JP7488369B2 - 発光デバイスアレイ - Google Patents
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Description
本開示は、発光デバイスを備えるアレイに関する。特に、本開示は、III族窒化物を含む発光デバイスアレイに関する。
マイクロ発光デバイスアレイは、一般に、100×100μm2以下のサイズを有する発光ダイオード(LED)などの発光デバイス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での使用に適し得る自発光マイクロディスプレイ/プロジェクタである。
本発明者らは、発光デバイスにメサ構造を導入することにより、光が生成される活性層のサイズが小さくなることを見出した。さらに、発光デバイスのアレイの個々のメサ構造をパターニング及び形成するには、アレイが、慎重に位置合わせしなければならないいくつかの処理ステップを経る必要がある。
基板の基板表面上に発光スタックを形成するステップであって、発光スタックは、基板表面と接触する発光面と、発光スタックの反対側のコンタクト面とを有し、発光スタックを形成するステップは、複数のIII族窒化物層を形成するステップを含み、複数のIII族窒化物層は、
基板表面に向かって設けられた第1の半導体層と、
発光スタックのコンタクト面に向かって設けられた第2の半導体層と、
第1の半導体層と第2の半導体層との間に設けられ、第1の波長の光を生成するように構成されている活性層と、を含み、
発光スタックの発光面及びコンタクト面は、互いに平行に形成され、複数のIII族窒化物層と位置合わせされている、ステップと、
発光スタックのコンタクト面上に第2の電気コンタクトのアレイを形成するステップであって、各第2の電気コンタクトは、第1の半導体層と第2の電気コンタクトとの間に発光デバイスを画定し、第2の電気コンタクトの各々は、発光デバイスの2次元アレイを形成するために他の第2の電気コンタクトから離間している、ステップと、
発光スタックの発光面を露出させるために発光スタックから基板を除去するステップと、
発光スタック上に第1の電気コンタクト層を形成するステップであって、第1の電気コンタクト層は、第1の半導体層と電気的に接触するように構成されている、ステップと、
発光面上に反射防止層を形成するステップであって、反射防止層は、発光スタックによって生成された光の光抽出効率を高めるように構成されている、ステップと、を含む。
本開示の第1の実施形態によれば、発光デバイスアレイ1が提供される。発光デバイスアレイ1は、発光スタック10と、共通の第1のコンタクト層40と、第2の電気コンタクト30のアレイと、反射防止層20と、吸収層50とを備える。第1の実施形態による発光デバイスアレイ1の断面を図1に示す。
本開示の第2の実施形態による発光デバイスアレイ2は、発光スタック10と、反射防止層20と、第2の電気コンタクト30のアレイと、共通の第1のコンタクト層40とを備える。これらの特徴は、第1の実施形態に関して上述した特徴と同様である。本開示の第2の実施形態による発光デバイスアレイ2の断面の一例を図15に示す。
Claims (23)
- 発光デバイスアレイであって、
発光面及びコンタクト面を有する発光スタックであって、前記発光面及び前記コンタクト面は前記発光スタックの対向する側面を画定し、
前記発光スタックは、前記発光スタックの前記発光面に向かって設けられた第1の半導体層と、前記コンタクト面に向かって設けられた第2の半導体層と、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に配置された活性層とを含む複数のIII族窒化物層を備え、前記活性層は第1の波長を有する光を生成するように構成され、
前記発光面及び前記コンタクト面は、互いに平行であり、前記複数のIII族窒化物層と位置合わせされている、発光スタックと、
前記発光スタック上に設けられ、前記第1の半導体層と電気的に接触するように構成された第1の電気コンタクト層と、
前記発光スタックの前記コンタクト面上に設けられた第2の電気コンタクトのアレイであって、各第2の電気コンタクトは前記第1の半導体層と前記第2の電気コンタクトとの間に発光デバイスを画定し、前記第2の電気コンタクトの各々は、前記発光デバイスの2次元アレイを形成するために他の第2の電気コンタクトから離間している、第2の電気コンタクトのアレイと、
前記発光面上に設けられた反射防止層であって、前記発光デバイススタックで生成された光の光抽出効率を高めるように構成されている、反射防止層と、
を備え
前記反射防止層は、少なくとも30%の面積多孔度を有する多孔質半導体層を備える、発光デバイスアレイ。 - 前記活性層によって生成された前記第1の波長の光を吸収するように構成されている吸収層をさらに備え、前記吸収層は、前記発光スタックの少なくとも一部の上に設けられる、請求項1に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記吸収層は、前記発光面と前記コンタクト面との間に延在する前記発光スタックの少なくとも1つの側壁面に設けられる、請求項2に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記吸収層は前記発光面上に設けられ、前記吸収層は、前記発光面上に複数の開口部を備え、各開口部は、各発光デバイスからの光がそれぞれの開口部を透過するように第2の電気コンタクトと位置合わせされている、請求項2又は3に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記吸収層は、前記第2の電気コンタクトのアレイの隣接する第2の電気コンタクト間の前記コンタクト面の領域に設けられる、請求項2から4のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記反射防止層は複数の多孔質半導体副層を備え、前記複数の多孔質半導体副層のうちの少なくとも2つの面積多孔度は異なる、請求項1から5のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記発光デバイスアレイ内の各第2の電気コンタクトのピッチは、5μm以下、すなわち2μm以下である、請求項1から6のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記第1電気コンタクト層は、前記発光面上に設けられた透明導電性酸化物を含む、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記反射防止層は、前記第1の電気コンタクト層と前記発光面との間に配置される、請求項8に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記第1の電気コンタクト層は、前記反射防止層と前記発光面との間に配置される、請求項8に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記反射防止層及び前記第1の電気コンタクト層は、反射防止機能及び電気コンタクト機能の両方を有する傾斜屈折率(GRIN)構造を形成するように構成されている、請求項1から10のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 前記発光スタックは、
前記発光スタック内に設けられ、前記活性層を貫通して前記第1の半導体層と前記コンタクト面との間に延在するビア半導体部分をさらに備え、
前記第1の電気コンタクト層は、前記ビア半導体部分と電気的に接触するコンタクト面に設けられる、請求項1から7のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。 - 前記第1の半導体層は、n型ドープIII族窒化物を含み、及び/又は
前記第2の半導体層は、p型ドープIII族窒化物を含み、及び/又は
前記活性層は、III族窒化物を含む多重量子井戸層を備える、請求項1から12のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。 - 前記活性層は、前記発光デバイスアレイの少なくとも2つの隣接する発光デバイス間に連続層として延在する、請求項1から13のいずれか1項に記載の発光デバイスアレイ。
- 発光デバイスアレイを形成する方法であって、
基板の基板表面上に発光スタックを形成するステップであって、前記発光スタックは、前記基板表面に向かって配向された発光面と、前記発光スタックの反対側のコンタクト面とを有し、前記発光スタックを形成するステップは、複数のIII族窒化物層を形成するステップを含み、前記複数のIII族窒化物層は、
前記基板表面に向かって設けられた第1の半導体層と、
前記発光スタックのコンタクト面に向かって設けられた第2の半導体層と、
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられ、第1の波長の光を発生するように構成されている活性層と、を備え、
前記発光スタックの前記発光面及び前記コンタクト面は、互いに平行に形成され、前記複数のIII族窒化物層と位置合わせされている、ステップと、
前記発光スタックの前記コンタクト面上に第2の電気コンタクトのアレイを形成するステップであって、各第2の電気コンタクトは前記第1の半導体層と前記第2の電気コンタクトとの間に発光デバイスを画定し、前記第2の電気コンタクトの各々は、前記発光デバイスの2次元アレイを形成するために他の第2の電気コンタクトから離間している、ステップと、
前記発光スタックから前記基板を除去するステップと、
前記発光スタック上に第1の電気コンタクト層を形成するステップであって、前記第1の電気コンタクト層は前記第1の半導体層と電気的に接触するように構成されている、ステップと、
前記発光面上に反射防止層を形成するステップであって、前記反射防止層は、前記発光デバイススタックによって生成された光の光抽出効率を高めるように構成されている、ステップと、
を含み、
前記反射防止層を形成するステップは、
前記発光面上にIII族窒化物及び少なくとも1×10 18 cm -3 のドナー密度を含む第3の半導体層を形成するステップと、
前記第3の半導体層を多孔性処理プロセスに供して、前記第3の半導体層の面積多孔度を少なくとも30%に増加させるステップと、
を含む、方法。 - 前記発光スタックの少なくとも一部の上に吸収層を形成するステップであって、前記吸収層は、前記活性層によって生成された前記第1の波長の光を吸収するように構成されている、ステップをさらに含む、請求項15に記載の方法。
- 前記発光デバイスアレイに形成された各第2の電気コンタクトのピッチは、5μm以下、すなわち2μm以下である、請求項15または16に記載の方法。
- 前記第1の電気コンタクト層を形成するステップは、前記発光面上に透明導電性酸化物を形成するステップを含む、請求項15から17のいずれか1項に記載の方法。
- 前記反射防止層は前記発光面上に形成され、続いて前記反射防止層上に前記第1の電気コンタクト層が形成される、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の電気コンタクト層は前記発光面上に形成され、続いて前記第1の電気コンタクト層上に前記反射防止層が形成される、請求項18に記載の方法。
- 前記第1の電気コンタクト層を形成するステップは、
前記第1の半導体層と前記コンタクト面との間で前記活性層を貫通して延在するビア半導体部分を前記発光スタック内に形成するステップと、
前記ビア半導体部分上の前記コンタクト面上に第1の電気コンタクト層を形成するステップと、
を含む、請求項15から17のいずれか1項に記載の方法。 - 前記第1の半導体層を形成するステップは、n型ドープIII族窒化物を形成するステップを含み、及び/又は
前記第2の半導体層を形成するステップは、p型ドープIII族窒化物を形成するステップを含み、及び/又は
前記活性層を形成するステップは、III族窒化物を含む多重量子井戸層を形成するステップを含む、請求項15から21のいずれか1項に記載の方法。 - 前記活性層は、前記発光デバイスアレイの少なくとも2つの隣接する発光デバイス間に延在する連続層として形成される、請求項15から22のいずれか1項に記載の方法。
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