(57)【要約】  実施形態は、層転写された材料を使用したマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造の製造に関する。具体的には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などの技法を利用して、高品質窒化ガリウム（ＧａＮ）をドナー基板上に成長させる。代表的なドナー基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、サファイア、及び／又は単結晶シリコン（例えば（１１１））を含むことができる。この方法で成長したＧａＮは、比較的厚さが大きい（例えば、約数十μｍ）ため、材料中に存在する貫通転位密度（ＴＤＤ）が大幅に低下する（例えば、約２〜３×１０6ｃｍ-2まで）。これにより、劈開した成長ＧａＮ材料は、低電流／発熱条件下において高輝度で作動するマイクロＬＥＤ構造への転写及び組み込みに十分に適したものとなる。【選択図】  図１
2020513681.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶性半導体材料をドナー基板上に成長する工程であって、前記材料の貫通転位密度（ＴＤＤ）が厚さと共に低下する、工程；
複数の粒子を前記材料の露出面に注入して、表面下劈開領域を作製する工程；
前記露出面を基板に接合する工程；
エネルギーを適用して、前記材料を前記劈開面に沿って劈開し、前記基板に接合された層を残す工程；及び
前記層をマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために加工する工程、
を含む、方法。
【請求項２】
前記材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；かつ
前記露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＮ極性面を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；かつ
前記露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＧａ極性面を含む、
請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記接合は、一時接合を含み、前記基板はハンドル基板を含む、請求項１に記載の方法あって、前記方法は：
前記層を標的基板に永久的に接合する工程；及び
前記層を前記ハンドル基板から剥離する工程、を更に含み、前記層を加工する工程は、前記標的基板を前記マイクロＬＥＤ構造に組み込むことを含む、方法。
【請求項５】
前記マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料を用いて着色光を発生する、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記層のＴＤＤは、１×１０7ｃｍ-2以下である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ドナー基板は、ＧａＮ、炭化ケイ素、シリコン、サファイア、及びＡｌＮのうちの少なくとも１つを、露出面を有するエピタキシャル成長シード層として含む、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記ドナー基板は、多結晶窒化アルミニウムを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記結晶性半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、及びＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料を用いて着色光を発生する、請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
前記層を加工する工程は、選択領域の前記層を除去して、複数の別々の光学活性領域を画定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記加工する工程は、ＭＯＣＶＤを更に含み；
前記ＭＯＣＶＤは、前記除去の後に実施される、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記加工する工程は、前記注入の前に実施されるＭＯＣＶＤを含み；かつ
前記注入は、約２００ｋｅＶ〜７５０ｋｅＶのイオンエネルギーを有する水素又はヘリウムから選択される粒子を用いたイオン注入である、
請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
前記複数の別個のピクセルの全体を標的基板に転写すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
前記複数の別個のピクセルの全体よりも少ない量を、標的基板に選択的に転写すること、
を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
結晶性半導体材料をドナー基板上に成長する工程であって、前記材料の貫通転位密度（ＴＤＤ）が厚さと共に低下する、工程；
前記露出面を標的基板に接合する工程；
前記材料を剥離して、第２の露出面を有する基板に接合された、ある厚さを残す工程；及び
前記基板をマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために加工する工程、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；
前記露出面は、前記ｃ面極性ＧａＮのＧａ極性面を含み；かつ
第２の露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＮ極性面を含む、
請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
結晶性半導体材料を提供する工程；
複数の粒子を前記材料の露出面に注入して、表面下劈開領域を作製する工程；
前記露出面を基板に接合する工程；
エネルギーを適用して、前記材料を前記劈開面に沿って劈開し、前記基板に接合された層を残す工程；及び
前記層をマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために加工する工程、
を含む、方法。
【請求項１９】
前記層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
前記複数の別個のピクセルの全体を標的基板に転写すること、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
前記複数の別個のピクセルの全体よりも少ない量を、標的基板に選択的に転写すること、
を含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１６年１１月１１日出願の米国特許仮出願第第６２／４２１，１４９号、及び２０１６年１２月１２日出願の米国特許仮出願第６２／４３３，１８９号の優先権を主張し、そのいずれについても、その全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する。
【背景技術】
【０００２】
半導体材料は、例えばロジックデバイス、太陽電池の製造など、多数の用途があり、一般的なライティングなどの照明やディスプレイへの使用が増えている。ディスプレイに使用できる半導体デバイスの１種は、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）である。液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの従来型ディスプレイ及び有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）ディスプレイなどの発光型ディスプレイ技術と対照的に、マイクロＬＥＤは、電力消費削減、明るさ、及び信頼性に関して大きな利点を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許仮出願第６２／３７０，１６９号明細書
【特許文献２】米国特許仮出願第６２／３７８，１２６号明細書
【特許文献３】米国特許第６，１６２，７０５号明細書
【特許文献４】米国特許第６，０１３，５６３号明細書
【特許文献５】米国特許仮出願第１５／１８６，１８４号（米国特許出願公開第２０１６／０３７２６２８号）明細書
【特許文献６】米国特許出願第１２／７８９，３６１号（米国特許出願公開第２０１０／０２８２３２３号）明細書
【特許文献７】米国特許出願第１２／７３０，１１３号（米国特許出願公開第２０１０／０１７８７２３号）明細書
【特許文献８】米国特許出願第１１／９３５，１９７号（米国特許出願公開第２００８／０２０６９６２号）明細書
【特許文献９】米国特許出願第１１／９３６，５８２号（米国特許出願公開第２００８／０１２８６４１号）明細書
【特許文献１０】米国特許出願第１２／０１９，８８６号（米国特許出願公開第２００９／００４２３６９号）明細書
【特許文献１１】米国特許出願第１２／２４４，６８７号（米国特許出願公開第２００９／０２０６２７５号）明細書
【特許文献１２】米国特許出願第１１／６８５，６８６号（米国特許出願公開第２００７／０２３５０７４号）明細書
【特許文献１３】米国特許出願第１１／７８４，５２４号（米国特許出願公開第２００８／０１６０６６１号）明細書
【特許文献１４】米国特許出願第１１／８５２，０８８号（米国特許出願公開第２００８／０１７９５４７号）明細書
【特許文献１５】米国特許出願第１５／１８６，１８５号明細書
【特許文献１６】米国特許仮出願第６２／４２１，１４９号明細書
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Xun Li et al., “Properties of GaN layers grown on N-face free-standing GaN substrates”, Journal of Crystal Growth （オランダ）413, 81-85 (2015)
【非特許文献２】A.R.A. Zauner et al., “Homo-epitaxial growth on the N-face of GaN single crystals: the influence of the misorientation on the surface morphology”, Journal of Crystal Growth（オランダ） 240, 14-21 (2002).
【非特許文献３】Hutchinson and Suo, “Mixed Mode Cracking in Layered Materials”, Advances in Applied Mechanics. Vol. 29, pp. 63-187 (1992)
【非特許文献４】Pinnington et al., “InGaN/GaN multi-quantum well and LED growth on wafer-bonded sapphire-on-polycrystalline AIN substrates by metalorganic chemical vapor deposition”, Journal of Crystal Growth（オランダ） 310 (2008) 2514-2519.
【非特許文献５】Amarasinghe et al., “Properties of H+ Implanted 4H-SiC as Related to Exfoliation of Thin Crystalline Films”. ECS Journal of Solid State Science and Technology（米）, 3 (3) pp. 37-42 (2014).
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態は、層転写された材料を使用したマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造の製造に関する。具体的には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）又は液相エピタキシャル法（ＬＰＥ）などの技法を利用して、高品質窒化ガリウム（ＧａＮ）をドナー基板上に成長させる。代表的なドナー基板は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、サファイア、及び／又は単結晶シリコン（例えば（１１１））を含むことができる。この方で成長したＧａＮは、比較的厚さが大きい（例えば、約１０〜数百μｍ）ため、材料内に存在する貫通転位密度（ＴＤＤ）が大幅に低下する（例えば、約２〜３×１０6ｃｍ-2まで）。これにより、劈開された成長ＧａＮ材料は、種々の電流密度方式で効率的に作動できるマイクロＬＥＤ構造への転写及び組み込みに十分に適したものとなる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】特定の実施形態によるメインプロセスを形成する、ドナープロセスシーケンス、層転写プロセスシーケンス、及びマイクロＬＥＤプロセスシーケンスを示す。
【図１Ａ】極性及び非極性形態のＧａＮを示す。
【図１Ｂ】極性ＧａＮのＧａ極性面及びＮ極性面を示す。
【図１Ｃ】一実施形態によるドナーワークピース上での高品質材料の成長を示す概略図である。
【図１Ｄ】一実施形態によるドナーワークピース上での高品質材料の成長を示す概略図である。
【図２】一実施形態によるＮ極性面ドナー調製のプロセスの図である。
【図３】サファイア上に成長したＧａＮ材料の転位密度を厚さに対してプロットした図である。
【図４】ＳｉＣ上に成長したＧａＮ材料の転位密度を厚さに対してプロットした図である。
【図５】図５Ａ〜図５Ｅは、後でマイクロＬＥＤディスプレイの製造に使用するため、２工程層転写プロセスシーケンスを使用して標的基板上に転写された、高品質成長材料の断面図を示す。
【図６】図６Ａ〜図６Ｃは、後でマイクロＬＥＤディスプレイに使用するため、１工程層転写プロセスシーケンスを使用して標的基板上に転写された、高品質成長材料の断面図を示す。
【図７】図７Ａ〜図７Ｄは、マイクロＬＥＤデバイス製造シーケンスの様々な図を示す。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、様々な永久標的基板構成を示す。
【図９】剥離可能な標的基板構成を使用した製造プロセスフローの一実施形態を示す。
【図１０】マイクロＬＥＤデバイスの直視型ディスプレイバックプレーン上への実装における最終工程を示す。
【図１１】図１１Ａ〜図１１Ｃは、ピクセル収集のためのディスプレイ入出力の正規化を可能にする製造プロセスを示す。
【図１２】各種のＬＥＤ型構造について、出力電力温度依存性を電流密度に対してプロットした図である。
【図１３】室温で転写され、その後１０５０℃で石英基板上に成長したＧａＮ膜に存在するＧａＮ応力（ＭＰａ）を示す。
【図１４】室温で転写され、その後１０５０℃でサファイア基板上に成長したＧａＮ膜に存在するＧａＮ応力（ＭＰａ）を示す。
【図１５Ａ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｂ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｃ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｄ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｅ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｆ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【図１５Ｇ】保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
マイクロＬＥＤ構造は、１つ以上の光電気的特性を示し得る。その１つは、約１μｍ×１μｍ〜１００μｍ×１００μmの面積を有する光学活性な量子井戸領域が、約０．００１Ａ／ｃｍ2から３０〜３５Ａ／ｃｍ2の間の電流密度に対応できることである。
【０００８】
マイクロＬＥＤのような光電子デバイスは、半導体特性を示す材料を用いてもよく、その例としては、限定するものではないが、様々な結晶度で入手できる窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＩＩＩ／Ｖ族材料がある。しかし、これらの材料は、特に高品質レベルでは、たいてい製造が困難である。
【０００９】
３つの主要プロセスシーケンスは、様々な実施形態による要素を画定し得る。これを、図１にまとめる。最初のプロセスシーケンス１００Ａは、ＩＩＩ−Ｖ族光電子材料の例として、ＧａＮを使用したドナーの発達である。ＧａＮ材料の供給源が必要な配向及びサイズで作製された場合、互換可能なＧａＮ層転写プロセスシーケンス１００Ｂを選択して、ドナー基板を加工し、高品質ＧａＮ膜をＭＯＣＶＤ互換プロセス基板に転写する。このプロセス基板は、個片化可能なマイクロＬＥＤデバイスを更なる加工及びディスプレイへの実装のために剥離できるようにする一時基板であってもよく、又はマイクロＬＥＤディスプレイアセンブリの一部となる永久基板である。参照番号１００Ｃは、マイクロＬＥＤプロセスシーケンスのオプション及び蛍光体ダウンコンバージョン層及び光反射／散乱層など、想定される他の層の集積を示す。
【００１０】
本発明によって可能となる、大面積で経済的な高品質ＧａＮ成長層がマイクロＬＥＤ製造にもたらす潜在的利益は膨大である。１つの想定される利益は、低貫通転位密度（ＴＤＤ）のＧａＮから作製された小面積マイクロＬＥＤデバイスで予想される、外部量子効率（ＥＱＥ）の向上、温度安定性の向上、及び収率の向上である。図１２は、ほとんどのマイクロＬＥＤ用途の低電流密度（０．０１〜１０Ａ／ｃｍ2）方式において、温度安定性の向上は、ＧａＮのＴＤＤレベルの低下と相関することを示す。これは、一般的なライティングデバイスが典型的には３０〜１００Ａ／ｃｍ2更にはそれ以上で作動するのと対照的である。これらの高い電流注入レベルにおいて、ＧａＮ−サファイアのような高ＴＤＤのＧａＮ材料から作製された一般的なライティング用ＬＥＤの効率（ＥＱＥ）はピークに達する。これは、光子を放出することなくキャリアを再接合する非放射プロセスの寄与が比較的低いことによる。しかし、低注入レベルでは、非放射再接合プロセスは、ますます重要となり得る。より低ＴＤＤ（より高品質）のＧａＮは、種々の作動条件下で、ＥＱＥが高く、マイクロＬＥＤデバイス−デバイスＥＱＥ均一性及び安定性において有利となるであろう。現在のＧａＮ−サファイア成長技術を用いて作製された１０μｍ×１０μｍマイクロＬＥＤデバイスは、約１×１０8ｃｍ-2のＴＤＤレベルで、約１００個／マイクロＬＥＤ面積の欠陥を有するが、本発明による方法で作製された同じマイクロＬＥＤデバイスは、約１×１０6ｃｍ-2のＴＤＤレベルで、約１個／マイクロＬＥＤ面積の欠陥を有すると予想される。
【００１１】
様々な実施形態で可能となる大きな基板サイズのテンプレートは、多種多様なサイズの投影ディスプレイ及び直視型ディスプレイの大量生産に適合できる、高品質マイクロＬＥＤデバイスの経済的製造も可能とし得る。
【００１２】
ドナープロセスシーケンス
【００１３】
図１のドナープロセスシーケンス１００Ａに戻ると、様々な種類のＧａＮをドナー基板として使用して、追加材料の成長のためのテンプレートを形成できる。例えば、ウルツ鉱ＧａＮ系材料は、極性及び非極性のいずれの形態でも存在する。図１Ａは、ｍ面（１１００）を示す非極性ＧａＮを示す。非極性形態のＧａＮは、比較的高額である。図１Ａに示すように、極性ＧａＮはｃ面（０００１）を示す。図１Ｂは、極性ＧａＮがＮ極性面とＧａ極性面を有することを示す。
【００１４】
特定の実施形態は、成長条件に曝されたドナー基板のＧａ極性面は、追加のＧａＮの形成をもたらし、そのＧａ極性面も露出することを特徴とし得る。これは、Ｇａ極性面は、Ｎ極性面よりも高品質ＧａＮの成長に適していることが以前から証明されているためである。
【００１５】
しかし、他の実施形態も可能であることは重要である。例えば、いくつかの用途（例えば、パワーエレクトロニクス）では、Ｇａ極性面からよりもＮ極性面からのＧａＮ材料の成長が要求される場合がある。以下の論文を、参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する：非特許文献１；非特許文献２。したがって、ドナー基板は、追加材料の成長のために露出したＮ極性面を（Ｇａ極性面よりも）有するＧａＮ層を特徴とすることができた。更に、以下に詳述するように、Ｎ極性ドナーからの単一層転写工程を含むプロセスにより、有益条件下で追加のＧａＮ成長に利用できる露出Ｇａ極性面が得られる。ｃ面（Ｇａ極性面）ＧａＮ材料のＭＯＣＶＤプロセスは比較的容易であり、総じて経験値及び品質が高いことから、マイクロＬＥＤデバイスの実施形態の多くはこの特定の配向及び面で作製されるものとして記載されるが、本発明は、この選択のＧａＮに制限される、更には特にＧａＮに制限される、とみなされるべきではない。その他の結晶配向、及び更にはＧａＰ、ＧａＡｓ及びＩｎＧａＰ結晶などのＩＩＩ／Ｖ族を、マイクロＬＥＤ放出源として使用できる。代替的なＩＩＩ−Ｖ族材料を使用する非ダウンコンバージョン（非蛍光体）ＬＥＤ構成の例を、以下により詳細に記載する。
【００１６】
一実施形態によると、ＧａＮドナープロセスシーケンスを使用して、後続のマイクロＬＥＤプロセスに適合する高品質ＧａＮ膜の供給源として作用し得る２種類のｃ面ドナー基板を合成する。１種類はＧａ極性面を有するドナー基板であり、もう１種類は、Ｎ極性面を有するドナー基板である。
【００１７】
１つの製造法を図１Ｃ〜図１Ｄに例示する。図には、ドナーワークピース１００が提供されている。このドナー成長支持基板は、上層の高品質ＧａＮ材料上の成長に適合する特性（例えば、格子定数、熱膨張係数）を備える。ドナーワークピース１００は、その上に成長又は接合したエピタキシャル成長シード層１０１を有する。シード層１０１の例としては、限定するものではないが、バルクＧａＮ、サファイア層、ＡｌＮ、ＳｉＣ、及び単結晶シリコン−例えば（１１１）が挙げられる。様々な下層材料の上へのＧａＮ成長を記載した以下の仮特許出願は、参照によりその全体があらゆる目的で援用される：特許文献１（２０１６年８月２日出願）、及び特許文献２（２０１６年８月２２日出願）。
【００１８】
特定の実施形態によると、ドナー成長支持基板材料は、ＧａＮ材料に適合する熱膨張係数（ＣＴＥ）を有するように選択されてもよい。想定される基板材料の候補の具体例としては、ＡｌＮ、ムライト等が挙げられる。実施例の表を以下に示す。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
図１Ｄに示すように、ドナー基板の上のシード層の露出面を加工することで、高品質ＧａＮ材料の厚さ１０２を追加できる場合がある。ＧａＮ材料の厚さの追加（不随する基板及び／又は誘電性材料あり又はなしで）は、最終的に、より大きな光電子デバイス構造（マイクロＬＥＤなど）に組み込まれてもよい。
【００２１】
ベース基板上に成長したＧａＮの臨界厚さｈcを、正味差ＣＴＥ不整合を用いて計算するための一般的方法は、薄膜を座屈によって離層するための臨界エネルギー放出速度を用いる。このような方法は、非特許文献３に説明されており、当該文献の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する。
【００２２】
熱的不整合発生膜応力を駆動エネルギー（σ＝ＥΔαΔΤ、式中、Ｅ＝ヤング率、Δα＝ＣＴＥ不整合、及びΔΤ＝温度差）として使用して、この駆動エネルギーを、膜亀裂／離層の開始を特徴づける臨界厚さと連係する式は、次式である：
【００２３】
Ｇ＝０．５（ｌ−ν2）σ2ｈ／Ｅ    （１）
【００２４】
式中、Ｇはエネルギー放出速度であり、σは熱的不整合発生膜応力であり、ｈは膜厚であり、Ｅはヤング率である。
【００２５】
座屈の開始時点で、エネルギー放出速度はＧａＮ膜の臨界エネルギー放出速度以上となるであろう。この臨界エネルギーＧcは、約２Ｊ／ｍ2である。この条件で、式（１）を次のように書いて、臨界厚ｈcを解くことができる：
【００２６】
ｈc＝２ＥＧc／（（ｌ−ν2）σ2）    （２）
【００２７】
ＧａＮについてＥ＝３００ＧＰａ、材料パラメータについてυ＝０．３８、成長温度と室温との間の温度差としてΔΤ＝１０００℃を使用すると、０．２ｐｐｍ／℃（Δα）ＣＴＥ不整合は、６０ＭＰａの膜応力を生じ、多結晶ＡｌＮ基板上に最大で約３８０μｍのＧａＮ厚さを亀裂なく得ることができる。これは、マイクロＬＥＤなどの用途向けのＧａＮデバイステンプレートを製造するための、後続の層転写に実用的なドナーシード基板とみなすのに十分な厚さのＧａＮ膜である。
【００２８】
ドナープロセスシーケンスの記載は、単結晶シードＧａＮ層を含むワークピース上に追加材料を形成して、多層構造を形成することに焦点を合わせるが、これも必須ではない。代替的実施形態によると、追加材料がワークピース上に存在し得る。かかる追加材料の一例は単結晶ＳｉＣ、（１１１）シリコン、単結晶及び金属膜であり、当該材料はＧａＮヘテロエピタキシャル成長のシード層として機能し得る。
【００２９】
図２は、本発明の実施形態によるＧａ極性面ドナー構成の一般的構造を示す。この特定の実施形態では、ドナー成長支持基板ワークピースは、シリケートスピンオングラス又は酸化物などの任意選択の充填層２００１、非晶質シリコンなどの任意選択のエッチ保護層２００２、酸化物接合層などの接合／剥離層２００３、非晶質シリコンなどの別の任意選択のエッチ保護層２００４、及びシリコン（１１１）などのシード層２００５を保持する多結晶ＡｌＮ基板２０００を含んでもよい。酸化物接合層２００３は、例えば、約２００〜４００ｎｍの厚さを有してもよい。
【００３０】
酸化物接合層２００３及び任意選択のエッチ剥離保護層２００４に接合しているのは、単結晶シリコン層２００５である。この単結晶シリコン層は（１１１）結晶面配向を有し、約０．１〜０．５°の間の意図的なオフ角を有してもよい。
【００３１】
単結晶シリコン層は、約１００〜２００ｎｍの厚さを有し得る。当該層は、層転写プロセス（例えば、ある実施形態では、本明細書に記載のような制御された劈開プロセス）を用いて、高品質インゴットからの分離によって、テンプレート基板上に形成されてもよい。その他の層転写プロセス、例えば全体的に適用される熱的劈開層転写プロセスであるＳｏｉｔｅｃ  Ｓ．Ａ．のＳＭＡＲＴ−ＣＵＴ（商標）プロセス又はＣａｎｏｎ  Ｉｎｃ．のＥＬＴＲＡＮ（商標）プロセスも有効である。
【００３２】
想定される一実施形態では、ＡｌＮの薄層は、今度は単結晶シリコン層の上にＧａＮ成長前駆体層２００６として形成される。このＡｌＮ層は、ＭＯＣＶＤによって約１００〜２００ｎｍの厚さに形成される。シリコンキャップすると、上記層は、その後成長するＧａＮバルク成長シード層の前駆体層として機能する。高品質ＧａＮ成長を促進する役割を果たすその他の低温核形成層組成物も使用できる。非特許文献４は、参照によりあらゆる目的で本明細書に援用される。
【００３３】
特に、ＧａＮシード層はＡｌＮキャップ層の上に重なってもよい。このＧａＮシード層は高品質で成長してＡｌＮ層の上に重なり、ＭＯＣＶＤ技法も使用する。この実施形態では、いずれの層もＧａＮ成長前駆体層２００６を形成する。
【００３４】
ワークピースによって付与される高品質ＧａＮ層の表面は、次に、実質的な厚さを達成するための追加のＧａＮ材料成長のテンプレートとして機能する。更なる高品質ＧａＮ材料２００７は、ＬＰＥ及び／又はＨＶＰＥなどの技法を使用して、ＧａＮシード層を超える厚さまで成長する。
【００３５】
特定の実施形態では、ＬＰＥによって成長した追加の高品質ＧａＮ材料は、欠陥密度が約１×１０6〜５×１０7ｃｍ-2になると予想される。いくつかの実施形態によると、ＨＶＰＥによって成長した追加の高品質ＧａＮ材料は、欠陥密度が約１×１０6〜１×１０7ｃｍ-2になると予想される。
【００３６】
多層ワークピースは、次に、電子デバイス（ＬＥＤ、マイクロＬＥＤ及びパワーエレクトロニクスデバイス）に組み込もうとする高品質ＧａＮ層の分離のためのドナーとして機能し得る。これは、以下に詳述するように、連続的注入及び制御された劈開によって達成されて、分離されたＧａＮ層を生成し得る。
【００３７】
いくつかの実施形態では、分離されたＧａＮ層は自立していてもよい。他の実施形態では、分離されたＧａＮ層は、一時ハンドル基板又は永久標的基板に接合されてもよい。
【００３８】
多結晶ＡｌＮ上の（１１１）単結晶シリコンは、その上層の成長ＧａＮとの良好なＣＴＥ整合をもたらす。表１を参照すると、ＣＴＥ整合は、多結晶ＡｌＮベース基板によって支配され、約０．２ｐｐｍ／℃になるであろう。これにより、数百ミクロンの追加ＧａＮが亀裂なく成長できるようになる。単結晶シリコンは、上層の成長ＧａＮとも、使用可能な格子整合（約１７％）をもたらす。
【００３９】
しかし、（１１１）単結晶シリコン以外の材料は、ＧａＮとの格子間隔において、より緊密なアライメントを提供し得る。かかる材料の一例は、シード層２００５の単結晶炭化ケイ素（ＳｉＣ）である。
【００４０】
単結晶ＳｉＣは、３Ｃ、４Ｈ、及び６Ｈなどの様々な形態で入手できる。４Ｈ  ＳｉＣ形態は、ＧａＮに近い格子整合（約４％）をもたらす。当然、３Ｃ、６Ｈ、又はその他のＳｉＣポリタイプも、様々な実施形態に従って利用できる。
【００４１】
したがって、ＧａＮシードワークピースの代替的実施形態は、接合層２００３及びその他の可能な中間層を通じて下層のＡｌＮ基板２０００に接合した４Ｈ  ＳｉＣ層を特徴とする。当該接合層は、例えば、スピンオングラスが挙げられるがこれに限定されない酸化物接合層であってもよい。この場合も、ＭＯＣＶＤ  ＡｌＮ層は、ＭＯＣＶＤ  ＧａＮシード層の前駆体層として機能することができ、当該シード層は次に、ＬＰＥ及び／又はＨＶＰＥ技法を用いてシードテンプレートワークピース上に成長され得る厚化ＧａＮのためのテンプレートとして機能する。
【００４２】
この特定の実施形態のＡｌＮ前駆体は、任意選択であってもよいことに注意されたい。他の低温核形成層は、層自体に応じて代替的に選択されてもよい（なしの場合もある）。
【００４３】
４Ｈ型ＳｉＣ層は、制御された劈開によって、バルク基板から形成されてもよい。ここで、制御された劈開プロセスは、バルクＳｉＣ材料に粒子を注入し、その後約６００〜９００℃の高温に曝す工程を含んでもよい。４Ｈ型ＳｉＣで劈開領域を形成するための代表的な粒子注入条件は、注入温度３００℃で５〜１０×１０16Ｈ＋／ｃｍ2、及び１８０ｋｅＶのプロトンエネルギー、８００〜９００℃で約２時間のアニールにより、ＳｉＣの劈開及び転写を達成する。非特許文献５は、参照によりあらゆる目的で本明細書に援用される。
【００４４】
ＳｉＣの劈開に伴う過度に高い熱履歴（接合基板の破断を生じる高いアニール温度及び／又は非実用的に長いアニール時間）へのシードワークピースの曝露を低減するため、接合及び劈開の前に注入した（４Ｈ又はその他のポリタイプの）ＳｉＣバルクインゴットを熱エネルギー処理することが可能である。この追加の熱曝露は、ＳｉＣバルクインゴットと注入によって形成された劈開領域の上に重なる残りのＳｉＣ材料との間の接合を弱めるアニール及び／又はレーザー処理の形態をとってもよい。接合の熱履歴を低下する目的は、標的基板へのＳｉＣ膜の層転写を接合対の破断なく実施できるようにすることである。注入されたＳｉＣドナー基板は、例えば、特許文献３及び／又は特許文献４に記載されている方法を用いて熱的にアニールして、接合対劈開熱履歴を低下させることができ、上記特許文献はいずれも、その全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する。膨れ不足レベルの熱的アニーリングが有効であると考えられる。一例として、温度を、膨れを生じるために必要な温度よりも約２５〜５０℃低いレベルに下げることは、接合後アニール熱履歴の制限に有効であろう。
【００４５】
プロセスの別の可能な実施形態は、層転写された単結晶サファイア（Ａｌ2Ｏ3）の薄層を、初期シード層２００４として使用する。テンプレートワークピースは、酸化物接合層２００３並びにその他の存在し得る中間層を保持するＡｌＮ基板２０００を備える。酸化物接合層は、例えば、約２００〜４００ｎｍの厚さを有し得る。
【００４６】
酸化物接合層１００３に接合しているのはサファイア層２００５である。このサファイア層は、所望の格子整合をもたらすためにｃ−ｃｕｔ配向を有してもよい。しかし、ａ−ｃｕｔ、ｍ−ｃｕｔ、及びｒ−ｃｕｔ配向材料など、他の形態の単結晶サファイアが知られており、潜在的に使用できる。
【００４７】
サファイア層は、約０．１〜５μｍの厚さを有してもよい。上記層は、本明細書に記載のような制御された劈開プロセスを用いて、高品質インゴットからの分離によって、テンプレート基板上に形成されてもよい。
【００４８】
エピタキシャル成長したＡｌＮの薄層は、次に、単結晶サファイア層上に形成される。このＡｌＮ層は、ＭＯＣＶＤによって約５０〜２００ｎｍの厚さに形成される。
サファイアキャップすると、ＡｌＮ層は、その後形成されるＧａＮシード層の前駆体層として機能する。
【００４９】
ＧａＮシード層は、ＡｌＮキャップ層の上に重なってもよい。このＧａＮシード層は高品質で形成されてＡｌＮ層の上に重なり、ＭＯＣＶＤ技法も使用する。
【００５０】
多結晶ＡｌＮ（Ｐ−ＡｌＮ）のｃ面ＧａＮとのＣＴＥ不整合は、ＧａＮとサファイアとの間のＣＴＥ差よりも低いことに注意されたい。Ｐ−ＡｌＮの熱伝導性も、サファイアよりも実質的に高い。これは、テンプレートワークピース内に生じる熱勾配を小さくし、加工中の温度均一性を向上する。
【００５１】
ワークピースによって付与される高品質ＧａＮ層の表面は、次に追加のＧａＮ材料を成長して、相当な厚さを達成するためのテンプレートとして機能する。高品質ＧａＮ材料は、ＬＰＥ及び／又はＨＶＰＥなどの技法を使用して、ＧａＮシード層を超える厚さまで成長する。
【００５２】
層転写されたサファイア層の使用で予想される効果の１つは、サファイアとその上に成長したＧａＮとの間に多少（約１３％）の格子不整合が存在するが、ドナー成長支持基板２０００のＣＴＥ整合は、なおも厚いＧａＮ成長に有利だということである。更に、ＧａＮ用成長表面としてのサファイア使用は十分に研究されており、例えば、上記参照により援用されるＰｉｎｎｉｎｇｔｏｎらの論文に記載されている。
【００５３】
要約すると、実施形態は、（１１１）Ｓｉ、Ｎ型ＳｉＣ、及び／又はサファイアなどのＣＴＥ／格子適合材料を組み込むことによって、高品質ＧａＮ材料を含むドナーワークピースの形成を可能にする。制御された劈開プロセスにより、これらのＣＴＥ／格子適合材料を、大きな直径（例えば＞２”）のバルク材料から分離することができ、それによって上層の成長ＧａＮが同一の対応する大きな面積を示すこともできるようになる。これらの基板は、次に、ＬＥＤ、マイクロＬＥＤ、パワーエレクトロニクス及びＲＦ−ＧａＮなどのＧａＮベースのデバイスの製造に使用できる。これは絶縁性又は導電性のベース基板上に、大きな直径（４”〜１２”）で経済的に製造できる。
【００５４】
ワークピース用及び追加層用のいずれの材料の選択も、追加層が経験する応力／ひずみの特徴決定において役割を果たし得る。例えば、ワークピース／追加層の選択は、当該層間の熱膨張係数における相対的不整合も決定する場合があり、それは次に、ある温度範囲にわたって追加層内に生じる極性及び応力／歪みの大きさの両方に寄与し得る。上記を鑑みて、ワークピース及び／又は追加層材料を、様々な加工工程にわたって追加層内の所望層の応力／歪みを達成するように、慎重に選択することができる。
【００５５】
特定の実施形態において、二酸化ケイ素又はＡｌＮ層を、スパッタリング又はＰＥＣＶＤによって適用でき、任意選択的に注入工程の前に高密度化できる。膜又は積層膜が適用される場合、選択されたエネルギーにおける注入が所望の劈開深さでバルク内に侵入できるように、その全層厚が制限されていてもよい。当然、他の変形、修正、及び代替法も存在し得る。
【００５６】
以前のドナープロセスシーケンスは、露出したＧａ極性面を有する厚化ドナーを生じる。露出Ｇａ極性面を有する最終的なデバイス成長層を作製するために、図１の二重層転写シーケンス１０５０を使用してもよい。Ｇａ極性面ドナー１００１が１×１０6ｃｍ-2のオーダーの低ＴＤＤを有する事前に成長したＧａＮドナーを使用して作製された場合、この厚化ＧａＮドナー１００５をそのベース成長支持基板１００２から剥離して、Ｎ極性面が露出した新たな支持基板１００７上に実装することができる。このＮ極性ドナー基板は、低い貫通転位密度（ＴＤＤ）を有し、より経済的となる可能性のある単層転写シーケンス１０６０を可能にする。
【００５７】
上に開示するように、様々な実施形態は、追加材料の添加に伴い成長材料のＴＤＤが低下するという特徴を活用する。これは、マイクロＬＥＤ構造への組み込みに対する追加の成長材料の適性を向上する。
【００５８】
具体的には、図３は、転位密度を、サファイア上に成長したＧａＮ材料の厚さに対してプロットしたものである。図４は、ＳｉＣ上に成長したＧａＮ材料の転位密度を厚さに対してプロットしたものである。図４は、ＳｉＣシード層の成長厚さよりも実質的に高いＴＤＤ低下率を示す。これにより、ＳｉＣ−ＧａＮ構造をマイクロＬＥＤ構造として直接使用することが実用的となり得る。以下により詳細に記載するこの方法では、ＳｉＣ層は最初に好適な成長支持基板に接合され、数ミクロンのＧａＮ成長（約１〜３μｍ）後、ＬＥＤ多量子井戸構造は、約１〜５×１０6ｃｍ-2のオーダーの低ＴＤＤを有するＧａＮ上に成長し得る。この方法は永久的なマイクロＬＥＤ集積構造を形成できるが、それを、パターニングされた個片化可能なマイクロＬＥＤ構造として使用する場合、ＳｉＣ−ドナー成長基板接合層が剥離層として機能し得る。
【００５９】
図２の（Ｂ）部分を参照すると、Ｎ極性ドナー基板を製造するための１つの操作は、前の成長支持基板２０００を分離すること、及び新たな支持基板２００９及び接合層２００８の上に、ＧａＮ２００７を、Ｎ極性面を上にして再実装することを含む。これは、図２のＧａＮ材料２００７を、接合／剥離層２００３の化学エッチングによってＧａ極性アセンブリから分離することによって実施できる。この層が二酸化ケイ素である場合、フッ化水素酸（ＨＦ）を有効な二酸化ケイ素エッチング剤として使用できる。Ｎ極性ＧａＮ及び成長支持基板を損傷から保護するため、非晶質シリコン（ａ−Ｓｉ）の薄層を接合剥離層の両側に配置して、エッチストップ（層２００２及び２００４）として作用させてもよい。特定の実施形態のように、シード層がシリコン（１１１）である場合、層はこの機能を自然に発揮し、接合／剥離層の当該側に追加のＨＦエッチストップ層２００４は必要ない。
【００６０】
図１に戻ると、Ｎ極性ドナー基板１００６に想定される別の利点（１工程層転写シーケンス１０６０が可能であること以外）は、劈開後Ｎ極性の表面を別の層転写シーケンス用にリフレッシュすることが比較的容易に行えることである。Ｇａ極性面は化学的に非常に硬く、比較的研磨しにくいことは周知である。対照的に、Ｎ極性面は化学的により弱く、はるかに少ない時間と労力で、研磨して別の層転写が可能な状態にすることができる。
【００６１】
ここで詳述するのは、単層及び二重層転写プロセスシーケンスにおけるドナープロセスシーケンスの使用であり、これは例えば、図２の（Ｂ）部分に示すような高品質成長ＧａＮ材料を組み込むマイクロＬＥＤ構造の製造に有用となり得る。具体的には、特定の実施形態は、電子デバイスに使用される材料の層（例えば、光電子デバイス用のＧａＮ）を、ドナーから転写先基板に転写する。
【００６２】
層転写プロセスシーケンス
【００６３】
マイクロＬＥＤ構造の製造方法の実施形態は、ドナー形成（ＧａＮ、シリコン（１１１）、ＳｉＣ、サファイア、又はその他の好適なＧａＮ成長シード層を積層し、その後ＧａＮバルクを厚化することによって経済的なＧａＮ材料供給源を製造する）及び最終的な剥離可能又は永久製品の両方に層転写プロセスを用いて、剥離可能又は永久的なマイクロＬＥＤ成長テンプレートを作製する。続く例では、Ｇａ極性ＧａＮドナーを使用し、次の２つの主要プロセスシーケンスを用いてマイクロＬＥＤ成長テンプレートを作製する：１つは、Ｇａ極性ドナーを２工程層転写プロセスシーケンスで使用し、もう１つは、Ｎ極性ドナーを２工程層転写プロセスシーケンスで使用する。いずれの場合も、結果として、後続のマイクロＬＥＤディスプレイ製造用加工のために標的基板上に接合されたＧａ極性最終ＧａＮ層が得られる。しかし、厚さ数ミクロンのマイクロＬＥＤ  ＧａＮ成長のためのヘテロエピタキシャル成長シード層として作用できるＳｉＣ層の転写など、他の実施形態が可能であることは理解されるべきである。
【００６４】
図５Ａ〜図５Ｅは、２工程層転写プロセスシーケンスを用いたＧａ極性ＧａＮドナー基板を示す。図５Ａは、粒子５０８の注入に曝露された追加の成長材料のＧａＮ露出面５０６を示す。この注入の結果、表面下劈開領域５１０が生成し、それに沿って追加材料の層の転写が起こり得る。
【００６５】
図５Ｂは、注入されたドナーが、接合／剥離層５１５を用いて転写基板５１２に接合及び実装されることを示す。得られたアセンブリは、次に、制御劈開又は熱誘導劈開プロセスなどの方法を用いて劈開される。
【００６６】
図５Ｃは、２工程層転写プロセスの中間状態を示し、ここではＮ極性面が露出している。表面研磨、エッチング又はその他のコンディショニングを、任意でＮ極性ＧａＮ表面に施し、その後、図５Ｄに示すように、接合層５１６の調製及び標的基板５１７への基板アセンブリの転写を実施する。
【００６７】
第２の転写工程は、別の劈開を含まず、単に初期の転写基板への剥離可能な接合に続く、標的基板への接合である。転写プロセス（２段階プロセスを含む）に関する更なる詳細は、２０１６年６月１７日出願の特許文献５に記載されており、当該特許の全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する。
【００６８】
転写基板５１２の剥離後、図５Ｅは、（ｉ）標的基板５１７、接合層５１６、及びＧａＮ層２１４を有する最終的な層転写アセンブリを示し、そのＧａ極性面は露出している。
【００６９】
上記説明は、２工程層転写プロセスシーケンスを示す。一般的に、Ｎ極性ドナー基板で開始して、Ｇａ面標的基板アセンブリの作製に１工程層転写プロセスシーケンスしか必要としないことで、このプロセスシーケンスを単純化することができる。
【００７０】
Ｎ極性ドナーの場合、図２を参照すると、表面２０１０は、開始深さ２０１１付近から始まる（数ミクロンのＧａＮを除去する研磨及び／又はコンディショニング工程を考慮に入れる）。シード層が、例えば、ｃ面サファイア又はシリコン（１１１）である場合、このＧａＮ材料は、シード層に最も近い点であることから、潜在的に非常に高いＴＤＤレベルを有する。一例として、図３から、サファイアを使用した場合のＴＤＤレベルは１×１０9ｃｍ-2を超えると予想される。この問題は、より低いＴＤＤ（約２〜３×１０6ｃｍ-2）のＧａＮを、図２のシード層２００５として転写することによって緩和できる。この「第２世代の」ＧａＮ層は、図１においてプロセスフロー１０１０（新たなドナーＧａＮシード層）としても表示されている。その後、バルク成長２００７（図２）又は１００５（図１）は、おおむね開始ＧａＮのＴＤＤレベル以下である。図２のフリップ及び接合プロセスの後、Ｎ極性ドナー基板を作製するための成果物は、シード層１０１０以下のＴＤＤレベルを有するであろう。この新たなドナーＧａＮシード層プロセス１０１０は、連続するＧａＮ成長／層転写／再成長世代で無限に繰り返して、更に低いＴＤＤレベルを得ることができる。本質的に、図５及び図６のプロセスは、以前の（図５Ｅ又は図６Ｃ）テンプレート上に作製されたバルクＧａＮ成長から作製されたＧａＮシード材料を用いて繰り返される。このような連続的プロセスサイクル（バルクＧａＮ成長「世代」）は、各ＧａＮバルク成長世代の凝集ＧａＮ厚がより大きいために、より低いＴＤＤレベルを有する。例えば、図３を参照すると、ｃ面サファイアシード層（世代０）から５００μｍの第１のバルク成長は、ＴＤＤレベルを約１×１０10ｃｍ-2から約１×１０7ｃｍ-2へと低下する。２工程プロセスシーケンス（図５Ａ〜図５Ｅ）を用いた、最上部のＧａＮ層で出来たテンプレートからの更に５００μｍのバルクＧａＮ成長により、合計有効厚２×５００μｍ又は１ｍｍに等しいＴＤＤレベルが得られる。図３を参照すると、この世代１テンプレートで予想されるＴＤＤレベルは、約３×１０6ｃｍ-2であろう。全厚３ｍｍ（世代５）で、ＴＤＤレベルは１×１０6ｃｍ-2未満に低下する。この連続的テンプレート再使用及びＧａＮ厚化によるＴＤＤレベル低下及びＧａＮ品質向上は、実施形態がもたらす別の態様である。特定の世代のテンプレートのＧａＮ厚さが多数の連続的層転写サイクルによって消耗された場合、追加のバルクＧａＮ厚化を行うことができる。しかし、ＴＤＤレベルは大きく変化すべきではない。
【００７１】
ここで、各種実施形態の様々な態様を記載する。ドナー基板及び／又はシード層は、使用しようとする形態のＧａＮに適合する格子及び／又はＣＴＥ特性を有してもよい。想定される基板材料の候補は、多結晶ＡｌＮ及びムライトを含む。
【００７２】
バルクＧａＮは、極性又は非極性ＧａＮの結晶であってもよい。特定の実施形態では、バルクＧａＮ（及び／又は基板）は、２”ウェハであってもよいが、任意の特定のサイズ又は寸法に限定されない。
【００７３】
基板は、転写されたＧａＮを受容するように作製してもよい。これは、酸化物接合層の形成を含んでもよい。接合しようとするバルクＧａＮの表面を、追加されたか又は接合工程への適性を増すための加工された接合層を有するように処理してもよい。
【００７４】
特定の実施形態では、接合層は、酸化条件への曝露によって形成できる。いくつかの実施形態では、この接合層は、例えば、スピンオングラス（ＳＯＧ）、又はその他のスピンオン材料（例えば、ダウコーニングのＸＲ−１５４１水素シルセスキオキサン電子ビームスピンオンレジスト）としての酸化物、及び／又はプラズマ援用化学気相成長法（ＰＥＣＶＤ）又は酸化物スパッタリング技法によって形成されたＳｉＯ２の添加によって形成されてもよい。
【００７５】
特定の実施形態では、注入粒子は、表面下劈開領域を形成するための水素イオンである。いくつかの実施形態では、この劈開領域は、バルク材料の表面下約１０〜２０μｍの深さに存在してもよい。他の実施形態では、劈開領域は、バルク材料の表面下０．０５〜２μｍの深さに存在してもよい。
【００７６】
劈開領域の形成は、標的材料、標的材料の結晶配向、注入粒子の性質、注入のドーズ、エネルギー、及び温度、並びに注入の方向などの要因に依存し得る。このような注入は、いずれもその全体が参照により本明細書に組み込まれる以下の特許出願に関連して詳細に記載される１つ又は複数の特性を有してもよい：特許文献６；特許文献７；特許文献８；特許文献９；特許文献１０；特許文献１１；特許文献１２；特許文献１３；特許文献１４。
【００７７】
特定の実施形態では、ＭｅＶ範囲で比較的高いＨ＋プロトン注入エネルギーを用いて形成された劈開領域を用いることにより、ドナー注入表面の材料の厚みがバルク材料から劈開される。これにより、約１０〜２０μｍの厚みを有する半導体材料の分離層が作製される。接合層転写を用いる他の実施形態において、より薄い０．０５〜１μｍの劈開層を使用してよい。このような厚みを有するＧａＮ劈開膜を作製するため、約５〜１８０ｋｅＶの、より低いＨ＋プロトン注入エネルギーを使用することができる。例えば、４０ｋｅＶのＨ＋プロトンエネルギーでは、約０．２５μｍの厚みを有するＧａＮ劈開膜が作製される。Ｈ2＋もこの注入工程に利用できることが理解される。このような場合、ドーズ率は倍増するが、有効Ｈ＋エネルギーは半減する。例えば、８０ｋｅＶのＨ2＋注入では、４０ｋｅＶのＨ＋注入と同じ分離層の厚み（範囲）となり得る。しかし、ドーズ率は、同じ注入電流のＨ＋ドーズ率の倍になるであろう。
【００７８】
接合は、基板の酸化物保持表面を、バルクＧａＮの注入面と接触させた後、加熱することによって実施されてもよい。この時に、接触研磨、プラズマ処理及び接合前洗浄などの他の動作を実施してもよい。
【００７９】
劈開は、様々な形態のエネルギーの適用を用いて実施してもよく、上記参照により援用される特許出願のいずれかに開示された特性の１つ以上を示してもよい。特定の実施形態では、この劈開は、注入されたバルク材料を入れた高圧室において、静止ガスの形態で付与される圧縮力を利用して実施してもよい。特定の実施形態による劈開を実施する様々な形態のエネルギーの適用は、参照によりあらゆる目的で本明細書に援用される特許文献４にも記載されている。制御されていない熱的劈開も利用できる。
【００８０】
更なる工程は、ドナー又はシードＧａＮ層の表面の処理を含んでもよい。このような処理は、露出面の粗さを低下し、高品質ＧａＮの添加への適性を増す。表面処理は、熱処理、化学処理及び／又はプラズマ処理を含み得る。
【００８１】
上記の工程のシーケンスは、本発明の特定の実施形態に従う方法を提供する。他の方法も提供でき、その場合、複数の工程が追加されてもよく、１つ以上の工程が除かれてもよく、又は１つ以上の工程が異なるシーケンスで提供されてもよい。例えば、代替的実施形態では、ドナーはそれ自体が接合材料を含んでもよく、粒子注入は、その接合材料の形成の前又は後に実施されてもよい。
【００８２】
様々な実施形態は、接合−剥離システムの使用を伴ってもよく、その場合、ＧａＮシード層及び基板は後で分離される。このような接合及び剥離アプローチの更なる説明は、参照によりあらゆる目的で本明細書に援用される、２０１６年６月１７日出願の特許文献１５に記載されている。
【００８３】
表面処理（例えば、研磨、アニーリング及び／又はキャップ層形成を含む）は、エッチングプロセスも含み得る。エッチングプロセスの例としては、プラズマエッチング、及び／又は化学エッチングが挙げられるが、これに限定されない。化学支援イオンビームエッチング（ＣＡＩＢＥ）は、化学エッチングの種類の一例である。湿式化学エッチングは化学エッチングの別の例である
【００８４】
上記の工程のシーケンスは、本発明の特定の実施形態に従う方法を提供する。他の方法も提供でき、その場合、複数の工程が追加されてもよく、１つ以上の工程が除かれてもよく、又は１つ以上の工程が異なるシーケンスで提供されてもよい。例えば、代替的実施形態では、基板接合は、劈開後に実施されてもよく、この劈開は、基板に接合する自立膜を生じる。
【００８５】
用途に応じて、特定の実施形態では、材料の所望の深さまで注入するために必要なエネルギーを低下させ、好ましい実施形態による材料領域への損傷の可能性を低減するために、一般的に、より低質量の粒子が選択される。すなわち、より低質量の粒子は、粒子が通過する材料領域を実質的に損傷することなく、選択された深さまで基板材料をより容易に通過する。例えば、より低質量の粒子（又はエネルギー粒子）は、荷電した（例えば、正又は負）及び又は中性の原子若しくは分子、あるいは電子など、いずれでもよい。特定の実施形態では、粒子は実施形態に応じて、水素及びその同位体のイオン種、ヘリウム及びその同位体並びにネオンなどの希ガスイオンなどのイオンを含む中性又は荷電粒子であることができる。粒子は、ガス（例えば水素ガス）、水蒸気、メタン、及び水素化合物などの化合物由来、及び他の低原子質量粒子でよい。あるいは、粒子は上記粒子の任意の組み合わせ、及び又はイオン、及び又は分子種、及び又は原子種でもよい。粒子は一般的に、表面を貫通して表面下の選択された深さに達するのに十分な運動エネルギーを有する。
【００８６】
例えば、水素を、例えばＧａＮ表面に注入された種として用い、注入プロセスを特定の一組の条件を用いて実施する。水素の注入ドーズは約５×１０16〜約５×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2の範囲であり、好ましくは注入された水素のドーズは約２×１０17ａｔｏｍｓ／ｃｍ2未満であり、約５×１０16ａｔｏｍｓ／ｃｍ2未満であってもよい。光電子用途に有用な厚膜形成の場合、注入エネルギーは約０．５ＭｅＶ以上から約２ＭｅＶまでの範囲である。ある接合基板の実施形態において、注入エネルギーは５００ｋｅＶ未満、例えば５〜１８０ｋｅＶであってもよい。注入温度は、摂氏約−５０〜約＋５００度の範囲であり、摂氏約１００〜５００度でもよく、注入されたＧａＮ材料から水素イオンが拡散するのを防ぐため、好ましくは摂氏約７００度未満である。当然、使用するイオンの種類及びプロセス条件は用途によって決まる。
【００８７】
効果的に、注入された粒子は、選択された深さで基板又はバルク材料の上面に平行な面に沿って、応力を加えるか、又は破壊エネルギーを低減する。エネルギーはある程度、注入種及び条件によって決まる。これらの粒子は選択された深さで基板又はバルク材料の破壊エネルギー準位を低減する。これにより、選択された深さで、注入された面に沿った制御された劈開が可能になる。注入は、すべての内部位置で基板又はバルク材料のエネルギー状態が不十分である条件下で実施して、基板又はバルク材料において、不可逆的な破砕（すなわち、分離又は劈開）を開始することができる。しかしながら、注入は、一般的に基板又はバルク材料に、ある量の欠陥（例えば、微小欠陥）を引き起し、当該欠陥は、例えば熱アニーリング又は急速熱アニーリングなどの後続の熱処理によって、通常は少なくとも部分的に修繕され得ることに注意すべきである。
【００８８】
任意に、具体的な実施形態は、注入プロセス後に熱処理プロセスを含んでよい。具体的な実施形態によると、本方法では摂氏約１５０〜約８００度の範囲の熱プロセスをＧａＮ材料に用いる。一実施形態では、熱処理は、伝導、対流、放射、又はこれらの技法の任意の組み合わせを用いて実施できる。高エネルギー粒子ビームも、熱エネルギーの一部を提供でき、かつ外部熱源と併用して所望の注入温度にすることができる。特定の実施形態では、高エネルギー粒子ビーム単独で注入に望ましい熱エネルギー全体を提供し得る。好ましい実施形態では、後続の劈開プロセスのため、処理プロセスを行って劈開領域を乾燥させる。当然、他の変形、修正、及び代替法も存在し得る。
【００８９】
具体的な実施形態は劈開開始工程を含んでよく、その際いくらかのエネルギーを劈開部分に適用して劈開を開始する。以下に詳細に述べるように、この劈開開始は、異なる特徴を有する異なる種類のエネルギーを適用することを含むことができる。
【００９０】
更に、本発明は、薄膜に対する制御された劈開プロセスの間、比較的低い温度を使用して、他の実施形態による分離された膜、ドナー、又は多材料膜の温度偏位を低減する。この低温法により、材料及びプロセス（例えば、実質的に異なる熱膨張係数を有する材料の劈開又は接合など）の許容範囲が大きくなる。他の実施形態では、本発明は、基板中のエネルギー又は応力を、劈開開始エネルギーよりも低い値となるように制限する。これは一般的に、ランダムな劈開開始の部位又は劈開前面を生成する可能性を排除する。これは、既存技法でしばしば生じた劈開損傷（例えば、ピット、結晶欠陥、破損、亀裂、段、空隙、過度の粗さ）を低減する。更に、実施形態は、既存技法と比較して、必要な応力又は圧力効果よりも高いことで生じる損傷、及びエネルギー粒子により生じる核形成部位を低減することができる。
【００９１】
具体的な実施形態において、ＧａＮ及び標的基板は、低温熱工程を用いて結合又は溶融される。一般的に、低温熱プロセスは、注入された粒子が材料に過度の応力を加えないことを確実とし、これにより制御された劈開動作を生じることができる。一態様では、低温接合プロセスは自己接合プロセスによって起こる。具体的には、１つのウェハをストリッピングしてそこから酸化を除去する（すなわち１つのウェハは酸化されない）。洗浄溶液でウェハ表面を処理して、ウェハ表面にＯ−Ｈ結合を形成する。ウェハ洗浄に使用する溶液の例は、Ｈ2Ｏ2−Ｈ2ＳＯ4混合物である。乾燥機でウェハ表面を乾燥して、ウェハ表面から残留液体又は粒子を除去する。自己接合プロセスは、酸化したウェハの面に対して洗浄したウェハの面を配置することによって起こる。
【００９２】
あるいは、自己接合プロセスは、プラズマ洗浄により接合されたウェハ表面の一方を活性化することによって生じる。具体的には、プラズマ洗浄は、アルゴン、アンモニア、ネオン、水蒸気、窒素、及び酸素などの気体から誘導されるプラズマを用いてウェハ表面を活性化する。活性化されたウェハ表面を、他のウェハの面に対して配置し、当該ウェハはその上に酸化のコーティングを有する。ウェハは、露出したウェハ面を有するサンドイッチ構造である。選択された量の圧力をウェハの各露出面に加え、１つのウェハを他のウェハとの自己接合をさせる。
【００９３】
ウェハを接合してサンドイッチ構造にした後、本方法は、制御された劈開動作によって基板材料を除去して、標的基板上の界面層（複数可）の上に重なる基板の薄膜を得る工程を含む。制御された劈開は、ドナー及び／又は標的ウェハ上への、選択的エネルギー配置又はエネルギー源の標的設定によって起こる。例えば、エネルギーインパルス（複数可）を使用して、劈開動作を開始できる。インパルス（単数又は複数）は、エネルギー源を用いて提供され、エネルギー源としては、とりわけ、機械的エネルギー源、化学的エネルギー源、ヒートシンク又は熱的エネルギー源、及び電気的エネルギー源が挙げられる。
【００９４】
制御された劈開動作は、前述の技法又はその他のいずれかの方法によって開始される。例えば、制御された劈開動作を開始するためのプロセスは、基板の選択領域にエネルギーを提供して、基板内の選択された深さ（ｚ０）で制御された劈開動作を開始する工程を用い、当該工程を行うと、劈開前面の伝播を用いて劈開動作が行われ、基板から除去しようとする基板材料の一部を遊離させる。特定の実施形態では、この方法は、前述のように、単一のインパルスを使用して劈開動作を開始する。あるいは、方法は、開始インパルスを使用し、その後別のインパルス又は連続的インパルスを基板の選択領域に使用する。あるいは、方法は、基板に沿って走査するエネルギーによって持続される劈開動作を開始するためのインパルスを提供する。あるいは、エネルギーは、制御された劈開動作を開始及び／又は持続するために、基板の選択された領域を横切って走査することができる。
【００９５】
ＧａＮ材料の膜の分離された表面は、粗く、仕上げが必要となる場合がある。仕上げは、研削及び／又は研磨技法の組み合わせを用いて実施する。いくつかの実施形態では、分離された表面は、例えば、分離表面の下で研磨材を回転させるなどの技法を使用したラッピング及び研磨工程により、欠陥又は表面粗さが除去される。Ｌｏｇｉｔｅｃｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄという会社（Ｇｌａｓｇｏｗ，Ｓｃｏｔｌａｎｄ、英国）が製造した「ＰＭ５  ｌａｐｐｉｎｇ  ＆  ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ  ｓｙｓｔｅｍ」などの機械が、この技法を提供することができる。
【００９６】
あるいは、化学的機械的研磨又は平坦化（「ＣＭＰ」）技法で、膜の分離表面を仕上げる。ＣＭＰでは、スラリー混合物は、回転盤に取り付けられた研磨面に直接滴下される。このスラリー混合物は、スラリー供給源と連結したシュートによって、研磨面に移すことができる。スラリーは、多くの場合、アルミナ研磨粒子と酸化剤（例えば、次亜塩素酸ナトリウム（ＮａＯＣｌ））又はアルカリ性コロイダルシリカを含有し、Ｌｏｇｉｔｅｃｈ  Ｌｉｍｉｔｅｄ社からＳＦ１又はＣｈｅｍｌｏｘの商品名で販売されている。研磨剤は、多くの場合、酸化アルミニウム、三酸化アルミニウム、非晶質シリカ、炭化ケイ素、ダイヤモンド粉末、及びこれらの任意の混合物である。この研磨剤は、脱イオン水及び酸化剤などの溶液中で混合される。溶液は、酸性であってもよい。
【００９７】
この酸性溶液は、一般的に、研磨プロセス中、ウェハからの窒化ガリウム材料と相互作用する。研磨プロセスは、好ましくは、非常に剛直なポリウレタン研磨パッドを使用する。この研磨パッドの例は、Ｒｏｄｅｌ製で、ＩＣ−１０００の商品名で販売されているものである。研磨パッドは、選択された速度で回転する。膜を有する標的ウェハを取り上げたキャリアヘッドは、選択された力が膜に加わるように、選択された量の圧力を標的ウェハの裏面に加える。研磨プロセスは、選択された量の膜材料を除去し、後の加工のための比較的平滑な膜面を提供する。ＧａＮのＮ極性面とＧａ極性面のどちらが研磨されているかに応じて、スラリーを、好適な研磨粒子径及び研磨パッドと共に適切に使用してもよい。例として、コロイドシリカをＮ極性面に、次亜塩素酸ナトリウムをＧａ極性面に用いてもよい。
【００９８】
研磨以外に、及び／又は研磨に加えて、高品質の単結晶ＧａＮバルク基板からワークピースに転写された後のＧａＮ層の表面状態の調製に使用することができる、他の表面調製の選択肢が多数存在する。この表面調製の目的は、注入又は劈開工程により損なわれるか又は損傷される可能性がある転写ＧａＮ層の結晶品質を回復することである。
ａ．二酸化ケイ素またはＡｌＮなどの保護キャップの有無によらない、炉内の熱アニール工程。このキャップは、アニール温度と周囲気体条件に応じて必要である。ｂ．１気圧の窒素雰囲気下でのＧａＮの場合、ＧａＮの分解温度は８００〜９００℃もの低温とすることができる。キャップ層を使用する場合、ＧａＮ結晶が分解することなく、アニール温度を実質的に高くすることができる。ｃ．ＧａＮ表面の限られた厚みを除去するプラズマドライエッチングを行い、損傷した表面領域を除去し、高品質エピタキシャル成長を可能とする。ｄ．ＧａＮ表面の限られた厚みを除去する湿式化学エッチングを行い、損傷した表面領域を除去し、高品質エピタキシャル成長を可能とする。
ｅ．エピタキシャルＧａＮ成長前のＭＯＣＶＤ反応器におけるアニーリング及びエッチング。これはＭＯＣＶＤ反応器内においてインサイチュで行うことができることを除いて、上記とａ．と同様の技法である。
後続のエピタキシャル成長工程で十分な品質のＧａＮ結晶が得られる場合、事前の表面調製なしで、劈開したままのＧａＮ表面を使用することも当然可能である。本明細書及び図で言及するとき、「研磨」という語は、何らかの種類の表面処理を指してもよく、それは、具体的な実施形態に応じて、研磨を含んでも含まなくてもよい。
【００９９】
上記記述はドナーＧａＮバルク材料に関するものであるが、他の材料を使用してもよい。例えば、ドナーは、ほとんどの単結晶、多結晶でもよく、あるいは発光するように作製できる非晶質型材料でもよい。更に、ドナーは、ＩＩＩ／Ｖ型材料（ガリウムヒ素など）又はＩＶ族材料（シリコン、炭化ケイ素など）から作製されてもよい。多層基板は、ＧａＮ層基板、半導体基板上の様々な挟持層、及び多数の他の種類の基板を含んでもよい。
更に、上記実施形態は一般的に、制御された劈開動作を開始するためのエネルギーパルスの提供に関する。パルスは、制御された劈開動作を開始するため、基板の選択領域全体を走査するエネルギーで置き換えることができる。
エネルギーは、制御された劈開動作を持続又は維持するため、基板の選択領域全体を走査することもできる。様々な代替、変更、及び変形を使用できる。
【０１００】
結論として、特定の実施形態の範囲内に含まれる少なくとも以下の変形が記載される。特定の実施形態では、様々な下層基板及び反射体／バリア／封入材層を、劈開を強化するための裏打ち技術を含めて、使用してもよい。
いくつかの実施形態によると、ドナーは、ＧａＮ、Ｓｉ、ＳｉＣ、又は他の半導体材料を含むことができる。劈開後、材料を、さらなる成長のために研磨／調製してもよい。
【０１０１】
マイクロＬＥＤプロセスシーケンス
【０１０２】
中間接合層を有する標的基板に層転写されたＧａ極性面ＧａＮの実施形態では、基板を更に処理して、マイクロＬＥＤディスプレイ製造に使用するための最終状態にすることができる。標的基板材料の選択肢及び集積層の可能性を以下に更に説明する。
【０１０３】
図５及び図６の層転写プロセスシーケンスで作製されたマイクロＬＥＤ成長層として、ｃ面Ｇａ極性面ＧａＮの実施形態を再度参照し、以下に、マイクロＬＥＤ製品を製造するための代替的な構成及びプロセスの選択を記載する。
【０１０４】
多数の構成で、図５Ｅ及び図６Ｃのアセンブリは、マイクロＬＥＤデバイスのＭＯＣＶＤ成長テンプレートとして機能する。図７Ａ〜図７Ｄは、マイクロＬＥＤデバイス製造シーケンスを示し、テンプレートアセンブリは、図７Ａに標的基板７００、接合層７０１及び層転写されたＧａＮ層７０２として示されている。
【０１０５】
図７Ｂでは、ＬＥＤダイオード構造は、例えばＭＯＣＶＤ反応器を用いて、ＧａＮ層７０１上に成長する。層７０２は、ＧａＮのｎドープされた層である（通常はシリコンドープであるが、ゲルマニウムなどの他のドーパントも可能である）。バッファ層並びに高温水素ベーキング及びエッチバックなどのその他のプロセスシーケンスを追加できるが、図示されていない。次いで、活性層を付着し、これは通常、実際のダイオード構造を形成し、発光する多量子井戸（ＭＱＷ）構造である。これにｐ−ＧａＮ層（通常はマグネシウムドープされたＧａＮ）が続く。
【０１０６】
２つの接点の少なくとも１つを電気的に絶縁するため表面上に「ストリート」７０５を選択的にエッチングするためのリソグラフィ工程を実施し、任意でその後、酸化物などの絶縁／不活性化材料を充填する。例えば、ピッチが１３μｍで、片側１０μｍの活性マイクロＬＥＤデバイス７０６の場合、１平方センチメートル当たり約６００，０００のデバイスを製造することができる。ＲＧＢサブピクセル構造（ＲＧＢピクセル当たり３マイクロＬＥＤ）の場合、１００万ピクセルのディスプレイは、約５ｃｍ2のＭＯＣＶＤプロセス面積を必要とする。この高いピクセル密度は経済的であるが、高い製造収率を達成するには低欠陥の高品質ＧａＮが重要であることも強調する。
【０１０７】
図７Ｃは、デバイス及びその下の接合層７０１への個片化エッチングを示す。共通の電気接点が望ましい場合、エッチ工程をｎ−ＧａＮ層７０２で停止し、それによって共通接点を可能とすることができる。図７Ｂ及び図７Ｃのエッチ工程とＭＯＣＶＤ成長工程とを交互に行うこともでき、それにより、エッチ及び充填工程がＭＯＣＶＤ成長工程の前に行われる。
【０１０８】
マイクロＬＥＤデバイスが決定され、出発ＧａＮ層７０２も、例えばエッチングされた場合、ＭＯＣＶＤ成長中の膜の応力緩和を増強できる。ＣＴＥ不整合基板（サファイア）上でのＧａＮの島成長の有限要素解析（ＦＥＡ）は、デバイス７０６が約５０μｍよりも小さいときに、実質的に低い応力蓄積を示す。連続フィルムが存在しないことで、剪断応力の蓄積が制限される。このような技法は、以前はＣＴＥ不整合が大きいために不適合であった基板の使用を可能にし得る。サファイア、シリコン、石英は、マイクロＬＥＤ構造のプレＭＯＣＶＤエッチを行ったときの応力蓄積がはるかに少ない基板の数例である。図１３及び図１４は、それぞれ石英及びサファイア基板において、室温で転写され、その後１０５０℃で成長したＧａＮ膜上に存在するＧａＮ応力（ＭＰａ）を示す。明らかに、膜上に存在する膜応力は、デバイスサイズが小さいほど低い。縁部における応力低下が５０μｍデバイスで認識されるが、劇的な膜応力緩和は約２０μｍ未満のデバイスで起こり、石英のような高ＣＴＥ不整合基板でもそれが言える。
【０１０９】
１．永久標的基板構成
【０１１０】
永久基板構成は、個別のマイクロＬＥＤがＭＯＣＶＤ成長基板から剥離せず、そのためマイクロＬＥＤデバイスピッチがディスプレイの最終ピクセルピッチになる構成として定義される。これらの構成は、多数の直視型用途について以下に詳述する剥離可能な個片化されたマイクロＬＥＤ製造シーケンスよりも高額となり得る。しかし、投影及び小型高解像度ディスプレイ用途では有利となり得る。
【０１１１】
この基板上に製造されたマイクロＬＥＤデバイスは、下方向又は上方向のいずれかの発光で使用される。図８Ａは、下方発光マイクロＬＥＤ構造の例を示し、図８Ｂは、上方発光マイクロＬＥＤ構造の例を示す。
【０１１２】
図８Ａを参照すると、下方発光構成は、標的基板８００が透明で、ＭＯＣＶＤプロセス環境に適合することが必要である。サファイア又は石英を使用できる。集積蛍光体層は、ＧａＮ成長テンプレート内に層８０１として集積され、接合層８０２及び層転写されたＧａＮ８０３がそれに続き、ＭＯＣＶＤ成長プロセスの後では、追加のｎ−ＧａＮ（層８０３の残部）、多量子井戸層８０４及びｐ−ＧａＮ層８０５を含むことになる。頂部接点８０６は、電気接点８１５として機能し得る金属と、発光を下方向に向けるための反射体から作製できる。アルミニウム、銀及びその他の金属を使用して、ＭＯＣＶＤ成長プロセスの後で、より低温で付着することができる。デバイスを機能的に絶縁するためのエッチプロセス８１６を、ＭＯＣＶＤプロセスの前又は後に実施することができる。エッチプロセスの後で、トレンチの充填及びデバイス側壁保護も可能である。底部電気接点は、エッチプロセス８１６がｎ−ＧａＮ層連続性を保ち、共通接点として利用できる場合に作製可能な共通接点によって作製できる。その他の可能な接点方法としては、ｎ−ＧａＮ層の下の縦横の電線をＧａＮテンプレートに集積することが挙げられる。当然、その他の可能な接点方法を適用して、個別のマイクロＬＥＤデバイスへの独立した電流適用を可能にすることもできる。集積蛍光体材料層８０１には、悪影響なくＭＯＣＶＤ温度環境に耐えることができる蛍光体材料が選択される。シリケート蛍光体は、高温環境に耐える潜在的な無機蛍光体である。任意で、集積蛍光体を取り除き、ＭＯＣＶＤプロセスシーケンスの前又は後に、蛍光体を標的基板８００の底面に適用することができる。その後、発光８０６は、透明な標的基板を通して下方に向けられる。
【０１１３】
図８Ｂを参照すると、上方発光構成は、中〜高出力の投影ディスプレイ用途に使用される可能性が高いことから、熱伝導特性に優れる標的基板８０７を使用してもよい。多結晶性窒化アルミニウム又はシリコンはこの要求を満足することができる。ＭＯＣＶＤプロセスに適合する反射体層８０８は、ＧａＮ成長テンプレートに集積され、接合層８０９及び層転写されたＧａＮ８１０がそれに続き、ＭＯＣＶＤ成長プロセスの後では、追加のｎ−ＧａＮ（層８１０の残部）、多量子井戸層８１１及びｐ−ＧａＮ層８１２を含むことになる。頂部接点８１３は、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）などの透明導体に続く電気接点８１５を用いて製造できる。デバイスを機能的に絶縁するためのエッチプロセス８１６を、ＭＯＣＶＤプロセスの前又は後に実施することができる。エッチプロセスの後で、トレンチの充填及びデバイス側壁保護も可能である。底部電気接点は、共通接点／反射体８０８にすることができる。ＭＯＣＶＤ適合性の反射体／電気接点材料は、モリブデン（Ｍｏ）である。ＧａＮ放出スペクトルにおける反射を強化するために、追加のコーティングを加えることもできる。その他の可能な接点方法としては、ｎ−ＧａＮ層の下の縦横の電線をＧａＮテンプレートに集積して、絶縁された反射体の島と接触させることが挙げられる。当然、その他の可能な接点方法を適用して、個別のマイクロＬＥＤデバイスへの独立した電流適用を可能にすることもできる。上方発光８１７のマイクロＬＥＤ構成の場合、蛍光体材料８１４は、導体８１３の上に追加される。
【０１１４】
上方発光構成を、例えば投影ディスプレイとして使用する場合、マイクロＬＥＤデバイスの比較的高電流の注入操作は、効率的なヒートシンク８１８及び熱伝導層８１９を利用して、マイクロＬＥＤデバイスを安全な動作温度に維持する。
【０１１５】
一例として、１００インチ、輝度１０００ｎｉｔのフルＨＤＴＶ（解像度１９２０×１０８０）の投影用途で、マイクロＬＥＤサブピクセルデバイス面積が１０μｍ×３０μｍの場合、３μｍのトレンチ幅で、約２６ｃｍ2のソース面積を有することになる。動作点においてＥＱＥは１０％、順電圧は２．５Ｖと仮定すると、各マイクロＬＥＤは約２．７Ａ／ｃｍ2で動作し、１２７ワット又は約５Ｗ／ｃｍ2の全ディスプレイ出力に対して約８μＡを必要とする。これは、良好な熱伝導特性を有する標的基板８０７にとって実用的なパワー密度である。
【０１１６】
２．剥離可能な標的基板構成
【０１１７】
多数の直視型ディスプレイ用途にとって、最終的な直視型ディスプレイ支持板上に再分配するためのマイクロＬＥＤデバイスの個片化は、コスト及び柔軟性の利益を提供し得る。１００インチ投影ディスプレイの経済的な例を、永久標的基板構成を用いて上に記載したが、この方法で直視型パネルにマイクロＬＥＤを適用することは、高額となり得る。例えば、１３インチラップトップ直視型ディスプレイは、約４７０ｃｍ2のＭＯＣＶＤ面積を必要とする。ＧａＮテンプレートを含むＭＯＣＶＤマイクロＬＥＤプロセスが約＄２／ｃｍ2と仮定すると、マイクロＬＥＤ自体のコストは＄９００を超える。１０００ｎｉｔのディスプレイ輝度において、マイクロＬＥＤデバイスは、非常に低い電流注入レベル（約０．００２Ａ／ｃｍ2未満）で作動すると予想されることから、このアプローチも不十分である。
【０１１８】
マイクロＬＥＤデバイスを再分配する能力がある場合、マイクロＬＥＤデバイスは、より高い電流密度レベルで作動することができ、１．０よりも優れる面積比（マイクロＬＥＤデバイスの面積に対するピクセルの面積）が可能になる。例えば、同じ１３インチラップトップスクリーン直視型ディスプレイがマイクロＬＥＤデバイスから作製され、そのデバイスサイズは１０μｍ×１０μｍ、トレンチ幅は３μｍである場合、約＄２２のコストで１０．５ｃｍ2のＭＯＣＶＤしか必要としない。この例では、マイクロＬＥＤピクセルは、１．４Ａ／ｃｍ2及び０．２Ｗ／ｃｍ2の電流注入レベルで作動するであろう。この例では、面積比は４４であり、永久標的基板使用と剥離可能な標的基板構成使用とのコストの差に等しい。
【０１１９】
その他の例は下記のとおりである（それぞれ輝度１０００ｎｉｔ、マイクロＬＥＤデバイスサイズ１０μｍ×１０μｍ、トレンチ３μｍ）：
【０１２０】
【表２】
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【０１２１】
３種類のＨＤＴＶ解像度のディスプレイサイズで、異なるディスプレイサイズの面積比とＭＯＣＶＤ面積との間の相互作用は、この技術のコスト有益性を示す。同じマイクロＬＥＤディスプレイサイズで同じ輝度を達成するには、電流密度は、０．１８Ａ／ｃｍ2（１５インチラップトップスクリーン）〜２．４６Ａ／ｃｍ2（５５インチＴＶサイズディスプレイ）から選択される。ＭＯＣＶＤマイクロＬＥＤデバイスの予想コストも、この技術の潜在的利益を実証する。
【０１２２】
本明細書に記載のマイクロＬＥＤデバイスのアプローチは、電池式デバイスにとって特に重要となり得る電力削減効果ももたらし得る。例えば、上記のスマートフォンディスプレイの例は、Ａｐｐｌｅ  Ｉｎｃ．（Ｃｕｐｅｒｔｉｎｏ，Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ）製のｉＰｈｏｎｅ（登録商標）７ディスプレイのフォームファクタである。１０％のＥＱＥ及び６２５ｎｉｔのディスプレイ輝度のＬＣＤディスプレイ規格と同じレベルで動作したとき、予想されるマイクロＬＥＤディスプレイ総出力は約１７５ｍＷであり、これと比較して、実際のｉＰｈｏｎｅ７ディスプレイで公表されている値は１．０８Ｗである。この出力要求は６分の１よりも低く、電池寿命の点で、また、より高い輝度レベルで動作した場合は直射日光下の可読性で、大きな製品利益をもたらす。
【０１２３】
剥離可能な標的基板構成を用いる製造プロセスフローを図９及び図１０に示す。図９の（Ａ）を参照すると、高品質ＧａＮ  ＭＯＣＶＤ成長テンプレート９００は、好適な基板９０１、接合層９０２（この特定の実施形態では、後で剥離層として使用するための酸化物）及び層転写ＧａＮ９０３を用いて作製される。図９の（Ｂ）に示すように、マイクロＬＥＤデバイスを、次に、成長及びエッチングして、個片化可能とする。図８Ａにより詳細に示すように、この特定の実施形態のマイクロＬＥＤデバイスは下方発光用であり、頂部最終層はｐ−ＧａＮ接点及び光反射体となる。図９の（Ｃ）に示すように、各マイクロＬＥＤデバイスの頂部領域は、次に、剥離可能な接合層９０６を有するピックアッププレート９０５と接触する。用途に応じて、この剥離可能な接合層９０６の厚さを、電気、熱、ＵＶ又はその他の手段によって変えてよい。全体的又は選択的剥離方法も、用途に応じて用いることができる。
【０１２４】
図９の（Ｄ）に示すように、マイクロＬＥＤデバイスの上面の取り付け後、マイクロＬＥＤデバイスを標的基板９０７から取り除く。二酸化ケイ素を含む接合層９０２を用いるこの例では、フッ化水素酸（ＨＦ）系エッチング剤が、マイクロＬＥＤデバイスがピックアッププレート９０５に着いたままの状態で、接合層９０２を除去するのに有効となり得る。ピックアッププレート９０５及び剥離可能な接合層９０６は、エッチング剤と接触する可能性がある場合、分離プロセスが完了するまでエッチング剤に十分耐えるものとする。
【０１２５】
図１０は、マイクロＬＥＤデバイスの直視型ディスプレイバックプレーンへの実装における最終工程を示す。図１０（Ａ）を参照すると、（Ａ）の転写ツールとピックアッププレートとの間のマイクロＬＥＤデバイスの厚さを選択的に調節することによる、ピックアッププレート１０００から転写ツール１００２への特定のマイクロＬＥＤのピックアップを示す。マイクロＬＥＤ１００４のようなマイクロＬＥＤは、転写ツールによってピックアップされ、その間、マイクロＬＥＤ１００３などのその他のマイクロＬＥＤはピックアッププレート上に留まる。この選択プロセスを有効にする方法としては、層１００１の厚さを減らす及び／又は転写ツールの厚さを局所的に増すための局所的熱衝撃（すなわち、局所的静電気など）が挙げられる。マイクロＬＥＤが選択されると、それを適切なピッチで直接ディスプレイバックプレーン１００５に実装することができ、その後、各マイクロＬＥＤ１００６がディスプレイの所望のピクセルピッチごとに分離及び接触される。この例では、マイクロＬＥＤ反射体側は下向きにディスプレイバックプレーン１００５と接し、光は上方に向けられる。ここで、ダウンコンバージョン（非表示）のためのＲＧＢ蛍光体を各マイクロＬＥＤに適用して、ピクセルの赤／緑／青の色域を作製するこができる。
【０１２６】
この特定の実施例は、平坦なプレートを使用する。しかし、大量生産を促進するため、転写ツールは、図１０の（Ａ）のようなローラー及び連続的な移動−ピックアップ工程を利用して、大量生産法を十分に使用できるようにする。
【０１２７】
収率を向上するため、マイクロＬＥＤデバイスを、各サブピクセル内に実装することができる。破壊メカニズムに応じて、製造コスト削減及び収率向上のため、各種の接触方法を用いることができる。例えば、マイクロＬＥＤ破壊は、開回路よりも短回路として現れやすい。２つのマイクロＬＥＤを隣接して実装した場合、それらを連続して接触させて、１つが短絡したときに少なくとも１つのデバイスが機能できるようにする。この構成では、電流によるマイクロＬＥＤの駆動を用いることができる。あるいは、電圧駆動方式を使用する場合、安定抵抗器及び並列マイクロＬＥＤ接続を用いてもよい。
【０１２８】
実施形態は、ＧａＮ材料の品質を改善し、欠陥密度を低下させるが、ドライブレベル（電流又は電圧入力）に対する出力光レベルには多少の不均一性が残り得る。かかる不均一性は、製造収率を向上するために、マイクロＬＥＤデバイスがサブピクセル内に接続されている場合に生じ得る。使用するドライブ及びマイクロＬＥＤ冗長接続方式に応じて、個別のサブピクセル破壊は、周囲のサブピクセルよりも暗く又は明るく見える場合がある。この問題を緩和し、ピクセル収集のためのディスプレイ入出力機能を正規化するために、図１１Ａ〜図１１Ｃは、製造中に使用できる工程を示す。
【０１２９】
図１１Ａは、一実施形態によるマイクロＬＥＤを使用した直視型ディスプレイを示す。ディスプレイ１１００は、マイクロＬＥＤディスプレイマトリックス１１０２を駆動するプログラマブルメモリ１１０１を有するディスプレイ制御装置を含む。
【０１３０】
製造プロセスの間、カメラ１１０３を使用して、各マイクロＬＥＤピクセルの強度を、コンピュータ１１０４を介してディスプレイに送られるプログラマブルパターン１１０５の結果として、放射測定する（図１１Ｂ参照）。測定は、変化する入力信号に対する各マイクロＬＥＤサブピクセル１１０６の光出力をマッピングする（サブピクセルのグレースケール）。均一ドライブ入力（図１１Ｃで１１０８として表示）の関数として均一光出力に対してディスプレイを正規化するために必要な逆応答関数を計算した後、ディスプレイ制御装置を線形化データ１１０７でプログラムする。これは、一連の最終品質保証工程の１つとして、製造プロセス中に実施できる。画像取り込み及び処理などのその他の品質及び収率方法を使用して、各ピクセル面積におけるマイクロＬＥＤの存在を測定し、例えば蛍光体適用前のマイクロＬＥＤの中間機能試験を実施することができる。
【０１３１】
上記は、ＬＥＤ材料としてＧａＮを用いて記載した。他の材料は、特に、ＧａＮのようなダウンコンバートされたＵＶ  ＬＥＤの代わりにカラー（ＲＧＢ）マイクロＬＥＤを用いる場合に、使用できる。例えば、他のＩＩＩ−Ｖ族材料を層転写して、カラーマイクロＬＥＤディスプレイを作製することができる。可能な代替材料の一部を以下に列挙する：
・赤色ＬＥＤ：ＡｌＧａＡｓ、ＧａＡｓＰ、ＡｌＧａＩｎＰ
・緑色ＬＥＤ：ＧａＰ、ＡｌＧａＩｎＰ、ＡｌＧａＰ
・青色ＬＥＤ：  ＺｎＳｅ、ＩｎＧａＮ、ＳｉＣ
【０１３２】
出発ＭＯＣＶＤ  ＩＩＩ−Ｖ及びＩＩ−ＶＩ材料としては、ＧａＡｓ及びＧａＰ基板が挙げられる。これらの層が標的基板に転写されると、ＭＯＣＶＤ成長、個片化及びそれぞれのＲＧＢサブピクセル領域への実装により、高品質マイクロＬＥＤ直視型ディスプレイが得られる。
【０１３３】
条項１．方法であって：
結晶性半導体材料をドナー基板上に成長する工程であって、当該材料の貫通転位密度（ＴＤＤ）が厚さと共に低下する、工程；
複数の粒子を材料の露出面に注入して、表面下劈開領域を作製する工程；
上記露出面を基板に接合する工程；
エネルギーを適用して、材料を劈開面に沿って劈開し、基板に接合された層を残す工程；及び
上記層をマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために加工する工程、を含む、方法。
【０１３４】
条項２．材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；かつ
露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＮ極性面を含む、条項１に記載の方法。
【０１３５】
条項３．材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；かつ
露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＧａ極性面を含む、条項１に記載の方法。
【０１３６】
条項４．接合は一時接合を含み、基板はハンドル基板を含む、条項１に記載の方法であって、当該方法は、
層を標的基板に永久的に接合する工程；及び
層をハンドル基板から剥離する工程、を更に含み、層を加工する工程は、標的基板を前記マイクロＬＥＤ構造に組み込むことを含む、方法。
【０１３７】
条項５．マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料を用いて着色光を発生する、条項４に記載の方法。
【０１３８】
条項６．ダウンコンバージョン材料は蛍光体を含む、条項５に記載の方法。
【０１３９】
条項７．蛍光体は、標的基板内の集積層である、条項６に記載の方法。
【０１４０】
条項８．層のＴＤＤは、１×１０7ｃｍ-2以下である、条項１に記載の方法。
【０１４１】
条項９．ドナー基板は、ＧａＮ、炭化ケイ素、シリコン、サファイア、及びＡｌＮのうちの少なくとも１つを、露出面を有するエピタキシャル成長シード層として含む、条項１に記載の方法。
【０１４２】
条項１０．炭化ケイ素は、４Ｈ又は６Ｈポリタイプである、条項９に記載の方法。
【０１４３】
条項１１．シリコンは、単結晶かつ（１１１）配向である、条項９に記載の方法。
【０１４４】
条項１２．エピタキシャル成長シード層は、接合及び劈開プロセスを用いて適用される、条項９に記載の方法。
【０１４５】
条項１３．接合及び劈開プロセスは、制御された劈開層転写プロセスを含む、条項１２に記載の方法。
【０１４６】
条項１４．接合及び劈開プロセスは、全体的に適用された熱的劈開層転写プロセスを含む、条項１２に記載の方法。
【０１４７】
条項１５．エピタキシャル成長シード層は、剥離可能な接合層を用いて接合される、条項１２に記載の方法。
【０１４８】
条項１６．剥離可能な接合層は、エッチング剤を用いて剥離される、条項１５に記載の方法。
【０１４９】
条項１７．エッチング剤は、フッ化水素酸（ＨＦ）を含む、条項１６に記載の方法。
【０１５０】
条項１８．エッチストップ層は、剥離可能な接合層の片側又は両側に存在する、条項１６に記載の方法。
【０１５１】
条項１９．エッチストップ層は、非晶質シリコンを含む、条項１８に記載の方法。
【０１５２】
条項２０．剥離可能な接合層は、二酸化ケイ素を含む、条項１５に記載の方法。
【０１５３】
条項２１．ドナー基板は、多結晶窒化アルミニウムを含む、条項１に記載の方法。
【０１５４】
条項２２．結晶性半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、及びＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、条項１に記載の方法。
【０１５５】
条項２３．マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料を用いて着色光を発生する、条項１に記載の方法。
【０１５６】
条項２４．ダウンコンバージョン材料は、蛍光体を含む、条項２３に記載の方法。
【０１５７】
条項２５．蛍光体は、基板内の集積層である、条項２４に記載の方法。
【０１５８】
条項２６．層を加工する工程は、選択領域の層を除去して、複数の別々の光学活性領域を画定することを含む、条項１に記載の方法。
【０１５９】
条項２７．除去は、リソグラフィプロセスを含む、条項２６に記載の方法。
【０１６０】
条項２８．除去は、エネルギービームを適用することを含む、条項２６に記載の方法。
【０１６１】
条項２９．加工する工程は、ＭＯＣＶＤを更に含み；
ＭＯＣＶＤは、除去の後に実施される、条項２６に記載の方法。
【０１６２】
条項３０．エネルギーを適用する工程は、制御された劈開層転写プロセスを含む、条項１に記載の方法。
【０１６３】
条項３１．エネルギーを適用する工程は、全体的に適用された熱的劈開層転写プロセスを含む、条項１に記載の方法。
【０１６４】
条項３２．注入する工程は、約２０ｋｅＶ〜７５０ｋｅＶのイオンエネルギーを有する水素又はヘリウムから選択される粒子を用いたイオン注入工程である、条項１に記載の方法。
【０１６５】
条項３３．加工する工程は、注入の前に実施されるＭＯＣＶＤを含み；かつ
注入する工程は、約２００ｋｅＶ〜７５０ｋｅＶのイオンエネルギーを有する水素又はヘリウムから選択される粒子を用いたイオン注入である、条項１に記載の方法。
【０１６６】
条項３４．マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、少なくとも２マイクロＬＥＤピクセルのプログラマブルルックアップテーブルを組み込むディスプレイ制御装置によって駆動される、条項１に記載の方法。
【０１６７】
条項３５．各マイクロＬＥＤの駆動機能を入力するための出力光は、カメラを用いて測定され、コンピュータメモリに保存されて、第１の転写機能を展開する、条項３４に記載の方法。
【０１６８】
条項３６．コンピュータは、第１の転写機能を解析して、線形化テーブルを計算し、これをディスプレイ制御装置にプログラムして、出力光転写機能を正規化及び線形化する、条項３５に記載の方法。
【０１６９】
条項３７．複数のピクセルで得られる光均一性は、約１０％以内である、条項３６に記載の方法。
【０１７０】
条項３８．複数のピクセルで得られる光均一性は、約５％以内である、条項３７に記載の方法。
【０１７１】
条項３９．複数のピクセルで得られる光均一性は、約２％以内である、条項３８に記載の方法。
【０１７２】
条項４０．基板は、石英、シリコン、多結晶ＡｌＮ、及びサファイアから選択される、条項３７に記載の方法。
【０１７３】
条項４１．マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料なしで、着色光を発生する、条項１に記載の方法。
【０１７４】
条項４２．層を加工する工程は：
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
複数の別個のピクセルの全体を標的基板に転写すること、を含む、条項１に記載の方法。
【０１７５】
条項４３．標的基板は蛍光体を含む、条項４２に記載の方法。
【０１７６】
条項４４．層を加工する工程は：
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
複数の別個のピクセルの全体よりも少ない量を、標的基板に選択的に転写すること、を含む、条項１に記載の方法。
【０１７７】
条項４５．選択的転写は、転写ツールを利用する、条項４４に記載の方法。
【０１７８】
条項４６．選択的転写は、剥離層を利用する、条項４４に記載の方法。
【０１７９】
条項４７．
結晶性半導体材料をドナー基板上に成長する工程であって、当該材料の貫通転位密度（ＴＤＤ）が厚さと共に低下する、工程；
露出面を標的基板に接合する工程；
材料を剥離して、第２の露出面を有する基板に接合した、ある厚さを残す工程；及び
マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために基板を加工する工程、
を含む、方法。
【０１８０】
条項４８．材料は、ｃ面極性ＧａＮを含み；
露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＧａ極性面を含み；かつ
第２の露出面は、ｃ面極性ＧａＮのＮ極性面を含む、請求項４７に記載の方法。
【０１８１】
条項４９．
結晶性半導体材料を提供する工程；
複数の粒子を材料の露出面に注入して、表面下劈開領域を作製する工程；
上記露出面を基板に接合する工程；
エネルギーを適用して、材料を劈開面に沿って劈開し、基板に接合された層を残す工程；及び
上記層をマイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造に組み込むために加工する工程、
を含む、方法。
【０１８２】
条項５０．結晶性半導体材料は、ＧａＮ、ＧａＡｓ、ＺｎＳｅ、ＳｉＣ、ＩｎＰ、及びＧａＰのうちの少なくとも１つを含む、条項４９に記載の方法。
【０１８３】
条項５１．マイクロ発光ダイオード（ＬＥＤ）構造は、ダウンコンバージョン材料なしで、着色光を発生する、条項５０に記載の方法。
【０１８４】
条項５２．層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
複数の別個のピクセルの全体を標的基板に転写すること、を含む、条項４９に記載の方法。
【０１８５】
条項５３．標的基板は蛍光体を含む、条項５２に記載の方法。
【０１８６】
条項５４．層を加工する工程は、
ストリートによって分離された複数の別個のピクセルを形成すること；及び
複数の別個のピクセルの全体よりも少ない量を、標的基板に選択的に転写すること、を含む、条項４９に記載の方法。
【０１８７】
条項５５．選択的に転写することは、転写ツールを利用する、条項５４に記載の方法。
【０１８８】
条項５６．選択的に転写することは、剥離層を利用する、条項５４に記載の方法。
【０１８９】
特定の実施形態は、転写した材料のレーザー除去のための保護層を更に開示し得る。保護層は、レーザーを精密に局所適用することによって、下層のハンドル基板に損傷を招くことなく、過去に転写された材料を除去できるようにする。一実施形態によると、保護層は、サファイアハンドル基板の上に重なる酸化ケイ素を含み、その上に高品質材料（例えば、ＩＩＩ／Ｖ族）が転写されている。ＩＩＩ／Ｖ族材料の個別の島は、ストリートをパターニングする（例えば、リソグラフィ技法を利用して）ことによって孤立する。その後、光学的に透明なハンドル基板を通り、かつ保護層の少なくとも一部を通る、レーザーからのエネルギー適用は、下層のハンドル基板の損傷を避ける役割を果たす。このプロセスは、高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料の島（複数可）が、選択的に遊離して標的基板に移動できるようにする。（比較的高額な）ハンドル基板をこの方法で損傷から保護することで、ドナーから層転写された追加の高品質ＩＩＩ／Ｖ材料を受け取るために基板を再使用しやすくなる。特定の実施形態は、ＧａＡｓ又はＧａＮの島の移動中にサファイアハンドル基板を保護して、標的上にマイクロ発光ダイオード（μ−ＬＥＤ）ピクセルを形成するのに特に適する場合がある。
【０１９０】
１つのアプローチは、最初に材料の層を高品質ドナー基板上に形成する（例えば、エピタキシャル成長技法を用いて）ことであってもよい。次いで、成長材料の一部を更なる加工のためにハンドル基板に層転写してもよい。
【０１９１】
このような更なる加工の例としては、個別のピクセル又はその構成要素に対応する高品質成長材料の孤立した島を画定するためのストリートの形成（例えば、リソグラフィによる）が挙げられる。ハンドル上での材料の更なる加工の別の例は、光学デバイスに組み込むための、個別の島の標的基板への選択的転写であってもよい。しかし、材料のこのような更なる加工は、ハンドル基板を損傷する可能性があり、高額となり得る。
【０１９２】
したがって、実施形態は、転写材料のレーザー除去のための保護層の使用に関する。保護層は、過去に転写された材料を、レーザーの精密な局所適用によって、下層のハンドル基板に損傷を起こすことなく除去できるようにする。
【０１９３】
一実施形態では、保護層は、サファイアハンドル基板の上に重なる酸化ケイ素を含み、当該基質に高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料が転写されている。ＩＩＩ／Ｖ族材料の個別の島は、ストリートをパターニングする（例えば、リソグラフィ技法を用いて）ことによって孤立し、保護層は任意で、下層のハンドル基板の損傷を避けるための有効なストップとして機能する。その後、光学的に透明なハンドル基板を通したレーザーからのエネルギーの適用は、高品質ＩＩＩ／Ｖ材料の島（複数可）が選択的に遊離して標的基板に移動できるようにする。
【０１９４】
（比較的高額な）ハンドル基板をこの方法で損傷から保護することで、ドナーから層転写された追加の高品質ＩＩＩ／Ｖ材料を受け取るために基板を再使用しやすくなる。特定の実施形態は、ＧａＡｓ又はＧａＮの島が移動してマイクロ発光ダイオード（μ−ＬＥＤ）ピクセルを標的上に形成する間に、サファイアハンドル基板を保護するのに特に適し得る。
【０１９５】
図１５Ａ〜図１５Ｇは、保護層を使用したプロセスの一実施形態の簡略的な断面図である。具体的には、図１５Ａは、間の保護層１５０４を介してハンドル基板１５０２に接合されている高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料を含むドナー１５００を示す。
【０１９６】
ドナーの高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料は、２０１６年８月２日出願の特許文献１、２０１６年８月２２日出願の特許文献２、及び２０１６年１１月１１日出願の特許文献１６に記載のように、テンプレート及び／又はシード層上へのエピタキシャル成長によって作製されてもよく、上記特許文献のそれぞれの全体を参照によりあらゆる目的で本明細書に援用する。
【０１９７】
特定の実施形態では、保護層は酸化ケイ素を含んでもよい。このような酸化ケイ素保護層は、蒸着、酸素雰囲気下でのプラズマ曝露、及びスピンオングラス（ＳＯＧ）技法などが挙げられるがこれらに限定されない、様々な方法で形成されてもよい。
【０１９８】
図１５Ｂは、後続の層転写工程を示し、当該工程では、高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料の層１５０６がドナーから分離され、保護層及びハンドルに接合された状態を保つ。この層転写は、様々な方法、例えば、参照によりその全体をあらゆる目的で本明細書に援用する特許文献４に記載のような、粒子注入後の制御された劈開プロセスによって実施されてもよい。その他の層転写アプローチとしては、限定するものではないが、Ｓｏｉｔｅｃ  Ｓ．Ａ．のＳＭＡＲＴ−ＣＵＴ（商標）プロセス又はＣａｎｏｎ  Ｉｎｃ．のＥＬＴＲＡＮ（商標）プロセスが挙げられる。
【０１９９】
図１５Ｃは、層転写された層１５０６の上の追加の高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料１５０８の形成を示す。この場合も、追加材料は、有機金属化学的気相成長（ＭＯＣＶＤ）又はハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）などのエピタキシャル成長技法によって形成できる。
【０２００】
図１５Ｄは、ハンドル基板上の高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料の個別の島１５１０ａ、１５１０ｂ、１５１０ｃのパターニングを示す。これは、隣接する島を分離するストリート１５１２を形成することによって達成されてもよい。
【０２０１】
特定の実施形態は、リソグラフィによってストリートを形成してもよい。このようなリソグラフィプロセスは、フォトレジスト（ネガ又はポジ）のパターニング、その後に露光及び現像を含み得る。現像したレジスト（ネガ又はポジ）によって明らかになった領域でのエッチングは、ストリート内の高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料を除去し得る。
【０２０２】
重要なことに、保護層１５０４の存在は、ストリート形成中に下層のハンドル基板を分解から保護し得る。つまり、ＩＩＩ／Ｖ族材料の除去につながるエッチングプロセスは、保護層（例えば、ＳｉＯ2）と比較してかなり選択的であるが、下層のハンドル基板（例えば、サファイア）ほど選択的ではない。
【０２０３】
したがって、保護層がないと、ハンドル基板はエッチングによって損傷されてストリートを形成する。実施形態に従った保護層の適用は、このようなハンドルへの損傷を避ける役割を果たす。
【０２０４】
図に示されていないが、ストリートの形成完了と同時に、現像されたフォトレジストマスクを、例えばアッシングによって、除去することができる。保護層の存在は、このようなリソグラフィマスク除去のプロセスによるハンドルへの損傷を防止する役割も果たす。
【０２０５】
ストリート形成をエッチングプロセスとして上に記載したが、これは必須ではない。代替実施形態は、他の種類のアプローチを用いてストリートを形成することができる。例としては、限定するものではないが、例えば摩耗、気化、及び／又は分解による材料の除去を含む、減法プロセスが挙げられる。
【０２０６】
図１５Ｅ〜図１５Ｇは、その後の、ハンドルから標的基板１５１２への個別の島の転写を示す。具体的には、図１５Ｅにおいて標的は１５１３で、個別の島を保持するハンドル基板に接合されている。
【０２０７】
図１５Ｆでは、特定の島１５１０ａは、透明なハンドル基板を通じて連通する光学エネルギー１５１５に選択的に曝露される。特定の実施形態によると、光学エネルギーは、標的基板に転写しようとするＩＩＩ／Ｖ族材料の島の位置に特異的かつ精密に適用されたレーザービームの形態をとってもよい。
【０２０８】
適用された光学エネルギーは、保護層の少なくとも一部も横断する。ハンドル基板とＩＩＩ／Ｖ族材料との間での光学エネルギーの吸収により、ＩＩＩ／Ｖ族材料がハンドル基板から分離する。
【０２０９】
特定の実施形態では、分離は、ＩＩＩ／Ｖ族材料の局所的分解１５２０を介して起こり得る。このような分解の一例は、約６５０℃を超える温度でＧａＡｓがＧａとＡｓに変化するときに起こり得る。
【０２１０】
その他の熱的に誘発される物理的変換（例えば、相変化）及び／又は化学的変換は、標的基板に対して島の選択的分離の基礎を形成し得る。
【０２１１】
図１５Ｇは、結果的なリフトオフ工程を示し、ここで標的基板は除去され１５３０、その際に分離されたばかりの島１５１０ａを伴う。他の島１５１０ｂ、１５１０ｃはハンドル基板に接合されたままで、その後の標的基板への選択的転写に利用できる。
【０２１２】
この選択的転写を実施する１つの方法は、標的基板の表面を十分な粘着性とすることである。標的基板の粘着性は、光学エネルギー１５１５の適用後にデバイスを破断して持ち上げるのに必要な剥離強度よりも高いが、光学エネルギー１５１５の適用なしでデバイスの破壊強度よりも低くなるように選択する。標的基板上に実装された静電チャックも、特定の粘着性を付与するための有効な方法となり得る。
【０２１３】
上記の方法において、高品質ＩＩＩ／Ｖ族材料の個別の島は、ハンドル基板から標的基板に選択的に転写されて、光学デバイス（例えば、別個のμ−ＬＥＤピクセル）に組み込まれてもよい。更に、これはハンドル基板を損傷することなく実施され、ハンドル基板を後続の層転写工程に適するものとし得る。
【０２１４】
大面積、経済的かつ高品質のＩＩＩ／Ｖ族成長層（例えば、ＧａＡｓ、ＧａＮ）のマイクロＬＥＤ製造に対する潜在的利益は膨大である。
【０２１５】
様々な実施形態で可能となる大きな基板サイズのテンプレートは、多種多様なサイズの投影及び直視型ディスプレイの大量生産と両立できる、直接高品質マイクロＬＥＤデバイスの経済的製造を可能とし得る。
【０２１６】
条項１Ａ．
ハンドル基板を提供する工程；
ハンドル基板とＩＩＩ／Ｖ族材料との間に保護層を配置する工程；
ＩＩＩ／Ｖ族材料の層を保護層に転写する工程；
追加のＩＩＩ／Ｖ族材料を層から成長させる工程；
層及び追加のＩＩＩ／Ｖ族材料を通ってストリートをパターニングして、ハンドル基板上に島を形成し、パターニングは保護層上で停止する、工程；及び
島をハンドル基板から転写基板に転写する工程
を含む、方法。
【０２１７】
条項２Ａ．保護層は酸化ケイ素を含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２１８】
条項３Ａ．ハンドル基板はサファイアを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２１９】
条項４Ａ．ストリートは、リソグラフィ技法によってパターニングされる、条項１Ａに記載の方法。
【０２２０】
条項５Ａ．リソグラフィ技法は、ＩＩＩ／Ｖ族材料をエッチングすることを含む、条項４Ａに記載の方法。
【０２２１】
条項６Ａ．ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ＧａＡｓを含む、条項４Ａに記載の方法。
【０２２２】
条項７Ａ．ＩＩＩ／Ｖ族材料は、ＧａＮを含む、条項４Ａに記載の方法。
【０２２３】
条項８Ａ．島を転写する工程は、ハンドル基板及び保護層の少なくとも一部分を通して光学エネルギーを適用することを含む、条項４Ａに記載の方法。
【０２２４】
条項９Ａ．光学エネルギーは、レーザービームを含む、条項８Ａに記載の方法。
【０２２５】
条項１０Ａ．光学エネルギーは、ＩＩＩ／Ｖ族材料に化学変化を誘発する、条項８Ａに記載の方法。
【０２２６】
条項１１Ａ．ＩＩＩ／Ｖ族材料の層を転写する工程は、粒子のドナー基板への注入及びその後の劈開プロセスを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２２７】
条項１２Ａ．配置する工程は、ＩＩＩ／Ｖ族材料を、保護層を保持するハンドル基板に接合することを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２２８】
条項１３Ａ．配置する工程は、保護層を保持するＩＩＩ／Ｖ族材料を、ハンドル基板に接合することを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２２９】
条項１４Ａ．配置する工程は、保護層の一部分を保持するＩＩＩ／Ｖ族材料を、保護層の別の部分を保持するハンドル基板に接合することを含む、条項１Ａに記載の方法。
【０２３０】
条項１５Ａ．装置であって：
入射光学エネルギーに対して実質的に透明であるハンドル基板；
ハンドル基板の上に重なる保護層；及び
保護層の上に重なる層転写されたＩＩＩ／Ｖ族材料であって、ＩＩＩ／Ｖ族材料は、入射光学エネルギーに応答してハンドル基板から分離する、ＩＩＩ／Ｖ族材料
を備える、装置。
【０２３１】
条項１６Ａ．ハンドル基板はサファイアを含む、条項１５Ａに記載の装置。
【０２３２】
条項１７Ａ．保護層は酸化ケイ素を含む、条項１５Ａに記載の装置。
【０２３３】
条項１８Ａ．層転写されたＩＩＩ／Ｖ族材料は、ＧａＡｓを含む、条項１５Ａに記載の装置。
【０２３４】
条項１９Ａ．層転写されたＩＩＩ／Ｖ族材料は、ＧａＮを含む、条項１５Ａに記載の装置。
【０２３５】
上記は特定の実施形態の完全な記述であるが、様々な変更、代替構成及び等価物を使用してもよい。選択された工程のシーケンスを用いて上に記載してきたが、記載した工程の任意の要素の組み合わせその他を使用してもよい。更に、実施形態に応じていくつかの工程を組み合わせ及び／又は排除してもよい。更に、水素の粒子を、ヘリウム及び水素イオン又は重水素及び水素イオンの共注入によって置き換えることで、代替実施形態による、ドーズ及び／又は劈開特性が変更された劈開面の形成が可能になる。更にまた、粒子は、注入プロセスではなく、拡散プロセスによって導入することができる。当然、他の変形、修正、及び代替法も存在し得る。したがって、上記記述及び例証は、本発明に添付の特許請求の範囲によって定義される本発明の範囲を制限するものとして解釈すべきではない。
【図１】
2020513681.tif 000005
【図１Ａ】
2020513681.tif 000006
【図１Ｂ】
2020513681.tif 000007
【図１Ｃ】
2020513681.tif 000008
【図１Ｄ】
2020513681.tif 000009
【図２】
2020513681.tif 000010
【図３】
2020513681.tif 000011
【図４】
2020513681.tif 000012
【図５】
2020513681.tif 000013
【図６】
2020513681.tif 000014
【図７】
2020513681.tif 000015
【図８】
2020513681.tif 000016
【図９】
2020513681.tif 000017
【図１０】
2020513681.tif 000018
【図１１】
2020513681.tif 000019
【図１２】
2020513681.tif 000020
【図１３】
2020513681.tif 000021
【図１４】
2020513681.tif 000022
【図１５Ａ】
2020513681.tif 000023
【図１５Ｂ】
2020513681.tif 000024
【図１５Ｃ】
2020513681.tif 000025
【図１５Ｄ】
2020513681.tif 000026
【図１５Ｅ】
2020513681.tif 000027
【図１５Ｆ】
2020513681.tif 000028
【図１５Ｇ】
2020513681.tif 000029
【国際調査報告】
2020513681.tif 000030
2020513681.tif 000031
2020513681.tif 000032
2020513681.tif 000033
2020513681.tif 000034