(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-05-25
(54)【発明の名称】同一基板上への異なる発光構造体の一体的な構成
(51)【国際特許分類】
H01L 33/32 20100101AFI20220518BHJP
G09F 9/33 20060101ALI20220518BHJP
G09F 9/302 20060101ALI20220518BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20220518BHJP
G02B 30/10 20200101ALI20220518BHJP
H01L 33/08 20100101ALI20220518BHJP
【ＦＩ】
H01L33/32
G09F9/33
G09F9/302 Z
G09F9/30 349Z
G02B30/10
H01L33/08
【審査請求】未請求
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021560241
(86)(22)【出願日】2020-04-10
(85)【翻訳文提出日】2021-12-09
(86)【国際出願番号】 US2020027574
(87)【国際公開番号】W WO2020210563
(87)【国際公開日】2020-10-15
(31)【優先権主張番号】62/833,072
(32)【優先日】2019-04-12
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】16/841,119
(32)【優先日】2020-04-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】520414402
【氏名又は名称】ラキシウム インコーポレイテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100118500
【弁理士】
【氏名又は名称】廣澤 哲也
(74)【代理人】
【識別番号】100091498
【弁理士】
【氏名又は名称】渡邉 勇
(74)【代理人】
【識別番号】100174089
【弁理士】
【氏名又は名称】郷戸 学
(74)【代理人】
【識別番号】100186749
【弁理士】
【氏名又は名称】金沢 充博
(72)【発明者】
【氏名】ヘ、ガン
(72)【発明者】
【氏名】ハート、シーラ
【テーマコード（参考）】
2H199
5C094
5F241
【Ｆターム（参考）】
2H199BA19
2H199BA20
2H199BB02
2H199BB03
2H199BB04
2H199BB59
5C094AA43
5C094BA23
5C094CA20
5C094DA13
5C094DB01
5C094EA05
5C094ED01
5C094FA01
5C094FA02
5C094FB02
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5C094FB16
5C094JA08
5F241CA05
5F241CA40
5F241CA65
5F241CA88
5F241CB25
5F241CB27
5F241FF06
(57)【要約】
本開示は、同一基板上への異なる発光構造体の一体的な構成の様々な態様を説明する。一態様では、ＧａＮを含む材料で構成された１つまたは複数のバッファ層を有する基板を備えた光を生成するためのデバイスが説明される。デバイスはまた、基板の最上部バッファ層の同一表面上にエピタキシャル成長した複数の発光構造体を備え、各発光構造体は、表面と平行で横方向に終端された活性領域を有し、異なる発光構造体の活性領域は、異なる色の光を直接生成するように構成されている。デバイスはまた、各発光構造体の活性領域の上に配置され、ＧａＮを含む材料で構成されたｐ型ドープ層を備えている。デバイスは、ライトフィールドディスプレイの一部であってもよく、ライトフィールドディスプレイのバックプレーンに接続されていてもよい。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
光を生成するためのデバイスであって、少なくとも一部がＧａＮを含む材料で構成された１つまたは複数のバッファ層を有する基板と、
前記１つまたは複数のバッファ層の最上層の同一表面上にエピタキシャル成長した複数の発光構造体と、
ｐ型ドープ層を備え、
各発光構造体は、前記表面と平行で横方向に終端された活性領域を有し、異なる発光構造体の前記活性領域は、異なる色の光を直接生成するように構成されており、
前記ｐ型ドープ層は、前記複数の発光構造体のそれぞれの前記活性領域の上に配置されており、前記ｐ型ドープ層の少なくとも一部はＧａＮを含むｐ型ドープ材料で構成されている、デバイス。
【請求項2】
前記ｐ型ドープ層の上に配置されたコンタクト層をさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項3】
前記ｐ型ドープ層の上に配置された前記コンタクト層は、導電層であり、金属コンタクト層または透明コンタクト層のいずれかである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項4】
前記透明コンタクトは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の合金、または酸素（Ｏ）でアニールされたＮｉとＡｕの合金で構成されている、請求項３に記載のデバイス。
【請求項5】
前記１つまたは複数のバッファ層は、前記基板上にエピタキシャル成長されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項6】
前記１つまたは複数のバッファ層の前記最上層を構成する前記材料は、ＧａＮを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項7】
前記１つまたは複数のバッファ層を構成する前記材料は、ＧａＮ合金を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項8】
前記ｐ型ドープ層を構成する前記ｐ型ドープ材料は、ＧａＮ合金を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項9】
前記１つまたは複数のバッファ層を構成する前記材料と、前記ｐ型ドープ層を構成する前記ｐ型ドープ材料は、同じ材料である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項10】
前記異なる発光構造体は、青色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体と、
緑色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体と、
赤色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項11】
前記異なる発光構造体は、青色光、緑色光、および赤色光とは異なる光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体をさらに含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項12】
前記異なる発光構造体は、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、前記活性領域は青色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体と、
活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、前記活性領域は緑色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体と、
活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、前記活性領域は赤色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項13】
前記異なる発光構造体は、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、前記活性領域は青色光、緑色光、および赤色光とは異なる光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体をさらに含む、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項14】
前記複数の発光構造体は、格子状のパターンで配列されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項15】
前記格子状のパターンは、正方形のパターン、長方形のパターン、または六角形のパターンを含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項16】
前記格子状のパターンは、前記異なる発光構造体の１つまたは複数の繰り返し配列を含む、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項17】
前記活性領域は、バルク活性領域を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項18】
前記活性領域には、１つまたは複数の希土類がドーピングされている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項19】
前記１つまたは複数の希土類は、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、またはＰｒのうちの１つまたは複数を含む、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項20】
前記１つまたは複数の希土類は、超格子またはバルク活性領域に含まれている、請求項１８に記載のデバイス。
【請求項21】
前記活性領域は、複数の垂直側壁によって横方向に終端されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項22】
前記活性領域は、前記１つまたは複数のバッファ層の前記最上層の前記表面と平行な少なくとも１つの量子井戸を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項23】
前記少なくとも１つの量子井戸は、均一な厚さを有している、請求項２２に記載のデバイス。
【請求項24】
各発光構造体は、ファセット状の複数の側壁を有している、請求項１に記載のデバイス。
【請求項25】
前記活性領域は、少なくとも１つの量子井戸を含む、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項26】
前記ファセット状の複数の側壁は、前記複数の発光構造体の成長方向に垂直な平面以外の平面上にある、請求項２４に記載のデバイス。
【請求項27】
前記活性領域は、エピタキシャル再成長したパッシベーションによって横方向に終端されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項28】
各発光構造体は、複数の側壁を有し、パッシベーション材料は、前記複数の側壁に隣接して配置されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項29】
前記パッシベーション材料は、ＧａＮのバンドギャップよりも広いバンドギャップを有している、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項30】
前記パッシベーション材料は、Ｇａ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３を含む、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項31】
前記活性領域は、少なくとも１つの量子井戸を含み、前記パッシベーション材料は、前記少なくとも１つの量子井戸のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有している、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項32】
前記パッシベーション材料は、前記発光構造体の対応する部分のドーピングとは反対のドーピングを有している。請求項２８に記載のデバイス。
【請求項33】
前記パッシベーション材料は、室温または動作温度でイオン化されないミッドギャップ状態または深い準位を有している、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項34】
前記複数の側壁は、複数の垂直側壁である、請求項２８に記載のデバイス。
【請求項35】
各発光構造体は、複数の側壁を有し、各発光構造体は、前記複数の側壁に隣接して配置された誘電体パッシベーションをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項36】
前記誘電体パッシベーションの材料は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有している、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項37】
前記複数の側壁は、複数の垂直側壁である、請求項３５に記載のデバイス。
【請求項38】
前記活性領域は、垂直な領域である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項39】
各発光構造体の幅、または隣接する発光構造体の間隔は、１ミクロン未満、
１ミクロンから５ミクロンの間、
または５ミクロン超のいずれかの範囲である、請求項１に記載のデバイス。
【請求項40】
前記ｐ型ドープ層の上に配置されたコンタクト層と、前記コンタクト層の上に配置された接続部をさらに備え、前記接続部は、前記デバイス内の前記複数の発光構造体のそれぞれをディスプレイのバックプレーンに電気的に接続するように構成されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項41】
前記ｐ型ドープ層の上に配置された前記コンタクト層は、導電層であって、金属コンタクト層または透明コンタクト層のいずれかであり、前記接続部は、金属バンプである、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項42】
前記複数の発光構造体は、前記異なる色の光に基づいて異なる配列またはグループに配置されており、前記デバイスは、
前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層と、
前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層をさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項43】
前記複数の発光構造体は、前記異なる色の光に基づいて異なる配列またはグループに配置されており、前記デバイスは、
前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層と、
前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層と、
前記複数の発光構造体の少なくとも一部を分離するための、前記１つまたは複数のバッファ層に設けられた１つまたは複数のトレンチをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項44】
前記複数の発光構造体は、それぞれが混合色の発光を含む異なる配列またはグループに配置されており、前記デバイスは、
前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層と、
前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層をさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項45】
前記複数の発光構造体は、それぞれが混合色の発光を含む異なる配列またはグループに配置されており、前記デバイスは、
前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層と、
前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層と、
前記複数の発光構造体の少なくとも一部を分離するための、前記１つまたは複数のバッファ層に設けられた１つまたは複数のトレンチをさらに備えている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項46】
前記複数の発光構造体は、複数のマイクロ発光デバイスまたは複数のマイクロＬＥＤである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項47】
前記デバイスは、ライトフィールドディスプレイの一部であり、前記ライトフィールドディスプレイのバックプレーンに接続されている、請求項１に記載のデバイス。
【請求項48】
前記デバイスは、第１デバイスであり、第２デバイスは、前記第１デバイスと実質的に同様であり、
前記第１デバイスおよび前記第２デバイスは、ライトフィールドディスプレイの一部である、請求項１に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照】
【0001】
本特許出願は、「同一基板上への異なる発光構造体の一体的な構成」と題され、２０２０年４月６日に出願された米国非仮特許出願第１６／８４１，１１９号、および「同一基板上への異なる発光構造体の一体的な構成」と題され、２０１９年４月１２日に出願された米国仮特許出願第６２／８３３，０７２号に基づく優先権を主張し、それらの内容は参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
本開示の態様は、一般に、様々なタイプのディスプレイに使用される発光素子の構造などの発光構造体、より具体的には、同一基板上に異なる色の光を生成する一体的に構成された発光構造体に関連する。
【0003】
より良いユーザーエクスペリエンスを提供し、新しいアプリケーションを実現するために、ディスプレイに使用される発光素子（例えば、画素）の数が増え続ける中、その数をさらに増やすことは、設計と製造の両方の観点から課題となっている。画素数と密度の両方を増やすために、これまで以上に発光素子の小型化を実現する必要があり、小型の発光ダイオード（ＬＥＤ）の利用の可能性がより注目されている。しかしながら、高画素数、高密度で、カラーディスプレイに必要な異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）を生成可能な小型のＬＥＤを製造するための、効果的かつ効率的な技術は広く普及しておらず、従来の技術では、煩雑であり、時間とコストを要する。さらに、ライトフィールドディスプレイなどの、動作とサイズの双方により厳しい要件が必要とされる、より高度なディスプレイアーキテクチャにこれらの小型のＬＥＤを使用することは、かなり困難である。
【0004】
したがって、同一基板上に異なる色の光を生成する半導体構造を一体的に構成すること（例えば、単一の集積された半導体デバイス）により、多数の小型の発光素子を効果的かつ効率的に設計および製造することを可能にする、技術およびデバイスが望まれている。
【発明の概要】
【0005】
このような態様の基本的な理解を得るために、以下に１つまたは複数の態様の簡略化された概要を提示する。この概要は、考え得るすべての態様の広範な概要ではなく、すべての態様の鍵となる要素または重要な要素を特定するものではなく、一部またはすべての態様の範囲を明確にするものでもない。その目的は、後に提示されるより詳細な説明の前置きとして、１つまたは複数の態様のいくつかの概念を簡略化された形式で提示することである。
【0006】
本開示の一態様では、ＧａＮを含む材料から構成された１つまたは複数のバッファ層を備えた基板を有する、光を生成するためのデバイスが説明される。前記デバイスはまた、前記基板の最上部バッファ層の同一表面上にエピタキシャル成長した複数の発光構造体を有しており、各発光構造体は、前記表面と平行で横方向に終端された活性領域を有し、異なる発光構造体の前記活性領域は、異なる色の光を直接生成するように構成されている。前記デバイスはまた、各発光構造体の前記活性領域の上に配置され、ＧａＮを含むｐ型ドープ材料から構成されたｐ型ドープ層を備えている。前記デバイスは、ライトフィールドディスプレイの一部であってもよく、前記ライトフィールドディスプレイのバックプレーンに接続されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0007】
添付の図面は、いくつかの実施形態を例示しているに過ぎず、したがって範囲を限定するものとは見なされない。
【0008】
【0009】
【0010】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
添付の図面に関連して以下に記載する詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書に記載の概念が実施され得る唯一の構成を表すことを意図するものではない。詳細な説明には、様々な概念の十分な理解を目的として具体的な詳細が含まれている。しかしながら、これらの概念がその具体的な詳細がなくとも実施され得ることは当業者には明らかであろう。場合によっては、そのような概念の不明瞭化を避けるために、周知の構成要素はブロック図の形式で示される。
【0026】
上述したように、より良いユーザーエクスペリエンスを提供し、新しいアプリケーションを実現するために、ディスプレイ内の発光素子（例えば、画素）の数をこれまで以上に増やす必要があり、その数をさらに増やすことが課題となっている。画素数と密度の両方を増やすために、これまで以上に発光素子の小型化を実現する必要があり、小型のＬＥＤ（例えば、マイクロＬＥＤ）の利用の可能性がより注目されている。しかしながら、高画素数、高密度で、異なる色（例えば、赤色、緑色、青色）を生成可能な小型のＬＥＤを製造する技術は少なく、従来の技術では、煩雑であり、時間とコストを要する。ライトフィールドディスプレイ用などのより高度なディスプレイアーキテクチャは、小型のＬＥＤを使用が有効である場合があるが、このようなディスプレイに求められる要件では、小型のＬＥＤの実装はかなり困難である。したがって、異なる色の光を生成する多数の小さな発光構造体を同一基板上に一体的に構成すること（例えば、単一の集積された半導体デバイス）ができる、新たな技術およびデバイスが望まれている。
【0027】
本開示は、以下に説明する図に関連して、そのような技術および装置の例を提供する。例えば、図１乃至図４Ｂは、一体的に構成された発光構造体を実装することができるディスプレイの例に関する一般的な情報を記載している。図５Ａ乃至図９Ｂは、そのような一体的に構成された発光構造体の例の様々な態様を説明している。
【0028】
本開示では、「発光構造体」および「発光素子」という用語は交換可能に使用することがあり、「発光構造体」という用語は、特定の色の光を生成するように構成された単一の構成要素の構造的配置（例えば、材料、層、構成）を説明するために使用することがある。また、「発光素子」、「発光体」、または単に「エミッタ」という用語は、より一般的に単一の構成要素を示すために使用することがある。
【0029】
図１は、ソース１２０からコンテンツ／データ１２５（例えば、画像コンテンツ、動画コンテンツ、またはその両方）を受信するディスプレイ１１０の一例を示す模式図１００である。ディスプレイ１１０は、１つまたは複数のパネル１５０を備えていてもよく（１つが示されている）、ディスプレイ１１０内の各パネル１５０は、発光パネルまたは反射パネルである。パネルは、所定の配置または配列で構成された発光素子または光反射素子を備えているだけでなく、発光素子または光反射素子を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。発光パネルが使用される場合、発光パネルは、複数の発光素子を備えていてもよい（例えば、図２Ａの発光素子２２０参照）。これら発光素子は、１つまたは複数の半導体材料から構成されたＬＥＤであってもよい。ＬＥＤは無機ＬＥＤであってもよい。ＬＥＤは、例えば、マイクロＬＥＤ（マイクロＬＥＤ、ｍＬＥＤ、またはμＬＥＤとも呼ばれる）であってもよい。発光素子を構成する他のディスプレイ技術としては、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）技術または有機ＬＥＤ（ＯＬＥＤ）技術が挙げられる。さらに、異なる色の光を生成するＬＥＤは、効率的な製造のために、同一の半導体基板に一体的に構成されてもよい。
【0030】
ディスプレイ１１０は、（例えば、８Ｋ以上の解像度に対応する）超高解像度性能、高ダイナミックレンジ（コントラスト）性能、またはライトフィールド性能、またはこれらの性能の組み合わせを有していてもよい。ディスプレイ１１０がライトフィールド性能を有し、ライトフィールドディスプレイとして動作可能な場合、ディスプレイ１１０は、複数の画素（例えば、スーパーラクセル）を備えていてもよく、各画素は、それぞれの光誘導光学素子と、発光素子の配列（例えば、サブラクセル）を有している。発光素子の配列（例えば、サブラクセル）は、同一の半導体基板上に一体的に構成され、配列内の発光素子が別個のグループ（例えば、ラクセル）に配置されて、ライトフィールドディスプレイ（例えば、図２Ｂ乃至図３参照）によってサポートされる複数のビューを提供する。さらに、ライトフィールドディスプレイでは、発光素子の数とその密度は、高解像度のディスプレイであっても、従来のディスプレイよりも桁違いに大きくなることがある。
【0031】
ソース１２０は、コンテンツ／データ１２５を、ディスプレイ１１０内に一体に組み込まれた表示処理部１３０に提供してもよい。表示処理部１３０は、ディスプレイ１１０に表示するためにコンテンツ／データ１２５内の画像または動画コンテンツを変更するように構成されてもよい。表示処理部１３０によって、画像または動画コンテンツを処理するために使用される情報を記憶するディスプレイメモリ１３５も示されている。ディスプレイメモリ１３５またはその一部は、表示処理部１３０に一体に組み込まれてもよい。表示処理部１３０によって実行可能なタスクのセットは、ライトフィールドアプリケーションのためのカラーマネジメント、データ変換、および／またはマルチビュー処理動作に関連するタスクを含んでもよい。表示処理部１３０は、処理されたコンテンツ／データをタイミングコントローラ（ＴＣＯＮ）１４０に提供してもよく、これにより、タイミングコントローラ（ＴＣＯＮ）１４０は、適切な表示情報をパネル１５０に提供する。上述したように、パネル１５０（ディスプレイパネルとも呼ばれる）は、パネル１５０内の発光素子または光反射素子を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。
【0032】
図２Ａの模式図２００ａは、典型的には画素またはディスプレイ画素と呼ばれる、複数の発光素子２２０を有するディスプレイ２１０を示している。上述したように、これらの発光素子は、異なる色を生成する発光素子が同一基板上に一体的に構成されることができるような特定の構造（例えば、半導体構造）から構成されてもよい。発光素子２２０は、説明のために互いに分離して示されているが、一般に、配列状に形成され、互いに隣接することで、高解像度のディスプレイ２１０を提供する。ディスプレイ２１０は、模式図１００のディスプレイ１１０の一例であってもよい。
【0033】
図２Ａに示す例では、発光素子２２０は、Ｎ×Ｍの配列で構成または配置されてもよく、Ｎは配列内の画素の行数であり、Ｍは配列内の画素の列数である。このような配列の拡大部分がディスプレイ２１０の右側に示されている。小さなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｎ≧１０およびＭ≧１０、Ｎ≧１００およびＭ≧１００が挙げられる。大きなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｎ≧５００およびＭ≧５００、Ｎ≧１，０００およびＭ≧１，０００、Ｎ≧５，０００およびＭ≧５，０００、Ｎ≧１０，０００およびＭ≧１０，０００が挙げられ、さらに大きな配列サイズも可能である。
【0034】
図示しないが、ディスプレイ２１０は、発光素子２２０の配列に加えて、配列を駆動するためのバックプレーンを備えていてもよい。バックプレーンは、低消費電力および高帯域幅で動作可能に構成されてもよい。
【0035】
図２Ｂの模式図２００ｂは、複数の画素またはスーパーラクセル２２５を有するライトフィールドディスプレイ２１０ａを示している。本開示では、「画素」という用語と「スーパーラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用することがある。ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、ライトフィールド性能を有する模式図１００のディスプレイ１１０の一例であってもよい。ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、異なるタイプの用途に使用されてもよく、そのサイズは用途に応じて変化し得る。例えば、ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、いくつか例を挙げると、時計、近視用アプリケーション、電話、タブレット、ノートパソコン、モニター、テレビ、および看板のディスプレイとして使用される場合、異なるサイズを有してもよい。したがって、用途に応じて、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ内の画素２２５は、配列、格子、または他のタイプの順序付けられた、異なるサイズの配置で構成され得る。ライトフィールドディスプレイ２１０ａの画素２２５は、１つまたは複数のディスプレイパネルに分散させることができる。
【0036】
図２Ｂの例に示すように、画素２２５は、Ｐ×Ｑの配列に構成または配置することができ、Ｐは配列内の画素の行数であり、Ｑは配列内の画素の列数である。そのような配列の拡大部分は、ライトフィールドディスプレイ２１０ａの右側に示されている。小さなディスプレイの場合、配列サイズの例として、Ｐ≧１０およびＱ≧１０、Ｐ≧１００およびＱ≧１００を挙げることができる。大きなディスプレイの場合、配列サイズの例は、Ｐ≧５００およびＱ≧５００、Ｐ≧１，０００およびＱ≧１，０００、Ｐ≧５，０００およびＱ≧５，０００、Ｐ≧１０，０００およびＱ≧１０，０００を挙げることができる。
【0037】
配列内の各画素２２５は、それ自体が発光素子２２０または（さらに右側に示す）サブラクセルの配列または格子を有する。言い換えれば、各画素２２５は、複数の発光素子２２０を含み、これらの各発光素子２２５は、それぞれに発光構造体を備えている。画素２２５が、異なる色の光（例えば、赤色（Ｒ）光、緑色（Ｇ）光、および青色（Ｂ）光）を生成する同一の半導体基板上の異なるＬＥＤを発光素子２２０として含む場合、ライトフィールドディスプレイ２１０ａは、一体的に構成されたＲＧＢＬＥＤスーパーラクセルから作られていると言うことができる。
【0038】
対応する光誘導光学素子２１５（例えば、図２Ｃの模式図２００ｃに示す一体型結像レンズ）を含む、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ内の各画素２２５は、ディスプレイの解像度によって制限される最小の画素サイズを代表することができる。これに関して、画素２２５の発光素子２２０の配列または格子は、その画素に対応する光誘導光学素子２１５よりも小さくすることができる。しかしながら、実際には、画素２２５の発光素子２２０の配列または格子のサイズは、対応する光誘導光学素子２１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズの直径）と同様であってもよく、これは、画素２２５間のピッチ２３０と同様または同じであり得る。
【0039】
上述したように、画素２２５の発光素子２２０の配列の拡大図が、模式図２００ｂの右側に示されている。発光素子２２０の配列は、Ｘ×Ｙの配列とすることができ、Ｘは配列内の発光素子２２０の行数であり、Ｙは配列内の発光素子２２０の列数である。配列サイズの例として、Ｘ≧５およびＹ≧５、Ｘ≧８およびＹ≧８、Ｘ≧９およびＹ≧９、Ｘ≧１０およびＹ≧１０、Ｘ≧１２およびＹ≧１２、Ｘ≧２０およびＹ≧２０、およびＸ≧２５およびＹ≧２５を挙げることができる。一例では、Ｘ×Ｙの配列は、８１個の発光素子またはサブラクセル２２０を含む９×９の配列であってもよい。
【0040】
各画素２２５において、配列内の発光素子２２０は、別個の明確に区別される発光素子２２０のグループ（例えば、図２Ｄに示す発光素子２６０のグループを参照）を含むことができる。これら発光素子２２０は、空間的および角度的近接性に基づいて割り当てられ、またはグループ化され（例えば、論理的にグループ化され）、ライトフィールドディスプレイ２１０ａによって視聴者に提供されるライトフィールドビューの生成に寄与する異なる光出力（例えば、指向性光出力）を生成するように構成される。サブラクセルまたは発光素子のラクセル２２０へのグループ化は、一意である必要はない。例えば、組み立て中または製造中に、表示エクスペリエンスを最適化する特定のラクセルへのサブラクセルのマッピングが存在してもよい。同様の再マッピングは、一度配置されたディスプレイによって、例えば、異なる色の発光素子の経年変化および／または光誘導光学素子の経年変化を含む、ディスプレイの様々な部品または要素の経年変化を考慮して、実行され得る。本開示では、「発光素子のグループ」という用語と「ラクセル」という用語は、ライトフィールドディスプレイ内の同様の構造単位を説明するために交換可能に使用されることがある。発光素子またはラクセルの様々なグループの寄与によって生成されるライトフィールドビューは、連続的または非連続的なビューとして視聴者によって知覚され得る。上述したように、異なる色の光を生成する様々な発光素子の構造はすべて、同一の半導体基板上に一体的に構成されてもよく、これについては以下でより詳細に説明する。
【0041】
発光素子２２０の配列内の発光素子２２０の各グループ（図２Ｂの模式図２００ｂの右端）は、少なくとも３つの異なる色の光（例えば、赤色光、緑色光、青色光、あるいはまた、白色光）を生成する複数の発光素子を含む。一例では、これらのグループまたはラクセルのそれぞれは、赤色光を生成する少なくとも１つの発光素子２２０、緑色光を生成する１つの発光素子２２０、および青色光を生成する１つの発光素子２２０を含む。あるいは、白色光を生成する少なくとも１つの発光素子２２０が含まれていてもよい。
【0042】
図２Ｃの模式図２００ｃは、上述した対応する光誘導光学素子２１５を備えた画素２２５の配列の一部の拡大図を示すライトフィールドディスプレイ２１０ａの他の例を示している。ピッチ２３０は、画素２２５間の間隔または距離を表すことができ、光誘導光学素子２１５のサイズ（例えば、マイクロレンズまたは小型レンズのサイズ）であり得る。
【0043】
図２Ｄの模式図２００ｄは、本開示で説明される構造単位のいくつかを例示するために、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ）の一部の断面図を示している。ここで、図１は、ライトフィールドディスプレイとして構成されている。例えば、模式図２００ｄは、３つの隣接する画素またはスーパーラクセル２２５ａを示しており、それぞれは対応する光誘導光学素子２１５を有する。この例では、光誘導光学素子２１５は、画素２２０ａとは別個であるとみなすことができるが、他の例では光誘導光学素子２１５は、画素の一部であるとみなすことができる。
【0044】
図２Ｄに示されるように、各画素２２５ａは、複数の発光素子２２０（例えば、複数のサブラクセル）を含み、異なるタイプのいくつかの発光素子２２０（例えば、いくつかのサブラクセル）は、グループ２６０に（例えば、ラクセルの中に）グループ化されてもよい。グループまたはラクセルは、中央の画素２２５ａ内の最も右側のグループまたはラクセルによって示されるように、特定の光線要素２５５に寄与する様々な成分を生成することができる。異なる画素内の異なるグループまたはラクセルによって生成された光線要素２５５は、ライトフィールドディスプレイから離れた視聴者によって知覚されるビューに寄与することができることを理解されるであろう。
【0045】
図２Ｄに記載されている追加の構造単位は、画素２２５ａと同じタイプの（例えば、同じ色の光を生成する）発光素子２２０のグループを表す副画素２７０の概念である。
【0046】
図２Ｄはまた、画素２２５（スーパーラクセル）、グループ２６０（ラクセル）、または副画素２７０のいずれにおいても、異なる色の光を生成するように構成された様々な発光素子２２０（または、少なくとも光を生成するように構成されたそれぞれの構造体）を、同一または単一の半導体基板上に一体的に構成されるという概念をサポートするものである。
【0047】
図３の模式図３００は、発光素子の配列が一体に組み込まれたバックプレーンの一例を示している。模式図３００は、図２Ｄの模式図２００ｄと同様に断面図を示している。模式図３００は、発光素子（サブラクセル）２２０、発光素子（ラクセル）のグループ２６０、画素（スーパーラクセル）２２５ａ、および光誘導光学素子２１５を示している。異なる画素からの様々な光線２５５がどのように寄与して、ビューＡおよびビューＢなどの異なるビューを生成することができるかについても示している。さらに、画素２２５ａの発光素子２２０は、より大きな配列３３０（例えば、ディスプレイパネル）を形成し、この配列３３０は、接続部３２０を介してバックプレーン３１０に接続されている。これにより、バックプレーン３１０は、発光素子２２０のそれぞれを駆動するように構成されている。
【0048】
図４Ａは、画素２２５の一実施形態の様々な詳細を説明する模式図４００ａを示している。例えば、画素２２５（例えば、スーパーラクセル）は、それぞれの光誘導光学素子２１５（破線で示される）を有し、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の発光素子２２０（例えば、サブラクセル）の配列または格子４１０を含む。光誘導光学素子２１５は、配列４１０と同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列４１０よりわずかに大きくてもよい。本開示の図に示されているサイズのいくつかは、説明の目的で誇張されており、実際のサイズまたは相対的なサイズの正確な表現であるとみなされる必要はないことを理解されたい。
【0049】
配列４１０内の複数の発光素子２２０は、異なる色の光を生成するための異なるタイプの複数の発光素子を含み、ライトフィールドディスプレイによって生成される複数のビューに異なる寄与を提供する別個のグループ２６０（例えば、別個のラクセル）内に配置されている。配列４１０内の発光素子２２０のそれぞれは、同一の半導体基板上に一体的に構成されることができる。
【0050】
図４Ａに示されるように、配列４１０は、２つまたはそれよりも多い画素の隣接または近接した配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図４Ａに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
【0051】
図示されていないが、図４Ａの画素２２５は、画素２２５内の複数の発光素子２２０を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、バックプレーン内）を有してもよい。
【0052】
図４Ｂは、画素２２５の他の実施形態の様々な詳細を説明する模式図４００ｂを示している。例えば、図４Ｂの画素２２５（例えば、スーパーラクセル）は、同一の半導体基板上に一体的に構成された複数の副画素２７０を含む。各副画素２７０は、それぞれの光誘導光学素子２１５（破線で示されている）を有し、同じ色の光を生成する複数の発光素子２２０（例えば、複数のサブラクセル）の配列または格子４１０ａを含む。光誘導光学素子２１５は、配列４１０ａと同一または同様のサイズであってもよいし、または図示したように配列４１０ａよりわずかに大きくてもよい。画素２２５において、副画素２７０のうちの１つの光誘導光学素子２１５は、その副画素７２０内の複数の発光素子２２０によって生成される光の色の色分散を最適化するように構成されている。さらに、光誘導光学素子２１５は、それぞれの副画素２７０の配列４１０ａに整列され、結合され得る。
【0053】
副画素７２０の発光素子２２０は、別々のグループ２６０（例えば、ラクセル）に配置される。図４Ｂに示されるように、一例では、各グループ２６０は、副画素２７０のそれぞれからの、まとまって配置された複数の発光素子２２０（例えば、各副画素内の同じ位置）を含んでもよい。しかしながら、上述したように、様々な発光素子２２０の異なるグループ２６０へのマッピングは、製造中および／または動作中に変化させることができる。様々な副画素２７０内の発光素子２２０のそれぞれは、同一の半導体基板上に一体的に構成されることができる。
【0054】
図４Ｂに示されるように、配列４１０ａは、２つまたはそれよりも多い副画素の隣接する配置を可能にする幾何学的配置を有する。幾何学的配置は、六角形（図４Ｂに示される）、正方形、または長方形のいずれかであり得る。
【0055】
図示されていないが、図４Ｂの画素２２５は、画素２２５内の複数の発光素子２２０を駆動するように構成された複数の駆動回路を含む、対応する電子的手段（例えば、バックプレーン内）を有してもよい。いくつかの例では、１つまたは複数の共通の駆動回路を使用して、副画素２７０のそれぞれを駆動することができる。
【0056】
上述したように、図１乃至図４Ｂは、一体的に構成された発光構造体（例えば、発光素子２２０の構造）が実装され得るディスプレイの例に関する一般的な情報を説明するものである。以下の図５Ａ乃至図９Ｂの説明は、このような一体的に構成された発光構造体の例の様々な態様に関する詳細を提供する。
【0057】
図５Ａの模式図５００ａは、基板５１０（例えば、半導体基板）上に一体的に構成された発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの一例の断面図を示している。基板５１０は、デバイスの一部であってもよいし、複数の層から構成されてもよい。一例では、基板５１０は、下層５０３（例えば、サファイアで作られた層）と、下層の上に配置された１つまたは複数のバッファ層またはイニシエーション層５０５を有していてもよい。バッファ層５０５は、例えば、非ドープＧａＮで構成された第１バッファ層５０５と、ｎ型ドープＧａＮで構成された第２バッファ層５０５を有していてもよく、後者は、基板５１０の上層を形成している。いくつかの例では、第２バッファ層５０５は、第１バッファ層５０５よりも厚くてもよい。基板５１０の下層は半導体層である必要はないが、１つまたは複数の上層（例えば、バッファ層またはイニシエーション層５０５）は半導体層であることから、基板５１０は半導体基板と呼ばれることがある。
【0058】
基板５１０の最表面（例えば、最上部バッファ層５０５の表面）の上に、オプションとして、例えば、様々な発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの配置または位置を決定する誘電体（図示せず）を堆積し、発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃを成長させてもよい。このような例では、誘電体は、図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図３、図４Ａ、および図４Ｂに関連して上述した種類の実装において、発光構造体５２０を構成または配置するために使用されてもよい。
【0059】
発光構造体５２０ａは、第１の色の光を生成する発光素子（例えば、発光素子２２０）の一部であるか、または第１の色の光を生成する発光素子に対応するように構成されてもよい。発光構造体５２０ｂ，５２０ｃは、それぞれ第２の色の光および第３の色の光を生成する発光素子の一部であるか、またはそれぞれ第２の色の光および第３の色の光を生成する発光素子に対応するように構成されてもよい。図示しないが、追加の色の光を生成するために、他の発光構造体がさらに設けられてもよい。
【0060】
発光構造体の層、組み立て、または構成の追加の詳細は、中央に示す発光構造体５２０ｂに関連して図５Ａの模式図５００ａに示されている。例えば、発光構造体は、発光素子の一部であってもよいし、または発光素子に対応していてもよく、この発光構造体は、活性領域（例えば、光を生成するために使用される領域）を有するエピタキシャル成長領域５３０、領域５３０の上に堆積された（例えば、ｐ＋＋ドープ材料で構成された）高濃度ドープ層５４０、および高濃度ドープ層５４０の上に堆積された（例えば、金属または透明導電体、あるいは、ｐ型コンタクトまたはｐ型コンタクト層とも呼ばれる）導電性コンタクト層５５０を備えていてもよい。また、発光構造体は、高濃度ドープ層５４０の側面（場合によっては、部分的に高濃度ドープ層５４０の最上部）に堆積されたパッシベーション層５６０を備えていてもよい。領域５３０内の活性領域は、領域５３０内の個々の量子井戸構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のいずれか形態の少なくとも１つの量子井戸を含んでいてもよい。加えて、または代わりに、領域５３０内の活性領域は、１つまたは複数の希土類を含んでいてもよく、生成される光の色に応じて希土類が選択される。発光構造体５２０ａ，５２０ｂは同様に構成されているが、それぞれが異なる色の光を生成するために異なる領域５３０（すなわち、異なる活性領域）を有していてもよいことを理解されたい。このように、発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃは、単一の基板５１０上に一体的に構成されているといえる。
【0061】
この例では、導電性コンタクト層５５０は、高濃度ドープ層５４０の最上部のみを覆っている。これは、例えば、導電性コンタクト層５５０の前にパッシベーション層５６０を堆積することによって達成され得る。
【0062】
発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの側面は、ファセット状であってもよく、すなわち、垂直ではなく、代わりに角度または傾斜を有していてもよい。これは、領域５３０、高濃度ドープ層５４０、およびパッシベーション層５６０の側面または側壁の構成に反映されている。
【0063】
図５Ｂの模式図５００ｂは、基板５１０（例えば、半導体基板）上に一体的に構成された発光構造体５２０ｅ，５２０ｄ，５２０ｆの他の例の断面図を示している。基板５１０は、デバイスの一部であってもよいし、図５Ａの模式図５００ａに示した基板と同じまたは類似であってもよい。基板５１０は、下層５０３および１つまたは複数のバッファ層またはイニシエーション層５０５を有していてもよい。様々な発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆは、異なる半導体製造技術を用いて特定の位置または場所で成長させることができ、発光構造体を図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｄ、図３、図４Ａ、および図４Ｂに関連して上述した実装のタイプで構成、または配置することができる。
【0064】
発光構造体５２０ｄは、第１の色の光を生成する発光素子（例えば、発光素子２２０）の一部であるか、または第１の色の光を生成する発光素子に対応するように構成されてもよい。発光構造体５２０ｅ，５２０ｆは、それぞれ第２色の光と第３色の光を生成する発光素子の一部であるか、またはそれぞれ第２色の光と第３色の光を生成する発光素子に対応するように構成されてもよい。図示しないが、追加の色の光を生成するために、他の発光構造体がさらに設けられてもよい。
【0065】
発光構造体の層、組み立て、または構成の追加の詳細は、中央に示す発光構造体５２０ｅに関連して図５Ｂの模式図５００ｂに示されている。例えば、発光構造体は、発光素子の一部であってもよいし、または発光素子に対応してしてもよく、活性領域を有するエピタキシャル成長領域５３０、高濃度ドープ層５４０、および導電性コンタクト層５５０を備えていてもよい。また、発光構造体は、発光構造体の側面（場合によっては、部分的に発光構造体の最上部）に堆積されたパッシベーション層５６０を備えていてもよい。領域５３０内の活性領域は、領域５３０内の個々の量子井戸構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造のいずれか形態の少なくとも１つの量子井戸を含んでいてもよい。加えて、または代わりに、領域５３０内の活性領域は、１つまたは複数の希土類を含んでいてもよく、生成される光の色に応じて希土類が選択される。発光構造体５２０ｄ，５２０ｆは同様に構成されているが、それぞれが異なる色の光を生成するために異なる領域５３０（すなわち、異なる活性領域）を有していてもよいことを理解されたい。このように、発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆは、単一の基板５１０上に一体的に構成されているといえる。発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆの側面または側壁は、垂直であってもよく、これは、異なる半導体製造技術、および構造体を製造するために用いられるプロセスに従って達成されてもよい。
【0066】
図６Ａの模式図６００ａは、図５Ａに関連して上述した発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃを有するデバイスの一例の断面図を示している。本実施例のデバイスは、ディスプレイパネルに使用されてもよく、発光構造体の間に堆積されたパッシベーション層６２０（例えば、パッシベーション層５６０に対応）、およびデバイスの端部（右端）にコンタクトメタル６１０（例えば、ｎ型コンタクトメタル）を備えている。図６Ｂの模式図６００ｂに示すように、構造体への電気的接触を可能にするために、パッシベーション層６２０は、各発光構造体の導電性コンタクト層５５０の最上部を覆っていない。模式図６００ｂにおいて、バックプレーン３１０（例えば、図３参照）は、模式図６００ｂのデバイスに接続されてもよい。この例では、接続部３２０は、導電層５５０に接触するディスプレイパネル接続部３２０ａ、およびバックプレーン３１０上の対応するバックプレーン接続部３２０ｂを有していてもよい。ディスプレイパネル接続部３２０ａおよびバックプレーン接続部３２０ｂは、バンプとして示されているが、各導電性コンタクト層５５０を介して、バックプレーン３１０と各発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃとの間の電気的接続を可能にする他のタイプの接続部が使用されてもよい。
【0067】
図６Ｃの模式図６００ｃは、図５Ｂに関連して上述した発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆを有するデバイスの一例の断面図を示している。本実施例のデバイスは、ディスプレイパネルに使用されてもよく、発光構造体の間に堆積されたパッシベーション層６２０（パッシベーション層５６０に対応）、およびデバイスの端部（右端）にコンタクトメタル６１０（例えば、ｎ型コンタクトメタル）を備えている。図６Ｄの模式図６００ｄに示すように、構造体への電気的接触を可能にするために、パッシベーション層６２０は、各発光構造体の導電性コンタクト層５５０の最上部を覆っていない。模式図６００ｄにおいて、バックプレーン３１０は、接続部３２０を介して図６Ｃのデバイスに接続されてもよい。この例では、接続部３２０は、導電層５５０に接触するディスプレイパネル接続部３２０ａ、およびバックプレーン３１０上の対応するバックプレーン接続部３２０ｂを有していてもよい。ディスプレイパネル接続部３２０ａおよびバックプレーン接続部３２０ｂは、バンプとして示されているが、導電性コンタクト層５５０を介して、バックプレーン３１０と各発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆとの間の電気的接続を可能にする他のタイプの接続部が使用されてもよい。
【0068】
図７Ａ乃至図７Ｃは、本開示の態様による、発光構造体の例の断面図を示す模式図７００ａ，７００ｂ，７００ｃを示している。例えば、模式図７００ａは、複数の層を有する発光構造体を示している。発光構造体は、ｎ型層７５０、ｎ型層７５０の上に設けられた活性領域７３０、活性領域７３０の上に設けられたｐ型層７２０、およびｐ型層７２０の上に設けられた導電層７１０を有していてもよい。活性領域７３０は、適切な色の光を生成するために、個々の量子井戸構造、またはＭＱＷ構造の一部のいずれかの形態の１つまたは複数の量子井戸を含んでいてもよい。加えて、または代わりに、活性領域７３０は、適切な色の光を生成するために、１つまたは複数の希土類を含んでいてもよい。活性領域７３０は、領域５３０の活性領域に対応してもよく、ｐ型層７２０は、高濃度ドープ層５４０に対応してもよく、導電層７１０は、上述した導電性コンタクト層５５０に対応してもよい。ｎ型層７５０および活性領域７３０も同様に、上述した領域５３０の一部であってもよい。模式図７００ａの発光構造体は、例えば、図５Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに関連して上述した、垂直側壁７４０などの垂直側壁を有する発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆの一例であってもよい。
【0069】
模式図７００ｂは、複数の層を有する他の発光構造体を示している。本実施例の発光構造体は、ｎ型層７５０、ｎ型層７５０の上に設けられた活性領域７３０、活性領域７３０の上に設けられたｐ型層７２０、およびｐ型層７２０の上に設けられた導電層７１０を有している。模式図７００ａの例とは異なり、これらの層は、構造体の端部で下向きに屈曲するように成長または堆積される。活性領域７３０は、適切な色の光を生成するために、個々の量子井戸構造、またはＭＱＷ構造の一部のいずれかの形態の１つまたは複数の量子井戸を含んでいてもよい。１つまたは複数の量子井戸はまた、これらが活性領域７３０内の構造体の端部で下向きに屈曲するように構成されてもよい。加えて、または代わりに、活性領域７３０は、適切な色の光を生成するために、１つまたは複数の希土類を含んでいてもよい。活性領域７３０は、領域５３０の活性領域に対応してもよく、ｐ型層７２０は、高濃度ドープ層５４０に対応してもよく、導電層７１０は、上述した導電性コンタクト層５５０に対応してもよい。ｎ型層７５０および活性領域７３０も同様に、上述した領域５３０の一部であってもよい。ファセット状の端部、または傾斜した端部を有しているため、模式図７００ｂに示す発光構造体は、図５Ｂ、図６Ｃ、および図６Ｄに関連して上述した、垂直側壁を有する発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆとは異なる場合がある。
【0070】
模式図７００ｃは、模式図７００ａと同様の例を示している。ただし、この場合、材料の再成長を行って、発光構造体の側面に再成長部７６０を追加することができる。再成長部７６０は、再成長部７６０の形状を示す異なる破線によって示すように、プロセス特性に基づいて変化してもよい。
【0071】
図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、１つのタイプの発光構造体の配列またはグループの断面図を示す模式図８００ａおよび模式図８００ｂを示している。例えば、模式図８００ａのデバイスは、第１の色の光を生成する発光構造体の第１配列８１０ａ、第２の色の光を生成する発光構造体の第２配列８１０ｂ、および第３の色の光を生成する第３配列８１０ｃを有していてもよい。一例では、これらの発光構造体は、図５Ａの模式図５００ａの発光構造体のタイプ（例えば、発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ）と同様であってもよい。３つの異なる発光構造体、すなわち、３つの異なるタイプの色のみが示されているが、発光構造体の数は３つよりも多くてもよいし、少なくてもよいことを理解されたい。この例では、同じ色の光を生成する発光構造体を共に配置して配列を形成してもよい。これらの配列は、例えば、図４Ｂの模式図４００ｂに示す副画素の配置と一致していてもよい。模式図８００ａの例では、共通接点８２０は、様々な配列８１０ａ，８１０ｂ，８１０ｃのすべての発光構造体に使用されてもよい。
【0072】
模式図８００ｂのデバイスは、第１の色の光を生成する発光構造体の第１グループ８３０ａ、第２の色の光を生成する発光構造体の第２グループ８３０ｂ、および第３の色の光を生成する発光構造体の第３のグループ８３０ｃを有していてもよい。一例では、これらの発光構造体は、図５Ａの模式図５００ａの発光構造体のタイプ（例えば、発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃ）と同様であってもよい。３つの異なる発光構造体、すなわち、３つの異なるタイプの色のみが示されているが、発光構造体の数は３つよりも多くてもよいし、少なくてもよいことを理解されたい。この例では、同じ色の光を生成する発光構造体は、任意の順序（例えば、二次元の順序または配列）で配置されてもよい。これらのグループは、例えば、図４Ａの模式図４００ａに示すラクセルおよびスーパーラクセルのレイアウトまたは配列と一致していてもよい。模式図８００ｂの例では、共通接点８２０は、様々なグループ８３０ａ，８３０ｂ，８３０ｃのすべての発光構造体に使用されてもよい。
【0073】
図８Ｃおよび図８Ｄは、それぞれ、他のタイプの発光構造体の配列またはグループの断面図を示す模式図８００ｃおよび模式図８００ｄを示している。模式図８００ｃは、模式図８００ａと同様に、第１の色の光を生成する発光構造体の第１配列８１０ｄ、第２の色の光を生成する発光構造体の第２配列８１０ｅ、および第３の色の光を生成する発光構造体の第３配列８１０ｆを有するデバイスを含む。これらの配列の発光構造体は、図５Ｂの模式図５００ｂに示す発光構造体のタイプ（例えば、発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆ）と同様であってもよく、これらの配列は、例えば、図４Ｂの模式図４００ｂに示す副画素の配置と一致していてもよい。
【0074】
模式図８００ｄは、模式図８００ｂと同様に、第１の色の光を生成する発光構造体の第１グループ８３０ｄ、第２の色の光を生成する発光構造体の第２グループ８３０ｅ、および第３の色の光を生成する発光構造体の第３グループ８３０ｆを有するデバイスを含む。これらのグループの発光構造体は、図５Ｂの模式図５００ｂの発光構造体のタイプ（例えば、発光構造体５２０ｄ，５２０ｅ，５２０ｆ）と同様であってもよく、これらのグループは、例えば、図４Ａの模式図４００ａに記載されているラクセルおよびスーパーラクセルのレイアウトまたは配列と一致していてもよい。
【0075】
上述した単一の基板上に一体的に構成された発光構造体を有するデバイス（例えば、図５Ａ乃至図６Ｄ、図７Ａ乃至図７Ｃ、および図８Ａ乃至図８Ｄ）は、例えば、図１の模式図１００に示すパネル１５０のようなディスプレイパネルの一部であってもよい。デバイスが、ディスプレイに必要なすべての発光構造体（発光素子）を有することができる場合、単一のデバイス（例えば、単一の基板）で十分な場合がある。あるいは、ディスプレイに必要な発光構造体（発光素子）の数および／または密度を提供するために、複数のデバイスを組み合わせる（例えば、互いに繋ぎ合わせる）必要がある場合がある。
【0076】
図９Ａおよび図９Ｂは、それぞれ、ディスプレイにおける光を生成するためのデバイスの配置の異なる例の模式図９００ａおよび模式図９００ｂｍを示している。模式図９００ａでは、単一のデバイス９１０（例えば、図５Ａ乃至図６Ｄ、図７Ａ乃至図７Ｃ、および図８Ａ乃至図８Ｄのデバイスの１つ）は、ディスプレイ１１０が適切に動作するために必要な発光素子を提供するのに十分な数および／または密度で、一体的に構成された発光構造体を有していてもよい。模式図９００ｂでは、単一のデバイス９１０は、ディスプレイ１１０が適切に動作するために必要な発光素子を提供するのに十分な数および／または密度で、一体的に構成された発光構造体を有していない。このような場合、複数のデバイス９１０を互いに組み合わせる必要があり得る。複数のデバイス９１０は、これらの組み合わせが、ディスプレイ１１０が適切に動作するために必要な発光素子を提供するのに十分な数および／または密度で、一体的に構成された発光構造体を有する限り、同じサイズまたは異なるサイズであってもよい。
【0077】
上述した図１乃至図９Ｂの説明に関連して、本開示は、少なくとも一部がＧａＮを含む材料で構成された１つまたは複数のバッファ層（例えば、１つまたは複数のバッファ層またはイニシエーション層（５０５）を有する基板（例えば、基板５１０）を含む、光を生成するためのデバイスを説明する。このデバイスはまた、１つまたは複数のバッファ層の最上層の同一表面上にエピタキシャル成長した複数の発光構造体（例えば、発光構造体５２０ａ～５２０ｆ）を備えていてもよい。各発光構造体は、前記表面と平行で横方向に終端された活性領域（例えば、活性領域７３０）を有し、異なる発光構造体の活性領域は、異なる色の光を直接生成するように構成されている。「直接生成する」とは、活性領域内、または活性領域と発光構造体に物理的に結合された他の構造との間で起こる遷移や、遷移と同様の効果による光の生成を指すことがある。前記デバイスは、前記発光構造体のそれぞれの前記活性領域の上に配置され、少なくとも一部がＧａＮを含むｐ型ドープ材料で構成されたｐ型ドープ層（例えば、高濃度ドープ層５４０、ｐ型層７２０）をさらに含んでいてもよい。本開示では、ＧａＮを含む材料は、例えば、ＧａＮ合金を含む材料を指すこともある。活性領域はまた、垂直な領域であってもよい。
【0078】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記デバイスはまた、前記ｐ型ドープ層の上に配置されたコンタクト層（例えば、導電性コンタクト層５５０、導電性コンタクト層７１０）を備えていてもよい。前記コンタクト層は、導電層であってもよく、金属コンタクト層または透明コンタクト層のいずれかである。一例では、透明コンタクトは、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、ニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）の合金、または酸素（Ｏ）でアニールされたＮｉとＡｕの合金で構成されている。
【0079】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記１つまたは複数のバッファ層は、前記基板上にエピタキシャル成長させてもよい。前記１つまたは複数のバッファ層の前記最上層を構成する前記材料は、ＧａＮを含む。前記１つまたは複数のバッファ層を構成する材料は、ＧａＮ合金を含む。前記ｐ型ドープ層を構成する前記ｐ型ドープ材料は、ＧａＮ合金を含む。いくつかの例では、前記１つまたは複数のバッファ層を構成する前記材料と、前記ｐ型ドープ層を構成する前記ｐ型ドープ材料は、同じ材料である。
【0080】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記異なる発光構造体は、青色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体と、緑色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体と、赤色光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体を含んでいてもよい。これら異なる発光構造体は、青色光、緑色光、および赤色光とは異なる光を直接生成するように構成されたバンドギャップを有するＩｎＧａＮを含む材料で構成された活性領域を有する、１つまたは複数の発光構造体をさらに含んでいてもよい。
【0081】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記異なる発光構造体は、青色光を直接生成するように構成された活性領域内に少なくとも１つの量子井戸を有する、１つまたは複数の発光構造体と、緑色光を直接生成するように構成された活性領域内に少なくとも１つの量子井戸を有する、１つまたは複数の発光構造体と、赤色光を直接生成するように構成された活性領域内に少なくとも１つの量子井戸を有する、１つまたは複数の発光構造体を含んでいてもよい。前記異なる発光構造体は、青色光、緑色光、および赤色光とは異なる光を直接生成するように構成された活性領域内に少なくとも１つの量子井戸を有する、１つまたは複数の発光構造体をさらに含んでいてもよい。
【0082】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記異なる発光構造体は、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、活性領域は青色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体と、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、活性領域は緑色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体と、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、活性領域は赤色光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体を含む。前記異なる発光構造体は、活性領域に１つまたは複数の希土類を有し、活性領域は青色光、緑色光、および赤色光とは異なる光を生成するように構成されている、１つまたは複数の発光構造体をさらに含んでいてもよい。前記１つまたは複数の希土類は、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、またはＰｒ（例えば、Ｅｕ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、Ｇｄ＋３、Ｐｒ＋３、またはこれらの材料の他の帯電状態）のうちの１つまたは複数を含む。
【0083】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、格子状のパターンで配列されている（例えば、図４Ａおよび図４Ｂ参照）。前記格子状のパターンは、例えば、正方形のパターン、長方形のパターン、または六角形のパターンであってもよい。前記格子状のパターンは、前記異なる発光構造体の１つまたは複数の繰り返し配列を含んでいてもよい。
【0084】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記活性領域は、バルク活性領域を含む。前記活性領域には、１つまたは複数の希土類がドーピングされていてもよい。前記１つまたは複数の希土類の例には、Ｅｕ、Ｅｒ、Ｔｍ、Ｇｄ、またはＰｒのうちの１つまたは複数が挙げられる。一例では、Ｅｕ３＋、Ｅｒ３＋、Ｔｍ３＋、Ｇｄ＋３、またはＰｒ＋３のいずれかが使用されてもよい。これらの帯電状態は説明のために例示されているに過ぎず、他の帯電状態が使用されてもよい。使用される帯電状態は、希土類が組み込まれているマトリックスによって異なることがある。前記１つまたは複数の希土類は、活性領域またはバルク活性領域の超格子に含まれていてもよい。前記活性領域は、複数の垂直側壁（例えば、垂直側壁７４０）によって横方向に終端されていてもよい。
【0085】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記活性領域は、前記１つまたは複数のバッファ層の最上層の表面と平行な少なくとも１つの量子井戸を含む。前記少なくとも１つの量子井戸は、均一な厚さを有していてもよい。
【0086】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、各発光構造体は、ファセット状の複数の側壁（例えば、発光構造体５２０ａ，５２０ｂ，５２０ｃの側面または側壁、および図７Ｂの模式図７００ｂに示す発光構造体の側面または側壁）を有している。これらのタイプの発光構造体の前記活性領域は、少なくとも１つの量子井戸を含んでいてもよい。前記ファセット状の複数の側壁は、前記複数の発光構造体の成長方向に垂直な平面以外の平面上にある。
【0087】
【0088】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、各発光構造体は複数の側壁を有し、パッシベーション材料（例えば、パッシベーション層５６０，６２０）は、前記複数の側壁に隣接して配置されている。パッシベーション材料は、ＧａＮのバンドギャップよりも広いバンドギャップを有していてもよい。前記パッシベーション材料は、Ｇａ２Ｏ３またはＡｌ２Ｏ３を含んでいてもよい。前記活性領域は、少なくとも１つの量子井戸を含んでいてもよく、前記パッシベーション材料は、前記少なくとも１つの量子井戸のバンドギャップよりも広いバンドギャップを有していてもよい。前記パッシベーション材料は、前記発光構造体の対応する部分のドーピングとは反対のドーピングを有していてもよい。前記パッシベーション材料は、室温または動作温度でイオン化されないミッドギャップ状態または深い準位を有していてもよい。この場合の前記複数の側壁は、複数の垂直側壁であってもよい。
【0089】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、各発光構造体は、複数の側壁と、前記複数の側壁に隣接して配置された誘電体パッシベーション（例えば、パッシベーション層５６０，６２０）を有している。前記誘電体パッシベーションの材料は、ＧａＮまたはＩｎＧａＮのバンドギャップよりも高いバンドギャップを有していてもよい。この場合の前記複数の側壁は、複数の垂直側壁であってもよい。
【0090】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、各発光構造体の幅、または隣接する発光構造体の間隔は、１ミクロン未満、１ミクロンから５ミクロンの間、または５ミクロン超のいずれかの範囲である。
【0091】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、コンタクト層（例えば、導電性コンタクト層５５０）は、前記ｐ型ドープ層の上に配置されてもよい。接続部（例えば、接続部５２０）は、前記コンタクト層の上に配置されてもよく、前記デバイス内の前記複数の発光構造体のそれぞれをディスプレイのバックプレーン（例えば、バックプレーン３１０）に電気的に接続するように構成されてもよい。前記ｐ型ドープ層の上に配置された前記コンタクト層は、導電層であってもよく、金属コンタクト層または透明コンタクト層のいずれかであり、前記接続部は、金属バンプであってもよい。
【0092】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、前記異なる色の光に基づいて異なる配列またはグループに配置されてもよい。前記デバイスは、前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層（例えば、ｐ型コンタクト、導電性コンタクト層５５０）と、前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層（例えば、ｎ型コンタクト、接点８２０）をさらに備えている。
【0093】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、前記異なる色の光に基づいて異なる配列またはグループに配置されてもよい。前記デバイスは、前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層（例えば、ｐ型コンタクト、導電性コンタクト層５５０）と、前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層（例えば、ｎ型コンタクト、接点８２０）と、前記複数の発光構造体の少なくとも一部を分離するための、前記１つまたは複数のバッファ層に設けられた１つまたは複数のトレンチをさらに備えている。
【0094】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、それぞれが混合色の発光を含む異なる配列またはグループに配置されている。前記デバイスは、前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層（例えば、ｐ型コンタクト、導電性コンタクト層５５０）と、前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層（例えば、ｎ型コンタクト、接点８２０）をさらに備えている。
【0095】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、それぞれが混合色の発光を含む異なる配列またはグループに配置されている。前記デバイスは、前記ｐ型ドープ層の上に配置された第１コンタクト層（例えば、ｐ型コンタクト、導電性コンタクト層５５０）と、前記最上部バッファ層の上に配置された第２コンタクト層（例えば、ｎ型コンタクト、接点８２０）と、前記複数の発光構造体の少なくとも一部を分離するための、前記１つまたは複数のバッファ層に設けられた１つまたは複数のトレンチをさらに備えている。
【0096】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記複数の発光構造体は、複数のマイクロ発光デバイスまたは複数のマイクロＬＥＤである。
【0097】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記デバイスは、ライトフィールドディスプレイ（例えば、ライトフィールドディスプレイ２１０ａ）の一部であり、前記ライトフィールドディスプレイのバックプレーン（例えば、バックプレーン３１０）に接続されている。
【0098】
光を生成するためのデバイスの他の態様では、前記デバイスは、第１デバイス（例えば、図９Ａおよび図９Ｂに示すデバイス９１０）であり、第２デバイスは、前記第１デバイスと実質的に同様であり、前記第１デバイスおよび前記第２デバイスは、ライトフィールドディスプレイなどのディスプレイの一部である。
【0099】
本開示では、同一基板上に異なる色の光を生成する発光構造体を一体的に構成することを可能にする様々な技術およびデバイスが説明される。
【0100】
したがって、本開示は、示された実施形態に従って提供されたが、当業者は、実施形態に変形があり得ること、およびそれらの変形が本開示の範囲内にあることを容易に認識するであろう。したがって、添付の特許請求の範囲から逸脱することなく、当業者によって多くの修正が行われてもよい。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図6D】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図8D】
【図9A】
【図9B】
【国際調査報告】