上述したように、本開示は、窒化インジウムガリウムを含む発光サブピクセルを含む発光ディスプレイパネル、および、その製造方法に関し、その様々な態様が以下に示される。図面全体を通して、同等の要素は同じ参照番号によって示される。図面は、縮尺通りに描かれない。要素の重複がないことが明確に記載されているか、そうでないことが明示的に示されていない限り、要素の単一のインスタンスが書かれていても、要素の複数のインスタンスが複製されてもよい。特に明記しない限り、同じ参照番号を有する要素は、同じ組成および/または成分を有すると推定される。例えば“第1”、“第2”、および“第3”などの序数は、単に同様の要素を識別するために用いられ、本開示の明細書および特許請求の範囲にわたって異なる序数が用いられてもよい。
本明細書で用いられる場合、“発光デバイス”は、光を放射するように構成された任意のデバイスを指し、発光ダイオード(LED)、垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)のようなレーザ、および、適切な電気的バイアスの印可によって光を放射するように構成された任意の他のエレクトロニックデバイスを含むが、これに限られることはない。発光デバイスは、p側のコンタクトとn側のコンタクトとが構造の反対側に位置する縦型構造(例えば、縦型LED)であってもよいし、また、p側のコンタクトとn側のコンタクトとが構造の同じ側に位置する横型構造であってもよい。本明細書で用いられる場合、“発光デバイスアセンブリ”は、少なくとも1つの発光デバイスが、少なくとも1つの発光デバイスの安定した機械的支持を提供するように構成される基板、マトリックス、または、任意の他の構造を含みうる支持構造に対して構造的に固定されるアセンブリを指す。
本開示において、成長基板からターゲット基板へのデバイスのアレイ(例えば、発光デバイスのアレイまたはセンサデバイスのアレイなど)を転送するための方法が提供される。ターゲット基板は、任意の構成が所望される複数のタイプのデバイスの形成される任意の基板でありうる。例示的な一例において、ターゲット基板は、発光デバイスを駆動するための、例えば、能動または受動マトリックスバックプレーン基板などのバックプレーン基板でありうる。本明細書で用いられる場合、“バックプレーン基板”は、複数のデバイスをその上に貼るように構成された任意の基板を指す。1つの実施形態において、バックプレーン基板上の隣接する発光デバイスの中心と中心との距離は、成長基板上の隣接する発光デバイスの中心と中心との距離の整数倍でありうる。発光デバイスは、1つは青色光を放射するように構成され、1つは緑色光を放射するように構成された、例えば、2つの発光デバイスのグループなど、複数の発光デバイスを含んでいてもよい。発光デバイスは、1つは青色光を放射するように構成され、1つは緑色光を放射するように構成され、1つは赤色光を放射するように構成された3つの発光デバイスのグループを含んでいてもよい。本明細書で用いられる場合、“隣接する発光デバイス”は、少なくとも他の発光デバイスよりも近接して位置する複数の2つ以上の発光デバイスを指す。本開示の方法は、成長基板上の発光デバイスアレイからバックプレーン基板へ発光デバイスの一部分の選択的な転送を提供しうる。
図1を参照すると、デバイス(10B、10G、10R、10S)は、当技術分野で公知の方法を使用して、それぞれの初期成長基板(101B、101G、101R、101S)上に製造されうる。本明細書で用いられる場合、“初期成長基板”は、その上またはその中にデバイスを形成するように処理される基板を指す。デバイス(10B、10G、10R、10S)は、発光デバイス(10B、10G、10R)、および/または、センサデバイス10S(例えば、光検出器)、および/または、任意の他のエレクトロニックデバイスを含みうる。発光デバイス(10B、10G、10R)は、任意のタイプの発光デバイス、すなわち、縦型発光デバイス、横型発光デバイス、または、それらの任意の組み合わせでありうる。同じタイプのデバイスは、各初期成長基板(101B、101G、101R、101S)上に形成されうる。デバイス(10B、10G、10R、10S)は、それぞれの初期成長基板(101B、101G、101R、101S)上にアレイとして形成されうる。
1つの実施形態において、初期成長基板(101B、101G、101R、101S)は、シリコン基板のような吸収基板を含みうる。本明細書で用いられる場合、“吸収基板”は、紫外領域、可視領域および赤外領域を含むスペクトル領域内で、光エネルギの50%よりも多くを吸収する基材を指す。本明細書で用いられる場合、“紫外領域”は、10nmから400nmの波長領域を指し、“可視領域”は、400nmから800nmの波長領域を指し、“赤外領域”は、800nmから1mmの波長領域を指す。
初期成長基板(101B、101G、101R、101S)が吸収基板である場合、デバイス(10B、10G、10R、10S)の各アレイが、それぞれの透明基板にその全体が転送される完全なウェーハ転送処理によって、デバイス(10B、10G、10R、10S)の各アレイは、それぞれの透明搬送基板、または、“透明基板”に転送されうる。本明細書で用いられる場合、“透明基板”は、紫外領域、可視領域および赤外領域を含むスペクトル領域内の波長で、光エネルギの50%よりも多くを透過する基材を指す。
1つの実施形態において、デバイス(10B、10G、10R、10S)は、発光デバイス(10B、10G、10R)を含みうる。1つの実施形態において、各発光デバイス(10B、10G、10R)は、単一のピーク波長の光を放射するように構成されうる。発光デバイスは、典型的に、光の強度が最大である単一の波長を中心とする狭い波長帯域の光を放射し、発光デバイスの波長はピーク波長を指すことが理解される。例えば、第1発光デバイス10Bのアレイは、第1タイプの成長基板100Bに形成されうり、第2発光デバイス10Gのアレイは、第2タイプの成長基板100Gに形成されうり、第3発光デバイス10Rのアレイは、第3タイプの成長基板100Rに形成されうる。加えて、センサデバイス10Sのアレイは、第4タイプの成長基板100Sに形成されうる。また、発光デバイス(10B、10G、10R)のうち1つ以上のタイプが、少なくとも2つの異なる波長の光を放射するように構成された集積発光デバイスとされうる。1つの実施形態において、発光デバイス(10B、10G、10R)が、ナノワイヤのアレイ、または、他のナノ構造を含んでいてもよい。
コンタクトパッドのようなコンタクト構造(明示せず)が、各発光デバイス(10B、10G、10R)上に提供される。各発光デバイス(10B、10G、10R)のためのコンタクト構造は、アノードコンタクト構造およびカソードコンタクト構造を含みうる。発光デバイス(10B、10G、10R)のうち1つ以上が、少なくとも2つの異なる波長の光を放射するように構成された集積発光デバイスの場合、共通コンタクト構造(共通カソードコンタクト構造など)が、使用されうる。例えば、単一の集積発光デバイスとして統合された青色、緑色および赤色の発光デバイスのトリプレットは、単一のカソードコンタクトを有していてもよい。
各初期成長基板(101B、101G、101R)上の発光デバイス(10B、10G、10R)のアレイは、発光デバイスがその後に転送されるバックプレーン基板上の発光デバイスの中心と中心との距離が、初期成長基板(101B、101G、101R)上の発光デバイス(10B、10G、10R)の中心と中心との距離の整数倍であるように構成される。
各初期成長基板(101B、101G、101R、101S)およびその上のデバイス(10B、10G、10R、10S)は、適切な大きさにダイシングされうる。各初期成長基板(101B、101G、101R、101S)の各ダイシングされた一部は、本明細書において、成長基板(100B、100G、100R、100S)と呼ばれる。成長基板(100B、100G、100R、100S)とその上のそれぞれのデバイス(10B、10G、10R、10S)とのアセンブリは、このように生成される。換言すると、成長基板(100B、100G、100R、100S)は、初期成長基板(101B、101G、101R、101S)の全体またはダイシングされた一部の何れかであり、デバイス(10B、10G、10R、10S)のアレイは、各成長基板(100B、100G、100R、100S)上に存在する。各成長基板(100B、100G、100R、100S)上のデバイス(10B、10G、10R、10S)のアレイは、同じタイプのデバイスのアレイでありうる。
各初期成長基板(101B、101G、101R、101S)が、対応する成長基板(100B、100G、100R、100S)に個片化される前または後に、各デバイス(10B、10G、10R、10S)、例えば、発光デバイス、発光デバイスのグループ、または、センサデバイスは、デバイスの各隣接するペアの間に溝を形成することによって、互いに機械的に分離されうる。例示的な一例において、発光デバイスアレイまたはセンサアレイが、初期成長基板(101B、101G、101R、101S)上に配される場合、溝は、発光デバイスアレイまたはセンサアレイの最終成長面から初期成長基板(101B、101G、101R、101S)の上面に延在しうる。
デバイス(10B、10G、10R、10S)の各アレイを、本明細書において転送基板と呼ばれるそれぞれの透明基板に転送するために、種々の方式が使用されうる。図2~6は、デバイス(10B、10G、10R、10S)の各アレイを、それぞれの透明基板に転送するために使用されうる例示的な方式を示す。
図2を参照すると、成長基板(100B、100G、100R、100S)上にデバイス(10B、10G、10R、10S)を製造する間、各デバイス(10B、10G、10R、10S)の上のコンタクト構造が、各デバイス(10B、10G、10R、10S)の上面上に形成される場合、第1搬送基板200が、任意に使用されうる。第1搬送基板200は、デバイス(10B、10G、10R、10S)にボンディングされうり、(10B、10G、10R、10S)に構造的支持を提供できる任意の適切な基板でありうる。デバイス(10B、10G、10R、10S)の各成長したアレイとそれぞれの成長基板100とは、第1搬送基板200にボンディングされる。したがって、各成長基板100は、それぞれのデバイス10を介して、それぞれの第1搬送基板200とボンディングされうる。換言すると、デバイス10は、成長基板100第1搬送基板との間の各ボンディング構造(100、10、200)に存在する。例示的な一例において、第1タイプ成長基板100Bは、第1発光デバイス10Bを介して、第1タイプ第1搬送基板200Bとボンディングされうり、第2タイプ成長基板100Gは、第2発光デバイス10Gを介して、第2タイプ第1搬送基板200Gとボンディングされうり、第3タイプ成長基板100Rは、第3発光デバイス10Rを介して、第3タイプ第1搬送基板200Rとボンディングされうり、第4タイプ成長基板100Sは、センサデバイス10Sを介して、第4タイプ第1搬送基板200Sとボンディングされうる。
図3を参照すると、各成長基板100は、成長基板100、デバイス10のアレイおよび第1搬送基板200を含む過渡的ボンディング構造から除去されうる。例えば、成長基板100がシリコン基板の場合、成長基板100は、湿式化学エッチングプロセス、研削、研磨、剥離(例えば、水素注入層で)、または、それらの組み合わせによって除去されうる。例えば、基板の剥離は、脆弱領域(半導体材料内に注入された水素原子など)を形成する原子の注入と、基板を2つの部分に剥離させるための適切なプロセス条件(例えば、高温および/または機械的な力でのアニール)の適用と、によって、行われうる。
図4を参照すると、第1ボンディング材料層30Aが、各第1搬送基板200上に形成されうる。第1ボンディング材料層30Aは、適切な処理(熱および/または圧力の適用など)によって、他のボンディング材料にボンディングされうる任意のボンディング材料を含む。1つの実施形態において、第1ボンディング材料層30Aは、酸化シリコン、リンボロンガラス(BPSG)、スピンオンガラス(SOG)材料などの誘電体、および/または、SU-8またはベンゾシクロブテン(BCB)などの接着剤を含みうる。第1ボンディング材料層30Aの厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、50nmから5ミクロンの範囲でありうる。1つの実施形態において、第1ボンディング材料層30Aは、約1ミクロンの厚さを有する酸化シリコン層でありうる。第1ボンディング材料層30Aは、化学気相成長またはスピンコートのような適切な堆積方法によって形成されうる。
転送基板300が提供される。本明細書で用いられる場合、“転送基板”は、少なくとも1つのデバイスが、そこからバックプレーン基材を含みうるターゲット基材に転送される基板を指す。1つの実施形態において、各転送基板300は、それぞれの第1搬送基板200からデバイスのアレイを受け取り、デバイスの一部分が後続のプロセスでターゲット基板に転送されるまで、デバイスのアレイを搬送するために使用されうる第2キャリア基板でありうる。
いくつかの実施形態において、転送基板300は、レーザ波長において光学的に透明でありうる。レーザ波長は、それぞれの転送基板300からターゲット基板へ、個別にかつ選択的にデバイスを転送するために後続で使用されるレーザビームの波長であり、紫外波長、可視波長、または、赤外波長でありうる。1つの実施形態において、転送基板300は、サファイア、ガラス(酸化シリコン)、または、当技術分野で公知の他の光学的に透明な材料を含みうる。別の実施形態において、転送基板300は、透明な成長基板またはそのダイシングされた一部でありうる。いくつかの他の実施形態では、薄い基板を提供するために、初期成長基板が劈開され(例えば、水素または希ガスが注入された層で)、転送基板を使用することなく、そこから発光ダイオードがバックプレーンに転送され、初期成長基板は、レーザ波長でレーザを吸収してもよい。
剥離層20と第2ボンディング材料層30Bとが、各転送基板300上に順次、堆積させることができる。剥離層20は、転送基板300と十分な接着性を提供することができ、後続の選択的な転送プロセスの間、後続で使用されるレーザビームのレーザ波長で吸収性である材料を含む。例えば、剥離層20は、シリコンリッチな窒化シリコン、または、レーザ照射によって加熱されうるGaN層のような半導体層を含みうる。剥離層20の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、100nmから1ミクロンの範囲でありうる。
第2ボンディング材料層30Bは、酸化シリコンのような誘電体を含みうる。第2ボンディング材料層30Bの厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、50nmから5ミクロンの範囲でありうる。1つの実施形態において、第2ボンディング材料層30Bは、約1ミクロンの厚さを有する酸化シリコン層でありうる。第2ボンディング材料層30Bは、化学気相成長またはスピンコートのような適切な堆積方法によって形成されうる。
転送基板300は、各第1搬送基板200に提供されうる。例えば、第1転送基板300Bは、第1タイプ第1搬送基板200Bのために提供されうり、第2転送基板300Gは、第2タイプ第1搬送基板200Gのために提供されうり、第3転送基板300Rは、第3タイプ第1搬送基板200Rのために提供されうり、追加の基板300Sは、追加タイプ第1搬送基板200Sのために提供されうる。第1転送基板300B、剥離層20および第2ボンディング材料層30Bのスタックを含む第1スタック構造(300B、20、30B)、第2転送基板300G、剥離層20および第2ボンディング材料層30Bのスタックを含む第2スタック構造(300G、20、30B)、第3転送基板300R、剥離層20および第2ボンディング材料層30Bのスタックを含む第3スタック構造(300R、20、30B)、および、追加の転送基板300S、剥離層20および第2ボンディング材料層30Bのスタックを含む追加のスタック構造(300B、20、30B)、を含む複数のスタック構造が形成されうる。
第1発光デバイス10Bのアレイと第1転送基板300Bとの組み合わせは、本明細書において、第1転送アセンブリ(300B、10B)と呼ばれ、第2発光デバイス10Gのアレイと第2転送基板300Gとの組み合わせは、本明細書において、第2転送アセンブリ(300G、10G)と呼ばれ、第3発光デバイス10Rのアレイと第3転送基板300Rとの組み合わせは、本明細書において、第3転送アセンブリ(300R、10R)と呼ばれる。加えて、センサデバイス10Sと第4転送基板300Sとの組み合わせは、本明細書において、第4転送アセンブリ(300S、10S)と呼ばれる。
図5を参照すると、第1搬送基板200と転送基板300(第2搬送基板でありうる)との各ペアがボンディングされうる。例えば、第2ボンディング材料層30Bは、対応する第1搬送基板200上のそれぞれの第1ボンディング材料層30Aとボンディングされうり、ボンディング材料層30を形成する。各ボンディングアセンブリは、第1転送基板300、剥離層20、ボンディング材料層30およびデバイス10のアレイを含む。
図6を参照すると、第1搬送基板200は、例えば、研磨、研削、劈開、および/または、化学エッチングによって、各ボンディングアセンブリ(300、20、30、200)から除去される。デバイス20の各アレイは、その上に、すなわち透明な転送基板とデバイス20のアレイとの間に剥離層20を有する透明な搬送基板である、搬送基板300上に配される。
図7を参照すると、それぞれの転送基板300上のデバイス10の各アレイは、各デバイス10が溝によって隣接するデバイス10から横に離間するように配されうる。例えば、第1転送基板300B上の第1発光デバイス10Bのアレイは、溝によって互いに横に離間されうる。任意に、第1発光デバイス10Bの間のギャップを充填するために、第1光学保護材料層17Bが適用されうる。同様に、他の転送基板(300G、300R、300S)上のデバイス10の各アレイの間のギャップを充填するために、光学保護材料層が適用されうる。各光学保護材料層は、後続で使用されるレーザビームのレーザ波長で、光を吸収または散乱する材料を含む。各光学保護材料層は、例えば、シリコンリッチ窒化シリコン、有機または無機の反射防止コーティング(ARC)材料、または、フォトレジスト材料を含みうる。各光学保護材料層は、デバイス10の外側表面が光学保護材料層によって覆われないように形成されうる。光学保護材料層は、例えば、スピンコートによって、または、堆積とリセスエッチングの組み合わせによって、形成されうる。
転送基板300およびデバイス10のアレイを含む各アセンブリ(300、20、30、10)は、各転送基板300に接触し、紫外領域、可視領域および赤外領域から選択される波長の光を吸収する材料を含む剥離層20と、剥離層20およびデバイス10のそれぞれのアレイと接触するボンディング材料層30と、をさらに含みうる。
図8を参照すると、バックプレーン基板400が提供される。バックプレーン基板400は、後に種々のデバイスが転送されうる基板である。1つの実施形態において、バックプレーン基板400は、シリコン、ガラス、プラスチック、および/または、後にその上に転送されるデバイスに構造的支持を提供しうる少なくとも他の材料の基板とされうる。1つの実施形態において、バックプレーン基板400は、金属配線を含む金属相互接続構造440が、例えば、十字交差グリッド内に存在し、能動デバイス回路が存在しない受動バックプレーン基板としてもよい。別の実施形態において、バックプレーン基板400は、導電配線の十字交差グリッドのような金属相互接続構造440を含み、導電配線の十字交差グリッドの1つ以上の交点にデバイス回路をさらに含む、能動バックプレーン基板としてもよい。デバイス回路は、1つ以上のトランジスタを含みうる。
図9を参照すると、階段状水平面を含むバックプレーン401が形成されている。本明細書で用いられる場合、“階段状水平面”は、垂直方向に間隔をおいて配され、階段状に接続された水平面のセットを指す。1つの実施形態において、階段状水平面は、種々の誘電材料層410と、追加の誘電材料層410に埋め込まれた追加の金属相互接続構造と、をバックプレーン基板400に追加することによって形成しうる。1つの実施形態において、種々の誘電材料層410は、誘電材料マトリックスの上にある上側誘電材料層413の複数の部分と、上側誘電材料層413と誘電材料マトリックスとの間に介在する中間誘電材料層412の複数の部分と、中間誘電材料層412と誘電マトリックスとの間に介在する下側誘電材料層411の複数の部分と、を含みうる。代わりに、図8のプロセスステップで提供されるようなバックプレーン基板401の表面部分が、階段状水平面を含むバックプレーン401を形成するために、異なる深さまで窪まされうる。階段状水平面は、バックプレーン401の上面に設けられうる。
階段状水平面の第1サブセットは、バックプレーン401の最上部の水平面を含む水平面表面である第1水平面表面HSP1内に配されうる。階段状水平面の第2サブセットは、階段状水平面の第1サブセットがバックプレーン401の背面409よりも、バックプレーン401の背面409に近接しうる第2水平面表面HSP2内に配されうる。階段状水平面の第3サブセットは、階段状水平面の第2サブセットがバックプレーン401の背面409よりも、バックプレーン401の背面409に近接しうる第3水平面表面HSP3内に配されうる。階段状水平面の追加のサブセットは、階段状水平面の第3サブセットがバックプレーン401の背面409よりも、バックプレーン401の背面409に近接しうる追加の水平面表面HSP4内に配されうる。階段状水平面の第1サブセットは、第1領域R1に形成されうり、階段状水平面の第2サブセットは、第2領域R2に形成されうり、階段状水平面の第3サブセットは、第3領域R3に形成されうり、階段状水平面の追加のサブセットは、第4領域R4に形成されうる。第1領域R1は、第1発光デバイス10Bのような第1タイプのデバイスが後に取り付けられる位置を含む。第2領域R2は、第2発光デバイス10Gのような第2タイプのデバイスが後に取り付けられる位置を含む。第3領域R3は、第3発光デバイス10Rのような第3タイプのデバイスが後に取り付けられる位置を含む。第4領域R4は、センサデバイス10Sのような第4タイプのデバイスが後に取り付けられる位置を含む。
1つの実施形態において、上側誘電材料層413の水平上面は、階段状水平面の第1サブセットを構成しうり、中間誘電材料層412の水平上面は、階段状水平面の第2サブセットを構成しうり、下側誘電材料層411の水平上面は、階段状水平面の第3サブセットを構成しうり、バックプレーン基板400の物理的に露出した表面は、階段状水平面の第4サブセットを構成しうる。
ボンドパッド420は、デバイスがその後にボンディングされる各位置に提供されうる。例えば、ボンドパッド420は、バックプレーン401の金属相互接続構造440の十字交差線の各交点に形成されうる。ボンドパッド420は、Sn、AuSn、SAC、または、他の半田付け可能な金属などの金属材料を含む金属パッドを含みうる。加えて、または、代わりに、ボンドパッド420は、熱圧着プロセスによって別の金属との接触を形成しうるCuまたはAuまたは他の金属を含みうる。ボンドパッド420は、金属相互接続構造440の部品としてバックプレーン401に埋め込まれうり、または、バックプレーン401の誘電体表面の上に形成されうる。
1つの実施形態において、バックプレーン401上のボンドパッド420の中心と中心との距離は、それぞれの成長基板100上、それぞれの第1搬送基板200上、または、それぞれの手相基板300上の、装置10の中心と中心との距離の整数倍とされうる。
1つの実施形態において、バックプレーン401は、誘電材料マトリックスに埋め込まれた金属相互接続構造440を含みうる。ボンドパッド420は、バックプレーン440内のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。本明細書で用いられる場合、第1要素が第2要素に電気的に短絡される場合、第1要素は、第2要素に“電気的に接続される”とする。
1つの実施形態において、バックプレーン401上のボンドパッド420は、(発光デバイスのような)デバイス10上のコンタクトパッドと位置合わせするように構成されうる。1つ以上のボンドパッド401が、グループで提供されてもよい。例えば、バックプレーン401に転送されるデバイス10が、複数の赤色、緑色、および青色の発光ダイオード(LED)を含む場合、LED上のコンタクトパッドと整列して配された4つのボンドパッド420のグループがあってもよい。例えば、ボンドパッド410のグループは、赤色LED用のアノードコンタクト、青色LED用のアノードコンタクト、緑色LED用のアノードコンタクト、および、カソードコンタクトを含みうる。例えば、バックプレーン401に転送されるデバイス10が、単一のLEDを含む場合、LED上のコンタクトパッドと整列して配された2つのボンドパッド420のグループがあってもよい。
図10を参照すると、光学保護材料を含む保護層422が、バックプレーン401の側面に任意に形成されうる。保護層422は、後に使用されるレーザビームのレーザ波長の光を吸収または散乱する材料を含む。1つの実施形態において、保護層422は、シリコンリッチな窒化シリコン、または、反射防止コーティング材料などの誘電材料を含みうる。保護層422の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、200nmから2ミクロンの範囲でありうる。保護層422は、後に形成される導電性ボンディング構造(すなわち、コンタクト構造)がボンドパッド420に接触できるように形成されうる。適切な開口が、保護層422に形成されうる。1つの実施形態において、保護層422のすべての開口部が、同じパターニングステップで形成されうる。別の実施形態において、保護層422の開口部が、例えば、導電性ボンディング構造の各セットの形成の直前に、順次形成されうる。
図11を参照すると、導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、バックプレーン401の上面に位置する水平階段状表面の上に形成されうる。導電性ボンディング構造430は、第1領域R1の水平階段状表面の第1サブセットの上に形成される第1導電性ボンディング構造430Bと、第2領域R2の水平階段状表面の第2サブセットの上に形成される第2導電性ボンディング構造430Gと、第3領域R3内の水平階段状表面の第3サブセット上に形成される第3導電性ボンディング構造430Rと、第4領域R1の水平階段状表面の第4サブセット上に形成される追加の導電性ボンディング構造430Sと、を含みうる。第1導電性ボンディング構造430Bは、第1発光デバイス10Bの転送が所望される位置に形成される。第2導電性ボンディング構造430Gは、第2発光デバイス10Gの転送が所望される位置に形成される。第3導電性ボンディング構造430Rは、第3発光デバイス10Rの転送が所望される位置に存在する。追加の導電性ボンディング構造430Sは、センサデバイス10Sの転送が所望される位置に存在する。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造430のそれぞれは、バックプレーン401の上に提供されたボンドパッド420とボンディングすることができる金属スタックを含みうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造430は、銅および/または金を含みうり、ボンディングパッドは、Snによって形成されうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造430は、金の層を含みうり、ボンディングパッド420は、AuSnまたはSn-Ag-Cu合金によって形成されうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造430は、銅によって形成されうり、ボンディングパッドは、銅によって形成されうる。導電性ボンディング構造430は、バックプレーン401のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。一般に、本開示の目的のために使用されうる種々の導電性ボンディング構造は、(1)(バックプレーンの回路に電気的に取り付けられた銅またはアルミニウムのような)下部導電性材料、(2)(TiPt層のような)下部導電性材料を覆い、拡散バリアを提供する、接着のための1つ以上の薄層、および、(3)(純粋な錫またはインジウム、または、AuSnまたはSACのような合金のような)半田付け可能な材料を含みうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造430は、バックプレーン401に転送される種々のデバイスを電気的および機械的に結合するために使用されうる。種々のデバイスは、発光ダイオード(LED)サブピクセル、センサ画素、および、他の電子素子を含みうる。追加のコンタクトは、このステップで階段状水平面のセットの他の水平面の上に形成されうる、または、後続のプロセスステップで形成されうる。
種々の導電性ボンディング構造(導電性ボンディング構造430を含む)は、垂直方向にオフセットされた複数の水平面上に形成されてもよい。例えば、センサを含む3色RGBディスプレイパネルのために、種々の導電性ボンディング構造が、4つの異なる水平面に配されうる。例示的な一例において、ディスプレイパネルの青色サブピクセルの導電性ボンディング構造は、階段状水平面の第1サブセットを含む第1水平面HSP1のような第1面の上に配されうる。緑色サブピクセルのすべてのための種々の導電性ボンディング構造は、階段状水平面の第2サブセットを含む第2水平面HSP2のような第2面の上に配されうる。第2面は、第1面よりもある距離、例えば、2ミクロン低くされうる。赤色サブピクセルのすべてのための種々の導電性ボンディング構造は、階段状水平面の第3サブセットを含む第3水平面HSP3のような第3面の上に配されうる。第3面は、第1コンタクト面よりも、例えば、4ミクロン低くされうる。センササブピクセルのすべてのための種々の導電性ボンディング構造は、階段状水平面の追加のサブセットを含む追加の水平面HSP1のような第4面の上に配されうる。第4面は、第1コンタクト面よりも、例えば、6ミクロン低くされうる。4色ディスプレイパネルや5色ディスプレイパネルのような3色よりも色の数が多いディスプレイパネルも同様に形成されうる。3色よりも多いディスプレイパネルの利点の1つは、このような表示パネルが不均一またはドット抜けに対して感度が低くなりうることである。
第2導電性ボンディング構造430Gのそれぞれは、第1導電性ボンディング構造430Bの任意の実施形態と同じ材料スタック(または同じ材料組成)を有しうる。第2導電性ボンディング構造430Gは、バックプレーン401のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。1つの実施形態において、第2導電性ボンディング構造430Gは、バックプレーン401に転送される種々のデバイスを電気的および機械的に結合するために使用されうる。1つの実施形態において、第2導電性ボンディング構造430Gは、第1導電性ボンディング構造430Bよりも大きい高さを有しうる。換言すると、第1導電性ボンディング構造430Bは、第2導電性ボンディング構造430Gよりも小さい高さを有することができる。
第3導電性ボンディング構造430Rのそれぞれは、第1導電性ボンディング構造430Bまたは第2導電性ボンディング構造430Gの任意の実施形態と同じ材料スタック(または同じ材料組成)を有しうる。第3導電性ボンディング構造430Rは、バックプレーン401のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。1つの実施形態において、第3導電性ボンディング構造430Rは、バックプレーン401に転送される種々のデバイスを電気的および機械的に結合するために使用されうる。1つの実施形態において、第3導電性ボンディング構造430Rは、第2導電性ボンディング構造430Gよりも大きい高さを有しうる。換言すると、第2導電性ボンディング構造430Gは、第3導電性ボンディング構造430Rよりも小さい高さを有することができる。
追加の導電性ボンディング構造430Sのそれぞれは、第1導電性ボンディング構造430Bまたは第2導電性ボンディング構造430Gまたは第3導電性ボンディング構造430Rの任意の実施形態と同じ材料スタック(または同じ材料組成)を有しうる。追加の導電性ボンディング構造430Sは、バックプレーン401のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。1つの実施形態において、追加の導電性ボンディング構造430Sは、バックプレーン401に転送される種々のデバイスを電気的および機械的に結合するために使用されうる。1つの実施形態において、追加の導電性ボンディング構造430Sは、第3導電性ボンディング構造430Rよりも大きい高さを有しうる。換言すると、第3導電性ボンディング構造430Rは、追加の導電性ボンディング構造430Sよりも小さい高さを有することができる。
図12を参照すると、第1転送基板301Bと第1波長の光を放射する第1発光デバイス10Bとを含むアセンブリは、第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bが第1導電性ボンディング構造430Bに接触し、第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bが何れの導電性ボンディング構造に接触しないように、バックプレーン401上に配される。第1転送基板301Bおよび第1発光デバイス10Bを含むアセンブリは、第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bのコンタクトパッド(不図示)がそれぞれの第1導電性ボンディング構造430Bに接触するように、バックプレーン401に位置合わせされる。具体的には、第1発光デバイス10Bのアレイが、各ボンドパッド420と、その上にある第1発光デバイス10Bの対応するコンタクトパッドとが、それらの間に位置する第1導電性ボンディング構造430Bと接触するように、バックプレーン401の上に位置合わせされうる。
第1転送基板301Bの上の第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bは、バックプレーン401の水平階段状表面の第1サブセットの上に位置する第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされる。1つの実施形態において、ボンドパッド420は、半田付け可能なボンドパッドでありうり、半田材料がリフローし、ボンドパッド420が第1導電性ボンディング構造430Bに取り付けられるように、バックプレーン401および第1転送基板301Bに熱サイクルが適用されうる。1つの実施形態において、ボンドパッド420は、コールドボンディングボンドパッドとされうり、第1導電性ボンディング構造430Bは、Cuスタッドバンプのような金属スタッドバンプとされうる。この場合、各ボンドパッド420および対応する第1導電性ボンディング構造430Bが互いに嵌合するように、機械的な力が適用される。任意で、第1転送基板301Bは、バックプレーン401と位置合わせする前に、100ミクロン未満の厚さまで薄くされうる。
図13を参照すると、第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされた各第1発光デバイス10Bは、第1転送基板301Bから個々に分離されうり、一方、第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされていない、すなわち、分離されていない第1発光デバイス10Bは、そのままである。第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされた第1発光デバイス10Bのセットは、第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bであり、第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされない第1発光デバイス10Bのセットは、第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bである。第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bの中の各第1発光デバイス10Bは、レーザ477によって放射されるターゲットレーザ照射を使用して分離されうる。剥離層20の材料は、レーザビームが剥離層20によって吸収されるように選択される。レーザビームのサイズ、または、レーザビームがラスタされる場合のレーザビームのラスタ領域のサイズは、単一の第1発光デバイス10Bのエリアに実質的に一致するように選択されうる。第1光学保護材料層17Bは、存在する場合、それに付随的に作用するレーザビームの一部を吸収または反射しうる。1つの実施形態において、剥離層20の照射部分は、アブレーションされうる。さらに、剥離層20のアブレーションされた部分の下にある結合材料層30の部分は、レーザ照射の間、付随的にアブレーションされるか、または、構造的に損傷されうる。
第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bの上に重なる剥離層20の各部分は、レーザビームによって連続的に、すなわち1度に1つずつ照射される。レーザビームによって照射される剥離層20の部分は、まとめて剥離層20の第1部分と呼ばれ、一方、レーザビームによって照射されない剥離層20の部分は、まとめて剥離層20の第2部分と呼ばれる。第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bの上にある剥離層20の第1部分は、選択的かつ連続的に除去され、一方、第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bの上にある剥離層20の第2部分は除去されない。第1転送基板301Bは、レーザ波長で光学的に透明な材料を含む。
1つの実施形態において、剥離層20は窒化シリコンを含みうり、レーザ波長は紫外線波長(248nmまたは193nmのような)とされうり、剥離層20の第1部分へのレーザビームの照射は、剥離層20の第1部分をアブレーションする。剥離層20の第2部分を除去せずに、剥離層20の第1部分を選択的に除去するプロセスは、本明細書において、領域選択レーザリフトオフプロセス、または、ダイ選択レーザリフトオフプロセスと呼ばれる。レーザビームのレーザ照射のエリアの大きさ(すなわち、ショットサイズ)は、レーザ照射のエリアが各第1発光素子10B(または、複数の第1発光素子10Bが同時に転送される場合には複数の第1発光素子)の面積よりもわずかに大きくなるように選択されうる。第1発光デバイス10Bの第1サブセット11B、すなわち、下にあるボンドパッド420に結合されたそれぞれの導電性コンタクト構造430Bを有する第1発光デバイス10B(または第1発光デバイス10Bのグループ)のサブセットのみが、選択レーザリフトオフプロセスによって処理される。レーザビームは、バックプレーン401にボンディングされていない第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bから離れる方向に向けられる。
図14を参照すると、第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bの上にある剥離層20のすべての第1部分が除去された後、第1転送基板301Bおよび/またはバックプレーン401を互いに引き離すことによって、第1転送基板301Bは、バックプレーン401から分離されうる。1つの実施形態において、剥離層20の第1部分がレーザビームで照射された後に、ボンディング材料層30の残された部分30Fが、第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bのうちの少なくとも1つの上に形成されうる。別の実施形態において、剥離層20の照射された部分の下の結合材料層30の部分は、例えば、下にある第1発光デバイス10Bの側壁に沿って、アブレーションまたは液化され、流出しうる。結合材料層30の何れかの部分が剥離層20の照射された部分の下に残っている場合、そのような部分の周囲は、第1転送基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bを含むアセンブリがバックプレーン401から分離される間に、破砕されうる。第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bが第1導電性ボンディング構造430Bにボンディングされたままである間に、第1転送基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bを含むアセンブリのバックプレーン401からの分離が行われうる。
第1発光デバイス10Bの第2サブセット12Bは、第1発光デバイス10Bの別のサブセットを後で別のバックプレーン(不図示)に転送するために使用されうる。第2転送基板300G(図6参照)上の第2発光デバイス10Gは、第2発光デバイス10Gのサブセットをさらに別のバックプレーン(不図示)に転送するために同様に使用されうる。第3転送基板300R(図6参照)上の第3発光デバイス10Rは、第3発光デバイス10Rのサブセットをさらに別のバックプレーン(不図示)に転送するために同様に使用されうる。追加の転送基板300S(図6参照)上のセンサデバイス10Sは、センサデバイス10Sのサブセットをさらに別のバックプレーン(不図示)に転送するために同様に使用されうる。
任意で、ウエット化学洗浄プロセスが、バックプレーン401およびその上の第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bから残留材料を除去するために行われうる。例えば、希フッ化水素酸が、バックプレーン401および第1発光デバイス10Bの第1サブセット11Bの表面から残留材料を除去するために使用されうる。
図15を参照すると、第2転送基板301Gと第2波長の光を放射する第2発光デバイス10Gとを含むアセンブリが提供される。第2波長は、第1波長とは異なる。例えば、第1波長は青色光の波長とされうり、第2波長は緑色光の波長とされうる。第2発光デバイス10Gは、第2発光デバイス10Gがバックプレーン401の上面に面する構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置には存在しない。換言すると、第2発光デバイス10Gは、第2発光デバイス10Gが下側向きであり、バックプレーン401上の第1発光デバイス10Bの第1サブセットが上側向きである構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセットのエリアと重なるエリアには存在しない。1つの実施形態において、バックプレーン401上の既存の第1デバイス10Bと重なる位置に位置する任意の第2発光デバイス10Gは、第2転送基板301Gが第2発光デバイス10Gのサブセットの転送のためにバックプレーン401と位置合わせされる前に、第2転送基板301Gから除去されうる。任意で、第2光学保護材料層17Gが、第2発光デバイス10Gのサブセットを重なり合う位置から除去する前に、第2発光デバイス10Gの間のギャップを充填するために適用されうる。第2光学保護材料層17Gは、第1光学保護材料層17Bと同じ組成を有しうる。第2発光デバイス10Gが、第1発光デバイス10Bの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置に存在しないことを確実にすることによって、第2発光デバイス10Gと第1発光デバイス10Bの第1サブセットとの間の衝突の可能性は、第2転送基板301Gが後にバックプレーン401上に配されて第2発光デバイス10Gのサブセットをボンディングする際に、回避されうる。
第2転送基板301Gおよび第2発光デバイス10Gのアセンブリをバックプレーン401に位置合わせした後、第2転送基板301Gおよび第2発光デバイス10Gのアセンブリは、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが第2導電性ボンディング構造430Gに接触し、第2発光デバイス10Gの第2サブセットが何れの導電性ボンディング構造に接触しないように、バックプレーン401上に配される。第2発光デバイス10Gの第1サブセットのコンタクトパッド(不図示)は、それぞれの第2導電性ボンディング構造430Gに接触する。具体的には、第2発光デバイス10Gのアレイが、各ボンドパッド420と、その上にある第2発光デバイス10Gの対応するコンタクトパッドとが、それらの間に位置する第2導電性ボンディング構造430Gと接触するように、バックプレーン401の上に位置合わせされうる。
第2導電性ボンディング構造430Gは、第2発光デバイス10Gの転送が所望される位置に存在する。第2転送基板301Gの上の第2発光デバイス10Gの第1サブセットは、バックプレーン401の水平階段状表面の第2サブセットの上に位置する第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされる。ボンドパッド420と第2発光デバイス10Gの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアは、上述のボンディング方法、すなわち、ボンドパッド420と第1発光デバイス10Bの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアを、それぞれの第1導電性ボンディング構造430Bを介してボンディングするために使用することができるボンディング方法の何れかを使用して、それぞれの第2導電性ボンディング構造430Gを介してボンディングされうる。
次いで、第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされた各第2発光デバイス10Gは、第2転送基板301Gから個々に分離されうり、一方、第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされていない、すなわち、分離されていない第2発光デバイス10Gは、そのままである。第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされた第2発光デバイス10Gのセットは、第2発光デバイス10Gの第1サブセットであり、第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされない第2発光デバイス10Gのセットは、第2発光デバイス10Gの第2サブセットである。第2発光デバイス10Gの第1サブセットの中の各第2発光デバイス10Gは、前のプロセスステップで第1発光デバイス10Bの第1サブセットを分離するために使用されるのと同じ方法で、レーザ477によって放射されるターゲットレーザ照射を使用して分離されうる。したがって、第2発光デバイス10Gの第1サブセットの上にある剥離層20の第1部分は、選択的かつ連続的に除去され、一方、第2発光デバイス10Gの第2サブセットの上にある剥離層20の第2部分は除去されない。第2転送基板301Gは、レーザ波長で光学的に透明な材料を含む。1つの実施形態において、剥離層20は窒化シリコンを含みうり、レーザ波長は紫外線波長(248nmまたは193nmのような)とされうり、剥離層20の第1部分へのレーザビームの照射は、剥離層20の第1部分をアブレーションする。
図17を参照すると、第2発光デバイス10Gの第1サブセットの上にある剥離層20のすべての第1部分が除去された後、第2転送基板301Gおよび/またはバックプレーン401を互いに引き離すことによって、第2転送基板301Gは、バックプレーン401から分離されうる。1つの実施形態において、剥離層20の第1部分がレーザビームで照射された後に、ボンディング材料層30の残された部分30Fが、第2発光デバイス10Gの第1サブセットのうちの少なくとも1つの上に形成されうる。別の実施形態において、剥離層20の照射された部分の下の結合材料層30の部分は、例えば、下にある第2発光デバイス10Gの側壁に沿って、アブレーションまたは液化され、流出しうる。結合材料層30の何れかの部分が剥離層20の照射された部分の下に残っている場合、そのような部分の周囲は、第2転送基板301Gおよび第2発光デバイス10Gの第2サブセットを含むアセンブリがバックプレーン401から分離される間に、破砕されうる。第2発光デバイス10Gの第1サブセットが第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされたままである間に、第2転送基板301Gおよび第2発光デバイス10Gの第2サブセットを含むアセンブリのバックプレーン401からの分離が行われうる。
第2発光デバイス10Gの第2サブセットは、第2発光デバイス10Gの別のサブセットを後で別のバックプレーン(不図示)に転送するために使用されうる。任意で、ウエット化学洗浄プロセスが、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、および、第2発光デバイス10Gの第1サブセットから残留材料を除去するために行われうる。例えば、希フッ化水素酸が、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、および、第2発光デバイス10Gの第1サブセットの表面から残留材料を除去するために使用されうる。
図18を参照すると、第3転送基板301Rと第3波長の光を放射する第3発光デバイス10Rとを含むアセンブリが提供される。第3波長は、第1波長および第2波長とは異なる。例えば、第1波長は青色光の波長とされうり、第2波長は緑色光の波長とされうり、第3波長は赤色光の波長とされうる。第3発光デバイス10Rは、第3発光デバイス10Rがバックプレーン401の上面に面する構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセットまたは第2発光デバイス10Gの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置には存在しない。換言すると、第3発光デバイス10Rは、第3発光デバイス10Rが下側向きであり、バックプレーン401上の第1発光デバイス10Bの第1サブセットおよび第2発光デバイス10Gの第1サブセットが上側向きである構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセットまたは第2発光デバイス10Gの第1サブセットのエリアと重なるエリアには存在しない。
1つの実施形態において、バックプレーン401上の既存のデバイス(10B、10G)と重なる位置に位置する任意の第3発光デバイス10Rは、第3転送基板301Rが第3発光デバイス10Rのサブセットの転送のためにバックプレーン401と位置合わせされる前に、第3転送基板301Rから除去されうる。任意で、第3光学保護材料層17Rが、第3発光デバイス10Rのサブセットを重なり合う位置から除去する前に、第3発光デバイス10Rの間のギャップを充填するために適用されうる。第3光学保護材料層17Rは、第1光学保護材料層17Bと同じ組成を有しうる。第3発光デバイス10Rが、第1発光デバイス10Bの第1サブセットおよび第2発光デバイス10Gの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置に存在しないことを確実にすることによって、第3発光デバイス10Rと第1発光デバイス10Bの第1サブセットとの間、または、第3発光デバイス10Rと第2発光デバイス10Gの第1サブセットとの間の衝突の可能性は、第3転送基板301Rが後にバックプレーン401上に配されて第3発光デバイス10Rのサブセットをボンディングする際に、回避されうる。
第3転送基板301Rおよび第3発光デバイス10Rのアセンブリをバックプレーン401に位置合わせした後、第3転送基板301Rおよび第3発光デバイス10Rのアセンブリは、第3発光デバイス10Rの第1サブセットが第3導電性ボンディング構造430Rに接触し、第3発光デバイス10Rの第2サブセットが何れの導電性ボンディング構造に接触しないように、バックプレーン401上に配される。第3発光デバイス10Rの第1サブセットのコンタクトパッド(不図示)は、それぞれの第3導電性ボンディング構造430Rに接触する。具体的には、第3発光デバイス10Rのアレイが、各ボンドパッド420と、その上にある第3発光デバイス10Rの対応するコンタクトパッドとが、それらの間に位置する第3導電性ボンディング構造430Rと接触するように、バックプレーン401の上に位置合わせされうる。
第3導電性ボンディング構造430Rは、第3発光デバイス10Rの転送が所望される位置に存在する。第3転送基板301Rの上の第3発光デバイス10Rの第1サブセットは、バックプレーン401の水平階段状表面の第3サブセットの上に位置する第3導電性ボンディング構造430Rにボンディングされる。ボンドパッド420と第3発光デバイス10Rの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアは、上述のボンディング方法、すなわち、ボンドパッド420と第1発光デバイス10Bの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアを、それぞれの第1導電性ボンディング構造430Bを介してボンディングするために使用することができるボンディング方法の何れかを使用して、それぞれの第3導電性ボンディング構造430Rを介してボンディングされうる。
次いで、第3導電性ボンディング構造430Rにボンディングされた各第3発光デバイス10Rは、第3転送基板301Rから個々に分離されうり、一方、第3導電性ボンディング構造430Rにボンディングされていない、すなわち、分離されていない第3発光デバイス10Rは、そのままである。第3導電性ボンディング構造430Rにボンディングされた第3発光デバイス10Rのセットは、第3発光デバイス10Rの第1サブセットであり、第2導電性ボンディング構造430Rにボンディングされない第3発光デバイス10Rのセットは、第3発光デバイス10Rの第2サブセットである。第3発光デバイス10Rの第1サブセットの中の各第3発光デバイス10Rは、前のプロセスステップで第1発光デバイス10Bの第1サブセットを分離するために使用されるのと同じ方法で、レーザ477によって放射されるターゲットレーザ照射を使用して分離されうる。したがって、第3発光デバイス10Rの第1サブセットの上にある剥離層20の第1部分は、選択的かつ連続的に除去され、一方、第3発光デバイス10Rの第2サブセットの上にある剥離層20の第2部分は除去されない。第3転送基板301Rは、レーザ波長で光学的に透明な材料を含む。1つの実施形態において、剥離層20は窒化シリコンを含みうり、レーザ波長は紫外線波長(248nmまたは193nmのような)とされうり、剥離層20の第1部分へのレーザビームの照射は、剥離層20の第1部分をアブレーションする。
図19を参照すると、第3発光デバイス10Rの第1サブセットの上にある剥離層20のすべての第1部分が除去された後、第3転送基板301Rおよび/またはバックプレーン401を互いに引き離すことによって、第3転送基板301Rは、バックプレーン401から分離されうる。1つの実施形態において、剥離層20の第1部分がレーザビームで照射された後に、ボンディング材料層30の残された部分30Fが、第3発光デバイス10Rの第1サブセットのうちの少なくとも1つの上に形成されうる。別の実施形態において、剥離層20の照射された部分の下の結合材料層30の部分は、例えば、下にある第3発光デバイス10Rの側壁に沿って、アブレーションまたは液化され、流出しうる。結合材料層30の何れかの部分が剥離層20の照射された部分の下に残っている場合、そのような部分の周囲は、第3転送基板301Rおよび第3発光デバイス10Rの第2サブセットを含むアセンブリがバックプレーン401から分離される間に、破砕されうる。第3発光デバイス10Rの第1サブセットが第3導電性ボンディング構造430Rにボンディングされたままである間に、第3転送基板301Rおよび第3発光デバイス10Rの第2サブセットを含むアセンブリのバックプレーン401からの分離が行われうる。
第3発光デバイス10Rの第2サブセットは、第3発光デバイス10Rの別のサブセットを後で別のバックプレーン(不図示)に転送するために使用されうる。任意で、ウエット化学洗浄プロセスが、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、および、第3発光デバイス10Rの第1サブセットから残留材料を除去するために行われうる。例えば、希フッ化水素酸が、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、および、第3発光デバイス10Rの第1サブセットの表面から残留材料を除去するために使用されうる。
異なる高さおよび同じ水平ピッチ、すなわち、2つの水平方向に沿った同じ周期性を有する複数のタイプのデバイスのボンディングを可能にするために、種々のデバイスをボンディングする順序を入れ替えることができることを理解されたい。一般に、異なるデバイス10をボンディングするシーケンスおよびそれぞれの導電性ボンディング構造の高さは、バックプレーン401上の既存のボンディングされたデバイスとボンディングされる新しいデバイスとの間の衝突を避けるように選択されうる。デバイスと、バックプレーン410上に配された転送基板のボンディング材料層との間のインターフェースを含む水平面は、バックプレーン401上の既存のデバイスの最上面の上に位置する。
図20を参照すると、追加の転送基板301Sと、少なくとも1つのパラメータを感知するセンサデバイスと、を含むアセンブリが提供される。少なくとも1つのパラメータは、明度、圧力、温度、および/または、他の物理的パラメータとされうる。センサデバイス10Sは、センサデバイス10Sがバックプレーン401の上面に面する構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、または、第3発光デバイス10Rの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置には存在しない。換言すると、センデバイス10Rは、センデバイス10Rが下側向きであり、バックプレーン401上の第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、および、第3発光デバイス10Rの第1サブセットが上側向きである構成において、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、または、第3発光デバイス10Rの第1サブセットのエリアと重なるエリアには存在しない。1つの実施形態において、バックプレーン401上の既存のデバイス(10B、10G、10R)と重なる位置に位置する任意のセンサデバイス10Sは、追加の転送基板301Sがセンサデバイス10Sのサブセットの転送のためにバックプレーン401と位置合わせされる前に、追加の転送基板301Sから除去されうる。任意で、第4光学保護材料層17Sが、センサデバイス10Sのサブセットを重なり合う位置から除去する前に、センサデバイス10Sの間のギャップを充填するために適用されうる。第4光学保護材料層17Sは、第1光学保護材料層17Bと同じ組成を有しうる。センサデバイス10Sが、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、および、第3発光デバイス10Rの第1サブセットが存在するバックプレーン401上の位置に対応する位置に存在しないことを確実にすることによって、センサデバイス10Sと発光デバイス(10B、10G、10R)との間の衝突の可能性は、追加の転送基板301Sが後にバックプレーン401上に配されてセンサデバイス10Sのサブセットをボンディングする際に、回避されうる。
追加の転送基板301Rおよびセンサデバイス10Sのアセンブリをバックプレーン401に位置合わせした後、追加の転送基板301Sおよびセンサデバイス10Sのアセンブリは、センサデバイス10Sの第1サブセットが追加の導電性ボンディング構造430Sに接触し、センサデバイス10Sの第2サブセットが何れの導電性ボンディング構造に接触しないように、バックプレーン401上に配される。センサデバイス10Sの第1サブセットのコンタクトパッド(不図示)は、それぞれ追加の導電性ボンディング構造430Sに接触する。具体的には、センサデバイス10Sのアレイが、各ボンドパッド420と、その上にあるセンサデバイス10Sの対応するコンタクトパッドとが、それらの間に位置する追加の導電性ボンディング構造430Sと接触するように、バックプレーン401の上に位置合わせされうる。
追加の導電性ボンディング構造430Sは、センサデバイス10Sの転送が所望される位置のみに存在する。追加の転送基板301Sの上のセンサデバイス10Sの第1サブセットは、バックプレーン401の水平階段状表面の第4サブセットの上に位置する追加の導電性ボンディング構造430Sにボンディングされる。ボンドパッド420とセンサデバイス10Sの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアは、上述のボンディング方法、すなわち、ボンドパッド420と第1発光デバイス10Bの第1サブセット上の重なるコンタクトパッドとの各ペアを、それぞれの第1導電性ボンディング構造430Bを介してボンディングするために使用することができるボンディング方法の何れかを使用して、それぞれの追加の導電性ボンディング構造430Sを介してボンディングされうる。
次いで、追加の導電性ボンディング構造430Sにボンディングされた各センサデバイス10Sは、追加の転送基板301Gから個々に分離されうり、一方、追加の導電性ボンディング構造430Sにボンディングされていない、すなわち、分離されていないセンサデバイス10Sは、そのままである。追加の導電性ボンディング構造430Gにボンディングされたセンサデバイス10Sのセットは、センサンデバイス10Sの第1サブセットであり、第2導電性ボンディング構造430Gにボンディングされないセンサデバイス10Sのセットは、センサデバイス10Sの第2サブセットである。センサデバイス10Sの第1サブセットの中の各センサデバイス10Sは、前のプロセスステップで第1発光デバイス10Bの第1サブセットを分離するために使用されるのと同じ方法で、レーザ477によって放射されるターゲットレーザ照射を使用して分離されうる。したがって、センサデバイス10Sの第1サブセットの上にある剥離層20の第1部分は、選択的かつ連続的に除去され、一方、センサデバイス10Sの第2サブセットの上にある剥離層20の第2部分は除去されない。追加の転送基板301Sは、レーザ波長で光学的に透明な材料を含む。1つの実施形態において、剥離層20は窒化シリコンを含みうり、レーザ波長は紫外線波長(248nmまたは193nmのような)とされうり、剥離層20の第1部分へのレーザビームの照射は、剥離層20の第1部分をアブレーションする。
図21を参照すると、センサデバイス10Sの第1サブセットの上にある剥離層20のすべての第1部分が除去された後、追加の転送基板301Sおよび/またはバックプレーン401を互いに引き離すことによって、追加の転送基板301Sは、バックプレーン401から分離されうる。1つの実施形態において、剥離層20の第1部分がレーザビームで照射された後に、ボンディング材料層30の残された部分30Fが、センサデバイス10Sの第1サブセットのうちの少なくとも1つの上に形成されうる。別の実施形態において、剥離層20の照射された部分の下の結合材料層30の部分は、例えば、下にあるセンサデバイス10Sの側壁に沿って、アブレーションまたは液化され、流出しうる。結合材料層30の何れかの部分が剥離層20の照射された部分の下に残っている場合、そのような部分の周囲は、追加の転送基板301Sおよびセンサデバイス10Sの第2サブセットを含むアセンブリがバックプレーン401から分離される間に、破砕されうる。センサデバイス10Sの第1サブセットが追加の導電性ボンディング構造430Sにボンディングされたままである間に、追加の転送基板301Sおよびセンサデバイス10Sの第2サブセットを含むアセンブリのバックプレーン401からの分離が行われうる。
センサデバイス10Sの第2サブセットは、センサデバイス10Sの別のサブセットを後で別のバックプレーン(不図示)に転送するために使用されうる。任意で、ウエット化学洗浄プロセスが、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、第3発光デバイス10Rの第1サブセット、および、センサデバイス10Sの第1サブセットから残留材料を除去するために行われうる。例えば、希フッ化水素酸が、バックプレーン401、第1発光デバイス10Bの第1サブセット、第2発光デバイス10Gの第1サブセット、第3発光デバイス10Rの第1サブセット、および、センサデバイス10Sの第1サブセットの表面から残留材料を除去するために使用されうる。
図22を参照すると、電子部品(発光デバイスのサブピクセル、センサ、または他の部品)は、透明封止材料によって封止することができる。透明封止材料は、発光デバイスのサブピクセルからの光の抽出を増加させ、ディスプレイパネルによる発光の量を増加させる。透明封止材料は、ピークと谷との高さ変動が少ないディスプレイパネルの上面を提供することができる。透明封止誘電体層470を形成するために、透明材料がバックプレーン401上に堆積されうる。封止材は、誘電性樹脂(ベンゾシクロブテン、ポリメチルメタクリレート、ポリベンゾオキサゾール、または、ポリイミドのような)、シリコーン、誘電体(TiO2またはSiO2のような)、または、低融点ガラス、または、スピンオンガラスのような材料の範囲の何れであってもよい。
導電性ボンディング構造の厚さ、および/または、電子部品(発光デバイス、センサ、または、他の電子素子)の厚さは、部品のグループのそれぞれにおいて異なっていてもよい。センサを含む3色RGBディスプレイパネルの例示的な例において、第1発光デバイス10Bは青色発光デバイスでありうり、第2発光デバイスは緑色発光デバイスでありうり、第3発光デバイスは赤色発光デバイスでありうる。青色発光デバイスは、6ミクロンの厚さを有してもよく、バックプレーン基板と青色発光デバイスとの間の第1導電性ボンディング構造430Bは、約2ミクロン厚であってもよい。緑色発光デバイスは、7ミクロンの厚さを有してもよく、バックプレーン基板と緑色発光デバイスとの間の第2導電性ボンディング構造430Gは、4ミクロン厚であってもよい。赤色発光デバイスは、8ミクロンの厚さを有してもよく、バックプレーン基板と赤色発光デバイスとの間の第3導電性ボンディング構造430Rは、5ミクロン厚であってもよい。センサデバイス10Sは、8ミクロンの厚さを有してもよく、バックプレーン基板とセンサとの間の追加の導電性ボンディング構造430Sは、7ミクロン厚であってもよい。この例において、バックプレーン基板の面の上方の電子部品の遠位面(バックプレーン430から最も遠い発光デバイスまたはセンサの面)の高さは、青色発光デバイス、緑色発光デバイス、赤色発光デバイス、および、センサについて、それぞれ、8ミクロン、11ミクロン、13ミクロン、および15ミクロンとしてもよい。
ディスプレイパネルにおいて、電子部品(発光デバイス、センサなど)のための導電性ボンディング構造の厚さは、上述の例に記載したように、異なっていてもよいし、電子部品(発光素子、センサなど)の厚さが異なっていてもよいし、それらの組み合わせであってもよい。
導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、バックプレーン401に固定された各要素に1つ以上の電気的コンタクトを形成するように構成されてもよい。1つの実施形態において、緑色発光デバイスのサブピクセルが、2つの導電性ボンディング構造によって、バックプレーン基板に固定されてもよい。第1導電性ボンディング構造は、緑色発光デバイスのカソードをバックプレーン430内の電子回路に接続し、第2導電性ボンディング構造は、発光デバイスのアノードをバックプレーン401内の電子回路に接続する。1つの実施形態において、第1および第2導電性ボンディング構造が、異なる水平面上に位置してもよい。例えば、アノードコンタクト面は、カソードコンタクト面よりも0.5ミクロン高くてもよい。1つの実施形態において、第1および第2導電性ボンディング構造が、異なる厚さであってもよい。例えば、アノードボンディング構造体の厚さが、カソードボンディング構造体よりも0.5μm厚くてもよい。
別の実施形態において、青色発光デバイスのサブピクセルが、アノードボンディング構造またはカソードボンディング構造の何れかであってもよい1つの導電性ボンディング構造によって、バックプレーン430に固定されてもよい。別の実施形態では、シリコン光検出デバイスが、2つの導電性ボンディング構造によって、バックプレーン401に固定されてもよい。別の実施形態において、3つのシリコン光検出器のアレイが、6つの導電性ボンディング構造によって、バックプレーン401に固定されてもよい。別の実施形態において、シリコン光検出デバイスが、アノードまたはカソードボンディング構造、または、カソードボンディング構造の何れかであってもよい1つの導電性ボンディング構造によって、バックプレーン430に固定されてもよい。
1つの実施形態において、青色光を放射するように構成された発光デバイスが、緑色光を放射するように構成された発光デバイスに隣接して、赤色光を放射するように構成された発光デバイスに隣接して形成されてもよい。1つの実施形態において、バックプレーン401に固定された電子デバイスへのすべてのコンタクトが、バックプレーン401と電子部品との間に提供されうり、透明封止誘電体層470が、単一の上面(すなわち、平坦化される)を有しうる。別の実施形態において、透明封止誘電体層470は、例えば、各電子部品上にドーム状表面を有するマイクロレンズアレイとして形成することができる。
電子部品(発光デバイスのサブピクセル、センサ、または他の部品)とバックプレーン401との間の導電性ボンディング構造は、Ag、Al、Au、In、Sn、Cu、Ni、Bi、Sbを含んでいてもよい。導電性ボンディング構造は、複数の金属または金属合金を含む複数の層を含んでいてもよい。デバイスの異なるグループのための導電性ボンディング構造は、異なる金属または金属合金を含んでいてもよい。例えば、青色発光デバイスをバックプレーン401に固定する導電性ボンディング構造はAuSnを含んでいてもよく、緑色発光デバイスをバックプレーン401に固定する導電性ボンディング構造はNiSnを含んでいてもよく、赤色発光デバイスをバックプレーン基板に固定する導電性ボンディング構造はInSnを含んでいてもよい。
図22の例示的な構造は、上面に階段状水平面を有するバックプレーン401を含む第1の例示的な発光デバイスアセンブリである。階段状水平面は、第1水平面HSP1内に位置する階段状水平面の第1サブセットと、階段状水平面の第1サブセットからバックプレーン401の背面409よりもバックプレーン401の背面409により近接する第2水平面HSP2内に位置する階段状水平面の第2サブセットと、階段状水平面の第2サブセットからバックプレーン401の背面409よりもバックプレーン401の背面409により近接する第3水平面HSP3内に位置する階段状水平面の第3サブセットと、階段状水平面の第3サブセットからバックプレーン401の背面409よりもバックプレーン401の背面409により近接する第4水平面HSP4内に位置する階段状水平面の第4サブセットと、を含む。各連続する平面間の各ステップの高さは、0ミクロンから3ミクロンの範囲(例えば、0.2ミクロンから2ミクロンの範囲)とされうる。有限のステップ高さの有無は、発光デバイス(または、センサデバイス)を選択的に取り付けるために使用される方法に依存し、これは、本開示の方法を実施するために使用される実施形態に依存する。換言すると、いくつかの実施形態において、ステップが存在しなくてもよく、そのような場合、水平面(HSP1、HSP2、HSP3、HSP4)のすべては、同じ水平面内に位置しうる。ステップの存在は、他の方法で可能であるよりも低い高さ差で形成される種々の電子部品(発光デバイス(10B、10G、10R)およびセンサデバイス10Sのような)の最上面の形成を容易にする。
集積発光デバイスアセンブリは、さらに、バックプレーン401の階段状水平面の上に位置する導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)を含む。導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、階段状水平面の第1サブセットに接触する第1導電性ボンディング構造430Bと、階段状水平面の第2サブセットに接触する第2導電性ボンディング構造430Gと、階段状水平面の第3サブセットに接触する第3導電性ボンディング構造430Rと、階段状水平面の第4サブセットに接触する追加の導電性ボンディング構造430Sと、を含みうる。
集積発光デバイスアセンブリは、さらに、それぞれの導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)にボンディングされた発光デバイス(10B、10G、10R)を含みうる。発光デバイス(10B、10G、10R)は、第1波長の光を放射し、階段状水平面の第1サブセットの上に重なる第1発光デバイス10Bと、第2波長の光を放射し、階段状水平面の第2サブセットの上に重なる第2発光デバイス10Gと、第3波長の光を放射し、階段状水平面の第3サブセットの上に重なる第3発光デバイス10Rと、を含む。
集積発光デバイスアセンブリは、さらに、第4導電性ボンディング構造430Sを介してバックプレーン410にボンディングされたセンサデバイス10Sを含みうる。センサデバイス10Sは、階段状水平面の第4サブセットの上に重なりうる。
種々のボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)の位置、種々の導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)の高さ、および、種々の階段状水平面の高さは、バックプレーン401にボンディングされたときの部品(10B、10G、10R、10S)の最上面間の高さの差が、種々の部品(10B、10G、10R、10S)の間の高さの差より小さくなるように、組み合わせられうる。1つの実施形態において、第1発光デバイス10Bと第1導電性ボンディング構造403Bとの間のインターフェースを含む第1水平界面HIP1は、第2水平面HSP2に対して(または、第4水平面HSP4または裏面409のような任意の他の水平基準面から)、第2発光デバイス10Gと第2導電性ボンディング構造430Gとの間の第2水平界面HIP2よりも、第2水平面HSP2から(または、第4水平面HSP4または裏面409のような任意の他の水平基準面から)遠位にありうる。
1つの実施形態において、種々の導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、ボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)の最上面の間の高さ差を低減するために、異なる高さを有しうる。1つの実施形態において、第2導電性ボンディング構造430Gは、第1導電性ボンディング構造430Bよりも大きい高さを有しうる。第3導電性ボンディング構造430Rは、第2導電性ボンディング構造430Gよりも大きい高さを有しうる。追加の導電性ボンディング構造430Sは、第3導電性ボンディング構造430Rよりも大きい高さを有しうる。種々の導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)間の高さの差は、種々のボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)間の固有の高さの差、バックプレーン401の階段状水平面の間のステップの高さの差、および、種々のボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)の位置が、種々の転送基板(300B、300G、300R、300S)の連続するボンディングの間の衝突を回避するために組み合わせられるならば、任意に提供されうる。
1つの実施形態において、第1発光デバイス10Bの上面を含む第1水平上面HTP1は、第2水平面HSP2に対して(または、第4水平面HSP4または裏面409のような任意の他の水平基準面から)、第2発光デバイス10Gの上面を含む第2水平上面HTP2よりも、第2水平面HSP2に(または、第4水平面HSP4または裏面409のような任意の他の水平基準面から)近接しうる。第2発光デバイス10Gの上面を含む第2水平上面HTP2は、第2水平面HSP2に対して(または、第4水平面HSP4または裏面409などの任意の他の水平基準面から)、第3発光デバイス10Rの上面を含む第3水平上面HTP3よりも、第2水平面HSP2に(または、第4水平面HSP4または裏面409などの任意の他の水平基準面から)近接しうる。第3発光デバイス10Rの上面を含む第3水平上面HTP3は、第2水平面HSP2に対して(または、第4水平面HSP4または裏面409などの任意の他の水平基準面から)、センサデバイス10Sの上面を含む第4水平上面HTP4よりも、第2水平面HSP2に(または、第4水平面HSP4または裏面409などの任意の他の水平基準面から)近接しうる。
1つの実施形態において、第2発光デバイス10Gは、第1発光デバイス10Bよりも大きい高さを有しうり、第3発光デバイス10Rは、第2発光デバイス10Gよりも大きい高さを有しうり、センサデバイス10Sは、第3発光デバイス10Rよりも大きい高さを有しうる。
1つの実施形態において、バックプレーン401は、誘電材料マトリックス内に埋め込まれた金属相互接続構造440を含む。導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、バックプレーン401のそれぞれの金属相互接続構造440に電気的に接続される。金属相互接続構造440は、バックプレーン410上に位置する、または、バックプレーン410内に埋め込まれるボンドパッド420を含みうる。ボンドパッド420は、導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)のそれぞれの底面に接触する。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、それぞれのボンドパッド420、および、それぞれの発光デバイス(10B、10G、10R)またはそれぞれのセンサデバイス10Sにボンディングされた半田ボールを含みうる。
1つの実施形態において、ボンディング材料層の残された部分30Fが、ボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)のうちの1つ以上の上に存在しうる。例えば、酸化シリコン材料部が、発光デバイス(10B、10G、10S)のそれぞれの上面に接触しうり、互いに横方向に間隔を置いて配されうる。1つの実施形態において、透明封止誘電体層470が、バックプレーン401の上に重なりうり、発光デバイス(10B、10G、10R)およびセンサデバイス10Sを埋め込みうる。
任意で、保護材料層422が、バックプレーン401の階段状水平面および側壁上に位置してもよい。保護材料層422は、紫外光、可視光、および、赤外光を含む波長範囲内の光を吸収する材料を含みうる。1つの実施形態において、発光デバイス(10B、10G、10R)、および/または、センサデバイス10Sは、水平方向に沿って隣接する発光デバイス(10B、10G、10R)の中心と中心との距離が単位距離の整数倍である周期的アレイに配されうる。1つの実施形態において、周期的アレイは、発光デバイス(10B、10G、10R)、および/または、センサデバイス10Sが矩形格子の格子サイトに配される矩形アレイでありうる。
図23を参照すると、集積発光デバイスアセンブリの代替的な実施形態が示されている。導電性相互接続構造480は、例えば、リソグラフィパターニングと少なくとも1つのエッチングプロセスとの組合せによって、ラインキャビティおよびビアキャビティを形成し、ラインキャビティおよびビアキャビティに少なくとも1つの導電性材料を充填することによって、透明封止誘電体層470内に形成されうる。代わりに、または、加えて、導電性相互接続構造480は、例えば、導電性材料層の堆積、および、リソグラフィパターニングと少なくとも1つのエッチングプロセスとの組み合わせによって導電性材料層をパターニングし、透明封止誘電体層470上に形成されうる。導電性相互接続構造480は、ボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)のうちの1つ以上と電気的に接触しうる。例えば、導電性相互接続構造480は、透明封止誘電体層470内に埋め込まれうり、それぞれの発光デバイス(10B、10G、10R)、および/または、それぞれのセンサデバイス10Sに電気的に接触しうる。1つの実施形態において、導電性相互接続構造480のうち少なくとも1つが、バックプレーン401内に埋め込まれた金属相互接続構造440に電気的に接続されうる。
1つの実施形態において、電子部品(10B、10G、10R、10S)への電気的コンタクトの第1部分のみが、部品(10B、10G、10R、10S)とバックプレーン401との間に形成された導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)によって提供されうる。電子部品(10B、10G、10R、10S)への電気的コンタクトの第2部分は、導電性相互接続構造480によって具現化されるような上部コンタクト層によって提供されうる。導電性相互接続構造480は、電子部品(10B、10G、10R、10S)の上に形成され、透明封止誘電体層470内に埋め込まれうり、および/または、透明封止誘電体層470の上に形成されうる。
1つの実施形態において、透明封止誘電体層470は、本開示の集積発光デバイスアセンブリを組み込んだディスプレイパネルの上面を部分的に平坦化してもよい。ビアキャビティは、各電子部品(10B、10G、10S)の上面の真上の透明封止誘電体層470に提供されうり、ITOまたはAZO、銀ナノワイヤメッシュ、銀メッシュ電極、または他の透明または半透明コンタクト構造のような透明導電性酸化物が、封止材および電子部品の上に提供されうり、導電性相互接続構造480として具現化されるようなコンタクト構造を形成しうる。上部コンタクト構造は、例えば、ワイヤボンディングによって、または、透明封止誘電体層470を通って延在するコンタクトビア構造によって、バックプレーン401上のある特定の場所でバックプレーン401に電気的に結合されてもよい。上部コンタクト構造は、バックプレーン401上のすべての電子部品(10B、10G、10R、10S)を覆うフルシートコンタクトであってもよいし、または、特定の部品または部品のグループに複数の上部コンタクト構造を提供するようにパターン化されてもよく、この場合、上部コンタクト構造は、例えば、ワイヤボンディングによって、または、バックプレーン401上に形成された金属電極との接触によって、いくつかの特定の場所でバックプレーン401に電気的に結合されてもよい。
図24を参照すると、成長基板500上のデバイス(10B、10G、10R、10S)の代替的な実施形態が示されている。この場合、部品(10B、10G、10R、10S)は、当技術分野で知られているデバイス製造技術を使用して、成長基板500から成長または製造されうる。例えば、成長基板500は、III-V族化合物半導体基板(例えば、GaAsまたはGaN基板)でありうる半導体材料を含む半導体基板、または、サファイアのような絶縁基板でありうる。各成長基板500は、例えば、注入された水素層、注入された酸素層、注入された窒素層のような注入された材料層、または、レーザの照射または他の方法によって局所的な加熱の際に劈開を容易にする任意の他の原子種の注入によって形成された層でありうる、内部剥離層520を提供しうる。内部剥離層520は、上述の剥離層20の機能を行う。
各成長基板500は、成長基板500の材料の薄層でありうるソース基板530を提供しうり、ソース基板530は内部剥離層520の隣接部分のレーザ照射時に破砕、アブレーション、または、他の方法で除去されるのに十分薄い。ソース基板530の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、50nmから3ミクロンの範囲でありうる。1つの実施形態において、第1発光デバイス10Bは、第1成長基板500B上に製造されうり、第2発光デバイス10Gは、第2成長基板500G上に製造されうり、第3発光デバイス10Rは、第3成長基板500R上に製造されうり、センサデバイス10Sは、第4成長基板500S上に製造されうる。
図25を参照すると、上述と同じプロセスシーケンスが、集積発光デバイスアセンブリの形成に使用されうる。ソース基板530の一部は、各レーザ照射プロセス中にアブレーションされる。ソース基板530が各成長基板500上に存在するため、ソース基板530の残りの部分530Fは、ボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)の上および透明封止誘電体層470内に存在しうる。
本開示の方法は、放射型ディスプレイパネルを形成するために使用されうる。放射型ディスプレイパネルは、観察者が異なる色の発光サブピクセルからの異なる色の放射によって作られた画像を直接見る、直視型ディスプレイである。サブピクセルは、発光ダイオードのような無機発光デバイスでありうる。したがって、直視型ディスプレイは、バックライトからの異なる色の光が組み合わされて液晶材料および液晶ディスプレイ(LCD)のカラーフィルタを照明するために使用される光を形成し、観察者は、カラーフィルタおよび液晶材料を透過した異なる色の光を見る、LCDのバックライトとは異なる。バックプレーン401上の要素および発光デバイスは、ディスプレイパネルの組み立てを容易にしうる。放射型ディスプレイパネルは、同様の方法でディスプレイパネル上に組み立てられたセンサまたは他の電子素子を含んでいてもよい。センサ、および/または、電子素子の要素は、ディスプレイパネルの組み立てを容易にする。
放射素子として無機発光ダイオード(LED)を有する放射型ディスプレイパネルを製造するために、数百万のLEDをバックプレーン基板に取り付けなければならない。バックプレーン401は、光が放射され、画像がディスプレイ上に形成されるように、個々のLEDサブピクセルを通る電流を駆動する電子回路を含む。
1つの実施形態において、ディスプレイが3色ディスプレイパネルであり、ディスプレイの各画素内に、赤色、緑色、および、青色の光を放射する3つのサブピクセルがある。各サブピクセルは、無機LEDとすることができる。青色および緑色のサブピクセルは、InGaN LEDで作られていてもよい。赤色のサブピクセルは、InGaNまたはAlInGaPまたはAlGaAs LEDで作られていてもよい。ディスプレイパネルは、より多くの色を有していてもよい。例えば、4色ディスプレイが、画素ごとに4つのサブピクセルを含みうる。サブピクセルは、約470nmの波長の青色光、約505nmの波長のエメラルド緑色光、約570nmの波長の黄緑色光、および、約610nmの波長の赤色光を放射してもよい。1つの実施形態において、サブピクセルはすべてInGaNで形成されていてもよい。
サブピクセルを形成する発光デバイスは、各ナノワイヤが発光デバイスであるような、ナノワイヤのアレイを含んでいてもよい。ナノワイヤ発光ダイオード(LED)は、いくつかの理由においてサブピクセルを形成するのに有利である。第1に、ナノワイヤLEDは、横方向の寸法が1ミクロンのように小さくてもよい。これは、各サブピクセルを形成するために使用されなければならないLED材料の量を最小化する。これは、また、サブピクセルが小さなピッチで配置されることを可能にし、高解像度ディスプレイを形成する。第2に、ナノワイヤLEDは、小電力で駆動される場合、優れた有効性(電力入力のワット当たりのルーメン)を有する。
図26を参照すると、本開示の構造の別の代替的な実施形態が示されている。階段状水平面を有する階段状のバックプレーン401を有することに加えて、階段状の発光デバイス面が、発光デバイスアセンブリを形成することで使用されうる。1つの実施形態において、バックプレーン401にボンディングされた各発光デバイス(10B、10G、10R)または各センサ構造10Sの側面に、半田付け可能な金属構造の異なる厚さ、または、部分的な欠如を使用することによって、階段状の発光デバイス面が提供されうる。1つの実施形態において、半田付け可能な金属構造は、少なくとも第1厚さを有する第1コンタクトパッド15と、第1厚さとは異なる第2厚さを有する第2コンタクトパッド16と、を含む、異なる厚さのコンタクトパッド(15、16)のセットでありうる。第1厚さと第2厚さとの各組合せは、各タイプのボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)に対して同じ厚さの導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)の使用を可能にするように選択されうる。異なる厚さのコンタクトパッド(15、16)のセットのような半田付け可能な金属構造は、例えば、初期成長基板(100B、100G、100R、100S)をダイシングする前に電気めっきすることによって形成されうる。1つ以上のタイプのボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)は、異なる厚さのコンタクトパッド(15、16)を有しうる。代わりに、1つ以上のタイプのボンディングされた部品(10B、10G、10R、10S)は、同じ厚さを有する均一な厚さのコンタクトパッド(15、16)を有しうる。
種々のタイプのデバイスが、バックプレーン401にボンディングされうる。例えば、センサデバイス10Sのセットをボンディングすることに加えて、または、その代わりに、プローブまたは他の電子プロセッサ集積チップ(IC)が、バックプレーン401にボンディングされうる。プローブの非限定的な例示的な例は、ジェスチャ認識の機能を提供するために検出器と組み合わせて使用される高出力赤外線発光ダイオード(IR LED)または垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)である。電子ICの非限定的な例示的な例は、アクティブバックプレーン上での直接製造が経済的ではなく、成長基板からバックプレーンへの転送がより経済的である低密度高コストプロセッサチップである。
複数のセンサ、プローブ、および/または、電子ICが、複数のボンディングステップを使用してバックプレーン401上に集積されうる。1つの実施形態において、複数の垂直共振器面発光レーザ(VCSEL)が、投影ディスプレイを形成するために使用されうる。
透明封止誘電体層470の形成前に、本開示のアセンブリプロセスの任意の段階で、必要に応じて試験および再加工プロセスが行われうる。再加工プロセスは高速ピックアンドプレース動作を含みうり、バックプレーン401にボンディングされた既知の欠陥電子部品(10G、10G、10R、10S)が、選択的にピックされうり(例えば、それぞれの導電性ボンディング構造の局所加熱を使用して)、機能を代替する電子部品(10G、10G、10R、10S)が、その代わりに配される。機能を代替する電子部品をボンディングする前に、導電性ボンディング構造の新しいセットの適切な清浄および配置が、行なわれうる。再加工プロセスが後の段階で行われる場合、代替する電子部品は、バックプレーン401上の既存の電子部品よりも大きい高さを有しうり(例えば、より厚いボンディング材料層を追加することによって、または、より大きい高さを有する電子部品を製造することによって)、または、隣接する電子部品を妨害しない配置方法が使用されうる。
1つの実施形態において、本開示の導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、半田材料部、すなわち、半田“ボール”でありうる。半田“ボール”は、球形であってもなくてもよく、円筒形のような他の形状も、半田“ボール”として使用されうることを理解されたい。図27を参照すると、本開示のプロセスシーケンスは、バックプレーン401からボンディングされたデバイスの上面の同一平面性を促進するように変更されてもよい。例えば、図14のプロセスステップの後、図17のプロセスステップの後、図19のプロセスステップの後、および/または、図21のプロセスステップの後など、デバイス(10B、10G、10R、または、10S)をバックプレーン401にボンディングし、転送アセンブリの残りを除去した後に、平坦な底面を有するダミー基板700が、新たにボンディングされたデバイス(10B、10G、10R、または、10S)の上面上およびバックプレーン401の上に配されうる。
図27は、第1転送基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセットを含むアセンブリをバックプレーン401から分離した後に、平坦な底面を有するダミー基板701が第1発光デバイス10Bの上面に配された後の例示的な構造を示す。転送基板(301B、301G、301R、301S)の何れかを分離した後に、同様の方法が適用されうる。ダミー基板701は、繰り返し使用されてもよいし、使用毎に新しいものに置き換えられてもよい。ダミー基板701は、ダミー基板701の底面が平坦な剛性面、すなわち、水平ユークリッド二次元平面と実質的に一致する表面を提供すれば、絶縁材料、導電材料、半導体材料、または、それらの組合せを含みうる。
図28を参照すると、導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)、すなわち、半田ボールが、リフロー温度に加熱される間、ダミー基板700に下向きの圧力が適用されうる。このプロセスステップの間、ダミー基板700は、新たにボンディングされたデバイス(10B、10G、10R、または、10S)をバックプレーン401に向かって押圧する。いくつかの実施形態において、ダミー基板700は、最後のリフローステップの間、転送されたデバイス(10B、10G、10R、および、10S)の上面を押し下げて、すべての転送されたダイの上面が同じ水平面内に確実に位置するように使用されうる。いくつかの他の実施形態において、以前にボンディングされたデバイスは、以前に結合されたデバイスの上面の高さを慎重に選択することによって(例えば、後にボンディングされるデバイスの上面が以前にボンディングされたデバイスよりも各バックプレーン401からより遠くなるように、複数のバックプレーン401に対してボンドパッド420の階段状表面の高さおよび導電性ボンディング構造430の高さを選択することによって)、その後の転送に影響を与えなくてもよい。図28は、ダミー基板700が転送された第1発光素子10Bをバックプレーン410に向かって押圧する間、第1導電性ボンディング構造430Bをリフローするステップを示す。
図29を参照すると、上述の実施形態の何れかを使用してボンディングされたデバイス(10B、10G、10R、10S)を封止するために、後続のプロセスステップが行われうる。導電性ボンディング構造(430B、430G、430R、430S)は、凸状リフロー面のようなリフローされた半田材料部の特有の特徴を含みうる。
複数の転送アセンブリおよび複数のバックプレーンは、異なるタイプのデバイスを各バックプレーンに転送し、各バックプレーン上にデバイスセットの周期的アレイを形成するために使用されうる。各転送アセンブリ内のデバイスは、一連のデバイス転送の前に、同じ2次元周期性を有しうる。デバイスセットの周期的アレイは、バックプレーンにわたって同じでありうり、転送アセンブリ上のデバイスの2次元周期性の倍数である2次元周期性を有しうる。
図30を参照すると、4つの異なるタイプのデバイス(10B、10G、10R、10S)(例えば、それぞれ、青色、緑色および赤色発光LED、および、センサ)を4つのバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)に転送するための例示的な転送パターンおよび例示的な転送シーケンスが示されている。デバイス(10B、10G、10R、10S)の4つの異なるタイプは、4つの転送基板(301B、301G、301R、301S)、または、4つの成長基板(100/500B、100/500B、100/500C、100/500D)、または、それらの組み合わせを含む4つのソース基板(B、G、R、S)上に提供されうる。第1発光ダイオード10Bは第1ソース基板Bに提供されうり、第2発光ダイオード10Gは第2ソース基板Gに提供されうり、第3発光ダイオード10Rは第3ソース基板Rに提供されうり、センサデバイス10Sは第4ソース基板Sに提供されうる。
“1”とラベル付けされた第1デバイス10Bのサブセットは、第1ソース基板Bから、第1バックプレーンBP1の“1”と記された位置に転送されうる。その後、“2”とラベル付けされた第2デバイス10Gのサブセットは、第2ソース基板Gから、第2基板BP2に、第2バックプレーンBP2の“2”と記された位置に転送されうる。連続する転送は、数字インデックス“16”でラベル付けされたデバイスのセットまで、徐々に増加する数字インデックスでラベル付けされた各デバイスセットで続けられる。
転送シーケンスの各ステップにおけるソース基板(B、G、R、S)およびバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)上の種々のデバイス(10B、10G、10R、10S)の有無の変化が、図31A~31Eに示される。図31Aは、デバイス(10B、10G、10R、10S)の何れの転送の前の構成に対応し、図31Bは、転送ステップ1~4を行った後の構成に対応し、図31Cは、ステップ5~8を行った後の構成に対応し、図31Dは、ステップ9~12を行った後の構成に対応し、図31Eは、ステップ13~16を行った後の構成に対応する。図31Bに示すステップ1~4は、ステップ1~4が互いに独立しているため、任意の順序でシャッフルしてもよく、図31Cに示すステップ5~8は、ステップ5~8が互いに独立しているため、任意の順序でシャッフルしてもよく、図31Dに示すステップ9~12は、ステップ9~12が互いに独立しているため、任意の順序でシャッフルしてもよく、図31Eに示すステップ13~16は、ステップ13~16が互いに独立しているため、任意の順序でシャッフルしてもよいことに注意すべきである。
例示的な転送パターンおよび例示的な転送シーケンスは、4つのソース基板(B、G、R)および4つのバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)が使用される場合について例示されるが、本開示の方法は、mが1よりも大きい整数であり、nが1よりも大きい整数であり、nがm以上であるm個の転送アセンブリおよびn個のバックプレーンが使用される任意の場合に適用されうる。n個のバックプレーンは、m個の転送アセンブリからのデバイスとボンディングし、n個の集積発光デバイスアセンブリを形成する。1つの実施形態において、nはmと同じであってもよく、または、mよりも大きくてもよい。
複数の転送アセンブリ、例えば、m個の転送アセンブリが提供される。m個の転送アセンブリのそれぞれは、それぞれのソース基板(B、G、R、S)と、同じ2次元周期性を有する2次元アレイ内のそれぞれのデバイス(10B、10G、10R、10S)と、を含む。本明細書で用いられる場合、複数の構造に対する同じ2次元周期性は、複数の構造のそれぞれがそれぞれ単位構造を有し、それぞれの単位構造のインスタンスが周期性の2つの独立した方向(例えば、第1周期性方向および第2周期性方向)に沿って繰り返される構成を指し、単位構造は、すべての複数の構造について、同じ第1ピッチでそれぞれ第1周期性方向に沿って繰り返され、同じ第2ピッチでそれぞれ第2周期性方向に沿って繰り返され、第1周期性方向と第2周期性方向との間の角度は、すべての複数の構造に対して同じである。n個のバックプレーンのそれぞれは、m個のタイプのデバイスを実装するように構成された、それぞれ単位導電性ボンディング構造パターンの周期的な繰り返しを有する。
m個のタイプのデバイスのそれぞれは、m個の転送アセンブリ間のそれぞれ転送アセンブリ内のデバイスのうちの1つでありうる。n個のバックプレーンのそれぞれ内の2つの独立した方向に沿った各単位導電性ボンディング構造パターンのピッチは、m個の転送アセンブリのそれぞれ内のデバイスの2次元周期性のそれぞれのピッチの倍数でありうる。例示的な例において、デバイス(10B、10G、10R、10S)のそれぞれは、第1方向に沿った第1周期aと、第2方向(第1方向に垂直であってもよい)に沿った第2周期bと、を有するそれぞれの転送アセンブリ内で周期的でありうる。バックプレーンのそれぞれ内の単位導電性ボンディングパッドパターンは、第1方向に沿った第1周期2a(aの整数倍である)を有し、第2方向(第1方向に垂直であってもよい)に沿った第2周期2b(bの整数倍である)を有しうる。
それぞれの転送アセンブリ上の既存のデバイスの、それぞれのバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)に以前にボンディングされていた何れかのデバイス(10B、10G、10R、10S)との衝突を妨げる位置に、それぞれの移送アセンブリをそれぞれのバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)上に配することによって、m個の転送アセンブリのそれぞれからのデバイス(10B、10G、10R、10S)のサブセットは、n個のバックプレーンのうちのそれぞれのバックプレーン(BP1、BP2、BP3、BP4)に順次転送されうる。
図32Aを参照すると、異なる高さのボンドパッドが使用される本開示の実施形態による第2の例示的な発光デバイスアセンブリを形成するために使用されうるプロセス中の構造が示されている。本明細書で用いられる場合、“プロトタイプ”構造または“プロセス中”構造は、その後にその中の少なくとも1つの部品の形状または組成が変更される過渡構造を指す。第2の例示的な発光デバイスアセンブリのためのプロセス中の構造は、内部に金属相互接続構造440を含むバックプレーン基板400を含みうる。第1発光ダイオード10Bは、上述の剥離層20または上述のソース基板530の一部でありうるアブレーション材料層130を介して、ソース基板301Bに取り付けられうる。この実施形態において、バックプレーン基板400は、実質的に平坦な(すなわち、階段状でない)上面、または、図9に示されるような、階段状の上面を有していてもよい。
ボンドパッド(421、422、423)は、種々のデバイスがその後ボンディングされる位置に形成されうる。種々のデバイスは、上述の第1発光デバイス10B、第2発光デバイス10G、第3発光デバイス10R、および/または、センサデバイス10Sを含みうる。種々のデバイス(10B、10G、10R、10S)は、転送基板(301B、301G、301R、301S)、成長基板(100/500B、100/500G、100/500R、100/500S)、または、これらの組み合わせでありうるソース基板(B、G、R、S;図30を参照)上に提供されうる。バックプレーン401は、バックプレーン基板400およびボンドパッド(421、422、423)を含む。
ボンドパッド(421、422、423)は、上述のボンドパッド420と同じ組成を有しうる。ボンドパッド(421、422、423)は、異なる厚さを有する複数のタイプを含みうる。例えば、ボンドパッド(421、422、423)は、第1厚さを有する第1ボンドパッド421と、第2厚さを有する第2ボンドパッド422と、第3厚さを有する第3ボンドパッド423と、を含みうる。異なる厚さを有する追加のボンドパッド(不図示)が、また、使用されてもよい。1つの実施形態において、第1厚さは第2厚さよりも大きくされうり、第2厚さは第3厚さよりも大きくされうる。第1厚さと第2厚さとの間の差は、0.3ミクロンから10ミクロン(1ミクロンから5ミクロンのような)の範囲でありうり、第2厚さと第3厚さとの間の差は、0.3ミクロンから10ミクロン(1ミクロンから5ミクロンのような)の範囲でありうる。最も薄いボンドパッドの厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、1ミクロンから20ミクロン(2ミクロンから10ミクロンのような)の範囲でありうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401に転送されるデバイス上に形成されうる。例えば、第1発光ダイオード10Bは、バックプレーン基板400に転送される第1デバイスでありうる。第1発光ダイオード10Bは、第1転送基板300Bまたは第1タイプの成長基板100Bまたは500Bでありうる第1ソース基板301B上に位置しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上述の導電性ボンディング構造430のいずれであってもよい。導電性ボンディング構造(431、432、432)は、後にバックプレーン基板400に転送される第1発光ダイオード10Bの第1サブセット上に形成された第1導電性ボンディング構造431と、後に他のバックプレーン基板(不図示)に転送される第1発光ダイオード10Bの第2サブセット上に形成された第2導電性ボンディング構造432と、後にさらに別のバックプレーン基板に転送される第1発光ダイオード10Bの第3サブセット上に形成された第3導電性ボンディング構造433と、後にさらに別のバックプレーン基板に転送される第1発光ダイオード10Bの他のサブセット上に形成された任意の追加の導電性ボンディング構造と、を含みうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に同時に形成されうる。
代わりに、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401のボンドパッド(421、422、423)上に形成されてもよい。この場合、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、すべてのボンドパッド(421、422、423)上に同時に形成されうる。
さらに代わりに、各導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の一部が第1発光ダイオード10B上に形成され、対応する導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の他の一部が整合するボンドパッド(421、422、または、423)の表面上に形成されるように、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、2つの物理的に分離した部分として形成されうる。1つの実施形態において、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に形成された上部とボンドパッド(421、422、または423)上に形成された下部との間で、ほぼ均等に分割された2つの分離部として形成されうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)のそれぞれは、同じ高さ(または、2つの部分で形成される場合には全体の高さ)を有しうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)のそれぞれは、同じ高さおよび同じ体積(または、2つの部分で形成される場合には全体の体積)を有しうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)のそれぞれは、同じ高さ、同じ体積、および、同じ形状(または、2つの部分で形成される場合には2つの形状の同じセット)を有しうる。導電性ボンディング構造(431、432、432)の高さは、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、15ミクロンから100ミクロン(20ミクロンから60ミクロンのような)の範囲でありうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)は、実質的に球形、実質的に楕円形、または、実質的に円筒形でありうる。各導電性ボンディング構造(431、432、433)の最大水平寸法(球形または円筒形の直径のような)は、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、15ミクロンから100ミクロン(20ミクロンから60ミクロンのような)の範囲でありうる。
図32Bを参照すると、各第1導電性ボンディング構造431が、第1発光デバイス10Bの1つおよび第1ボンディングパッド421に取り付けられ、他の第1発光デバイス10Bおよび第1ボンディングパッド421に接触するように、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリは配置される。種々のタイプのボンディングパッド(421、422、423)の厚さの差に起因して、第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433は、下にある何れかのボンディングパッド(422、423)と接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が、第1発光素子10Bに取り付けられる場合)、または、上に重なる第1発光デバイス10Bと接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が第2ボンディングパッド422または第3ボンディング423に取り付けられる場合)。
その後、リフロープロセスが行われる。環境温度は、導電性ボンディング構造(431、432、432)の材料のリフロー温度まで上昇させられうる。第1導電性ボンディング構造431のみが、下にある第1ボンディングパッド421(第1導電性ボンディング構造431が、既に第1発光デバイス10Bにボンディングされている場合)、または、上にある第1発光デバイス10B(第1導電性ボンディング構造431が、既に第1ボンディングパッド421にボンディングされている場合)との追加のボンディングを形成する。したがって、各第1導電性ボンディング構造431は、上にある第1発光デバイス10Bおよび下にある第1ボンディングパッド421にボンディングされるようになり、一方、リフロープロセスの間、第2および第3導電性ボンディング構造(432、433)のための追加のボンディングは形成されない。本開示は、バックプレーン401と第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリとが、リフロープロセスの前に、互いに接触させられる実施形態を使用して説明されるが、バックプレーン401と第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリとの機械的移動がリフロープロセスと同時に、例えば、リフロープロセスの温度上昇ステップの間に行われる実施形態が、本明細書で明確に企図される。第1ボンディングパッド421は、上述において“下にある”ものとして説明され、一方、第1発光デバイスは例示の便宜上“上にある”ものとして説明されるが、部品は、プロセスの間に、上下逆に(すなわち、第1ボンディングパッド421が“下にある”ものであり、第1発光デバイスが“下にある”)、または、任意の他の位置に配されてもよいことを理解すべきである。
図32Cを参照すると、ボンディングされた各第1発光素子10Bを第1ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。上述と同様のレーザ照射プロセスが、使用されうる。(バックプレーン401に結合された)第1発光ダイオード10Bの第1サブセットの上にあるアブレーション材料層130の部分が、レーザビームによって照射され、アブレーションされる。レーザアブレーションは、第1サブセット内の各第1発光ダイオード10Bに対して連続的に行なわれうる。
図32Dを参照すると、第1ソース基板301Bと取り付けられた第1発光ダイオード10B(すなわち、第1発光ダイオード10Bの第1サブセットの相補物)とのアセンブリは、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bの第1サブセットから分離される。第1発光ダイオード10Bの第1サブセットは、第1導電性ボンディング構造431を介してバックプレーン401に取り付けられ、プロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリを形成する。
図32Eを参照すると、ダミー基板700のような任意の適切な圧力プレートが、第1導電性ボンディング構造431上の第1発光ダイオード10Bをバックプレーン401に向かって押すために使用される。ダミー基板700が第1発光ダイオード10Bをバックプレーン401に向かって押すと、第2発光デバイスアセンブリのプロセス中の温度が第1導電性ボンディング構造431のリフロー温度まで上昇し、第1導電性ボンディング構造431のリフローを誘起する。押す距離は、第1ボンディングパッド421の底面と第1発光ダイオード10Bの上面との間の垂直距離が最も薄いボンディングパッド(例えば、第3ボンディングパッド421)の厚さ、導電性ボンディング構造(431、432、433)(導電性ボンディング構造の間で同じである)の高さ、および、その後に取り付けられるデバイス(10G、10R)の最小の高さ(高さが異なる場合)またはその後に取り付けられるデバイス(10G、10R)の共通の高さ(高さが同じ場合)の合計よりも小さくなるように選択される。
図32A~32Eのプロセスステップは、図31Bに示すステップ1に対応しうり、バックプレーン401は、図31BのバックプレーンBP1に対応する。第2ソース基板G(第2転送基板300Gまたは第2タイプの成長基板100/500Gでありうる)から第2バックプレーンBP2の第1ボンディングパッド421に、図31Bに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第2発光デバイス10Gの第1サブセットを転送するために、同等のプロセスステップ(図31Bに示すステップ2に対応する)が、行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bのパターンと一致するパターンで、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去される第2ソース基板Gを提供しうる。
図32Fを参照すると、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去された第2ソース基板(第2転送基板301Gのような)が、プロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第2発光ダイオード10Gの第2サブセットが第2ボンディングパッド422の上に重なるように位置合わせされる。
図32Gを参照すると、各第2導電性ボンディング構造432が、第2発光デバイス10Gの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、他の第2発光デバイス10Gおよび第2ボンディングパッド422に接触するように、バックプレーン401および第2発光ダイオード10Gを含むアセンブリは配置される。第2および第3ボンディングパッド(422、423)の厚さの差に起因して、第3導電性ボンディング構造433は、下にある何れかのボンディングパッド423と接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が、第2発光素子10Gに取り付けられる場合)、または、上に重なる第2発光デバイス10Gと接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が第2ボンディングパッド422または第3ボンディング423に取り付けられる場合)。
その後、リフロープロセスが行われる。環境温度は、導電性ボンディング構造(431、432、432)の材料のリフロー温度まで上昇させられうる。第2導電性ボンディング構造432が、下にある第2ボンディングパッド422(第2導電性ボンディング構造432が既に第2発光デバイス10Gにボンディングされている場合)、または、上にある第2発光デバイス10G(第2導電性ボンディング構造432が既に第2ボンディングパッド422にボンディングされている場合)との追加のボンディングを形成する。したがって、各第2導電性ボンディング構造432は、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド422にボンディングされるようになり、一方、リフロープロセスの間、第3導電性ボンディング構造433のための追加のボンディングは形成されない。
図32Hを参照すると、ボンディングされた各第2発光素子10Gを第2ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。(バックプレーン401に結合された)第2発光ダイオード10Gのボンディングされたサブセット(すなわち、第2サブセット)の上にあるアブレーション材料層130の部分が、レーザビームによって照射され、アブレーションされる。レーザアブレーションは、バックプレーン401にボンディングされた第2発光ダイオード10Gのサブセット内の各第2発光ダイオード10Gに対して連続的に行われうる。
図32Iを参照すると、第2ソース基板301Gと取り付けられた第2発光ダイオード10G(第2ソース基板上に残る第2発光ダイオード10Gの第3サブセット)とのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第2発光ダイオード10Gの第2サブセットから分離される。第2発光ダイオード10Gの第2サブセットは、第2導電性ボンディング構造432を介してバックプレーン401に取り付けられ、プロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリを形成する。
図32Jを参照すると、ダミー基板700が、第2導電性ボンディング構造432上の第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401に向かって押すために使用される。ダミー基板700が第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401に向かって押すと、第2発光デバイスアセンブリのプロセス中の温度が第2導電性ボンディング構造432のリフロー温度まで上昇し、第2導電性ボンディング構造432のリフローを誘起する。押す距離は、第2ボンディングパッド422の底面と第2発光ダイオード10Gの上面との間の垂直距離が最も薄いボンディングパッド(例えば、第3ボンディングパッド423)の厚さ、当初提供された導電性ボンディング構造(431、432、433)(導電性ボンディング構造の間で同じである)の高さ、および、その後に取り付けられるデバイス(10R、10S)の最小の高さ(高さが異なる場合)またはその後に取り付けられる装置(10Rおよび任意で10S)の共通の高さ(高さが同じ場合)の合計よりも小さくなるように選択される。
図32F~32Jのプロセスステップは、図31Cに示すステップ6に対応しうり、バックプレーン401は、図31CのバックプレーンBP1に対応する。図31Bのステップ3および図31Cのステップ7に対応するプロセスステップは、図31Bおよび図31Cに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第3ソース基板R(第3転送基板300Rまたは第3タイプの成長基板100/500Rでありうる)から第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットを、追加のバックプレーンのボンディングパッド(例えば、図31BのBP3および図31CのBP4)に転送するために行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bおよび第2発光ダイオード10Gの組み合わされたパターンと一致するパターンで、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが除去される第3ソース基板Rを提供しうる。
図32Kを参照すると、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが前の処理ステップで除去された第3ソース基板(第3転送基板301Rのような)が、プロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第3発光ダイオード10Rの第3サブセットが第3ボンディングパッド423の上に重なるように位置合わせされる。
図32Lを参照すると、各第3導電性ボンディング構造433が、第3発光デバイス10Rの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、他の第3発光デバイス10Rおよび第3ボンディングパッド423に接触するように、バックプレーン401および第3発光ダイオード10Rを含むアセンブリは配置される。より薄い厚さを有する追加のボンディングパッド(不図示)が存在する場合、そのような追加のボンディングパッドの上にある追加の導電性ボンディング構造(不図示)は、下にある追加のボンディングパッドと接触しない(追加の導電性ボンディング構造が、第3ソース基板に取り付けられる場合)、または、上にある第3発光デバイス10Rと接触しない(追加の導電性ボンディング構造が、追加のボンディングパッドに取り付けられる場合)。
その後、リフロープロセスが行われる。環境温度は、導電性ボンディング構造(431、432、432)の材料のリフロー温度まで上昇させられうる。第3導電性ボンディング構造433が、下にある第3ボンディングパッド423(第3導電性ボンディング構造433が、既に第3発光デバイス10Rにボンディングされている場合)、または、上にある第3発光デバイス10R(第3導電性ボンディング構造433が、既に第3ボンディングパッド423にボンディングされている場合)との追加のボンディングを形成する。したがって、各第3導電性ボンディング構造433は、上にある第3発光デバイス10Rおよび下にある第3ボンディングパッド423にボンディングされるようになり、一方、リフロープロセスの間、追加の導電性ボンディング構造(存在する場合)のための追加のボンディングは形成されない。
図32Mを参照すると、ボンディングされた各第3発光素子10Rを第3ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。(バックプレーン401に結合された)第3発光ダイオード10Rのボンディングされたサブセット(すなわち、第3サブセット)の上にあるアブレーション材料層130の部分が、レーザビームによって照射され、アブレーションされる。レーザアブレーションは、バックプレーン401にボンディングされた第3発光ダイオード10Rのサブセット内の各第3発光ダイオード10Rに対して連続的に行われうる。
図32Nを参照すると、第3ソース基板301Rともしあれば残りの第3発光ダイオード10Rとのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第3発光ダイオード10Rの第3サブセットから分離されている。第3発光ダイオード10Rの第3サブセットは、第3導電性ボンディング構造433を介してバックプレーン401に取り付けられ、第2の例示的な発光デバイスアセンブリを形成する。
任意で、ダミー基板700が、第3導電性ボンディング構造433上の第3発光ダイオード10Rをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。ダミー基板700が第3発光ダイオード10Rをバックプレーン401に向かって押すと、第2発光デバイスアセンブリの温度が第3導電性ボンディング構造433のリフロー温度まで上昇し、第3導電性ボンディング構造433のリフローを誘起する。任意の追加のデバイス(センサデバイス10Sのような)が後にバックプレーン401に取り付けられる場合、押す距離は、第3ボンディングパッド423の底面と第3発光ダイオード10Rの上面との間の垂直距離が追加のボンディングパッドの厚さ、追加の導電性ボンディング構造の高さ(当初提供された他の導電性ボンディングパッド(431、432、433)の高さと同じでありうる)、および、後に行われるデバイス(センサデバイス10Sのような)の最小の高さの合計よりも小さくなるように選択されうる。
図33Aを参照すると、本開示の実施形態による第3の例示的な発光デバイスアセンブリを形成するために使用されうるプロセス中の構造が示されている。プロセス中の第3の例示的な発光デバイスアセンブリは、ボンディングパッド(421、422、423)に同じ厚さを使用し、導電性ボンディング構造(431、432、433)に異なる高さを使用することによって、図32Aのプロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリから派生しうる。ボンドパッド(421、422、423)は、上述のボンドパッド420と同じ組成を有しうる。この実施形態において、バックプレーン基板400は、実質的に平坦な(すなわち、階段状でない)上面、または、図9に示されるような、階段状の上面を有していてもよく、ボンドパッド(421、422、423)は、同じ高さ、または、図32Aに示されるような、異なる高さを有していてもよい。
導電性ボンディング構造(431、432、433)は、異なる高さを有する複数のタイプを含みうる。例えば、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1高さを有する第1導電性ボンディング構造431と、第2高さを有する第2導電性ボンディング構造432と、第3高さを有する第3導電性ボンディング構造433と、を含みうる。異なる高さを有する追加の導電性ボンディング構造(不図示)が、また、使用されてもよい。1つの実施形態において、第1高さは第2高さよりも大きくされうり、第2高さは第3高さよりも大きくされうる。第1高さと第2高さとの間の差は、0.3ミクロンから10ミクロン(1ミクロンから5ミクロンのような)の範囲でありうり、第2高さと第3高さとの間の差は、0.3ミクロンから10ミクロン(1ミクロンから5ミクロンのような)の範囲でありうる。最小の導電性ボンディング構造(例えば、433)の高さは、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、10ミクロンから80ミクロン(例えば、15ミクロンから50ミクロン)の範囲でありうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401に転送されるデバイス上に形成されうる。例えば、第1発光ダイオード10Bは、バックプレーン基板400に転送される第1デバイスでありうる。第1発光ダイオード10Bは、第1転送基板30Bまたは第1タイプの成長基板100Bでありうる第1ソース基板B上に位置しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上述の導電性ボンディング構造430のいずれであってもよい。導電性ボンディング構造431は、第1発光ダイオード10Bの第1サブセット上に形成され、その後、バックプレーン基板400に転送される。第2導電性ボンディング構造432は、第1発光ダイオード10Bの第2サブセット上に形成され、その後、別のバックプレーン基板(不図示)に転送される。第3導電性ボンディング構造433は、第1発光ダイオード10Bの第3サブセット上に形成され、その後、さらに別のバックプレーン基板に転送される。任意で、追加の導電性ボンディング構造が、第1発光ダイオード10Bの別のサブセット上に形成され、その後、さらに別のバックプレーン基板に転送される。
代わりに、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401のボンドパッド(421、422、423)上に形成されてもよい。この場合、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、すべてのボンドパッド(421、422、423)上に同時に形成されうる。
さらに代わりに、各導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の一部が第1発光ダイオード10B上に形成され、対応する導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の他の一部が整合するボンドパッド(421、422、または、423)の表面上に形成されるように、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、2つの物理的に分離した部分として形成されうる。1つの実施形態において、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に形成された上部とボンドパッド(421、422または423)上に形成された下部との間で、ほぼ均等に分割された2つの分離部として形成されうる。
異なるタイプの導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に連続的に形成されうる。第1導電性ボンディング構造431は、第2導電性ボンディング構造432よりも大きな体積を有しうり、第2導電性ボンディング構造432は、第3導電性ボンディング構造433よりも大きな体積を有しうる。1つの実施形態において、異なるタイプの導電性ボンディング構造(431、432、433)は、実質的に同じ最大横寸法(例えば、球形または円筒形の直径)を有しうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)は、実質的に楕円形、または、実質的に円筒形でありうる。各導電性ボンディング構造(431、432、433)の最大水平寸法(球形または円筒形の直径のような)は、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、15ミクロンから100ミクロン(20ミクロンから60ミクロンのような)の範囲でありうる。
図33Bを参照すると、各第1導電性ボンディング構造431が、第1発光デバイス10Bの1つおよび第1ボンディングパッド421に取り付けられ、他の第1発光デバイス10Bおよび第1ボンディングパッド421に接触するように、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリは配置される。種々のタイプの導電性ボンディング構造(431、432、432)の高さの差に起因して、第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433は、下にある何れかのボンディングパッド(422、423)と接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が、第1発光素子10Bに取り付けられる場合)、または、上に重なる第1発光デバイス10Bと接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が第2ボンディングパッド422または第3ボンディング423に取り付けられる場合)。
その後、図32Bのプロセスステップと同様の方法で、リフロープロセスが行われる。
図33Cを参照すると、図32Cのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第1発光素子10Bを第1ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。
図33Dを参照すると、第1ソース基板301Bと取り付けられた第1発光ダイオード10B(すなわち、第1発光ダイオード10Bの第1サブセットの相補物)とのアセンブリは、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bの第1サブセットから分離される。
図33Eを参照すると、図32Eのプロセスステップと同様の方法で、第1導電性ボンディング構造431をリフローさせる間、ダミー基板700が、第1導電性ボンディング構造431上の第1発光ダイオード10Bをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
図33A~33Eのプロセスステップは、図31Bに示すステップ1に対応しうり、バックプレーン401は、図31BのバックプレーンBP1に対応する。第2ソース基板G(第2転送基板300Gまたは第2タイプの成長基板100/500Gでありうる)から第2バックプレーンBP2の第1ボンディングパッド421に、図31Bに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第2発光デバイス10Gの第1サブセットを転送するために、同等のプロセスステップ(図31Bに示すステップ2に対応する)が、行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bのパターンと一致するパターンで、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去される第2ソース基板Gを提供しうる。
図33Fを参照すると、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去された第2ソース基板(第2転送基板301Gのような)が、プロセス中の第4の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第2発光ダイオード10Gの第2サブセットが第2ボンディングパッド422の上に重なるように位置合わせされる。
図33Gを参照すると、各第2導電性ボンディング構造432が、第2発光デバイス10Gの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、他の第2発光デバイス10Gおよび第2ボンディングパッド422に接触するように、バックプレーン401および第2発光ダイオード10Gを含むアセンブリは配置される。第2および第3導電性ボンディング構造(432、433)の高さの差に起因して、第3導電性ボンディング構造433は、下にある何れかのボンディングパッド423と接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が、第2発光素子10Gに取り付けられる場合)、または、上に重なる第2発光デバイス10Gと接触しない(第2導電性ボンディング構造432および第3導電性ボンディング構造433が、第2ボンディングパッド422または第3ボンディング423に取り付けられる場合)。
その後、図32Gのプロセスステップと同様の方法で、リフロープロセスが行われる。各第2導電性ボンディング構造432は、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド422にボンディングされるようになり、一方、リフロープロセスの間、第3導電性ボンディング構造433のための追加のボンディングは形成されない。
図33Hを参照すると、ボンディングされた各第2発光素子10Gを第2ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。図32Hのプロセスステップと同様のレーザ照射工程が行われうる。
図33Iを参照すると、第2ソース基板301Gと取り付けられた第2発光ダイオード10G(第2ソース基板上に残る第2発光ダイオード10Gの第3サブセット)とのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第2発光ダイオード10Gの第2サブセットから分離される。
図33Jを参照すると、図32Jのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第2導電性ボンディング構造432上の第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401に向かって押すために使用される。
図33F~33Jのプロセスステップは、図31Cに示すステップ6に対応しうり、バックプレーン401は、図31CのバックプレーンBP1に対応する。図31Bのステップ3および図31Cのステップ7に対応するプロセスステップは、図31Bおよび図31Cに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第3ソース基板R(第3転送基板300Rまたは第3タイプの成長基板100/500Rでありうる)から第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットを、追加のバックプレーンのボンディングパッド(例えば、図31BのBP3および図31CのBP4)に転送するために行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bおよび第2発光ダイオード10Gの組み合わされたパターンと一致するパターンで、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが除去される第3ソース基板Rを提供しうる。
図33Kを参照すると、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが前の処理ステップで除去された第3ソース基板(第3転送基板301Rのような)が、プロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第3発光ダイオード10Rの第3サブセットが第3ボンディングパッド423の上に重なるように位置合わせされる。
図33Lを参照すると、各第3導電性ボンディング構造433が、第3発光デバイス10Rの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、他の第3発光デバイス10Rおよび第3ボンディングパッド423に接触するように、バックプレーン401および第3発光ダイオード10Rを含むアセンブリは配置される。より薄い高さを有する追加の導電性ボンディング構造(不図示)が存在する場合、そのような追加のボンディングパッドの上にある追加の導電性ボンディング構造(不図示)は、下にある追加のボンディングパッドと接触しない(追加の導電性ボンディング構造が、第3ソース基板に取り付けられる場合)、または、上にある第3発光デバイス10Rと接触しない(追加の導電性ボンディング構造が、追加のボンディングパッドに取り付けられる場合)。
その後、図32Lのプロセスステップと同様の方法で、リフロープロセスが行われる。
図33Mを参照すると、図32Mのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第3発光素子10Rを第3ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。
図33Nを参照すると、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、第3ソース基板301Rともしあれば残りの第3発光ダイオード10Rとのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第3発光ダイオード10Rの第3サブセットから分離されている。
任意で、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第3導電性ボンディング構造433上の第3発光ダイオード10Rをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
図34Aを参照すると、デバイスをバックプレーンにボンディングするために選択的レーザ半田付けが使用される、本開示の実施形態による第4の例示的な発光デバイスアセンブリを形成するために使用されうるプロセス中の構造が示されている。プロセス中の第4の例示的な発光デバイスアセンブリは、ボンディングパッド(421、422、423)に同じ厚さを使用し、導電性ボンディング構造(431、432、433)に同じ高さを使用することによって、図32Aのプロセス中の第2の例示的な発光デバイスアセンブリ、または、図33Aのプロセス中の第3の例示的な発光デバイスアセンブリから派生しうる。ボンドパッド(421、422、423)は、上述のボンドパッド420と同じ組成を有しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上述の導電性ボンディング構造430と同じ組成を有しうる。この実施形態において、バックプレーン基板400は、実質的に平坦な(すなわち、階段状でない)上面、または、図9に示されるような、階段状の上面を有していてもよい。ボンドパッド(421、422、423)は、同じ高さ、または、図32Aに示されるような、異なる高さを有しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、同じ高さ、または、図33Aに示されるような、異なる高さを有しうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401に転送されるデバイス上に形成されうる。例えば、第1発光ダイオード10Bは、バックプレーン基板400に転送される第1デバイスでありうる。第1発光ダイオード10Bは、第1転送基板300Bまたは第1タイプの成長基板100/500Bでありうる第1ソース基板301B上に位置しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上述の導電性ボンディング構造430のいずれであってもよい。導電性ボンディング構造431は、第1発光ダイオード10Bの第1サブセット上に形成され、その後、バックプレーン基板400に転送される。第2導電性ボンディング構造432は、第1発光ダイオード10Bの第2サブセット上に形成され、その後、別のバックプレーン基板(不図示)に転送される。第3導電性ボンディング構造433は、第1発光ダイオード10Bの第3サブセット上に形成され、その後、さらに別のバックプレーン基板に転送される。任意で、追加の導電性ボンディング構造が、第1発光ダイオード10Bの別のサブセット上に形成され、その後、さらに別のバックプレーン基板に転送される。
代わりに、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401のボンドパッド(421、422、423)上に形成されてもよい。この場合、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、すべてのボンドパッド(421、422、423)上に同時に形成されうる。
さらに代わりに、各導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の一部が第1発光ダイオード10B上に形成され、対応する導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の他の一部が整合するボンドパッド(421、422、または、423)の表面上に形成されるように、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、2つの物理的に分離した部分として形成されうる。1つの実施形態において、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に形成された上部とボンドパッド(421、422または423)上に形成された下部との間で、ほぼ均等に分割された2つの分離部として形成されうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)は、実質的に球形、実質的に楕円形、または、実質的に円筒形でありうる。各導電性ボンディング構造(431、432、433)の最大水平寸法(球形または円筒形の直径のような)は、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、15ミクロンから100ミクロン(20ミクロンから60ミクロンのような)の範囲でありうる。
図34Bを参照すると、各導電性ボンディング構造(431、432、433)が、第1発光デバイス10Bの1つおよびボンディングパッド(421、422、423)に取り付けられ、他の第1発光デバイス10Bおよびボンディングパッド(421、422、または、423)に接触するように、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリは配置される。1つの実施形態において、各第1導電性ボンディング構造431が上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第1ボンディングパッド421に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第1ボンディングパッド421に接触し、各第2導電性ボンディング構造432は上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第2ボンディングパッド422に接触し、各第3導電性ボンディング構造433は上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第3ボンディングパッド423に接触する。
加熱レーザ467が、第1導電性ボンディング構造431をリフローするために使用されうる。加熱レーザ467は、ソース基板301Bの材料内、または、転送されるデバイス(例えば、第1発光デバイス10B)の材料内よりも、導電性ボンディング構造(431、432、433)の材料内により大きなエネルギの吸収を誘起する波長を有しうる。例えば、加熱レーザ467は、リフローされるべき導電性ボンディング構造431の材料と、リフローされるべきではない導電性ボンディング構造432、433の材料と、の間に選択加熱を提供するために、1から2ミクロンのような、0.8ミクロンから20ミクロンの範囲の波長を有しうる。導電性ボンディング構造431と、ソース基板301Bおよび転送されるデバイスの材料と、の間にも、また、選択加熱が提供される。各第1導電性ボンディング構造431をリフローするために、第1導電性ボンディング構造431は、加熱層467からのレーザビームの連続する照射によって選択的に加熱されうり、各第1導電性ボンディング構造431を、上にある第1発光デバイス10Bおよび下にある第1ボンディングパッド421にボンディングする。好ましくは、レーザビームは、ソース基板301Bを介して提供される。レーザビームは、選択的な加熱のために、ソース基板301Bを通って、デバイスを通って、導電性ボンディング構造431に伝達されてもよい。代わりに、残りの導電性ボンディング構造(432、433)をリフローすることなく、導電性ボンディング構造431を選択的に加熱およびリフローするために、導電性ボンディング構造431に隣接するソース基板またはデバイスによって、レーザビームが吸収されてもよい。
図34Cを参照すると、図32Cのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第1発光素子10Bを第1ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。レーザ477(本明細書では“アブレーションレーザ”と呼ばれる)の波長は、加熱レーザ467の波長とは異なりうり(例えば、より短い)、0.25から0.5ミクロンのような、例えば、0.1ミクロンと0.75ミクロンとの間である。レーザは、ソース基板301Bおよび転送されたデバイス(例えば、第1発光ダイオード10B)の材料よりも、アブレーション材料層130の材料により多くの加熱を提供する。第1導電性ボンディング構造431の上にあるアブレーション材料層130の各部分は、下にある各第1発光デバイス10Bを解離するために、レーザ477からのレーザビームによって連続的に照射されうる。
図34Dを参照すると、第1ソース基板301Bと取り付けられた第1発光ダイオード10B(すなわち、第1発光ダイオード10Bの第1サブセットの相補物)とのアセンブリは、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bの第1サブセットから分離される。
図34Eを参照すると、図32Eのプロセスステップと同様の方法で、第1導電性ボンディング構造431をリフローさせる間、ダミー基板700が、第1導電性ボンディング構造431上の第1発光ダイオード10Bをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
図34A~34Eのプロセスステップは、図31Bに示すステップ1に対応しうり、バックプレーン401は、図31BのバックプレーンBP1に対応する。第2ソース基板G(第2転送基板300Gまたは第2タイプの成長基板100/500Gでありうる)から第2バックプレーンBP2の第1ボンディングパッド421に、図31Bに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第2発光デバイス10Gの第1サブセットを転送するために、同等のプロセスステップ(図31Bに示すステップ2に対応する)が、行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bのパターンと一致するパターンで、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去される第2ソース基板Gを提供しうる。
図34Fを参照すると、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去された第2ソース基板(第2転送基板301Gのような)が、プロセス中の第4の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第2発光ダイオード10Gの第2サブセットが第2ボンディングパッド422の上に重なるように位置合わせされる。
図34Gを参照すると、各第2導電性ボンディング構造432が、第2発光デバイス10Gの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、他の第2発光デバイス10Gおよび第2ボンディングパッド422に接触するように、バックプレーン401および第2発光ダイオード10Gを含むアセンブリは配置される。
1つの実施形態において、各第2導電性ボンディング構造432は上にある第2発光デバイス10Gの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、上にある他の第2発光デバイス10Gおよび第2ボンディングパッド422に接触し、各第3導電性ボンディング構造433は上にある第2発光デバイス10Gの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、上にある他の第2発光デバイス10Gおよび第3ボンディングパッド423に接触する。
加熱レーザ467が、残りの導電性ボンディング構造(431、433)をリフローすることなく、第2導電性ボンディング構造432をリフローするために使用される。加熱レーザ467は、ソース基板301Gの材料内、または、転送されるデバイス(例えば、第2発光デバイス10G)の材料内よりも、導電性ボンディング構造(431、432、433)の材料内により大きなエネルギの吸収を誘起する波長を有しうる。図34Bのプロセスステップと同様のレーザ照射工程が使用されうる。各第2導電性ボンディング構造432をリフローするために、第2導電性ボンディング構造432は、加熱層467からのレーザビームによって連続的に照射されうり、各第2導電性ボンディング構造432を、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド422にボンディングする。
図34Hを参照すると、図32Hのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第2発光素子10Gを第2ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。レーザ477の波長は加熱レーザ467の波長とは異なりうり、ソース基板301Gおよび転送されたデバイス(例えば、第2発光ダイオード10G)の材料よりも、アブレーション材料層130の材料により多くの加熱を提供する。第2導電性ボンディング構造432の上にあるアブレーション材料層130の各部分は、下にある各第2発光デバイス10Gを解離するために、層477からのレーザビームによって連続的に照射されうる。
図34Iを参照すると、第2ソース基板301Gと取り付けられた第2発光ダイオード10G(第2ソース基板上に残る第2発光ダイオード10Gの第3サブセット)とのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第2発光ダイオード10Gの第2サブセットから分離される。
図34Jを参照すると、図32Jのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第2導電性ボンディング構造432上の第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401に向かって押すために使用される。
図34F~34Jのプロセスステップは、図31Cに示すステップ6に対応しうり、バックプレーン401は、図31CのバックプレーンBP1に対応する。図31Bのステップ3および図31Cのステップ7に対応するプロセスステップは、図31Bおよび図31Cに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第3ソース基板R(第3転送基板300Rまたは第3タイプの成長基板100/500Rでありうる)から第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットを、追加のバックプレーンのボンディングパッド(例えば、図31BのBP3および図31CのBP4)に転送するために行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bおよび第2発光ダイオード10Gの組み合わされたパターンと一致するパターンで、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが除去される第3ソース基板Rを提供しうる。
図34Kを参照すると、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが前の処理ステップで除去された第3ソース基板(第3転送基板301Rのような)が、プロセス中の第4の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第3発光ダイオード10Rの第3サブセットが第3ボンディングパッド423の上に重なるように位置合わせされる。
図34Lを参照すると、バックプレーン401および第3発光ダイオード10Rを含むアセンブリは、各第3導電性ボンディング構造433が第3発光デバイス10Rの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、他の第3発光デバイス10Rおよび第3ボンディングパッド423に接触するように配置される。任意の追加の導電性ボンディング構造(不図示)が存在する場合、そのような追加のボンディングパッドの上にある追加の導電性ボンディング構造(不図示)は、下にある追加のボンディングパッドおよび上にある第3発光デバイス10Rに接触することができ、下にある追加のボンディングパッドまたは上にある第3発光デバイス10Rに取り付けることができる。
加熱レーザ467が、第3導電性ボンディング構造433をリフローするために使用される。加熱レーザ467は、ソース基板301Rの材料内、または、転送されるデバイス(例えば、第3発光デバイス10R)の材料内よりも、第3導電性ボンディング構造433の材料内により大きなエネルギの吸収を誘起する波長を有しうる。図34Bまたは図34Gのプロセスステップと同様のレーザ照射工程が使用されうる。各第3導電性ボンディング構造433をリフローするために、第3導電性ボンディング構造433は、加熱層467からのレーザビームによって連続的に照射されうり、各第3導電性ボンディング構造433を、上にある第3発光デバイス10Rおよび下にある第3ボンディングパッド423にボンディングする。
図34Mを参照すると、図32Mのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第3発光素子10Rを第3ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。
図34Nを参照すると、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、第3ソース基板301Rともしあれば残りの第3発光ダイオード10Rとのアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第3発光ダイオード10Rの第3サブセットから分離されている。
任意で、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第3導電性ボンディング構造433上の第3発光ダイオード10Rをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
図35Aを参照すると、部品が選択的レーザ加熱ではなく非選択的加熱によって同時にボンディングされる本開示の実施形態による第5の例示的な発光デバイスアセンブリを形成するために使用されうるプロセス中の構造が示されている。プロセス中の第5の例示的な発光デバイスアセンブリは、図34Aのプロセス中の第4の例示的な発光デバイスアセンブリと同様でありうる。この実施形態において、バックプレーン基板400は、実質的に平坦な(すなわち、階段状でない)上面、または、図9に示されるような、階段状の上面を有していてもよい。ボンドパッド(421、422、423)は、同じ高さ、または、図32Aに示されるような異なる高さを有しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、同じ高さ、または、図33Aに示されるような、異なる高さを有しうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401に転送されるデバイス上に形成されうる。例えば、第1発光ダイオード10Bは、バックプレーン基板400に転送される第1デバイスでありうる。第1発光ダイオード10Bは、第1転送基板300Bまたは第1タイプの成長基板100/500Bでありうる第1ソース基板B上に位置しうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上述の導電性ボンディング構造430のいずれであってもよい。
代わりに、導電性ボンディング構造(431、432、433)が、バックプレーン401のボンドパッド(421、422、423)上に形成されてもよい。この場合、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、すべてのボンドパッド(421、422、423)上に同時に形成されうる。
さらに代わりに、各導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の一部が第1発光ダイオード10B上に形成され、対応する導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の他の一部が整合するボンドパッド(421、422、または、423)の表面上に形成されるように、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、2つの物理的に分離した部分として形成されうる。1つの実施形態において、各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、第1発光ダイオード10B上に形成された上部とボンドパッド(421、422または423)上に形成された下部との間で、ほぼ均等に分割された2つの分離部として形成されうる。
1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、432)は、実質的に球形、実質的に楕円形、または、実質的に円筒形でありうる。各導電性ボンディング構造(431、432、433)の最大水平寸法(球形または円筒形の直径のような)は、より小さなおよびより大きな高さもまた使用されうるが、15ミクロンから100ミクロン(20ミクロンから60ミクロンのような)の範囲でありうる。
図35Bを参照すると、各導電性ボンディング構造(431、432、433)が、第1発光デバイス10Bの1つおよびボンディングパッド(421、422、423)に取り付けられ、他の第1発光デバイス10Bおよびボンディングパッド(421、422、または、423)に接触するように、バックプレーン401および第1発光ダイオード10Bを含むアセンブリは配置される。1つの実施形態において、各第1導電性ボンディング構造431が上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第1ボンディングパッド421に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第1ボンディングパッド421に接触し、各第2導電性ボンディング構造432は上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第2ボンディングパッド422に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第2ボンディングパッド422に接触し、各第3導電性ボンディング構造433は上にある第1発光デバイス10Bの1つおよび第3ボンディングパッド423に取り付けられ、上にある他の第1発光デバイス10Bおよび第3ボンディングパッド423に接触する。
リフロープロセスが、導電性ボンディング構造(431、432、433)をリフローするために行われる。リフロープロセスは、例えば、バックプレーン401とその上に取り付けられた構造を有する第1ソース基板301Bとのアセンブリを、炉または任意の他の温度制御された環境内に設置することによって、導電性ボンディング構造(431、432、433)に均一な加熱を提供することで行われうる。各導電性ボンディング構造(431、432、433)は、上にある第1発光デバイス10Bおよび下にあるボンディングパッド(421、422、423)にボンディングされうる。導電性ボンディング構造(431、432、433)のボンディングは、同時に起きうる。
図35Cを参照すると、図32Cのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第1発光素子10Bを第1ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。レーザ477の波長は、ソース基板301Bおよび転送されたデバイス(例えば、第1発光ダイオード10B)の材料よりも、アブレーション材料層130の材料により多くの加熱を提供する。第1導電性ボンディング構造431の上にあるアブレーション材料層130の各部分は、下にある各第1発光デバイス10Bを解離するために、層477からのレーザビームによって連続的に照射されうる。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)の温度は、レーザ照射を使用する解離プロセスの間、リフロー温度未満に維持されうる。代わりに、導電性ボンディング構造(431、432、433)の温度は、レーザ照射を使用する解離プロセスの間、リフロー温度付近に維持されうる。
図35Dを参照すると、導電性ボンディング構造(431、432、433)の温度は、炉加熱などの非選択的加熱によって、本明細書では“分離温度”と呼ばれるプリセット温度に変更されうる。分離温度は、第2および第3導電性ボンディング構造(432、433)のそれぞれが、第2および第3ボンディング構造(432、433)に追加の破損を引き起こすことなく、2つの部分に分割されうる温度である。分離温度は、リフロー温度と同じであってもよく、リフロー温度よりも低くてもよく(例えば、摂氏10度未満)、または、リフロー温度よりも高くてもよい(例えば、摂氏20度未満)。1つの実施形態において、導電性ボンディング構造(431、432、433)の温度は、図35Bのプロセスステップにおけるリフロー温度であってもよく、図35Cのプロセスステップにおけるリフロー温度よりも低いプロセス温度まで下げられてもよく、図35Dのプロセスステップにおける分離温度まで上げられてもよい。
第1導電性ボンディング構造431は、図35Cのレーザアブレーションプロセスの後に、第1ソース基板301Bに取り付けられない。第1ソース基板301Bおよび取り付けられた第1発光ダイオード10Bのアセンブリ(すなわち、第1発光ダイオード10Bの第1サブセットの相補物)が、分離温度でバックプレーン401および第1発光ダイオード10Bの第1サブセットから引き離されると、第2および第3導電性ボンディング構造(432、433)のそれぞれが、2つの部分に分割されうる。例えば、各第2導電性結合構造432は、第1発光デバイス10Bに取り付けられた上部第2導電性ボンディング材料部432Uと、バックプレーン401に取り付けられた下部第2導電性ボンディング材料部432Lと、に分割されうり、各第3導電性ボンディング構造433は、第1発光デバイス10Bに取り付けられた上部第3導電性ボンディング材料部433Uと、バックプレーン401に取り付けられた下部第3導電性ボンディング材料部433Lと、に分割されうる。下部導電性ボンディング材料部(432Lまたは433L)における導電性ボンディング材料の量に対する上部導電性ボンディング材料部(432Uまたは433U)における導電性ボンディング材料の量の比は、分離温度の選択に応じて、約1または1未満とされうる。
図35Eを参照すると、図32Eのプロセスステップと同様の方法で、第1導電性ボンディング構造431をリフローさせる間、ダミー基板700が、第1導電性ボンディング構造431上の第1発光ダイオード10Bをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
図35A~35Eのプロセスステップは、図31Bに示すステップ1に対応しうり、バックプレーン401は、図31BのバックプレーンBP1に対応する。第2ソース基板G(第2転送基板300Gまたは第2タイプの成長基板100/500Gでありうる)から第2バックプレーンBP2の第1ボンディングパッド421に、図31Bに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第2発光デバイス10Gの第1サブセットを転送するために、同等のプロセスステップ(図31Bに示すステップ2に対応する)が、行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bのパターンと一致するパターンで、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去される第2ソース基板Gを提供しうる。
図35Fを参照すると、第2発光デバイス10Gの第1サブセットが除去された第2ソース基板(第2転送基板301Gのような)が、プロセス中の第5の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第2発光ダイオード10Gの第2サブセットが第2ボンディングパッド422の上に重なるように位置合わせされる。各上部導電性ボンディング材料部(432Uまたは433U)は、位置合わせプロセス後に、下にある下部導電性ボンディング材料部(432Lまたは433L)に位置合わせすることができる。
図35Gを参照して、上部導電性ボンディング材料部(432U、433U)および下部導電性ボンディング材料部(432L、433L)の材料のリフロー温度まで昇温させ、バックプレーン401と第2発光ダイオード10Gを含むアセンブリとが、互いに接触する。温度の上昇と、上部導電性ボンディング材料部(432U、433U)と下部導電性ボンディング材料部(432L、433L)との間の分離距離の減少と、を同時に行うことは、上部導電性ボンディング材料部(432U、433U)と下部導電性ボンディング材料部(432L、433L)との間の、その形状の不規則性に起因する破損、および/または、不整合を回避させうる。
上部第2導電性ボンディング材料部432Uおよび下部第2導電性ボンディング材料部432Lの垂直方向に隣接する各ペアは、第2導電性ボンディング構造432を形成するように融合する。上部第3導電性ボンディング材料部433Uおよび下部第3導電性ボンディング材料部433Lの垂直方向に隣接する各ペアは、第2導電性ボンディング構造433を形成するように融合する。各第2導電性ボンディング構造432は、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド422にボンディングされる。各第3導電性ボンディング構造433は、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド423にボンディングされる。
図35Hを参照すると、図32Hのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第2発光素子10Gを第2ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。レーザ477の波長は、ソース基板301Gおよび転送されたデバイス(例えば、第2発光ダイオード10G)の材料よりも、アブレーション材料層130の材料により多くの加熱を提供する。第2導電性ボンディング構造432の上にあるアブレーション材料層130の各部分は、下にある各第2発光デバイス10Gを解離するために、層477からのレーザビームによって連続的に照射されうる。
図35Iを参照すると、第2導電性ボンディング構造432は、図35Cのレーザアブレーションプロセスの後に、第2ソース基板301Bに取り付けられない。導電性ボンディング構造(431、432、433)の温度は、分離温度に変更されうり、第2ソース基板301Gおよび取り付けられた第2発光ダイオード10Gのアセンブリは、分離温度でバックプレーン401および第1発光ダイオード10Bの第1サブセットから引き離される。第3導電性ボンディング構造433のそれぞれが、2つの部分に分割されうる。具体的には、各第3導電性ボンディング構造433が、第1発光デバイス10Bに取り付けられた上部第3導電性ボンディング材料部433Uと、バックプレーン401に取り付けられた下部第3導電性ボンディング材料部分433Lと、に分割されうる。下部第3導電性ボンディング材料部433Lにおける導電性ボンディング材料の量に対する上部第3導電性ボンディング材料部433Uにおける導電性ボンディング材料の量の比は、分離温度の選択に応じて、約1または1未満とされうる。
図35Jを参照すると、図32Jのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第2導電性ボンディング構造432上の第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401に向かって押すために使用される。
図35F~35Jのプロセスステップは、図31Cに示すステップ6に対応しうり、バックプレーン401は、図31CのバックプレーンBP1に対応する。図31Bのステップ3および図31Cのステップ7に対応するプロセスステップは、図31Bおよび図31Cに示す転送パターン(または、任意の他のパターン)を使用して、第3ソース基板R(第3転送基板300Rまたは第3タイプの成長基板100/500Rでありうる)から第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットを、追加のバックプレーンのボンディングパッド(例えば、図31BのBP3および図31CのBP4)に転送するために行われうる。このようなプロセスステップは、バックプレーン401上の第1発光ダイオード10Bおよび第2発光ダイオード10Gの組み合わされたパターンと一致するパターンで、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが除去される第3ソース基板Rを提供しうる。
図35Kを参照すると、第3発光デバイス10Rの第1サブセットおよび第2サブセットが前の処理ステップで除去された第3ソース基板(第3転送基板301Rのような)が、プロセス中の第5の例示的な発光デバイスアセンブリの上に配置され、第3発光ダイオード10Rの第3サブセットが第3ボンディングパッド423の上に重なるように位置合わせされる。各上部第3導電性ボンディング材料部433Uは、位置合わせプロセス後に、下にある下部第3導電性ボンディング材料部433Lに位置合わせすることができる。
図35Lを参照して、上部第3導電性ボンディング材料部433Uおよび下部第3導電性ボンディング材料部433Lの材料のリフロー温度まで昇温させ、バックプレーン401と第2発光ダイオード10Gを含むアセンブリとが、互いに接触する。温度の上昇と、上部第3導電性ボンディング材料部433Uと下部第3導電性ボンディング材料部433Lとの間の分離距離の減少と、を同時に行うことは、上部第3導電性ボンディング材料部433Uと下部第3導電性ボンディング材料部433Lとの間の、その形状の不規則性に起因する破損、および/または、不整合を回避させうる。
上部第3導電性ボンディング材料部433Uおよび下部第3導電性ボンディング材料部433Lの垂直方向に隣接する各ペアは、第2導電性ボンディング構造433を形成するように融合する。各第3導電性ボンディング構造433は、上にある第2発光デバイス10Gおよび下にある第2ボンディングパッド423にボンディングされる。
図35Mを参照すると、図32Mのプロセスステップと同様の方法で、ボンディングされた各第3発光素子10Rを第3ソース基板から分離するためのレーザ照射プロセスが行われる。
図35Nを参照すると、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、第3ソース基板301Rと、もしあれば残りの第3発光ダイオード10Rと、のアセンブリは、バックプレーン401およびバックプレーン401に取り付けられた第3発光ダイオード10Rの第3サブセットから分離されている。
任意で、図32Nのプロセスステップと同様の方法で、ダミー基板700が、第3導電性ボンディング構造433上の第3発光ダイオード10Rをバックプレーン401に向かって押すために使用されてもよい。
本開示の種々の実施形態によれば、少なくとも1つの集積発光デバイスアセンブリを形成する方法が提供される。第1ソース基板301Bと第1波長の光を放射する第1発光デバイス10Bとを含む第1アセンブリが、バックプレーン401の上に配される。第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)は、バックプレーン401と第1アセンブリとの間に配される。第1発光デバイス10Bの第1サブセットは、第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)を介してバックプレーン401にボンディングされる。第1発光デバイス10Bの第1サブセットは、第1発光デバイス10Bの第1サブセットの上にある材料部130のレーザアブレーションによって、第1ソース基板301Bから分離される。第1ソース基板301Bと第1発光デバイス10Bの第2サブセットとを含むアセンブリは、バックプレーン401から分離され、一方、図14、32D、33D、34Dおよび35Dに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットはバックプレーン401に結合されたままである。
1つの実施形態において、第2ソース基板301Gおよび第2発光デバイス10Gを含む第2アセンブリが提供される。第2発光デバイス10Gは、第1波長とは異なる第2波長の光を放射する。第2発光デバイス10Gは、第1パターン(図31Bの第2ソース基板Gのパターンまたは空隙のような)を形成する空隙位置には存在しない。第2ソース基板301Gおよび第2発光デバイス10Gを含む第2アセンブリは、バックプレーン401の上に配される。第2導電性ボンディング構造432は、バックプレーン401と第2アセンブリとの間に配される。図15、図16、図32F、図32G、図33F、図33G、図34F、図34G、図35Fおよび図35Gに示されるように、第1パターンの空隙位置は、第2アセンブリがバックプレーン401の上に配されたときに、バックプレーン402にボンディングされる第1発光デバイス10Bのすべてのエリアの上に重なる。
1つの実施形態において、第2発光デバイス10Gの第1サブセットは、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)を介してバックプレーン401にボンディングされる。第2発光デバイス10Gの第1サブセットは、第2発光デバイスの第1サブセットの上にある材料部130のレーザアブレーションと10Gとによって、第2ソース基板301Gから分離される。第2ソース基板301Gと第2発光デバイス10Gの第2サブセットとを含むアセンブリは、バックプレーン401から分離され、一方、図17、32I、33I、34Iおよび35Iに示されるように、第2発光デバイス10Gの第1サブセットはバックプレーン401に結合されたままである。
1つの実施形態において、第3ソース基板301Rおよび第3発光デバイス10Rを含む第3アセンブリが提供される。第3発光デバイス10Rは、第1波長および第2波長とは異なる第3波長の光を放射する。第3発光デバイス10Rは、図31Cの第3ソース基板Rの上の空隙位置のパターンのような第2パターンを形成する空隙位置には存在しない。第3ソース基板301Rおよび第3発光デバイス10Rを含む第3アセンブリは、バックプレーン401の上に配される。第3導電性ボンディング構造(430Rまたは433)は、バックプレーン401と第3アセンブリとの間に配される。図18、図32K、図32L、図33K、図33L、図34K、図34L、図35Kおよび図35Lに示されるよう、第2パターンの空隙位置は、第3アセンブリがバックプレーン401の上に配されたときに、バックプレーン401にボンディングされる第1および第2発光デバイス(10B、10G)のすべてのエリアの上に重なる。
1つの実施形態において、第3発光デバイス10Rの第1サブセットは、第3導電性ボンディング構造(430Rまたは433)を介してバックプレーン401にボンディングされる。第3発光デバイス10Rの第1サブセットは、第3発光デバイス10Rの第1サブセットの上にある材料部130のレーザアブレーションによって、第3ソース基板301Rから分離される。第3ソース基板301Rと第3発光デバイス10Rの第2サブセットとを含むアセンブリは、バックプレーン401から分離され、一方、図19に示されるように、または、図32M、33M、34Mまたは35Mのプロセスステップの直後のプロセスステップにおいて、第3発光デバイス10Rの第1サブセットはバックプレーン401に結合されたままである。
第1ボンディングパッド(420または421)および第2ボンディングパッド(420または421)は、バックプレーン401上に提供される。第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)は、第1ボンディングパッド(420または421)の上にあり、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)は、第1アセンブリがバックプレーン401の上に配されたときに第2ボンディングパッド(420または422)の上にある。第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)は、図12、32B、33B、34Bおよび35Bに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第1発光デバイス10Bの第1サブセットおよび第1ボンディングパッド(420または421)にボンディングされる。
いくつかの実施形態において、第2ボンディングパッド(420または422)および第1発光デバイス10Bの第2サブセットから選択された構造{(420または422)または10B}の1つのセットは、図13、32B、および33Bに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)に物理的に接触しない。いくつかの実施態様において、第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)は、第1ボンディングパッド(420または421)にボンディングされ、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)は、第2ボンディングパッド(420または422)にボンディングされ、一方、第1発光デバイス10Bの第1サブセットは、上述の第2から第5の例示的な集積発光デバイスアセンブリのように、図11および図12に示されるように、バックプレーン401にボンディングされる。いくつかの実施形態において、上述の第1の例示的な集積発光デバイスアセンブリについて図32A、32B、33A、33B、34A、34B、35Aおよび35Bに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされる前に、一方、第1および導電性ボンディング構造(430Bまたは431)のそれぞれが、それぞれの第1発光デバイス10Bにボンディングされる。
いくつかの実施形態において、第1発光ダイオード10Bの近接面(すなわち、第1発光ダイオード10Bの底面のような、バックプレーン401に最も近い面)は、図12、32A、32B、33A、33B、34A、34B、35Aおよび35Bに示されるように、第1アセンブリがバックプレーン上に配されるとき、水平面内にある。図12、32Aおよび32Bに示されるように、第1アセンブリがバックプレーン401の上に配されるとき、第1ボンディングパッド(420または421)は、第2ボンディングパッド(420または422)が水平面に対するよりも水平面により近い。いくつかの実施形態において、第1ボンディングパッド(421は、図32A~図32Nに示されるように、第2ボンディングパッド422よりも大きい厚さを有する。いくつかの実施形態において、第1ボンディングパッド420の裏面が、図12に示されるように、第1アセンブリがバックプレーン401の上に配されるとき、第2ボンディングパッド420の裏面が水平面から離れる距離よりも短い距離だけ水平面から垂直方向に離間される。いくつかの実施形態において、バックプレーン401は、バックプレーン401の平面な裏面409から異なる分離距離を有する階段状表面を有し、第1ボンディングパッド420は、図9~図12に示されるように、第2ボンディングパッド420とは異なる階段状表面に位置する。
いくつかの実施形態において、図33Aに示されるように、第1ボンディングパッド421および第2ボンディングパッド422は同じ厚さを有し、第1導電性ボンディング構造431は、その形成時に、第2導電性ボンディング構造432よりも大きい高さを有する。
いくつかの実施形態において、図34Bおよび35Bに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第2ボンディングパッド422および第1発光デバイス10Bの第2サブセットは、第2導電性ボンディング構造432と物理的に接触する。
いくつかの実施形態において、図34Bに示されるように、各第1導電性ボンディング構造10Bを選択的に加熱するレーザビームの照射によって、第1導電性ボンディング構造431は、下にある第1ボンディングパッド421および上にある第1発光デバイス10Bにボンディングされる。いくつかの実施形態において、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第2ボンディングパッド422および第1発光デバイス10Bの第2サブセットから選択された構造(422または10B)の1つのセットは、第2導電性ボンディング構造432にボンディングされない。
いくつかの実施形態において、図12、32B、33Bおよび35Bに示されるように、第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)を均一に加熱することによって、第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)は、下にある第1ボンディングパッド(420または421)および上にある第1発光デバイス10Bにボンディングされる。
いくつかの実施形態において、図35Bに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第2導電性ボンディング構造432が、第2ボンディングパッド422および第1発光デバイス10Bの第2サブセットにボンディングされる。この場合、図35Dに示されるように、第1ソース基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセットを含むアセンブリをバックプレーン401から分離しながら、第2導電性ボンディング構造432のそれぞれが、2つの部分(432U、432L)に分離されうる。2つの部分(432U、432L)は、第2セット内のそれぞれの第1発光デバイス10Bにボンディングされた上部432Uと、それぞれの第2ボンディングパッド421にボンディングされた下部432Lとを含みうる。
いくつかの実施形態において、図35Bの処理ステップにおいて、同じリフロー温度で同時に、第1発光デバイス10Bの第1サブセットが第1ボンディングパッド421にボンディングされ、第1発光デバイス10Bの第2サブセットが第2ボンディングパッド422にボンディングされる。レーザアブレーションは、図35Cのプロセスステップにおけるリフロー温度よりも低い温度で行われうる。図35Dのプロセスステップにおいて、第1ソース基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセットを含むアセンブリが、いくつかの場合において、リフロー温度以上になるように選択されうる分離温度で、バックプレーン401から分離される。
いくつかの実施形態において、図27、28、32E、33E、34Eおよび35Eに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットが、第1ソース基板301Bおよび第1発光デバイス10Bの第2サブセットを含むアセンブリがバックプレーン401から分離された後に、第1導電性ボンディング構造をリフローさせる間、バックプレーンのより近くに押される。いくつかの実施形態において、第1発光デバイス10B第1サブセットを押す間の垂直押圧距離が、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)と、上にある第1発光ダイオード10Bおよび下にある第2ボンディングパッド(420または422)から選択される構造と、の間のギャップの間の最大の高さよりも大きくされうる。ギャップは、図12および図13に示されるように、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)と上にある第1発光ダイオード10Bとの間に存在することができる、または、図32Bおよび図33Bに示されるように、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)と下にある第2ボンディングパッド(420または422)との間に存在することができる。
いくつかの実施形態において、別のソース基板(401Sまたは101S)およびセンサデバイス10Sを含む追加のアセンブリが提供されうる。センサ素子10Sは、他のパターンを形成する空隙位置には存在せず、例えば、図31Dの第4ソース基板Sにおける空隙位置のパターンとされうる。追加のソース基板(401Sまたは101S)およびセンサデバイス10Sを含む追加のアセンブリは、バックプレーン401の上に配されうる。追加の導電性ボンディング構造420は、図19に示されるように、追加のアセンブリがバックプレーン401の上に配されたとき、バックプレーン401と追加のアセンブリとの間に配されうり、追加のパターン内の空隙位置は、バックプレーン401にボンディングされる第1発光デバイス10B(および、存在する場合には、第2および第3発光デバイス(10G、10R))のすべてのエリアの上に重なる。センサデバイス10Sのバックプレーン401への転送は、第2から第5集積発光デバイスアセンブリについて明確には説明されていないが、バックプレーン401上に転送された個別のデバイスと同じピッチを有するアレイ構成において、任意の数の異なるタイプの個別のデバイスの転送と同じデバイスの転送方法が、繰り返し使用されうることを理解されたい。
1つの実施形態において、センサデバイス10Sの第1サブセットが、追加の導電性ボンディング構造420を介してバックプレーン401にボンディングされうる。センサデバイス20Sの第1サブセットは、図20に示されるように、センサデバイス10Sの第1サブセットの上にある材料部20のレーザアブレーションによって、追加のソース基板(401Sまたは101S)から分離されうる。追加のソース基板(401Sまたは101S)およびセンサデバイス10Sの第2サブセットを含むアセンブリは、バックプレーン401から分離されうり、一方、図21に示されるように、センサデバイス10の第1サブセットは、バックプレーン401にボンディングされたままである。
いくつかの実施形態において、図13、32C、33C、34Cおよび35Cに示されるように、第1発光デバイス10Bの第1サブセットは、第1サブセット内の各第1発光デバイス10Bへのレーザビームの連続的な照射によって、1度に1つずつ第1ソース基板(401Bまたは101B)から分離される。
第1ボンディングパッド(420、421)は、バックプレーン401上に提供され、第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)のそれぞれは、第1発光デバイス10Bの第1サブセットがバックプレーン401にボンディングされるとき、第1サブセットのそれぞれの第1ボンディングパッド(420、421)およびそれぞれの第1発光デバイス10Bにボンディングされる。いくつかの実施形態において、第1発光ダイオードの第1サブセットをバックプレーン401にボンディングするときに、第1発光デバイス10Bの第2サブセットとバックプレーン401上に位置する第2ボンディングパッド(420、422)との間に、第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)が配され、図13、32Bおよび33Bに示すように、各第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)は、第2サブセット内の上にある第1発光デバイス10Bおよび下にある第2ボンディングパッド(420、422)のうちの1つにボンディングされ、他の第2サブセット内の上にある第1発光デバイス10Bおよび下にある第2ボンディングパッド(420、422)に物理的に接触しない。
いくつかの実施形態において、図9~図23および図25~図29に示されるように、バックプレーン401は、階段状水平面を提供する。階段状水平面は、図9に示されるように、第1水平面表面HSP1に位置する階段状水平面の第1サブセットと、階段状水平面の第1サブセットがバックプレーン401の背面409に位置するよりもバックプレーン401の背面409により近接する第2水平面表面HSP2に位置する階段状水平面の第2サブセットと、を含みうる。この場合、第1導電性ボンディング構造420は、階段状水平面の第1サブセットに形成されうり、第2導電性ボンディング構造420は、階段状水平面の第2サブセットに形成されうる。階段状水平面は、階段状水平面の第2サブセットがバックプレーン401の背面409に対するよりもバックプレーン401の背面409により近接する第3水平面表面HSP3に位置する階段状水平面の第3サブセットを含みうり、第3導電性ボンディング構造420は、階段状水平面の第3サブセットに形成されうる。
1つの実施形態において、第1ソース基板(401B、101B)および第1発光デバイス10Bを含む第1アセンブリは、第1ソース基板に接触し、紫外領域、可視領域および赤外領域から選択される波長の光を吸収する材料を含む剥離層20をさらに含みうる。ボンディング材料層30は、剥離層20および第1発光デバイス10Bに接触しうる。
第1発光デバイス10Bの第1サブセットの上にある剥離層20の第1部分(アブレーション材料層130である)は、選択的に除去されうり、一方、第1発光デバイス10Bの第2サブセットの上にある剥離層20の第2部分は除去されない。いくつかの実施形態において、剥離層20は窒化シリコンを含み、レーザ波長は紫外線波長であり、剥離層20の第1部分へのレーザビームの照射は、剥離層20の第1部分をアブレーションする。
いくつかの実施形態において、第1ソース基板は、第1発光デバイス10Bが製造される成長基板500Bの上部530でありうる。第1ソース基板101Bは、成長基板500Bの上部530を成長基板500Bの下部から分離することによって提供されうる。1つの実施形態において、成長基板500Bは、III-V族化合物半導体材料を含みうり、III-V族化合物半導体基板でありうる。
本開示のいくつかの実施形態によると、上面に階段状水平面を有するバックプレーン401を含む集積発光デバイスアセンブリが提供される。階段状水平面は、図9に示されるように、第1水平面表面HSP1に位置する階段状水平面の第1サブセットと、階段状水平面の第1サブセットがバックプレーン401の背面409に位置するよりもバックプレーン401の背面409により近接する第2水平面表面HSP2に位置する階段状水平面の第2サブセットと、を含む。集積発光デバイスアセンブリは、バックプレーン401の階段状水平面の上に重なる導電性ボンディング構造430を含みうる。導電性ボンディング構造430は、階段状水平面の第1サブセットの上にある第1導電性ボンディング構造430Bと、階段状水平面の第2サブセットの上にある第2導電性ボンディング構造430Gと、を含む。集積発光デバイスアセンブリは、導電性ボンディング構造430にボンディングされた発光デバイス(10B、10G、10R)を含みうる。発光デバイス(10B、10G、10R)は、第1波長の光を放射し、階段状水平面の第1サブセットの上にある第1発光デバイス10Bと、第2波長の光を放射し、階段状水平面の第2サブセットの上にある第2発光デバイス10Gと、を含みうる。
いくつかの実施形態において、図22、23、24、25および29に示されるように、第1発光デバイス10Bと第1導電性ボンディング構造430Bとの間のインターフェースを含む第1水平界面は、第2発光デバイス10Gと第2導電性ボンディング構造430Gとの間の第2水平界面よりも第2水平面表面から遠位である。いくつかの実施形態において、図9に示されるように、階段状水平面は、階段状水平面の第2サブセットよりもバックプレーン401の裏面409により近接する第3水平面表面HSP3内に位置する階段状水平面の第3サブセットをさらに含む。導電性ボンディング構造430は、階段状水平面の第3サブセットの上に重なる第3導電性ボンディング構造430Rをさらに含みうる。
いくつかの実施形態において、発光デバイス(10B、10G、10R)は、第3波長の光を放射し、階段状水平面の第3サブセットの上に重なる第3発光デバイス10Rをさらに備える。図22、23、24、25および29に示されるように、第3発光デバイス10Rと第3導電性ボンディング構造430Rとの間のインターフェースを含む第3水平界面は、第2水平界面が第2水平表面HSP2に対するよりも、第2水平表面HSP2に近接しうる。
いくつかの実施形態において、図22、23、24、25および29に示されるように、第2導電性ボンディング構造430Gは、第1導電性ボンディング構造430Bよりも大きい高さを有する。いくつかの実施形態において、図22、23、24、25および29に示されるように、第3導電性ボンディング構造430Rは、第2導電性ボンディング構造430Gよりも大きい高さを有する。いくつかの実施形態において、集積発光デバイスアセンブリは、第4導電性ボンディング構造430Sを介してバックプレーン401にボンディングされたセンサデバイス10Sを含みうる。
いくつかの実施形態において、図22、23、24、25および29に示されるように、第1発光デバイス10Bの上面を含む第1水平上面は、第2発光デバイス10Gの上面を含む第2水平上面が第2水平表面HSP2に対するよりも、第2水平表面HSP2に近接しうる。
いくつかの実施形態において、発光デバイス(10B、10G、10R)は、第3波長の光を放射し、階段状水平面の第3サブセットの上に重なる第3発光デバイス10Rをさらに備える。図22、23、24、25および29に示されるように、第3発光デバイス10Rの上面を含む第1水平上面は、第2水平上面が第2水平表面からよりも、第2水平表面から遠位でありうる。
いくつかの実施形態において、図22、23、24、25および29に示されるように、第2発光デバイス10Gは、第1発光デバイス10Gよりも大きい高さを有しうる。いくつかの実施形態において、第3発光デバイス10Rは、第2発光デバイス10Gよりも大きい高さを有しうる。
いくつかの実施形態において、発光デバイス(10B、10G、10R)は、水平方向に沿って隣接する発光デバイスの中心と中心との距離が単位距離の整数倍である周期的アレイに配されうる。
本開示のいくつかの実施形態によると、バックプレーン401にボンディングされた第1発光デバイス10Bおよび第2発光デバイス10Gを含む集積発光デバイスアセンブリが提供される。各第1発光デバイス10Bは、第1波長で光を放射し、各第2発光デバイス10Gは、第1波長とは異なる第2波長で光を放射する。各第1発光デバイス10Bは、第1ボンディングパッド(420または421)および第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)を含む第1スタックを介してバックプレーン401にボンディングされる。各第2発光デバイス10Gは、第2ボンディングパッド(420または422)および第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)を含む第2スタックを介してバックプレーン401にボンディングされる。図22、23、24、25、29および32に示されるように、第1ボンディングパッド(420または421))と第1導電性ボンディング構造(430Bまたは431)との間の第1インターフェースを含む第1面は、第2ボンディングパッド(420または422)と第2導電性ボンディング構造(430Gまたは432)との間の第2インターフェースを含む第2面から垂直にオフセットされる。
いくつかの実施形態において、図32Nに示されるように、第1発光デバイス10Bおよび第2発光デバイス10Gの遠位表面(すなわち、上面)は、第1および第2平面から間隔を置いて、第1および第2平面に平行である同じ平面内にありうる。いくつかの実施形態において、図32Nに示されるように、第1ボンディングパッド421は、第1厚さを有しうり、第2ボンディングパッド422は、第1厚さよりも小さい第2厚さを有しうる。
いくつかの実施形態において、第1ボンディングパッド420および第2ボンディングパッド420は、同じ厚さを有しうり、階段状水平面に位置する。図22、23、24、25および29に示されるように、第1ボンディングパッド420の底面は、階段状水平面の第1サブセットに位置し、第2ボンディングパッド420の底面は、階段状水平面の第1サブセットから垂直にオフセットされた階段状水平面の第2サブセットに位置する。
いくつかの実施形態において、図32Nに示されるように、第1導電性ボンディング構造432は、第1高さを有し、第2導電性ボンディング構造432は、第1高さよりも小さい第2高さを有する。導電性ボンディング構造(431、432、433)のそれぞれは、形成時(例えば、図32Aのプロセスステップ)において、同じ体積で形成することができ、第1導電性ボンディング構造431および第2導電性ボンディング構造432のそれぞれは、同じ体積を有しうる。第1導電性ボンディング構造431および第2導電性ボンディング構造は、同じ材料組成を有しうる。いくつかの実施形態では、図32Nに示されるように、第1ボンディングパッド421は、第1厚さを有しうり、第2ボンディングパッド422は、第2厚さを有しうり、第1導電性ボンディング構造431の第1厚さと第1高さとの合計は、第2導電性ボンディング構造432の第2厚さと第2高さとの合計と同じでありうる。
いくつかの実施形態において、第3発光デバイス10Rが、バックプレーン401にボンディングされうる。各第3発光デバイス10Rは、第1波長および第2波長とは異なる第3波長で光を放射する。各第3発光デバイス10Rは、第3ボンディングパッド423および第3導電性ボンディング構造433を含む第3スタックを介してバックプレーン401にボンディングされうる。第3ボンディングパッド423と第3導電性ボンディング構造433との間の第3インターフェースを含む第3面は、第1平面から、および、第2面から垂直にオフセットしうる。
本開示のいくつかの実施形態によると、バックプレーン401にボンディングされた第1発光デバイス10Bおよび第2発光デバイス10Gを含む集積発光デバイスアセンブリが提供される。各第1発光デバイス10Bは、第1波長で光を放射し、各第2発光デバイス10Gは、第1波長とは異なる第2波長で光を放射する。各第1発光デバイス10Bは、第1ボンディングパッド421および第1導電性ボンディング構造431を含む第1スタックを介してバックプレーン401にボンディングされうり、各第2発光デバイス10Gは、第2ボンディングパッド422および第2導電性ボンディング構造432を含む第2スタックを介してバックプレーン401にボンディングされうる。第1導電性ボンディング構造431および第2導電性ボンディング構造は、同じ高さを有しうる。いくつかの実施形態において、図32Nに示されるように、第1導電性ボンディング構造431のそれぞれは第1体積を有しうり、第2導電性ボンディング構造432のそれぞれは、第1体積よりも小さい第2体積を有しうる。図33Aのプロセスステップで形成されるように、第1導電性ボンディング構造431、第2導電性ボンディング構造432、および、第3導電性ボンディング構造433は、異なる体積を有しうる。例えば、第1導電性ボンディング構造431の体積は、第2導電性ボンディング構造432の体積よりも大きくされうり、第2導電性ボンディング構造432の体積は、第3導電性ボンディング構造433の体積よりも大きくされうる。図33Aのプロセスステップで形成されるように、導電性ボンディング構造(431、432、433)は、ほぼ同じ横方向の広がり、および、異なる垂直方向の広がりを有しうる。
いくつかの実施形態において、第1発光デバイス10Bおよび第2発光デバイス10Gの遠位面(すなわち、上面)は、バックプレーン401の上面、および、バックプレーン401の裏面409から間隔を置いて、それらに平行である同じ平面内にありうる。
いくつかの実施形態において、図33Nに示されるように、第1ボンディングパッド421および第2ボンディングパッド422は、同じ厚さを有しうる。いくつかの実施形態において、第1ボンディングパッド421および第2ボンディングパッド422の底面は、バックプレーン401の上面を含む同じ平面内に位置しうる。いくつかの実施形態において、第1導電性ボンディング構造421および第2導電性ボンディング構造422は、同じ材料組成を有しうる。
いくつかの実施形態において、第3発光デバイス10Rが、バックプレーン401にボンディングされうる。各第3発光デバイス10Rは、第1波長および第2波長とは異なる第3波長で光を放射する。各第3発光デバイス10Rは、第3ボンディングパッド423および第3導電性ボンディング構造433を含む第3スタックを介してバックプレーン401にボンディングされうる。第1導電性ボンディング構造431、第2導電性ボンディング構造432、および、第3導電性ボンディング構造433は、同じ高さを有しうり、第3導電性ボンディング構造433のそれぞれは、第2体積よりも小さい第3体積を有しうる。
本開示の一態様によると、熱に敏感なプロセスのための超低温ボンディングが、低融点金属、共晶、および、急速拡散反応の周りに設計されうる。別々のボンドパッドの組み合わせを組み合わせることは、選択的ダイボンディングと呼ばれるプロセスをもたらす。本開示は、インジウム(In)、錫(Sn)、およびテルル(Te)を含む3つの材料の組合せを使用して説明されるが、以下の表1から選択され、異なる溶融温度を有する任意の複数の材料の組合せが、多段階でダイ(デバイス)を順次、ボンディングすることを可能にするために、対応するボンドパッド冶金と併せて半田材料のセットとして使用されうる。
さらに、本開示の特徴を実施するために、種々のタイプのボンディング材料が使用されうる。3つの実施形態は、完全に可逆的な純金属結合、部分的に可逆的な共晶反応、および、ほぼ不可逆的な低温拡散反応を含む。
In(融点156oC)、Sn(融点232oC)およびTe(融点449oC)を有する完全に可逆的な純金属結合が、ボンディングされるデバイスの片側または両側に堆積される。結合界面は、何度も再溶融して作り直すことができる。各金属は、下にあるデバイスまたは基板と矛盾しない適切な拡散バリアおよび接着層の上に堆積されなければならない。例えば、Snは、Pt/Ti/Cr上で使用されうる。層の厚さは、10nmから数ミクロンの範囲であってもよい。溶融した半田の横方向の流れは、ボンディング条件、ボンディングパッドの幾何学的形状、濡れ層の設計、および熱圧着パラメータによって制御される。
部分的に可逆的な共晶反応は、合金系が相図(例えば、Cu-Sn)系における一連のカスケード共晶反応を含むか、または、共晶点に隣接する拡張された2相液体+固相領域を有するボンディングである。これらのボンディングは、結合界面の組成が2つの合金成分の混合(拡散)が合金の温度を上昇させるが、依然として純粋な成分および低融点の固溶体を含有するように設計される場合、部分的に可逆的である。反応した合金は、低温で再溶融しない金属間化合物を形成するため、反応は部分的に可逆的である。このタイプのダイボンディングの方法は、また、金属層の厚さが、より高い安定性の金属間化合物へのより低い融点の材料の完全な消費をもたらすように設計される場合、恒久的なボンディングをもたらしうる。これらの系は、一般に、少なくとも1つの再融解および再結合シーケンス、および、4つ以上もの数(Au-Sn)の再融解および再結合シーケンスを可能にする。第1ボンディングは、最低融点成分の融点よりわずかに高い温度で行われる。再加工温度は、最初のボンディング温度よりもほぼ10oC~15oC高い。より高温の成分が、合金形成においてより多く消費されるにつれて、再結合/再加工温度は上昇する。各金属は、下にあるデバイスまたは基板と矛盾しない適切な拡散バリアおよび接着層の上に堆積されなければならない。例えば、Snは、Pt/Ti/Cr上で使用されうる。層の厚さは、10nmから数ミクロンの範囲であってもよい。溶融した半田の横方向の流れは、ボンディング条件、ボンディングパッドの幾何学的形状、濡れ層の設計、および熱圧着パラメータによって制御される。
ほぼ不可逆的な低温拡散反応は、急速な拡散プロセスおよび安定な高温化合物の形成のために、ボンディング結合を一度だけ再加工することが可能でありうる系である。反応は急速であるが、化合物の形成を阻止し、残りの低温固溶体の融解を可能にするために、急速熱プロセスと共に使用されうる。各金属は、下にあるデバイスまたは基板と矛盾しない適切な拡散バリアおよび接着層の上に堆積されなければならない。例えば、Snは、Pt/Ti/Cr上で使用されうる。層の厚さは、10nmから数ミクロンの範囲であってもよい。溶融した半田の横方向の流れは、ボンディング条件、ボンディングパッドの幾何学的形状、濡れ層の設計、および熱圧着パラメータによって制御される。
例示的な系は、部分的または完全に可逆的であることが示されている、450oC未満の反応温度を有するものを含むが、これらに限定されない。純粋な金属、完全に可逆的な系は、In-In、Sn-Sn、および、Te-Teである。完全および部分的に可逆的なボンディングは、In、Sn、または、Teの1つ以上を含む。錫ベースの結合の場合、最も注目すべき例は、In-Sn、Cu-Sn、Au-Sn、Ag-Sn、Al-Sn、Pd-Sn、Ge-Sn、Ni-Snである。インジウムベースの結合の場合、最も重要な系は、In-Sn、Ag-In、Au-In、Cu-In、In-Pt、In-Pdである。テルルの興味深い系は、In-Te、Sn-Te、Ag、Te、Cu-Te、および、Ge-Teである。
ボンディングされる系の選択的エリアにおけるこれらの基本的な低温反応を組み合わせることには、混合技術またはダイのタイプの選択的な転送を可能にする。基板は、異なるタイプの半田材料を提供されうる。1つの実施形態において、半田材料が、上述の導電性ボンディング構造(430、431、432、433)として実施されうる。代わりに、ボンディング方式がボンドパッドとボンドパッドとの直接ボンディングを使用する場合、上述のボンドパッド(420、421、422、423)が、半田材料を含みうる。
例えば、支持基板が、In、SnおよびTeのボンドパッドから構成され、嵌合する部分が、銅のボンドパッドを有する場合、以下のシーケンスが、In、Sn、または、Teの位置でのみ部分を選択的にボンディングするために使用できる。
第1に、Cu(3つの共晶点の中で最も低い共晶点である)との第1共晶点を有する第1材料(例えば、In)から開始して、基板は第1共晶点(例えば、In-Cu系の場合、156oC)を丁度超えるまで加熱されうり、第1Cuパッド含有ダイ、すなわち、銅ボンディングパッドを含む第1デバイス10Bと接触されうる。これは共晶合金を形成し、時間および温度の長さに応じて、第1Cuパッド含有ダイは、接触状態に保持され、結合部は、その後の再加熱プロセス中に310oCを超えるまで再溶融しない安定な金属間化合物を形成する。このような低温では、SnまたはTeとの他の位置は、Cu材料と感知できるほどに反応しない。
第2に、第2Cuパッド含有ダイ、すなわち、銅ボンディングパッドを含む第2デバイス10Gは、第2Cuパッド含有ダイを設置し、接触された部品の温度をCuとの第2材料(例えば、Sn)の第2共晶点の丁度上まで上昇させることによって、基板にボンディングされうる。第2共晶点は、第1共晶点よりも高く、第3材料のCuとの第3共晶点よりも低い。Snが第2材料である場合、第2共晶温度は186oCである。基板は第2共晶点を丁度超えるまで加熱されうり、第2Cuパッド含有ダイ、すなわち、第2デバイス10Gの銅ボンディングパッドと接触されうる。これは共晶合金を形成し、時間および温度の長さに応じて、第2Cuパッド含有ダイは、接触状態に保持され、結合部は、その後の再加熱プロセス中に340oCを超えるまで再溶融しない安定な金属間化合物を形成する。金属間化合物は、結合部を安定化させる。
最後に、第3Cuパッド含有ダイ、すなわち、銅ボンディングパッドを含む第3デバイス10Rは、第3Cuパッド含有ダイを設置し、接触された部品の温度をCuとの第3材料(例えば、Te)の第3共晶点の丁度上まで上昇させることによって、基板にボンディングされうる。第3材料がTeである場合、第3共晶温度は約340oCである。
基板(バックプレーン401のような)およびダイ(任意のデバイスでありうる)が、互い違いの反応温度の複数の組合せ冶金を有する、追加のボンディング方式が提供される。例えば、基板は、In、SnおよびTeボンディングパッドを有するサイトを含みうる。少なくとも1つのAuボンディングパッドを有する第1ダイ(第1発光デバイス10Bのような)は、144oCでInサイトに結合しうり、少なくとも1つのCuボンディングパッドを有する第2ダイ(第2発光デバイス10Gのような)は、186oC~227oCでSnサイトに結合しうり、少なくとも1つのAgボンディングパッドを有する第3ダイ(第3発光デバイス10Rのような)は、295oC~353oCでTeサイトに結合することができる。多くの組み合わせが可能であり、種々のタイプのボンディングパッドの層の厚さは、個々のボンディングの再溶融および再加工を可能にするのに十分なIn、Sn、またはTeが各選択的ダイ取り付け段階で残るように調整されうる。
共通のボンディングパッド材料(Cu、Au、Ag、Sn、または、Inのような)と異なる共晶温度を有する複数のタイプの半田材料を使用する種々の方法が、上述の任意のダイ(デバイス)転送方法と併せて使用されうる。
表1は、関心のある冶金系、および、最初の選択的ダイ取り付けのための最低ボンディング温度を列挙している。
表1:本開示の種々のボンディング方式のための異なる共晶温度を有する共晶系のセットを提供するために使用されうる例示的な共晶系およびそれぞれの共晶温度。
図36を参照すると、基板802および単結晶nドープ窒化ガリウム層804を含む例示的な構造が示されている。1つの実施形態において、基板802は、III-V族化合物半導体材料が、エピタキシャルに堆積されうる単結晶基板でありうる。例えば、基板802は、上面の結晶面としてc面(0001面)を有するサファイア(酸化アルミニウム)層でありうる。
単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、基板802の結晶構造とエピタキシャル整列した単結晶窒化ガリウム材料を含む。単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)プロセスのようなエピタキシャルな堆積プロセスによって形成されうる。単結晶nドープ窒化ガリウム層804の厚さは、基板802と窒化ガリウムとの格子定数の間の格子不整合によって引き起こされる転位欠陥が修復され、欠陥密度が単結晶nドープ窒化ガリウム層804の上面でのデバイス製造に適切なレベルまで減少するように選択されうる。例えば、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、1.2ミクロンから6ミクロンの範囲でありうる。単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、第1導電型の電気的ドーパントでドープされてもよい。例えば、単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、エピタキシャル堆積プロセスの間、n型ドーパントとしてシリコンを導入することによってnドープされてもよい。
単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808は、エピタキシャル堆積法によって、単結晶nドープ窒化ガリウム層804上に堆積される。1つの実施形態において、単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808は、インジウム濃度が単結晶nドープ窒化ガリウム層804の上面からの距離と共に徐々に増加するように、傾斜組成で形成されうる。1つの実施形態において、単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808の下部におけるインジウム原子の原子濃度の、インジウム原子の原子濃度とガリウム原子の原子濃度との和に対する比率(すなわち、III族に対するインジウムの比率)は、0.01から0.2のような、0.001から0.4の範囲であってもよい。単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808の上部のIII族に対するインジウムの比率は、より小さなおよびより大きな比率もまた使用されうるが、0.3から0.6のような、0.1から0.7の範囲であってもよい。単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、2ミクロンから5ミクロンのような、1.5ミクロンから10ミクロンの範囲でありうる。
活性層810は、単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808上に形成される。活性層810は、適切な電気的バイアスの適用時に、光を放射する少なくとも1つの半導体材料を含む。例えば、活性層810は、それを横切る電気的バイアスの適用時に、赤色光を放射するように導電性である多重量子井戸(MQW)構造を含みうる。例えば、活性層810は、第1厚さ(1nmから10nmの範囲であってもよい)を有する窒化インジウムガリウム層と窒化アルミニウムガリウム層(0.5nmから5nmの範囲であってもよい)との組み合わせの複数の繰り返しを含む多重量子井戸を含みうる。活性層810を成長させるために、一連のエピタキシープロセスが使用されうる。活性層810の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、20nmから1ミクロンの範囲でありうる。活性層810は、それを横切る電気的バイアスの適用時に、620nmから750nmの範囲のピーク波長の赤色光を放射するように構成されうる。1つの実施形態において、活性層810は、窒化インジウムガリウム層の少なくとも1つのインスタンスと、少なくとも1つの窒化インジウムガリウム層よりも大きいバンドギャップを有する化合物半導体材料層の少なくとも1つのインスタンスと、を含みうる。
1つの実施形態において、活性層810は、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の上面に平行な上面と底面との間に均一な厚さを有する平面層でありうる。1つの実施形態において、活性層810は、窒化インジウムガリウム層および化合物半導体材料層の複数のインスタンスを含む多重量子井戸構造を含みうる。1つの実施形態において、化合物半導体材料層は、窒化アルミニウムガリウムを含む。1つの実施形態において、活性層810の窒化インジウムガリウム層のIII族に対するインジウムの比率(例えば、In/(In+Ga)比率)は、0.3から0.4のような、0.25から0.5の範囲であってもよい。窒化アルミニウムガリウムのIII族に対するアルミニウムの比率(例えば、Al/(Al+Ga)比)は、例えば、0.9から0.94、0.85から0.95のような、0.5から0.98であってもよい。
1つの実施形態において、活性層がHwang et al、Applied Physics Express 7、071003 (2014)に記載されているInGaNベースの量子井戸を含んでいてもよく、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる。具体的には、Hwangらは、c面サファイア基板上に位置する、各中間層にAl含有量が90%のAlGaN中間層を埋め込む4周期のInGaN量子井戸を記載している。3nm厚のInGaN量子井戸におけるインジウム含有量は、約35%であり、1nm厚のAlGaN中間層において1%未満である。
活性層810上に、pドープ化合物半導体材料層812が、形成されうる。pドープ化合物半導体材料層812は、窒化インジウムガリウムのような、単結晶化合物半導体材料を含みうる。1つの実施形態において、pドープ化合物半導体材料層812のインジウムのIII族に対する比率は、格子不整合によって引き起こされるひずみを最小化するために、単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808のインジウムのIII族に対する比率と同じであってもよく、または実質的に同じであってもよい。pドープ化合物半導体材料層812の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、300nmから3ミクロンの範囲でありうる。
透明導電性酸化物層964のような透明導電性電極が、pドープ化合物半導体材料層812の上に堆積されうる。活性層810からの発光が、透明導電性電極の上に続いて形成される反射層によって、単結晶nドープ窒化ガリウム層804に向かって下方に向けられる場合、透明導電性酸化物層964は、本明細書では裏側透明導電性酸化物層964と呼ばれる。透明導電性酸化物層964は、インジウム錫酸化物またはアルミニウムドープ酸化亜鉛のような、透明導電性酸化物材料を含む。透明導電性酸化物層964は、pドープ化合物半導体材料層812のエリア全体にわたって延在する連続材料層として堆積されうる。透明導電性酸化物層964の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、200nmから1ミクロンのような、100nmから2ミクロンの範囲でありうる。
任意で、裏側透明導電性酸化物層964および活性層810の上に連続的に延在する反射層966を形成するために、反射材料が堆積されうる。反射層966は、裏側透明導電性酸化物層964を介して、pドープ化合物半導体材料層812に電気的に短絡される。1つの実施形態において、反射層966は、銀、アルミニウム、銅、および、金から選択される少なくとも1つの材料を含む。1つの実施形態において、反射材料は、物理蒸着(スパッタリング)または真空蒸着のような、方向性堆積法によって堆積されうる。反射層966は、活性層810からの発光を下方に反射するために使用されうる。
反射層966の上に任意の誘電体材料が堆積され、誘電体材料層970を形成する。誘電体材料層970は、反射層966の上および周囲に形成される。誘電体材料層970の誘電体材料は、スピンコーティングによって形成することができるスピンオンガラス(SOG)のような自己平坦化誘電体材料でありうる。代わりに、誘電体材料層970の誘電体材料は、非自己平坦化材料であってもよい。この場合、誘電体材料層970は、その後に平坦化されてもよいし、されなくてもよい。誘電体材料層970が平坦化される場合、化学機械平坦化(CMP)プロセスが使用されうる。1つの実施形態において、誘電体材料層970の誘電体材料は、ドープケイ酸塩ガラスまたはドープされていないケイ酸塩ガラスを含みうる。誘電体材料層970の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、200nmから2ミクロンのような、100nmから4ミクロンの範囲でありうる。
図37を参照すると、開口が、誘電体材料層970を貫通し、反射体層966の上面まで形成されうる。例えば、フォトレジスト層(不図示)が、誘電体材料層970の上に塗布されうり、その中に開口部を形成するためにリソグラフィでパターニングされうる。誘電体材料層970に開口を形成するために、フォトレジスト層の開口のパターンが、異方性エッチングまたは等方性エッチングによって、誘電体材料層970を通して転写されうる。例えば、フッ化水素酸を使用するウェットエッチング、または、フルオロカーボンエッチャントを使用する反応性イオンエッチングが、誘電材料層970を貫通する開口を形成するために使用されうる。1つの実施形態において、誘電体材料層970を貫通する1つの開口が、1つのダイエリアごとに、すなわち、単一の赤色発光サブピクセルに使用される活性層810の各部分ごとに形成されうる。
少なくとも1つの金属バリア層(984、986)が、誘電体材料層970の上面の上および誘電体材料層970を貫通する開口内に、少なくとも1つの連続材料層として形成されうる。少なくとも1つの金属バリア層(984、986)は、反射層966上に直接形成されうる。少なくとも1つの金属バリア層(984、986)は、誘電体材料層970を貫通する開口を通って垂直に延在し、反射層966、透明導電性酸化物層954、および、pドープ化合物半導体材料層812に電気的に短絡される。
少なくとも1つの金属バリア層(984、986)は、アンダーバンプ冶金(UBM)に用いることができる金属材料層、すなわち、半田バンプとダイとの間に提供される金属層のセットを含む。1つの実施形態において、少なくとも1つの金属バリア層(984、986)は、拡散バリア層984および接着促進層986を含みうる。拡散バリア層984に使用されうる例示的な材料は、チタンおよびタンタルを含む。接着促進層986に使用されうる例示的な材料は、下から上に銅およびニッケルの積層体、タングステン、白金、および、タングステンおよび白金の積層体が含まれる。当技術分野で知られている任意の他のアンダーバンプ冶金も、また使用されうる。少なくとも1つの金属バリア層(984、986)は、誘電体材料層970の上に重なる水平部分と、水平部分の内周に隣接し、誘電体材料層970および反射体層966の側壁に接触する垂直突出部分と、を含む。
導電性ボンディング構造433(半田バンプのような)が、誘電体材料層970の開口内の各空洞、および、誘電体材料層970の開口の周りに位置する少なくとも1つの金属バリア層(984、986)の上面の一部の上に形成されうる。導電性ボンディング構造433は、錫と、任意で銀、銅、ビスマス、インジウム、亜鉛、および/または、アンチモンと、を含む半田材料を含む半田バンプでありうる。少なくとも1つの金属バリア層(984、986)の上面を含む水平面の上に位置する導電性ボンディング構造433の上部は、球体の主たる部分の形状を有しうる。図示のような導電性ボンディング構造433の形状は、概略的なものに過ぎず、導電性ボンディング構造433の真の形状を表すものではないことを理解されたい。導電性ボンディング構造433の下部は、誘電材料層970の開口を充填する。
導電性ボンディング構造433が、球の主たる部分の形状を有する場合、球の直径は、より小さなおよびより大きな直径もまた使用されうるが、15ミクロンから60ミクロンの範囲でありうる。導電性ボンディング構造433の下部は、誘電体材料層970を貫通する開口内の少なくとも1つの金属バリア層(984、986)の側壁に直接形成されうり、少なくとも1つの金属バリア層(984、986)の窪みの上面に直接形成されうる。導電性ボンディング構造433は、反射層966、透明導電性酸化物層954、および、pドープ化合物半導体材料層812に電気的に短絡される。
図38を参照すると、基板802は、任意で除去されうる。例えば、レーザビームが、基板802(サファイアのような材料を含む)を通過しうり、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の底面領域をアブレーションしうり、それによって、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の残りの部分およびその上の構造から基板802を分離する。単結晶nドープ窒化ガリウム層804の物理的に露出した表面は、本明細書では遠位表面、すなわち、活性領域810から遠位の表面と呼ばれる。例示的な構造は、赤色発光ダイオードを含む表示装置を形成するために、その後、個片化、および/または、転送されうる。各個片化されたダイは、上述の第3発光デバイス10Rとして使用されうる、赤色発光ダイオードでありうる。
1つの実施形態において、各発光ダイオードのための電極が、それぞれの導電性ボンディング構造433上に形成されうり、各発光ダイオードのための別の電極が、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の遠位表面のそれぞれの部分上に形成されうる。
図39は、上述のバックプレーンのうちの任意の1つであってもよいバックプレーン401に、赤色発光デバイス10Rがボンディングされるアセンブリプロセスを示す。デバイス(10B、10G、10R)ごとに2つの導電性ボンディング構造(431、432、または、433)が形成される場合、2つの導電性ボンディング構造(431、432、または、433)のそれぞれは、発光デバイスのそれぞれのノードに接続されうる。デバイス(10B、10G、10R)ごとに1つの導電性ボンディング構造(431、432、または、433)のみが形成される場合、導電性ボンディング構造(431、432、または、433)は、それぞれのデバイス(10B、10G、10R)の1つのノードに接続され、導電性ボンディング構造(431、432、または、433)の反対側に位置する各デバイス(10B、10G、10R)の材料部分は、それぞれのデバイス(10G、10G、10R)の他方のノードに接続される。
図38に示される赤色発光ダイオード10Rが、図39の構造に使用される場合、pドープ化合物半導体材料層812は、その上の導電性ボンディング構造433に電気的に接続され、単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、図39に示される赤色発光ダイオード10Rの最上面でありうる。
図40Aを参照すると、バックプレーン401にボンディングされたデバイス(10B、10G、10R)の間の空間に、誘電体充填材料層798が適用されうる。図40Aは、3つのデバイス(10B、10G、10R)のみを示しているが、画素のアレイがバックプレーン401上に形成され、各ピクセルは第1発光デバイス10Bとして青色発光ダイオード、第2発光デバイス10Gとして緑色発光ダイオード、および、第3発光デバイス10Rとして赤色発光ダイオードのような発光デバイスのセットを含むことを理解されたい。誘電体充填材料層798は、画素のアレイ内の赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および、青色発光ダイオードのそれぞれを横方向に取り囲みうる。誘電体充填材料層798は、スピンオンガラス(SOG)のような自己平坦化誘電体材料を含みうり、または、リセスエッチングまたは化学機械平坦化によって平坦化されうる。平坦化された誘電体充填材料層798の上面は、デバイス(10B、10G、10R)の上面を含む水平面内にありうる、または、デバイス(10B、10G、10R)の上面を含む水平面の下に垂直に窪みうる。
図40Bを参照すると、前側透明導電性酸化物層796が、誘電体充填材料層798の上の、各デバイス(10B、10G、10R)の上部に位置する電気的ノードに直接形成されうる。例えば、各赤色発光ダイオードは、物理的に露出されたノードとして、単結晶nドープ窒化ガリウム層804を含みうる。緑色発光ダイオード、および/または、青色発光ダイオードが、上部の物理的に露出されたノードとして単結晶nドープ窒化ガリウム層を含む場合、前側透明導電性酸化物層796は、そのような単結晶nドープ窒化ガリウム層に直接堆積されうる。この場合、前側透明導電性酸化物層796は、赤色発光ダイオード、緑色発光ダイオード、および、青色発光ダイオードのそれぞれのための共通接地電極でありうる。
透明パッシベーション誘電体層794が、前側透明導電性酸化物層796の上に形成されうる。透明パッシベーション誘電体層794は、窒化シリコンまたは酸化シリコンを含みうる。
図38に示されるタイプの赤色発光ダイオードは、図40Bの直視型ディスプレイデバイスにおいて、上述したタイプの青色発光ダイオード、および/または、緑色発光ダイオードを用いずに、または、組み合わせて使用されうる。このような直視型ディスプレイデバイスは、バックプレーン401上に位置する画素のアレイを含む。画素のそれぞれは、620nmから750nmの範囲のピーク波長で光を放射するように構成される赤色発光ダイオードと、495nmから570nmの範囲のピーク波長で光を放射するように構成される緑色発光ダイオードと、450nmから495nmの範囲のピーク波長で光を放射するように構成される青色発光ダイオードと、を含む。それぞれの画素の赤色発光ダイオードは、第1単結晶nドープ窒化ガリウム層804と、単結晶nドープ窒化ガリウム層804とエピタキシャル整列した単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808と、窒化インジウムガリウム層の少なくとも1つのインスタンスと少なくとも1つの窒化インジウムガリウム層よりも大きなバンドギャップを有する化合物半導体材料層の少なくとも1つのインスタンスとを含む活性層810と、第1pドープ化合物半導体材料層812と、を含み、活性層は、単結晶nドープ窒化インジウムガリウム層808とpドープ化合物半導体材料層812との間に電気的バイアスを印加すると620nmから750nmの範囲のピーク波長で光を放射するように構成される。
1つの実施形態において、活性層810は、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の上面に平行な上面と底面との間に均一な厚さを有する平面層である。1つの実施形態において、活性層810は、窒化インジウムガリウム層および化合物半導体材料層の複数のインスタンスを含む多重量子井戸構造を含む。1つの実施形態において、化合物半導体材料層は、窒化アルミニウムガリウムを含む。
赤色発光ダイオード10R、緑色発光ダイオード10G、および、青色発光ダイオード10Bのそれぞれは、平面LEDまたはナノワイヤLEDでありうる。
1つの実施形態において、各画素の赤色発光ダイオードが、第1pドープ化合物半導体材料層812に電気的に短絡され、バックプレーン401上のそれぞれのボンディングパッド423にボンディングされる第1導電性ボンディング構造433(半田バンプのような)を含み、各画素の緑色発光ダイオード10Gおよび青色発光ダイオード10Bのうちの少なくとも1つが、第2pドープ化合物半導体材料層に電気的に短絡され、バックプレーン401上の別のそれぞれのボンディングパッド(421または422)にボンディングされる第2導電性ボンディング構造(431または432)(半田バンプのような)を含む。
1つの実施形態において、各画素の赤色発光ダイオード10Rが、第1pドープ化合物半導体材料層812と第1導電性ボンディング構造433との間に位置し、第1単結晶nドープ窒化ガリウム層804に向かって光を反射するように構成された第1反射層966を含む。
1つの実施形態において、各画素の赤色発光ダイオード10Rが、第1pドープ化合物半導体材料層812と第1導電性ボンディング構造433との間に位置し、第1pドープ化合物半導体材料層812と第1導電性ボンディング構造433とに電気的に短絡された、第1透明導電性酸化物層964を含む。
1つの実施形態において、直視型ディスプレイデバイスは、画素のアレイ内の赤色発光ダイオード10R、緑色発光ダイオード10G、および、青色発光ダイオード10Bのそれぞれを横方向に取り囲む誘電体充填材料層798と、誘電体充填材料層798上に位置し、画素のアレイ内の第1および第2単結晶nドープ窒化ガリウム層804の各インスタンスに電気的に短絡された、前側透明導電性酸化物層796と、をさらに含みうる。
図41を参照すると、本開示の実施形態による第1の例示的な平面材料層スタックが示されている。第1の例示的な平面材料層スタックは、III-V族化合物半導体材料がエピタキシャルに堆積されうる単結晶基板でありうる基板802を提供することによって形成されうる。例えば、基板802は、上面の結晶面としてc面(0001面)を有するサファイア(酸化アルミニウム)基板でありうる。基板802は、平坦な上面を有することができる。本明細書で用いられる場合、“平坦”な面は、表面粗さが原因になる変動内のユークリッド二次元平面と実質的に一致する面を指す。
単結晶窒化ガリウム(GaN)層804は、エピタキシャル堆積プロセスによって成長されうる。窒化ガリウム層804は、意図せずに、または、意図的にnドープされてもよい。単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、基板802(単結晶サファイア基板のような)上に成長させた単結晶窒化ガリウム材料を含む。堆積時、単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、基板802の平坦な上面に平行な平坦な上面および平坦な底面を有する平坦な単結晶nドープGaN層である。単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、例えば、有機金属化学気相成長(MOCVD)プロセスのようなエピタキシャルな堆積プロセスによって形成されうる。単結晶nドープ窒化ガリウム層804の厚さは、基板802と窒化ガリウムとの格子定数の間の格子不整合によって引き起こされる転位欠陥が修復され、欠陥密度が単結晶nドープ窒化ガリウム層804の上面でのデバイス製造に適切なレベルまで減少するように選択されうる。非限定的な例示的な例において、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、1.2ミクロンから6ミクロンの範囲でありうる。単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、第1導電型の電気的ドーパントでドープされてもよい。例えば、単結晶nドープ窒化ガリウム層804は、エピタキシャル堆積プロセスの間、n型ドーパントとしてシリコンを導入することによってnドープされてもよい。後続のプロセスで第1の例示的な平面材料層スタックを個片化すると、単結晶nドープ窒化ガリウム層804の各個別の部分は、第1発光デバイス10Rでありうる、それぞれの発光デバイス内の単結晶nドープGaN部となる。
1つの実施形態において、平面層スタック(1110、1118、1120、1130、1140、1150、1160)が単結晶nドープ窒化ガリウム層804上に形成される。平面層スタック(1110、1118、1120、1130、1140、1150、1160)は、それぞれ、ひずみ変調層スタック(1112、1114)および/または(1112、1124)を含む1つ以上の平面超格子構造(1110、1120)と、平面発光窒化インジウムガリウム層1132および平面GaNバリア層1134を含む平面発光量子井戸と、好ましくはpドープ窒化アルミニウムガリウム層である平面pドープIII族窒化物層1140と、を順に含むエピタキシャル材料層スタック(すなわち、互いにエピタキシャル的に整列したエピタキシャル材料層のスタック)を含みうる。しかしながら、pドープIII族窒化物層1140は、代わりに、窒化ガリウムまたは低インジウム含有量の窒化インジウムアルミニウムガリウムを含んでいてもよい。複数の平面超格子構造(1110、1120)は、平面発光InGaN層1132のひずみを変調および低減することができ、それによって、低い欠陥形成で高いインジウムの組み込みを可能にし、したがって、赤色波長範囲にわたって高い放射効率を可能にする。平面発光窒化インジウムガリウム層1132は、それを横切る電気的バイアス下において、600nmから750nmの範囲の第1ピーク波長で光を放射するように構成される。1つの実施形態において、第1ピーク波長は、610nmから680nmの範囲でありうる。
例示的な例において、複数のひずみ変調層スタックが、第1ひずみ変調層スタック(1112、1114)および第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)を含みうる。各第1ひずみ変調層スタック(1112、1114)は、第1介在窒化インジウムガリウム層1112と、第1介在GaN層1114と、を含みうる。各第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)は、第2介在窒化インジウムガリウム層1122と、第2介在GaN層1124と、を含みうる。代わりの実施形態において、第1介在GaN層1114および第2介在GaN層1124のうち少なくとも1つの層が、それぞれのひずみ変調層スタック内の第1介在窒化インジウムガリウム層1112または第2介在窒化インジウムガリウム層1122とは異なるインジウム濃度を有する、それぞれ介在窒化アルミニウムガリウム層または介在窒化インジウムガリウム層に置き換えられてもよい。
1つの実施形態において、第1介在窒化インジウムガリウム層1112が、第2介在窒化インジウムガリウム層1122よりも低いインジウム濃度を有しうる。例えば、第1介在窒化インジウムガリウム層1112は、より小さなおよびより大きなpの値もまた使用されうるが、pが0.04から0.08の範囲である、InpGa(1-p)Nの組成を有しうる。第2介在窒化インジウムガリウム層1122は、より小さなおよびより大きなqの値もまた使用されうるが、qが0.08から0.12の範囲である、InqGa(1-q)Nの組成を有しうる。
より低いインジウム濃度の第1介在窒化インジウムガリウム層1112を含む第1ひずみ変調層スタック(1112、1114)は、“UV”スタック(例えば、400nm未満のピーク波長を有するUV放射を放射する)とみなされうる。より高いインジウム濃度の第2介在窒化インジウムガリウム層1122を含む第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)は、“青色”スタック(例えば、400nmと495nmとの間のピーク波長を有する青色可視光を放射する)とみなされうる。
各第1介在窒化インジウムガリウム層1112の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、0.7nmから1.5nmの範囲でありうる。各第1介在GaN層1114の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、3nmから6nmの範囲でありうる。各第2在窒化インジウムガリウム層1122の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、2nmから3nmの範囲でありうる。各第2介在GaN層1124の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、15nmから20nmの範囲でありうる。
第1および第2超格子構造(1110、1120)の層は、p型またはn型ドーパントで意図的にドープされなくてもよい。意図的にドープされていないこのようなIII族窒化物層は、典型的にはn型導電性を有する。
いかなる特定の理論によって縛られることを望まないが、第2超格子構造1120の第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)における第2介在窒化インジウムガリウム層1122が、第1超格子構造1110の第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)における第1介在窒化インジウムガリウム層1112よりも高いインジウム含有量であることに起因して、第2超格子構造1120の有効格子定数は、第1超格子構造1110の有効格子定数よりも大きいことが可能であると考えられる。
第1超格子構造1110は、より少ないおよびより大きな数も繰り返し使用されうるが、10から15のような、3から30の第1ひずみ変調層スタック(1112、1114)を含みうる。第1多重量子井戸構造1110の全体の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、20nmから150nmの範囲でありうる。
第2超格子構造1120は、より少ないおよびより大きな数も繰り返し使用されうるが、5から10のような、2から15の第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)を含みうる。第2超格子構造1120の全体の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、20nmから150nmの範囲でありうる。第2超格子構造1120は、第1超格子構造1110よりも少ない数のひずみ変調層スタック(すなわち、より少ない数の層)を含みうる。
各ひずみ変調層スタック(1112、1114)または(1122、1124)は、それぞれの超格子構造(1110、1120)内のひずみ変調層スタックの両側に位置する2つの層の間にひずみの調整を提供するバッファ層として機能しうる。例えば、単結晶nドープ窒化ガリウム層804と平面発光窒化インジウムガリウム層1132との格子定数の差は、単結晶nドープ窒化ガリウム層804と平面発光窒化インジウムガリウム層1132との間の格子定数の緩やかな遷移を提供するひずみ変調層スタックによって調整されうり、その結果、平面発光窒化インジウムガリウム層1132が、高品質なエピタキシャルフィルムとして形成されうる。超格子構造(1110、1120)は、基板または下にある層804から、平面発光窒化インジウムガリウム層1132を含む発光領域1130(すなわち、活性領域)に、転位および他の欠陥のような格子欠陥が伝播するのを阻止する。
複数のひずみ変調層スタック(1112、1114)または(1122、1124)内の窒化インジウムガリウム層および窒化ガリウム層は、それぞれウルツ鉱構造を有することに注意されたい。本明細書で用いられる場合、ウルツ鉱構造を有する層スタックの“有効格子定数”は、各格子定数“a”がそれぞれの成分層内のすべての原子の数を層スタック内のすべての原子の数で割ったものによって定義される割合によって重み付けされる、層スタック内のすべての成分層のウルツ鉱構造の六方晶面格子定数“a”の重み付け平均である。
1つの実施形態において、複数のひずみ変調層スタック(1112、1114)または(1122、1124)の介在窒化インジウムガリウム層(1112、1122)内のインジウムの有効格子定数および原子濃度は、単結晶nドープGaN部から、すなわち、単結晶nドープ窒化ガリウム層804からの各ひずみ変調層スタック(1112、1114)または(1122、1124)の物理的な距離と共に単調に増加しうる。したがって、第1超格子1110の下部の第1介在窒化インジウムガリウム層1112は、第1超格子1110の上部の第1介在窒化インジウムガリウム層1112よりも低いインジウム含有量および低い格子定数を有していてもよい。代わりに、第1超格子1110のすべての第1介在窒化インジウムガリウム層1112が、ほぼ同じインジウム含有量および同じ格子定数を有していてもよい。
同様に、1つの実施形態において、第2超格子1120の下部の第2介在窒化インジウムガリウム層1122は、第2超格子1120の上部の第2介在窒化インジウムガリウム層1122よりも低いインジウム含有量および低い格子定数を有していてもよい。代わりに、第2超格子1120のすべての第2介在窒化インジウムガリウム層1122が、ほぼ同じインジウム含有量および同じ格子定数を有していてもよい。
任意に、層のエピタキシャル成長の間の全体的なひずみを低減するために、第1超格子構造1110の第1ひずみ変調層スタック(1112、1114)の群と、第2超格子構造1120の第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)の群と、の間に、平面GaNスペーサ層1118が提供されうる。例えば、平面GaNスペーサ層1118は、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、30nmから50nmの範囲の厚さを有しうる。平面GaNスペーサ層1118は、p型またはn型ドーパントで意図的にドープされなくてもよい。意図的にドープされていないこのようなGaN層は、典型的にはn型導電性を有する。
発光領域1130は、平面発光量子井戸1130を含むことができる。平面発光量子井戸1130は、第2超格子構造1120内の最も遠位の第2ひずみ変調層スタック(1122、1124)でありうる最も遠位のひずみ変調層スタック上に形成されうる。平面発光量子井戸1130は、平面発光窒化インジウムガリウム層1132と、平面窒化アルミニウムガリウム層1133と、平面GaNバリア層1134と、をこの順で含む。1つの実施形態において、これらの層は意図的にドープされていない。
平面発光窒化インジウムガリウム層1132は、600nmから750nmの範囲、好ましくは610nmから680nmの範囲のピーク波長で発光する組成を有するエピタキシャル窒化インジウムガリウム材料を含む。1つの実施形態において、平面発光窒化インジウムガリウム層1132は、InxGa(1-x)Nの組成を有し、xは0.26から0.55の範囲(すなわち、下にある窒化インジウムガリウム層1112および1122よりも高いインジウム含有量)である。1つの実施形態において、平面発光窒化インジウムガリウム層1132は、2nmから5nmの範囲の厚さを有しうる。
平面窒化アルミニウムガリウム層1133は、AlyGa(1-y)Nの組成を有しうり、yは0.3から1.0(0.5から0.8のような)である。1つの実施形態において、平面窒化アルミニウムガリウム層は、0.5nmから1.0nmのような、0.5nmから5.0nmの範囲の厚さを有しうる。いかなる特定の理論によって縛られることを望まないが、平面窒化アルミニウムガリウム層1133は、層1132が赤色の範囲のピーク波長を有する可視光を放射する(例えば、赤色光を放射する)ことを可能にするための十分に高いインジウム含有量を層1132に提供するために、堆積の間に下にある平面発光窒化インジウムガリウム層1132からのインジウムの蒸発を低減または防止すると考えられる。加えて、または、代わりに、第2超格子構造1120のバンド構造および圧電効果の変更は、窒化アルミニウムガリウム層1133からより長い波長に向かって、すなわち、610nmから680nmの赤色波長範囲に向かって、ピーク波長のシフトを可能にしてもよい。さらに、平面窒化アルミニウムガリウム層1133は、p側層1140および1150とのひずみ補償を提供して、より良い品質(すなわち、より低い欠陥)のp側層を提供してもよく、および/または、電子と正孔とを分離する望ましくない圧電効果に起因する平面窒化アルミニウムガリウム層1132内の量子井戸バンド構造を緩和してもよい。ひずみ補償は、量子井戸(赤色光を放射する)とエピタキシャルスタックの残りの部分との間で起こりうり、主に、活性層自体(ならびにp層)におけるミスフィット欠陥形成を低減する。
平面GaNバリア層1134は、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、15nmから20nmの範囲の厚さを有しうる。平面GaNバリア層1134は、平面発光窒化インジウムガリウム層1132と、後に形成される(例えば、発光のための量子井戸を形成するための)p型化合物半導体材料層と、の間にエネルギーバリアを提供する。
第1超格子構造1110、平面GaNスペーサ層1118、第2超格子構造1120、および、平面発光量子井戸1130内の種々の材料層は、“ドープされていない”、すなわち、真性である(すなわち、電気ドーパントを含まない)、または、リアクタチャンバの残留ドーパントの組み込みによって典型的に引き起こされる低レベルのドーパント濃度でありうる。本明細書で用いられる場合、“ドープされていない”半導体材料は、製造の間に意図的なドーピングプロセスを受けていない半導体材料を指す。ドープされていない半導体材料は、典型的には自由電荷キャリア濃度を有し、これは、半導体材料を導電性にするには不十分であることは当該技術分野において周知である。典型的には、ドープされていない半導体材料は、1.0×1016/cm3以下の自由電荷キャリアを有する。
pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140のような平面pドープIII族窒化物層は、平面発光量子井戸1130上に形成されうる。例えば、平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、平面GaNバリア層1134上に直接形成されうる。1つの実施形態において、平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、10nmから20nmの範囲の厚さを有しうる。1つの実施形態において、平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、3.0×1017/cm3から1.0×1020/cm3のような、1.0×1017/cm3から3.0×1020/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、窒化アルミニウムガリウム層1133よりも低いアルミニウムコンタクトを有しうる。例えば、平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、AlzGa(1-z)Nの組成を有しうり、zは、0.2から0.3のような、0.5未満である。
任意で第1pドープ化合物半導体材料層1150が、平面pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140上に形成されうる。第1pドープ化合物半導体材料層1150は、pドープ窒化ガリウムのような、pドープ単結晶化合物半導体材料を含みうる。1つの実施形態において、第1pドープ化合物半導体材料層1150は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、3.0×1017/cm3から1.0×1020/cm3のような、1.0×1017/cm3から3.0×1020/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。
第2pドープ化合物半導体材料層1160が、第1pドープ化合物半導体材料層1150上に形成されうる。第2pドープ化合物半導体材料層1160は、pドープ窒化ガリウムのような、高濃度pドープ単結晶化合物半導体材料を含みうる。第2pドープ化合物半導体材料層1160のドーパント濃度は、第1pドープ化合物半導体材料層1150のドーパント濃度よりも大きくされうる。1つの実施形態において、第2pドープ化合物半導体材料層1160は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、1.0×1020/cm3から2.0×1021/cm3のような、5.0×1019/cm3から3.0×1021/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1150、1160)の合計厚さは、より小さなおよびより大きな厚さも使用されうるが、90nmから200nmの範囲でありうる。
透明導電性酸化物層964などの透明導電性電極が、第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1150、1160)の上に堆積されうる。発光窒化インジウムガリウム層1132からの発光が、透明導電性電極の上に続いて形成される反射層によって、単結晶nドープ窒化ガリウム層804に向かって下方に向けられる場合、透明導電性酸化物層964は、本明細書では裏側透明導電性酸化物層964と呼ばれる。透明導電性酸化物層964は、インジウム錫酸化物またはアルミニウムドープ酸化亜鉛のような、透明導電性酸化物材料を含む。透明導電性酸化物層964は、pドープ化合物半導体材料層812のエリア全体にわたって延在する連続材料層として堆積されうる。透明導電性酸化物層964の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、200nmから1ミクロンのような、100nmから2ミクロンの範囲でありうる。
任意で、裏側透明導電性酸化物層964の上に連続的に延在する反射層966を形成するために、反射材料が堆積されうる。反射層966は、裏側透明導電性酸化物層964を介して、pドープ化合物半導体材料層1160に電気的に短絡される。1つの実施形態において、反射層966は、銀、アルミニウム、銅、および、金から選択される少なくとも1つの材料を含む。1つの実施形態において、反射材料は、物理蒸着(スパッタリング)または真空蒸着によって堆積されうる。反射層966は、透明基板802を通して活性領域1130からの発光を反射するために使用されうる。
その後、誘電体材料層を形成するための図36の追加のプロセスステップが実行されうり、複数の第1発光ダイオード10Rを提供するための図37および図38のプロセスステップが実行されうる。複数の第1発光ダイオード10Rに個片化すると、図41の構造の各平面材料層は、平坦な上面を有する単結晶nドープGaN部である第1発光ダイオード10R内の単結晶nドープGaN層のそれぞれの部分に平行な層になる。
各第1発光ダイオード10Rは、図41に示される第1の例示的な平面材料層スタックの一部を含む。各第1発光ダイオード10Rは、平坦な上面を有する単結晶nドープGaN層である単結晶nドープGaN部を含む。複数のひずみ変調層スタック内の各層、発光窒化インジウムガリウム層、GaNバリア層、および、pドープ窒化アルミニウムガリウム層は、単結晶nドープGaN層の平坦な上面に平行なそれぞれの上面およびそれぞれの底面を有する平面層である。
図42を参照すると、2つの平面発光量子井戸を含むように(すなわち、発光窒化インジウムガリウム層1132、平面窒化アルミニウムガリウム層1133、および、GaNバリア層1134の2つの繰り返しを含むように)発光領域1130を変更することによって、第1の例示的平面材料層スタックから派生しうる、第2の例示的平面材料層スタックが示されている。したがって、第2の例示的な平面材料層スタックの発光領域1130は、平面単結晶nドープGaN層804の近接側から平面単結晶nドープGaN層804の遠位側に向かい、発光窒化インジウムガリウム層1132、平面窒化アルミニウムガリウム層1133、GaNバリア層1134、GaNバリア層1134上に位置する追加の発光窒化インジウムガリウム層1132、追加の平面窒化アルミニウムガリウム層1133、および、追加の発光窒化インジウムガリウム層1133上に位置する追加のGaNバリア層1134のスタックを含む。pドープ窒化アルミニウムガリウム層1140は、追加のGaNバリア層1134上に直接形成されうる。
第1発光ダイオード10Rを提供するために、図41の第1の例示的な平面材料層サック上のように、第2の例示的な平面材料層スタック上で追加のプロセスステップが実行されうる。
図41および図42の第1または第2の例示的な平面材料層スタックが使用される場合、各第1発光ダイオード10R内に提供されるエピタキシャル材料層スタックと同じ層シーケンスを平面層スタックが有するように基板802上に平面層スタックを形成し、平面層スタックの上に導電性ボンディング構造(図37に示される導電性ボンディング構造433のような)を形成し、および、第1発光ダイオード10Rを提供するために基板802および平面層スタックをダイシングすることによって、第1発光ダイオード10Rを提供しうる。
図43を参照すると、ナノワイヤを含む発光ダイオードを形成するための例示的なデバイス構造が示されている。本開示の1つの実施形態において、赤色可視光を放射するナノワイヤを含む発光ダイオードを提供するために、ナノワイヤ成長方法が使用される。
本明細書で用いられる場合、“p面”は、ナノワイヤの先端における対角面(例えば、{1-101}面)である“ピラミッド面”を意味し、“c面”は、(0001)ベース面を表し、“m面”は、{10-10}垂直側壁面のいずれかを表す。成長速度とは、特に断らない限り、成長面に垂直な方向に沿った層の成長速度を意味する。
図43に示される例示的なデバイス構造は、基板802上のナノワイヤを含む発光ダイオードのためのプロセス中構造である。本明細書で用いられる場合、“プロセス中”構造は、最終構造を作製するために後に変更される構造を指す。基板802は、成長基板22(サファイア基板のような)、任意のバッファ半導体層24、および、平面単結晶nドープGaN層26を含みうる。平面単結晶nドープGaN層26は、後に形成される各発光ダイオードの1つのノードとして機能する。任意のバッファ半導体層24および平面単結晶nドープGaN層26は、バッファ半導体層24および平面単結晶nドープGaN層26のそれぞれが、成長基板802(単結晶サファイア(A2O3)基板を含みうる)の単結晶構造にエピタキシャル配向された単結晶半導体材料を含むように、エピタキシャル堆積プロセスによって形成されうる。
次に、成長マスク42が、平面単結晶nドープGaN層26の上面上に形成される。成長マスク42は窒化シリコンまたは酸化シリコンのような誘電体材料を含み、例えば、化学気相成長によって形成されうる。成長マスク42の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、10nmから500nmの範囲でありうる。
開口部43は、例えば、フォトレジスト層(不図示)の塗布およびパターニングと、続いてパターニングされたフォトレジスト層をエッチングマスクとして使用して、成長マスク42の物理的に露出した部分をエッチングするエッチングプロセスと、によって、成長マスク42を貫通して形成される。フォトレジスト層は、その後、例えば、アッシングによって除去されうる。開口部は、円形、楕円形、または、多角形であってもよい。例示的な例において、各開口部43の最大横寸法(直径または長軸など)は、より小さなおよびより大きな最大横寸法もまた使用されうるが、50nmから500nmの範囲でありうる。開口部43は、例えば、六角形アレイ(正三角形アレイを含む)、長方形アレイ、または、平行四辺形アレイであってもよい二次元アレイを形成しうる。隣接するペアの開口部43間の中心と中心との距離は、より小さなおよびより大きな距離もまた使用されうるが、150nmから5ミクロンの範囲でありうる。
図44を参照すると、ナノワイヤコア32が、V族限定で実行される選択エピタキシャルプロセスによって、パターニングされた成長マスク42の開口部43を通して成長しうる。代わりに、シリコンエンリッチ成長CVD法、パルス成長CVD法、または、MBE法が、ナノワイヤコア32を形成するために使用されうる。各ナノワイヤコア32は、基板802の上面に実質的に垂直な方向に沿って、パターニングされた成長マスク42のそれぞれの開口部43を通って延在する。ナノワイヤコア32は、c面に垂直な方向に沿って第1導電型のドーピング(nドープGaNのような)を有する単結晶ドープ半導体材料のエピタキシャル成長を提供するプロセス条件下で、選択エピタキシャルプロセスによって、平面単結晶nドープGaN層26の物理的に露出した表面から成長されうる。c面は、平面単結晶nドープGaN層26の上面に平行でありうる。ナノワイヤコア32の成長は、誘電体表面から何れの半導体材料を成長させずに、主としてc方向、すなわち、c平面に垂直な方向に沿って、物理的に露出した半導体表面から単結晶半導体材料を成長させる選択半導体堆積プロセスによって行われうる。各ナノワイヤコア32の全体は、単結晶でありうり、平面単結晶nドープGaN層26とエピタキシャル整列しうる。
本明細書で用いられる場合、各ナノワイヤコア32のアスペクト比は、成長マスク42を通るそれぞれの開口部の最大横方向寸法であるナノワイヤコアのベースにおける最大横方向寸法に対するナノワイヤコアの最終の高さとして定義される。ナノワイヤコア32のアスペクト比は、より小さなおよびより大きなアスペクト比もまた使用されうるが、2から40の範囲でありうる。
図45、図46Aおよび図46Bを参照すると、シェル層スタック34が、単結晶nドープGaN部である各ナノワイヤコア32上に形成される。図46Aは、図45の例示的なデバイス構造の領域Mの拡大図であり、図46Bは、図45の例示的なデバイス構造の領域Rの拡大TEM顕微鏡写真である。成長モードは、シェル層スタック34内にシェル層を形成するために、III-V族材料の従来の成長で使用される高V/III成長モードとも呼ばれるIII族限定成長モードに変更されうる。したがって、シェル層は、それぞれの選択エピタキシャルプロセスの間に、すべての物理的に露出された半導体表面上に形成されうる。
シェル層スタック34は、任意の複数のシェルひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)を順番に含むエピタキシャルシェル層スタック(すなわち、互いにエピタキシャルに整列されたエピタキシャルシェル層のスタック)、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232を含むシェル発光量子井戸、シェル窒化アルミニウムガリウム層1133、シェルGaNバリア層1234、および、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240を含みうる。シェル発光窒化インジウムガリウム層1232は、それを横切る電気的バイアス下において、600nmから750nmの範囲の第1ピーク波長で光を放射するように構成される。1つの実施形態において、第1ピーク波長は、610nmから680nmの範囲でありうる。本明細書で用いられる場合、“シェル層”は、ナノワイヤコア32のすべてのファセットを横方向に囲み、その上に重なる連続材料層を指す。シェル層の厚さは、ナノワイヤコア32のファセットにわたって変化してもよい。例えば、シェル層の垂直部分は、シェル層の傾斜部分よりも厚くてもよい。
各ひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)は、それぞれ介在窒化インジウムガリウム層(1212、1222、1226)、および、それぞれ介在GaN層(1214、1224、1228)の層の少なくとも1つのペアを含む。最も内側のひずみ変調層スタックは、層1212および1214のペアの複数のスタックを含む超格子シェル1210を含んでいてもよい。各ひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)は、ひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)の両側に位置する2つの層の間にひずみの緩和を提供するバッファ層として機能しうる。例えば、ナノワイヤコア32の単結晶nドープ窒化ガリウム部とシェル発光窒化インジウムガリウム層1232との格子定数の差は、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232が高品質のエピタキシャルフィルムとして形成されうるように、ナノワイヤコア32とシェル発光窒化インジウムガリウム層1232との間の格子定数の緩やかな遷移を提供し、かつ、格子欠陥をトラップするひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)によって調整されうる。
複数のシェルひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)内の種々の層は、それぞれウルツ鉱構造を有する。例示的な例において、複数のひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)は、複数(例えば、5から10)の第1ひずみ変調層スタック(1212、1214)の超格子シェル1210と、第2ひずみ変調層スタック1220と、第3ひずみ変調層スタック1225と、を含みうる。各第1ひずみ変調層スタック(1212、1214)は、第1介在窒化インジウムガリウム層1212と、第1介在GaN層1214と、を含みうる。第2ひずみ変調層スタック1220は、第2介在窒化インジウムガリウム層1222と、第2介在GaN層1224と、を含みうる。第3ひずみ変調層スタック1225は、第3介在窒化インジウムガリウム層1226と、第3介在GaN層1228と、を含みうる。
第1ひずみ変調層スタック(1212、1214)のそれぞれは、第1有効格子定数を有しうり、第2ひずみ変調層スタック1220は、第1有効六方晶面格子定数よりも大きい第2有効六方晶面格子定数を有しうり、第3ひずみ変調層スタック1225は、第2有効六方晶面格子定数よりも大きい第3有効六方晶面格子定数を有しうる。
1つの実施形態において、複数のひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)の介在窒化インジウムガリウム層(1212、1222、1226)のインジウムの原子濃度は、単結晶nドープGaN部、すなわち、ナノワイヤコア32からの各ひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)の物理的な距離と共に単調に増加しうる。
1つの実施形態において、第1介在窒化インジウムガリウム層1212が、第2介在窒化インジウムガリウム層1222よりも低いインジウム濃度を有しうる。例えば、第1介在窒化インジウムガリウム層1212は、より小さなおよびより大きなpの値もまた使用されうるが、pが0.04から0.08の範囲である、InpGa(1-p)Nの組成を有しうる。第2介在窒化インジウムガリウム層1222は、より小さなおよびより大きなqの値もまた使用されうるが、qが0.10から0.12の範囲である、InqGa(1-q)Nの組成を有しうる。第3介在窒化インジウムガリウム層1226は、より小さなおよびより大きなrの値もまた使用されうるが、rが0.15から0.30の範囲である、InrGa(1-r)Nの組成を有しうる。各第1介在窒化インジウムガリウム層1212の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、0.7nmから1.5nmの範囲でありうる。各第1介在GaN層1214の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、3nmから5nmの範囲でありうる。第2介在窒化インジウムガリウム層1222の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、4nmから6nmの範囲でありうる。第2介在GaN層1224の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、2nmから4nmの範囲でありうる。第3介在窒化インジウムガリウム層1226の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、2.5nmから8nmの範囲でありうる。第3介在GaN層1224の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、6nmから10nmの範囲でありうる。
任意に、シェル層のエピタキシャル成長の間の全応力を低減するために、第1ひずみ変調層スタック(1212、1214)(すなわち、超格子シェル1210)のグループと第2ひずみ変調層スタック1220との間に、シェルGaNスペーサ層1218が提供されうる。例えば、シェルGaNスペーサ層1218は、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、30nmから50nmの範囲の厚さを有しうる。
1つの実施形態において、第2ひずみ変調層スタック1220の有効六方晶面格子定数が、第1超格子シェル1210の有効六方晶面格子定数よりも大きくされうり、第3ひずみ変調層スタック1225の有効六方晶面格子定数が、第2ひずみ変調層スタック1220の有効六方晶面格子定数よりも大きくされうる。さらに、第2介在窒化インジウムガリウム層1222のインジウムの原子濃度は、第1介在窒化インジウムガリウム層1212のインジウムの原子濃度よりも大きくされうり、第3介在窒化インジウムガリウム層1226のインジウムの原子濃度は、第2介在窒化インジウムガリウム層1222のインジウムの原子濃度よりも大きくされうる。第2ひずみ変調層スタック1220のインジウムの原子パーセンテージは、超格子シェル1210のインジウムの原子パーセンテージよりも大きくされうり、第3ひずみ変調層スタック1225のインジウムの原子パーセンテージは、第2ひずみ変調層スタック1220のインジウムの原子パーセンテージよりも大きくされうる。
超格子シェル1210は、UV放射を放射しうり、第2ひずみ変調層スタック1220は、青色可視光を放射しうり、第3ひずみ変調層スタック1225は、緑色可視光を放射しうる。1つの実施形態において、第2ひずみ変調層スタック1220は、少なくとも3つのピークを有する不均一な表面プロファイルを有しうり、少なくとも3つのピークのそれぞれは、谷によって少なくとも3つのピークのうちの隣接するピークから分離され、少なくとも3つのピークのそれぞれは、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる米国特許第9,281,442号明細書に記載されるように、隣接する谷から離れる半径方向に少なくとも2nm延在する。不均一な表面プロファイルを有するこの第2ひずみ変調層スタック1220は、ひずみの管理に加えて、インジウムリッチ領域を有する発光領域シェル1230の表面プロファイルの変更/準備のために使用されうる。
発光領域シェル1230は、第3ひずみ変調層スタック1225でありうる最も遠位のひずみ変調層スタック上に形成される発光量子井戸でありうる。シェル発光量子井戸1230は、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232と、シェル窒化アルミニウムガリウム層1233と、シェルGaNバリア層1234と、を含む。
シェル発光窒化インジウムガリウム層1232は、600nmから750nmの範囲、好ましくは610nmから680nmの範囲のピーク波長で発光する組成を有するエピタキシャル窒化インジウムガリウム材料を含む。1つの実施形態において、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232は、3nmから7nmの範囲の厚さを有しうる。
1つの実施形態において、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232は、活性領域量子井戸シェルのインジウム不足領域よりも少なくとも5原子パーセント高いインジウム含有量を有するインジウムリッチ領域を含み、これは米国特許第9,281,442号明細書に記載されているように、下にある第2ひずみ変調層スタック1220の不均一な表面プロファイルに少なくとも部分的に起因すると考えられる。
1つの実施形態において、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232は、図46Bに示されるインジウムリッチな“ナノリング”または“ひさし”領域1232Aも含む。その両方が、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる国際公開第2106/025325号および2014年8月12日に出願されたその優先件を主張する米国仮出願62/036,363号に記載されているように、ナノリング領域1232Aは、シェルの上端部のp面からシェルの下部のm面への構造的不連続性を含む。領域1232Aは、傾斜したp面側壁を有する層1232の上端部および実質的に垂直なm面側を有する層1232の下部よりも少なくとも5原子パーセント高いインジウム含有量を有する。ナノリング領域1232Aは、ナノワイヤコア32の上端部と下部との間の、ナノワイヤコア32の中央部の全周を取り囲むリング形状領域である。ナノリング領域1232Aは、インジウム対ガリウムの原子比が3.5:6.5のような、インジウム対ガリウムの原子比が少なくとも3:7であってもよい。しかしながら、3:7未満のような他の比率が、また使用されてもよい。1つの実施形態において、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232の少なくとも一部(少なくともナノリング領域1232Aのような)は、InxGa(1-x)Nの組成を有し、xは、0.35から0.50のような、0.26から0.55の範囲である。
シェル窒化アルミニウムガリウム層1233は、製造の間、下にあるシェル発光窒化インジウムガリウム層1232からのインジウムの蒸発を防止しうる薄い窒化アルミニウムガリウム材料を含む。シェル窒化アルミニウムガリウム層1233は、AlyGa(1-y)Nの組成を有しうり、yは0.3から1.0(0.5から0.8のような)である。1つの実施形態において、シェル窒化アルミニウムガリウム層は、0.5nmから1.0nmのような、(0.5nmから1.5nmのような)0.2nmから3.0nmの範囲の厚さを有しうる。
シェルGaNバリア層1234は、5nmから20nmの範囲の厚さを有しうる。シェルGaNバリア層1234は、シェル発光窒化インジウムガリウム層1232と、後に形成されるp型化合物半導体材料層と、の間にエネルギーバリアを提供する。任意に、ナノワイヤコア32のナノコンプライアンスに起因して、上述の種々のひずみ変調層(1210、1218、1220、1225)のうちの1つ以上が省略されてもよく、シェル発光量子井戸1230がナノワイヤコア32上、GaN、または、AlGaNバリア層上、および/または、ナノワイヤコア32上に位置する他のシェル層の1つの上に直接形成されてもよい。
超格子シェル1210、シェルGaNスペーサ層1218、第2ひずみ変調層スタック1220、第3ひずみ変調層スタック1225、および、シェル発光量子井戸1230内の種々の材料層は、ドープされていなくてもよく(例えば、意図的にドープされていない)、1.0×1019/cm3以下の自由電荷キャリア濃度を有していてもよい。
シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240は、シェル層スタック34上、すなわち、シェル発光量子井戸1230上に形成されうる。例えば、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240は、シェルGaNバリア層1234上に直接形成されうる。1つの実施形態において、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240は、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、10nmから30nmの範囲の厚さを有しうる。1つの実施形態において、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、3.0×1017/cm3から1.0×1020/cm3のような、1.0×1017/cm3から3.0×1020/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240は、シェル窒化アルミニウムガリウム層1233よりも低いアルミニウム含有量を有しうり、AlzGa(1-z)Nの組成を有しうり、zは、0.2から0.3のような、0.5未満である。
図47を参照すると、第1pドープ化合物半導体材料層1250が、シェルスタック34上に(例えば、シェルスタック34の外面を形成するシェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240上に)形成されうる。第1pドープ化合物半導体材料層1250は、pドープ窒化ガリウムのような、pドープ単結晶化合物半導体材料を含みうる。1つの実施形態において、第1pドープ化合物半導体材料層1250は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、3.0×1017/cm3から1.0×1020/cm3のような、1.0×1017/cm3から3.0×1020/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。堆積されたpドープ化合物半導体材料は、各ナノワイヤを横方向に取り囲む垂直シームまたはボイドを伴ってまたは伴わずにナノワイヤ間で合体し、連続材料層として第1pドープ化合物半導体材料層1250を形成する。
ナノワイヤコア32、シェル層スタック34、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240、および、第1pドープ化合物半導体材料層1250の各組合せは、半導体ナノワイヤ1300を構成する。
図48を参照すると、第2pドープ化合物半導体材料層1260が、第1pドープ化合物半導体材料層1250上に形成されうる。第2pドープ化合物半導体材料層1260は、pドープ窒化ガリウムのような、pドープ単結晶化合物半導体材料を含みうる。第2pドープ化合物半導体材料層1260のドーパント濃度は、第1pドープ化合物半導体材料層1250のドーパント濃度よりも大きくされうる。1つの実施形態において、第2pドープ化合物半導体材料層1260は、より小さなおよびより大きな自由電荷キャリア濃度もまた使用されうるが、1.0×1020/cm3から2.0×1021/cm3のような、5.0×1019/cm3から3.0×1021/cm3の自由電荷キャリア濃度(すなわち、正孔の濃度)を提供するドーパント濃度でpドープされうる。第2pドープ化合物半導体材料層1260の厚さは、第2pドープ化合物半導体材料層1260が半導体ナノワイヤ1300間のギャップを充填し、連続上面を提供する連続材料層として形成される、または、その全体が参照によって本明細書に組み込まれる米国特許第8,350,249号明細書に記載されるように、半導体ナノワイヤ間のエアギャップを封入するエアブリッジ構造を形成するように選択される。
図49を参照すると、透明導電性酸化物層964などの透明導電性電極が、第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1250、1260)の上に堆積されうる。発光窒化インジウムガリウム層1232からの発光が、透明導電性電極の上に続いて形成される反射層966によって、単結晶nドープ窒化ガリウム層26に向かって下方に向けられる場合、透明導電性酸化物層964は、本明細書では裏側透明導電性酸化物層964と呼ばれる。透明導電性酸化物層964は、インジウム錫酸化物またはアルミニウムドープ酸化亜鉛のような、透明導電性酸化物材料を含む。透明導電性酸化物層964は、第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1250、1260)のエリア全体にわたって延在する連続材料層として堆積されうる。透明導電性酸化物層964は、発光ダイオードの各グループの独立した動作を可能にするために、発光ダイオードの隣接するグループにわたって(例えば、パターニングによって)不連続とすることができる。透明導電性酸化物層964の厚さは、より小さなおよびより大きな厚さもまた使用されうるが、200nmから1ミクロンのような、100nmから2ミクロンの範囲でありうる。
任意で、裏側透明導電性酸化物層964の上に連続的に延在する反射層966を形成するために、反射材料が堆積されうる。反射層966は、裏側透明導電性酸化物層964を介して、第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1250、1260)に電気的に短絡される。1つの実施形態において、反射層966は、銀、アルミニウム、銅、および、金から選択される少なくとも1つの材料を含む。1つの実施形態において、反射材料は、物理蒸着(スパッタリング)または真空蒸着のような、方向性堆積法によって堆積されうる。反射層966は、発光領域1230からの発光を下方に反射するために使用されうる。
その後、誘電体材料層を形成するための図36の追加のプロセスステップが実行されうり、複数の第1発光ダイオード10Rを提供するための図37および図38のプロセスステップが実行されうる。複数の第1発光ダイオード10Rに個片化すると、各第1発光ダイオードは、複数の半導体ナノワイヤ1300を含みうる。
各第1発光ダイオード10Rは、平坦な上面を有する単結晶nドープGaN層26の水平面から垂直に突出する単結晶nドープGaN部としてのナノワイヤコア32を含む。複数のひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)、発光窒化インジウムガリウム層1232、GaNバリア層1234、および、pドープ窒化アルミニウムガリウム層1240内の各層を含む任意のシェル層スタック34は、ナノワイヤコア32を横方向に取り囲み、垂直方向に沿って延在し、単結晶nドープGaN層26の平坦な上面に垂直な垂直部を含む。
図43~49に示す実施形態において、平坦な上面を有する平面単結晶nドープGaN層26が、基板802上に形成される。nドープGaNを含むナノワイヤコア32は、平面単結晶nドープGaN層26上に形成することができる。シェル層スタック34は、ナノワイヤコア32上に形成される。シェル層スタックは、1つ以上のシェルひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)、シェル発光窒化インジウムガリウム層1332、シェルGaNバリア層1332、および、シェルpドープ窒化アルミニウムガリウム層1240を含む。シェルひずみ変調層スタック(1210、1220、1225)内の層の厚さは、シェル発光窒化インジウムガリウム層1332上のひずみに適合するように薄くされうる。代わりに、シェル発光窒化インジウムガリウム層133上のひずみに適合するナノワイヤコア32のナノコンプライアンスに起因して、スタック(1210、1220、および/または、1225)の1つ以上が、省略されうる。先の実施形態に記載した導電性ボンディング構造433は、第1および第2pドープ化合物半導体材料層(1250、1260)を形成できるように電気的に短絡される。基板802およびその上の材料構造は、第1発光ダイオード10Rを提供するためにダイシングされうる。各第1発光ダイオード内の単結晶nドープGaN層(平面単結晶nドープGaN層26の残りの部分である)への電気的コンタクトの形成を可能にするために、基板802の一部が除去されうる。
直視型ディスプレイデバイスのための画素のアレイを形成するために、第1発光ダイオード10Rは、上述の任意の方法を使用してバックプレーンにボンディングされうる。400nmから600nmの範囲の第2ピーク波長で光を放射するように構成された第2発光ダイオード10Gが、バックプレーンにボンディングされうる。任意に、第3発光ダイオード10Bのような追加の発光ダイオードが、バックプレーンに転送されうる。例えば、第2発光ダイオードは、緑色発光ダイオードであってもよく、第2ピーク波長は、495nmから570nmの範囲であってもよく、第3発光ダイオード10Bは、400nmから495nmの範囲の第3ピーク波長で光を放射するように構成された青色発光ダイオードであってもよい。
非限定的な例において、図40Bに示されるように、第1発光ダイオード10Rのそれぞれが、それぞれのpドープ窒化アルミニウムガリウム層(1140、1240)に電気的に接続され、バックプレーン401上のそれぞれのボンディングパッド423にボンディングされる第1導電性ボンディング構造433を含みうり、第2発光ダイオード10Gのそれぞれは、第2発光ダイオード10G内のそれぞれのpドープ化合物半導体材料層に電気的に短絡され、バックプレーン401上の別のそれぞれのボンディングパッド422にボンディングされる第2導電性ボンディング構造422を含みうる。
1つの実施形態において、第1発光ダイオード10Rのそれぞれが、それぞれのpドープ窒化アルミニウムガリウム層(1140、1240)と第1導電性ボンディング構造433との間に位置し、pドープ窒化アルミニウムガリウム層(1140、1240)に向かって光を反射するように構成された第1反射層966を含みうる。1つの実施形態において、第1発光ダイオード10Rのそれぞれが、pドープ窒化アルミニウムガリウム層(1140、1240)と第1導電性ボンディング構造433との間に位置し、それらに電気的に短絡された第1透明導電性酸化物層964を含みうる。
1つの実施形態において、図40Aおよび40Bの方法が、画素のアレイを形成するために発光ダイオード(10R、10G、10B)をボンディングした後に行われうる。具体的には、図40Aに示されるように、第1発光ダイオード10Rおよび第2発光ダイオード10Gをバックプレーン401にボンディングした後に、画素のアレイ内の第1発光ダイオード10Rおよび第2発光ダイオード10Gのそれぞれを横方向に取り囲む誘電体充填材料層798が形成されうる。続いて、前側透明導電性酸化物層796が、前側透明導電性酸化物層796が画素のアレイ内の第1発光ダイオード10Rの各単結晶nドープGaN部(804、32)に電気的に短絡されるように、誘電体充填材料層798の上に形成されうる。前側透明導電性酸化物層796は、第1発光ダイオード10Rおよび第2発光ダイオード10Gのそれぞれのための共通接地電極でありうる。
図41~49の実施形態の赤色発光ダイオード10Rは、マルチカラー直視型ディスプレイに使用されるものとして上述されているが、これらの赤色発光ダイオードは、LCDディスプレイのためのバックライト、照明器具(例えば、ランプ)、車両のヘッドランプ、車両のテールライト、交通信号灯、眼内プロジェクションデバイスなどのような、赤色発光が所望される任意の適切な発光デバイスに使用されうることを理解すべきである。
図50は、図41の第1の例示的な平面材料層スタック、および、図42の第2の例示的な平面材料層スタックを使用する発光デバイスのサンプルの外部量子効率を示すグラフである。ピーク波長と、電流密度1.2A/cm2における外部量子効率と、の間の関係が、グラフにプロットされている。黒丸は、図41の第1の例示的な平面材料層スタックの構成を有するサンプルのデータ点に対応し、第1フィッティングカーブ5001でフィッティングされる。白丸は、図42の第2の例示的な平面材料層スタックの構成を有するサンプルのデータ点に対応し、第2フィッティングカーブ5002でフィッティングされる。600から640nmの間のピーク発光波長において、2から10%のような、2%以上の外部量子効率が提供される。620よりも大きいピーク波長で2%よりも大きい、鮮明な赤色を提供する外部量子効率は、本開示の構造を実施するサンプルによって実証されている。発光ダイオードにおける外部量子効率は、600nmを超える波長で増加とともに急速に減少することがよく知られている。本開示の構造を実施するサンプルによって提供される、620nmよりも大きいピーク波長(628nmで3.9%のような)で2%よりも大きい外部量子効率は、任意の公知の先行技術のInGaNベースの赤色発光デバイスよりも性能が優れていると考えられる。
テストされた層スタックは、ダイシングも封止もされておらず、反射体を有していなかった。さらに、実際の電極の代わりに、ニッケルドットがスタック上に堆積され、ニッケルドットをスタック内に拡散させるために高電圧スパイクされた。次いで、電圧が、p側ドットとn側ドットとの間で測定された。銀反射ヘッダにエポキシ(ランプ)と共に完全に封入されたチップは、ニッケルドットデバイスと比較して、4倍のEQEの改善をもたらすことが期待される。発光領域に1つの量子井戸を有するスタックは、発光領域に2つの量子井戸を有するスタックよりも、所与のピーク発光波長に対してより高い外部量子効率を示すことに注意すべきである。特定の理論によって縛られることを望まないが、この効果は、単一量子井戸デバイスにおけるより低いひずみに起因しうると考えられる。したがって、本開示の1つの実施形態において、発光領域は、1つまたは2つの量子井戸、または3つ以上の量子井戸を含む。
図51は、図42の第2の例示的な平面材料スタックの放射強度対波長のプロットである。スタックは、1.2A/cm2の電流密度で50nm未満(例えば、約45nm)の半値全幅(FWHM)を示した。
図52は、本開示の実施形態による、種々の動作電流密度条件で、610nmのピーク発光波長における、図42の第2の例示的な平面材料スタックを使用する、封止されていない20ミクロンマイクロLEDの電流-電圧プロットを示す。
図53を参照すると、図49の例示的なデバイス構造を使用する発光デバイスのサンプルのスペクトル分布が示されている。ピーク外部量子効率は、1A/cm2未満の低い電流密度で発生し、それはナノワイヤベースLEDを1A/cm2未満の低い電流密度で動作する直視型ディスプレイに適したものにする。
上述したように、図41~53の実施形態の平面およびナノワイヤLEDは、比較的低い電流密度(例えば、1から2A/cm2)、および、例えば、45から50nm、50nm以下のような、100nm以下のFWHFに対して、高い外部量子効率(例えば、2から10%)を有する赤色発光(615から630nmのような、例えば、610から650nm)を示す。発光領域(1130、1230)の窒化アルミニウムガリウム層(例えば、キャップ層)(1133、1233)のIII族の組成は、99%未満のアルミニウム(例えば、50から80%のAl)を含んでいてもよい。デバイスは、発光領域に5つ未満の量子井戸(例えば、1つまたは2つの量子井戸)を含んでいてもよい。デバイスは、また、ひずみの緩和および発光領域の品質の改善のために、デバイスの発光領域とn型側との間に、超格子(1110および1210)UV発光InGaN/GaNスタックと、少なくとも1つの青色または緑色発光InGaN/GaNスタックとを含んでいてもよい。
本開示の赤色発光ダイオードは、1ミクロンから100ミクロンの範囲の横方向寸法(図40Bの赤色発光ダイオード10Rの左から右に測定される)を有するマイクロ赤色LEDでありうる。複数の赤色発光ダイオードまたは単一の赤色発光ダイオードは、ディスプレイデバイスの単一のサブピクセルを構成してもよい。例えば、眼内プロジェクションデバイスは、単一の赤色サブピクセルとして、単一の赤色発光ナノワイヤ1300を含みうる。本開示の赤色光ディスプレイダイオードは、バックプレーン上に形成されたモノカラーディスプレイデバイス、または、RGBモノリシックディスプレイデバイスにおいて使用されてもよい。
図54は、代わりの実施形態のLED10Xを示す。LED10Xは、高い外部量子効率を有し、上述の直視型ディスプレイデバイスにおけるサブピクセルとして使用されてもよい。LED10Xは、赤色、黄色または緑色を含む任意の適切なピーク波長の色を放射しうる。したがって、LED10Xは、赤LEDのみに限定されない。LED10Xの平面材料層スタックは、図41および図42に示される第1および第2の例示的な平面材料層スタックから派生しうる。したがって、図41および42に示され、上述された任意の対応する層が、図54のLED10Xの層スタックに使用されてもよい。
図54に示されるLED10Xは、基板602と、n型領域(すなわち、n型部)610と、発光(すなわち、活性)領域630と、p型領域(すなわち、p型部)650と、を含む。図41および42に示される追加の層(例えば、透明導電層964など)も、また、LED10Xに使用されてもよい。上述したように、基板602は、シリコンまたはサファイア基板であってもよい。
図55の挿入図に示されるように、n型領域610は、いくつかの層を含んでいてもよい。単結晶窒化ガリウム(GaN)層604は、基板602の上または覆うように直接エピタキシャル堆積プロセスによって成長されうる。窒化ガリウム層604は、意図せずに、または、意図的にnドープされてもよいし、または、アンドープであってもよい。
エピタキシャルn型GaNフィルム605は、窒化ガリウム層604の上に形成される。n型GaNフィルム605は、シリコンドープn型GaN層605A、または、交互に低濃度および高濃度シリコンドープされたGaN層(すなわち、n-およびn+交互GaN層)を含む超格子605Bのいずれかを含みうる。n型GaN層605Aは、図41および42に関して上述した層804と同じ組成および厚さを有していてもよい。対照的に、n型GaNフィルム605が超格子605Bを含む場合、超格子の高濃度ドープGaN層において高いシリコンドーピング濃度が達成されうり、超格子は、改善された結晶品質を提供しうる。
転位ブロックフィルム606が、n型GaNフィルム605の上にエピタキシャルに形成される。転位ブロックフィルム606は、例えば、1層から3層のIII-窒化半導体層、例えば、AlGaN、InGaN、または、その組み合わせから選択された層のような、1または複数の層を含んでいてもよい。 転位ブロックフィルム606は、基板から発光領域630内に伝播しうる転位の数を防止または減少させ、デバイス結晶品質および外部量子効率を改善する。
低炭素n型GaN層607が、転位ブロックフィルム606の上にエピタキシャルに形成される。低炭素n型GaN層607は、2×1017cm-3以下の炭素濃度を含むシリコンドープGaN層であってもよい。例えば、層607は、約1×1016cm-3から8×1016cm-3の炭素濃度と、例えば、8×1016cm-3から3×1016cm-3のような、5×1017cm-3未満のシリコン濃度と、を有していてもよい。1つの実施形態において、層607の炭素濃度は、約2×1016cm-3から3×1016cm-3であってもよい。低炭素n型GaN層607は、n型領域610の他の層よりも低い炭素濃度を有していてもよい。層607の成長速度は、好ましくは、n型領域610の他の層の成長速度よりも低い。層607は、50から500nmの厚さを有していてもよい。
高濃度シリコンドープ(例えば、縮退ドープ)n++GaN層608が、低炭素n型GaN層607の上に形成される。 層608は、シリコンドープ“スパイク”を含み、改善された電気的な接触のために、層605、606および607よりも高濃度にシリコンドープされる。対照的に、層607は、層605、606および608よりも低い炭素濃度を有する。層608は、5×1017cm-3から2×1019cm-3のシリコン濃度と、例えば、10から200nmの厚さのような、層607よりも薄い厚さと、を有していてもよい。
図56の挿入図に示されるように、発光領域630は、いくつかの層を含んでいてもよい。任意の第1ひずみ変調フィルム631が、n型領域610の上にエピタキシャルに形成されてもよい。第1ひずみ変調フィルム631は、InGaNがIII族格子サイト上に1~5原子パーセントのインジウムおよび99から95原子パーセントのガリウムを含む、InGaNバルク層またはInGaN/GaN超格子を含んでいてもよい。換言すると、第1ひずみ変調フィルム631は、pが0.01から0.05の範囲の公式InpGa1-pNを有する、1つ以上のInGaN層を含む。第1ひずみ変調フィルム631は、図41および図42に関して上述した、第1ひずみ変調層スタック1110と同様であってもよい。
任意の第1キャップ層632が、第1ひずみ変調フィルム631の上にエピタキシャルに形成される。第1キャップ層632は、AlGaN層、InGaN層、GaN層、AlGaN/GaN超格子、GaN/AlGaN超格子、組成がAlxGa1-xNからAlyGa1-yNまで連続的に変化する傾斜組成AlGaN層(ここで、xおよびyは互いに等しくない)、または、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/AlzGa1-zNサブ層を含む階段状AlGaNサブ層(ここで、x、yおよびzは互いに等しくない)を含んでいてもよい。
任意の第2ひずみ変調フィルム633が、第1キャップ層632の上にエピタキシャルに形成される。第2ひずみ変調フィルム633は、第1ひずみ変調フィルム631よりも高いインジウム含有量を含むInGaNバルク層またはInGaN/GaN超格子を含んでいてもよい。例えば、フィルム633のInGaNは、III族格子サイト上に5から12原子パーセントのインジウムおよび95から95原子パーセントのガリウムを含む。換言すると、第2ひずみ変調フィルム633は、qが0.05から0.12の範囲の公式InqGa1-qNを有する、1つ以上のInGaN層を含む。第2ひずみ変調フィルム633は、図41および図42に関して上述した、第2ひずみ変調層スタック1120と同様であってもよい。
任意の第2キャップ層634が、第2ひずみ変調フィルム633の上にエピタキシャルに形成される。第2キャップ層634は、第1キャップ層632と同じ材料を含んでいてもよい。
任意の第3ひずみ変調フィルム635が、第2キャップ層634の上にエピタキシャルに形成される。フィルム635は、InGaNがIII族格子サイト上に、例えば、13から18原子パーセントのインジウムのような、2~18原子パーセントのインジウムおよび98から82原子パーセントのガリウムを含む、InGaNバルク層またはInGaN/GaN超格子を含んでいてもよい。好ましくは、第3ひずみ変調フィルム635のInGaNは、第1または第2ひずみ変調フィルムよりも高いインジウム含有量を含む。換言すると、第3ひずみ変調フィルム635は、例えば、0.13から0.18のような、rが0.02から0.18の範囲の公式InrGa1-rNを有する、1つ以上のInGaN層を含む。バルクInGaN層が使用される場合、それは、層の上部が13から18原子パーセントのインジウムを有する、厚さが増加するのに応じて増加するIn濃度を有する傾斜InGaN層であってもよい。
任意の中間キャップ636が、フィルム635の上にエピタキシャルに形成される。キャップ636は、中間キャップ層636A、または、約5×1017cm-3から約2×1019cm-3のシリコン濃度を含む高濃度シリコンドープ(例えば、n+またはn++Siドープ)GaN層636Bであってもよい。中間キャップ層636Aは、第1キャップ層632と同じ構成を含んでいてもよい。
第1量子井戸セット637が、中間キャップ636の上にエピタキシャルに形成される。第1量子井戸セット637は、図41および図42に関して上述したように、InGaN発光層ならびにGaNおよび/またはAlGaNバリア層を含む1つ以上の量子井戸を含んでいてもよい。
AlGaN含有キャップ領域638が、第1量子井戸セット637の上にエピタキシャルに形成される。AlGaN含有領域638は、AlGaN層、AlInGaN層、AlGaN/GaN超格子、組成がAlxGa1-xNからAlyGa1-yNまで連続的に変化する傾斜組成AlGaN層(ここで、xおよびyは互いに等しくない)、または、AlxGa1-xN/AlyGa1-yN/AlzGa1-zNサブ層を含む階段状AlGaNサブ層(ここで、x、yおよびzは互いに等しくない)を含んでいてもよい。換言すると、領域638は、図41および図42に関して上述した層1133と同じ構成を有するAlGaN層を含んでいてもよい。
第2量子井戸セット639が、AlGaN含有キャップ領域638の上にエピタキシャルに形成される。第2量子井戸セット639は、図41および図42に関して上述したように、InGaN発光層ならびにGaNおよび/またはAlGaNバリア層を含む1つ以上の量子井戸を含んでいてもよい。
第4キャップ層640が、第2量子井戸セット639の上にエピタキシャルに形成される。第4キャップ層640は、第1キャップ層632と同じ材料を含んでいてもよい。代わりに、第4キャップ層640は、AlGaN含有キャップ領域638と同じ構成を有していてもよい。図56には2つの量子井戸が示されているが、LED10Xは、1つのみの量子井戸、または、例えば、3から10の量子井戸のような、3つ以上の量子井戸を含んでいてもよい。
代わりの実施形態において、任意の層631、632、633、634、635および/または636が、発光領域630から省略されてもよい。代わりに、バルクInGaN層641または傾斜した(すなわち、可変の)インジウム含有量を有する傾斜InGaN層642が、任意の層631、632、633、634、635および/または636の代わりに使用されてもよい。
図57の挿入図に示されように、p型領域650は、いくつかのエピタキシャル層を含んでいてもよい。低温p型層651が、発光領域630の上(例えば、第4キャップ層640の上)にエピタキシャルに形成される。低温p型層651は、マグネシウムドープp型GaN層651A、InGaN層651BまたはAlGaN層651Cであってもよい。低温p型層651は、下にある量子井戸が形成される温度と同様の温度で形成される。例えば、層651の低温堆積は、高温堆積に起因するダメージから量子井戸を保護する。例えば、層651は、例えば675から8000Cなど、9000C以下の温度で堆積されてもよい。
高温、高濃度ドープp+型層(例えば、p+MgドープGaN層)652は、低温p型層651の上にエピタキシャルに形成される。層652は、層651またはその後に形成される層653または654よりも高濃度ドープされ、約5×1019cm-3から約5×1021cm-3のマグネシウム濃度を含んでいてもよい。高温、高濃度ドープp+型層652は、例えば、950から11500Cなど、例えば、9000Cを超える温度など、層651よりも高い温度で堆積されてもよい。
第1高温p型層653が、層652の上にエピタキシャルに形成される。第1高温p型層653は、例えば、950から11500Cなど、例えば、9000Cを超える温度など、層651よりも高い温度で堆積されてもよい。第1高温p型層653は、マグネシウムドープp型GaN層653AまたはInGaN層653Bであってもよい。
第2高温p型層654が、第1高温p型層653の上にエピタキシャルに形成される。第2高温p型層654は、例えば、950から11500Cなど、9000Cを超える温度で堆積されてもよい。層653がp型GaN層653Aの場合、層654は、マグネシウムドープp型AlGaN層654Aであってもよい。代わりに、層653がp型AlGaN層653Bの場合、層654は、p型GaN/AlGaN超格子654Bであってもよい。1つの実施形態において、2つの高温p型層(653、654)は、少なくとも1つのp型GaN層および少なくとも1つのp型AlGaN層を含むべきである。層653、654は、LED10Xの正孔濃度を増加させる。
高濃度ドープコンタクト層655が、層654の上にエピタキシャルに形成される。高濃度ドープコンタクト層655は、電極コンタクト層として機能するために、層651、652、653、654よりも高いドーパント含有量を有する(すなわち、層655は、層651、652、653、654よりも高濃度ドープされる)。層655は、約1×1020cm-3から約1×1022cm-3のドーパント濃度を含んでいてもよい。1つの実施形態において、高濃度ドープコンタクト層655は、p++縮退的MgドープGaNまたはInGaN層655Aでありうる。別の実施形態において、高濃度ドープコンタクト層655は、より高いドーパント濃度を達成するために、p++縮退的シリコンおよびマグネシウム共ドープ(すなわち、補償ドープされた)GaNまたはInGaN層655Bでありうる。別の実施形態において、高濃度ドープコンタクト層655は、下にある層(例えば、層654)とトンネルダイオードを形成するn++縮退的シリコンドープGaNまたはInGaN層655Cでありうる。
本実施形態のLED10Xは、発光領域630の結晶品質を改善し、熱ダメージから発光量子井戸を保護するように構成されるいくつかの層を含む。改善された結晶品質は、改善された外部量子効率に対応する。さらに、印加電流密度に対する外部量子効率は、上述の層またはフィルムの組合せの選択によって変化、または、改善されてもよい。
図58の挿入図に示されように、n型領域610は、下から上に、基板602の上に直接または覆うようにエピタキシャル堆積プロセスによって成長されうる、単結晶窒化N窒化ガリウム(GaN)層603を含む層スタックを含んでいてもよい。 単結晶N窒化ガリウム層603は、低濃度にnドープされる。1つの実施形態において、単結晶N窒化ガリウム層603は、例えば、1×1016cm-3から3×1017cm-3など、5×1017cm-3よりも小さいシリコン濃度で、シリコンをドープされうる。
エピタキシャルn型GaNフィルム605が、単結晶N窒化ガリウム層603の上に形成される。n型GaNフィルム605は、シリコンドープn型GaN層605A、または、交互に低濃度(すなわち、より低い)および高濃度(すなわち、より高い)シリコンドープされたGaN層(すなわち、n-およびn+交互GaN層)を含む超格子605Bのいずれかを含みうる。n型GaN層605Aは、図41および42に関して上述した層804と同じ組成および厚さを有していてもよい。対照的に、n型GaNフィルム605が超格子605Bを含む場合、超格子の高濃度ドープGaN層において高いシリコンドーピング濃度が達成されうり、超格子は、改善された結晶品質を提供しうる。
転位ブロックフィルム606が、n型GaNフィルム605の上にエピタキシャルに形成される。転位ブロックフィルム606は、例えば、1層から3層のIII-窒化半導体層、例えば、AlGaN、InGaN、または、その組み合わせから選択された層のような、1または複数の層を含んでいてもよい。転位ブロックフィルム606は、基板から発光領域630内に伝播しうる転位の数を防止または減少させ、デバイス結晶品質および外部量子効率を改善する。
1つの実施形態において、転位ブロックフィルム606は、窒化アルミニウムガリウム(“AlGaN”)を含む。1つの実施形態において、AlGaN転位ブロックフィルム606は、例えば、5×1017cm-3から2×1019cm-3など、1×1017cm-3よりも大きなシリコンドーピング濃度を有するシリコンでn型にドープされる。別の実施形態において、AlGaN転位ブロックフィルム606は、例えば、10nmから20nm、例えば、5nmから40nmなど、50nmよりも小さい厚さを有する。別の実施形態において、AlGaN転位ブロックフィルム606は、5原子%よりも小さいアルミニウムを含み、AlxGa1-xNの組成を有し、ここで、x<0.05、例えば0.01≦x≦0.04である。別の実施形態において、AlGaN転位ブロックフィルム606は、1×1017cm-3よりも大きいシリコンドーピング濃度、50nmよりも小さい厚さ、および/または、5原子%よりも小さいアルミニウム濃度のうちの少なくとも2つを含む。別の実施形態において、AlGaN転位ブロックフィルム606は、1×1017cm-3よりも大きいシリコンドーピング濃度、50nmよりも小さい厚さ、および、5原子%よりも小さいアルミニウム濃度の3つすべてを含む。
高濃度シリコンドープ(例えば、縮退ドープ)n++GaN層608が、転位ブロックフィルム606の上に形成される。高濃度シリコンドープn++GaN層608は、シリコンドープ“スパイク”を含み、改善された電気的な接触のために、層605、606よりも高濃度にシリコンドープされる。高濃度シリコンドープn++GaN層608は、例えば、約5×1017cm-3から約2×1019cm-3など、1×1017cm-3よりも大きなシリコン濃度を有していてもよく、10nmから200nmまでの範囲の厚さを有していてもよい。
前述は、特定の好ましい実施形態を指すが、本発明は、それに限定されないことが理解されるであろう。当業者であれば、開示された実施形態に様々な変更を加えることができ、そのような変更は本発明の範囲内にあることが意図されている。特定の構造、および/または、構成を用いる実施形態が本開示に示されている場合、本発明は、そのような置換が明示的に禁止されていないか、または、当業者には不可能であることが知られていなければ、機能的に等価な他の適合する構造、および/または、構成で実施できることが理解される。