特表 2024-505419 マイクロＬＥＤデバイスの分離による発光システム

(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】2024-02-06

(54)【発明の名称】マイクロＬＥＤデバイスの分離による発光システム

(51)【国際特許分類】

   H01L 33/08 20100101AFI20240130BHJP

   H01L 33/32 20100101ALI20240130BHJP

   H01L 33/14 20100101ALI20240130BHJP

【ＦＩ】

H01L33/08

H01L33/32

H01L33/14

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023542745

(86)(22)【出願日】2022-01-14

(85)【翻訳文提出日】2023-09-04

(86)【国際出願番号】 US2022012493

(87)【国際公開番号】W WO2022155455

(87)【国際公開日】2022-07-21

(31)【優先権主張番号】63/137,355

(32)【優先日】2021-01-14

(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】502208397

【氏名又は名称】グーグル エルエルシー

【氏名又は名称原語表記】Ｇｏｏｇｌｅ ＬＬＣ

【住所又は居所原語表記】１６００ Ａｍｐｈｉｔｈｅａｔｒｅ Ｐａｒｋｗａｙ ９４０４３ Ｍｏｕｎｔａｉｎ Ｖｉｅｗ， ＣＡ Ｕ．Ｓ．Ａ．

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ホー，ガン

(72)【発明者】

【氏名】ヤン，リー

(72)【発明者】

【氏名】シチ，マイケル・ジョセフ

【テーマコード（参考）】

5F241

【Ｆターム（参考）】

5F241AA03

5F241AA41

5F241CA04

5F241CA05

5F241CA40

5F241CA74

5F241CB22

5F241CB36

5F241FF01

(57)【要約】

発光システムは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを含む。マイクロＬＥＤのアレイは、半導体基板と、半導体基板の少なくとも一部の上に形成されているプレップ層と、プレップ層の上に形成されている活性領域とを含む。マイクロＬＥＤのアレイはまた、活性領域の上にアレイを形成する複数の厚いサブ構造体と、活性領域の上に形成されている複数の薄いサブ構造体とを含み、薄いサブ構造体の各々は、各隣接する厚いサブ構造体の組の間に配置されている。厚いサブ構造体の各々は、マイクロＬＥＤのうちの対応する１つの形状およびサイズを画定する。薄いサブ構造体の各々は、厚いサブ構造体の各々を厚いサブ構造体のその他すべてのそれぞれから電気的に分離するために、複数の薄いサブ構造体を通じた自由電子キャリアの移動を防ぐように構成されている。さらに、複数のマイクロＬＥＤは、活性領域を共有している。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを備え、前記マイクロＬＥＤの前記アレイは、
半導体基板と、
前記半導体基板の少なくとも一部の上に形成されている少なくとも１つのプレップ層と、
前記少なくとも１つのプレップ層の上に形成されている活性領域と、
前記活性領域の上にアレイを形成する複数の厚いサブ構造体と、
前記活性領域の上に形成されている複数の薄いサブ構造体とを含み、前記複数の薄いサブ構造体の各々は、それぞれ隣接する厚いサブ構造体の組の間に配置されており、
前記複数の厚いサブ構造体の各々は、前記マイクロＬＥＤのアレイの中で、前記マイクロＬＥＤのうちの対応する１つの形状およびサイズを画定し、
前記複数の薄いサブ構造体の各々は、前記厚いサブ構造体の各々を前記厚いサブ構造体のその他すべてのそれぞれから電気的に分離するために、前記複数の薄いサブ構造体を通じた自由電子キャリアの移動を防ぐように構成されており、
前記複数のマイクロＬＥＤは、前記活性領域を共有している、発光システム。

【請求項2】

前記複数の薄いサブ構造体の各々は、電子阻止層を含む、請求項１に記載の発光システム。

【請求項3】

前記薄いサブ構造体の各々は、ｐ型のＡｌ（Ｉｎ）ＧａＮで形成されている、請求項２に記載の発光システム。

【請求項4】

前記薄いサブ構造体の各々の厚さは、１ミクロン未満である、請求項２に記載の発光システム。

【請求項5】

前記薄いサブ構造体の各々の厚さは、約０．５ミクロンである、請求項４に記載の発光システム。

【請求項6】

前記活性領域は、量子井戸構造体、複数の量子ドット、およびダブルヘテロ接合構造のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載の発光システム。

【請求項7】

半導体基板上にマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを製造する方法であって、前記方法は、
前記半導体基板の少なくとも一部の上に少なくとも１つのプレップ層を堆積することと、
前記少なくとも１つのプレップ層の上に活性領域を形成することと、
前記活性領域の上に少なくとも１つのｐ層を堆積することと、
前記少なくとも１つのｐ層の上に、前記複数のマイクロＬＥＤの各々のサイズおよび形状を画定するように構成されている少なくとも１つのマスク構造体を堆積することと、
前記少なくとも１つのマスク構造体によって覆われていない少なくとも１つのｐ層の領域を薄くすることと、
前記少なくとも１つのマスク構造体を除去することとを含む、方法。

【請求項8】

前記少なくとも１つのｐ層を部分的にエッチング除去することは、前記少なくとも１つのｐ層が前記少なくとも１つのマスク構造体によって覆われていないところで、前記少なくとも１つのｐ層の厚さを１ミクロン未満まで減少させることを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項9】

前記少なくとも１つのｐ層の前記厚さを減少させることは、前記少なくとも１つのｐ層が前記少なくとも１つのマスク構造体によって覆われていないところで、前記少なくとも１つのｐ層の厚さを約０．５ミクロンに減少させることを含む、請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記半導体基板、前記少なくとも１つのプレップ層、前記活性領域、および前記少なくとも１つのｐ層の組合せは、第１の波長での発光を示し、
前記マイクロＬＥＤの各々は、前記少なくとも１つのマスク構造体を除去した後に、前記第１の波長での発光を示す、請求項７に記載の方法。

【請求項11】

前記半導体基板、前記少なくとも１つのプレップ層、前記活性領域、および前記少なくとも１つのｐ層の組合せは、所与の波長において第１の内部量子効率（ＩＱＥ）値を示し、
前記マイクロＬＥＤの各々は、前記少なくとも１つのマスク構造体を除去した後に、前記所与の波長において前記第１のＩＱＥと実質的に同様のＩＱＥ値を示す、請求項７に記載の方法。

【請求項12】

前記少なくとも１つのｐ層を部分的にエッチング除去することは、前記活性領域および前記少なくとも１つのプレップ層を完全な状態のままで残す、請求項７に記載の方法。

【請求項13】

活性領域を形成することは、量子井戸構造体、複数の量子ドット、およびダブルヘテロ接合構造のうちの少なくとも１つを形成することを含む、請求項７に記載の方法。

【請求項14】

マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを備え、前記マイクロＬＥＤの前記アレイは、
半導体基板と、
前記半導体基板の少なくとも一部の上に形成されている少なくとも１つのプレップ層と、
前記少なくとも１つのプレップ層の上に形成されている活性領域と、
前記活性領域の上に形成されている電子阻止層と、
前記電子阻止層の上にアレイを形成する複数の厚いサブ構造体とを含み、
前記複数の厚いサブ構造体の各々は、前記複数の厚いサブ構造体のその他すべてのそれぞれから物理的に切り離されており、前記マイクロＬＥＤのうちの対応する１つの形状およびサイズを画定し、
前記電子阻止層は、前記厚いサブ構造体の各々を前記厚いサブ構造体のその他すべての１つから電気的に分離するために、前記電子阻止層を通じた自由電子キャリアの移動を防ぐように構成されており、
前記マイクロＬＥＤのアレイは、前記活性領域を共有している、発光システム。

【請求項15】

半導体基板上にマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを製造する方法であって、前記方法は、
前記半導体基板の少なくとも一部の上に少なくとも１つのプレップ層を堆積することと、
前記少なくとも１つのプレップ層の上に活性領域を形成することと、
前記活性領域の上に電子阻止層を堆積することと、
前記電子阻止層の上に少なくとも１つのｐ層を堆積することと、
前記ｐ層の上に、前記マイクロＬＥＤの各々のサイズおよび形状を画定するように構成されている少なくとも１つのマスク構造体を堆積することと、
前記少なくとも１つのｐ層が前記少なくとも１つのマスク構造体によって覆われていないところで、前記電子阻止層を貫通することなく、前記少なくとも１つのｐ層をエッチング除去することと、
前記少なくとも１つのマスク構造体を除去することとを含む、方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

関連出願の相互参照
本出願は、２０２１年１月１４日に出願された米国仮特許出願第６３／１３７，３５５号に対する優先権を主張し、その内容全体を参照によって本明細書に引用する。

【0002】

背景
本開示の態様は、一般に、様々なタイプのディスプレイや他のデバイスで使用されている発光ダイオードの構造体などの発光構造体に関する。

【背景技術】

【0003】

発光デバイスおよびディスプレイにおいて画素（またはピクセル）の個数が増えると、ユーザー体験を改善し、新たな用途を可能にする場合がある。しかしながら、ピクセルを形成する発光素子の個数を増加させ、または密度を上げることは、挑戦的なことである。発光ダイオード（ＬＥＤ：ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ）のサイズを縮小することにより、ピクセルを形成する発光素子の総数と密度の両方を高めることが可能になる。

【0004】

ＬＥＤ製造技法における最近の開発により、各ＬＥＤが数ミクロンから数分の一ミクロンのオーダーのピッチを有するマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）の製造が可能になってきた。たとえば、Ｈｅらによる国際特許公開ＷＯ２０１９／２０９９４５Ａ１、ＷＯ２０１９／２０９９５７Ａ１、ＷＯ２０１９／２０９９６１Ａ１、およびＷＯ２０２０／２１０５６３Ａ１を参照されたく、これらのすべてをその全体において参照により本明細書に引用する。そのようなマイクロＬＥＤは、発光素子を用いるディスプレイおよび他の用途のための新たな構成のホストを可能にする。

【0005】

図１に、一般的に実装されているＬＥＤ用のエピタキシャル層構造体が示されている。ＬＥＤ構造体１００は、１つまたは複数のバルク層もしくはプレップ層１２０を支持している半導体基板または半導体テンプレート１１０を含む。一例では、半導体テンプレートは、ｎ型エピタキシャル基板上に形成されているｎ型ＧａＮテンプレートである。バルク層もしくはプレップ層１２０の上に、活性量子井戸（ＱＷ：ｑｕａｎｔｕｍ ｗｅｌｌ）１３０が形成されている。バルク層もしくはプレップ層１２０は、たとえば、１つの材料の厚い層、または２つ以上の材料の構造体であり、半導体テンプレート１１０から活性ＱＷ１３０に熱膨張係数の遷移および／または格子整合をもたらすように構成されている。バルク層もしくはプレップ層１２０の材料組成を調整することによって、より柔軟に活性ＱＷ１３０用の材料選択を行うことができ、そうして、所望の発光特性を伴う活性領域を形成することが可能になる。最後に、ＬＥＤ構造体１００に電子接点を設けるため、１つまたは複数のｐ層１４０が活性ＱＷ１３０の上に堆積する。ｐ層１４０は、ｐドープ層および／または接触層を含む。次いでＬＥＤ構造体１００は、指定された用途に対する所望のマイクロＬＥＤ形状因子を形成するように、エッチングされ、または他の方法で形状を定められ得る。

【0006】

いくつかの実施態様では、半導体テンプレート１１０上のＬＥＤ構造体１００の位置、形状、およびサイズを画定するために、エピタキシャル成長およびドライエッチング、または選択成長法（ＳＡＧ：ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｒｅａ ｇｒｏｗｔｈ）などの技法が使用されてもよい。すなわち、基板上にマイクロＬＥＤのアレイを形成する１つのやり方は、発光のために必要な層構造体をエピタキシャル成長させ（たとえば、プレップ層、活性量子井戸層、電子阻止層、ｐ層、および図１に示す他の機能層を格子整合させ、またはひずみ管理し）、次いでマスクエッチング工程（たとえば、ドライエッチングまたはウェットエッチング）を用いて、層構造体から所望のマイクロＬＥＤのアレイの形状を定め、分離することである。エッチングは通常、活性発光領域を含めて層構造体全体をエッチングして、各マイクロＬＥＤの活性発光領域を周囲のマイクロＬＥＤから分離することを含む。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

この従来のマイクロＬＥＤ製造工程には欠点があり、たとえば、エッチング前および分離前のＬＥＤ層構造体からの波長シフト、および量子効率の低下である。したがって、本明細書において、マイクロＬＥＤの効果的かつ効率的な設計および製造を可能にする技法ならびにデバイスを提示する。

【課題を解決するための手段】

【0008】

開示の概要
１つまたは複数の態様の基本的理解を提供するために、以下には、そのような態様の簡易化した概要を提示する。この概要は、考え得るすべての態様の広範な要約ではなく、すべての態様の重要な要素または決定的な要素を特定することも、いずれかの態様またはすべての態様の範囲を描写することも意図するものではない。概要の目的は、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易化した形態で提示することである。

【0009】

本開示の一態様では、発光システムが説明されている。発光システムは、マイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを含む。マイクロＬＥＤのアレイは、半導体基板と、半導体基板の少なくとも一部の上に形成されている少なくとも１つのプレップ層と、少なくとも１つのプレップ層の上に形成されている活性領域とを含む。マイクロＬＥＤのアレイはまた、活性領域の上にアレイを形成する複数の厚いサブ構造体と、活性領域の上に形成されている複数の薄いサブ構造体とを含み、複数の薄いサブ構造体の各々は、各隣接する厚いサブ構造体の組の間に配置されている。複数の厚いサブ構造体の各々は、マイクロＬＥＤのうちの対応する１つの形状およびサイズを画定する。複数の薄いサブ構造体の各々は、厚いサブ構造体の各々を厚いサブ構造体のその他すべてのそれぞれから電気的に分離するために、複数の薄いサブ構造体を通じた自由電子キャリアの移動を防ぐように構成されている。さらに、複数のマイクロＬＥＤは、活性領域を共有している。

【0010】

別の態様では、半導体基板上にマイクロ発光ダイオード（マイクロＬＥＤ）のアレイを製造する方法が説明されている。方法は、半導体基板の少なくとも一部の上に少なくとも１つのプレップ層を堆積することと、少なくとも１つのプレップ層の上に活性領域を形成することと、活性領域の上に少なくとも１つのｐ層を堆積することと、少なくとも１つのｐ層の上に、複数のマイクロＬＥＤの各々のサイズおよび形状を画定するように構成されている少なくとも１つのマスク構造体を堆積することとを含む。方法はさらに、少なくとも１つのｐ層が少なくとも１つのマスク構造体によって覆われていないところで、少なくとも１つのｐ層を部分的にエッチング除去することと、少なくとも１つのマスク構造体を除去することとを含む。

【0011】

添付の図面は、いくつかの実施態様のみを示しており、したがって範囲を限定するものとみなされるべきではない。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本開示の態様による、一般的に実装されるマイクロＬＥＤ構造体の一例を示す図である。

【図2】本開示の態様による、ディスプレイで使用するためのアレイの部品として多数のマイクロＬＥＤ構造体を含むＬＥＤアレイの一部の上面図である。

【図3】本開示の態様による、ＬＥＤ用のエピタキシャル層構造体の断面図である。

【図4】本開示の態様による、ＬＥＤ用のエピタキシャル層構造体を選択的にエッチングすることにより形成された複数のマイクロＬＥＤの断面図である。

【図5】本開示の態様による、ＬＥＤ用のエピタキシャル層構造体を選択的にエッチングすることにより形成された複数のマイクロＬＥＤの断面図である。

【図6】本開示の態様による、マイクロＬＥＤを形成するための工程を示す図である。

【図7】本開示の態様による、マイクロＬＥＤを形成するための代替的な工程を示す図である。

【図8】本開示の態様による、マイクロＬＥＤを形成するための代替的な工程を示す図である。

【図9】本開示の態様による、マイクロＬＥＤを形成するための代替的な工程を示す図である。

【図10】本開示の態様による、マイクロＬＥＤを形成するための代替的な工程を示す図である。

【図11】本開示の態様による、複数のマイクロＬＥＤの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

詳細な説明
添付の図面に関連して下記に記述される詳細な説明は、様々な構成の説明として意図されており、本明細書で説明する概念が実行される場合のある構成のみを表すことを意図するものではない。詳細な説明は、様々な概念の徹底的な理解を提供する目的で、具体的な詳細を含む。これらの具体的な詳細がなくともこれらの概念が実行される場合があることが、当業者には明らかであろう。いくつかの例では、そのような概念が不明瞭になることを避けるために、周知の構成要素をブロック図形態で示している。

【0014】

本開示は、赤色、緑色、および青色の波長を含む可視スペクトル内の様々な波長を含む所望の波長範囲で、効率が改善された発光を可能にするＬＥＤの態様を提供する。本明細書で提示される態様は、縮小されたデバイスのサイズにおいて、高い効率および指定の波長範囲の発光を維持するマイクロＬＥＤ技術の適用を可能にする。いくつかの例では、発光体は、ミクロンスケール、またはさらにサブミクロンスケールのサイズを有する場合がある。

【0015】

図２は、本開示の態様による、ディスプレイで使用するためのアレイの部品として多数のマイクロＬＥＤ構造体を含むＬＥＤアレイ２００の一部の上面図を示している。図２に示すように、ＬＥＤアレイ２００は、基板２４０上に支持されている複数のマイクロＬＥＤ構造体２１０、２２０、および２３０を含み、一例として、これらはそれぞれ赤色、緑色、および青色の波長で発光する。あるいは、すべてのマイクロＬＥＤ構造体は、赤色波長範囲などの単一の波長範囲内で発光してもよい。図２には４×４のアレイのＬＥＤのみが示されているが、ＬＥＤアレイ２００は、たとえばディスプレイを形成するより大きなアレイの発光体の部品であってもよく、ピクセルの配列、形状、個数、サイズ、および対応する波長の発光は、特定の用途に対して調整され得る。たとえば、特定の用途では円形または六角形の発光体が実装され得、この発光体は、２つ、３つ、またはそれ以上のグループにグループ分けされる場合がある。ディスプレイは、ライトフィールドの用途で用いられるものなどの高解像度かつ高密度のディスプレイであり得る。

【0016】

図２のマイクロＬＥＤ構造体を画定し、形状を定めるために、平面的なエピタキシャル堆積および次いで上述したエッチングなどの工程が使用されてもよい。一例として、図３は、ＬＥＤ用のエピタキシャル層構造体３００の断面図を示している。エピタキシャル層構造体は、本質的に、図１に示すマイクロＬＥＤ構造体１００の一種であり、簡易化されたより大きな平面である。図３に示すように、エピタキシャル層構造体３００は、半導体基板または半導体テンプレート３１０を含み、半導体基板または半導体テンプレート３１０は、その上に１つまたは複数のプレップ層３２０を支持する。プレップ層３２０の上には、たとえばエピタキシャル堆積によって、活性領域３３０が形成される。実施形態では、活性領域３３０は、そこから発光するように構成されている１つまたは複数の量子井戸、量子ドット、またはダブルヘテロ接合構造を含む。特定の実施形態では、活性領域３１０は、活性ＱＷ領域１３０の一例である。活性領域３３０の上面には、ｐ層３４０が形成されている。半導体基板３１０、プレップ層３２０、活性領域３３０、およびｐ層３４０の各々は、種々の材料組成を潜在的に組み込む複数の層を内部に含んでもよい。

【0017】

エピタキシャル層構造体３００からマイクロＬＥＤ構造体のアレイを画定し、形状を定めるために、ドライまたはウェットのエッチング工程が用いられてもよい。たとえば、マイクロＬＥＤ構造体に対応する区域にわたって、エピタキシャル層構造体３００上にマスク３５０を堆積させ、プリントし、または形成してもよい。次いで、ドライまたはウェットのエッチング工程が用いられて、エピタキシャル構造体３００のうちのマスク３５０で保護されていない部分を特定の深さまで除去する。このようにして、エピタキシャル層構造体３００から複数のマイクロＬＥＤ構造体の形状を定め、分離する。実施形態では、マスク３５０は、貫通する開口のパターン化されたアレイを含む１つまたは複数の材料層である。

【0018】

図４には、従来のエッチング工程の結果が示されている。図４は、図３に示されているもののようなＬＥＤエピタキシャル層構造体を選択的にエッチングした結果として得られる、複数のマイクロＬＥＤ４００（中括弧で示されている）の断面図を示している。複数のマイクロＬＥＤ４００は、深さ４１２（両矢印で示されている）までエッチングされた開口部４１０によって切り離されている。マイクロＬＥＤ４００の形成の際、上述した従来の方法では、開口部４１０の深さ４１２は、プレップ層３２０’の中に延在し、そうして活性領域３３０’およびｐ層３４０’を切り離す。各マイクロＬＥＤ４００を個別に電気的にアドレス指定できるように、各マイクロＬＥＤ４００に対してｐ層３４０’を切り離すことが求められる一方で、プレップ層３２０’の中にエッチングして活性領域を切り離すと、エピタキシャル層構造体３００と比較して、結果として得られるマイクロＬＥＤ４００における内部量子効率（ＩＱＥ：ｉｎｔｅｒｎａｌ ｑｕａｎｔｕｍ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）の低下、および青色シフト（すなわち、発光波長がより短い波長に向かうシフト）につながることが示されてきた。

【0019】

対照的に、図５は、一実施形態による、図３に示すエピタキシャル層構造体からマイクロＬＥＤを分離するための代替的な方法を用いて形成された複数のマイクロＬＥＤの断面図を示している。図５に示すように、マイクロＬＥＤ５００（中括弧で示されている）は、開口部５１０をエッチングすることによって形成されており、開口部５１０は深さ５１２（両矢印で示されている）までエッチングされている。言い換えれば、開口部５１０は、元はｐ層３４０だったところの中にエッチングされて、厚いサブ構造体５４２と、開口部５１０内の薄いサブ構造体５４４とを形成しており、厚いサブ構造体５４２は、個別のマイクロＬＥＤ５００のサイズおよび形状を画定する。厚いサブ構造体５４２は、個別のマイクロＬＥＤ５００を電気的にアドレス指定するように構成されており、薄いサブ構造体５４４は、薄いサブ構造体５４４を通る自由キャリアの移動を防ぐように構成されている。一方で、活性領域３３０およびプレップ層３２０は、完全な状態のままで保たれている。このようにすると、マイクロＬＥＤ５００は、マイクロＬＥＤの形状因子、および切り離され個別にアドレス指定可能なマイクロＬＥＤとしての動作を有しながら、元々の図３のエピタキシャル層構造体３００のＩＱＥおよび発光波長を維持する。さらに、完全な状態のままの活性領域３３０およびプレップ層３２０を含むマイクロＬＥＤ５００は、切り離された活性領域３３０’およびｐ層３４０’を伴う図４のマイクロＬＥＤ４００よりも、光取り出し効率（ＬＥＥ：ｌｉｇｈｔ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）がはるかに高いことが示された。

【0020】

図５に示す開口部５１０の寸法は、特定の用途のためにマイクロＬＥＤ５００間に求められる間隔に従って、カスタマイズされてもよい。たとえば、マイクロＬＥＤ５００間の間隔は、数分の一ミクロン（たとえば高密度マイクロＬＥＤ用途の場合）から、３～５ミクロン（たとえばマイクロＬＥＤ５００間に追加の構造体が必要である用途の場合）のオーダーであってもよく、またはさらに広くてもよい（たとえば低密度マイクロＬＥＤ用途の場合）。また、特定の実施形態では、所与の半導体基板の一部のみが、図３および図５で示した方式で形成されたマイクロＬＥＤを含み、そうして、異なるタイプの処理またはデバイスの製造をするための半導体基板上のスペースを残している。

【0021】

特定の一例として、薄いサブ構造体５４４として活性領域３３０の上面に残されたｐ層３４０の０．５ミクロンの層は、開口部５１０内の薄いサブ構造体５４４が自由電子キャリアの空乏であり、そのため各マイクロＬＥＤ５００を互いに電気的に分離することを確実にするのに十分であることが示された。たとえば、ｐ層３４０は、Ａｌ（Ｉｎ）ＧａＮ電子阻止層（ＥＢＬ：ｅｌｅｃｔｒｏｎ ｂｌｏｃｋｉｎｇ ｌａｙｅｒ）を含むｐ型材料で形成されてもよい。このようにしてｐ層は、マイクロＬＥＤの形状とサイズを画定するサブ構造体のアレイへと形づけられる。続いて、各マイクロＬＥＤ５００に対応する各ｐ層サブ構造体は、各マイクロＬＥＤ５００を個別に制御できるように、個別にアクセス指定されることができる。マイクロＬＥＤ５００は、連続した活性ＱＷ構造体を共有し、エピタキシャル層構造体３００の元々の平面的なＬＥＤ構造体の発光性能が維持される。そのような構造体は、たとえば、図３に示す構造体上に浅いエッチングを行い、それからそのエッチング工程を活性領域３３０に到達する前に停止させることによって形成されてもよい。

【0022】

図６は、一実施形態による、半導体基板または半導体テンプレート上にマイクロＬＥＤを形成するための工程を示している。図６に示すように、工程６００は、開始ステップ６０２で始まり、それからステップ６１０で、半導体基板または半導体テンプレート上にプレップ層が堆積される。ステップ６１２で、プレップ層の上に活性領域が形成され、ステップ６１４でのｐ層の堆積が続く。ステップ６１６で、ｐ層の上には、形成されるべき各マイクロＬＥＤのサイズおよび形状を画定するための１つまたは複数のマスク構造体が堆積される。それからステップ６２０で、浅いエッチング工程を行ってマイクロＬＥＤを形成し、そしてステップ６２２で、マスク構造体を除去する。工程６００は、終了ステップ６３０で終了する。

【0023】

ステップ６２０は、たとえば、活性領域が露出する前にエッチングを確実に停止させるように、エッチングされている層構造体を監視することを含んでもよい。たとえば、ステップ６２０は、活性領域の中にエッチングしないように特定の既知の深さでエッチングを停止させるための、正確なエッチング深さの監視（たとえば、光学装置または他の感知装置）を含んでもよい。代替として、プレップ層が、特定の既知の材料で形成された（電子阻止層などの）特有の層を含む場合には、エッチング機器は、（たとえば、光学装置または他の感知装置を用いて）その材料を監視して、その特定の既知の材料が感知されたときにエッチング工程を停止させるべきことを示すように構成されていてもよい。

【0024】

浅いエッチング工程は、ヘテロ接合バイポーラトランジスタ（ＨＢＴ：ｈｅｔｅｒｏｊｕｎｃｔｉｏｎ ｂｉｐｏｌａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などを伴うトランジスタ技術において既知であることに留意されたい。たとえば、ＨＢＴの形成におけるパッシベーションレッジの使用が、文献で論じられてきた（たとえば以下を参照。https://parts.jpl.nasa.gov/mmic/3-V.PDF accessed 2020-12-21）。しかしながら、マイクロＬＥＤを形成するためのこのタイプのエッチング操作は、現在使用されていない。

【0025】

図７～図９には、代替的なマイクロＬＥＤアレイ構造体が示されている。図７に示すように、半導体基板または半導体テンプレート３１０は、その上にプレップ層３２０および活性領域３３０を支持する。それから、活性領域の上に直接ｐ層構造体を堆積するのではなく、活性領域３３０の上に電子阻止層７４４が堆積される。それから、形成されるべきマイクロＬＥＤの形状およびサイズを画定するために、電子阻止層７４４の上にマスク７５０が形成される。一例では、マスク７５０は、本質的に、図３のマスク３５０のネガティブである。実施形態では、マスク７５０は、貫通する開口のパターン化されたアレイを含む１つまたは複数の材料層であり、各開口のサイズおよび形状は、形成されるべきマイクロＬＥＤのサイズおよび形状を少なくとも部分的に画定する。

【0026】

図８を参照すると、電子阻止層７４４の上にｐ層８４２が堆積される。ｐ層８４２は、ｐ層８４２を介して各マイクロＬＥＤの個別のアドレス指定を可能にしながら、マイクロＬＥＤの形状およびサイズを画定するために電子阻止層７４４と協働するように構成され得る。それから図９に示すように、マスク構造体７５０を除去すると、開口部９１０によって切り離されたマイクロＬＥＤ９００が残存する。マイクロＬＥＤ９００は、図５のマイクロＬＥＤ５００のように、連続した活性領域を共有すると同時に、ｐ層８４２および近接したマイクロＬＥＤ９００間での自由電子キャリアの移動を防ぐ電子阻止層７４４を介して個別にアドレス指定可能なままである。したがって、プレップ層３２０および活性領域３３０の完全性は、完全な状態のままで保たれており、そうして、個別にアドレス指定可能なマイクロＬＥＤを画定しながら、元々の平面的な構造体のＩＱＥおよび発光波長を保存する。

【0027】

図１０は、本開示の態様による、図７～図９に示すような半導体基板または半導体テンプレート上のマイクロＬＥＤを形成するための代替的な工程を示している。図１０に示すように、工程１０００は、開始ステップ１００２で始まり、半導体基板または半導体テンプレート上へと１つまたは複数のプレップ層が堆積するステップ１０１０に進む。それからステップ１０１２で、プレップ層の上に活性領域（たとえば、活性ＱＷ領域）が形成される。ステップ１０１４で、活性領域の上に電子阻止層が堆積される。ステップ１０１６では、電子阻止層上に、マイクロＬＥＤの形状およびサイズを画定するための１つまたは複数のマスク構造体が堆積される。それからステップ１０２０で、追加のｐ層が堆積される。ステップ１０２２で、マスク構造体を除去し、工程１０００は、終了ステップ１０３０で終わる。

【0028】

図１１は、本開示の態様による、半導体基板または半導体テンプレート上に形成されたマイクロＬＥＤの代替的な配列を示している。図１１に示すように、間隔１１０５によって切り離されている複数のマイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃは、半導体基板または半導体テンプレート１１１０上に形成されている。各々のマイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃ内には、１つまたは複数のプレップ層１１２０と、活性領域１１３０と、１つまたは複数のｐ層１１６０とがある。マイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃの各々には、そのマイクロＬＥＤを電気的にアドレス指定するための電気接点１１５０も示されている。間隔１１０５は、活性領域１１３０を含めて隣接するマイクロＬＥＤを切り離し、半導体基板１１１０の中に延在しているように示されているが、マイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃの各々は、浅い段差１１６０も含むことに留意されたい。このようにすると、各マイクロＬＥＤの発光部（すなわち活性領域１１３０）の寸法を最大化できる可能性があると同時に、特定のデバイス用途に対する要件に対して、マイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃの各々の電気的なアドレス指定に必要なデバイススペースをカスタマイズすることができる。さらに、図１１に示す構成では、すべてのマイクロＬＥＤが、同じ波長範囲で発光するように構成される場合があり、またはマイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃの各々が、別個の波長で発光するように構成され得る。たとえば、マイクロＬＥＤ１１００Ａが赤色波長で発光するように構成されていてもよく、マイクロＬＥＤ１１００Ｂが緑色波長で発光するように構成されていてもよく、マイクロＬＥＤ１１００Ｃが青色波長で発光するように構成されていてもよい。浅い段差１１６０は、すべてのマイクロＬＥＤ１１００Ａ～１１００Ｃに組み込まれても、特定のマイクロＬＥＤのみに組み込まれてもよい。

【0029】

上述した技法は、（たとえば、異なる波長範囲で発光するように構成されている）多数のタイプのマイクロＬＥＤが、共通基板上にモノリシックに統合されている構成で使用されてもよい。そのような一実施形態では、マイクロＬＥＤのうちの１つまたは複数は、上述の浅いエッチング工程によって形成された浅い分離構造体に基づいていてもよい。さらに、浅い分離構造体は、異なるタイプのマイクロＬＥＤのための（たとえば図４に示す）従来の深い分離構造体と組み合わされてもよい。そのような深い分離構造体は、たとえば、浅い分離区域の外側に使用される場合がある。そのような浅い分離構造体と深い分離構造体との組合せは、光学分離および光取り出しなどの、マイクロＬＥＤの特定の所望の特性に最適化される場合がある。

【0030】

上述した技法が、赤色波長範囲で動作するマイクロＬＥＤの形成に対して、特に魅力的である場合がある一方で、同じ技法は、青色、緑色、赤外線などの他の波長範囲で動作するマイクロＬＥＤの形成に使用されてもよい。すなわち、本明細書で提示したマイクロＬＥＤ構造体の態様は、より広い範囲の波長においてより高い効率を可能にする。たとえば、本明細書で提示した態様は、平面的なＬＥＤ構造体からマイクロＬＥＤ形式への青色シフトを最小化しながら、より長い波長の発光において効率を改善する場合がある。本明細書で提示したデバイス構成および技法は、任意の半導体ＱＷ構造体およびデバイスに適用可能であってもよいことに留意されたい。

【0031】

さらに、上述の浅いエッチング技法は、他のマイクロＬＥＤ形成技法と組み合わせて使用されてもよい。たとえば、浅いエッチング技法を用いて形成されたマイクロＬＥＤ間の開口部（たとえば開口部５１０および９１０）に、追加のマイクロＬＥＤが形成されてもよい。一例として、上述の浅いエッチング技法を用いて、第１の波長範囲で動作する第１の組のマイクロＬＥＤを形成して、その第１の組のマイクロＬＥＤ間に十分な空間を残し、開口部の中に追加のマイクロＬＥＤを形成すことができる。追加のマイクロＬＥＤは、第１の組のマイクロＬＥＤの活性領域と協働して、第１の波長範囲の外側の波長範囲で発光するように構成されていてもよい。あるいは、追加の半導体デバイス（たとえば、センサ、トランジスタ、または他の発光しないデバイス）が、上述の浅いエッチング技法を用いて形成されたマイクロＬＥＤ間の開口部に配設されてもよい。

【0032】

先の説明は、本明細書で説明する様々な態様を任意の当業者が実行することができるように、提供されている。当業者には、これらの態様に対する様々な修正形態が容易に理解され、本明細書で定義した包括的な原理は、他の態様に適用されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本明細書に示した態様に限定されることを意図するものではなく、特許請求の範囲の文言と一致する全範囲を与えられるべきである。単数形の要素への言及は、特に明記されない限り、「１つおよび１つだけ」を意味するものではなく、「１つまたは複数」を意味するものである。その他の方法で特に明記されない限り、「いくつか」という用語は、１つまたは複数に言及する。「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたは複数」「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つまたは複数」、および「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの任意の組合せ」などの組合せは、Ａ、Ｂ、および／またはＣの任意の組合せを含んでもよく、多数のＡ、多数のＢ、または多数のＣを含んでもよい。特に、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたは複数」「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、およびＣのうちの１つまたは複数」、および「Ａ、Ｂ、Ｃ、またはそれらの任意の組合せ」などの組合せは、Ａだけ、Ｂだけ、Ｃだけ、ＡおよびＢ、ＡおよびＣ、ＢおよびＣ、またはＡおよびＢおよびＣであってもよく、そのような組合せはどれも、Ａ、Ｂ、またはＣのうちの１つまたは複数の構成要素を包含してもよい。本開示全体を通して説明した様々な態様の要素に対する、当業者に既知であるかのちに既知となるべき構造体的等価物および機能的等価物はすべて、参照によって本明細書に明確に組み込まれており、特許請求の範囲によって網羅されることを意図している。さらに、本明細書で開示するもので、そのような開示が特許請求の範囲に明示的に記されているか否かにかかわらず、公共に捧げされることを意図するものはない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【国際調査報告】