１８１内部での横方向の電流閉じ込めが可能となる。アルミニウムは特に、高い拡散係数を有することが認められている。一実施形態では、量子井戸の混合は、隣接する量子井戸層よりも高いアルミニウム濃度を含有する１つ以上のバリア層からの、アルミニウムの拡散によって達成される。一実施形態では、アルミニウムは、周囲のアルミニウム含有クラッド層１０６、１０８から、活性層内に拡散される。
【００８５】
ここで図２７、図２８を参照すると、本発明の実施形態に係る、１つ以上の酸化閉じ込め層を含むＬＥＤデバイスのアレイを形成するための、片面プロセスに関する側断面図が提供される。図２７を参照すると、このＬＥＤデバイスは、上述のような片面加工処理技術に従って製造することができる。図２７に示されるＬＥＤデバイスは、犠牲剥離層１２６の除去前の、電流閉じ込め構造体が形成されていない、本質的に機能化されたＬＥＤデバイスである。しかしながら、１つの相違点は、１つ以上の被酸化性閉じ込め層１８５を含むことである。１つ以上の被酸化性閉じ込め層は、クラッド層の上方又は下方のいずれかなどの、ＬＥＤデバイス内部の様々な場所に配置することができる。例えば、被酸化性閉じ込め層１８５は、閉じ込め層１０６と電流分配層１０４との間に存在するように示される。しかしながら、他の構成も可能である。例えば、被酸化性閉じ込め層１８５は、閉じ込め層１１０と活性層１０８との間に存在するように示される。様々な場所が可能であり、実施形態は、それらの具体的に示されるものには限定されない。一実施形態では、１つ以上の被酸化性閉じ込め層１８５は、ＬＥＤデバイス内部の他の層よりも容易に酸化される。例えば、１つ以上の被酸化性閉じ込め層１８５は、ｐ−ｎダイオード構造体１１５内部の他の層よりも、比較的高いアルミニウム濃度によって特徴付けることができる。そのような構成では、電流注入領域は、被酸化性閉じ込め層内部に配置された、第１の電流注入領域を含み、電流閉じ込め領域は、その第１の電流注入領域を横方向で包囲する、被酸化性閉じ込め層の第１の酸化領域を含む。ここで図２８を参照すると、犠牲剥離層１２６の除去の前に、ＬＥＤデバイスは、１つ以上の閉じ込め層１８５を横方向で酸化させるために、酸化操作、例えば、湿式酸化操作に供される。図示のように、閉じ込め層１８５の横方向の酸化は、活性層１０８を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部１６８から離して閉じ込めるために、被酸化性閉じ込め層１８５の第１の電流注入領域１８８を横方向で包囲する、第１の酸化領域１８６（電流閉じ込め領域）をもたらす。
【００８６】
１つ以上の被酸化性閉じ込め層１８５の横方向の酸化に続けて、ＬＥＤデバイスのアレイを、ピックアップ及び転写先基板への転写の準備が整うように調整するために、それらのＬＥＤデバイスのアレイ間及び直下に広がる犠牲剥離層１２６を、図１１Ａに関連する上記の説明と同様に、除去することができる。一実施形態では、酸化領域１８６は、Ａｌ2Ｏ3を含み、犠牲剥離層１２６は、ＳｉＯ2を含む。そのような実施形態では、ＳｉＯ2犠牲剥離層１２６を、Ａｌ2Ｏ3領域１８６に関連して、選択的に除去することができる。
【００８７】
一実施形態では、ＬＥＤデバイスの側壁部１６８に沿って、側壁パッシベーション層を形成することができる。例えば、側壁パッシベーション層を使用して、犠牲剥離層１２６の除去の間のエッチングから、酸化領域１８６を防護することができる。側壁パッシベーション層は、転写先基板への転写の際に上部コンタクト層を形成する場合の短絡、及び、静電転写操作の間の隣り合うＬＥＤデバイス間の短絡から、活性層を防護することなどの、他の目的に役立ち得る。側壁パッシベーション層は、前述のような片面プロセスで形成することができる。一実施形態では、側壁パッシベーションは、図２９〜図３２に関連して説明されるような、両面プロセスを使用して形成される。図２９を参照すると、ハンドル（成長）基板１０２によって支持されている間に、ｐ−ｎダイオード層１０５を貫通して、メサ溝１５４が形成される。メサ溝１５４の形成に続けて、メサ構造体は、図３０に示されるように、１つ以上の被酸化性閉じ込め層１８５を横方向で酸化させるために、酸化操作、例えば、湿式酸化操作に供される。
【００８８】
図３１を参照すると、側壁パッシベーション層１２０が、メサ構造体の上に形成され、そのパッシベーション層１２０内に開口部が形成されることにより、コンタクト１２４を露出させる。次いで、犠牲剥離層１２６が、パッシベーション層１２０の上に形成され、コンタクト１２４を露出させる開口部を形成するように、パターニングされる。次いで、転写先基板に接合するために、この構造体の上に、安定化層１３０を形成することができる。図３２は、本発明の実施形態に係る、転写先基板への転写後、かつ犠牲剥離層１２６の除去前の、酸化閉じ込め層１８５を含むＬＥＤデバイスのアレイの側断面図である。詳細には示されないが、オーム接触層１５０及び導電性コンタクト１５２が、成長基板１０２の除去の後に形成される。
【００８９】
ここで図３３〜図３５を参照すると、電流拡散層ピラーに隣接するクラッド層内部に、電流閉じ込め領域が形成される、ＬＥＤデバイスのアレイを形成する方式に関する、側断面図が提供される。図３３は、本発明の実施形態に係る、ドープされた電流拡散層１１４の側断面図である。図３３は、図２Ａに関連して図示及び説明された構造体と、実質的に同様とすることができるが、１つの相違点は、電流拡散層１１４及び／又はクラッド層１１０内部のドーピングである。図３３に示される実施形態では、高度にドープされた電流拡散層１１４が、非ドープのクラッド層１１０の上に形成される。例えば、ｐ型ドープ電流拡散層１１４は、Ｚｎ又はＭｇドーパントで、高度にドープすることができる。図３４を参照すると、次いで、ドープされた電流拡散層１１４は、図３に関連する説明と同様に、電流拡散層ピラー１９０のアレイを形成するようにパターニングされ、その後、アニールすることにより、電流拡散層ピラー１９０から、下層のクラッド層１１０内にドーパントを追い出して、クラッド層１１０内部に、非ドープの電流閉じ込め領域１９１によって横方向で包囲された、ドープされた電流注入領域１９２を形成することにより、活性層１０８を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込める。クラッド層１１０内へのドーパントの拡散に続けて、図４〜図１０に関連して上述されたように、この構造体をパターニングすることにより、図３５に示される構造体をもたらすができる。
【００９０】
図３６Ａ〜図３６Ｅは、本発明の実施形態に係る、マイクロＬＥＤデバイスとすることが可能な、ＬＥＤデバイス１５６を、キャリア基板１４０から転写先基板３００に転写する、静電転写ヘッド２０４のアレイの側断面図である。図３６Ａ〜図３６Ｅは、図１１Ａの特定のＬＥＤデバイスの転写及び統合を示すが、これは例示であることを意図するものであり、図３６Ａ〜図３６Ｅで説明及び図示される転写及び統合のシーケンスは、本明細書で説明されるＬＥＤデバイスのうちのいずれの転写及び統合に関しても、使用することができる。図３６Ａは、基板２００によって支持され、ＬＥＤデバイス１５６のアレイの上に位置決めされた、マイクロデバイス転写ヘッド２０４のアレイの側断面図であり、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、キャリア基板１４０上の安定化層１３０の安定化支柱１３２上で、安定化されている。次いで、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、図３６Ｂに示されるように、転写ヘッド２０４のアレイと接触される。図示のように、転写ヘッド２０４のアレイのピッチは、ＬＥＤデバイス１５６のアレイのピッチの整数倍である。転写ヘッド２０４のアレイに、電圧が印加される。この電圧は、ビア２０７を通じて転写ヘッドのアレイと電気的に接続する、転写ヘッドアセンブリ２０６内部の作動回路機構から印加することができる。次いで、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、図３６Ｃに示されるように、転写ヘッド２０４のアレイでピックアップされる。次いで、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、図３６Ｄに示されるように、転写先基板３００上のコンタクトパッド３０２（例えば、金、インジウム、スズなど）と接触して定置される。次いで、ＬＥＤデバイス１５６のアレイは、図３６Ｅに示されるように、転写先基板３００上のコンタクトパッド３０２上に解除される。例えば、転写先基板は、限定するものではないが、ディスプレイ基板、照明基板、トランジスタ若しくはＩＣなどの機能デバイスを有する基板、又は金属再配線を有する基板とすることができる。
【００９１】
本発明の実施形態によれば、これらのピックアップ操作、転写操作、及び接合操作の間、キャリア基板、転写ヘッドアセンブリ、又は転写先基板に、熱を適用することができる。例えば、ピックアップ操作及び転写操作の間、転写ヘッドアセンブリを通じて熱を適用することができ、この熱は、ＬＥＤデバイスの接合層を溶解させる場合もあれば、又は溶解させない場合もある。転写ヘッドアセンブリは、更に、接合操作の間、転写先基板上に熱を適用することができ、この熱は、ＬＥＤデバイス上の接合層又は転写先基板上の接合層のうちの一方を溶解させて、それらの接合層間の拡散を引き起こす場合もあれば、そうではない場合もある。
【００９２】
ＬＥＤデバイスのアレイに対する把持圧力を作り出すために電圧を印加する操作は、様々な順序で実行することができる。例えば、ＬＥＤデバイスのアレイを転写ヘッドのアレイと接触させる前、ＬＥＤデバイスを転写ヘッドのアレイと接触させている間、又はＬＥＤデバイスを転写ヘッドのアレイと接触させた後に、電圧を印加することができる。この電圧はまた、接合層に熱を適用する前、適用している間、又は適用した後に、印加することもできる。
【００９３】
転写ヘッド２０４が、２極型電極を含む場合には、一方の電極に負の電圧が印加される特定の時点で、その対の他方の電極に正の電圧が印加されるように、また逆も同様に、各転写ヘッド２０４内の１対の電極にわたって交流電圧を印加することにより、ピックアップ圧力を生成することができる。ＬＥＤデバイスのアレイを転写ヘッド２０４から解除することは、電圧源をオフにすること、電極の対にわたる電圧の低下、ＡＣ電圧の波形を変更すること、及び電圧源を接地することを含めた、様々な方法で達成することができる。
【００９４】
ここで図３７Ａ、図３７Ｂを参照すると、一実施形態では、ＬＥＤデバイスのアレイは、ディスプレイ基板に転写及び接合される。例えば、ディスプレイ基板３０２は、アクティブマトリクスＯＬＥＤディスプレイパネル内で使用されるものと同様の、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）ディスプレイ基板（すなわち、バックプレーン）とすることができる。図３７Ａは、本発明の実施形態に係る、ディスプレイパネル１６００の上面図である。図３７Ｂは、本発明の実施形態に係る、線Ｘ−Ｘ及び線Ｙ−Ｙに沿った図３７Ａのディスプレイパネル３７００の側面図である。そのような実施形態では、下層のＴＦＴ基板３００は、各サブピクセル３２８を独立して駆動するための、作動回路機構（例えば、トランジスタ、コンデンサなど）を含み得る。基板３００は、非ピクセル区域と、ピクセル内に配置構成されたサブピクセル３２８を含むピクセル区域３０４（例えば、表示区域）とを含み得る。非ピクセル区域は、データ信号（Ｖｄａｔａ）をサブピクセルに送信することを可能にするための、各サブピクセルのデータ線に接続されたデータ駆動回路３１０と、走査信号（Ｖｓｃａｎ）をサブピクセルに送信することを可能にするための、サブピクセルの走査線に接続された走査駆動回路３１２と、電力信号（Ｖｄｄ）をＴＦＴに送信するための電力供給線３１４と、接地信号（Ｖｓｓ）をサブピクセルのアレイに送信するための接地リング３１６とを含み得る。図示のように、データ駆動回路、走査駆動回路、電力供給線、及び接地リングは全て、フレキシブル回路基板（ＦＣＢ）３１３に接続されており、このフレキシブル回路基板３１３は、電力供給線３１４に電力を供給するための電源、及び接地リング３１６に電気的に接続された電源接地線を含む。このことは、ディスプレイパネルに関する例示的一実施形態であり、代替的構成が可能であることを理解されたい。例えば、駆動回路のうちのいずれかを、ディスプレイ基板３００から離れて配置することができ、又はあるいは、ディスプレイ基板３００の背面上に配置することもできる。同様に、基板３００内部に形成される作動回路機構（例えば、トランジスタ、コンデンサなど）は、図３７Ｃに示されるように、基板３００の上面に接合されるマイクロチップ３５０と置き換えることができる。図３７Ａ〜図３７Ｃは、図１１Ａの特定のＬＥＤデバイスの統合を示すが、これは例示であることを意図するものであり、図３７Ａ〜図３７Ｃで説明及び図示される統合のシーケンスは、本明細書で説明されるＬＥＤデバイスのうちのいずれの転写及び統合に関しても、使用することができる。
【００９５】
図示の特定の実施形態では、ＴＦＴ基板３００は、データ駆動回路３１０からのデータ線に接続されるスイッチングトランジスタＴ１、及び電力供給線３１４に接続された電力線に接続される駆動トランジスタＴ２を含む。スイッチングトランジスタＴ１のゲートはまた、走査駆動回路３１２からの走査線にも接続することができる。バンク開口部３２７を含むパターン化バンク層３２６が、基板３００の上に形成される。一実施形態では、バンク開口部３２７は、サブピクセル３２８に対応する。バンク層３２６は、インクジェット印刷、スクリーン印刷、ラミネーション、スピンコーティング、ＣＶＤ、ＰＶＤなどの様々な技術によって形成することができ、不透明、透明、又は半透明の材料で形成することができる。一実施形態では、バンク層３２６は、絶縁材料で形成される。一実施形態では、バンク層は、放出光又は環境光を吸収するように、ブラックマトリクス材料で形成される。バンク層３２６の厚さ、及びバンク開口部３２７の幅は、それらの開口部内部に転写及び接合されるＬＥＤデバイス１５６の高さ、静電転写ヘッドの高さ、及びディスプレイパネルの解像度に応じて決定することができる。一実施形態では、バンク層３２６の例示的な厚さは、１μｍ〜５０μｍである。
【００９６】
導電性底部電極３４２、接地連絡線３４４、及び接地リング３１６を、任意選択的に、ディスプレイ基板３００の上に形成することができる。図示の実施形態では、接地連絡線３４４の配置構成は、ディスプレイパネル３７００のピクセル区域３０４内の、バンク開口部３２８の間に走るものである。接地連絡線３４４は、バンク層３２６上に形成することができ、又はあるいは、バンク層３２６内に開口部３３２を形成して、バンク層３２６の下の接地連絡線３４４を露出させることもできる。一実施形態では、接地連絡線３４４は、ピクセル区域内のバンク開口部３２７の間に形成され、非表示区域内の接地リング３１６又は接地線に電気的に接続される。この方式で、Ｖｓｓ信号が、サブピクセルのマトリクスに、より均一に印加されることにより、ディスプレイパネル３７００の全域にわたって、より均一な明度をもたらすことができる。
【００９７】
バンク開口部３２７内部のＬＥＤデバイス１５６の周囲に形成されるパッシベーション層３４８は、上部電極層３１８と底部電極層３４２との間の電気短絡を防止すること、及び、上部導電性コンタクト１５２と接地連絡線３４４との間の、上部電極層３１８の適切な段差被覆性を提供することなどの、機能を実行することができる。パッシベーション層３４８はまた、上部電極層３１８との短絡を未然に防ぐために、底部電極層３４２の任意の部分を覆うこともできる。本発明の実施形態によれば、パッシベーション層３４８は、限定するものではないが、エポキシ、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）などのアクリル（ポリアクリレート）、ベンゾシクロブテン（ＢＣＢ）、ポリイミド、及びポリエステルなどの、様々な材料で形成することができる。一実施形態では、パッシベーション層３４８は、バンク開口部３２７によって画定されたサブピクセル区域を充填するように、ＬＥＤデバイス１５６の周囲に、インクジェット印刷又はスクリーン印刷することによって形成される。
【００９８】
具体的な用途に応じて、上部電極層３１８は、不透明、反射性、透明、又は半透明とすることができる。上面発光型ディスプレイパネルでは、上部電極層３１８は、アモルファスシリコン、透明導電性ポリマー、又は透明導電性酸化物などの、透明な導電材料とすることができる。上部電極層３１８の形成に続けて、基板３００の上に、カプセル化層３４６が形成される。例えば、カプセル化層３４６は、可撓性のカプセル化層、又は剛体層とすることができる。本発明の一部の実施形態によれば、環境光の反射を抑制するための、円偏光子が必要とされない場合がある。結果として、本発明の実施形態に係るディスプレイパネル１８００は、円偏光子を有さずにパッケージ化されることにより、そのディスプレイパネルの輝度の増大をもたらすことができる。
【００９９】
一実施形態では、１つ以上のＬＥＤデバイス１５６が、１つのサブピクセル回路内に配置構成される。ＬＥＤデバイス１５６の第１の端子（例えば、底部導電性コンタクト）が、駆動トランジスタと結合される。例えば、ＬＥＤデバイス１５６は、駆動トランジスタと結合されたボンディングパッドに結合することができる。一実施形態では、ＬＥＤデバイス１５６の冗長対が、駆動トランジスタＴ２と結合された底部電極３４２に接合される。１つ以上のＬＥＤデバイス１５６は、閉じ込め電流注入区域を含む、本明細書で説明されるＬＥＤデバイスのうちのいずれかとすることができる。接地線が、１つ以上のＬＥＤデバイスに関する第２の端子（例えば、上部導電性コンタクト）と結合される。
【０１００】
電流は、例えば駆動トランジスタＴ２から、１つ以上のＬＥＤデバイスを通過させて駆動することができる。ハイサイド駆動構成では、１つ以上のＬＥＤデバイスは、サブピクセル回路が、ＬＥＤデバイスのｐ端子を通じて電流を押し出すように、ＰＭＯＳ駆動トランジスタのドレイン側、又はＮＭＯＳ駆動トランジスタのソース側に存在し得る。あるいは、サブピクセル回路は、ローサイド駆動構成で配置構成することもでき、この場合、接地線が電力線となり、電流は、ＬＥＤデバイスのｎ端子を通じて引き込まれる。
【０１０１】
本発明の実施形態によれば、サブピクセル回路は、ＬＥＤデバイスの特性効率曲線の前ドループ範囲内の、又は前ドループ範囲を越えた最大効率値付近の、比較的低い電流若しくは電流密度で動作し得る。それゆえ、効率を増大させるためにＬＥＤデバイスのサイズを増大させるのではなく、ＬＥＤデバイス内部での電流密度を増大させるために、電流注入区域の有効サイズが制限される。ＬＥＤデバイスがディスプレイ用途で利用される実施形態では、高出力用途とは対照的に、ＬＥＤデバイスは、比較的低い電流範囲で動作することができ、電流密度の微増により、そのＬＥＤデバイスのＩＱＥ及びＥＱＥの著しい改善をもたらすことができる。
【０１０２】
一実施形態では、サブピクセル回路は、駆動トランジスタを備え、閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスの第１の端子（例えば、底部導電性コンタクト）が、この駆動トランジスタと結合され、接地線が、そのＬＥＤデバイスの第２の端子（例えば、上部導電性コンタクト）と結合される。一実施形態では、このＬＥＤデバイスは、駆動トランジスタへの制御信号の送信に応答して、電流をＬＥＤデバイスに通過させて駆動することによって、動作される。一部の実施形態では、この電流は、１ｎＡ〜４００ｎＡの範囲とすることができる。一実施形態では、この電流は、１ｎＡ〜３０ｎＡの範囲である。一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、４００ピクセル毎インチ（ＰＰＩ）の解像度を有するディスプレイ内で、１ｎＡ〜３０ｎＡの電流で動作される。一実施形態では、この電流は、２００ｎＡ〜４００ｎＡの範囲である。一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、１００ＰＰＩの解像度を有するディスプレイ内で、２００ｎＡ〜４００ｎＡの電流で動作される。一部の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、０．００１Ａ／ｃｍ2〜４０Ａ／ｃｍ2の閉じ込め電流密度で動作される。一実施形態では、この電流密度は、０．００１Ａ／ｃｍ2〜３Ａ／ｃｍ2の範囲である。一実施形態では、そのような電流密度の範囲は、４００ＰＰＩの解像度を有するディスプレイに適用可能とすることができる。一実施形態では、この電流密度は、０．２Ａ／ｃｍ2〜４Ａ／ｃｍ2の範囲である。一実施形態では、そのような電流密度の範囲は、１００ＰＰＩの解像度を有するディスプレイに適用可能とすることができる。
【０１０３】
以下の実施例は、本発明の実施形態に係るＬＥＤデバイスに関する、電流閉じ込めの効果、並びに、効率、電流、及び電流密度の関係を示すために提供される。本発明の実施形態によれば、設計者は、図１に示される例示的な効率曲線などの、特性効率曲線を有するＬＥＤデバイスの、所望の効率及び輝度を選択することができる。所望の効率及び輝度が選択されると、設計者は、そのＬＥＤデバイス内部での、動作電流、及び閉じ込め電流注入区域のサイズ（例えば、概算的な電流拡散層ピラーの幅）を調整することにより、その所望の効率を達成することができる。
実施例１
【０１０４】
一実施形態では、ディスプレイパネルは、１９２０×１８００の解像度、及び、６３．５μｍのＲＧＢピクセルサイズを含む４００ピクセル毎インチ（ＰＰＩ）を有する、５．５インチのフル高精細ディスプレイである。１０％のＥＱＥを有するＬＥＤデバイスで、３００Ｎｉｔの出力（白色）を達成するために、このディスプレイパネルは、１つのサブピクセルにつき１つのＬＥＤと想定すると、１つのＬＥＤ当たり約１０ｎＡ〜３０ｎＡの電流を使用する。１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスに関しては、これは、０．０１Ａ／ｃｍ2〜０．０３Ａ／ｃｍ2の電流密度に対応する。これは、標準的なＬＥＤに関する通常動作条件又は設計動作条件を大きく下回る。
実施例２
【０１０５】
一実施形態では、実施例１のパラメータは同じであるが、より小さい１μｍ×１μｍの閉じ込め電流注入区域を有する。この縮小された電流注入区域の場合、対応する電流密度は、１Ａ／ｃｍ2〜３Ａ／ｃｍ2に増大する。それゆえ、実施例２は、１０ｎＡ〜３０ｎＡの動作電流での、１０μｍ×１０μｍから１μｍ×１μｍへの電流注入区域の小さい変化が、電流密度に対する著しい効果を有し得ることを示す。同様に、この電流密度の変化は、ＬＥＤデバイスの効率に影響を及ぼし得る。
実施例３
【０１０６】
一実施形態では、ディスプレイパネルは、１９２０×１８００の解像度、及び、６３．５μｍのＲＧＢピクセルサイズを含む４００ピクセル毎インチ（ＰＰＩ）を有する、５．５インチのフル高精細ディスプレイである。各サブピクセルは、１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有する、１つのＬＥＤデバイスを含む。輝度は、３００Ｎｉｔの出力（白色）に維持される。この実施例では、４０％のＥＱＥを達成することが所望される。この増大された効率の場合、より低い動作電流を使用することができる。一実施形態では、１つのＬＥＤ当たり３ｎＡ〜６ｎＡの動作電流が選択される。これらのパラメータの場合、１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、０．００３Ａ／ｃｍ2〜０．００６Ａ／ｃｍ2で動作し、１μｍ×１μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、０．３Ａ／ｃｍ2〜０．６Ａ／ｃｍ2で動作する。
実施例４
【０１０７】
一実施形態では、ディスプレイパネルは、２５４μｍのＲＧＢピクセルサイズを含む、より低い１００ＰＰＩの解像度を有する、５．５インチのディスプレイである。１０％のＥＱＥを有するＬＥＤデバイスで、３００Ｎｉｔの出力（白色）を達成するために、このディスプレイパネルは、１つのサブピクセルにつき１つのＬＥＤと想定すると、１つのＬＥＤ当たり約２００ｎＡ〜４００ｎＡの、より高い動作電流を使用する。１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスに関しては、これは、０．２Ａ／ｃｍ2〜０．４Ａ／ｃｍ2の電流密度に対応する。１μｍ×１μｍの閉じ込め電流注入区域は、２０Ａ／ｃｍ2〜４０Ａ／ｃｍ2の電流密度に対応し、３μｍ×３μｍの閉じ込め電流注入区域は、２Ａ／ｃｍ2〜４Ａ／ｃｍ2の電流密度に対応する。それゆえ、実施例４は、より低い解像度のディスプレイの場合、ＬＥＤデバイスの密度がより小さくなり、より高い解像度のディスプレイと同様の明度（３００Ｎｉｔ）を達成するためには、より高い動作電流が使用されることを示す。
実施例５
【０１０８】
一実施形態では、ディスプレイパネルは、３５μｍのＲＧＢピクセルサイズを含む、７１６ＰＰＩを有する。１０％のＥＱＥを有するＬＥＤデバイスで、３００Ｎｉｔの出力（白色）を達成するために、このディスプレイパネルは、約４〜７ｎＡの動作電流を使用する。これらのパラメータの場合、１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、０．００４Ａ／ｃｍ2〜０．００７Ａ／ｃｍ2で動作し、１μｍ×１μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、０．４Ａ／ｃｍ2〜０．７Ａ／ｃｍ2で動作する。
実施例６
【０１０９】
別の実施形態では、必要とされるディスプレイの明度は、３０００Ｎｉｔに増大される。上記の全ての実施例では、同じＥＱＥが目標となる場合には、必要とされる電流は、約１０倍に増大する。続いて、電流密度もまた、上記の実施例に関して１０倍に増大する。一実施形態では、必要とされる動作明度は、３００Ｎｉｔ〜３０００Ｎｉｔの範囲である。電流、及び続いて電流密度は、３００Ｎｉｔの範囲の１〜１０倍の範囲にわたる。ここで３００Ｎｉｔ〜３０００Ｎｉｔが必要とされる、（上記の）実施例１及び実施例２の場合では、１０μｍ×１０μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、０．０１Ａ／ｃｍ2〜０．３Ａ／ｃｍ2の電流密度で動作し、１μｍ×１μｍの閉じ込め電流注入区域を有するＬＥＤデバイスは、１Ａ／ｃｍ2〜３０Ａ／ｃｍ2で動作する。
【０１１０】
上記の例示的実施形態のそれぞれでは、ディスプレイの明度は、ＬＥＤデバイスが、標準的なＬＥＤに典型的ではない、極めて低い電流密度で動作しているような明度である。標準的なＬＥＤの典型的性能は、１Ａ／ｃｍ2未満の電流密度では、低いＩＱＥを示す。本発明の実施形態によれば、電流注入区域は、電流密度を増大させることができるように閉じ込められることにより、ＩＱＥ及びＥＱＥが最適化される電流密度方式での、ＬＥＤデバイスの動作が可能となる。
【０１１１】
一実施形態では、ＬＥＤデバイスは、ディスプレイ基板の表示区域内で、ディスプレイ基板に接合される。例えば、ディスプレイ基板は、上述のＬＥＤデバイスが１つ以上のサブピクセルのアレイ内に組み込まれる、ピクセル構成を有し得る。ＬＥＤデバイスのサイズもまた、サブピクセルの利用可能面積と共に、拡大縮小可能とすることができる。一部の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、１００  ＰＰＩ以上の解像度を有するディスプレイ基板に接合される。上記で提供された実施例では、例示的な３５μｍの赤−緑−青（ＲＧＢ）ピクセルサイズが、７１６  ＰＰＩを有するディスプレイに関して説明され、６３．５μｍのＲＧＢピクセルサイズが、４００  ＰＰＩを有するディスプレイに関して説明され、２５４μｍのＲＧＢピクセルサイズが、１００  ＰＰＩを有するディスプレイに関して説明された。一部の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、１００μｍ以下の最大幅を有する。ディスプレイの解像度が増大すると共に、ＬＥＤデバイスに関する利用可能空間が減少する。一部の実施形態では、ＬＥＤデバイスは、２０μｍ以下、１０μｍ以下、又は更に５μｍ以下の最大幅を有する。図１２Ａ〜図１２Ｃに関連する上記の論考を再び参照すると、活性層の外部表面に沿って（例えば、ＬＥＤデバイスの側壁部に沿って）非発光性ゾーンが生じることにより、ＬＥＤデバイスの効率に影響を及ぼし得る。本発明の実施形態によれば、電流注入領域は、活性層を通過して流れる電流を、ＬＥＤデバイスの内側部分に、及びＬＥＤデバイスの側壁部から離して閉じ込めるように、ＬＥＤデバイス内部に形成される。一部の実施形態では、電流注入領域は、ピラー構成の電流拡散層を形成することによって作り出され、この電流拡散層ピラーは、クラッド層から突出し、この電流拡散層ピラーの幅は、活性層の内部の範囲内に電流を閉じ込めるために、ＬＥＤデバイスの幅（例えば、活性層の幅）に対して調節することができる。そのような構成では、電流注入領域は、その電流拡散層ピラーの幅又は直径に対応する。他の実施形態では、電流注入領域は、その電流注入領域を横方向で包囲する、電流閉じ込め領域を形成することによって作り出される。例えば、このことは、閉じ込めバリア充填部のメサ再成長、注入若しくは拡散による電流拡散層の修正、量子井戸の混合、及び／又はクラッド層の酸化によって達成することができる。閉じ込め電流注入領域を提供するための上記の実施形態は、別個に説明されているが、それらの実施形態のうちの一部を組み合わせることができる点を理解されたい。一部の実施形態では、電流注入領域は、１〜１０μｍの幅を有する。一実施形態では、電流注入領域は、約２．５μｍの幅又は直径を有する。
【０１１２】
図３８は、一実施形態に係るディスプレイシステム３８００を示す。このディスプレイシステムは、プロセッサ３８１０、データ受信機３８２０、ディスプレイ３８３０、並びに、走査駆動ＩＣ及びデータ駆動ＩＣとすることが可能な１つ以上のディスプレイ駆動ＩＣ３８４０を収容する。データ受信機３８２０は、無線又は有線でデータを受信するように構成することができる。無線は、限定するものではないが、Ｗｉ−Ｆｉ（登録商標）（ＩＥＥＥ  ８０２．１１ファミリー）、ＷｉＭＡＸ（登録商標）（ＩＥＥＥ  ８０２．１６ファミリー）、ＩＥＥＥ  ８０２．２０、ロングタームエボリューション（ＬＴＥ（登録商標））、Ｅｖ−ＤＯ、ＨＳＰＡ＋、ＨＳＤＰＡ＋、ＨＳＵＰＡ＋、ＥＤＧＥ、ＧＳＭ（登録商標）、ＧＰＲＳ、ＣＤＭＡ、ＴＤＭＡ、ＤＥＣＴ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、これらの派生物、並びに、３Ｇ、４Ｇ、５Ｇ、及びそれ以上として指定される任意の他の無線プロトコルを含めた、幾つかの無線規格又はプロトコルのうちのいずれかで実装することができる。１つ以上のディスプレイ駆動ＩＣ３８４０は、ディスプレイ３８３０に、物理的かつ電気的に結合することができる。
【０１１３】
一部の実施形態では、ディスプレイ３８３０は、上述の本発明の実施形態に従って形成される、１つ以上のＬＥＤデバイス１５６を含む。ディスプレイシステム３８００は、その用途に応じて、他の構成要素を含み得る。これらの他の構成要素としては、限定するものではないが、メモリ、タッチスクリーンコントローラ、及びバッテリが挙げられる。様々な実装では、ディスプレイシステム３８００は、テレビ、タブレット、電話機、ラップトップ、コンピュータモニタ、キオスク、デジタルカメラ、携帯型ゲーム機、メディアディスプレイ、電子書籍ディスプレイ、又は大面積サイネージディスプレイとすることができる。
【０１１４】
図３９は、一実施形態に係る照明システム３９００を示す。この照明システムは、電源３９１０を収容し、この電源３９１０は、電力を受信するための受信インタフェース３９２０、及び光源３９４０に供給される電力を制御するための電力制御ユニット３９３０を含み得る。電力は、照明システム３９００の外側から、又は照明システム３９００内に任意選択的に含まれるバッテリから、供給することができる。一部の実施形態では、光源３９４０は、上述の本発明の実施形態に従って形成される、１つ以上のＬＥＤデバイス１５６を含む。様々な実装では、照明システム３９００は、広告照明、建物照明、街路照明、電球、及びランプなどの、室内又は室外照明用途とすることができる。
【０１１５】
本発明の様々な態様を利用する際、当業者には、閉じ込め電流注入区域のいずれか１つを含むＬＥＤデバイスを形成するために、上記の実施形態の組み合わせ又は変形態様が可能であることが、明らかとなるであろう。本発明は、構造的特徴及び／又は方法論的行為に特有の言語で説明されているが、添付の特許請求の範囲で定義される本発明は、必ずしも、説明された特定の特徴又は行為に限定されないことを理解されたい。むしろ、開示される特定の特徴及び行為は、本発明を例示するために有用な、特許請求される発明の特に適切な実装として理解されるべきである。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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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】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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【図１９】
2017500757.tif 000031
【図２０】
2017500757.tif 000032
【図２１Ａ】
2017500757.tif 000033
【図２１Ｂ】
2017500757.tif 000034
【図２１Ｃ】
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【図２２】
2017500757.tif 000036
【図２３】
2017500757.tif 000037
【図２４】
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【図２５】
2017500757.tif 000039
【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２７】
2017500757.tif 000043
【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
2017500757.tif 000049
【図３４】
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【図３５】
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【図３６Ａ】
2017500757.tif 000052
【図３６Ｂ】
2017500757.tif 000053
【図３６Ｃ】
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【図３６Ｄ】
2017500757.tif 000055
【図３６Ｅ】
2017500757.tif 000056
【図３７Ａ】
2017500757.tif 000057
【図３７Ｂ】
2017500757.tif 000058
【図３７Ｃ】
2017500757.tif 000059
【図３８】
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【図３９】
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【図１２Ｃ】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年5月24日(2016.5.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬＥＤデバイスであって、
第１の電流拡散層ピラーと第２の電流拡散層との間の、活性層であって、前記第１の電流拡散層ピラーが、第１のドーパント型でドープされ、前記第２の電流拡散層が、前記第１のドーパント型とは反対の、第２のドーパント型でドープされる、活性層と、
前記第１の電流拡散層ピラーと前記活性層との間の、第１のクラッド層と、
前記第２の電流拡散層と前記活性層との間の、第２のクラッド層と、
を備え、前記第１の電流拡散層ピラーが、前記第１のクラッド層から離れる方向に突出し、前記第１のクラッド層が、前記第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である、ＬＥＤデバイス。
【請求項２】
前記第１のクラッド層の表面及び前記第１の電流拡散層ピラーの側壁部に沿って広がる、パッシベーション層を更に備える、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項３】
前記第１のクラッド層の反対側の、前記第１の電流拡散層ピラーの表面上の前記パッシベーション層内に、開口部を更に備える、請求項２に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項４】
前記パッシベーション層内の前記開口部内部に、前記第１の電流拡散層ピラーと電気的に接触する、導電性コンタクトを更に備える、請求項３に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項５】
前記導電性コンタクトが、前記第１のクラッド層と直接電気的に接触しない、請求項４に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項６】
前記第２の電流拡散層が、前記第１の電流拡散層ピラーよりも幅広である、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項７】
前記ＬＥＤデバイスが、支柱によって支持され、前記支柱の上面の表面積が、前記第１の電流拡散層ピラーの底面の表面積よりも小さい、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項８】
前記第１の電流拡散層ピラーが、ｐドーパントでドープされる、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項９】
前記第１の電流拡散層が、ＧａＰを含み、前記第１のクラッド層が、ＡｌＩｎＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、及びＡｌＧａＡｓからなる群から選択される材料を含む、請求項８に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１０】
前記ＬＥＤデバイスの前記活性層が、１００μｍ以下の最大幅を有し、前記第１の電流拡散層ピラーが、１０μｍ以下の最大幅を有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１１】
前記ＬＥＤデバイスの前記活性層が、２０μｍ以下の最大幅を有し、前記第１の電流拡散層ピラーが、１０μｍ以下の最大幅を有する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１２】
前記活性層が、１０個未満の量子井戸層を含む、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１３】
前記ＬＥＤデバイスが、ディスプレイ基板に、前記ディスプレイ基板の表示区域内部で接合され、前記ＬＥＤデバイスが、前記ディスプレイ基板内の作動回路機構と電気的に接続する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１４】
前記ＬＥＤデバイスが、ディスプレイ基板に、前記ディスプレイ基板の表示区域内部で接合され、前記ＬＥＤデバイスが、前記表示区域内部で前記ディスプレイ基板に接合されたマイクロチップと電気的に接続する、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１５】
前記第１のクラッド層が、非ドープの電流閉じ込め領域によって横方向で包囲された、ドープされた電流注入領域を含み、前記ドープされた電流注入領域が、前記第１のドーパント型でドープされる、請求項１に記載のＬＥＤデバイス。
【請求項１６】
ＬＥＤデバイスアレイの形成方法であって、
ＬＥＤ基板のｐ−ｎダイオード層をパターニングすることにより、前記ｐ−ｎダイオード層の電流拡散層内に、閉じ込め溝のアレイによって隔てられた電流拡散層ピラーのアレイを形成することであって、前記閉じ込め溝が、前記電流拡散層を貫通して延在し、前記電流拡散層の下の、前記ｐ−ｎダイオード層のクラッド層を露出させる、形成することと、
前記電流拡散層ピラーのアレイ及び前記クラッド層の上に、犠牲剥離層を形成することと、
前記ＬＥＤ基板を、キャリア基板に接合することと、
前記ＬＥＤ基板から、ハンドル基板を除去することと、
前記ｐ−ｎダイオード層を、前記電流拡散層ピラーのアレイの間で横方向にパターニングすることにより、ＬＥＤデバイスのアレイを形成することであって、各ＬＥＤデバイスが、前記電流拡散層ピラーのアレイのうちの、１つの電流拡散層ピラーを含む、形成することと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記ｐ−ｎダイオード層をパターニングすることが、上部電流拡散層、上部クラッド層、１つ以上の量子井戸層、及び前記クラッド層を貫通してエッチングすることにより、前記犠牲剥離層を露出させることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記電流拡散層ピラーのアレイ及び前記クラッド層の上に、前記犠牲剥離層を形成する前に、底部導電性コンタクトのアレイを、前記電流拡散層ピラーのアレイ上に、電気的に接触させて形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記キャリア基板に前記ＬＥＤ基板を接合する前に、前記犠牲剥離層をパターニングして、前記電流拡散層ピラーのアレイの上の前記犠牲剥離層内に、開口部のアレイを形成することと、
前記キャリア基板に、接合材料で前記ＬＥＤ基板を接合することにより、前記接合材料が、前記犠牲剥離層内の前記開口部のアレイ内部に配置されることと、
を更に含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記ＬＥＤ基板の前記パターン化ｐ−ｎダイオード層をアニールすることにより、前記電流拡散層ピラーのアレイから、前記クラッド層内に、ドーパントを追い出すことを更に含む、請求項１６に記載の方法。
【国際調査報告】
2017500757.tif 000063
2017500757.tif 000064
2017500757.tif 000065
2017500757.tif 000066