(57)【要約】多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを製作する方法は、第１の基板上に配置された第１の２次元（２Ｄ）材料を備えている第１の剥離層上に第１のＬＥＤ層を形成することを含む。第１のＬＥＤ層は、第１の波長において発光するように構成されている。方法は、第１の剥離層からホスト基板に第１のＬＥＤ層を転写することと、第２の基板に配置された第２の２Ｄ材料を備えている第２の剥離層上に第２のＬＥＤ層を形成することとも含む。第２のＬＥＤ層は、第２の波長において発光するように構成されている。方法は、第２の剥離層から第２のＬＥＤ層を除去することと、第１のＬＥＤ層上に第２のＬＥＤ層を配置することとも含む。
2020508582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを製作する方法であって、前記方法は、
第１の剥離層上に第１のＬＥＤ層を形成することであって、前記第１の剥離層は、第１の基板上に配置された第１の２次元（２Ｄ）材料を備え、前記第１のＬＥＤ層は、第１の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第１の剥離層からホスト基板に前記第１のＬＥＤ層を転写することと、
第２の剥離層上に第２のＬＥＤ層を形成することであって、前記第２の剥離層は、第２の基板上に配置された第２の２Ｄ材料を備え、前記第２のＬＥＤ層は、第２の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第２の剥離層から前記第２のＬＥＤ層を除去することと、
前記第１のＬＥＤ層上に前記第２のＬＥＤ層を配置することと
を含む、方法。
【請求項２】
前記第１のＬＥＤ層を形成することは、前記第１の剥離層上で前記第１のＬＥＤ層をエピタキシャルに成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１のＬＥＤ層を形成することは、前記第１の剥離層上で結晶性無機半導体をエピタキシャルに成長させることを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の基板は、前記結晶性無機半導体を備えている、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の２Ｄ材料は、グラフェンを備えている、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第１の２Ｄ材料は、前記第２の２Ｄ材料と同一である、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記ホスト基板は、可撓であり、前記第１の波長における光および前記第２の波長における光に対して実質的に透明である、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
第３の剥離層上に第３のＬＥＤ層を形成することであって、前記第３の剥離層は、第３の基板上に配置された第３の２Ｄ材料を備え、前記第３のＬＥＤ層は、第３の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第３の剥離層から前記第３のＬＥＤ層を除去することと、
前記第２のＬＥＤ層上に前記第３のＬＥＤ層を配置することと
をさらに含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の波長は、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍの範囲内にあり、前記第２の波長は、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍの範囲内にあり、前記第３の波長は、約３９０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲内にある、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記第１のＬＥＤ層は、第１の側壁を有し、前記第２のＬＥＤ層は、第２の側壁を有し、前記第３のＬＥＤ層は、第３の側壁と頂面とを有し、前記方法は、
前記第１の側壁、前記第２の側壁、前記第３の側壁、および前記第３のＬＥＤ層の前記頂面上に不動態化層を形成することをさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記不動態化層上に第１のトランジスタ、第２のトランジスタ、および第３のトランジスタを形成することと、
前記第１のトランジスタを前記第１のＬＥＤ層に電気的に接続することと、
前記第２のトランジスタを前記第２のＬＥＤ層に電気的に接続することと、
前記第３のトランジスタを前記第３のＬＥＤ層に電気的に接続することと
をさらに含む、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記第１のトランジスタを形成することは、
前記第３のＬＥＤ層の上方にインジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）層を形成することと、
前記ＩＧＺＯ層上に第１のベース電極、第１のエミッタ電極、および第１のコレクタ電極を形成することと
を含む、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第１のＬＥＤ層上に第１の電極層を形成することと、
前記第２のＬＥＤ層上に第２の電極層を形成することと
をさらに含み、
前記第１のＬＥＤ層上に前記第２のＬＥＤ層を配置することは、前記第１の電極層を前記第２の電極層と接合することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第１の電極層を形成することは、前記第１のＬＥＤ層上に金属ストリップの第１のアレイを形成することを含み、前記第２の電極層を形成することは、前記第２のＬＥＤ層上に金属ストリップの第２のアレイを形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記第１のＬＥＤ層上に伝導性ポリマーを配置することをさらに含み、
前記第１のＬＥＤ層上に前記第２のＬＥＤ層を配置することは、前記伝導性ポリマー上に前記第２のＬＥＤ層を配置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１のＬＥＤ層を前記ホスト基板に転写した後、前記第１の剥離層上に第４のＬＥＤ層を形成することをさらに含み、前記第４のＬＥＤ層は、前記第１の波長において発光するように構成されている、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイであって、前記多色ＬＥＤディスプレイは、
透明基板と、
前記透明基板上に配置された第１の電極層と、
前記第１の電極層上に配置されたピクセルのアレイと
を備え、
前記ピクセルのアレイにおける各ピクセルは、
第１の結晶性無機半導体を備え、第１の波長において発光するように構成された第１のＬＥＤ層と、
前記第１のＬＥＤ層上に配置された第２の電極層と、
前記第２の電極層上に配置された第２のＬＥＤ層であって、前記第２のＬＥＤ層は、第２の結晶性無機半導体を備え、前記第１の波長と異なる第２の波長において発光するように構成されている、第２のＬＥＤ層と、
前記第２のＬＥＤ層上に配置された第３の電極層と、
前記第３の電極層上に配置された第３のＬＥＤ層であって、前記第３のＬＥＤ層は、第３の結晶性無機半導体を備え、前記第１の波長および前記第２の波長と異なる第３の波長において発光するように構成されている、第３のＬＥＤ層と、
前記第３のＬＥＤ層の上方に配置された複数のトランジスタと
を備え、
前記複数のトランジスタは、
前記第１の電極層に電気的に接続された第１のトランジスタと、
前記第２の電極層に電気的に接続された第２のトランジスタと、
前記第３の電極に電気的に接続された第３のトランジスタと
を備えている、多色ＬＥＤディスプレイ。
【請求項１８】
前記透明基板は、可撓である、請求項１７に記載の多色ＬＥＤディスプレイ。
【請求項１９】
前記第１の波長は、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍの範囲内にあり、前記第２の波長は、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍの範囲内にあり、前記第３の波長は、約３９０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲内にある、請求項１７に記載の多色ＬＥＤディスプレイ。
【請求項２０】
前記複数のトランジスタは、
前記第３のＬＥＤ層の上方に配置されたインジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）層と、
前記ＩＧＺＯ層上に配置され、前記第１のトランジスタの一部を形成する電極の第１の組と、
前記ＩＧＺＯ層上に配置され、前記第２のトランジスタの一部を形成する電極の第２の組と、
前記ＩＧＺＯ層上に配置され、前記第３のトランジスタの一部を形成する電極の第３の組と
を備えている、請求項１７に記載の多色ＬＥＤディスプレイ。
【請求項２１】
前記第１のＬＥＤ層は、第１の側壁を有し、前記第２のＬＥＤ層は、第２の側壁を有し、前記第３のＬＥＤ層は、第３の側壁と頂面とを有し、前記ディスプレイは、
前記第１の波長、前記第２の波長、および前記第３の波長における光を反射するために前記第２のＬＥＤ層と反対側で前記第３のＬＥＤ層上に配置された反射層と、
前記第１の側壁、前記第２の側壁、前記第３の側壁、および前記第３のＬＥＤ層の頂面上に配置された不動態化層と
をさらに備えている、請求項１７に記載の多色ＬＥＤディスプレイ。
【請求項２２】
多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを製作する方法であって、前記方法は、
第１の基板上に配置された第１のグラフェン層上に第１のＬＥＤ層を形成することであって、前記第１のＬＥＤ層は、第１の結晶性無機半導体を備え、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍの範囲内の第１の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第１のグラフェン層からホスト基板上に配置された第１の電極層に前記第１のＬＥＤ層を転写することと、
前記第１のＬＥＤ層上に第２の電極層を形成することと、
第２の基板上に配置された第２のグラフェン層上に第２のＬＥＤ層を形成することであって、前記第２のＬＥＤ層は、第２の結晶性無機半導体を備え、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍの範囲内の第２の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第２のＬＥＤ層の第１の表面上に第３の電極層を形成することと、
前記第３の電極層を前記第２の電極層と接合し、前記第２のＬＥＤ層を前記第１のＬＥＤ層に結合することと、
前記第２のＬＥＤ層の第１の表面と反対側の第２の表面上に第４の電極層を形成することと、
第３の基板上に配置された第３のグラフェン層上に第３のＬＥＤ層を形成することであって、前記第３のＬＥＤ層は、第３の結晶性無機半導体を備え、約３９０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲内の第３の波長において発光するように構成されている、ことと、
前記第３のＬＥＤ層上に第５の電極層を形成することと、
前記第５の電極層を前記第４の電極層と接合し、前記第２のＬＥＤ層上に前記第３のＬＥＤ層を結合することと
を含む、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国仮特許出願第６２／４６３，２２７号（２０１７年２月２４日出願、名称「ＲＧＢ  ＶＥＲＴＩＣＡＬ  ＳＴＡＣＫＩＮＧ  ＴＨＩＮ  ＦＩＬＭ  ＳＯＬＩＤ−ＳＴＡＴＥ  ＭＩＣＲＯ  ＬＥＤＳ  ＤＩＳＰＬＡＹ」）の米国特許法§１１９（ｅ）に基づく優先権の利益を主張し、上記出願は、その全体が参照により本明細書に引用される。
【背景技術】
【０００２】
結晶性無機半導体に基づく発光ダイオード（ＬＥＤ）は、高い輝度、長い寿命、および高い効率を含む多数の利点を提供する。これは、無機ＬＥＤを表示および照明用途のための良好な候補にする。残念ながら、無機ＬＥＤは、概して、１つのみの波長（すなわち、特定の色）において発光するので、白色光固体照明または多色ＬＥＤディスプレイにそれらを使用することは、通常、それらの各々が異なる波長において発光するように構成された複数のＬＥＤの統合を伴う。例えば、既存のカラーＬＥＤディスプレイにおける各ピクセルは、通常、それぞれ、赤色、緑色、および青色光を放射するための３つのＬＥＤ要素（またはサブピクセル）を有する。これらのサブピクセルは、例えば、ベイヤアレイ内で、互いの隣に整列させられる。しかしながら、この並列構成は、各ピクセルのサイズを増加させ、それによって、結果として生じるディスプレイの空間分解能を限定する。加えて、これらのサブピクセルからの光がディスプレイ表面の近傍で分離しており、次いで、遠視野内で混合されるので、ディスプレイの色正確度も損なわれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
本技術の実施形態は、概して、垂直に積層された発光ダイオード（ＬＥＤ）に関する。一例では、多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを製作する方法は、第１の基板上に配置された第１の２次元（２Ｄ）材料を備えている第１の剥離層上に第１のＬＥＤ層を形成することを含む。第１のＬＥＤ層は、第１の波長において発光するように構成されている。方法は、第１の剥離層からホスト基板に第１のＬＥＤ層を転写することと、第２の基板上に配置された第２の２Ｄ材料を備えている第２の剥離層上に第２のＬＥＤ層を形成することとも含む。第２のＬＥＤ層は、第２の波長において発光するように構成されている。方法は、第２の剥離層から第２のＬＥＤ層を除去することと、第１のＬＥＤ層上に第２のＬＥＤ層を配置することとも含む。
【０００４】
別の例では、多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイは、透明基板と、透明基板上に配置された第１の電極層と、第１の電極層上に配置されたピクセルのアレイとを含む。ピクセルのアレイにおける各ピクセルは、第１の結晶性無機半導体を備え、第１の波長において発光するように構成された第１のＬＥＤ層と、第１のＬＥＤ層上に配置された第２の電極層とを含む。第２のＬＥＤ層が、第２の電極層上に配置されている。第２のＬＥＤ層は、第２の結晶性無機半導体を含み、第１の波長と異なる第２の波長において発光するように構成されている。各ピクセルは、第２のＬＥＤ層上に配置された第３の電極層と、第３の電極層上に配置された第３のＬＥＤ層とも含む。第３のＬＥＤ層は、第３の結晶性無機半導体を含み、第１の波長および第２の波長と異なる第３の波長において発光するように構成されている。各ピクセルは、第３のＬＥＤ層の上方に配置された複数のトランジスタをさらに含む。複数のトランジスタは、第１の電極層に電気的に接続された第１のトランジスタと、第２の電極層に電気的に接続された第２のトランジスタと、第３の電極に電気的に接続された第３のトランジスタとを含む。
【０００５】
さらに別の例では、多色発光ダイオード（ＬＥＤ）ディスプレイを製作する方法は、第１の基板上に配置された第１のグラフェン層上に第１のＬＥＤ層を形成することを含む。第１のＬＥＤ層は、第１の結晶性無機半導体を含み、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍの範囲内の第１の波長において発光するように構成されている。方法は、第１のグラフェン層からホスト基板上に配置された第１の電極層に第１のＬＥＤ層を転写することと、第１のＬＥＤ層上に第２の電極層を形成することと、第２の基板上に配置された第２のグラフェン層上に第２のＬＥＤ層を形成することとも含む。第２のＬＥＤ層は、第２の結晶性無機半導体を含み、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍの範囲内の第２の波長において発光するように構成されている。方法は、第２のＬＥＤ層の第１の表面上に第３の電極層を形成することと、第２のＬＥＤ層を第１のＬＥＤ層に結合するために、第３の電極層を第２の電極層と接合することとも含む。方法は、第２のＬＥＤ層の第１の表面と反対側の第２の表面上に第４の電極層を形成することと、第３の基板上に配置された第３のグラフェン層上に第３のＬＥＤ層を形成することとをさらに含む。第３のＬＥＤ層は、第３の結晶性無機半導体を含み、約３９０ｎｍ〜約４９０ｎｍの範囲内の第３の波長において発光するように構成されている。方法は、第３のＬＥＤ層上に第５の電極層を形成することと、第２のＬＥＤ層上に第３のＬＥＤ層を結合するために、第５の電極層を第４の電極層と接合することとも含む。
【０００６】
前述の概念および下記でより詳細に議論される付加的概念の全ての組み合わせは（そのような概念が相互に矛盾しないことを所与として）、本明細書に開示される発明の主題の一部であるものとして考慮されることを理解されたい。特に、本開示の終わりに表出する、請求される主題の全ての組み合わせは、本明細書に開示される発明の主題の一部であるものとして考慮される。参照することによって組み込まれる任意の開示にも表出し得る本明細書で明示的に採用される用語が本明細書に開示される特定の概念と最も一致する意味を与えられるべきであることも理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
当業者は、図面が、主に、例証目的のためであり、本明細書に説明される発明の主題の範囲を限定することを意図していないことを理解するであろう。図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、いくつかの事例では、本明細書に開示される発明の主題の種々の側面が、異なる特徴の理解を促進するために、図面に誇張または拡大されて示され得る。図面では、同様の参照記号は、概して、同様の特徴（例えば、機能的類似および／または構造的類似要素）を指す。
【０００８】
【図１】図１Ａ−１Ｄは、垂直に積層された多色発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスを製作する方法を図示する。
【０００９】
【図２Ａ】図２Ａは、図１Ａ−１Ｄに図示される方法を介して製作され得る垂直に積層されたＬＥＤデバイスの概略図を示す。
【００１０】
【図２Ｂ】図２Ｂは、図２Ａに示される垂直に積層されたＬＥＤデバイスのアレイを含む装置の概略図を示す。
【００１１】
【図３−１】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図３−２】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図３−３】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図３−４】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図３−５】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図３−６】図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【００１２】
【図４−１】図４Ａ−４Ｅは、伝導性ポリマーを使用して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図４−２】図４Ａ−４Ｅは、伝導性ポリマーを使用して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図４−３】図４Ａ−４Ｅは、伝導性ポリマーを使用して垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【００１３】
【図５Ａ】図５Ａ−５Ｃは、動作を制御するためのトランジスタを含む垂直に積層されたＬＥＤデバイスの概略図を示す。
【図５Ｂ】図５Ａ−５Ｃは、動作を制御するためのトランジスタを含む垂直に積層されたＬＥＤデバイスの概略図を示す。
【図５Ｃ】図５Ａ−５Ｃは、動作を制御するためのトランジスタを含む垂直に積層されたＬＥＤデバイスの概略図を示す。
【００１４】
【図６−１】図６Ａ−６Ｆは、図５Ａ−５Ｃに示されるデバイスで使用され得るトランジスタを製作する方法を図示する。
【図６−２】図６Ａ−６Ｆは、図５Ａ−５Ｃに示されるデバイスで使用され得るトランジスタを製作する方法を図示する。
【００１５】
【図７−１】図７Ａ−７Ｈは、グラフェンベースの層転写技法を使用してＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【図７−２】図７Ａ−７Ｈは、グラフェンベースの層転写技法を使用してＬＥＤデバイスを製作する方法を図示する。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
（概観）
【００１７】
従来の多色発光ダイオード（ＬＥＤ）照明およびディスプレイにおける欠点に対処するために、本明細書に説明される方法および装置は、先進ディスプレイおよび照明用途のための赤・緑・青色（ＲＧＢ）薄膜固体ＬＥＤの垂直積層を採用する。このアプローチでは、薄膜化合物半導体ＬＥＤの垂直積層は、ベイヤアレイに基づくディスプレイと比較して、ピクセル密度および色正確度を増加させることができる。垂直ＬＥＤ積層は、２Ｄ材料ベースの層転写プロセスを使用して遂行され、個々のＬＥＤ層（例えば、各々が異なる色を放射する）が、製作基板上に配置される２Ｄ材料（例えば、グラフェン）から作製される剥離層上で合成される。製作されたＬＥＤ層は、次いで、ホスト基板に（例えば、分離によって）転写され、それらは、垂直に積層された多色ＬＥＤ構造を形成するように互いの上に積層される。転写後、製作基板と、剥離層とを含むプラットフォームが、次の合成サイクルにおいて別の垂直に積層された多色ＬＥＤ構造を作製するために再利用されることができ、それによって、製造費を削減する。
【００１８】
この垂直積層アプローチは、いくつかの利益を有することができる。例えば、層転写技法は、通常、有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）と比較して、より高い効率を有する、無機結晶性半導体から作製されるＬＥＤ層の成長および積層を可能にする。加えて、ホスト基板は、結果として生じるデバイスが、ウェアラブルディスプレイ等の用途において恣意的な表面に適合され得るように、エラストマ等の可撓な材料を含むことができる。各個々のＬＥＤ層の固体状態は、結果として生じるデバイスの高い機械的強度を確実にすることもできる。さらに、垂直積層は、小さいピクセルサイズ（例えば、０．１ｍｍ以下）を有するピクセルを生成することができる。これらの利益を伴って、薄膜固体ＬＥＤの垂直積層は、大面積屋外ディスプレイ、ウェアラブルディスプレイ、および固体照明（例えば、街灯）等の広範囲の用途で使用されることができる。
【００１９】
（垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法）
【００２０】
図１Ａ−１Ｄは、垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法１００を図示する。方法１００では、第１の剥離層１２０ａが、第１の基板１１０ａ上に形成され、次いで、第１のＬＥＤ層１３０ａが、第１の剥離層１２０ａ上に形成される。製作されたＬＥＤ層１３０ａは、次いで、図１Ａに図示されるように、製作の次のサイクルのために、第１の基板１１０ａと第１の剥離層１２０ａとを含むプラットフォームを残して、第１の剥離層１２０ａから除去される。第１のＬＥＤ層１２０ａは、第１の波長において発光するように構成される第１の結晶性無機半導体を含む。
【００２１】
同様に、図１Ｂは、第２の剥離層１２０ｂが第２の基板１１０ｂ上に形成され、次いで、第２のＬＥＤ層１３０ｂが第２の剥離層１２０ｂ上に形成されることを示す。製作されたＬＥＤ層１３０ｂは、次いで、製作の次のサイクルのために、第２の基板１１０ｂと第２の剥離層１２０ｂとを含むプラットフォームを残して、第２の剥離層１２０ｂから除去される。第２のＬＥＤ層１２０ｂは、第２の波長において発光するように構成される第２の結晶性無機半導体を含む。
【００２２】
図１Ｃは、第３の剥離層１２０ｃが第３の基板１１０ｃ上に形成され、その後、第３の剥離層１２０ｃ上に第３のＬＥＤ層１３０ｃを形成することが続くことを示す。製作されたＬＥＤ層１３０ｃは、次いで、製作の次のサイクルのために、第３の基板１１０ｃと第２の剥離層１２０ｃとを含むプラットフォームを残して、第３の剥離層１２０ｃから除去される。第３のＬＥＤ層１２０ｃは、第３の波長において発光するように構成される第３の結晶性無機半導体を含む。
【００２３】
対応する剥離層１２０ａ、１２０ｂ、および１２０ｃ（集合的に剥離層１２０と称される）から除去された後、ＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃ（集合的にＬＥＤ層１３０と称される）は、図１Ｄに示されるように、垂直に積層されたＬＥＤデバイス１４０を形成するように一緒に積層される。各ＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、または１３０ｃは、異なる波長（例えば、それぞれ、赤色、緑色、および青色光に対応する波長）において発光するように構成されるので、ＬＥＤデバイス１４０は、各ＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃから放射される光の量を調節することによって、任意の色において発光することができる。図１Ｄは、第２のＬＥＤ層１３０ｂが第１のＬＥＤ層１３０ａと第３のＬＥＤ層１３０ｃとの間に挟まれることを示す。他の構成も、使用されることができる。例えば、第１のＬＥＤ層１３０ａは、第２のＬＥＤ層１３０ｂと第３のＬＥＤ層１３０ｃとの間に配置されることができる。
【００２４】
加えて、デバイス１４０は、２つのみのＬＥＤ層、４つのＬＥＤ層、５つのＬＥＤ層、または任意の他の数のＬＥＤ層を有し得る。例えば、デバイス１４０は、２つのＬＥＤ層を含むことができ、一方は、黄色光を放射するように構成され、他方は、青色光を放射するように構成される。別の例では、デバイス１４０は、それぞれ、赤色、緑色、青色、および黄色光を放射するように構成された４つのＬＥＤ層を含むことができる。各ＬＥＤ層１３０の厚さは、約１μｍ〜約１００μｍ（例えば、その間の任意の値および部分範囲を含む約１μｍ、約２μｍ、約３μｍ、約５μｍ、約１０μｍ、約２０μｍ、約３０μｍ、約５０μｍ、または約１００μｍ）であり得る。
【００２５】
一例では、デバイス１４０は、図１Ｄに示されるように、ＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃが積層された後、複数のピクセルにさらにパターン化されることができる。別の例では、各ＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃは、ＬＥＤデバイス１４０を形成するように一緒に積層される前、事前パターン化されることができる。
【００２６】
第１のＬＥＤ層１３０ａによって放射される光の第１の波長は、約３６０ｎｍ〜約４９０ｎｍのいずれかであり得る。故に、第１の結晶性無機半導体は、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）、セレン化亜鉛（ＺｎＳｅ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、または炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含むことができる。
【００２７】
第２のＬＥＤ層１３０ｂによって放射される光の第２の波長は、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍであり得る。対応する第２の結晶性無機半導体は、例えば、リン化ガリウム（ＩＩＩ）（ＧａＰ）、リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）、リン化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＰ）、または窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）／窒化ガリウム（ＩＩＩ）（ＧａＮ）を含むことができる。
【００２８】
第３のＬＥＤ層１３０ｃによって放射される光の第３の波長は、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍのいずれかであり得る。故に、第３の結晶性無機半導体は、例えば、ヒ化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＡｓ）、ガリウムヒ素リン化物（ＧａＡｓＰ）、リン化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌＧａＩｎＰ）、またはリン化ガリウム（ＩＩＩ）（ＧａＰ）を含むことができる。
【００２９】
基板１１０ａ、１１０ｂ、および１１０ｃ（集合的にＬＥＤ成長基板１１０と称される）は、それぞれのＬＥＤ層１３０ａ、１３０ｂ、および１３０ｃで使用されるものと同一の半導体材料を含むことができる。例えば、第１の基板１１０ａと第１のＬＥＤ層１３０ａとの各々は、同一の結晶性無機半導体材料から形成されることができる。剥離層１２０が十分に薄い（例えば、約１ｎｍ〜約１０ｎｍ）場合、この構成は、ＬＥＤ成長基板１１０とＬＥＤ層１３０との間の格子整合を可能にする。したがって、製作されたＬＥＤ層１３０は、高い結晶品質を有することができる。例えば、転位等の欠陥の密度は、約１０４／ｃｍ２〜１０８／ｃｍ２であり得る。代替として、ＬＥＤ成長基板１１０ａ／ｂ／ｃは、対応するＬＥＤ層１３０ａ／ｂ／ｃの材料と異なる材料を使用し得、その場合、ＬＥＤ層１３０の成長は、剥離層１２０によって播種されることができる。異なる播種方式についてのさらなる情報は、「ＳＹＳＴＥＭＳ  ＡＮＤ  ＭＥＴＨＯＤＳ  ＦＯＲＧＲＡＰＨＥＮＥ  ＢＡＳＥＤ  ＬＡＹＥＲ  ＴＲＡＮＳＦＥＲ」と題された、２０１６年９月６日に出願されたＰＣＴ出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１６／０５０７０１号（その全体として参照することによって本明細書に組み込まれる）で見出されることができる。
【００３０】
剥離層１２０は、積層のためにＬＥＤ成長基板１１０からホスト基板（図１Ａ−１Ｄに示されていない）への製作されたＬＥＤ層１３０の転写を促進するための２次元（２Ｄ）材料を含む。種々のタイプの２Ｄ材料が、剥離層１２０に使用されることができる。一例では、剥離層１２０は、グラフェン（例えば、単層グラフェンまたは多層グラフェン）を含む。別の例では、剥離層１２０は、Ｍが遷移金属原子（例えば、Ｍｏ、Ｗ等）であり、Ｘがカルコゲン原子（例えば、Ｓ、Ｓｅ、またはＴｅ）である、タイプＭＸ２の原子的に薄い半導体である、遷移金属ジカルコゲナイド（ＴＭＤ）単層を含む。ＴＭＤ格子では、Ｍ原子の１つの層は、通常、Ｘ原子の２つの層の間に挟まれる。さらに別の例では、剥離層１２０は、パラジウムおよびロジウム等の金属の単原子層を含むことができる。３つの剥離層１２０は、部分的にＬＥＤ層１３０の材料に応じて、同一の材料または異なる材料を含むことができる。
【００３１】
これらの２Ｄ材料のうち、グラフェンは、いくつかの望ましい性質を有することができる。例えば、グラフェンは、結晶性膜であり、エピタキシャル上層を成長させるための好適な基板である。第２に、他の材料とのグラフェンの弱い相互作用は、エピタキシャル成長のために格子不整合ルールを実質的に緩和し、低い欠陥密度を伴う殆どの半導体膜の成長を潜在的に可能にし得る。第３に、グラフェン基板上に成長させられるエピ層は、グラフェンの弱いファンデルワールス相互作用により、基板から容易かつ精密に剥離され、それによって、剥離された表面の剥離後再調整を伴わずに、エピ層の高速機械的剥離を可能にし得る。第４に、グラフェンの機械的頑健性は、複数の成長／剥離サイクルにわたって、その再利用可能性を増加させること、または最大化することができる。
【００３２】
グラフェンを含む剥離層１２０は、本明細書ではグラフェン層１２０とも称される。一例では、グラフェン層１２０は、ＬＥＤ成長基板１１０上に直接成長させられることができる。別の例では、グラフェン層１２０は、別個の基板（グラフェン成長基板とも称される）上に成長させられ、次いで、ＬＥＤ成長基板１１０に転写されることができる。
【００３３】
グラフェン層１２０は、種々の方法を介して、別個の基板上に製作されることができる。一例では、グラフェン層１２０は、単結晶配向を伴うエピタキシャルグラフェンを含むことができ、グラフェン成長基板は、シリコン表面を伴う（０００１）４Ｈ−ＳｉＣウエハを含むことができる。グラフェン層１２０の製作は、複数の焼鈍ステップを含むことができる。第１の焼鈍ステップは、表面エッチングのためにＨ２ガス中で実施されることができ、第２の焼鈍ステップは、高温（例えば、約１，５７５℃）における黒鉛化のためにＡｒ中で実施されることができる。
【００３４】
別の例では、グラフェン層１２０は、化学蒸着（ＣＶＤ）プロセスを介して、グラフェン成長基板上に成長させられることができる。グラフェン成長基板は、ニッケル基板または銅基板を含むことができる。代替として、グラフェン成長基板は、ＣＶＤによって、ＳｉＯ２、ＨｆＯ２、Ａｌ２Ｏ３、Ｓｉ３Ｎ４、または事実上任意の他の高温適合平面材料の絶縁基板を含むことができる。
【００３５】
さらに別の例では、グラフェン成長基板は、グラフェン層１２０を保持し得る任意の基板であり得、製作は、機械的分離プロセスを含むことができる。この例では、グラフェン成長基板は、各グラフェン層１２０のための一時的ホルダとして機能することができる。
【００３６】
種々の方法も、グラフェン成長基板からＬＥＤ成長基板１１０にグラフェン層１２０を転写するために使用されることができる。一例では、キャリア膜が、所与のグラフェン層１２０に付着されることができる。キャリア膜は、ポリ（メチルメタクリレート）（ＰＭＭＡ）の厚い膜または熱剥離テープを含むことができ、付着は、スピンコーティングプロセスを介して達成されることができる。キャリア膜およびグラフェン層１２０の組み合わせがＬＥＤ成長基板１１０上に配置された後、キャリア膜は、グラフェン層１２０上の１つ以上のＬＥＤ層１３０のさらなる製作のために（例えば、アセトン中に）溶解させられることができる。
【００３７】
別の例では、ポリジメチルシロキサン（ＰＤＭＳ）等のエラストマ材料を含むスタンプ層が、グラフェン層１２０に付着されることができ、グラフェン成長基板は、スタンプ層およびグラフェン層１２０の組み合わせを残して、エッチングされることができる。スタンプ層およびグラフェン層１２０がＬＥＤ成長基板１１０上に設置された後、スタンプ層は、機械的分離によって除去されることができ、さらなる処理のためにグラフェン層１２０の清浄な表面を生成する。
【００３８】
さらに別の例では、自己剥離転写方法が、グラフェン層１２０を対応するＬＥＤ成長基板１１０に転写するために使用されることができる。方法では、自己剥離層が、最初に、グラフェン層１２０の上にスピンキャストされる。エラストマスタンプが、次いで、自己剥離層と共形接触して設置される。グラフェン成長基板は、スタンプ層、自己剥離層、およびグラフェン層１２０の組み合わせを残すようにエッチングされることができる。この組み合わせが対応するＬＥＤ成長基板１１０上に設置された後、スタンプ層は、機械的に除去されることができ、自己剥離層は、好適な溶媒中に穏和な条件下で溶解させられることができる。剥離層は、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリ（イソブチレン）（ＰＩＢ）、およびＴｅｆｌｏｎ  ＡＦ（ポリ［４，５−ジフルオロ−２，２−ビス（トリフルオロメチル）−１，３−ジオキソール−ｃｏ−テトラフルオロエチレン］）を含むことができる。
【００３９】
いくつかの例では、剥離層１２０は、多孔質であり得る。多孔質剥離層１２０は、２Ｄ材料層をパターン化することによって製作されることができる。例えば、多孔質膜（例えば、酸化物、窒化物、またはフォトレジスト膜）が、無傷の２Ｄ材料層上に配置されることができる。多孔質膜は、高密度のピンホール（例えば、１平方ミクロンあたり約１つの孔）を有することができる。ＡｒプラズマまたはＯ２プラズマを使用するドライエッチングが、次いで、ピンホールを広げるように実施されることができ、それによって、エッチングプラズマ中のイオンが、多孔質膜を通して伝搬し、２Ｄ材料層に到達することを可能にする。エッチングプラズマは、次いで、多孔質膜内のピンホールの直下の２Ｄ材料層の一部をエッチングし、多孔質剥離層を作成する。そして、多孔質膜は、除去され、さらなる処理（例えば、ＬＥＤ層１３０の成長）のために、多孔質剥離層を残すことができる。一例では、多孔質膜は、フォトレジスト材料を含み、アセトンによって除去されることができる。別の例では、多孔質膜は、酸化物または窒化物を含み、フッ化水素（ＨＦ）によって除去されることができる。
【００４０】
ＬＥＤ層１３０の製作は、当技術分野で公知である適切な半導体製作技法を使用して、エピタキシャル成長を介して実施されることができる。例えば、低圧金属有機化学蒸着（ＭＯＣＶＤ）が、次に、成長基板１１０上に配置される剥離層１２０上に、ＧａＮを含むＬＥＤ層１３０を成長させるために、使用されることができる。この例では、剥離層１２０および成長基板１１０は、表面を清浄にするために、（例えば、＞１，１００℃において＞１５分にわたってＨ２下で）焼成されることができる。次いで、ＧａＮを含むＬＥＤ層１３０の堆積が、例えば、２００ミリバールにおいて実施されることができる。トリメチルガリウム、アンモニア、および水素が、それぞれ、Ｇａ源、窒素源、およびキャリアガスとして、使用されることができる。修正された２ステップ成長が、剥離層１２０上で平坦なＧａＮエピタキシャル膜を取得するために採用されることができる。第１のステップは、１，１００℃の成長温度において数分にわたって実施されることができ、テラス縁における誘導核形成が、促進され得る。第２の成長ステップは、側方成長を促進するために、１，２５０℃の高温において実施されることができる。この場合の垂直ＧａＮ成長率は、１分あたり約２０ｎｍであり得る。
【００４１】
一例では、成長基板１１０の格子は、対応するＬＥＤ層１３０に整合され、その場合、成長基板１１０は、ＬＥＤ層１３０の成長のための種晶として機能する。例えば、エピタキシャル層と基板とは、同一の半導体材料を含むことができる。これらの事例では、剥離層１２０は、十分に多孔質または薄くあり得る（例えば、グラフェンの単一の層または単層）。成長基板１１０とＬＥＤ層１３０との間に剥離層１２０を挟むことは、ＬＥＤ層１３０の迅速で損傷のない剥離および転写を促進することができる。
【００４２】
別の例では、所与の剥離層１２０は、対応するＬＥＤ層１３０を成長させるための種晶として機能するために十分に厚くあり得（例えば、グラフェンのいくつかの層）、その場合、ＬＥＤ層１３０は、剥離層１２０に格子整合されることができる。さらに別の例では、成長基板１１０は、剥離層１２０とともに、ＬＥＤ層１３０を成長させるための種晶として機能することができる。
【００４３】
対応するＬＥＤ層１３０を製作するために種晶として剥離層１２０においてグラフェンを使用することは、ＬＥＤ材料とグラフェンとの格子定数間の不整合への耐性を増加させることができる。いずれの特定の理論または動作モードによっても拘束されるわけではないが、２次元（２Ｄ）材料（例えば、グラフェン）または準２Ｄ層状結晶の表面は、典型的には、ダングリングボンドを有しておらず、弱いファンデルワールス様の力を介して隣接する材料と相互作用する。弱い相互作用に起因して、エピ層が、最初からそれ自身の格子定数を伴って成長し、少量の欠陥を伴って界面を形成することができる。この種類の成長は、ファンデルワールスエピタキシ（ＶＤＷＥ）と称される。格子整合条件は、ＶＤＷＥのために著しく緩和され、高度格子不整合システムのためにも多種多様な異なるヘテロ構造を可能にし得る。実践では、格子不整合は、約０％〜約７０％（例えば、その間の任意の値および部分範囲を含む約０％、約１０％、約２０％、約３０％、約４０％、約５０％、約６０％、および約７０％）であり得る。
【００４４】
ＬＥＤ層１３０は、ストレッサ層を使用して、ホスト基板に転写されることができる。例えば、ストレッサ層（例えば、Ｎｉ膜等の高応力金属膜）が、所与のＬＥＤ層１３０上に形成されることができ、その後、ストレッサ層上のテープ層の形成が続く（例えば、図６Ａ−６Ｆ参照）。テープ層およびストレッサ層は、ＬＥＤ層１３０と剥離層１２０との間の界面に高い応力エネルギーを印加することによって、速い剥離速度において剥離層１２０からＬＥＤ層１３０を機械的に分離するために使用されることができる。いずれの特定の理論によっても拘束されるわけではないが、剥離速度は、少なくともグラフェンとＬＥＤ層１３０等の他の材料との間の弱いファンデルワールス接合に起因して、高速であり得る。
【００４５】
いったんＬＥＤ層１３０がホスト基板上に設置されると、テープ層およびストレッサ層は、金属接点の形成等のさらなる処理のために、ＬＥＤ層１３０を残して除去されることができる。いくつかの例では、テープ層およびストレッサ層は、ＦｅＣｌ３ベースの溶液によってエッチングされることができる。
【００４６】
図２Ａは、図１Ａ−１Ｄに図示される方法１００を介して製作され得る垂直に積層されたＬＥＤデバイス２００の概略図を示す。デバイス２００は、ＬＥＤスタックを形成するように垂直に積層された３つのＬＥＤ層２１０、２２０、および２３０を含む。第１のＬＥＤ層２１０は、第１の波長（例えば、約５８０ｎｍ〜約７６０ｎｍ）において発光するように構成され、第２のＬＥＤ層２２０は、第２の波長（例えば、約４９０ｎｍ〜約５８０ｎｍ）において発光するように構成され、第３のＬＥＤ層２３０は、第３の波長（例えば、約３９０ｎｍ〜約４９０ｎｍ）において発光するように構成されている。３つのＬＥＤ層２１０−２３０によって放射される光は、デバイス２００の光軸に沿って（すなわち、図２Ａに図示されるようなｙ方向に沿って）伝搬する出力光２０５を形成するように多重化される。デバイス２００は、１つのみの方向（例えば、図２Ａのようなｙ方向）に沿ってデバイス２００に発光させるように、ＬＥＤスタックの一方の端部上に配置された（例えば、第１のＬＥＤ層２１０に結合された）反射体２４０（例えば、ニッケル反射体）も含む。
【００４７】
２つのカプセル封入層２５０ａおよび２５０ｂが、ＬＥＤスタックおよび反射体２４０をカプセル封入するために使用される。一例では、２つの別個の層が、カプセル封入層２５０ａおよび２５０ｂとして使用されることができる。別の例では、２つのカプセル封入層２５０ａおよび２５０ｂは、ＬＥＤスタックおよび反射体２４０を実質的に封入する、単一のカプセル封入パッケージの一部であり得る。
【００４８】
デバイス２００は、種々の用途に使用されることができる。例えば、デバイス２００は、ＬＥＤ照明デバイスを構築するために使用されることができる。出力光２０５の色は、３つのＬＥＤ層２１０−２３０によって放射される光の相対強度を変化させることによって、調節されることができる。例えば、電圧が、各ＬＥＤ層（すなわち、２１０、２２０、および２３０）に別個に印加されることができるので、各ＬＥＤ層の出力光強度は、別個に独立して制御されることができる。結果として、出力光２０５の波長が、調節されることができる。
【００４９】
一例では、結果として生じるＬＥＤ照明デバイスは、照明アレイを形成するために、各々がデバイス２００に類似した複数の構成要素を含むことができる。アレイ内の異なる構成要素は、異なる波長において発光するように構成されることができる。別の例では、ＬＥＤ照明デバイスは、デバイス２００のような１つのみの構成要素を含むことができる。この事例では、デバイス２００の横寸法（例えば、図２Ａに図示されるようなｘ方向に沿った寸法）は、約１ｍｍ以上であり得る（例えば、その間の任意の値および部分範囲を含む約１ｍｍ、約２ｍｍ、約５ｍｍ、約１０ｍｍ、約２０ｍｍ、またはそれを上回る）。
【００５０】
デバイス２００は、ＬＥＤディスプレイに使用されることもできる。ＬＥＤディスプレイは、各々がデバイス２００に類似し得る複数のピクセル（例えば、ピクセルの２Ｄアレイ）を含むことができる。この事例では、各ピクセルにおける出力光２０５の波長は、ＬＥＤディスプレイ上に表示される画像に応じて、制御可能であり得る。
【００５１】
図２Ｂは、垂直に積層されたＬＥＤデバイス２６５のアレイを含む装置２６０の概略図を示す。各ＬＥＤデバイス２６５は、図２Ａに示されるデバイス２００に類似し得る。加えて、各ＬＥＤデバイス２６５（すなわち、各ピクセル）は、ＬＥＤデバイス２６５の動作（例えば、出力色）を制御するアクティブマトリクス回路と統合されることができる。図２Ｂに示されるアレイは、５行および８列を含む。実践では、任意の他の寸法も、使用されることができる。例えば、装置２６０は、ディスプレイとして使用されることができ、アレイ内のデバイス２６５の数は、約１００〜１００万を上回り得る。
【００５２】
（電極接合を介してＬＥＤデバイスを製作する方法）
【００５３】
図３Ａ−３Ｌは、電極接合を介して、垂直に積層ＬＥＤデバイスを製作する方法３００を図示する。方法３００では、図３Ａに示されるように、第１のＬＥＤ層３２０が、例えば、本明細書に説明される層転写技法を使用して、ホスト基板３１０上に配置されている。第１の電極層３２５が、次いで、図３Ｂ（上面図）および図３Ｃ（側面図）に示されるように、第１のＬＥＤ層３２０上に配置されている。第１の電極層３２５は、金属（例えば、金、銀、アルミニウム等）、伝導性酸化物（例えば、インジウムスズ酸化物）、カーボンナノチューブ、または任意の他の伝導性材料から作製されることができる。図３Ａに示されるように、第１の電極層３２５は、第１の方向（例えば、ｘ方向）に沿った伝導性ストリップ３２６のアレイと、これらの伝導性ストリップ３２６を電気的に結合する第１の方向と垂直な第２の方向（例えば、ｙ方向）に沿ったバスストリップ３２７とを含むことができる。
【００５４】
図３Ｄでは、第２のＬＥＤ層３３０が、製作され、第２の電極層３３５ａが、第２のＬＥＤ層３３０上に配置されている。第２のＬＥＤ層３３０および第２の電極層３３５ａは、別個の基板（図３Ｄに示されていない）上に調製され、次いで、第１のＬＥＤ層３２０に転写されることができる。第２の電極層３３５ａは、図３Ｅに示されるように、第２のＬＥＤ層３３０を第１のＬＥＤ層３２０と一緒に結合するために、第１の電極層３２５に結合されることができる。一例では、第２の電極層３３５ａは、（例えば、冷間圧接を介して）第１の電極層３２５に溶接されることができる。別の例では、第２の電極層３３５ａは、伝導性接着剤または伝導性テープを介して、第１の電極層３２５に接合されることができる。さらに別の例では、第２の電極層３３５ａは、熱圧着接合または共晶接合を介して、第１の電極層３２５に接合されることができる。
【００５５】
第３の電極層３３５ｂが、次いで、図３Ｆ（上面図）および図３Ｇ（側面図）に図示されるように、２つの電極層３３５ａおよび３３５ｂが第２のＬＥＤ層３３０の反対側に配置されるように、第２のＬＥＤ層３３０の表面上に形成される。図３Ｈでは、第３のＬＥＤ層３４０および第３のＬＥＤ層３４０上に配置された第４の電極層３４５が、別個の基板上に調製される。第３のＬＥＤ層３４０は、次いで、図３Ｉに示されるように、第４の電極層３４５を第３の電極層３３５ｂと結合することによって、第２のＬＥＤ層３３０（および第１のＬＥＤ層３２０）に結合される。
【００５６】
図３Ｊでは、メサが、ＬＥＤ層３２０、３３０、および３４０上にパターン化される。より具体的には、第１のメサ３２６が、第１のＬＥＤ層３２０上に形成され、第２のメサ３３６が、第２のＬＥＤ層３３０上に形成され、第３のメサ３４６が、第３のＬＥＤ層３４０上に形成される。メサ３２６−３４６は、例えば、対応するＬＥＤ層３２０−３４０の選択エッチングを介して、形成されることができる。図３Ｊは、第１のＬＥＤ層３２０の下方に配置された接触層３２２も示す。接触層３２２は、第１のＬＥＤ層３２０がホスト基板３１０に転写される前、ホスト基板３１０上に形成されることができる。
【００５７】
図３Ｋは、後方反射体３５０が第３のＬＥＤ層３４０上に形成されることを示す。
後方反射体３５０は、電極としても機能し得るように、金属（例えば、金、銀、アルミニウム等）を含むことができる。図３Ｌでは、第１の接点３２８が、第１のＬＥＤ層３２０を電力供給または制御回路等の外部回路に電気的に接続するために、接触層３２２上で第１のＬＥＤ層３２０のそばに形成される。第２のＬＥＤ層３３０も、電極層３２５および３３５ａのバスストリップであり得る第２の接点３３８を有する。同様に、第３のＬＥＤ層３４０は、電極層３３５ｂおよび３４５のバスストリップであり得る、第３の接点３４８を有する。上で説明されるように、後方反射体３５０は、電気接点として機能し、第３のＬＥＤ層３４０を外部回路に結合することができる。
【００５８】
図３Ｋに図示されるように、結果として生じるデバイス３６０は、３つのＬＥＤ層３２０、３３０、および３４０から放射される光の多重化を含む光３０５を放射することができる。ホスト基板３１０は、出力光３０５を通すように、出力光３０５に対して実質的に透明であり得る。ホスト基板３１０は、可撓でもあり得、その場合、デバイス３６０は、ウェアラブルまたは伸張可能ＬＥＤデバイスに使用されることができる。ホスト基板３１０は、エラストマ（例えば、伸張可能ＬＥＤ用）もしくはポリマーおよび／または金属箔（例えば、可撓なデバイス用）を含むことができる。
【００５９】
（伝導性ポリマーを使用してＬＥＤデバイスを製作する方法）
【００６０】
図４Ａ−４Ｅは、伝導性ポリマーを使用して、垂直に積層されたＬＥＤデバイスを製作する方法４００を図示する。図４Ａは、第１のＬＥＤ層４２０が、例えば、本明細書に説明される層転写技法を使用して、ホスト基板４１０上に形成されることを示す。第２のＬＥＤ層４３０が、次いで、図４Ｂに示されるように、第１の伝導性ポリマー層４３５を介して、第１のＬＥＤ層４２０と結合される。第１の伝導性ポリマー層４３５は、例えば、スピンコーティングを介して、第１のＬＥＤ層４２０上に形成されることができる。代替として、第１の伝導性ポリマー層４３５は、第２のＬＥＤ層４３０上に形成され、次いで、第１のＬＥＤ層４２０に転写されることができる。図４Ｃでは、第３のＬＥＤ層４４０が、第２の伝導性ポリマー層４４５を介して、第１のＬＥＤ層４２０と第２のＬＥＤ層３４０との組み合わせに結合される。３つのＬＥＤ層４２０、４３０、および４４０は、３つの異なる波長において発光するように構成されることができる。
【００６１】
図４Ｄは、メサ４２６、４３６、および４４６が、それぞれ、ＬＥＤ層４２０、４３０、および４４０に形成されることを示す。図４Ｄは、第１のＬＥＤ層４２０を外部回路と電気的に結合するために第１のＬＥＤ層４２０に結合された接触層４２５も示す。図４Ｅでは、上部反射体４５０が、第１のＬＥＤ層４２０に向かって後方に光を反射するように、ならびに電極として機能するように、第３のＬＥＤ層４４０上に形成される。加えて、金属接点４２８、４３８、および４４８が、それぞれ、対応するメサ４２６、４３６、および４４６上に形成される。結果として生じるデバイス４６０は、３つのＬＥＤ層４２０、４３０、および４４０から放射される光の多重化を含む出力光４０５を放射するように構成される。
【００６２】
（トランジスタを含む垂直に積層されたＬＥＤデバイス）
【００６３】
図５Ａ−５Ｃは、デバイス５００の動作を制御するためのトランジスタを含む垂直に積層されたＬＥＤデバイス５００の概略図を示す。デバイス５００は、ホスト基板５１０と、電極として機能するようにホスト基板５１０上に配置された第１の接触層５２５とを含む。３つのＬＥＤ層５２０、５３０、および５４０は、ホスト基板５１０上に垂直に積層され、電極層５３５および５４５によって電気的に結合される。より具体的には、第１のＬＥＤ層５２０は、第１の接触層５２５上に配置され、第２のＬＥＤ層５３０は、第１の電極層５３５を介して第１のＬＥＤ層５２０上に配置され、第３のＬＥＤ層５４０は、第２の電極層５４５を介して第２のＬＥＤ層５３０上に配置されている。後方反射体５５０が、ホスト基板５１０に向かって後方に光を反射するように、ならびに電極として機能するように、第３のＬＥＤ層５４０上に配置されている。デバイス５００は、ＬＥＤ層５２０、５３０、および５４０の側壁上と後方反射体５５０上とに配置された不動態化層５６０も含む。不動態化層５６０は、誘電体材料（例えば、ポリイミドまたはＳｉＯ２、もしくはＳｉＮ）を含むことができ、例えば、原子層堆積（ＡＬＤ）技法を介して、堆積されることができる。接点５２８が、外部回路との第１のＬＥＤ層５２０の電気結合を促進するために、第１の接触層５２５上に配置されている。デバイス５００の少なくとも一部（例えば、不動態化層５６０を差し引いた図５Ａに示される構造）は、図３Ａ−３Ｌに図示される方法３００を使用して、製作されることができる。
【００６４】
図５Ｂでは、インジウムガリウム亜鉛酸化物（ＩＧＺＯ）層５７０が、動作制御のためにトランジスタの製作を可能にするために、不動態化層５６０上に形成される。例えば、ＩＧＺＯ層５７０は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を製作するために使用されることができる。ＩＧＺＯ層５７０は、例えば、スパッタリング技法を使用して、製作されることができる。ＩＧＺＯ層５７０は、非晶質シリコンまたは任意の他の金属酸化膜半導体によって置換されることもできる。
【００６５】
図５Ｃでは、３つのトランジスタ５８２、５８３、および５８４が、形成される。一例では、３つのトランジスタ５８２、５８３、および５８４は、図５Ｃに図示されるように、同じＩＧＺＯ層５７０を共有する。別の例では、３つの別個のＩＧＺＯ層が、３つのトランジスタ５８２、５８３、および５８４のために形成されることができる。一例では、各トランジスタ（５８２、５８３、および５８４）は、３つの端子、すなわち、ソース端子、ドレイン端子、およびゲート端子を含む金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）である。別の例では、各トランジスタ（５８２、５８３、および５８４）は、エミッタ、ベース、およびコレクタを含む従来のトランジスタであり得る。第１のトランジスタ５８２は、第１の接続５２９を介して第１のＬＥＤ層５２０に電気的に接続され、第２のトランジスタ５８３は、第２の接続５３９を介して第２のＬＥＤ層５３０に電気的に接続され、第３のトランジスタ５８４は、第３の接続５４９を介して第３のＬＥＤ層５４０に電気的に接続される。接続５２９、５３９、および５４９は、不動態化層２６０を通過する伝導性トレースを含むことができる。代替として、ビアが、トランジスタ５８２、５８３、および５８４を、それぞれ、ＬＥＤ層５２０、５３０、および５４０に接続するために、使用されることができる。
【００６６】
図６Ａ−６Ｆは、トランジスタ（例えば、図５Ａ−５Ｃに図示されるデバイス５００内のトランジスタ５８２−５８４）を製作するために使用され得るヘテロ構造を製作する方法６００を図示する。方法６００は、グラフェンベースの層転写技法を使用する。図６Ａでは、グラフェン層６２０（例えば、グラフェン単層）が、ＳｉＣウエハ等の基板６１０上に配置されている。ｈ−ＢＮ層６３０（すなわち、六方晶系型窒化ホウ素）が、次いで、グラフェン層６２０上にエピタキシャルに成長させられる。図６Ｂは、ストレッサ層６４０（例えば、ニッケル膜）がｈ−ＢＮ層６３０上にコーティングされ、テープ層６５０がストレッサ層６４０上に配置されることを示す。以前に説明されたように、テープ層６５０およびストレッサ層６４０は、図６Ｃに図示されるように、上部に酸化物層６６５（例えば、酸化ケイ素）を伴うシリコンウエハ６６０を含む第２の基板にｈ−ＢＮ層６３０を転写することができる。図６Ｃは、ストレッサ層６４０およびテープ層６５０が、さらなる処理のためにｈ−ＢＮ層６３０を残して、エッチングされることも示す。
【００６７】
図６Ｄでは、ｈ−ＢＮ／ＭｏＳ２ヘテロ構造を形成するために、ＭｏＳ２層６７０が、ｈ−ＢＮ層６３０上に堆積され、第２のｈ−ＢＮ層６８０が、ＭｏＳ２層６７０上に堆積される。図６Ｆは、ＨｆＯ３層６９０が上部ゲート誘電体として第２のｈ−ＢＮ層６８０上に堆積され、上部ゲート６９５が電気伝導のためにＨｆＯ３層６９０上に堆積されることを示す。トランジスタを形成するために、ソース端子６９６が、ＭｏＳ２層６７０の第１の側面上に形成され、ドレイン端子が、ＭｏＳ２層６７０の第２の側面上に形成される。ＭｏＳ２層６７０は、図５Ｃに示されるトランジスタ５８２−５８４のようなトランジスタを形成するために、ＩＧＺＯ層によって置換されることもできる。
【００６８】
（グラフェンベースの層転写を使用してＬＥＤデバイスを製作する方法）
【００６９】
図７Ａ−７Ｈは、グラフェンベースの層転写技法を使用して、ＬＥＤデバイス７００を製作する方法を図示する。図７Ａでは、グラフェン層７２０が、基板７１０（例えば、６インチＳｉＣ基板）上に成長させられる。次いで、グラフェン層７２０は、図７Ｂに示されるように、基板７１０から剥離され、図７Ｃに示されるように、標的基板７３０に転写される。標的基板７３０は、例えば、図７Ａで使用されるＳｉＣウエハよりも安価であり得る。
【００７０】
図７Ｄでは、ＬＥＤスタック７４０（例えば、可視ＬＥＤスタック）が、グラフェン層７２０上に製作される。この例では、ＬＥＤスタック７４０は、ｐ−ＧａＮ層とｎ−ＧａＮ層との間に挟まれた３周期のＩＩＩ族窒化物多重量子井戸（ＩｎＧａＮ井戸およびＧａＮ障壁）を含む。当業者によって容易に理解されるように、他のタイプのＬＥＤスタックも、グラフェン層７２０上に成長させられることができる。
【００７１】
製作されたＬＥＤスタック７４０は、次いで、少なくとも２つの方法で処理されることができる。１つの方法では、図７Ｅに図示されるように、電極７５０が、電気接点を形成するために、ＬＥＤスタック７４０上に堆積されることができる。例えば、薄いＮｉ／Ａｕ（５ｎｍ／５ｎｍ）が、ＬＥＤスタック７４０上に堆積され、次いで、１０分にわたって５００℃において焼鈍されることができる。これは、基板７３０を含むＬＥＤを生じさせる。
【００７２】
代替として、図７Ｆに図示されるように、ＬＥＤスタック７４０は、基板７３０から除去され得る。基板７３０からＬＥＤスタック７４０を除去するために、ストレッサ層７６０が、標的基板７３０およびグラフェン７２０からＬＥＤスタック７４０を剥離するために、ＬＥＤスタック７４０上に配置されている。次いで、ストレッサ層７６０およびＬＥＤスタック７４０の組み合わせは、図７Ｇに示されるように、反転され、第２の標的基板７３５上に設置される。ストレッサ層７６０は、第２の標的基板７３５と接触し、ＬＥＤスタック７４０は、さらなる処理のために露出される。例えば、図７Ｇは、ＬＥＤメサ７４５がＬＥＤスタック７４０からエッチングされることを示す。図７Ｆでは、追加の電気接点７７０が、ＬＥＤメサ７４５およびストレッサ層７６０と統合される。
【００７３】
一例では、グラフェン層７２０は、ＬＥＤスタック７４０の成長のための種晶となることができ、標的基板７３０は、ＬＥＤスタック７４０の成長にいかなる影響も及ぼさないこともある。別の例では、グラフェン層７２０は、薄くあり得、標的基板７３０は、ＬＥＤスタック７４０の成長のための種晶となることができる。標的基板７３０は、ＧａＮ基板を含むことができる。
【００７４】
結果として生じるＬＥＤスタック７４０は、第１の波長において発光するように構成されることができ、図７Ａ−７Ｈに図示される方法７００は、第２の波長において発光するように構成される第２のＬＥＤスタックおよび第３の波長において発光するように構成される第３のＬＥＤスタックを形成するために、繰り返されることができる。３つのＬＥＤスタックは、次いで、例えば、図１Ａ−１Ｄに示される手順に従って、垂直に積層されたＬＥＤデバイスを形成するために再び積層されることができる。
【００７５】
（結語）
【００７６】
種々の発明の実施形態が、本明細書に説明および図示されているが、当業者は、本明細書に説明される機能を果たす、および／または結果ならびに／もしくは利点のうちの１つ以上のものを取得するための種々の他の手段および／または構造を容易に想定し、そのような変形例および／または修正の各々は、本明細書に説明される発明の実施形態の範囲内にあると見なされる。より一般的には、当業者は、本明細書に説明される全てのパラメータ、寸法、材料、および構成が、例示的であるように意図されており、実際のパラメータ、寸法、材料、および構成が、発明の教示が使用される１つまたは複数の用途に依存するであろうことを理解するであろう。当業者は、日常的にすぎない実験を使用して、本明細書に説明される具体的な発明の実施形態の多くの均等物を認識するであろう、または解明することができるであろう。したがって、前述の実施形態は、一例のみとして提示され、添付の請求項およびその均等物の範囲内で、発明の実施形態は、具体的に説明および請求されるものとは別様に実践され得ることを理解されたい。本開示の発明の実施形態は、本明細書に説明される各個々の特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法を対象とする。加えて、２つ以上のそのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法の任意の組み合わせは、そのような特徴、システム、物品、材料、キット、および／または方法が相互に矛盾しない場合、本開示の発明の範囲内に含まれる。
【００７７】
種々の発明の概念は、その例が提供されている１つ以上の方法としても具現化され得る。方法の一部として実施される行為は、任意の好適な方法で順序付けられ得る。故に、例証的実施形態では順次行為として示されたとしても、行為を同時に実施することを含み得る、図示されるものと異なる順序で行為が実施される実施形態が構築され得る。
【００７８】
本明細書で定義および使用されるような全ての定義は、辞書の定義、参照することによって本書に組み込まれる定義、および／または定義された用語の通常の意味を優先すると理解されるべきである。
【００７９】
明細書および請求項において本明細書に使用されるような不定冠詞「ａ」および「ａｎ」は、明確に反対に示されない限り、「少なくとも１つ」を意味すると理解されるべきである。
【００８０】
明細書および請求項において本明細書に使用されるような語句「および／または」は、そのように結合される要素の「いずれか一方または両方」、すなわち、ある場合には接続的に存在し、他の場合では離接的に存在する要素を意味すると理解されるべきである。「および／または」を用いて列挙される複数の要素は、同一の様式で、すなわち、そのように結合される要素のうちの「１つ以上の」ものであると解釈されるべきである。具体的に識別されるこれらの要素に関連するか、または関連しないかどうかにかかわらず、「および／または」の節によって具体的に識別される要素以外の他の要素も、随意に、存在し得る。したがって、非限定的例として、「Ａおよび／またはＢ」の言及は、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備えている）」等の非制約的用語と併せて使用されるときに、一実施形態では、Ａのみ（随意に、Ｂ以外の要素を含む）、別の実施形態では、Ｂのみ（随意に、Ａ以外の要素を含む）、さらに別の実施形態では、ＡおよびＢの両方（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
【００８１】
明細書および請求項において本明細書に使用されるように、「または」は、上で定義されるような「および／または」と同一の意味を有すると理解されるべきである。例えば、リストの中の項目を分離するとき、「または」もしくは「および／または」は、包括的である、すなわち、少なくとも１つの包含であるが、いくつかの要素または要素のリストのうちの２つ以上のもの、随意に、追加の列挙されていない項目も含むものとして、解釈されるものとする。「〜のうちの１つのみ」または「〜のうちの正確に１つ」、もしくは請求項で使用されるとき、「〜から成る」等の明確に反対に示される用語のみが、いくつかの要素または要素のリストのうちの正確に１つの要素の包含を指すであろう。一般に、本明細書で使用されるような用語「または」は、「いずれか」、「〜のうちの１つ」、「〜のうちの１つのみ」、または「〜のうちの正確に１つ」等の排他性の用語が先行するときに、排他的代替物（すなわち、「両方ではないが一方または他方」）を示すものとして解釈されるのみとする。「本質的に〜から成る」は、請求項で使用されるときに、特許法の分野で使用されるようなその通常の意味を有するものとする。
【００８２】
明細書および請求項において本明細書に使用されるように、１つ以上の要素のリストの参照における語句「少なくとも１つ」は、要素のリストの中の要素のうちのいずれか１つ以上のものから選択されるが、要素のリスト内に具体的に列挙されるありとあらゆる要素のうちの少なくとも１つを必ずしも含むわけではなく、要素のリストの中の要素のいかなる組み合わせも除外しない、少なくとも１つの要素を意味すると理解されるべきである。この定義は、具体的に識別されるこれらの要素に関連するか、または関連しないかどうかにかかわらず、用語「少なくとも１つ」が指す要素のリスト内で具体的に識別される要素以外の要素が、随意に、存在し得ることも可能にする。したがって、非限定的例として、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」（または同等に、「ＡまたはＢのうちの少なくとも１つ」等に、「Ａおよび／またはＢのうちの少なくとも１つ」）は、一実施形態では、Ｂが存在しない（随意に、Ｂ以外の要素を含む）、随意に、２つ以上のＡを含む少なくとも１つのＡ、別の実施形態では、Ａが存在しない（随意に、Ａ以外の要素を含む）、随意に、２つ以上のＢを含む少なくとも１つのＢ、さらに別の実施形態では、随意に、２つ以上のＡを含む少なくとも１つのＡ、および随意に、２つ以上のＢを含む少なくとも１つのＢ（随意に、他の要素を含む）等を指すことができる。
【００８３】
請求項および上記の明細書では、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ（〜を備えている）」、「ｃａｒｒｙｉｎｇ（〜を担持する）」、「ｈａｖｉｎｇ（〜を有する）」、「ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ（〜を含有する）」、「ｉｎｖｏｌｖｉｎｇ（〜を伴う）」、「ｈｏｌｄｉｎｇ（〜を保持する）」、「ｃｏｍｐｏｓｅｄ  ｏｆ（〜から成る）」等の全ての移行句は、非制約的である、すなわち、「限定ではないが、〜を含む」を意味すると理解されるものである。移行句「ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｏｆ  （〜から成る）」および「本質的に〜から成る（ｃｏｎｓｉｓｔｉｎｇ  ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ  ｏｆ）」のみが、それぞれ、米国特許庁特許審査手順マニュアル第２１１１．０３節に記載されるように、閉鎖的または半閉鎖的移行句であるものとする。
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図３−３】
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【図３−４】
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【図３−５】
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【図３−６】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図４−３】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【図７−１】
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【図７−２】
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【国際調査報告】
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