JP2023531541A - 発光アレイ - Google Patents

Abstract

本開示の第１の態様によれば、発光素子アレイ前駆体を形成する方法が提供される。本方法は、第１の基板上に第１の発光層を形成するステップと、第１の発光層から第１の発光素子のアレイを形成するステップであって、各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成されている、形成するステップとを含む。第１の接合層は、第１の発光層上に形成される。第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成されている第２の発光層が、第２の基板上に形成される。第２の発光層上には、第２の接合層が形成される。第２の接合層がハンドリング基板に接合され、その後、第２の発光層から第２の基板が除去される。第２の発光層の、ハンドリング層とは反対の側において、第２の発光層上に第３の接合層が形成される。第１の接合層は第３の接合層に接合され、ハンドリング基板は第２の発光層から除去される。第２の発光素子のアレイは、第２の発光層から形成され、第２の発光素子のアレイは、第１の発光層及び第２の発光層の各々に平行な平面内で互いに離間するように、第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされている。

Description

開示の分野
本開示は、発光素子のアレイに関する。特に、本開示は、ＩＩＩ族窒化物を備える発光素子のアレイに関する。

背景
マイクロＬＥＤアレイは、一般に、１００×１００μｍ以下の表面積を有するＬＥＤのアレイとして定義される。マイクロＬＥＤアレイは、スマートウォッチ、ヘッドウェアディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、カムコーダ、ビューファインダ、マルチサイト励起源、及びピコプロジェクタなどの様々なデバイスにおける使用に適し得る自己発光マイクロディスプレイ／プロジェクタである。

１つの既知の形態のマイクロＬＥＤアレイは、ＩＩＩ族窒化物から形成された複数のＬＥＤを備える。ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、活性発光領域内にＧａＮ並びにＩｎＮ及びＡｌＮとのその合金を含む無機半導体ＬＥＤである。ＩＩＩ族窒化物ＬＥＤは、従来の大面積ＬＥＤ、例えば発光層が有機化合物である有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）よりも著しく高い電流密度で駆動することができ、より高い光パワー密度を放出することができる。結果として、所与の方向における光源の単位面積当たりに放出される光の量として定義されるより高いルミナンス（輝度）が、マイクロＬＥＤを、高い輝度を必要とする、又はそれから恩恵を受ける用途に適したものにする。例えば、高輝度から恩恵を受ける用途は、高輝度環境のディスプレイ又はプロジェクタを含み得る。さらに、ＩＩＩ族窒化物マイクロＬＥＤは、他の従来の大面積ＬＥＤと比較して、ルーメン毎ワット（ｌｍ／Ｗ）で表される比較的高い発光効率を有することが知られている。ＩＩＩ族窒化物マイクロＬＥＤアレイの比較的高い発光効率は、他の光源と比較して電力使用を低減し、マイクロＬＥＤを携帯用デバイスに特に適したものにする。

単色（青色）ＧａＮモノリシックマイクロＬＥＤアレイを製造するための技法は、当該技術分野で知られている。フルカラーマイクロＬＥＤベースのディスプレイを製造するには、赤色及び緑色のサブピクセルをディスプレイに統合する必要がある。フルカラーディスプレイを形成するための１つの方法は、各々が１つの、又は、例えば赤色、緑色及び青色光を出力するように構成された複数の異なるＬＥＤを含むＬＥＤアレイを提供することである。蛍光体又は量子ドットなどの色変換材料を使用するのではなく、エレクトロルミネッセンスによってフルカラースペクトルが直接生成される場合、そのようなＬＥＤアレイは一般に「ネイティブ」ＬＥＤアレイとして知られている。マイクロＬＥＤアレイなどの小ピッチデバイスの場合、赤色、緑色、及び青色ＬＥＤのアレイを組み立てるための従来のピックアンドプレース方法は、歩留まり及びスループットの制約のために制限される。

本発明の目的は、従来技術の方法に関連する問題の少なくとも１つに対処する発光素子アレイ前駆体を形成するための改善された方法、又は少なくともそれに対する商業的に有用な代替物を提供することである。

概要
本開示の第１の態様によれば、発光素子アレイ前駆体を形成する方法が提供される。本方法は、
第１の波長を有する光を放出するように構成された第１の発光層を第１の基板上に形成するステップと、
第１の発光層から第１の発光素子のアレイを形成するステップであって、各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成されている、形成するステップと、
第１の発光層上に第１の接合層を形成するステップと、
第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成されている第２の発光層を第２の基板上に形成するステップと、
第２の発光層上に第２の接合層を形成するステップと、
第２の接合層をハンドリング基板に接合するステップと、
第２の発光層から第２の基板を除去するステップと、
第２の発光層の、ハンドリング層とは反対の側において、第２の発光層上に第３の接合層を形成するステップと、
第１の接合層を第３の接合層に接合するステップと、
第２の発光層からハンドリング基板を除去するステップと、
第２の発光層から第２の発光素子のアレイを形成するステップであって、第２の発光素子のアレイは、発光素子アレイ前駆体が、第１の発光層及び第２の発光層の各々に平行な平面内で互いに離間している第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを含むように、第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされている、形成するステップと
を含む。

第１の態様の方法によれば、第１の発光層及び第２の発光層は、別々のそれぞれの第１の基板及び第２の基板上に形成されてもよい。第１の発光層及び第２の発光層を異なる基板上に形成することによって、それぞれの形成プロセスは、第１の発光層及び第２の発光層が異なる（第１の及び第２の）波長の光を放出することを可能にするように適合され得る。例えば、いくつかの実施形態では、第１の波長は、一般に青色の可視光であってもよく、第２の波長は、一般に赤色又は緑色の可視光であってもよい。

一連の基板接合プロセスにより、第１の発光層上に第２の発光層を接合することができる。第２の発光素子のアレイがまだ第２の発光層上にパターニングされていないとき、第２の発光層を第１の発光層と接合するプロセスは、接合するステップが２つの発光層の精密な機械的位置合わせを必要としないため、比較的簡単である。２つの発光層がともに接合されると、第２の発光素子のアレイを、第２の発光層から形成することができる。発光層が接合された後に第２の発光素子にパターニングを実行することにより、第１の態様の方法は、それぞれの層の機械的位置合わせによって可能であるよりも改善された位置合わせ公差を達成することができる。

発光層が形成された後に基板接合ステップを行うことにより、第１の態様による方法は、第１の発光層が第２の発光層を形成するための初期処理条件に曝されることを回避する。例えば、第１の発光層は、第２の発光層を形成（すなわち、堆積）するプロセスの一部として提供される基板加熱に曝されなくてもよい。これは、基板加熱が第２の基板上で行われるためである。

したがって、第１の態様による方法は、第１の発光層に、発光素子アレイ前駆体の他の発光層を形成するための任意のさらなるプロセスを施すことを回避する。例えば、発光アレイ前駆体のマスク領域内のｐ型ＧａＮ表面は、後続の発光素子層のその後の高温堆積中に分解し、それによって先行するステップで堆積された接合部に対するアノードコンタクトを損なう可能性があることが観察されている。

第１の態様による方法は、「ネイティブ」の第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを有する発光素子アレイ前駆体を提供する。光の第１の発光素子及び第２の発光素子は、互いに離間して、第１の発光素子及び第２の発光素子の各々が互いに離間している画像平面（すなわち、第１の発光層及び第２の発光層の各々に平行な平面）を提供する。無論、第１の発光素子はまた、発光素子アレイ前駆体を形成する方法の一部としての第１の発光層及び第２の発光層の接合により、画像平面に垂直な方向においても第２の発光素子から離間していることが理解されよう。画像平面内で離間した（すなわち、アレイとして配置構成された）第１の発光素子及び第２の発光素子を有するそのような発光素子アレイ前駆体は、発光素子ディスプレイ又は発光素子プロジェクタの形成に適し得る。

発光素子アレイ前駆体における「前駆体」という用語では、記載されている発光素子アレイ前駆体が必ずしも、光の放出を可能にするようなＬＥＤの電気コンタクトも、関連する回路も含むとは限らないことに留意されたい。無論、第１の態様に従って形成された発光素子アレイ前駆体（及びまた第２の態様の発光素子アレイ前駆体）は、さらなる電気コンタクト及び関連する回路の追加を排除しない。したがって、本開示における前駆体という用語の使用は、最終製品（すなわち、発光アレイ）を含むことを意図している。

本開示の発光素子アレイ前駆体におけるアレイという用語は、構造にわたって意図的に離間された複数の発光素子を指すことを意図している。典型的には、上記発光素子は、発光素子の六方最密充填アレイ又は正方充填アレイなどの規則的なアレイを形成する。

いくつかの実施形態では、第１の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む。いくつかの実施形態では、第２の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む。したがって、第１の発光層及び／又は第２の発光層は、ヘテロ構造接合を含むことができる。それぞれの第１の基板及び／又は第２の基板上にそのようなヘテロ構造接合を形成することによって、上記第１の基板及び／又は第２の基板の面内格子定数は、歪みの結果としてヘテロ構造に形成される欠陥を低減するために、それぞれのヘテロ構造の面内格子定数に合わせて調整することができる。したがって、それぞれの第１の発光層及び／又は第２の発光層から形成される素子の全体的な効率を改善することができる。

いくつかの実施形態では、第１の発光層を形成するステップは、第１の基板上に第１のｎ型半導体層を形成するステップと、第１のｎ型半導体層上に第１の活性層を形成するステップと、第１の活性層上に第１のｐ型半導体層を形成するステップとを含む。第１の活性層は、複数の量子井戸層を含むことができる。各量子井戸層は、第１の波長の光を放出するように構成することができる。したがって、第１の発光層は、発光半導体接合部を生成するように構成された複数の層を含むことができる。半導体接合部は、第１の波長に対応するピーク波長を有する光を生成するように構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、第１の発光素子のアレイを形成するステップは、各第１の発光素子に対して第１のメサ構造を形成することを含む。第１のメサ構造は、第１の基板に垂直な方向に延在してもよい。各第１のメサ構造は、第１のｎ型層、第１の活性層、及び第１のｐ型半導体層の一部を含んでもよい。このように、発光半導体接合部は、各第１の発光素子の第１のメサ構造内に形成されてもよい。各発光素子に対して第１のメサ構造を形成することは、メサ構造内に電荷担体を閉じ込めるのに役立つことができ、それによって発光素子の内部量子効率を改善する。

いくつかの実施形態では、第２の発光層を形成するステップは、第２の基板上に第２のｎ型半導体層を形成するステップと、第２のｎ型半導体層上に第２の活性層を形成するステップと、第２の活性層上に第２のｐ型半導体層を形成するステップとを含む。第２の活性層は、第２の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含むことができる。したがって、第２の発光層は、第２の波長に対応するピーク波長を有する光を生成するように構成された半導体接合部を含むことができる。

いくつかの実施形態では、第２の基板を除去した後で、第３の接合層を形成する前に、方法は、第１の基板に垂直な方向における第２のｎ型半導体層の厚さが２μｍ以下になるように、第２のｎ型半導体層の一部を選択的に除去するステップをさらに含んでもよい。したがって、第２のｎ型半導体層は、第１の接合層に接合する前に、２μｍを超える堆積されたままの厚さから２μｍ以下の厚さまで薄くすることができる。いくつかの実施形態では、第２のｎ型半導体層上に形成される第２の活性層及び第２のｐ型半導体層の特性を改善するために、２μｍを超える堆積されたままの厚さを有する第２のｎ型半導体層を形成することが望ましい場合がある。第２のｎ型半導体層の厚さは、その後、第１の接合層に接合するためのより適切な厚さまで薄くすることができる。

いくつかの実施形態では、第２の接合層をハンドリング基板に接合するステップ、及び第１の接合層を第３の接合層に接合するステップは、タップ接合、酸化物接合、又は接着剤（ポリマー）接合を使用して実行されてもよい。

第１の接合層は、第１の発光層のための第１の接合面を提供するために、第１の発光層の上に設けられてもよい。第１の接合面は、別の基板（すなわち、第３の接合層）に接合するのに適した実質的に平坦な表面を提供することができる。したがって、第１の接合層は、第１の発光層に対して（すなわち、第１の発光層を平坦化するために）形成されている場合がある任意の電気コンタクトを覆うように設けられてもよい。

いくつかの実施形態では、第２の発光層から第２の発光素子のアレイを形成するステップは、各第２の発光素子に対して第２のメサ構造を形成することを含む。第２のメサ構造は、各々、第１の基板に垂直な方向に延在してもよい。各第２のメサ構造は、第２のｎ型半導体層、第２の活性層、及び第２のｐ型半導体層の一部を含んでもよい。

いくつかの実施形態では、方法は、第１の発光素子の各々及び第２の発光素子の各々への電気コンタクトを形成するステップをさらに含む。

いくつかの実施形態では、方法は、第１の発光素子及び第２の発光素子の各々に対する共通のカソードコンタクトを形成することを含め、第１の発光素子の各々及び第２の発光素子の各々に対する電気コンタクトを形成するステップをさらに含む。このように、第１の発光素子及び第２の発光素子の各々に共通のカソードを効率的に提供することができる。

いくつかの実施形態では、第１の接合層は誘電材料を含み、第２の接合層は誘電材料を含む。いくつかの実施形態では、第１の接合層を第２の接合層に接合することは、圧力及び熱を加えることによって第１の接合層を第２の接合層に直接（又はタップ）接合することを含む。したがって、第１の接合層は、第１の及び第２の基板の精密な機械的位置合わせを必要としない接合技法を使用して第２の接合層に接合することができる。

いくつかの実施形態では、第１の波長は少なくとも４４０ｎｍ、且つ４９０ｎｍ以下である。いくつかの実施形態では、第２の波長は少なくとも５００ｎｍ、且つ６８０ｎｍ以下である。したがって、第１の波長は、実質的に青色の可視光であってもよい。いくつかの実施形態では、第２の波長は、実質的に緑色又は赤色の可視光であってもよい。無論、他の実施形態では、第１の波長及び第２の波長は光の異なる波長であってもよく、例えば、第１の波長は赤色、緑色又は青色光であってもよく、第２の波長もまた赤色、緑色又は青色光であってもよい。いくつかの実施形態では、第１の波長及び／又は第２の波長は、可視ではない他の波長の光、例えば紫外線又は赤外線であってもよい。

いくつかの実施形態では、第１の発光層は、第２の発光層に接合されてもよい。他の実施形態では、３つ以上の発光層がともに接合されてもよい。

例えば、いくつかの実施形態では、３つの発光層がともに接合されてもよい。第１の態様によるそのような方法は、
第２の発光層上に第４の接合層を形成するステップと、
第１の波長と異なり、第２の波長と異なる第３の波長を有する光を放出するように構成されている第３の発光層を第３の基板上に形成するステップと、
第３の発光層上に第５の接合層を形成するステップと、
第５の接合層をさらなるハンドリング基板に接合するステップと、
第３の発光層から第３の基板を除去するステップと、
第３の発光層の、さらなるハンドリング層とは反対の側において、第３の発光層上に第６の接合層を形成するステップと、
第４の接合層を第６の接合層に接合するステップと、
第３の発光層からさらなるハンドリング基板を除去するステップと、
第３の発光層から第３の発光素子のアレイを形成するステップであって、第３の発光素子のアレイは、発光素子アレイ前駆体が、互いに離間している第１の発光素子、第２の発光素子、及び第３の発光素子のアレイを含むように、第１の発光素子のアレイ及びアレイ第２の発光素子に対して位置合わせされている、形成するステップと
を含む。

いくつかの実施形態では、第３の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む。いくつかの実施形態では、第３の発光素子のアレイを形成するステップは、各第３の発光素子に対して第３のメサ構造を形成することを含む。いくつかの実施形態では、第３の発光層を形成するステップは、第３の基板上に第３のｎ型半導体層を形成するステップと、第３の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む第３の活性層を第１のｎ型半導体層上に形成するステップと、第３の活性層上に第３のｐ型半導体層を形成するステップとを含む。

いくつかの実施形態では、発光素子アレイ前駆体は、各々がマイクロ発光素子である第１の発光素子、第２の発光素子（及び任意選択的に第３の発光素子）を提供することができる。

したがって、第１の基板／第１の接合層に平行な平面内の各第１のマイクロ発光素子、第２のマイクロ発光素子、又は第３のマイクロ発光素子の表面積（又はフットプリント）は、１００μｍ×１００μｍ以下であってもよい。たとえば、いくつかの実施形態において、第１の基板に平行な平面内の各第１のメサ構造、第２のメサ構造又は第３のメサ構造の表面積（又はフットプリント）は、１００μｍ×１００μｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態では、各第１のメサ構造、第２のメサ構造又は第３のメサ構造の表面積は、５０μｍ×５０μｍ、３０μｍ×３０μｍ、２０μｍ×２０μｍ、１０μｍ×１０μｍ、４μｍ×４μｍ、又は２μｍ×２μｍ以下であってもよい。

いくつかの実施形態では、第１の（マイクロ）発光素子、第２の（マイクロ）発光素子（及び任意選択的に第３の（マイクロ）発光素子）は、隣接する発光素子間のピッチ（各第１のマイクロ発光素子、第２のマイクロ発光素子又は第３のマイクロ発光素子の中心間で測定される）が１００μｍ、５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、４μｍ、又は２μｍ以下である画像平面を提供するように、それぞれの発光層内に配置構成されてもよい。

本開示の第２の態様によれば、発光素子アレイ前駆体が提供される。発光アレイ前駆体は、第１の発光層と、第１の接合層と、第２の接合層と、第２の発光層とを備える。第１の発光層は、第１の発光素子のアレイを含む。各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成される。第１の接合層は、第１の発光層上に設けられる。第２の接合層は、第１の接合層に接合される。第２の発光層は、第２の接合層上に設けられる。第２の発光層は、第２の発光素子のアレイを含む。各第２の発光素子は、第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成される。第２の発光素子のアレイは、発光素子アレイ前駆体が、第１の発光層及び第２の発光層の各々に平行な平面内で互いに横方向に離間している第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを含むように、第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされている。

したがって、本開示の第２の態様による発光アレイ前駆体は、本開示の第１の態様による方法によって形成されてもよい。

第１の態様及び第２の態様によれば、第１の発光層及び／又は第２の発光層及び／又は第３の発光層は、複数のＩＩＩ族窒化物を含んでもよい。いくつかの実施形態では、ＩＩＩ族窒化物は、ＡｌＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ及びＧａＮのうちの１つ以上を含んでもよい。本明細書において使用される場合、その構成成分による種への任意の参照は、そのすべての利用可能な化学量論を含む。したがって、例えば、ＡｌＧａＮは、Ａｌ_ｘＧａ_１－ｘＮ、０＜Ｘ１＜１、などの、そのすべての合金を含む。好ましい化学量論は、特定の層の機能に応じて変化することになる。

図面の簡単な説明
ここで、本発明を、以下の非限定的な図面に関連して説明する。本開示のさらなる利点は、図面と併せて考慮すると、詳細な説明を参照することによって明らかであり、図面は、詳細をより明瞭に示すように、原寸に比例しない。同様の参照符号は、いくつかの図を通して同様の要素を示す。

第１の基板内に形成された第１の発光層の断面図である。 第１の接合層がその上に形成された第１の発光層の断面図である。 第２の基板上に形成された第２の発光層の断面図である。 第２の基板が除去されている、第２の発光層の断面図である。 第１の接合層及び第２の接合層を介して第１の発光層に接合された第２の発光層の断面図である。 第２の発光層における第２のメサ構造の形成の断面図である。 第２の発光層及び第１のアノードコンタクトに対する第２のアノードコンタクトの形成の断面図である。 各発光素子への金属コンタクトの形成及び発光素子アレイ前駆体のバックプレーン電子回路基板への接合の断面図である。 発光素子アレイ前駆体の各発光素子の光抽出特徴部を形成するための発光アレイ前駆体の発光面のさらなる処理の断面図である。 本開示の別の実施形態による第１の発光層の断面図である。 本開示の別の実施形態による、第２の発光層に接合された第１の発光層の断面図である。 本開示の別の実施形態による、第１の発光層と第２の発光層との間の電気コンタクトの形成の断面図である。 第３の発光層に接合された図１２の構造の断面図である。 第１の発光層、第２の発光層及び第３の発光層の各々に対する電気コンタクトを形成するようにさらに処理された、図１３の構造の断面図である。 本開示の別の実施形態による発光素子の各々の光抽出特徴部の形成を示す図である。

詳細な説明
これより、本発明をさらに説明する。以下の節では、本発明の異なる態様がより詳細に定義される。そのように定義された各態様は、そうでないことが明確に示されていない限り、任意の他の１つ以上の態様と組み合わせることができる。特に、好ましい又は有利である又は任意選択的であると示されている任意の特徴部は、好ましい又は有利又は任意選択的であると示されている任意の他の１つ以上の特徴部と組み合わせることができる。

本開示の実施形態は、複数の異なる発光波長を有する発光素子アレイの形成を単純化し、そのコストを低減する目的で、様々な構造構成を有する発光素子アレイ前駆体及び発光素子アレイ前駆体を形成する方法を説明する。本開示の実施形態は、マイクロ発光素子アレイ前駆体及び／又はマイクロ発光素子アレイに関し得る。マイクロ発光素子アレイは、一般に、１００×１００μｍ^２以下のサイズを有する発光素子（発光ダイオードなど）のアレイとして定義される。本開示の一実施形態によれば、発光素子アレイ前駆体１００を形成する方法が提供される。

発光素子アレイ前駆体を形成する方法の一部として、第１の発光層２０が第１の基板１０上に形成される。このような中間構造の例を図１に示す。

図１に示すように、基板１０の基板表面１１上には、第１の発光層２０が設けられている。基板１０は、その上にＩＩＩ族窒化物を製造するための任意の適切な基板であってもよい。例えば、基板１０は、シリコン、サファイア、若しくはＳｉＣ、又は薄膜電子部品の製造に適した任意の他の基板を含んでもよい。

図１に示すように、第１の発光層２０は、複数の層を含んでいてもよい。図１の実施形態では、第１の発光層２０の各層はＩＩＩ族窒化物を含んでもよい。例えば、図１の実施形態では、第１の発光層２０は、ｎ型半導体層２２、活性層２４、及びｐ型半導体層２６を含む。第１の発光層２０の複数の層２２，２４，２６は、第１の発光層２０を形成するように互いに積層されて形成されている。このように、第１の発光層２０の複数の層は各々、実質的に連続した層として基板表面にわたって延在する。このように、第１の発光層２０は、基板表面１１上に実質的に連続した層として形成されてもよい。

第１の発光層２０は、第１の発光層２０が第１の波長を有する光を出力するように構成されている半導体接合部を形成するように、複数のＩＩＩ族窒化物層を含む。以下でさらに説明するように、第１の発光層２０は、第１の発光素子のアレイを含むように、さらなる処理ステップを受けてもよく、各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成される。第１の発光層２０の各発光素子は、ｐ型側及びｎ型側を有するダイオードなどの半導体接合部を含んでもよい。図１の実施形態では、第１の発光層２０は、第１のｎ型半導体層２２と第１のｐ型半導体層２６との間に配置された第１の活性層２４を含む。無論、他の実施形態では、第１の発光層２０は、当該技術分野で知られているように、第１の電子ブロック層又は他の歪み界面層などの追加の層を含んでもよい。

図１に示すように、第１のｎ型半導体層２２は、基板表面１１にわたって実質的に連続した層として形成されてもよい。例えば、図１の実施形態では、第１のｎ型半導体層２２はＧａＮを含んでもよい。図１などのいくつかの実施形態では、第１のｎ型半導体層２２は、Ｓｉ又はＧｅなどの任意の適切なｎ型ドーパント（すなわち、電子供与体）を含んでもよい。図１の実施形態では、第１のｎ型半導体層２２は、少なくとも１０^１７ｃｍ^－３、いくつかの実施形態では１０^１９ｃｍ^－３以下のドナー密度でドープされている。

第１のｎ型半導体層２２は、ＩＩＩ族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用して堆積されてもよい。

第１のｎ型半導体層２２は、第１の基板表面１１に垂直な方向の厚さが少なくとも３μｍになるように形成されてもよい。そのような厚さは、その後のカソードコンタクトの形成に対応するために改善された材料厚さを提供する。さらに、そのような厚さは、（以下でより詳細に説明する第１の基板１０の除去後に光抽出特徴部７０の形成を可能にする。いくつかの実施形態では、第１のｎ型半導体層２２は、１０μｍ以下、より好ましくは５μｍ以下の厚さを有してもよい。

図１に示すように、第１の活性層２４は、第１のｎ型半導体層２２上に実質的に連続した層として形成される。第１の活性層２４は、第１の発光層２０の一部分として第１の波長の光を生成するように構成されている。

図１の実施形態では、第１の活性層２４は、１つ以上の量子井戸層を備えることができる。したがって、第１の活性層２４は多重量子井戸層であってもよい。第１の活性層２４内の量子井戸層は、ＩＩＩ族窒化物半導体、好ましくはＩｎを含むＩＩＩ族窒化物合金を含むことができる。例えば、図１の実施形態では、第１の活性層２４は、ＧａＮとＩｎ_ｙＧＡ_１－ＹＮとが交互になった層を備えることができ、０＜Ｙ≦１である。特に、いくつかの実施形態では、第１の活性層２４は、インジウム含有量Ｙが０＜Ｙ≦０．２であるＩｎＧａＮ層を含んでもよい。このように、第１の発光層２０の第１の活性層２４は、少なくとも２８０ｎｍ、且つ４９０ｎｍ以下の波長を有する光（すなわち、一般に青色の可視光）を生成するように構成されてもよい。本開示では、発光素子によって放出される光の特定の波長への言及は、発光素子によって放出されるピーク波長への言及と解釈される。量子井戸層の厚さ及びインジウム含有量（Ｙ）は、第１の活性層２４によって生成される光の波長を制御するために制御され得る。第１の活性層２４は、第１のｎ型半導体層２２の表面の相当部分（例えば、すべて）を覆う連続層として形成されてもよい。

第１の活性層２４は、ＩＩＩ族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用して堆積されてもよい。

図１に示すように、第１の活性層２４の上には、第１のｐ型半導体層２６が設けられている。第１のｐ型半導体層２６は、第１のｎ型半導体層２２が設けられた第１の活性層２２の側面とは反対側で、第１の活性層２４の側面上に設けられている。第１のｐ型半導体層２６は、たとえばＧａＮなどの、ＩＩＩ族窒化物を備える。第１のｐ型半導体層２６は、適切な電子受容体、例えばＭｇでドープされる。第１のｐ型半導体層２６は、少なくとも１０^１９ｃｍ^－３のアクセプタ密度を有してもよい。いくつかの実施形態において、第１のｐ型半導体層２６は、１０^２１ｃｍ^－３以下のアクセプタ密度を有してもよい。第１のｐ型半導体層２６は、第１の活性層２４の露出表面の相当部分（例えば、すべて）を覆う連続層として形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の発光層２０の各層は、ＩＩＩ族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えばＭＯＣＶＤ又はＭＢＥを使用して形成されてもよい。

次に、図２に示すように、第１の発光層２０内に第１の発光素子のアレイを形成することができる。図２に示すように、第１の発光素子のアレイを形成することは、第１の発光層２０内で各発光素子に対して第１のメサ構造２８を形成することを含む。図２に示すように、第１のメサ構造２８は各々、第１の基板１０に垂直な方向に延在する。各第１のメサ構造２８は、第１のｎ型半導体層２２の一部と、第１の活性層２４の一部と、第１のｐ型半導体層２６の一部とを含む。図２に示すように、各第２のメサ構造２８は、第１の基板表面１１に垂直な面において略台形状の断面を有する。したがって、各メサ構造２８は、第１の基板１０の表面と位置合わせされたほぼ平坦な第１のメサ表面２７を含む。各第１のメサ構造２８はまた、第１のメサ表面２７を取り囲む第１の側壁表面２９をも含む。各メサ構造の第１の側壁表面２９は、第１の基板表面１１を概して横断する方向に延在する。図１の実施形態では、第１の側壁表面２９は、傾斜した第１の側壁表面２９が台形断面を画定するように、第１の基板表面１１の法線に対して傾斜している。

図２に示すように、第１のメサ構造２８は、発光素子の規則的に離間したアレイを形成するために、第１の発光層２０にわたって離間している。第１のメサ構造２８は、選択的除去プロセスを用いて第１の発光層２０の一部を選択的に除去することにより形成される。

例えば、図２において、選択的除去ステップは、エッチングステップによって行われる。エッチングプロセスにおいて、第１のマスク層（図示せず）を、ｐ型半導体層２６の露出表面上に堆積することができる。第１のマスク層は、第１のメサ構造２８を形成することが意図されている第１の発光層２０の一部をマスクするように構成されている。このように、第１のマスク層は、第１のメサ構造２８を形成するために選択的に除去されることが意図される１つ以上の領域を画定してもよい。次いで、第１のマスク層によって露出された第１の発光層２０の部分を、エッチャントを使用して選択的に除去することができる。図２に示すように、エッチャントは、第１のｐ型半導体層２６、第１の活性層２４、及び第１のｎ型半導体層２２の一部をエッチング除去して、第１のメサ構造２８を画定することができる。第１のマスク層は、当該技術分野における任意の既知の方法を使用して提供され得る。例えば、リソグラフィ法を用いて第１のマスク層を形成し、パターニングしてもよい。

上述したように、各第１のメサ構造２８は、第１の発光層２０を、第１の基板表面１１に垂直な厚さ方向にエッチングすることにより形成されてもよい。したがって、形成された各第１のメサ構造２８は、少なくとも０．３μｍ、又はいくつかの実施形態では、少なくとも０．５μｍ、０．７μｍ、若しくは１μｍの厚さ方向の厚さを有してもよい。

上述したように、各第１のメサ構造２８は、第１の発光層２０が第１のマイクロ発光素子のアレイを含むように形成されてもよい。したがって、第１の基板に平行な平面内の各第１のマイクロ発光素子の表面積（又はフットプリント）は、１００μｍ×１００μｍ以下であってもよい。いくつかの実施形態では、各第１のマイクロ発光素子のピッチ（各第１のマイクロ発光素子の中心間で測定される）は、１００μｍ、５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、１０μｍ、４μｍ、又は２μｍ以下であってもよい。以下でさらに詳細に説明する第２のメサ構造１２８及び第３のメサ構造２２８も、マイクロ発光素子のアレイを提供するために同様の寸法で形成されてもよいことが理解されるであろう。

第１のメサ構造２８のアレイの形成に続いて、第１の発光層２０内の各発光素子のｎ型側及びｐ型側に対する電気コンタクトを形成してもよい。

例えば、第１のアノード層が、第１の発光素子のアレイ上に形成されてもよい。第１のアノード層は、第１の発光層２０内の発光素子の少なくとも一部のｐ型側に対する第１のアノードコンタクト３０を設けるように構成されている。例えば、図２に示すように、第１のアノード層は、それらの発光素子に対して第１のアノードコンタクト３０を選択的に形成するために、１つおきの第１のメサ構造２８のメサ表面２９上に選択的に設けられる。第１のアノード層３０は、第１のアノードコンタクトが形成された第１の発光層の第１の発光素子間のさらなる発光素子の形成を考慮に入れるために、第１の発光層２０の１つおきの発光素子上に選択的に設けられる。したがって、第１のアノード層は、第１の発光層２０の第１の発光素子の選択に対する複数の第１のアノードコンタクト３０を含む。第１のアノードコンタクト層は、１つ以上の金属層、例えば、Ｔｉ、Ａｌ又はＴｉ及びＡｌ金属スタックを含んでもよい。第１のアノード層は、適切なパテンティング法、例えばリソグラフィを使用して、第１の発光層のメサ表面２９上に選択的に形成されてもよい。

第１のアノード層の形成に続いて、第１の発光層２０及び第１のアノードコンタクト層の上に第１の間隙充填絶縁層４０を形成してもよい。第１の間隙充填絶縁層４０は、第１の発光層２０の上に平坦な表面を設け、以て、第１のメサ構造２８に起因して形成される任意の間隙を充填するように構成されている。第１の間隙充填絶縁層４０は、ＳｉＯ_２又はＳｉＮ_ｘなどの任意の適切な絶縁体を含んでもよい。間隙充填絶縁層４０は、化学気相成長（ＣＶＤ）などの任意の適切な堆積方法を使用して形成することができる。

第１の間隙充填絶縁層４０の形成に続いて、第１の発光層２０の第１のｎ型半導体層２２に対して第１のカソードコンタクト層を形成することができる。第１のカソードコンタクト層５０は、第１の発光層２０内の各発光素子のｎ型側に対する第１のカソードコンタクト５０を設けるように構成されている。図２に示すように、第１の発光層２０の第１のメサ構造２８が設けられた側から第１のカソードコンタクト層が形成され、結果、第１の発光層２０の同じ表面上に第１のカソードコンタクト層５０及び第１のアノードコンタクト層３０が設けられる。

図２に示すように、第１のカソードコンタクト層５０は、各第１のメサ構造２８の間の領域において第１の発光層２０の一部を選択的に除去することにより形成される。このように、第１の発光層２０の領域（第１のｎ型半導体層２２）が選択的に除去されて、第１の発光層２０にわたって第１のメサ構造２８間に（好ましくは均等に）離間した第１のｎ型半導体層２２内に第１の開口部が形成される。上記第１の開口部は、リソグラフィ（開口部を画定するため）及びそれに続くエッチングなどの適切な選択的除去プロセスを使用して形成されてもよい。図２に示す構造では、第１の開口部は、間隙充填絶縁層４０の露出表面から発光層２０のｎ型側（すなわち、第１のｎ型半導体層２２）まで延在する。第１の開口部の形成に続いて、第１のカソードコンタクト層を形成することができる。

図２に示すように、第１のカソードコンタクト層は、各第１のメサ構造２８の間で第１のｎ型半導体層２２と電気的に接触するように、第１の開口部内に形成される。第１のカソードコンタクト層５０の一部はまた、第１のｎ型半導体層２２を通る開口部の各々を相互接続するために、第１の間隙充填絶縁層４０の上に設けられてもよい。したがって、第１のカソードコンタクト層５０は、第１の発光層２０内の発光素子の各々に共通のカソードを提供し得る。図２に示すように、第１のカソードコンタクト層５０は、第１の発光層２０内の発光素子の各々を囲むように構成することができる。第１のカソードコンタクト層は、金属コンタクトを形成するための任意の適切な技法、例えば熱蒸着又は物理気相成長を使用して形成することができる。第１のカソードコンタクト層５０は、Ｔｉ、Ａｌ、若しくはＮｉ、又は任意の他の適切な材料を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のカソードコンタクト層は、複数の層、例えばＮｉ層及びＡｌ層を含んでもよい。いくつかの実施形態では、第１のカソードコンタクト層５０は、少なくとも１００ｎｍの厚さを有してもよい。

いくつかの実施形態では、第１のカソードコンタクト層５０は、第１の開口部全体を充填する単一の堆積ステップを使用して形成される。図２に示す構造では、第１のカソードコンタクト層は、第１の開口部全体を充填するのに十分ではない厚さで形成される。カソードコンタクトの導電性を改善し、発光素子前駆体内に何らかの空隙が形成されるのを回避するために、第１の開口部は第１のコンタクト充填層５１でさらに充填されてもよい。例えば、図２の構造を形成する方法において、第１のコンタクト充填層５１は、熱蒸着、又は任意の他の適切な方法によって堆積されてもよい。第１のコンタクト充填層５１は、任意の適切な金属コンタクト材料、例えばＴｉ、Ａｌ、Ａｕ、又はＮｉを含んでもよい。例えば、図２の構造では、第１のコンタクト充填層５１は、電着を使用して堆積されるＣｕ又はＡｕを含んでもよい。第１のコンタクト充填層５１はまた、第１の発光層２０の各第１の発光素子のヒートシンクとしても機能してもよい。第１のコンタクト充填層５１はまた、隣接する発光素子間のクロストークを低減するのにも役立ち得る。例えば、第１のコンタクト充填層は、第２の発光層１２０の第２の発光素子と、隣接する、第１の発光層２０の第１の発光素子との間の光クロストークを低減し得る。

第１のコンタクト充填層５１の形成に続いて、第１のコンタクト充填層及び第１の発光層２０の露出表面は、化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスを受けてもよい。ＣＭＰプロセスは、後続の基板接合ステップのために露出表面の平坦化を改善するために提供されてもよい。

図２に示す構造は、第１の発光層内に第１の発光素子のアレイを形成するための１つの可能な選択肢に過ぎないことが理解されよう。したがって、本開示は、図２に示す第１の発光層２０並びにアノードコンタクト及びカソードコンタクトの層の配置構成に限定されない。

第１の発光層２０のｎ型側に対する電気コンタクトの形成に続いて、第１の発光層２０並びに第１のアノードコンタクト層及び第１のカソードコンタクト層５０の上に第１の接合層６０が形成される。第１の接合層は、第１の発光層２０、第１のアノードコンタクト層及び第１のカソードコンタクト層を覆う接合面を提供する。第１の接合層６０は、第１の発光層２０を第２の発光層１２０に接合するために使用される基板接合技法に適合する表面を形成するために設けられる（より詳細に後述する）。

図２の実施形態では、第１の接合層６０は、別の接合層への直接接合を形成するのに適した誘電材料を含む。例えば、図２の実施形態では、第１の接合層はＳｉＯ_２を含む。第１の接合層６０は、基板表面１１に平行な平面内に延在する略平坦化表面を提供するために、アノードコンタクト及びカソードコンタクト並びに第１の発光層２０の上に形成される。第１の接合層６０は、任意の適切な方法、例えばＣＶＤによって形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第１の接合層６０は、第１の発光層２０を第２の発光層１２０に接合するための接着剤層又はポリマー層を含んでもよい。

図２の構造では、間隙充填絶縁層４０及び第１の接合層６０の両方がＳｉＯ_２を含んでもよいことが理解されよう。したがって、電気コンタクトの形成が異なるプロセス順序に従い得るいくつかの実施形態では、間隙充填絶縁層４０の形成は、別の接合層への接合に適した第１の接合面６１を有する第１の接合層を提供し得る。

いくつかの実施形態では、第１の接合層６０は、表面の平滑性を改善するために、形成後に化学機械研磨プロセスをさらに受けてもよい。化学機械研磨プロセスは、その後の第１の接合層６０と第２の接合層との接合を改善することができる。したがって、第１の発光素子のアレイを含む第１の発光層２０は、別の発光層に接合するのに適した第１の基板１０上に形成されてもよい。

第１の基板１０上に第１の発光層２０を形成することに加えて、第１の実施形態の方法によれば、第２の基板１１０上に第２の発光層１２０が形成される。第２の基板１１０上に形成されたそのような第２の発光層１２０の一例を図３に示す。

第２の発光層１２０は、第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成された（第１の発光層２０とは）別個の第２の発光層１２０を設けるために、第２の基板１１０上に形成される。第２の発光層は、成長条件及び基板が第２の発光層１２０の形成を改善するように構成され得るように、第１の基板１０とは異なる基板上に形成される。さらに、第２の基板１１０上に第２の発光層１２０を形成することは、第２の発光層１２０を形成するプロセスに対して第１の発光層２０を露出させない。

第２の発光層１２０は、第２の基板１１０の第２の基板表面１１１上に設けられる。第２の基板１１０は、その上にＩＩＩ族窒化物を製造するための任意の適切な基板であってもよい。例えば、第２の基板１１０は、シリコン、サファイア、若しくはＳｉＣ、又は薄膜電子部品の製造に適した任意の他の基板を含んでもよい。特に、第２の基板１１０は、第２の発光層１２０の歪みを低減するように構成された面内格子定数を有する基板表面１１１を提供するように構成された１つ以上の層を含んでもよい。

第２の発光層１２０は、複数の層を含んでいてもよい。第１の実施形態によれば、第２の発光層１２０の各層はＩＩＩ族窒化物を含んでもよい。第２の発光層１２０の複数の層２２，２４，２６は、第２の発光層１２０を形成するように互いに積層されて形成されている。このように、第２の発光層１２０の複数の層は各々、実質的に連続した層として第２の基板表面１１１にわたって延在することができる。このように、第２の発光層１２０は、第２の基板表面１１１上に実質的に連続した層として形成されてもよい。

第１の実施形態によれば、第２の発光層１２０は、第２の発光層１２０が第２の波長を有する光を出力するように構成されている半導体接合部を形成するように、複数のＩＩＩ族窒化物層を含む。以下でさらに説明するように、第２の発光層１２０は、第２の発光素子のアレイを含むように、さらなる処理ステップを受けてもよく、各第２の発光素子は、第２の波長を有する光を放出するように構成される。第２の発光層１２０の各第２の発光素子は、ｐ型側及びｎ型側を有するダイオードなどの半導体接合部を含んでもよい。

図３に示すように、第２の発光層１２０は、第２のｎ型半導体層１２２、第２の活性層１２４、及び第２のｐ型半導体層１２６を含む。

第２の活性層１２４は１つ以上の量子井戸層を含んでもよい。したがって、第２の活性層１２４は多重量子井戸層であってもよい。第２の活性層１２４内の量子井戸層は、ＩＩＩ族窒化物半導体、好ましくはＩｎを含むＩＩＩ族窒化物合金を含むことができる。例えば、図３に示す配置構成では、第２の活性層１２４は、ＧａＮとＩｎ_ＺＧａ_１－ＺＮとが交互になった層を備えることができ、０＜Ｚ≦１である。特に、いくつかの実施形態では、第２の活性層１２４はＩｎ_ＺＧａ_１－ＺＮ層を含んでもよく、０．２＜Ｚ≦０．５である。このように、第２の発光層１２０の第２の活性層１２４は、少なくとも４９０ｎｍ、且つ６７０ｎｍ以下の波長を有する光を生成するように構成されてもよい。量子井戸層の厚さ及びＩｎ含有量（Ｚ）は、第２の活性層１２４によって生成される光の波長を制御するために制御され得る。第２の活性層１２４は、第２のｎ型半導体層１２２の露出表面の相当部分（例えば、すべて）を覆う連続層として形成されてもよい。

第１の実施形態の方法では、第２の活性層１２４のインジウム含有量（Ｚ）は、第１の活性層２４のインジウム含有量（Ｙ）よりも高くてもよい（すなわち、Ｚ＞Ｙである）ことが理解されるであろう。第２の活性層１２４は、第２の活性層１２４のインジウム含有量（Ｚ）に起因する面内格子定数の増加に起因する第２の活性層１２４の歪みを低減又は排除するように構成されている基板表面１１１上の面内格子定数を有する適切な第２の基板１１０上に形成されてもよい。

第２の活性層１２４は、ＩＩＩ族窒化物薄膜を製造するための任意の適切なプロセス、例えば、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）又は分子線エピタキシ（ＭＢＥ）を使用して堆積されてもよい。

第２のｎ型半導体層１２２は、第２の基板表面１１１にわたって実質的に連続した層として形成されてもよい。図３に示すように、第２のｎ型半導体層１２２上に第２の活性層１２４が形成される。第１の実施形態によれば、第２のｎ型半導体層１２２はＧａＮを含んでもよい。したがって、第２のｎ型半導体層１２２は、第１のｎ型半導体層２２と同様の方法で形成されてもよい。

図３に示すように、第２のｎ型半導体層１２４は、発光層１２０に適切な機能を提供するために必要な厚さよりも厚い、基板表面１１１の法線方向の厚さで、第２の基板表面１１１上に形成されてもよい。例えば、図３に示すように、第２のｎ型半導体層１２２は、少なくとも０．８μｍの厚さで形成されてもよい。いくつかの実施形態では、第２のｎ型半導体層は、少なくとも１μｍ、１．２μｍ、１．５μｍ、２μｍ、又は３μｍの厚さで形成されてもよい。このような厚さは、後続の処理ステップにおける第２の基板１１０の除去を補助するために提供されてもよい。

図３に示すように、第２の活性層１２４の上には、第２のｐ型半導体層１２６が設けられている。したがって、第２のｐ型半導体層１２６は、第２のｎ型半導体層１２２が設けられた第２の活性層１２４の側面とは反対側で、第２の活性層１２４の側面上に設けられている。第１の実施形態によれば、第２のｐ型半導体層１２６は、たとえばＧａＮなどの、ＩＩＩ族窒化物を備える。したがって、第２のｐ型半導体層１２６は、第１のｐ型半導体層２６と同様の方法で形成されてもよい。

第２の発光層１２０の形成に続いて、第２の発光層１２０の上に第２の接合層１０２を形成してもよい。第２の接合層１０２は、第２の発光層１２０及び第２の基板１１０をハンドリング基板１０４に接合するための第２の接合面１０３を提供するように構成されている。第２の接合層１０２は、基板の接合のための任意の適切な材料を含んでもよく、例えば、第１の実施形態によれば、第２の接合層１０２は、ＳｉＯ_２などの誘電材料を含む。第２の接合層１０２は、任意の適切なプロセス、例えばＣＶＤを使用して、実質的に連続した層として第２の発光層１２０の上に形成されてもよい。したがって、第２の接合層１０２は、第１の接合層６０と同様の方法で形成されてもよい。第２の接合層１０２も、第１の接合層６０と同様に、ＣＭＰステップを受けもよい。

図３に示すように、第２の基板１１０及び第２の発光層１２０は、第２の接合層１０２によってハンドリング基板１０４に接合される。ハンドリング基板１０２は、第２の発光層１２０を、それが形成された第２の基板１１０から第１の接合層６０に転写するための基板を提供するように構成されている。したがって、ハンドリング基板１０２は、半導体素子を取り扱うための任意の適切な基板であってもよい。例えば、ハンドリング基板１０２は、シリコン又は任意の他の適切な基板を含んでもよい。ハンドリング基板１０４は、第２の接合層１０２の第２の接合面１０３に接合するためのハンドリング面１０５を提供してもよい。

第２の接合層１０２が直接接合を形成するように構成された誘電材料を含む第１の実施形態によれば、ハンドリング基板は、第２の接合層１０２の第２の接合面１０３との直接接合を形成するように構成されたハンドリング面１０５を提供してもよい。例えば、ハンドリング基板１０４は、ＳｉＯ_２の層（図示せず）を含んでもよい。ハンドリング基板１０４は、基板に接合するための任意の適切な手段を使用して第２の接合層１０２に接合されてもよい。

第１の実施形態によれば、ハンドリング基板１０４は、ウェハボンダ内で圧力及び熱を加えることによって直接接合を使用して第２の接合層１０２に接合される。

ウェハボンダは、ハンドリング基板表面１０５を第２の接合面１０３と平行に配置することを可能にする。次いで、ウェハボンダは、２つの表面を接触させるように構成され、それにより、第２の接合層１０２は、ハンドリング基板１０４のハンドリング基板表面２０５との接合を形成する。いくつかの実施形態では、ウェハボンダは、ハンドリング基板表面１０５と第２の接合面１０３との間に形成される接合を改善するために、熱及び圧力のうちの１つ以上を加えることができる。

例えば、いくつかの実施形態では、ウェハボンダは、ハンドリング基板１０４を（第２の接合層１０２を介して）第２の発光層１２０に接合するために少なくとも１０ｋＮの圧縮力を加えることができる。いくつかの実施形態では、ウェハボンダは、少なくとも２０ｋＮ、３０ｋＮ、又は４０ｋＮの圧縮力を加えることができる。より大きな圧縮力を加えることによって、基板間の接合を形成する信頼性を向上させることができる。いくつかの実施形態では、ウェハボンダは、接合中の基板破砕又は基板の他の望ましくない変形のリスクを低減するために、４５ｋＮ以下の圧縮力を加えることができる。

いくつかの実施形態では、ウェハボンダはまた、ハンドリング基板１０４及び／又は第２の発光層／第２の接合層１０２を加熱するように構成されてもよい。例えば、ウェハボンダは、ハンドリング基板１０４及び／又は第２の発光層／第２の接合層１０２を少なくとも１００℃の温度まで加熱するように構成されてもよい。いくつかの実施形態において、ウェハボンダは、ハンドリング基板１０４及び／又は第２の発光層／第２の接合層１０２を少なくとも２００℃、３００℃、４００℃、又は５００℃の温度まで加熱するように構成されてもよい。ウェハボンダは、第２の基板１０４及び第２の発光層１２０を圧縮下で、及び、任意選択的に一定期間にわたって一定の温度において保持するように構成されてもよい。いくつかの実施形態では、上記期間は、少なくとも１分、２分、５分、１０分又は１時間であってもよい。したがって、ウェハボンダを使用して、ハンドリング基板１０４と第２の接合層１０２との間の界面における直接的な融合接合の形成を改善することができる。

第１の実施形態は誘電体層の間に形成される直接接合を利用するが、他の実施形態では、基板（ハンドリング基板１０２など）を発光層に接合するための他の方法を使用してもよい。例えば、本開示による方法は、タップ接合、ポリマー接合、又は酸化物接合を利用してもよい。

例えば、いくつかの実施形態では、ポリマー接合を使用して基板を接合してもよい。したがって、ハンドリング基板１０４はまた、ポリマー接合（すなわち、接着接合）を使用して第２の接合層１０２に接合されてもよい。そのようなプロセスは、ハンドリング基板１０４及び／又は第２の発光層１２０に接着剤層（例えば、ポリマー層）を被着させることを含む。接着層は、スピンコーティングによって被着されてもよい。次いで、２つの基板を接着剤層（複数可）を介して接触させることができる。次いで、圧力及び／又は熱を基板に加えて、接着接合を硬化させることができる。接着接合プロセスに適したポリマーの例は、ポリイミド、メチルシルセスキオキサン（ＭＳＳＱ）、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、熱硬化性コポリエステル（ＡＳＴＤ）、熱可塑性コポリマー（ＰＶＤＣ）、パリエン、液晶ポリマー、及びワックスを含む。ポリマー接合は、適切に選択された溶媒の適用によって容易に除去され得る基板接合を提供し得る。したがって、ポリマー接合は、ハンドリング基板１０４への基板の接合などの一時的な性質の接合用途に特によく適し得る。酸化物接合、タップ接合、及びポリマー接合などの基板接合技法に関するさらなる情報は、少なくとも「ＭＥＭＳ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ Ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ Ｈａｎｄｂｏｏｋ」（Ｃｈ．１１ｍ Ｇｈｏｄｓｓｉ Ｒ．，ｅｔ ａｌ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ＋Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍｅｄｉａ，ＬＬＣ ２０１１）に見出すことができる。

第２の発光層１２０が第２の接合層１０２を介してハンドリング基板１０４に接合されると、第２の基板１１０は第２の発光層１２０から除去される。このような構造の図を図４に示す。

任意の適切なプロセスを使用して、第２の基板１１０を第２の発光層１２０から除去してもよい。例えば、研削ステップ（すなわち、研磨プロセス）を用いて第２の基板１１０を除去してもよい。研削ステップは、第２の基板１１０の相当部分又は第２の基板１１０のすべてを除去するために提供されてもよい。第２の基板１１０の一部が研削ステップ後に残る場合（例えば、５μｍ未満の厚さ）、第２の基板１０２の残りの部分を除去するためにエッチングステップが提供されてもよい。エッチングプロセスは、第２の基板１１０を選択的に除去し、ハンドリング基板１０４に接合された第２の発光層１２０を残すことができる。

第２の基板１１０の除去に続いて、第２の発光層１２０の第１の主面１２１が露出される。第２の発光層１２０の第１の主面１２１は、第２の発光層１２０の、ハンドリング基板１０４とは反対の側にある。上述のように、第２の発光層１２０は、第２の発光層１２０の所望の厚さよりも大きい、ハンドリング基板表面１０６に垂直な方向の厚さで形成されてもよい。第２の基板１１０の除去に続いて、第２の発光層１２０の厚さを所望のサイズまで減少させるために、第１の主面１２１から第２の発光層１２０をエッチングしてもよい。例えば、図４に示すように、第２のｎ型半導体層１２２は、その堆積されたままの厚さからハンドリング基板表面１０５に垂直な方向の厚さが減少するようにエッチングされている。いくつかの実施形態では、第２のｎ型半導体層１２２の厚さは、その厚さが２μｍ以下、又はより好ましくは１．５μｍ以下になるようにエッチングされてもよい。第２の基板１１０が先行して接合されている第２のｎ型半導体層１２２の一部を除去することにより、第２の基板１１０の除去に起因する第２のｎ型半導体層の欠陥も除去することができる。いくつかの実施形態では、第２のｎ型半導体層１２２の厚さは、その厚さが少なくとも０．８μｍになるようにエッチングされてもよい。このような厚さとすることで、第２の発光素子層１２０のｎ型側の接触抵抗を低減することができる。

第２の発光層１２０の厚さを減少させるための（任意選択の）エッチングプロセスに続いて、第２の発光層１２０の第１の主面１２１の上に第３の接合層１６０が形成される。第３の接合層１６０は、第１の接合層６０を介して第１の発光層２０に第２の発光層１２０を接合するための層を提供するように構成されている。第１の実施形態によれば、第３の接合層１６０は、ＳｉＯ_２などの誘電材料を含む。したがって、第３の接合層１６０は、第１の発光層２０を第２の発光層１２０に接合するために、第１の接合層６０との直接融着を形成するように構成されている。本開示の他の実施形態では、他の接合方法を使用して、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０をともに接合してもよい。例えば、タップ接合、ポリマー接合、又は酸化物接合が使用されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、第３の接合層１６０は、第１の接合層６０に接合するための接合層を含んでもよい。第３の接合層１６０を誘電材料から形成することに代えて接合層を設けてもよく、又は、誘電材料に加えて接合層を設けてもよい。

第１の発光層２０と第２の発光層１２０とをともに接合した例を図５に示す。第１の発光層２０及び第２の発光層１２０は、第２の発光層をハンドリング基板１０２に接合するプロセスと同様に、ウェハボンダを使用してともに接合されてもよい。重要なことに、第２の発光層１２０は、方法のこの段階ではいかなる発光素子特徴部も含まない。したがって、接合プロセスは、第２の発光層１２０と第１の発光層２０の発光素子特徴部との正確な機械的位置合わせを必要としない。むしろ、第２の発光層１２０の接合は、第２の発光層１２０内の特徴部の位置合わせを必要とせずに実行されてもよい。

第１の発光層２０及び第２の発光層１２０の接合に続いて、ハンドリング基板１０２を第２の発光層１２０から除去することができる。第２の発光層１２０からハンドリング基板１０４を除去するプロセスは、ハンドリング基板を第２の発光層１２０に接合するために使用される接合方法に依存する。第１の実施形態による方法では、第２の接合層１０２を選択的にエッチングすることにより（すなわち、第２の発光層１２０をエッチングしていない間に）、第２の発光層１２０からハンドリング基板１０４を除去する。したがって、選択的エッチングプロセスは、第２の接合層１０２をエッチングして、第２の発光層１２０をハンドリング基板１０４から分離する。

ポリマー接合がハンドリング基板１０４を第２の発光層１２０に接合するために使用される本開示の実施形態の場合、ハンドリング基板は、基板を選択的溶媒に浸漬してポリマーを除去することによって除去されてもよい。他の実施形態では、ポリマーは、ＵＶ支援ウェットエッチングによって除去されてもよい。

ハンドリング基板１０４の除去に続いて、第２の発光層１２０から第２の発光素子のアレイが形成される。図６に示すように、第２の発光素子のアレイを形成することは、第２の発光層１２０内で各発光素子に対して第２のメサ構造１２８を形成することを含む。図６に示すように、第２のメサ構造１２８は各々、第１の基板表面１１に垂直な方向に延在する。各第２のメサ構造１２８は、第２の発光層１２０からのＩＩＩ族窒化物層のスタックを含む。図６に示すように、第２のメサ構造は、第２のｎ型半導体層１２２の一部、第２の活性層１２４の一部、及び第２のｐ型半導体層１２６の一部を含むＩＩＩ族窒化物層のスタックを含む。図６に示すように、各第２のメサ構造１２８は、第１の基板表面１１に垂直な面において略台形状の断面を有する。したがって、各第２のメサ構造１２８は、第１の基板１０の表面と位置合わせされたほぼ平坦な第２のメサ表面１２７を含む。各第２のメサ構造１２８はまた、第２のメサ表面２７を取り囲む第２の側壁表面１２９をも含む。第２のメサ構造１２８を形成する複数のＩＩＩ族窒化物層の各々は、第２の側壁表面１２９間で第２のメサ構造１２８にわたって実質的に連続した層として延在する。各第２のメサ構造１２８の第２の側壁表面１２９は、基板表面１１を概して横断する方向に延在する。図６に示す実施形態では、第２の側壁表面１２９は、傾斜した第２の側壁表面１２９が台形断面を画定するように、基板表面１１に対して傾斜している。

図６に示すように、第２のメサ構造１２８は、発光素子の規則的に離間したアレイを形成するために、第２の発光層１２０にわたって離間している。第２のメサ構造１２８の間隔は、第１の発光層２０における第１のメサ構造２８の間隔と異なっていてもよい。したがって、第２の発光素子のアレイは、発光素子アレイ前駆体の一部を形成する第１の発光素子及び第２の発光素子が、第１の発光層及び第２の発光層の各々に平行な平面（たとえば、第１の基板表面１１に平行な平面）内で互いに横方向にオフセットされるように、第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされてもよい。第１の発光素子及び第２の発光素子の各々の間の横方向間隔は、第１の発光素子及び第２の発光素子の各々がユーザによって観察されることを可能にする。第１の発光素子と第２の発光素子との間の横方向間隔に加えて、第１の発光素子は、発光素子アレイ前駆体の層状構造により、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０に垂直な平面内で第２の発光素子から本質的に離間していることが理解されよう。

図６において、第２のメサ構造１２８は、第１の発光層の未使用の第１のメサ構造１２８と重なっていることが理解されよう。無論、他の実施形態では、第１の発光素子のアレイを形成する際に、未使用の第１のメサ構造を形成しなくてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイは、それぞれの発光層２０，１２０内に、得られる画像平面内の隣接する発光素子間のピッチよりも大きいピッチで形成されてもよい。

第２のメサ構造１２８は、第１の発光素子を形成するための説明したプロセスと同様の選択的除去プロセスを用いて形成されてもよい。第２の発光層１２０が第１の発光層２０に接合された後に第２の発光層１２０内に第２の発光素子を形成することにより、第１の実施形態による方法は、基板接合ステップのために第２の発光層の発光素子特徴部を第１の発光層１２０の発光素子特徴部と精密に位置合わせする必要を回避する。基板接合のための２つの基板の精密な機械的位置合わせは、リソグラフィステップなどのパターニング層の位置合わせと同じレベルの正確度で実行することが技術的に困難である。

図６に示す実施形態は、第２の発光層１２０内に第２の発光素子のアレイを形成するための１つの可能な選択肢に過ぎないことが理解されよう。このように、本開示は、第２の発光層１２０の層の配置構成にも、図６に示す第２の発光素子の配置構成にも限定されない。

したがって、本開示の第１の実施形態による発光素子アレイ前駆体１００を提供することができる。第１の実施形態による方法は、第２の発光層１２０の接合の前に第１の発光素子に対する第１のアノードコンタクト３０及び第１のカソードコンタクト層５０を形成することを含むが、本開示はそのような処理順序に限定されないことが理解されよう。例えば、当業者は、適切なリソグラフィ及びエッチングステップ（例えば、第２の発光層１２０を通じた第１の発光層２０までのエッチング）によって、第２の発光層１２０の接合後に、第１の発光層２０まで通して電気コンタクトを形成することが可能であることを理解するであろう。

第１の実施形態によれば、発光素子アレイ前駆体はまた、さらなる処理ステップをも受けてもよい。

例えば、第２のメサ構造１２８のアレイの形成に続いて、第２の発光素子のアレイ上に第２のアノード層を形成してもよい。第２のアノード層は、第２の発光層１２０内の発光素子の少なくとも一部のｐ型側に対する第２のアノードコンタクト１３０を設けるように構成されている。例えば、図６に示すように、第２のアノード層は、それらの発光素子に対する第２のアノードコンタクト１３０を選択的に形成するために、第２のメサ構造１２８の各々のメサ表面１２９上に選択的に設けられる。

図６に示す例では、第１の発光層２０内に第１の発光素子を形成するために使用されるマスクパターンと比較して、第２の発光層１２０内に第２の発光素子を形成するために異なるマスクパターンが使用されることが理解されよう。他の実施形態では、同じマスクパターンを使用して第１の発光層２０及び第２の発光層１２０のメサ構造を形成することができ、第２のアノードコンタクト１３０の選択的パターニングを使用して、第１の発光層２０の第１の発光素子から交差方向にオフセットされた第２の発光素子を第２の発光層１２０内に選択的に形成することができる。

このように、第１のアノードコンタクト３０及び第２のアノードコンタクト１３０は、第１の基板表面１１に平行な平面内で互いに離間した、発光素子アレイ前駆体の第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを提供するために選択的に形成されてもよい。第２のアノードコンタクト１３０は、上述した第１のアノードコンタクト３０と同様に形成されてもよい。

第２のアノード層の形成に続いて、例えばエッチングプロセスを使用して、第２の発光層１２０の未使用部分を選択的に除去してもよい。選択的除去プロセスは、第２の発光層の各第２の発光素子を他の発光素子から分離するために、第１の基板表面１１に垂直な方向において、第２の発光層１２０の厚さを貫通してエッチングしてもよい。このような分離ステップは、発光素子アレイ前駆体の上面から発光層２０，１２０の各々に対する電気コンタクトのその後の形成を考慮して実行することができる。

第２の発光層１２０の未使用部分を選択的に除去することにより、第１の発光層２０の各第１の発光素子と位置合わせされた第２の発光層の部分を選択的に除去してもよい。したがって、いくつかの実施形態では、同じピッチのマスクパターンを使用して第１のメサ構造２８及び第２のメサ構造１２８を形成してもよく、選択的除去ステップは、第２の発光層１２８から未使用の第２のメサ構造１２８を除去することが理解されよう。第２の発光層の未使用部分（すなわち、第２の発光素子を形成しない）の選択的除去の例を図７に示す。

選択的除去ステップに続いて、第２の発光層１２０及び第２のアノードコンタクト層の上に第２の間隙充填絶縁層１４０を形成してもよい。第２の間隙充填絶縁層１４０は、第２の発光層１２０の上に平坦な表面を提供するように構成され、それによって、第２のメサ構造１２８の形成及びその後の第２の発光層１２０の未使用部分の選択的除去によって形成された任意の間隙を充填する。第２の間隙充填絶縁層１４０は、第１の間隙充填絶縁層４０と同様に形成されてもよい。

第２のカソードコンタクト層１５０は、第２の発光層１２０上に形成されてもよい。第２のカソードコンタクト層１５０は、第２の発光層１２０内の各発光素子のｎ型側に対する電気コンタクトを設けるように構成されている。第２のカソードコンタクト層１５０はまた、第２の発光層１２０内のｎ型側壁各発光素子を第１の発光層２０の第１のカソードコンタクト層５０に電気的に接続するように構成される。このように、第１のカソードコンタクト層５０及び第２のカソードコンタクト層１５０は、発光素子アレイ前駆体のための共通カソードを形成するためにともに電気的に接続されてもよい。

第２のカソードコンタクト層１５０の一例を図７に示す。図７に示すように、第２のカソードコンタクト層１５０は、各第２のメサ構造１２８の間の領域において第２の発光層１２０の一部を選択的に除去することにより形成される。したがって、第２のｎ型半導体層１２２内に開口部を形成するために、第２の発光層１２０の領域（第２のｎ型半導体アレイ１２２）が選択的に除去される。開口部は、第１のカソードコンタクト層５０を収容するために先行して形成されている第１のｎ型半導体層２２に形成された開口部と概して位置合わせされている。第２の開口部は、第１のカソードコンタクト層５０の第１の開口部を形成するために使用されるものと同様の選択的除去プロセスを用いて形成されてもよい。

図７に示すように、第２のカソードコンタクト層１５０は、各第１のメサ構造２８の間で第２のｎ型半導体層１２２と電気的に接触するように、第２の開口部内に形成される。第２のカソードコンタクト層１５０の一部はまた、第２のｎ型半導体層１２２を通る開口部の各々を相互接続するために、第２の間隙充填絶縁層１４０の上に設けられてもよい。

第２のカソードコンタクト層１５０は、上述した第１のカソードコンタクト層と同様に形成されてもよい。例えば、図７に示すように、第２の開口部もまた、第１の発光層２０のための第１のコンタクト充填層５１と同様の方法で第２のコンタクト充填層１５１で充填される。

図７に示す構造は、第２の発光層１２０に対する第２のカソードコンタクト及び第２のアノードコンタクト１３０を形成するための１つの可能な選択肢に過ぎないことが理解されよう。したがって、本開示は、図７に示す第１の発光層２０及び第２の発光層１２０並びにアノードコンタクト及びカソードコンタクトの層の相対配置構成に限定されない。

したがって、電気コンタクトを含む発光素子アレイ前駆体１００を提供することができる。発光素子アレイ前駆体１００は、異なる波長の光を放出するように構成された第１の発光層２０及び第２の発光層１２０を含む。第１の発光層２０及び第２の発光層１２０は、それぞれ第１の波長又は第２の波長の光を放出するように構成された第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを提供する。発光素子は、第１の発光素子及び第２の発光素子が第１の基板表面１１に平行な平面内で互いに対して離間されるように、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０内に配置されてもよい。

第２の発光層１２０のｎ型側に対する電気コンタクトの形成に続いて、発光素子アレイ前駆体１００は、いくつかの実施形態では、発光素子アレイ前駆体をバックプレーン電子回路基板への接合に適したものにするために、さらなる処理ステップを受けることができる。例えば、平坦化誘電体層１８０は、アノードコンタクト１３０及び第２のカソードコンタクト層１５０を覆うように、第２の発光層１２０及び第２の間隙充填絶縁層１４０の上に形成されてもよい。平坦化誘電体層１８０は、バックプレーン電子回路基板１９０が接合される平坦化誘電体表面１８１を提供することができる。平坦化誘電体層１８０は、例えばＳｉＯ_２などの適切な誘電材料を含んでもよい。第１の電気コンタクト及び第２の電気コンタクトはまた、平坦化された誘電体表面と発光素子の各々の第１のアノードコンタクト３０及び第２のアノードコンタクト１３０との間に電気コンタクトを提供するために、平坦化誘電体層１８０、第１の接合層６０及び第３の接合層１６０、並びに間隙充填絶縁層４０，１４０を貫通して形成されてもよい。電気ビアの形成は、当業者に周知である。

平坦化された誘電体表面１０１並びに第１の電気コンタクトビア３１及び第２の電気コンタクトビア１３１の形成に続いて、発光素子アレイ前駆体をバックプレーン電子回路基板１９０に接合することができる。そのような構造の一例を図８に示す。図８に示すように、バックプレーン電子回路基板１９０が発光素子アレイ前駆体に接合される。バックプレーン電子回路基板１９０は、第１の電気ビア３０及び第２の電気ビア１３１と位置合わせされる複数の電気コンタクトを有する。したがって、バックプレーン電子回路基板１９０は、発光素子アレイ前駆体の発光素子のための電子駆動回路を提供するように構成される。発光素子のアレイなどの電気素子をバックプレーン電子回路基板に接合するための様々な方法が当業者に知られており、したがって、本明細書ではこれ以上説明しない。

いくつかの実施形態では、発光素子アレイ前駆体はまた、発光素子アレイ前駆体１００の発光面１３を露出させるための第１の基板１０の除去などのさらなる処理ステップを受けてもよい。

第１の基板１０は、第２の発光層２０からの第２の基板１１０の除去に関連して先に論じたのと同様の基板除去プロセスを使用して、第１の発光層１２０から除去されてもよい。図９は、第１の基板１０を除去して発光面１３を露出させた発光素子アレイ前駆体１００の一例を示す。図９に示すように、発光面１３は、第１の発光層２０の露出した主面によって提供される。

さらに、例えば図９に示すような本開示のいくつかの実施形態では、発光素子アレイ前駆体１００の発光面１３は、発光面１３に光抽出特徴部７０を追加するために、さらなる処理ステップを受けることができる。例えば、図９に示すように、発光素子アレイ前駆体１００の発光素子の各々について光抽出特徴部７０を形成するために、第１の発光層２０の一部が選択的に除去されている。各光抽出特徴部７０は、それが位置合わせされるそれぞれの発光素子の光抽出効率を高めるように構成される。図９に示す例では、各光抽出特徴部７０を形成することは、第１の発光層２０の発光面上にレンズ形状部分を画定するように第１の発光層２０を成形することを含む。このように、第１の発光層２０の発光面１３は、各発光素子と位置合わせされる凸部を含むように成形される。凸部などの光抽出特徴部７０は、第１の発光層２０と周囲との間の界面での内部全反射の発生を低減し、光抽出効率を向上させるように構成されている。図９の実施形態において、発光面１３の凸部は、所望の発光面プロファイルを形成するために第１の発光層２０の第１のｎ型半導体層２２をエッチングすることによって成形される。

光抽出特徴部を形成するための様々な方法が当業者に知られている。したがって、凸形状の光抽出特徴部７０は、形成され得る可能な光抽出特徴部の一例にすぎない。図９の発光アレイ前駆体１００に追加することができる他の光抽出特徴部は、反射防止層、１つ以上の帯域阻止フィルタ、及び／又は他のコリメート光抽出特徴部を含む。

図９に示すように、さらなる電気的接続を行うことができる接点を提供するために、光抽出面上にさらなる共通カソードコンタクト５２が設けられる。カソードコンタクト５２は、第１のカソードコンタクト５０の各々及び第２のカソードコンタクト１５０の各々と電気的に接触している。

したがって、上記の説明で述べたように、発光素子アレイ前駆体１００は、第１の波長及び第２の波長の光を放出するように構成された発光素子アレイを提供するために、さらなる処理ステップを受けることができる。発光素子アレイは、ディスプレイ又はプロジェクタを形成するために使用されてもよい。

したがって、上記の説明に従って、発光素子アレイ前駆体１００が提供される。発光素子アレイ前駆体１００は、第１の発光層２０と、第１の接合層６０と、第３の接合層１６０と、第２の発光層１２０とを備える。第１の発光層２０は、第１の発光素子のアレイを含む。各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を許容するように構成される。第２の発光層１２０は、第２の発光素子のアレイを含む。各第２の発光素子は、第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を許容するように構成される。第２の発光素子のアレイは、第１の発光素子のアレイと位置合わせされている。例えば、いくつかの実施形態では、第１の波長及び第２の波長は、青色、赤色、又は緑色の可視光のうちの少なくとも２つを放出するように構成されてもよい。

本開示の一実施形態による発光素子アレイ前駆体（発光素子アレイ）のさらなる例を図９に示す。図９に示すように、第１の発光層１２０は、第１の発光層１２０上に設けられた第１の接合層６０を有する。第３の接合層１６０が、第１の接合層６０に接合される。次いで、第２の発光層１２０が、第２の接合層１６０上に設けられる。図９の実施形態に示すように、発光素子アレイ前駆体はまた、第１のアノードコンタクト３１及び第２のアノードコンタクト１３１と、第１のカソードコンタクト５０及び第２のカソードコンタクト１５０とを含む。

次に、本開示の第２の実施形態に従って、第１の波長、第２の波長、又は第３の波長のいずれかを有する光を放出するように構成された複数の発光素子を含む発光素子アレイ前駆体について説明する。

本開示の第２の実施形態を形成する方法は、それぞれの第１の基板１０、第２の基板１１０、及び第３の基板２１０上に各々製造された第１の発光素子層２０、第２の発光素子層１２０、及び第３の発光素子層２２０を組み合わせて単一の発光素子アレイ前駆体２００にするために、第１の実施形態と同様の基板ボンディング技法を利用する。

したがって、第１の実施形態と同様に、第２の実施形態による発光素子アレイ前駆体２００を形成する方法は、第１の基板１０上に第１の発光層２０を形成することを含むことができる。このような第１の発光層２０の一例を図１０に示す。図１０の第１の発光層に示す層の配置構成は、第１の実施形態のものと同様であることが理解されよう。したがって、第２の実施形態の第１の発光層２０の形成にも、同様の方法を使用することができる。

同様に、第２の発光層１２０を、第２の基板１１０上に形成することができる。第２の発光層１２０は、第１の実施形態に関連して上述したプロセスと同様の方法で、第２の基板上に形成されてもよい。第２の発光層１２０の形成に続いて、第２の発光層１２０は、第２の接合層１０２によってハンドリング基板１０４に接合することができる。次いで、第２の発光層１２０から第２の基板１１０を除去することができる。したがって、第２の発光層１２０を第２の基板１１０からハンドリング基板１０４に転写するプロセスは、第１の実施形態に関して上述したプロセスと同様であってよい。次いで、第２の発光層１２０上に第３の接合層１６０を形成し、第３の接合層１６０を第１の接合層６０に接合することにより、第２の発光層１２０を第１の発光層に接合することができる。このように、第２の発光層１２０を第１の発光層２０に接合するプロセスは、第１の実施形態に関連して説明したプロセスと同様であってもよい。例えば、酸化物接合、タップ接合、又はポリマー（接着剤）接合が、第２の実施形態について説明した基板接合プロセスのいずれかに使用されてもよい。第１の発光層２０に接合された第２の実施形態による第２の接合層の一例を図１１に示す。

第２の発光層１２０を第１の発光層２０に接合した後、第２の発光層１２０をさらに処理して、第２の発光層内に第２の発光素子のアレイを形成することができる。このように、第２の発光層１２０内に第２の発光素子を形成するプロセスは、第１の実施形態に関連して説明したプロセスと同様であってもよい。第２の発光層１２０内に第２の発光素子を形成した後のそのような構造の一例を図１２に示す。図１２に示すように、第２の発光層１２０は、第１の発光層２０の発光素子と位置合わせした発光素子アレイ前駆体の領域において選択的に除去される。その後、電気コンタクト（第２の発光層１２０に対して、第２のアノードコンタクト１３０及び第２のカソードコンタクト１５０が形成される）。第２のカソードコンタクト１５０も、第１の実施形態の第１のカソードコンタクト５０及び第２のカソードコンタクト１５０と同様に、第１のカソードコンタクト５０に電気的に接続する。

次に、図１３に示すように、第２の発光層の、第１の発光層２０が設けられている側面とは反対の、第２の発光層１２０の側面上で、第２の発光層１２０の上に第４の接合層１６５が形成されてもよい。第４の接合層１６５は、第２の発光層と第３の発光層２２０とを接合するように構成されている。第１の接合層６０と同様に、第４の接合層１６５は、第２の発光層１２０上に設けられて、第２のアノードコンタクト１３０及び第２のカソードコンタクトは、第２の発光層１２０を別の基板（例えば、第３の発光層２２０）に接合するための表面を提供する。

第３の発光層２２０は、第２の基板１１０上の第２の発光層１２０の形成と同様に、第３の基板（図示せず）上に形成されてもよい。次いで、第３の発光層２２０は、第２の発光層１２０に関して上述した方法と同様に、第３の発光層２２０上に形成された第５の接合層２０２によってさらなるハンドリング基板２０４に転写することができる。次いで、第３の発光層２２０に第６の接合層２６０を被着させ、続いて第５の発光層２６０を第４の発光層１６５に接合することによって、第３の発光層２２０を第２の発光層１２０に接合することができる。したがって、第２の実施形態による方法は、第１の発光層２０を第２の発光層１２０に接合し、続いて第２の発光層１２０を第３の発光層２２０に接合することを含む。このように、第２の発光層１２０が第１の発光層２０と第３の発光層２２０との間に配置された発光層のスタックが提供される。無論、これは、第１の発光層２０、第２の発光層１２０及び第３の発光層２２０の配置構成のうちの、１つの可能な配置構成に過ぎないことが理解されよう。本開示は、３つの層のいかなる特定の配置構成にも限定されないことが理解されよう。このように、第１の発光層２０、第２の発光層１２０及び第３の発光層２２０は、任意の順序で配置されてもよい。

第２の実施形態と同様に、第３の発光層２２０を堆積されたままの厚さから２μｍ以下の厚さまで薄くすることができる。いくつかの実施形態では、第３の発光層２２０は、堆積されたままの厚さから１．５、１．４μｍ、１．２μｍ、又は１μｍ以下の厚さに薄くすることができる。第３の発光層２２０を所望の厚さまで薄くすることにより、第３の発光層２２０を第２の発光層１２０に接合する前に、第４の接合層２０２の除去に起因する発光層２２０への損傷を除去することができる。いくつかの実施形態では、第３の発光層２２０は、堆積されたままの厚さから少なくとも０．８μｍの厚さに薄くすることができる。したがって、第３の発光層２２０は、第３の発光層２２０が第２の発光層１２０により容易に転写されることを可能にする厚さで提供されてもよい。

第３の発光層は、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０と同様の構造を有してもよい。したがって、第２の実施形態による第３の発光層２２０は、第３のｎ型半導体層２２０と、第３の活性層２２４と、第３のｐ型半導体層２２６とを備える。

第２の発光層１２０と同様に、第３の活性層２２４は１つ以上の量子井戸層を含んでもよい。したがって、第３の活性層２２４は多重量子井戸層であってもよい。第３の活性層２２４内の量子井戸層は、ＩＩＩ族窒化物半導体、好ましくはＩｎを含むＩＩＩ族窒化物合金を含むことができる。例えば、図１３に示す配置構成では、第３の活性層２２４は、ＧａＮとＩｎ_ＡＧａ_１－ＡＮとが交互になった層を備えることができ、０＜Ａ≦１である。特に、いくつかの実施形態では、第３の活性層２２４はＩｎＧａＮ層を含んでもよく、０．２≦Ａ≦０．５である。このように、第３の発光層２２０の第３の活性層２２４は、少なくとも４９０ｎｍ、且つ６７０ｎｍ以下の波長を有する光を生成するように構成されてもよい。特に、Ａ＞０．２であるいくつかの好ましい実施形態では、第３の発光層は、少なくとも５４０ｎｍの波長を有する光を生成するように構成されてもよい。第３の活性層２２４の量子井戸層の厚さ及びＩｎ含有量（Ａ）は、第３の活性層２２４によって生成される光の波長を制御するために制御され得る。

第３の発光層２２０を形成して第２の発光層１２０に接合した後、ハンドリング基板１０４を除去することができる。ハンドリング基板１０４を除去するプロセスは、第１の実施形態に関して使用されるプロセスと同様のプロセスであってもよい。

ハンドリング基板１０４の除去に続いて、第３の発光素子のアレイを画定するために、第３の発光層２２０をさらに処理することができる。各第３の発光素子は、第３の発光層２２０内に第３のメサ構造２２８を形成することにより、第３の発光層２２０内に形成することができる。第３のメサ構造２２８の一例を図１４に示す。第３の発光層２２０内での第３のメサ構造２２８の形成は、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０内にすでに形成されている発光素子と位置合わせされる。第１のメサ構造２８及び第２のメサ構造１２８と同様に、第３のメサ構造２２８は、側壁表面２２９を含む台形断面を画定する。

図１４に示すように、第１の発光素子、第２の発光素子、及び第３の発光素子は、第１の発光素子、第２の発光素子、及び第３の発光素子が隣接する発光素子間のピッチによって互いに離間されている画像平面を提供するために、それぞれの発光層２０，１２０，２２０内に配置される。いくつかの実施形態では、隣接する発光素子間のピッチ（中心間で測定される）は、１００μｍ、５０μｍ、３０μｍ、２０μｍ、又は１０μｍより大きくてもよい。

第３のメサ構造２２８の形成に続いて、アノードコンタクト２３０及び第３のカソードコンタクト２５０を第３の発光層２２０のために形成することができる。第３のアノードコンタクト２３０及び第３のカソードコンタクト２５０を形成するプロセスは、第１の実施形態の第１のカソード５０及び第２のカソード１５０並びにアノードコンタクト３０，１３０を形成するプロセスと同様であってもよい。第３のアノードコンタクト２３０及び第３のカソードコンタクト２５０の例を図１４に示す。

したがって、本開示の第２の実施形態によれば、発光アレイ前駆体２００を提供することができる。発光アレイ前駆体２００は、第１の発光素子層２０、第２の発光素子層１２０及び第３の発光素子層２２０の各々に対して形成されたアノード及びカソードコンタクトを含む。無論、他の実施形態では、第１の発光層２０、第２の発光層１２０、及び第３の発光層２２０は、各層に対する電気コンタクトの形成前に形成されてもよい（また、発光素子を含むように処理されてもよい）。

第１の実施形態と同様に、発光アレイ前駆体２００はまた、さらなる処理ステップをも受けてもよい。

例えば、第１の実施形態と同様に、第３の発光層２２０の未使用部分を選択的に除去してもよい。上記部分の選択的除去は、第１の発光層２０及び第２の発光層１２０への電気的相互接続のより容易な形成を可能にする。

さらに、第３のアノードコンタクト２３０及びカソードコンタクト２５０の形成に続いて、第３の発光素子層２２０は、電気ビア（第１の電気ビア３１、第２の電気ビア１３１及び第３の電気ビア２３１）の形成などのさらなる処理ステップを受けることができ、バックプレーン電子回路基板１９０への第１の発光層２０、第２の発光層１２０、及び第３の発光層２２０の接合は、第１の実施形態に関連してすでに説明されている、バックプレーン電子回路基板を発光素子アレイ前駆体２００に接合するためのプロセスと同様であってもよい。そのような構造の一例を図１５に示す。

したがって、本開示の実施形態によれば、発光素子アレイ前駆体１００、２００、及び、発光素子アレイ前駆体を形成する方法が提供される。本開示の発光素子アレイ前駆体１００，２００は、複数のネイティブ発光層を含み、各層は、異なる波長の光を放出するように構成された発光素子のアレイを含む。したがって、発光素子の多色アレイを提供することができる。本開示の方法によれば、発光素子の異なる層の比較的精密な機械的位置合わせを必要とせずに、別個の発光層がともに接合される。これにより、発光素子アレイ前駆体の形成中に半導体層を精密に機械的に位置合わせする必要性が低減又は排除される。このような精密な機械的位置合わせステップを低減又は排除することは、１００μｍ×１００μｍ未満の表面積を有するマイクロ発光素子などのピッチの小さい素子にとって特に有利である。層の精密な機械的位置合わせの必要性を低減することは、マイクロＬＥＤなどのそのような小型素子にとって特に有利であり、それは、素子が縮小されるにつれて重要になり得る各発光素子間に提供される許容誤差の量をもたらすためである。

本開示による発光素子アレイ前駆体は、各々が異なる波長で光を放出するように構成された複数の発光素子層を含む。したがって、発光素子アレイ前駆体及びその形成方法は、ネイティブ多色（すなわち、赤色、緑色、青色）ディスプレイを提供することができる手段を提供する。

本開示の実施形態を本明細書で詳細に説明したが、本発明又は添付の特許請求項の範囲から逸脱することなく変形が行われることは当業者には理解されよう。

Claims (26)

1. 発光素子アレイ前駆体を形成する方法であって、
   第１の波長を有する光を放出するように構成された第１の発光層を第１の基板上に形成するステップと、
   前記第１の発光層から第１の発光素子のアレイを形成するステップであって、各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成されている、形成するステップと、
   前記第１の発光層上に第１の接合層を形成するステップと、
   前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成されている第２の発光層を第２の基板上に形成するステップと、
   前記第２の発光層上に第２の接合層を形成するステップと、
   前記第２の接合層をハンドリング基板に接合するステップと、
   前記第２の発光層から前記第２の基板を除去するステップと、
   前記第２の発光層の、前記ハンドリング層とは反対の側において、前記第２の発光層上に第３の接合層を形成するステップと、
   前記第１の接合層を前記第３の接合層に接合するステップと、
   前記第２の発光層から前記ハンドリング基板を除去するステップと、
   前記第２の発光層から第２の発光素子のアレイを形成するステップであって、前記第２の発光素子のアレイは、前記発光素子アレイ前駆体が、前記第１の発光層及び前記第２の発光層の各々に平行な平面内で互いに離間している第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを含むように、前記第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされている、形成するステップと
   を含む、方法。
2. 前記第１の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含み、及び／又は
   前記第２の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記第１の発光素子のアレイを形成するステップは、各第１の発光素子に対して第１のメサ構造を形成するステップを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
4. 前記第１の発光層を形成するステップは、
   前記第１の基板上に第１のｎ型半導体層を形成するステップと、
   前記第１の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む前記第１の活性層を前記第１のｎ型半導体層上に形成するステップと、
   前記第１の活性層上に第１のｐ型半導体層を形成するステップと
   を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
5. 形成された前記第１のメサ構造は、前記第１の基板に垂直な方向に延在し、各第１のメサ構造は、前記第１のｎ型半導体層、前記第１の活性層、及び前記第１のｐ型半導体層の一部を含む、請求項３に従属するときの請求項４に記載の方法。
6. 前記第２の発光層を形成するステップは、
   前記第２の基板上に第２のｎ型半導体層を形成するステップと、
   前記第２の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む前記第２の活性層を前記第２のｎ型半導体層上に形成するステップと、
   前記第２の活性層上に第２のｐ型半導体層を形成するステップと
   を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記第２の基板を除去した後で、前記第３の接合層を形成する前に、前記第１の基板に垂直な方向における前記第２のｎ型半導体層の厚さが２μｍ以下になるように、前記第２のｎ型半導体層の一部を選択的に除去するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
8. 前記第２の発光層から第２の発光素子のアレイを形成するステップは、各第２の発光素子のための第２のメサ構造を形成するステップであって、前記第２のメサ構造は、前記第１の基板に垂直な方向に延在し、各第２のメサ構造は、前記第２のｎ型半導体層、前記第２の活性層、及び前記第２のｐ型半導体層の一部を含む、形成するステップを含む、請求項６又は７に記載の方法。
9. 前記第１の発光素子の各々及び前記第２の発光素子の各々に対する電気コンタクトを形成するステップをさらに含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
10. 前記第１の発光素子の各々及び前記第２の発光素子の各々に対する電気コンタクトを形成するステップは、前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の各々に対する共通のカソードコンタクトを形成するステップを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
11. 前記第１の接合層は誘電材料を含み、前記第３の接合層は誘電材料を含み、
    前記第１の接合層を前記第３の接合層に接合するステップは、圧力及び熱を加えることによって前記第１の接合層を前記第２の接合層に直接接合するステップを含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
12. 前記第１の波長は、前記第２の波長よりも短く、任意選択的に、
    前記第１の波長は、少なくとも４４０ｎｍ且つ４９０ｎｍ以下であり、且つ／又は
    前記第２の波長は、少なくとも５００ｎｍ且つ６８０ｎｍ以下である、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記第２の発光層上に第４の接合層を形成するステップと、
    前記第１の波長とは異なり、且つ前記第２の波長とは異なる第３の波長を有する光を放出するように構成されている第３の発光層を第３の基板上に形成するステップと、
    前記第３の発光層上に第５の接合層を形成するステップと、
    前記第５の接合層をさらなるハンドリング基板に接合するステップと、
    前記第３の発光層から前記第３の基板を除去するステップと、
    前記第３の発光層の、前記さらなるハンドリング層とは反対の側で、前記第３の発光層上に第６の接合層を形成するステップと、
    前記第４の接合層を第６の接合層に接合するステップと、
    前記第３の発光層から前記さらなるハンドリング基板を除去するステップと、
    前記第３の発光層から第３の発光素子のアレイを形成するステップであって、前記第３の発光素子のアレイは、前記発光素子アレイ前駆体が互いに離間した第１の発光素子、第２の発光素子及び第３の発光素子のアレイを含むように、前記第１の発光素子のアレイ及び前記第２の発光素子のアレイに対して位置合わせされている、形成するステップと
    を含む、先行する請求項のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記第３の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む、請求項１３に記載の方法。
15. 前記第３の発光素子のアレイを形成するステップは、各第３の発光素子に対して第３のメサ構造を形成するステップを含む、請求項１３又は１４に記載の方法。
16. 前記第３の発光層を形成するステップは、
    前記第３の基板上に第３のｎ型半導体層を形成するステップと、
    前記第３の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む第３の活性層を前記第１のｎ型半導体層上に形成するステップと、
    前記第３の活性層上に第３のｐ型半導体層を形成するステップと
    を含む、請求項１３、１４、又は１５に記載の方法。
17. 発光素子アレイ前駆体であって、
    第１の発光層であって、前記第１の発光層は第１の発光素子のアレイを含み、各第１の発光素子は、第１の波長を有する光を放出するように構成されている、第１の発光層と、
    前記第１の発光層の上に設けられた第１の接合層と、
    前記第１の接合層に接合された第２の接合層と、
    前記第２の接合層上に設けられた第２の発光層であって、前記第２の発光層は、第２の発光素子のアレイを含み、各第２の発光素子は、前記第１の波長とは異なる第２の波長を有する光を放出するように構成されており、前記第２の発光素子のアレイは、前記発光素子アレイ前駆体が、前記第１の発光層及び前記第２の発光層の各々に平行な平面内で横方向に互いに離間した第１の発光素子及び第２の発光素子のアレイを含むように、前記第１の発光素子のアレイに対して位置合わせされている、第２の発光層と
    を備える、発光素子アレイ前駆体。
18. 前記第１の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含み、及び／又は
    前記第２の発光層は複数の層を含み、各層はＩＩＩ族窒化物を含む、請求項１７に記載の発光素子アレイ前駆体。
19. 前記第１の発光層は、
    第１のｎ型半導体層と、
    前記第１の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む、前記第１のｎ型半導体層上に設けられている第１の活性層と、
    前記第１の活性層上に設けられている第１のｐ型半導体層と
    を備える、請求項１７又は１８に記載の発光素子アレイ前駆体。
20. 前記第１の発光素子のアレイの各第１の発光素子は、第１のメサ構造を含む、請求項１７～１９のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
21. 各第１のメサ構造は、前記第１の接合層に垂直な方向に延在し、各第１のメサ構造は、前記第１のｎ型半導体層、前記第１の活性層、及び前記第１のｐ型半導体層の一部を含む、請求項１９に従属するときの請求項２０に記載の発光素子アレイ前駆体。
22. 前記第２の発光層は、
    前記第２の基板上に設けられている第２のｎ型半導体層と、
    前記第２の波長の光を放出するように構成された複数の量子井戸層を含む、前記第２のｎ型半導体層上の第２の活性層と、
    前記第２の活性層上の第２のｐ型半導体層と
    を備える、請求項１７～２１のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
23. 前記第２の発光素子のアレイの各第２の発光素子は、第２のメサ構造を備え、各第２のメサ構造は、前記第１の接合層に垂直な方向に延在し、各第２のメサ構造は、前記第２のｎ型半導体層、前記第２の活性層、及び前記第２のｐ型半導体層の一部を含む、請求項１７～２２のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
24. 前記第１の発光素子及び前記第２の発光素子の各々と電気的に接触するように構成された共通カソードコンタクトをさらに備える、請求項１７～２３のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
25. 前記第１の接合層は誘電材料を含み、前記第２の接合層は誘電材料を含む、請求項１７～２４のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
26. 前記第２の発光層上に設けられている第３の接合層と、
    前記第３の接合層に接合された第４の接合層と、
    前記第４の接合層上に設けられた第３の発光層であって、前記第３の発光層は、第３の発光素子のアレイを含み、各第３の発光素子は、前記第１の波長及び前記第２の波長とは異なる第３の波長を有する光を放出するように構成されており、前記第３の発光素子のアレイは、前記発光素子アレイ前駆体が、前記第１の発光層、前記第２の発光層及び前記第３の発光層の各々に平行な平面内で横方向に互いに離間した第１の発光素子、第２の発光素子及び第３の発光素子のアレイを含むように、前記第１の発光素子のアレイ及び前記第２の発光素子のアレイに対して位置合わせされている、第３の発光層と
    をさらに備える、請求項１７～２５のいずれか１項に記載の発光素子アレイ前駆体。
    

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