特許 7293112 マイクロ画素ディスプレイからの偏光発光及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-06-09

(45)【発行日】2023-06-19

(54)【発明の名称】マイクロ画素ディスプレイからの偏光発光及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/48 20100101AFI20230612BHJP

   H01S 5/40 20060101ALI20230612BHJP

   H01S 5/02255 20210101ALI20230612BHJP

   H01L 33/16 20100101ALI20230612BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20230612BHJP

   G09F 9/33 20060101ALI20230612BHJP

【ＦＩ】

H01L33/48

H01S5/40

H01S5/02255

H01L33/16

H01L33/32

G09F9/33

【請求項の数】 20

(21)【出願番号】P 2019529479

(86)(22)【出願日】2017-11-28

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2020-01-16

(86)【国際出願番号】 US2017063508

(87)【国際公開番号】W WO2018102311

(87)【国際公開日】2018-06-07

【審査請求日】2020-11-18

(31)【優先権主張番号】62/429,033

(32)【優先日】2016-12-01

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】15/672,060

(32)【優先日】2017-08-08

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(73)【特許権者】

【識別番号】507349503

【氏名又は名称】オステンド・テクノロジーズ・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100098394

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 茂樹

(74)【代理人】

【識別番号】100064621

【弁理士】

【氏名又は名称】山川 政樹

(72)【発明者】

【氏名】エル－ゴロウリー，フセイン・エス

(72)【発明者】

【氏名】デミル，ナタリー

【審査官】淺見 一喜

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１０－５４１２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１７６０４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３２８０４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１２３９６９（ＪＰ，Ａ）

【文献】韓国公開特許第１０－２０１２－００９５０８０（ＫＲ，Ａ）

【文献】特開２００８－２５８５６１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１０－５１２３０１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１４６５７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００８－２１８６４５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／０３４９４２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】Ting Zhi, et al.，Polarized Emission From InGaN/GaN Single Nanorod Light-Emitting Diode，IEEE PHTONICS TECHNOLOGY LETTERs，IEEE，2016年02月25日，28，721-724，(Date of publication December 17, 2015; Date of current version February 25, 2016)

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ３３／００－３３／６４

Ｈ０１Ｓ ５／００－５／５０

Ｇ０９Ｆ ９／３３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

多色偏光発光画素の二次元配列を含む多色電子発光型ディスプレイデバイスであって、各多色発光画素は：
無極性又は半極性ＩＩＩ族窒化物材料系から製造する複数の発光層であって、各発光層は、偏光の発生のために少なくとも１層のエピ層での圧縮又は引張り歪みによる面内歪みの非対称性を有し、各発光層は、異なる色を発光するためのもので、多色画素の配列内で隣接する多色画素から各多色画素を電気的及び光学的に分離する垂直側壁の格子を用いて、垂直方向に積層される、発光層；
前記発光層に、エッチングした反射側壁空洞を形成し、光学的に結合して、前記発光層によって生成した偏光を、前記発光層の積層体の第１面から垂直方向に発光する複数の垂直導波路；
前記発光層の積層体の前記第１面に対向する第２面によって、デジタル半導体構造体上に積層する、発光層の積層体；及び
前記デジタル半導体構造体にある複数のデジタル半導体回路であって、各デジタル半導体回路を、前記垂直側壁内に埋設した垂直相互接続子によって、前記発光層に電気的に結合して、各前記発光層のオン／オフ状態を別々に制御する、デジタル半導体回路
を含む、多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項2】

前記デジタル半導体構造体を、外部電源から各画素の色毎に、制御信号及びパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ビットを収容する画素配列ビットフィールドを受信して、各前記発光層のオン／オフ状態を別々に制御するように、電気的に結合する、請求項１に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項3】

前記デジタル半導体構造体を、光変調映像ビットストリームを受信するように、電気的に結合し、前記デジタル半導体構造体は、多色マイクロ画素配列用ＰＷＭビットフィールドを生成するのに必要なロジック機能を更に含み、各前記発光層のオン／オフ状態を別々に制御する、請求項１に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項4】

前記発光層の少なくとも１層を、極性面又は半極性面それぞれに沿ったエピタキシャル成長方向を有する、前記無極性又は半極性のＩＩＩ族窒化物材料系から製造し、それにより前記偏光を、前記少なくとも１層のエピ層での圧縮又は引張り歪みにより、前記発光層から発光する、請求項１に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項5】

前記多色電子発光型ディスプレイデバイスを、前記複数の発光層のオン－オフ状態を独立的に制御するように構成したシリコンベースの相補型金属酸化膜半導体（Ｓｉ－ＣＭＯＳ）構造体に接合すると共に、電気的に結合する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項6】

前記発光層の少なくとも１層を、（１００）ＬｉＡｌＯ_２基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項7】

前記少なくとも１層を、ｒ面Ａｌ_２Ｏ_３基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項8】

前記少なくとも１層を、ｍ面Ａｌ_２Ｏ_３基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項9】

前記少なくとも１層を、六方晶系多形のＳｉＣ基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項10】

前記少なくとも１層を、スピネル（（１００）、（１１０）、ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）面基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項11】

前記少なくとも１層を、ミスカットを含む（００１）Ｓｉ基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項12】

前記少なくとも１層を、７°のミスカットを含む（００１）Ｓｉ基板材料を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項13】

前記少なくとも１層を、ＧａＮ基板材料のバルクｍ面、ａ面又は半極性面を使用して、無極性又は半極性配向で成長させる半導体材料から製造する、請求項４に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項14】

前記発光層の少なくとも１層を、ｃ面ＧａＮの横方向エピタキシャル成長の１つ又は複数のファセット側壁を含む基板上に成長させた非ｃ面配向ＩＩＩ族窒化物材料系から製造し、発光した光において光学的偏光異方性を誘起する、請求項１に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項15】

前記発光層の少なくとも１層を、ｃ面配向ＧａＮ材料系のエピ層から製造し、該層では、異方性歪みをｃ面ＧａＮで誘起し、それにより前記発光層から発光した光における光学的偏光が、前記ｃ面配向ＧａＮ材料系のエピ層の少なくとも１層上での圧縮又は引張り歪みにより、発生する、請求項１に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項16】

異方性歪みを、前記ｃ面配向ＧａＮ材料系のエピ層の少なくとも１層に歪みを導入することによって、前記ｃ面ＧａＮで誘起する、請求項１５に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項17】

異方性歪みを、Ａ面サファイア上で前記ｃ面配向ＧａＮ材料系のエピ層を成長させることによって、前記ｃ面ＧａＮで誘起する、請求項１６に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項18】

前記ｃ面ＧａＮにおける異方性歪みを、ＡｌリッチのＡｌＮ／Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ量子井戸又はＡｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ歪み層によって補正する、請求項１６に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項19】

異方性歪みを、ｃ面ＧａＮ上で成長させたナノ構造体によって、前記ｃ面ＧａＮで誘起する、請求項１６に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【請求項20】

前記ナノ構造体は、光子結晶、金属ナノ粒子、楕円形ナノロッド又はナノ格子の中の少なくとも１つを含む、請求項１９に記載の多色電子発光型ディスプレイデバイス。

【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１２月１日付で出願した米国仮特許出願第６２／４２９，０３３号の利益を主張する。

【0002】

本発明は、ＬＥＤやレーザダイオード構造体等の固体発光器に関する。特に、本発明は、ＩＩＩ族窒化物材料の固有な結晶学的特性を利用し、それにより偏光を、発光構造体から発光する、ＩＩＩ族窒化物材料から製造する固体発光構造体に関する。

【背景技術】

【0003】

固体発光器は、今日の市販電子ディスプレイシステムの最先端にある。多くのディスプレイシステムは、ディスプレイ要素上の「オン」画素と「オフ」画素との間で高いコントラスト比を得るために偏光特性を利用している。非偏光を使用するのに、かかるディスプレイシステムは、複数の偏光子と偏光光学素子を組み込む必要があり、ディスプレイシステムが、より大きく、より複雑で、エネルギ効率が低く、高価になってしまう。ＩＩＩ族窒化物の材料系は、特定の偏光状態に好都合な材料における結晶面を選択することによって、ＩＩＩ族窒化物材料から発光する光の偏光状態を結晶学的に調整する方法を提供する。これにより、固体発光系を、最小量の発光技術作業（ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）で製造可能にし、固体発光系を、電力消費量や設計に関して、根本的に効率化できる。

【0004】

特定の市販ＬＥＤは、ＩＩＩ族窒化物材料系を利用している。深紫外線から近赤外線の発光波長に及ぶバンドギャップが大きい、ＡｌＧａＩｎＮ材料系は、その出力が、全可視電磁波スペクトルをカバーするため、電子ディスプレイにとって魅力的な材料系である。既存のディスプレイ技術で使用するＧａＮのＬＥＤの殆どは、ウルツ鉱型ＧａＮの極性（０００１）ｃ面上に成長させる。しかしながら、ＧａＮの非基底面は、伝統的なｃ面ＧａＮに対して顕著な利点及び異なる光学的特性を提供する。不所望には、ｃ面ＧａＮの多重量子井戸内部の偏光に関する電界により、量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ：ｑｕａｎｔｕｍ ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ ｅｆｆｅｃｔ）が、低エネルギ再結合遷移を生じさせ、ピーク発光波長における特徴的なブルーシフトが、電流密度が増大するにつれて、観測される（非特許文献１）。ｃ面成長に関する別の不所望な結果としては、高電流密度で発生する効率低下（ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｄｒｏｏｐ）がある（非特許文献２）。

【0005】

最初の高品質な無電極成長材料の１つが、２０００年に、非特許文献３によって、ＧａＮのｍ面に関して報告された。このＧａＮの無極性面は、ｃ面とで９０°の角度を形成し、半極性面は、０°～９０°の中間の角度を形成する。また、半極性面は、ミラー－ブラヴェ指数則（Ｍｉｌｌｅｒ－Ｂｒａｖｉｓ ｉｎｄｅｘｉｎｇ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎ）における非ゼロのｈ、ｋ又はｉ指数だけでなく、非ゼロのｌ指数を有する面である。極性面、無極性面、及び半極性面を含むＧａＮ六方晶材料の様々な結晶面を、図１に示す。

【0006】

ＧａＮの基底ｃ面とは異なり、無極性面及び半極性面では、電気ベクトルの方向に依存する不平等な光子放出を示す、即ち；ｃ軸に垂直な光（Ｅ⊥ｃ）と、ｃ軸に平行な光（Ｅ||ｃ）は、不平等である。歪みを含むウルツ鉱型半導体に対する有効質量ハミルトニアンを導出した、非特許文献４を使用して、非特許文献５は、ウルツ鉱型ＧａＮの光学利得に関する異方性についての論理的研究を構築でき、この異方性が、異方性価電子帯によって引き起こされることを示した。数学的に、彼らは、価電子帯に対する６ｘ６全ハミルトニアン（ｆｕｌｌ ６ｘ６ Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ）から求めた平均運動量行列要素を使用して、価電子帯の因子（ｆａｃｔｏｒ）が不平等なため、該因子は、異方性に寄与するはずであることを示した。ＧａＮの価電子帯は、主にＮ２ｐ状態からなり、波動ベクトルｋ＝０（Γポイント）であるブリユアンゾーンの中心で、原子のｐ_x及びｐ_y特性を有する価電子帯は、縮退しており、ｐ_zは、低エネルギにあり、その結果、スピン軌道相互作用について考慮することなく、価電子帯を２つに分裂する（結晶場分裂△_crとして知られる）。スピン軌道相互作用は、ｐ_x及びｐ_y特性を有する状態をそれ以上縮退させず、ｃ面配向に対して重い正孔帯（ＨＨ）と軽い正孔帯（ＬＨ）を形成する。伝導帯最小値付近のエネルギバンド特性は、そこでの状態が、全方向で対称的であるＮ及びＧａのｓ軌道特性から主に成るため、この種の分裂には影響を受けない。

【0007】

ｃ面（ｘ－ｙ面内に入る）の価電子帯に対する波動関数（基礎状態）を、非特許文献６によって、以下のように定義する。

【0008】

【数1】

【0009】

上記式から、ＨＨ及びＬＨ帯が、（|Ｘ±ｉＹ〉）の混合であり、等方的な二軸の歪み（歪み成分ε_xx＝ε_yyの場合）を有するｃ面配向では、光学的偏光異方性が全くないことが明らかである。しかしながら、無極性及び半極性の結晶配向に関して、歪みは、もはや等方的ではない。一例として、ｍ面を使用した際に、ＧａＮの結晶場は、ｐ関数の軸をｃ軸に沿って固定する程十分強力であることが、非特許文献７によって、示された。ｃ面配向における元の混合状態を、これ以上維持せず、次に、状態は、|Ｘ〉状及び|Ｙ〉状になる（非特許文献８）。ＩｎＧａＮ／ＧａＮ井戸の、例えば、圧縮、二軸性、異方的歪みを有するｍ面上の成長では、ｚ方向へのエネルギ（ｃ軸、ｃ軸の|Ｚ〉状態を、Ｅ_v3と呼ぶ）は、|Ｙ〉状態のＥ_v2より高く上昇する。|Ｘ〉状態のＥ_v1も、増大した歪みから上昇するが、既に他の２状態より高く、そのため最も高いエネルギ価電子帯として相対的な位置を維持し、|Ｙ〉状態は、ｍ軸に沿った引張り歪みにより、低くなる。この議論の概要を、図２に示す。

【0010】

ＧａＮの成長が、ｃ軸（ｚ方向）に沿って指向する場合、電界成分（Ｅ_x及びＥ_y）は、常に、ｃ軸と直交し、電子が価電子帯へ放射状に遷移するため、電界成分の偏光状態に全く違いがなく、その結果、発光した光は、一様に非偏光化する。しかしながら、ＧａＮの成長が、無極性面又は半極性面に沿って指向すると（再び、一例としてｍ面を取り上げると）、電界成分Ｅ_zは、今度は、ｃ軸に平行となる一方で、Ｅ_yは、ｃ軸と直交し、放射遷移確率がより低く、Ｅ_v3（|Ｚ〉状態）を好むＥ||ｃと比べて、Ｅ⊥ｃに関して放射遷移確率は、一層高く、Ｅ_v1（|Ｘ〉状態）を好む。従って、２つの異なる偏光状態が、発光で利用可能である。サンプルにおける偏光量を物理的に定量化するために、その偏光比、ρを、以下の式で定義する。

【0011】

【数2】

【0012】

式中、Ｉ_⊥（Ｉ_||）は、ｃ軸に垂直な（平行な）偏光状態での光の強度であり、ディスプレイ技術におけるコントラスト比のために最大値の限界を決定する。偏光の度合いは、量子閉じ込めによるｐ_z価電子帯の状態が混合するために、単一性（ｕｎｉｔｙ）から、常に逸脱するであろう（非特許文献９）。この作用についての更に徹底した論説は、非特許文献１０に見られる。

【0013】

２１世紀前半のディスプレイ技術の急伸は、様々なディスプレイ製品の幅広い商業化を齎した。最も一般的なディスプレイシステムの１つは、液晶ディスプレイ（「ＬＣＤ：ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙ」）である。よくある種類のＬＣＤは、捩れネマチック液晶ディスプレイである。このディスプレイは、均質な境界条件だが、２つの好適な配向方向を、互いに対して９０°回転させた状態で提供する、２電極面を有することによって、機能する。無電界時に、デバイスの厚さを横断するネマチック相の均等に捩られた領域を、得られる。薄液膜に垂直な電界を提供すると、液晶分子の誘電異方性が、該液晶分子を回転させたり、電界方向に整列させたりする。電界を切ると、分子は、元の状態に復帰する。

【0014】

ＬＣＤにおける画像コントラストを、両電極の表面付近での光学偏光子を利用して、反射光によって達成する。下側ＬＣＤ基板を、高反射率のために下面にミラー加工（ｍｉｒｒｏｒｅｄ）する。非偏光化した光は、デバイスの先端から入り、上部の配向方向に平行に偏光する。電極が、「オフ」状態にあれば、光は、デバイスを通り進み、液晶分子が９０°捩れながら、配向した後に、偏光が起こる。次に、光は、下部偏光子から反射面へと通過し、下部偏光子を通り跳ね返り、液晶分子を通り再び、配向を反転し、上部偏光子によって妨害されずに、通過する。従って、観察者らは、最初にデバイスに入る環境光を見ているため、この「オフ」状態は、観察者には明るく見える。「オン」状態に対しては、ここでも光は上部偏光子に入るが、今度は、電極を作動し、液晶分子を、基板と垂直に整列させる。従って、偏光方向の回転が全く起こらないため、如何なる光も下部偏光子を通過して、観察者へと反射して戻らない。この場合、「オン」状態は、観察者には暗く見える。この「オフ」と「オン」状態は、ディスプレイに対する許容可能な画像コントラストを生じさせる。

【0015】

３つの、主要な小さな形状因子（ｓｍａｌｌ ｆｏｒｍ ｆａｃｔｏｒ）の電子ディスプレイ構造体は、何らかの形で反射技術を利用している；オン／オフ位置に移動する切替可能ミラー（特許文献１）及び走査ミラーで操作するレーザビーム（特許文献２）は、其々、ある種の光源をＭＥＭＳデバイスと一体化する必要がある；ＬＣｏＳ（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｏｎ ｓｉｌｉｃｏｎ）は、ＣＭＯＳの反射層を組み込み（特許文献３及び特許文献４）、其々、全システム用の偏光源を必要とする；アクティブマトリクスＯＬＥＤ及びＬＥＤ；低複雑度を誇りながら、反射により発生するゴーストイメージを排除するのに更なる偏光子要素から利益を得られる（特許文献５及び特許文献６）。

【0016】

多数の従来技術のディスプレイデバイスは、ディスプレイで使用する偏光を発生させるために、更なる偏光要素を利用する。デバイスの活性領域から発光した後に光の電界を変形させる余計な物体は、一般的な解決方法である。本発明に関連する用途の例として、外部偏光層、位相板を使用する又は使用しない独立型偏光分離膜、周期格子構造体、及び偏光ビームスプリッタ等が挙げられるが、これらに限定されない（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及び特許文献１３）。

【0017】

具体的には、特許文献１４では、構造体上に更なる半導体層として成長させる偏光制御層として、複数の金属ナノワイヤを使用する。従来技術の一例、特許文献１５では、格子構造を組み込むことによって、偏光を発光する半導体チップを利用して、所望する放射成分を選択的に増強し、その結果どの偏光状態で発光するかを選択する。にもかかわらず、これは、偏光発光を起こすために、更なる要素を半導体チップ上に載置したままであり、上記従来技術は、実際にどのように偏光技術をディスプレイ製品に組み込むかについては全く言及していない。

【0018】

マイクロＬＥＤディスプレイ用に半導体材料の様々な結晶面を利用して、選択的な偏光状態を得る体系的な方法について記載している従来技術は、全く確認されていない。

【0019】

新規な発光型撮像素子（ｉｍａｇｅｒ）が、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２で開示されており、これら各特許を、本明細書に参照として完全に援用するものとし、該発光型撮像素子は、電磁放射の可視スペクトルを効率的に生成できるマイクロ半導体発光型ディスプレイデバイスである。開示された発光型撮像素子の使用法を、一般的な固体照明装置に容易に適用できるが、かかるデバイスのディスプレイ用途は、既に達成されている。この発光型「量子光子撮像素子」（ＱＰＩ：Ｑｕａｎｔｕｍ Ｐｈｏｔｏｎｉｃ Ｉｍａｇｅｒ）発光型ディスプレイデバイスは、ＩＩＩ族窒化物半導体デバイスの活性領域から光子を放出し、発光した光を自由空間に伝播する。「ＱＰＩ」は、本発明の譲受人である、Ｏｓｔｅｎｄｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．の登録商標である。各画素が、異なる色の固体ＬＥＤ又はレーザ発光器の積層体から発光するＱＰＩ撮像素子に加えて、単一画素の役割を果たす複数の固体ＬＥＤ又はレーザ発光器と並設して配置する異なる色の固体ＬＥＤ又はレーザ発光器から発光する撮像素子が、知られている。本発明のかかるデバイスは、一般的に発光型ディスプレイデバイスと呼ばれている。更に、本発明を、ＤＬＰやＬＣＯＳ等、多くの種類の空間光変調器（ＳＬＭ：Ｓｐａｔｉａｌ Ｌｉｇｈｔ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ、マイクロディスプレイ）用光源を作製するのに使用できるだけでなく、ＬＣＤ用バックライト光源としても使用できる。

【0020】

以下の記述では、同じ参照番号を、異なる図面中でも、同じ要素に使用する。詳細な構成や要素等の本明細書で定義する事項は、例示的な実施形態の包括的な理解を助けるために、提供される。しかしながら、本発明を、これらの具体的に定義した事項なしでも実施できる。また、周知の機能又は構成については、不必要な詳細で本発明を曖昧にしかねないため、詳述しない。本発明を理解して、本発明を実際にどのように実行し得るかを見るために、次に、本発明の実施形態について、非限定的な例だけとして、添付図を参照して、記載する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0021】

【文献】米国特許第５，０８３，８５７号

【文献】米国特許第６，２４５，５９０号

【文献】米国特許第７，３９６，１３０号

【文献】米国特許出願第２００４／０１２５２８３号

【文献】米国特許第５，９５２，７８９号

【文献】米国特許第９，１５９，７００号

【文献】米国特許第８，１２５，５７９号

【文献】米国特許第６，９６０，０１０号

【文献】米国特許第８，７６７，１４５号

【文献】米国特許第７，７８１，９６２号

【文献】米国特許第号７，３２５，９５７号

【文献】米国特許第７，８５４，５１４号

【文献】米国特許出願第２００５／００８８０８４号

【文献】米国特許出願第２００８／００５４２８３号

【文献】国際特許公開第ＷＯ２０１２１４０２５７号

【文献】米国特許第７，６２３，５６０号

【文献】米国特許第７，７６７，４７９号

【文献】米国特許第７，８２９，９０２号

【文献】米国特許第８，０４９，２３１号

【文献】米国特許第８，２４３，７７０号

【文献】米国特許第８，０９８，２６５号

【文献】米国特許第８，５６７，９６０号

【文献】米国特許第８，７２８，９３８号

【文献】米国特許第９，４４３，７２７号

【文献】米国特許第８，６２９，０６５号

【文献】米国特許第８，６７３，０７４号

【文献】米国特許第９，０２３，６７３号

【文献】米国特許第８，９９２，６８４号

【文献】米国特許第９，３０６，１１６号

【文献】米国特許第８，９１２，０１７号

【文献】米国特許第９，４１６，４６４号

【文献】米国特許第８，６４７，４３５号

【文献】米国特許出願第２０１１／０１８８５２８号

【文献】米国特許出願第２０１４／０３４９４２７号

【非特許文献】

【0022】

【文献】Ｔ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ， Ｓ． Ｓｏｔａ， Ｍ． Ｋａｔｓｕｒａｇａｗａ， Ｍ． Ｋｏｍｏｒｉ， Ｈ． Ｔａｋｅｕｃｈｉ， Ｈ． Ａｍａｎｏ， ａｎｄ Ｉ． Ａｋａｓａｋｉ， “Ｑｕａｎｔｕｍ－ｃｏｎｆｉｎｅｄ Ｓｔａｒｋ ｅｆｆｅｃｔ ｄｕｅ ｔｏ ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｉｎ ＧａＩｎＮ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌｓ，” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ３６， Ｌ３８２－Ｌ３８５ （１９９７）

【文献】Ｙ． Ｃ． Ｓｈｅｎ， Ｇ． Ｏ． Ｍｕｅｌｌｅｒ， Ｓ． Ｗａｔａｎａｂｅ， Ｎ． Ｆ． Ｇａｒｄｎｅｒ， Ａ． Ｍｕｎｋｈｏｌｍ， ａｎｄ Ｍ． Ｒ． Ｋｒａｍｅｓ， “Ａｕｇｅｒ ｒｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｉｎ ＩｎＧａＮ ｍｅａｓｕｒｅｄ ｂｙ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ９１， １４１１０１ （２００７）

【文献】Ｗａｌｔｅｒｅｉｔ， Ｏ． Ｂｒａｎｄｔ， Ａ． Ｔｒａｍｐｅｒｔ， Ｈ． Ｔ． Ｇｒａｈｎ， Ｊ． Ｍｅｎｎｉｇｅｒ， Ｍ． Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ， Ｍ． Ｒｅｉｃｈｅ， ａｎｄ Ｋ． Ｈ． Ｐｌｏｏｇ， “Ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｆｒｅｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，” Ｎａｔｕｒｅ ４０６， ８６５ （２０００）

【文献】Ｓ． Ｌ Ｃｈｕａｎｇ ａｎｄ Ｃ． Ｓ． Ｃｈａｎｇ， “ｋ－ｐ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，” Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ， ５４， ２４９１－２５０４ （１９９６）

【文献】Ｊ． Ｂ． Ｊｅｏｎ， Ｂ． Ｃ． Ｌｅｅ， Ｙｕ． Ｍ． Ｓｉｒｅｎｃｋｏ， Ｋ． Ｗ． Ｋｉｍ， ａｎｄ Ｍ． Ａ． Ｌｉｔｔｌｅｊｏｈｎ， “Ｓｔｒａｉｎ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｎ ｏｐｔｉｃａｌ ｇａｉｎ ｉｎ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ＧａＮ，” Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ８２， ３８６－３９１ （１９９７）

【文献】Ｓ． Ｌ Ｃｈｕａｎｇ ａｎｄ Ｃ． Ｓ． Ｃｈａｎｇ， “ｋ－ｐ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，” Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ， ５４， ２４９１－２５０４ （１９９６）

【文献】Ｋ． Ｄｏｍｅｎ， Ｋ． Ｈｏｒｉｎｏ， Ａ． Ｋｕｒａｍａｔａ， ａｎｄ Ｔ． Ｔａｎａｈａｓｈｉ， “Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ａｌｏｎｇ ｔｈｅ ｃ ａｘｉｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｈｏｔｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ ｏｆ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ＧａＮ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ７１， １９９６－１９９８ （１９９７）

【文献】Ｓ． Ｌ Ｃｈｕａｎｇ ａｎｄ Ｃ． Ｓ． Ｃｈａｎｇ， “ｋ－ｐ ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ｓｔｒａｉｎｅｄ ｗｕｒｔｚｉｔｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ，” Ｐｈｙｓｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗ Ｂ， ５４， ２４９１－２５０４ （１９９６）

【文献】Ｂ． Ｒａｕ， Ｐ． Ｗａｌｔｅｒｅｉｔ， Ｏ． Ｂｒａｎｄｔ， Ｍ． Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ， Ｋ． Ｈ． Ｐｌｏｏｇ， Ｊ． Ｐｕｌｓ， ａｎｄ Ｆ． Ｈｅｎｎｅｂｅｒｇｅｒ， “Ｉｎ－ｐｌａｎｅ ｐｏｌａｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｉｓｏｔｒｏｐｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｐｏｎｔａｎｅｏｕｓ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｏｆ Ｍ－ｐｌａｎｅ ＧａＮ／（Ａｌ，Ｇａ）Ｎ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌｓ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ７７， ３３４３－３３４５ （２０００）

【文献】Ｙ． Ｚｈａｏ， Ｒ． Ｍ． Ｆａｒｒｅｌｌ， Ｙ．－Ｒ． Ｗｕ， ａｎｄ Ｊ． Ｓｐｅｃｋ， “Ｖａｌｅｎｃｅ ｂａｎｄ ｓｔａｔｅｓ ａｎｄ ｐｏｌａｒｉｚｅｄ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｍｉｓｓｉｏｎ ｆｒｏｍ ｎｏｎｐｏｌａｒ ａｎｄ ｓｅｍｉｐｏｌａｒ ＩＩＩ－ｎｉｔｒｉｄｅ ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ ｏｐｔｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｄｅｖｉｃｅｓ，” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ５３， １００２０６ （２０１４）

【文献】Ｄ． Ｅｈｒｅｎｔｒａｕｔ， Ｒ． Ｔ． Ｐａｋａｌａｐａｔｉ， Ｄ． Ｓ． Ｋａｍｂｅｒ， Ｗ． Ｊｉａｎｇ， Ｄ． Ｗ． Ｐｏｃｉｕｓ， Ｂ． Ｃ． Ｄｏｗｎｅｙ， Ｍ． ＭｃＬａｕｒｉｎ， ａｎｄ Ｍ． Ｄ’Ｅｖｅｌｙｎ， “Ｈｉｇｈ ｑｕａｌｉｔｙ， ｌｏｗ ｃｏｓｔ ａｍｍｏｎｏｔｈｅｒｍａｌ ｂｕｌｋ ＧａＮ ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ，” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ５２， ０８ＪＡ０１ （２０１３）

【文献】Ｗ． Ｊｉｅ－Ｊｕｎ， Ｗ． Ｋｕｎ， Ｙ． Ｔｏｎｇ－Ｊｕｎ， ａｎｄ Ｚ． Ｇｕｏ－Ｙｉ， “ＧａＮ ｓｕｂｓｔｒａｔｅ ａｎｄ ＧａＮ ｈｏｍｏ－ｅｐｉｔａｘｙ ｆｏｒ ＬＥＤｓ： Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ａｎｄ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ，” Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ２４， ０６６１０５ （２０１５）

【文献】Ｐ． Ａ． Ｌａｒｓｓｅｎ， “Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃ ｍａｔｃｈ ｉｎ ｅｐｉｔａｘｙ ｂｅｔｗｅｅｎ ｓｉｌｉｃｏｎ ａｎｄ ｓａｐｐｈｉｒｅ，” Ａｃｔａ Ｃｒｙｓｔａｌｌｏｇｒａｐｈｉｃａ， ２０， ５９９ （１９６６）

【文献】Ｈ． Ｍ． Ｍａｎａｓｅｖｉｔ， Ｆ． Ｍ． Ｅｒｄｍａｎｎ， ａｎｄ Ｗ． Ｉ． Ｓｉｍｐｓｏｎ， “Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃｓ ｉｎ ｔｈｅ ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ ｍａｔｅｒｉａｌｓ： ＩＶ． Ｔｈｅ ｎｉｔｒｉｄｅｓ ｏｆ ａｌｕｍｉｎｕｍ ａｎｄ ｇａｌｌｉｕｍ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， １１８， １８６４ （１９７１）

【文献】Ｐ． Ｗａｌｔｅｒｅｉｔ， Ｏ． Ｂｒａｎｄｔ， Ａ． Ｔｒａｍｐｅｒｔ， Ｈ． Ｔ． Ｇｒａｈｎ， Ｊ． Ｍｅｎｎｉｇｅｒ， Ｍ． Ｒａｍｓｔｅｉｎｅｒ， Ｍ． Ｒｅｉｃｈｅ， ａｎｄ Ｋ． Ｈ． Ｐｌｏｏｇ， “Ｎｉｔｒｉｄｅ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ ｆｒｅｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｓｔａｔｉｃ ｆｉｅｌｄｓ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｗｈｉｔｅ ｌｉｇｈｔ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ，” Ｎａｔｕｒｅ ４０６， ８６５ （２０００）

【文献】Ｍ． Ｄ． Ｃｒａｖｅｎ， Ｓ．Ｈ． Ｌｉｍ， Ｆ． Ｗｕ， Ｊ． Ｓ． Ｓｐｅｃｋ， ａｎｄ Ｓ． Ｐ． ＤｅｎＢａａｒｓ， Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｏｎｐｏｌａｒ （１１２０） ａ－ｐｌａｎｅ ＧａＮ ｔｈｉｎ ｆｉｌｍｓ ｇｒｏｗｎ ｏｎ （１１０２） ｒ－ｐｌａｎｅ ｓａｐｐｈｉｒｅ，” Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ， ８１， ４６９ （２００２）

【文献】Ｍ． Ｄ． Ｃｒａｖｅｎ， Ａ． Ｃｈａｋｒａｂｏｒｔｙ， Ｂ． Ｉｍｅｒ， Ｆ． Ｗｕ， Ｓ． Ｋｅｌｌｅｒ， Ｕ． Ｋ． Ｍｉｓｈｒａ， Ｊ． Ｓ． Ｓｐｅｃｋ， Ｓ． Ｐ． ＤｅｎＢａａｒｓ， “Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ａｎｄ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ａ－ｐｌａｎｅ ＧａＮ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ａ－ｐｌａｎｅ ＳｉＣ，” Ｐｈｙｓｉｃａ Ｓｔａｔｕｓ Ｓｏｌｉｄｉ （ｃ） ０， ２１３２ （２００３）

【文献】Ｍ． Ｃ． Ｓｃｈｍｉｄｔ， Ｋ． －Ｃ． Ｋｉｍ， Ｈ． Ｓａｔｏ， Ｎ． Ｆｅｌｌｏｗｓ， Ｈ． Ｍａｓｕｉ， Ｓ． Ｎａｋａｍｕｒａ， Ｓ． Ｐ． ＤｅｎＢａａｒｓ， ａｎｄ Ｊ． Ｓ． Ｓｐｅｃｋ， “Ｈｉｇｈ ｐｏｗｅｒ ａｎｄ ｈｉｇｈ ｅｘｔｅｒｎａｌ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｍ－ｐｌａｎｅ ＩｎＧａＮ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅｓ， “ Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ４６， Ｌ１２６ （２００７）

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】ＧａＮ結晶構造における様々な結晶面について表している。

【図2】ＧａＮの六方晶に対する座標系で、ｚ軸は、ｃ面に垂直に取られ、ｙ軸は、ｍ面に垂直に取られ、ｘ軸は、ａ面に垂直に取られて、これを示しており、ｍ面に対するГ点での３価電子帯の相対的な配置を示しており、Ｅ_v2が、最低エネルギを有する（Ｅ_v3ではなく）。

【図3】図３Ａは、ｃ面からの発光を示す従来技術の量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスの発光面を含む多色画素の図を示す。 図３Ｂは、＜０００１＞方向からの発光を示す従来技術の量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスの発光面を含む多色画素の図を示す。

【図4】図４Ａ、図４Ｂは、無極性ｍ面からの発光を示す本発明の量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスの発光面を含む多色画素の図を示す。 図４Ｃは、＜１０１０＞方向からの発光を示す本発明の量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスの発光面を含む多色画素の図を示す。

【図5】図５Ａ、図５Ｂ、図５Ｃは、本発明の偏光発光量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスで使用するための様々な多色画素コンタクトパッドを示す。 図５Ｄは、Ｘ、Ｙと共通コンタクトを示す本発明の好適な実施形態の断面図を示す。

【図6】本発明の偏光発光量子光子撮像素子（ＱＰＩ）発光型ディスプレイデバイスの機能ブロック図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0024】

上述したＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスは、後述する例示的な実施形態で言及する、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２の発光マイクロスケール画素配列のほんの一例である。しかしながら、図説したＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスは、本発明で使用し得る、及び本発明によって製造し得る発光デバイスの種類の単なる例であると理解されるべきであり、その中の幾つかを前述した。従って、以下の記述では、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスに対する言及は、開示した実施形態における特定を目的としており、本発明の特許文献１６を限定するためではないと理解されるべきである。

【0025】

図３Ａ及び図３Ｂは、従来技術のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス又はＱＰＩ撮像素子の、断面図及びｃ面としての発光面を示しており、図４Ａ～図４Ｃは、本発明の好適な実施形態における、側面図及びｍ面としての発光面を示している。本発明は、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス又はＱＰＩ撮像素子等の発光型ディスプレイデバイスが、非偏光又は直線偏光を発光する光子を放出可能にする。

【0026】

図４Ａ～図４Ｃは、本発明の好適な実施形態を、一例として、限定としてではなく、示し、複数の固体発光層の積層体を含むＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの画素構造体を説明しており、該固体発光層は、シリコンベースの相補型金属酸化膜半導体（Ｓｉ－ＣＭＯＳ）構造体の上に発光構造体を含み、該Ｓｉ－ＣＭＯＳ構造体は、該画素構造体の複数の固体発光層其々のオン－オフ状態を独立的に制御するのに使用する回路を含む。ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの画素の表面寸法は、通常、画素ピッチが１ミクロン～５ミクロン、又は５ミクロン以上のマイクロスケールである。ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス自体は、一次元又は二次元配列のかかる画素から構成してもよく、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスのマイクロ画素の配列を形成する行列数に関して、ユーザが所望する画素解像度を可能にする。

【0027】

本発明は、デイスプレイコミュニティにおける、様々な状態の偏光した可視光を発光するように調整できる光源に対するニーズを満たす。軽量、小さい形状因子、及び低消費電力は、メーカが、消費者市場に対する、特に人間のウェアラブル装置に対するディスプレイシステムを設計する際に、認識する主な問題である。数例を挙げると、眼鏡、ゴーグル、リストバンド、腕時計、又は医療装置モニタ等のアイテムは、全て、シームレスに製品に統合し、エンドユーザの用途に混乱を生じさせない偏光ディスプレイから利益を得られる。そのために、本発明は、偏光源のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスへの統合を、ディスプレイシステムを不所望に大きくする又は同数の出力光子に対してより高い電源入力を要求する外部ハードウェアを必要とせずに、可能にする。

【0028】

本発明の好適な実施形態では、多色電子発光型ディスプレイデバイスを提供し、該デバイスは、多色偏光発光画素構造体の二次元配列を含み、各多色発光画素は、無極性又は半極性ＩＩＩ族窒化物材料系から製造する複数の発光構造体を含む。発光構造体を、其々が異なる色の光を発光するように構成してもよく、多色画素の配列内で隣接する多色画素から各多色画素を電気的及び光学的に分離する垂直側壁の格子を用いて、垂直方向に積層する。複数の垂直導波路を、発光構造体と光学的に結合して、発光構造体によって生成した偏光を、発光構造体の積層体の第１面から垂直方向に発光する。発光構造体の積層体を、発光構造体の積層体の第１面に対向する第２面上にあるデジタル半導体構造体上に積層する。複数のデジタル半導体回路を、デジタル半導体構造体内に設け、各回路を、例えば、所謂外界と接続するために、メッキした貫通ビア又はデジタル半導体構造体の側面にあるメッキした相互接続子を用いて、デジタル半導体構造体の周囲から、又はデジタル半導体構造体の底部から制御信号を受信するように、電気的に結合する。デジタル半導体構造体にある複数のデジタル半導体回路を、垂直側壁内に埋設した垂直相互接続子によって、多色発光構造体と電気的に結合させて、各多色発光構造体のオン／オフ状態を別々に制御する。

【0029】

従来技術のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスは、更なる光学要素の必要性を排除したスタンドアロンの発光型ディスプレイである。そうしたデバイスに組み込むのは、多色光子要素の層であり、この特定の場合では、有色の非偏光を発光するＧａＮ又は他のＩＩＩ－Ｖ若しくはＩＩ－ＶＩ半導体材料の層である。画素制御ロジックのバックボーンは、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスシステムを形成するように纏めて接合したデジタル半導体構造体である。該デジタル半導体構造体は、電力及び制御信号を、積層した光子半導体構造体に提供するデジタル駆動ロジック回路を含んでもよい。本発明は、様々な用途に対して固有の偏光発光能力を導入する手段を組み込むことによって、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２に記載されたＱＰＩデバイス構造体、又は他のマイクロＬＥＤ半導体配列上に拡張できる。

【0030】

ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの光子構造は、半導体材料の１層又は複数の個別層から成る。ＡｌＩｎＧａＮ／ＧａＮ材料系のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの例では、ｃ面を、ＭＢＥ、ＭＯＣＶＤ、又はＨＶＰＥ等の成長技術によって、サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させる。サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）、六方晶系多形のＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｓｉ、スピネル（ＭｇＡｌ₂Ｏ₄₎、非晶質シリカ（ＳｉＯ₂）、ＬｉＧａＯ₂、ＬｉＡｌＯ₂、及びＺｎＯを含むが、これらに限定しない他の基板材料を、使用してもよい。ごく最近では、バルクＧａＮ基板は、光子デバイスに対する有望な結果を示しているが、高価格や入手可能性が、依然として障害となっている（非特許文献１１及び非特許文献１２）が、それにもかかわらず、基板材料として組み込むことがある。最適な基板材料は、ＡｌＮ又はＧａＮのドープ層、次にｎ－ＧａＮ：Ｓｉ、その後、所望する層の発光波長に応じた様々なインジウム濃度を有する固定数のＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸（ＭＱＷ：ｍｕｌｔｉ－ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）、次に、ＡｌＧａＮ電子阻止層、最後に、ｐ－ＧａＮ：Ｍｇを伴う。次に、この光子構造を、画素配列にパターン化し、コンタクトを、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスを形成するために加える。本発明を実装するために、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの光子層（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ等）の成長方向を、後述のように考える。

【0031】

ＧａＮを成長するのに使用する基板の配向、特に原子位置及び界面化学は、エピタキシャル成長処理中に合体する主要な結晶面に影響を与える。１９７０年代の半ばから、ＧａＮ材料系に関する様々な基板及び配向についての安定成長面及び好適な成長方向を特定する研究が、行われた。これらの研究の大部分は、Ａｌ₂Ｏ₃バルク結晶が容易に入手可能であり、半導体エピタクシに既に使用されていたために、サファイアに集中した（非特許文献１３）。例えば、ｃ面及びａ面のサファイア基板では、平滑なｃ面ＧａＮ及びＡｌＮを作製できる（非特許文献１４）。Ｇａ面ｃ面ウルツ鉱型ＧａＮが、この材料系において平面薄膜を成長させるのに好適な成長面であることは、確実に定着している。しかしながら、（１００）ＬｉＡｌＯ₂（非特許文献１５）、ｒ面Ａｌ₂Ｏ₃（非特許文献１６）、６Ｈ－ＳｉＣ（非特許文献１７）等の基板を利用する高品質な無極性及び半極性膜、ごく最近では、ｃ面の相対面に同程度の出力を有するＬＥＤ成長構造が達成されると、バルクｍ面及びａ面ＧａＮが、勢いを増した（非特許文献１８）。かかる無極性及び半極性膜の実施例及び用途については、例えば、特許文献２３、特許文献２４、特許文献２５、特許文献２６、特許文献２７、特許文献２８、特許文献２９、特許文献３０、特許文献３１、特許文献３２、及び特許文献３３及び特許文献３４に開示されており、各特許は、例示した出願の譲受人である、本出願人のＯｓｔｅｎｄｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．に譲受され、各特許は、全体として、参照により本明細書に援用される。

【0032】

本発明は、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスで見られるような光子層の、光出力を、ＡｌＩｎＧａＮ材料系の非ｃ面の配向に有利に働く基板上で半導体材料の成長を実行することによって、促進する。本発明は、非基底面、極性又は半極性のＧａＮを利用することによって、従来技術の発光型ディスプレイデバイスのランダムな偏光状態という性質の制限を解消する。ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス等の偏光発光型マイクロＬＥＤディスプレイを製造する際にこの方法を利用するために、新規なピクセル化処理を開示して、異なる結晶配向により生じる化学構造及び表面結合分子に対応し、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスにおける開示した直線偏光の光源を、既存のデバイスに対する破壊的技術にする。本発明のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの図説した光子層（複数可）を、最終的な配向として無極性又は半極性面を成長及び形成するのに役に立つ方法で、成長させる。無極性又は半極性配向で成長するのに使用できる基板は、（１００）ＬｉＡｌＯ₂、ｒ面Ａｌ₂Ｏ₃、ｍ面Ａｌ₂Ｏ₃、六方晶系多形のＳｉＣ、様々なスピネル（（１００）、（１１０）、ＭｇＡｌ₂Ｏ₄）面、ミスカット（例えば、７°）を有する（００１）Ｓｉ基板、ＧａＮのバルクｍ面、ａ面又は半極性面を含むが、これらに限定されない。加えて、ｃ面ＧａＮの横方向エピタキシャル成長のファセット側壁を、非ｃ面配向用基板として使用できる。これらの様々な基板は、ＩＩＩ族窒化物材料系における非ｃ面配向を作製し、発光する光において光学的偏光異方性を誘起する。

【0033】

本発明の別の実施形態は、ＧａＮのｃ面における異方的歪みの導入である。また、これは、ＧａＮエピ層上の圧縮又は引張り歪みにより、光学的偏光も発生可能にする。

【0034】

例示のＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの画素を含む複数の固体発光層の積層体（図４Ａ～図４Ｃ参照）内の各層を、異なる色の波長を発光するように設計し、その結果、ＱＰＩ画素を、そのＳｉ－ＣＭＯＳを通して、複数の色の所望する組合せ；例えば、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）を、同じ画素開口から発光するように制御可能にして、選択したＲＧＢ発光波長の選択した色座標に基づいて、所望する色域をカバーする。

【0035】

図４Ａ～図４Ｃで示した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの構造に関する好適な実施形態の製造工程は、以下の段落に記載するステップを含む。この工程は、無極性ｍ面又は＜１０１０＞方向から発光するようにエピタキシャル成長させた半導体発光光子ウエハの最上面上にＱＰＩ画素配列を形成することで開始する。この工程を、本明細書では、ピクセル化と呼ぶが、該工程は、幅及び深さで約１ミクロンの、画素側壁のエッチングを伴い、半導体リソグラフィ及びエッチング処理を使用して、半導体発光材料のヘテロ接合ダイオード構造体を通して延在させる。エッチングした画素配列側壁を、酸化シリコン又は窒化シリコン薄層のどちらかで、半導体成膜処理を使用して、不動態化し、次に、例えば、アルミニウム（Ａｌ）等の反射金属の薄層でコーティングする。次に、画素側壁を、例えば、ニッケル等の金属で、半導体金属蒸着処理を使用して、充填する。ピクセル化パターンを、偏光光子ウエハの最上面に処理した後に、位置合せマークをウエハ上に加えて、その後の処理中にエッチングした画素パターンの位置合せを助ける。

【0036】

同じ最上面のピクセル化工程を、複数の偏光発光半導体の発光光子ウエハ上で実行してもよく、各ウエハは、異なる波長の偏光発光、例えば、４６５ｎｍ（Ｂ）、５２５ｎｍ（Ｇ）及び６２５ｎｍ（Ｒ）を有する。これらの３最上面を処理した偏光発光半導体の発光光子ウエハを、次に、以下の段落で記載するように、重ねて、積層体に接合して、偏光発光ＲＧＢのＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスを形成してもよい。

【0037】

偏光発光半導体の発光光子ウエハの最上面をピクセル化した後に、図５Ａ～図５Ｃで示した上面コンタクト金属パターンの１つを、電子ビーム蒸着等の半導体金属蒸着技術を使用して、形成した各画素配列上に、蒸着する。図５Ａで示したコンタクト金属パターンを、青色（Ｂ）偏光発光光子ウエハに使用してもよく、図５Ｂで示したコンタクト金属パターンを、緑色（Ｇ）及び赤色（Ｒ）偏光発光光子ウエハの上面に使用してもよい。蒸着コンタクト金属を、好適には、例えば、Ｔｉ／Ａｌの、薄い金属積層体とし、該積層体は、オームコンタクトを、Ｂ、Ｇ及びＲ偏光光子ウエハのインジウム窒化ガリウム（ＩｎＧａＮ）ヘテロ接合ダイオード半導体の発光構造と共に、形成する。

【0038】

コンタクト層の蒸着後、Ｂ、Ｇ及びＲ偏光発光光子ウエハの上面を、更に処理して、画素の側壁を、半導体エピタキシャル層を通して形成するが、該処理は、画素の側壁のエッチング、不動態化、次に、金属化及び金属の充填蒸着を含む。このステップは、画素の側壁を、導電性にすると共に、光学的に遮断させ、反射的にする。また、画素の側壁のこれらの特徴は、隣接する画素間の光クロストークも防止し、生成した光を形成した画素の反射側壁空洞内に閉じ込め、電気的な相互接続ビアとして、電気信号を、画素の上面コンタクトだけでなく、上面に積層した光子層の画素コンタクトにも導くよう機能する。

【0039】

図４Ａ～図４Ｃに示した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス構造体を製造するための好適な実施形態では、ガラスウエハ（図示せず）を、基板として使用してもよく、該基板上に、多層画素配列構造を積層し、次に、ガラスウエハ上に積層した多層画素配列構造と同じ画素コンタクトパターンを含むように処理したＳｉ－ＣＭＯＳウエハの上面に接合する。

【0040】

偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス構造体を製造するための更なる好適な実施形態では、Ｓｉ－ＣＭＯＳを基板として使用し、該基板の上に、多層画素配列構造を積層し、次にピクセル化した多層ウエハを、ガラスのカバーウエハに接合する。上記２実施形態のどちらでも、処理ステップは、同様であり、一番目に挙げた実施形態を、一実施例として、限定としてではなく使用して、偏光発光ＱＰＩディスプレイ製造工程の残りのステップについて記載する。

【0041】

図５Ａ～図５Ｃは、従来の半導体及びリソグラフィと金属蒸着を使用して、ピクセル化したＢ、Ｇ及びＲ光子ウエハの上面に蒸着した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスのマイクロ画素の金属コンタクト層に使用する３つの異なる金属コンタクトパターンを示している。コンタクト開口部の直径、高さ及び間隔を、偏光発光ＱＰＩ画素から発光した光を抽出するためのユーザ定義の光導波路を形成するように、選択する場合、図５Ａに示した画素コンタクトパターンを、ピクセル化したＢ光子ウエハの上面で使用して、コリメート（例えば、±１７°）から準ランバーシアン（ｑｕａｓｉ－Ｌａｍｂｅｒｔｉａｎ）（例えば、±４５°）画素の偏光発光を生成してもよい。図５Ｂで示した画素コンタクトパターンを、ピクセル化したＢ光子ウエハの上面で使用して、偏光発光ＱＰＩ画素から、ランバーシアン発光を生成する。また、図５Ｂに示した画素コンタクトパターンを、ピクセル化したＧ及びＲ光子ウエハ上で使用して、偏光発光ＱＰＩ画素構造体の下層から上層へ最大光伝達を可能にする。

【0042】

偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス画素構造体のまた更なる好適な実施形態を、図４Ａに示すが、ガラスのカバーウエハを、最初に、画素サイズのマイクロ光学要素又はマイクロレンズの配列を、偏光発光ＱＰＩ画素配列パターンと一致するパターンにするように処理する。画素サイズのマイクロ光学マイクロレンズ要素を有するガラスのカバーウエハを、その上に偏光発光ＱＰＩ多層積層体を形成する基板として使用する場合、結果的に得られる画素配列は、画素配列の色及び輝度を変調するのに加えて、画素の発光方向を変調するという更なる能力；直視用だけでなく着用型ニアアイディスプレイ用に光照射野を変調可能にする能力を有する。

【0043】

Ｂ偏光発光光子ウエハの上面を、ピクセル化し、該上面のコンタクト層を蒸着した後、次に、該ウエハを、ガラスのカバーウエハに、画素サイズのマイクロ光学マイクロレンズ要素を組み込んで、又は組み込まずに、例えば、融着等の半導体接合技術を用いて、接合する。次に、エピタキシャル成長サファイアウエハを、既知の半導体レーザリフトオフ（ＬＬＯ：ｌａｓｅｒ ｌｉｆｔ ｏｆｆ）技術を用いて、剥離し、構造体を、薄くして、エピタキシャル成長ＧａＮバッファを除去し、形成した画素の側壁内に包囲したＢ半導体偏光発光ヘテロ接合ダイオード構造を含む薄層（＜２ミクロン）を残す。ピクセル化したＢ偏光発光光子ウエハの裏面を露出した状態で、図５Ｂで示した画素配列の裏面コンタクトパターンを、例えば、Ｔｉ／Ａｌの、薄い金属積層体として、半導体金属蒸着技術を用いて、蒸着する。

【0044】

本明細書では、用語「処理中ＱＰＩウエハ（ｉｎ－ｐｒｏｃｅｓｓ ＱＰＩ ｗａｆｅｒ）」は、その時点までの処理で積層した複数の層を組み込んだ被処理多層積層ウエハを指す。かかる用語を使用するとき、処理中ＱＰＩウエハの上面は、従って、図説したように、最後に接合した層の裏面になる。

【0045】

ピクセル化したＢ光子層の裏面となる、処理中ＱＰＩウエハの上面を、次に、画素の配列側壁と整列する電気コンタクトビアを組み込む接合用仲介層を蒸着するように処理する。接合用仲介層は、例えば、プラズマ支援化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ：ｐｌａｓｍａ－ａｓｓｉｓｔｅｄ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の従来の半導体蒸着技術を用いて蒸着する酸化ケイ素又は窒化ケイ素のどちらかの薄層である。接合用仲介層を蒸着した後に、処理中ＱＰＩウエハ表面を、他のウエハの上面と接合するのに十分な表面平坦レベルに平坦化して、偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの多層積層体を形成する。

【0046】

処理中ＱＰＩウエハの上面は、接合用仲介層を加えた状態でＢ層の裏面となり、該裏面を次に、Ｇ光子ウエハ上面に接合するように処理する。これを、ピクセル化したＧ光子ウエハを、例えば、融着等の半導体接合処理を使用してＱＰＩ処理中ウエハの上面に整列接合することを使用して、完成する。

【0047】

ピクセル化したＧ光子ウエハを処理中ＱＰＩウエハに接合した状態で、Ｇ偏光発光光子ウエハのエピタキシャル成長サファイアウエハを、通常、半導体レーザリフトオフ（ＬＬＯ）技術を用いて、剥離（リフトオフ）し、構造を、薄くして、エピタキシャル成長ＧａＮバッファを除去し、形成した画素の側壁内に包囲したＧ半導体偏光発光ヘテロ接合ダイオード構造を含む薄層（＜２ミクロン）のみを残す。ピクセル化したＧ光子ウエハの裏面を露出した状態で、図５Ｂの画素配列裏面コンタクトパターンを、薄い金属積層体、例えば、Ｔｉ／Ａｌを、半導体金属蒸着技術を使用して、蒸着する。

【0048】

ピクセル化したＧ光子層の裏面となる、処理中ＮＣＰ－ＱＰＩウエハの上面を、次に、画素の配列側壁と位置合せした電気コンタクトビアを組み込む接合用仲介層を蒸着するように処理する。接合用仲介層は、例えば、プラズマ支援化学気相蒸着（ＰＥＣＶＤ）等の従来の半導体蒸着技術を用いて蒸着する酸化ケイ素又は窒化ケイ素のどちらかの薄層である。接合用仲介層を蒸着した後に、処理中ＱＰＩウエハ表面を、他のウエハの上面と接合するのに十分な表面平坦レベルに平坦化して、偏光発光ＱＰＩデバイスの多層積層体を形成する。

【0049】

処理中ＱＰＩウエハの上面は、接合仲介層を加えた状態のＧ層の裏面となり、該上面を次に、Ｒ光子ウエハ上面に接合するように処理する。これを、ピクセル化したＲ光子ウエハを、例えば、融着等の半導体接合処理を使用してＱＰＩ処理中ウエハの上面に整列接合することを使用して、完成する。

【0050】

ピクセル化したＲ光子ウエハを処理中ＱＰＩウエハに接合した状態で、次に、Ｒ偏光発光光子ウエハのエピタキシャル成長サファイアウエハを、通常、半導体レーザリフトオフ（ＬＬＯ）技術を用いて、剥離（リフトオフ）し、構造を、薄くして、エピタキシャル成長ＧａＮバッファを除去し、形成した画素の側壁内に包囲したＲ半導体偏光発光ヘテロ接合ダイオード構造を含む薄層（＜２ミクロン）のみを残す。ピクセル化したＲ光子ウエハの裏面を露出した状態で、図５Ｃの画素配列裏面コンタクトパターンを、薄い金属積層体、例えば、Ｔｉ／Ａｌを、半導体金属蒸着技術を使用して、蒸着する。

【0051】

図５Ｃに示すように、ＱＰＩ処理中ウエハの上面には、１画素当り３つのコンタクトビア；画素のＲ光子層の固有なコンタクトである中心コンタクトビア、画素のＢ光子層の固有なコンタクトであるｘ側壁コンタクトビア、及び画素のＧ光子層の固有なコンタクトであるｙ側壁コンタクトビアがある。画素配列全体に共通のコンタクト；即ち、Ｂ、Ｇ及びＲ光子層の上面に加える３中間コンタクト層を、偏光発光ＱＰＩダイの周縁部に延在する共通のコンタクトレールとして形成し、該レールを、処理中ＱＰＩウエハを含む各偏光発光ＱＰＩダイの周辺境界にリングを形成する一組の共通コンタクトビアに接続する。

【0052】

その結果、処理中ＱＰＩウエハ上面は、マイクロスケールのコンタクトビアの配列から成り、画素中心ビアは、画素配列のＲ光子層の固有なコンタクトであり、ｘ側壁コンタクトビアは、画素配列のＢ励起光子層の固有なコンタクトであり、ｙ側壁コンタクトビアは、画素配列のＧ発光光子層の固有なコンタクトであり、各ＱＰＩダイの周辺境界にあるマイクロビアのリングは、ＱＰＩ多重発光層積層体を含む画素配列の３光子層全ての共通コンタクトを提供する処理中ＱＰＩウエハを含む。

【0053】

図５Ｄで示すように、Ｓｉ－ＣＭＯＳウエハを含む各ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスのダイの上面は、前段落で記載した処理中ＱＰＩウエハのマイクロビア配列のパターンと合致するパターンを有するマイクロビア配列を含む。Ｓｉ－ＣＭＯＳウエハを、例えば、融着等の半導体接合技術を使用して、処理中ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスウエハに位置合せし、接合すると、接合界面マイクロビア配列は、偏光多色偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの複数の光子層の画素配列の固有なコンタクト間で電気コンタクトを提供すると共に、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスウエハを含む各ダイの周囲境界に共通のコンタクトリングを提供する。

【0054】

以前に、ＧａＮのｃ面における異方的歪みの導入が、ＧａＮエピ層上の圧縮又は引張り歪みにより、光学的偏光を発生可能にすると述べた。特に、層の少なくとも１層を、ｃ面配向ＧａＮ材料系のエピ層から製造し、そこで異方性歪みをｃ面ＧａＮで誘起する場合、発光構造体から発光した光における光学的偏光は、ＧａＮエピ層の少なくとも１層上での圧縮又は引張り歪み（歪み成分ε_xx≠ε_yy）により、発生する。この影響を得る１つの方法は、故意にＧａＮ層に歪みを導入することである。Ａ面サファイア上でＧａＮを成長させることで、かかる歪みだけでなく、ＡｌリッチのＡｌＮ／Ａｌ_xＧａ_1-xＮ量子井戸又はＡｌ_xＧａ_1-xＮ歪み補正層が生じる。この場合、Ａｌリッチの量子井戸、歪み補正層は、偏光発光構造体の一体層になるであろう。ｃ面上で成長したナノ構造体は、偏光発光を実現する別の方法である。例としては、光子結晶、金属ナノ粒子、楕円形ナノロッド及びナノ格子が挙げられる。また、楕円形ナノロッド及びナノ格子の場合、面内歪みの非対称性は、偏光の発生によるものと考えられる。

【0055】

図６は、多色偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの機能ブロック図を示す。図６は、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの多色マイクロ画素配列を、該デバイスのＳｉ－ＣＯＭＳの制御ロジックによって駆動することについて示している。また、図６は、２つの可能なインタフェースを用いたＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックに対する２つの可能な実施形態を示している。第１実施形態（（Ａ）より上）では、ＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックの機能は、多色の、マイクロ画素配列のドライバだけを含み、この場合、ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスは、外部電源から各画素の色毎に、制御信号及びパルス幅変調（ＰＷＭ：ｐｕｌｓｅ ｗｉｄｔｈ ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）ビットを収容する画素配列ビットフィールドを受信する。第２実施形態（（Ｂ））より上）では、ＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックの機能は、更に、多色マイクロ画素配列に対するＰＷＭビットフィールドを生成するのに必要なロジック機能を含んでもよい。

【0056】

第２実施形態では、ＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックは、該ロジックのインタフェースブロックを通して、光変調映像入力及び関連する制御データを含む直列ビットストリームを受信する。偏光多色発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスのこの実施形態では、光変調映像ビットストリームを受信したＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックを、デガンマ線形化、色域変換、白色点調整、及びマイクロ画素配列に亘る色と輝度の均一性補正のために、色及び輝度制御ブロック（Ｃｏｌｏｒ ＆ Ｂｒｉｇｈｔｎｅｓｓ Ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｌｏｃｋ）によって、処理する。次に、色及び輝度制御ブロックのビットストリーム出力を、ＰＷＭビットフィールドに変換し、その後、ＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ内に纏めて組み込んだ画素ドライバ配列にクロックさせる（ｃｌｏｃｋｅｄ）。事実上、偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスのＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳ制御ロジックに関する第２実施形態は、外部映像ストリーム処理支援を必要とせず、低電圧差動信号（ＬＶＤＳ：Ｌｏｗ Ｖｏｌｔａｇｅ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｓｉｇｎａｌｉｎｇ）インタフェース又は同様のもの等の標準高速インタフェースで動作する。ＱＰＩのＳｉ－ＣＭＯＳに関する第２実施形態は、偏光発光ＱＰＩ用途に対して、より低消費電力且つより小容積の態様（ｖｏｌｕｍｅｔｒｉｃ ａｓｐｅｃｔ）を可能にする。どちらの実施形態でも、外界への接続を、例えば、本明細書で既に記載したようにしてもよい。

【0057】

記載した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの主な利点の１つは、該デバイスの低消費電力であり、これを、複数の要因によって達成する：（１）該デバイスの光子層の高内部量子効率（ＩＱＥ：ｉｎｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）；（２）該デバイスの発光多重層から直接偏光した多色発光の高量子収量（ＱＹ：ｑｕａｎｔｕｍ ｙｉｅｌｄ）変換効率；（３）ＮＰＣ－ＱＰＩ画素光学キャビティの光閉じ込め作用による、該デバイスのＶ－Ｂ励振光の改善した光学的開口変換効率；（４）画素のＢＰＦ層、反射側壁及びコンタクトによって形成した光学サブキャビティの光閉じ込め作用による、該デバイスのＶ－Ｂ励振光の改善した変換効率；及び （５）ＨＶＳ明順応視と合致するための画素のＢＰＦ層のスペクトル整形作用。

【0058】

記載した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの低消費電力により、該デバイスを、仮想及び拡張現実（ＡＲ／ＶＲ）用途のニアアイディスプレイ等、低消費電力で、小容積態様及び高輝度を必要とするディスプレイ用途において、極めて有効になる。本開示の複数の実施形態に関する以上の記載において、選択した波長（原色だけを示した）は、例示目的であり、本発明の同じ方法に従うこれら波長以外の選択も、本発明の範囲に入る。また、記載した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの低消費電力と組合せた発光マイクロスケール画素により、通常、マイクロスケール画素ピッチ、小容積態様及び低電力消費での高輝度を必要とし、且つ指向性変調マイクロ画素を必要とする光照射野ディスプレイ用途において極めて有効となる。勿論、これら２つのディスプレイ用途の組合せ；即ち、光照射野ニアアイＡＲ／ＶＲディスプレイは、本発明の偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの小容積、高輝度、光照射野変調及び低消費電力能力によって、実質的に利益を得る。

【0059】

本発明の偏光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス構造体に関する以前の記載で使用した発光波長値は、本発明の方法に関する実例である点に留意されたい。発光構造体に関する当業者は、どのように本発明の開示した方法を使用して、偏光発光を有する発光マイクロ画素空間光変調器を、異なる光波長の組を使用して異なる発光波長の組を生成するように、作製するかに気付くであろう。当業者は、偏光を発光する効率が高い多色マイクロ画素配列デバイスを作製するために、異なる設計パラメータを有する画素の反射側壁、反射コンタクト及び電気的な相互接続側壁によって作製した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイス構造体画素の光閉じ込めに関する開示した方法を、どのように使用するかに気付くであろう。

【0060】

偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの無極性及び半極性水晶配向は、半導体発光材料のＩｎＧａＮ／ＧａＮヘテロ接合ダイオード構造のエピタキシャル成長において、インジウムの取込み比を高くできる点に更に注目されたい。こうした高いインジウム取込み比により、琥珀色（６１５ｎｍ）～赤色（６２５ｎｍ）の範囲で偏光した長波長の光を、優れたＩＱＥ及び飽和特性で発光でき、可視光スペクトルのフルスパンをカバーする多色発光を有する効率的な偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスを製造できる。これは、本開示で記載した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの重要な利点である、というのも、高取込み比ではインジウムが偏析してしまうために、極性結晶配向を使用して同様な結果を達成することは、周知の課題であるからである。

【0061】

更に、本開示で記載した発光型多色偏光発光ＱＰＩディスプレイ構造体の製造方法を、特許文献１６、特許文献１７、特許文献１８、特許文献１９、特許文献２０、特許文献２１、特許文献２２に記載された非偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの製造方法と組合せて、可視光スペクトルに亘り異なる発光波長での偏光及び非偏光発光を伴う多色発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの製造を可能にできる点に注目されたい。かかる光変調能力により、可視光スペクトルに亘る異なる発光波長で、発光マイクロ画素配列から偏光発光と非偏光発光の両方の発光から利益を享受する新たな種類のディスプレイが可能になる。

【0062】

また、本開示で記載した偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスの製造方法を、所望する発光波長を有する只一つの光子ウエハを使用して記載した製造工程を実行することによって、単一波長発光を有する偏光発光ＱＰＩ発光型ディスプレイデバイスを作製するのに容易に使用できる点に注目することも重要である。

【0063】

当業者は、様々な変形及び変化を、付記した特許請求の範囲において定義した、及び付記した特許請求の範囲によって定義した本発明の範囲から逸脱せずに、本発明の実施形態に適用し得ることを、容易に認識するであろう。当然ながら、前述した本発明の実施例は、単に例示目的であり、本発明は、本発明の精神又は本質的な特徴から逸脱せずに、他の特定の形態において具体化できる。開示した実施形態は、そのため、いかなる意味においても、制限と見なされるべきではない。本発明の範囲は、これまでの記述というよりは、付記した特許請求の範囲によって示され、本発明の均等物の意味及び範囲中に入る全ての変更例は、本発明に包含されるものとする。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】